La biomasa, una fuente de energía muy utilizada pero mal aprovechada



La biomasa como fuente de energía

La biomasa, una fuente de energía muy utilizada pero mal aprovechada. Energías renovables, cultivos energéticos

La biomasa como fuente de energía

La biomasa abarca todo un conjunto heterogéneo de materias orgánicas, tanto por su origen como por su naturaleza. En el contexto energético, el término biomasa se emplea para denominar a una fuente de energía renovable basada en la utilización de la materia orgánica formada por vía biológica en un pasado inmediato o de los productos derivados de ésta. También tienen consideración de biomasa la materia orgánica de las aguas residuales y los lodos de depuradora, así como la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (RSU), aunque dadas las características específicas de estos residuos se suelen considerar como un grupo aparte.

La biomasa tiene carácter de energía renovable ya que su contenido energético procede en última instancia de la energía solar fijada por los vegetales en el proceso fotosintético. Esta energía se libera al romper los enlaces de los compuestos orgánicos en el proceso de combustión, dando como productos finales dióxido de carbono y agua. Por este motivo, los productos procedentes de la biomasa que se utilizan para fines energéticos se denominan biocombustibles, pudiendo ser, según su estado físico, biocombustibles sólidos, en referencia a los que son utilizados básicamente para fines térmicos y eléctricos, líquidos como sinónimo de los biocarburantes para automoción, y gaseosos.

Típos de Biocombustibles

La biomasa es una excelente alternativa energética por dos razones. La primera es que, a partir de ella se pueden obtener una gran diversidad
de productos; la segunda, se adapta perfectamente a todos los campos de utilización actual de los combustibles tradicionales. Así, mediante procesos específicos, se puede obtener toda una serie de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos que pueden ser aplicados para cubrir las necesidades energéticas de confort, transporte, cocinado, industria y electricidad, o servir de materia prima para la industria.

Los tipos de biocombustibles obtenidos de biomasa son:

SÓLIDOS

  • Paja
  • Leña sin procesar
  • Astillas
  • Briquetas y “pellets”
  • Triturados finos (menores de 2 mm)
  • Carbón vegetal

LÍQUIDOS

  • Alcoholes
  • Biohidrocarburos
  • Aceites vegetales y ésteres derivados de ellos
  • Aceites de pirólisis

GASEOSOS

  • Gas de gasógeno
  • Biogás
  • Hidrógeno

Los Biocombustibles Sólidos

Dentro del grupo de los biocombustibles sólidos, los más importantes son los de tipo primario, constituidos por materias lignocelulósicas procedentes del sector agrícola o forestal y de las industrias de transformación que producen residuos de dicha naturaleza. La paja y los restos de poda de vid, olivo y frutales, la leña, las cortezas y los restos de podas y aclareos de las masas forestales son materia típica para elaboración de biocombustibles sólidos de origen agrario.

También las cáscaras de frutos secos y huesos de aceituna y otros frutos, los orujillos procedentes de la extracción del aceite de orujo en las almazaras y los restos de las industrias del corcho, la madera y el mueble, constituyen una buena materia prima para la fabricación de biocombustibles sólidos.

Otro grupo de biocombustibles sólidos lo constituye el carbón vegetal, que resulta de un tratamiento térmico con bajo contenido en oxígeno de la biomasa leñosa, pero al ser el resultado de una alteración termoquímica de la biomasa primaria, debe ser considerado de naturaleza secundaria.

Aunque una parte importante de la biomasa se utiliza directamente, como por ejemplo la leña en hogares y chimeneas, la utilización energética moderna de los biocombustibles sólidos requiere un acondicionamiento especial. Las formas más generalizadas de utilización de este tipo de combustibles son astillas, serrín, pelets y briquetas.

  • La astillas constituyen un material adecuado para ser empleado en hornos cerámicos, de panadería, viviendas individuales, calefacción centralizada de núcleos rurales o pequeñas industrias. Se obtienen a partir de los restos leñosos de los tratamientos silvícolas, de las operaciones de corte de madera o de las podas de árboles de cultivos leñosos. Cuando las astillas se van a utilizar en quemadores específicos (que necesiten inyectores, por ejemplo), previamente hay que molerla para obtener un combustible más fino y a fin de eliminar restos (piezas metálicas, arena, piedras o vidrios).
  • Las briquetas son cilindros (de 50 a 130 mm de diámetro y de 5 a 30 mm de longitud).Tienen una densidad elevada (entre 1.000 y 1.300 kg/m3) y se fabrican por medio de prensas, en las que el material es sometido a altas presiones y se calienta, produciendo en su interior procesos termoquímicos que generan productos adherentes que favorecen la cohesión del material. También se pueden añadir adherentes artificiales para facilitar la cohesión y reducir la presión de prensado. Es una forma normal de tratar el serrín procedente de las industrias del mueble y la madera.
  • Los pelets (o pellets) son cilindros más pequeños. Se preparan mediante prensas de granulación, análogas a las utilizadas para la fabricación de los piensos compuestos. La compactación se consigue de forma natural o mediante la adición de elementos químicos que no contengan elementos contaminantes en la combustión. La materia prima, al igual que en el caso de las briquetas, debe tener poca humedad y baja granulometría. Es un producto muy manejable que puede servir para automatizar instalaciones de pequeño o mediano tamaño.
  • El carbón vegetal se obtiene mediante la combustión lenta y parcial de biomasa leñosa con un cierto contenido en humedad a una temperatura variable entre 250 y 600º C. El contenido calórico del carbón vegetal (cisco) es de unas 6.000 a 8.000 kcal/kg según su contenido en cenizas. En el proceso de transformación se forman también un conjunto de aceites pesados y de productos de naturaleza diversa que se aglutinan con la denominación de breas o “aceites de pirólisis”, y que pueden utilizarse para fines energéticos en sustitución de combustibles líquidos. Este último proceso está todavía en fase de I+D.

Los Biocombustibles Líquidos

La denominación de biocombustibles líquidos se aplica a una serie de productos de origen biológico utilizables como combustibles de sustitución de los derivados del petróleo o como aditivos de éstos para su uso en motores. (Más información sobre los biocombustibles líquidos).

Los Biocombustibles Gaseosos

Entre los biocombustibles gaseosos que se pueden obtener a partir de la biomasa están el gas de gasógeno, el biogás y el hidrógeno.

El gas de gasógeno

Al someter la biomasa (o el cisco y la brea resultantes de la pirólisis) a altas temperaturas (en-tre 800 y 1.500ºC) en ausencia de oxígeno, se originan productos gaseosos, con un poder calorífico bajo (de 1.000 a 1.200 kcal/m3) consistentes, principalmente, en N2, CO, H2, CH4 y CO2 en proporciones variables. Este proceso se realiza en los llamados gasógenos, que se utilizan con fines térmicos o, en combinación con motores, para producir energía mecánica o eléctrica. En principio, el destino del gas de gasógeno suele ser la producción de calor por combustión directa en un quemador o la generación de electricidad por medio de un motor o turbina.

En la actualidad, los procesos de gasificación avanzada, basados en sistemas de lecho fluidizado, son los mas prometedores para la generación de electricidad, con una alta eficiencia en base a ciclos combinados de turbina de gas y ciclo de vapor. Para esta finalidad es muy importante la obtención de gases limpios.

El Biogás

La digestión de la biomasa en condiciones anaerobias da origen al llamado “biogás”, a razón de unos 300 l por kg de materia seca, con un valor calórico de unos 5.500 kcal/m3. La composición de biogás es variable, pero está formado principalmente por metano (55-65%) y CO2 (35-45%); y, en menor proporción, por nitrógeno, (0-3%), hidrógeno (0-1%), oxígeno (0-1%) y sulfuro de hidrógeno (trazas).

El poder calorífico del biogás está determinado por la concentración de metano (9.500 kcal /m3), pudiéndose aumentar ésta, eliminando todo
o parte del CO2 que le acompaña.

Este tipo de transformación se produce de manera espontánea en pantanos o fondos de lagunas y lagos en los que haya depósitos de materia orgánica. Por este motivo al metano se le ha llamado el “gas de los pantanos”.También se produce en los vertederos de RSU, pudiéndose obtener el gas mediante perforaciones.

El biogás se suele utilizar para generar electricidad. En el caso de los vertederos, su uso para este fin tiene como ventajas añadidas la quema del metano y su transformación en CO2 y agua. De esta forma se reduce el efecto perjudicial del metano como gas de efecto invernadero (su potencial de absorción de la radiación infrarroja es muy superior al del CO2). La digestión anaerobia es un proceso típico de depuración, por lo que también se emplea para el tratamiento de aguas residuales y efluentes orgánicos de industrias agrarias o de explotaciones ganaderas.

El Hidrógeno

El hidrógeno se considera actualmente como un “vector energético” de enorme potencial. Su combustión produce agua y una gran cantidad de energía (27 kcal/g), por lo que resulta idóneo para múltiples aplicaciones en la industria, el transporte y el hogar (ver Qué es el Hidrógeno).

La obtención del hidrógeno a partir de compuestos orgánicos hidrogenados, tales como hidrocarburos o alcoholes, se realiza mediante un proceso denominado “reformado”. Consiste en romper las moléculas orgánicas en sus componentes elementales (carbono e hidrógeno y eventualmente oxígeno) mediante reacciones con vapor de agua en presencia de un catalizador. Entre las moléculas orgánicas con posibilidad de ser la vía limpia de obtención de hidrógeno destaca el bioetanol, que se puede obtener a gran escala a partir de biomasas alcoholígenas.

Las fuentes de Biomasa para fines energéticos

Como fuentes de biomasa para la obtención de energía se pueden considerar:

La Biomasa Natural: la leña procedente de árboles crecidos espontáneamente en tierras no cultivadas ha sido utilizada tradicionalmente por el hombre para calentarse y cocinar. Sin embargo, este tipo de biomasa no es la más adecuada para su aprovechamiento energético masivo ya que ello podría conllevar la destrucción de los ecosistemas que la producen, y que constituyen una reserva de un valor incalculable. Sí se pueden aprovechar los residuos de las partes muertas o los restos de podas y aclareos, ya que evita posibles incendios, pero siempre respetando al máximo el equilibrio y la estabilidad de los ecosistemas.

La biomasa natural constituye la base del consumo energético de los pueblos en vías de desarrollo y a medida que aumenta su población y su demanda de energía,mayor es la presión que se ejerce sobre los ecosistemas naturales, llegando en ocasiones a un sobreconsumo, lo que genera situaciones de desertización

La Biomasa residual: es la que se genera como consecuencia de cualquier proceso en que se consuma biomasa. Se produce en explotaciones agrícolas, forestales o ganaderas, así como los residuos de origen orgánico generados en las industrias y en los núcleos urbanos. La utilización de biomasas residuales es, en principio, atractiva, pero limitada: en general, es más importante la descontaminación que se produce al eliminar estos residuos que la energía que se puede generar con su aprovechamiento. En muchos casos, sin embargo, puede hacer autosuficientes desde el punto de vista energético a las instalaciones que aprovechan sus propios residuos tales como granjas, industrias papeleras, serrerías o depuradoras urbanas.

Los excedentes de cosechas agrícolas: la presión del sector agrario ha hecho que en ocasiones se destinen los excedentes de algunos productos agrícolas a su transformación en biocarburantes, con la correspondiente subvención de origen público. Sin embargo, sólo por razones sociales o estratégicas, o en el caso de que el precio de los carburantes tradicionales crezca considerablemente, podría llegarse a situaciones de rentabilidad.

Los Cultivos Energéticos (agroenergética): los cultivos energéticos, realizados con la finalidad de producir biomasa transformable en biocombustibles (en lugar de producir alimentos, como ha sido la actividad tradicional de la agricultura) son ya realidad en países como Brasil y Estados Unidos, que enfocan la producción de caña de azúcar y maíz, respectivamente, a la obtención de bioetanol.

En Europa, el etanol obtenido de remolacha y cereales, y los ésteres derivados de aceites de colza constituyen los biocarburantes de mayor desarrollo en la actualidad.

Teniendo en cuenta el excedente de tierras de cultivo dedicadas a fines alimentarios, es de esperar en un futuro que la actividad agraria se derive en parte hacia la producción de energía, siendo los cultivos mas prometedores, a corto plazo, los productores de biomasa lignocelulósica (eucaliptos, acacias, chopos, cardo de la especie Cynara cardunculus) para aplicaciones térmicas.

Características deseables de los cultivos energéticos

  • Altos niveles de productividad en biomasa con bajos costos de producción, de tal forma que hagan viable económicamente la producción de biocombustibles o biocarburantes en relación a los de origen fósil.
  • Posibilidad de desarrollarse en tierras marginales o en tierras agrícolas marginalizadas por falta de mercado para los productos tradicionalmente cultivados.
  • Requerimiento de maquinaria agrícola convencional, normalmente disponible por los agricultores, utilizable también para otros cultivos propios de la zona.
  • No contribuir a la degradación del medio ambiente, de tal forma que el balance medioambiental producido por su cultivo sea superior al que se produciría si la tierra agrícola estuviese en barbecho o fuera ocupada por un cultivo tradicional.
  • Balance energético positivo. Es decir, que la energía neta contenida en la biomasa producida sea superior a la gastada en el cultivo más la parte proporcional correspondiente a la gastada en la obtención de los productos y equipos utilizados.
  • Posibilidad de recuperar fácilmente las tierras después de finalizado el cultivo energético para realizar otros cultivos si las condiciones socioeconómicas así lo aconsejaran.

Cuáles son las ventajas de utilizar la Biomasa

El uso de la biomasa tiene una serie de ventajas ambientales y económicas.

Las ventajas ambientales

  • Balance neutro en emisiones de CO2 (principal responsable del efecto invernadero). La combustión de biomasa produce CO2, pero una cantidad análoga a la emitida fue captada previamente por las plantas durante su crecimiento, por lo que la combustión de la biomasa no supone un incremento neto de este gas en la atmósfera.
  • Al tener escaso o nulo contenido en azufre, la combustión de la biomasa no produce óxidos de este elemento, causantes de las lluvias ácidas, como ocurre en la quema de combustibles fósiles.
  • En el caso de los biocarburantes utilizados en motores, las emisiones contienen menos partículas sólidas y menor toxicidad que las emisiones producidas por carburantes procedentes del petróleo.
  • Permite recuperar en las cenizas de la combustión importantes elementos minerales de valor fertilizante, como fósforo y potasio.
  • Como una parte de la biomasa procede de residuos que es necesario eliminar, su aprovechamiento energético supone convertir un residuo en un recurso.

Las ventajas socioeconómicas

  • Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles.
  • Favorece el desarrollo del mundo rural y supone una oportunidad para el sector agrícola, ya que permite realizar cultivos energéticos en sustitución de otros excedentarios.
  • La producción de cultivos energéticos en tierras agrícolas de barbecho, supone creación de puestos de trabajo con el consiguiente ahorro de subvenciones por desempleo y favorece el incremento de la actividad del sector agrario (maquinaria, fertilizantes, técnicos etc.)
  • Abre oportunidades de negocio a la industria española, favorece la investigación y el desarrollo tecnológicos, e incrementa la competitividad comercial de los productos.

Las aplicaciones de la Biomasa

Generación de calor. Las aplicaciones térmicas con producción de calor y agua caliente sanitaria son las más comunes dentro del sector de la biomasa. Estas aplicaciones incluyen un primer escalafón referido al uso de calderas o estufas individuales a escala doméstica (las estufas de toda la vida pero notablemente más eficientes), y las calderas que permiten su adaptación a un sistema de radiadores o de suelo radiante y a otros con producción de agua caliente sanitaria.

En un segundo escalafón se sitúan las calderas diseñadas para un bloque o edificio de viviendas, equiparables en su funcionamiento a las habituales de gasóleo C o gas natural, que proveen a las viviendas de calefacción y agua caliente. El uso de estos sistemas exige disponer de un lugar adecuado (amplio y seco) para almacenar el biocombustible (pellets, casi siempre), por lo que pueden ser una buena solución, tanto económica como medio ambiental, para edificios de nueva construcción.

En el centro y norte de Europa está también muy extendido el uso de distric heating, red de calefacción y de agua caliente centralizadas capaz de atender esas necesidades energéticas de urbanizaciones enteras, edificios públicos, centros deportivos, complejos comerciales e incluso industrias. El mayor tamaño, tanto de las calderas como de los silos de almacenamiento del combustible, requiere de instalaciones exclusivas para estas centrales térmicas.

Los consumos térmicos de determinadas industrias también son abastecidos por calderas de biomasa.

Generación de electricidad. La producción de electricidad precisa de sistemas más complejos, centrales con grandes calderas que conllevan grandes inversiones en dinero y tecnología. En España todavía hay pocas plantas de producción eléctrica a partir de la biomasa, y la mayor parte de la potencia instalada procede de instalaciones ubicadas en industrias que tienen asegurado el combustible con su propia producción. Es el caso de la industria papelera y, en menor medida, de otras industrias forestales y agroalimentarias, que aprovechan los residuos generados en sus procesos de fabricación para reutilizarlos como combustibles. En este sentido, los residuos de la industria del aceite de oliva suponen un combustible de fuerte potencial.

Fuente: Energías renovables para todos

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