PRODUCCIÓN DE BIOMASA

D.  BUSTOS

R. URQUIJO

                                                                         

INTRODUCCIÓN

Se le llama biomasa al combustible energético q se obtiene directa o indirectamente de los recursos biológicos. L a energía de biomasa procede de la madera, residuos agrícolas y estiércol, continúa siendo la fuente de energía principal en los países en desarrollo.

Cuando la materia viva se descompone, la energía contenida en ella se libera. Esto ocurre mediante el metabolismo de los alimentos, la descomposición de la materia viva o la combustión de la leña, etc. Por tanto, podemos decir, que el conjunto de materia viva que existe en un momento dado, o biomasa, es un gran depósito energético temporal, cuya magnitud está mantenida a base de un constante flujo de captación y liberación.

El Hombre, hace mucho tiempo, ha sabido beneficiarse del valor energético de la biomasa quemándola para calentarse, secar cosas o cocinar alimentos. La biomasa, junto con la energía directa del sol y la fuerza muscular, han sido las principales fuentes de energía utilizadas por la humanidad durante largos períodos de tiempo.

¿Qué es la Biomasa?

Para la mayoría de la población mundial, las formas más familiares de energía renovable son las que provienen del sol y del viento. Sin embargo existen otras fuentes de biomasa, como leña, carbón de leño, cascarilla de arroz, que proveen un alto porcentaje de la energía consumida en el mundo y tienen potencial para suplir mayores volúmenes.

El término biomasa se refiere a toda la materia orgánica que proviene de árboles, plantas y desechos de animales que pueden ser convertidos en energía; o las provenientes de la agricultura (residuos de maíz, café, arroz), del aserradero (podas, ramas, aserrín, cortezas) y de los residuos urbanos (aguas negras, basura orgánica y otros). Esta es la fuente de energía renovable más antigua conocida por el ser humano, pues ha sido usada desde que nuestros ancestros descubrieron el secreto del fuego.

Desde la prehistoria, la forma más común de utilizar la energía de la biomasa ha sido por medio de la combustión directa: quemándola en hogueras a cielo abierto, en hornos y cocinas artesanales e, incluso, en calderas; convirtiéndola en calor para suplir las necesidades de calefacción, cocción de alimentos, producción de vapor y generación de electricidad.

Los avances tecnológicos han permitido el desarrollo de procesos más eficientes y limpios para la conversión de biomasa en energía; transformándola, por ejemplo, en combustibles líquidos o gaseosos, los cuáles son más convenientes y eficientes. Así aparte de la combustión directa, se pueden distinguir otros dos tipos de procesos: el termo-químico y el bioquímico.

Las fuentes más importantes de biomasa son los campos forestales y agrícolas pues en ellos se producen residuos (rastrojos) que normalmente son dejados en el campo al consumirse sólo un bajo porcentaje de ellos con fines energéticos. En la agroindustria, los procesos de secado de granos generan subproductos que son usados para generación de calor en sistemas de combustión directa; tal es el caso del bagazo de caña de azúcar, la cascarilla de café y la de arroz. Por otro lado, los centros urbanos generan grandes cantidades de basura compuestas en gran parte, por materia orgánica que puede ser convertida en energía, después de procesarla adecuadamente.

Recuso Biomásico

Se considera que la biomasa es una fuente renovable de energía porque su valor proviene del Sol. A través del proceso de fotosíntesis, la clorofila de las plantas captura su energía, y convierte el dióxido de carbono (CO2) del aire y el agua del suelo en carbohidratos, para formar la materia orgánica. Cuando estos carbohidratos se queman, regresan a su forma de dióxido de carbono y agua, liberando la energía que contienen.

En la figura 1 se muestran los contenidos de carbono en la biomasa existente en un bosque primario. De esta forma, la biomasa funciona como una especie de batería que almacena la energía solar. Entonces, se produce en forma sostenida o sea en el mismo nivel en que se consume, esa batería durará indefinidamente.

Los recursos Biomásico incluyen cualquier fuente de materia orgánica, como desechos agrícolas y forestales, plantas acuáticas, desechos animales y basura urbana. Su disponibilidad varía de región a región, de acuerdo con el clima, el tipo de suelo, la geografía, la densidad de la población, las actividades productivas, etc; por eso, los correspondientes aspectos de infraestructura, manejo y recolección del material deben adaptarse a las condiciones específicas del proceso en el que se deseen explotar.

Fuentes de Biomasa

Las fuentes de biomasa que pueden ser usadas para la producción de energía cubren un amplio rango de materiales y fuentes: los residuos de la industria forestal y la agricultura, los desechos urbanos y las plantaciones energéticas (ver Figura 2), se usan, generalmente, para procesos modernos de conversión que involucran la generación de energía a gran escala, enfocados hacia la sustitución de combustibles fósiles.

Los residuos agrícolas, como la leña y el carbón vegetal, han sido usados en procesos tradicionales en los países en vías de desarrollo y a usos primarios en pequeña escala; por ejemplo, la cocción de alimentos o las pequeñas actividades productivas como panaderías, caleras, secado de granos, etc.

Utilización de la biomasa:

·          Los bosques:

La única biomasa explotada actualmente para fines energéticos es la de los bosques. No obstante, el recurso sistemático de a la biomasa de los bosques para cubrir la demanda energética sólo puede ser una opción razonable en países donde la densidad territorial y de población es muy baja (Tercer mundo).

En España sólo es razonable contemplar el aprovechamiento energético de la corta y de la limpia de las explotaciones forestales (leña, ramas, follaje, etc.), como también la de los residuos de la industria de la madera.

·         Los residuos agrícolas, deyecciones y camas de ganado:

Estos tres elementos constituyen una parte importante de la bioenergía.

En España sólo parece recomendable el uso de la paja de los cereales (en los casos en que el retirarla del campo no afecte a la fertilidad del suelo) y las deyecciones y camas del ganado (cuando el no utilizarlas sistemáticamente como estiércol no perjudique las productividades agrícolas).

·          Los cultivos energéticos:

La conveniencia de los cultivos o plantaciones con fines energéticos, está muy discutida, no sólo por su rentabilidad, sino también por la competencia que ejercerían con la producción de alimentos y otros productos necesarios (madera, etc.).

En España se ha estudiado de modo especial la posibilidad de ciertos cultivos energéticos, especialmente sorgo dulce y caña de azúcar, en ciertas regiones de Andalucía, donde ya hay tradición en el cultivo de estas plantas de elevada asimilación fotosintética.

El problema de la competencia entre los cultivos clásicos y los cultivos energéticos no se daría en el caso de  otro tipo de cultivo energético: los cultivos acuáticos. Una planta acuática particularmente interesante desde el punto de vista energético sería el Jacinto de agua, que posee una de las productividades de biomasa más elevadas del reino vegetal.

También se podría recurrir a ciertas algas microscópicas (micrófitos), que tendrían la ventaja de permitir un cultivo continuo.

Métodos de conversión de la biomasa en energía:

Existen tres métodos de conversión de la biomasa en energía.

·         Métodos termoquímicos:

Estos métodos son los que se basan en la utilización del calor como fuente de transformación de la biomasa. Dentro de este método hay dos clases, la de combustión y la de la pirolisis.

La combustión: Es la oxidación completa de la biomasa por el oxígeno del aire, libera agua y gas carbónico, y puede servir para la calefacción doméstica y para la producción de calor industrial.

La pirolisis: Es la combustión incompleta de la biomasa en ausencia de oxígeno, a unos 500 ºC, se utiliza para producir carbón vegetal.

También la pirolisis lleva a la liberación de un gas pobre, mezcla de monóxido, dióxido de carbono, de hidrógeno y de hidrocarburos ligeros. Este gas de débil poder calorífico, sirve para accionar motores diesel, para producir electricidad, o para mover vehículos.

Una variante de la pirolisis, la pirolisis flash, llega a 1000ºC en menos de un segundo, tiene la ventaja de asegurar una gasificación casi total de la biomasa. De todas formas, la gasificación total puede obtenerse mediante una oxidación parcial de los productos no gaseosos de la pirolisis.

Las instalaciones en las que se realizan la pirolisis y la gasificación de la biomasa reciben el nombre de gasógenos.

·         Métodos biológicos:

Estos métodos son los que utilizan la fermentación. Dentro de este método hay dos clases, la fermentación alcohólica y la fermentación metánica.

La fermentación alcohólica: Es una técnica usada desde hace mucho en los azúcares que también pude utilizarse con la celulosa y el almidón.

La destilación, que permite obtener alcohol etílico prácticamente anhídrido, es una operación muy costosa en energía. En estas condiciones, la transformación líe la biomasa en etanol y después la utilización de este alcohol en motores de explosión, tienen un balance energético global dudoso.

La fermentación metánica: Es la digestión anaerobia de la biomasa por bacterias. Es idónea para la transformación de la biomasa húmeda (más del 75 % de humedad relativa).En los fermentadores, o digestores, la celulosa es esencialmente la sustancia que se degrada en un gas, que contiene alrededor de 60 % de metano y 40 % de gas carbónico. El problema principal consiste en la necesidad de calentar el equipo, para mantenerlo a la temperatura óptima de 30−35ºC. No obstante, el empleo de digestores es un camino prometedor hacia la autonomía energética de las explotaciones agrícolas, por recuperación de las deyecciones y camas del ganado. Además, es una técnica de gran interés para los países en vías de desarrollo.

Lugar de la biomasa entre las fuentes de energía:

Al contrario de las energías extraídas de la tanatomasa (carbón; petróleo), la energía derivada de la biomasa es renovable indefinidamente.

Al contrario de las energías eólica y solar, la de la biomasa es fácil de almacenar. En cambio, necesita enormes volúmenes combustibles que hacen su transporte costoso y por ello es más apropiada para la utilización local y sobre todo rural.

Su rendimiento, expresado en relación a la energía solar incidente sobre las mismas superficies, es muy débil (0,5 % a 4 %, contra 10 % a 30 % para las pilas solares fotovoltaicas), pero las superficies terrestres y acuáticas, de que pueden disponer no tienen comparación con las que pueden cubrir, por ejemplo, los captadores solares.

Algunas aplicaciones de la biomasa:

Como es de esperar de la variedad de productos resultantes de la biomasa las aplicaciones posibles son también numerosas.

·          Producción térmica:

Casi siempre se utilizan los productos de combustión directa, aunque en ocasiones también se emplea biogás.

·         Producción doméstica:

Desde siempre se han usado estufas y hogares, con rendimientos energéticos muy bajos. Pero en los últimos años han apareciendo nuevos criterios en cuanto a: eficiencia de los equipos, mejora de los efectos ambientales, características del combustible.... lo cual puede ser una oportunidad para los productos densificados de biomasa. Esto contribuiría a diversificar la demanda y los productos. Recientemente también se están instalando calderas de biomasa para calefacción de centros públicos y de comunidades de vecinos.

·          Producción industrial:

Se viene aplicando la biomasa en instalaciones como hornos cerámicos, secaderos y calderas. En este ámbito existe la suficiente tecnología para mejorar un poco los rendimientos.

·         Transporte:

Quizás este es el campo donde mas dependencia hay a la utilización de los derivados del petróleo. Por ello los biocombustibles de origen vegetal tienen un interés especial en este campo, ante la vulnerabilidad del abastecimiento y la subida progresiva de los precios, que se está viendo actualmente. Aunque el subsector está poco desarrollado, en general, España cuenta con capacidad técnica y recursos para desarrollarlo. Dado que la demanda potencial es muy elevada y la capacidad productora también, se perfila como un mercado de gran interés de futuro.

Hay dos tipos de combustible desarrollados a partir de la biomasa, el bioetanol y el biodiesel.

El bioetanol se aplica a la combustión en motores de gasolina, mezclado con ella o sustituyéndola.

El biodiesel se aplica a motores diesel, mezclado en ciertas proporciones con gasoil o, más raramente, sustituyéndolo.

Ventajas de la utilización de la biomasa:

Aunque la energía de la biomasa se ha aprovechado desde que el hombre descubrió el fuego, la consideración actual de la biomasa como una fuente de energía limpia se hace bajo nuevos criterios y enfoques.

·         El balance de CO2 emitido por la combustión de la biomasa es neutro. La combustión de biomasa, si se realiza en las condiciones adecuadas, produce agua y CO2, pero la cantidad emitida de CO2 (principal responsable del efecto invernadero) fue captada por las plantas durante su crecimiento. Es decir, el CO2 de la biomasa viva forma parte de un ciclo de circulación continuo entre la atmósfera y la vegetación, sin que suponga incremento de ese gas en la atmósfera con tal que la vegetación se renueve a la misma velocidad que se degrada.

·         La biomasa no emite contaminantes sulfurados o nitrogenados, ni apenas partículas sólidas.

·         Una parte de la biomasa para fines energéticos procede de materiales residuales que es necesario eliminar. El aprovechamiento energético supone convertir un residuo en un recurso o lo que es lo mismo, reciclar.

·         Los cultivos excedentarios serán sustituidos por los cultivos energéticos en el mercado de alimentos y esto puede llegar a ofrecer una nueva oportunidad al sector agrícola.

·         La producción de la biomasa es totalmente descentralizada, ya que el recurso utilizado por esta energía está disperso por el territorio, que puede generar un gran cambio social y económico en el mundo rural.

·         La utilización de la biomasa como energía también disminuye la dependencia externa para el abastecimiento de combustibles.

·         La biomasa también es un importante campo de innovación tecnológica. Las respuestas tecnológicas que se están realizando están dirigidas a mejorar por completo el rendimiento energético de la biomasa, minimizar los efectos ambientales de los residuos aprovechados, incrementar la competitividad comercial de los productos y posibilitar nuevas aplicaciones de los biocombustibles.

Dificultades de la expansión de la biomasa:

Los principales obstáculos para la aplicación de la biomasa no son de carácter tecnológico sino de mentalidad y de capacidad organizativa en todos los sectores sociales implicados.

Incluso el subsector de los biocombustibles que es seguramente el menos desarrollado cuenta con recursos científico−técnicos suficientes dentro de España.

También se podrían considerar como obstáculos para el desarrollo de la biomasa como energía:

·         La planificación de recogida de materias primas, en el caso de los cultivos energéticos y de residuos de cultivo, así como la de los residuos forestales.

·         La dispersión espacial del recurso

·         La estacionalidad.

·         La variabilidad de producción

·         La dificultad de planificar podas, limpiezas, siegas, y coordinar al personal humano necesario para estas actividades.

La gestión adecuada de estas cuestiones es la clave para aprovechar al máximo los recursos más abundantes.

La competencia del aprovechamiento energético de la biomasa con otros fines, ocasiona incertidumbres de abastecimiento y oscilación de precios de las materias primas.

Este aspecto es particularmente crítico para las plantas de generación eléctrica, cuando los proveedores no forman pare del proyecto de explotación.

·         La dificultad de almacenamiento y manejo en planta, sea para la transformación de la materia prima en otros productos como para consumo directo.

·         La necesidad de grandes espacios y una planificación adecuada para poder automatizar las operaciones.

Estos obstáculos son los responsables de que sólo lleguen a proyectos viables con una buena coordinación de estos tres sectores: el agropecuario, el energético y el de la producción de equipos.

Las líneas de ayuda frecuentemente no tienen en consideración la necesidad de integrar varios sectores en una misma iniciativa, para lograr la viabilidad.

Otros problemas también podrían ser:

 

·         La insuficiencia de las acciones de demostración y del apoyo hacia proyectos de este tipo en todas sus aplicaciones.

·         La falta de información sobre los recursos y las tecnologías disponibles.

·         La falta de conciencia sobre el interés ambiental y social de la biomasa como fuente de energía.

·          Falta del esfuerzo necesario para superar todas las barreras anteriores.

CONCLUSIONES

Un programa de producción de energía alternativa, particularmente a partir de biomasa, debe ser parte de un proyecto nacional de política energética, y este último exige, como requisito indispensable, el rediseño total del sistema nacional de transporte público, (que no significa el simple cambio de unos buses y microbuses por otros), una adecuada política de circulación de vehículos de uso personal y una completa reingeniería en el uso de energía en nuestro sector fabril (que permita hacer de esta un uso más eficiente y productivo).

Si no se pone en práctica un programa de política energética como el apuntado, producir energía por medio de fuentes alternativas será un fracaso, y el problema de los altos costos de la energía, (eléctrica, gasolina, diesel, fuel oil, etc.), no será resuelto.

La biomasa es una alternativa, pero debe ser utilizada inteligente y racionalmente, con conocimiento, con prudencia, evitando escuchar las opiniones de ignorantes y de entes y personas malsanamente interesados.

CIBERGRAFÍA

·         BIOMASA CONCEPTOS BASICOS. Tomado de http://www.mailxmail.com/curso-biomasa-energias renovables. Fecha 27 de septiembre de 2010. Hora: 7:56 PM.

·         BIOMASA ENERGÍAS RENOVABLES.  Tomado de http://www.mailxmail.com/curso-biomasa-energias-renovables/recurso-biomasico-fuentes-biomasa. Fecha 27 de septiembre de 2010. Hora: 8:20 PM.

·         LA BIOMASA.  Tomado de http://html.rincondelvago.com/biomasa_3.html. Fecha 27 de septiembre de 2010. Hora: 3:25 PM.

·         BIOMASA.  Tomado de http://es.wikipedia.org/wiki/Biomasa. Fecha 27 de septiembre de 2010. Hora: 5:30 PM.