Promoción del uso de la biomasa forestal para producción de energía
La biomasa
¿Qué es la biomasa?
Biomasa, abreviatura de masa biológica, es un término genérico que hace referencia a la cantidad de materia viva producida por plantas, animales, hongos o bacterias, en un área determinada. Se suele utilizar para hacer referencia al combustible energético que se obtiene directa o indirectamente de estos recursos biológicos.
Hay otra característica que diferencia a la biomasa de otros recursos energéticos, y es el hecho de que es un recurso potencialmente renovable. El carbón, el gas, el petróleo y otros combustibles fósiles, no se consideran biomasa, aunque deriven de material vivo. El tiempo necesario para la formación de estos combustibles (millones de años) hacen que no puedan ser considerados como renovables.
Biomasa vegetal
La fuente original de la energía presente en la biomasa es el sol. Los cloroplastos (pequeñas "factorías" presentes en las plantas) usan la energía solar (en forma de energía luminosa, o fotones), el CO2 presente en el aire, y el agua del suelo para fabricar carbohidratos (azúcar, celulosa, etc.). La energía original proveniente del sol, se almacena ahora en todos estos componentes.
Alguna de esta energía almacenada se traspasará a los animales en la cadena alimenticia. A su vez, los restos de las plantas, los excrementos animales, etc., pueden ser vistos como almacenes de energía solar.
Tipos de biomasa
La biomasa como fuente para la producción de energía renovable puede clasificarse en:
- Biomasa natural. Se produce de forma espontánea en la naturaleza, sin intervención humana. Por ejemplo, las podas naturales de los bosques.
- Biomasa residual seca. Procede de recursos generados en las actividades agrícolas, forestales. También se produce este tipo de biomasa en procesos de la industria agroalimentaria y de la industria de transformación de la madera. Dentro de este tipo de biomasa, se puede diferenciar la de origen forestal y la de origen agrícola.
- Biomasa residual húmeda. Procede de vertidos biodegradables formados por aguas residuales urbanas e industriales y también de los residuos ganaderos.
- Cultivos energéticos tanto forestales como agrícolas. Son aquellos cultivos realizados tanto en terrenos agrícolas como forestales y que están dedicados a la producción de biomasa con fines no alimentarios.
¿Cómo se transforma la biomasa en energía?
Hay varios métodos para transformar la biomasa en energía, los más utilizados son los métodos termoquímicos y los biológicos.
Métodos termoquímicos
Estos métodos se basan en la utilización del calor como fuente de transformación de la biomasa. Están muy desarrollados para la biomasa seca.
Hay tres tipos de procesos que dependen de la cantidad de oxígeno presente en la transformación:
- Combustión. Se somete a la biomasa a altas temperaturas con exceso de oxígeno. Es el método tradicional para la obtención de calor en entornos domésticos, para la producción de calor industrial o para la generación de energía eléctrica.
- Pirólisis. Se somete a la biomasa altas temperaturas (alrededor de 500ºC) sin presencia de oxigeno. Se utiliza para producir carbón vegetal y también para obtener combustibles líquidos semejantes a los hidrocarburos.
- Gasificación. Se somete a la biomasa a muy altas temperaturas en presencia de cantidades limitadas de oxígeno, las necesarias para conseguir así una combustión completa. Según se utilice aire u oxígeno puro, se obtienen dos productos distintos, en el primer caso se obtiene gasógeno o gas pobre, este gas puede utilizarse para obtener electricidad y vapor, en el segundo caso, se opera en un gasificador con oxígeno y vapor de agua y lo que se obtiene es gas de síntesis. La importancia del gas de síntesis radica en que puede ser transformado en combustible líquido.
Métodos biológicos
Se basan en la utilización de diversos tipos de microorganismos que degradan las moléculas a compuestos más simples de alta densidad energéticas. Son métodos adecuados para biomasa de alto contenido en humedad, los más conocidos son la fermentación alcohólica para producir etanol y la digestión anaerobia, para producir metano.
La digestión anaerobia de la biomasa por bacterias, se puede utilizar en explotaciones de ganadería intensiva, con la instalación de digestores o fermentadores, en donde la celulosa procedente de los excrementos animales se degrada en un gas que contiene cerca del 60% de metano.
Aplicaciones energéticas
La transformación de la biomasa puede dar origen a distintas energías:
- Energía térmica. Agua o aire caliente, vapor. Es la aplicación más extendida de la biomasa natural y residual. Los sistemas de combustión directa se pueden utilizar directamente para cocinar alimentos, para calefacción o secado. Además, es posible aprovechar el vapor que se desprende para producir electricidad o para procesos industriales.
- Energía eléctrica. Se obtiene, sobre todo, a partir de la transformación de biomasa procedente de cultivos energéticos, de la biomasa forestal primaria y de los residuos de las industrias. En determinados procesos, el biogás resultante de la fermentación de la biomasa también se puede utilizar para la producción de electricidad. La tecnología a utilizar para conseguir energía eléctrica depende del tipo y cantidad de biomasa. Así tenemos:
- Ciclo de vapor: está basado en la combustión de biomasa, a partir de la cual se genera vapor que es posteriormente expandido en una turbina.
- Turbina de gas: utiliza gas de síntesis procedente de la gasificación de un recurso sólido. Si los gases de escape de la turbina se aprovechan en un ciclo de vapor se habla de un ciclo combinado.
- Motor alternativo: utiliza gas de síntesis procedente de la gasificación de un recurso sólido o biogás procedente de una digestión anaerobia.
- Energía mecánica. Son los biocombustibles, pueden sustituir total o parcialmente a los combustibles fósiles, permitiendo alimentar motores de gasolina con bioalcoholes y motores diesel con bioaceites. En muchos países, este tipo de combustibles son ya una realidad, por ejemplo, en Brasil ya son millones los vehículos propulsados con alcohol casi puro obtenido de la caña de azúcar.
La forma de transformar la biomasa en energía depende, fundamentalmente, del tipo de biomasa que se esté tratando y del uso que se quiera dar a esta energía. Los sistemas comerciales para utilizar biomasa residual seca se pueden clasificar en función de que estén basados en la combustión del recurso (hay gran número de calderas para biomasa en el mercado) o en su gasificación. Los sistemas comerciales para aprovechar la biomasa residual húmeda están basados en la pirólisis. Para ambos tipos de recursos, existen varias tecnologías que posibilitan la obtención de biocarburantes.
La cogeneración
La cogeneración consiste en la producción conjunta de energía térmica y eléctrica. Se basa en el aprovechamiento de los calores residuales de los sistemas de producción de electricidad.
Es interesante en instalaciones en donde tanto el consumo térmico como el eléctrico es elevado.
¿Cuánta energía proporciona la biomasa?
Aproximadamente:
- 1 kilogramo de biomasa proporciona 3.500 kilocalorías.
- 1 litro de gasolina proporciona 10.000 kilocalorías.
Es decir, se necesitan 3 kg de biomasa para obtener la misma cantidad de energía que nos proporciona un litro de gasolina, o lo que es lo mismo, cuando desperdiciamos 3 kg de biomasa estamos desaprovechando el equivalente a un litro de gasolina.
Unidades y equivalencias energéticas
Definiciones de las unidades
- Julio. El julio (J) es la unidad del Sistema Internacional para energía y trabajo. Se define como el trabajo realizado por la fuerza de 1 newton en un desplazamiento de 1 metro y toma su nombre en honor al físico James Prescott Joule.
El julio también es igual a 1 vatio por segundo, por lo que eléctricamente es el trabajo realizado por una diferencia de potencial de 1 voltio y con una intensidad de 1 amperio durante un tiempo de 1 segundo.
- Caloría. Una caloría es una unidad de energía del Sistema técnico. Es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14,5 a 15,5 grados centígrados.
- Kilovatio-hora. El kilovatio hora, abreviado kWh, es una unidad de energía. Equivale a la energía desarrollada por una potencia de un kilovatio (kW) durante una hora, equivalente a 3,6 millones de julios.
- Tonelada equivalente de petróleo (tep). La tonelada equivalente de petróleo es una unidad de energía. Su valor equivale a la energía que hay en una tonelada petróleo y, como puede variar según la composición de este, se ha tomado un valor convencional de: 41.840.000.000 julios = 11.622 kWh.
- Termia (th). La termia es una unidad de energía, equivalente a 1 millón de calorías. Se usa en el suministro de gas natural para calcular las facturas. Como el gas suministrado tiene un poder calorífico algo variable, el cobro se hace sobre termias en vez de sobre m³.
- British Thermal Unit (Btu). Un Btu es la cantidad de calor requerido para aumentar la temperatura de una libra de agua por un grado Fahrenheit.
Tabla de equivalencias energéticas
¿Cómo se mide la energía de la biomasa?
Para poder evaluar la calidad energética de las distintas fuentes de energía se establecen unas unidades basadas en el poder calorífico de cada una de ellas. Las más utilizadas son:
- kcal/kg aplicada a un combustible nos indica el número de kilocalorías que obtendríamos en la combustión de 1 kg de ese combustible.
- tec: tonelada equivalente de carbón. Representa la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de carbón (hulla).
- tep: tonelada equivalente de petróleo (1 tep = 1,428 tec).
Si se trata de biomasa residual seca, las medidas hacen referencia a su poder calorífico, pero si se trata de biomasa residual húmeda o de biocarburantes, lo que se mide es el poder calorífico del recurso una vez tratado.
El medioambiente y la bioenergía
El planteamiento de la utilización de la biomasa como fuente de energía tiene que estar basado en la sostenibilidad, es decir, consumir como mucho, lo que se produce. Esta idea está completamente alejada de las formas tradicionales de utilización que aún se utilizan en buena parte del mundo y que son responsables de graves daños medioambientales: pérdida de biodiversidad, desertificación, degradación de las fuentes de agua, etc.
En el aprovechamiento de la bioenergía, es importante evitar posibles consecuencias nocivas para el medio ambiente, como son la extracción excesiva de leña o el establecimiento de monocultivos en gran escala.
La biomasa ante el efecto invernadero
La emisión de gases de efecto invernadero acelera el calentamiento de la atmósfera y colabora a un cambio climático que trascenderá muy negativamente en muchos aspectos de las actividades humanas.
La quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas) y la destrucción de los bosques, se han convertido en las principales causas de la emisión a la atmósfera de dióxido de carbono (CO2), el gas más peligroso en la generación del efecto invernadero (los combustibles fósiles, por producirlo, y la desaparición de los bosques por no absorber el exceso de este gas en la atmósfera).
La deforestación es una de las causas de mayor relieve en la emisión de dióxido de carbono y metano a la atmósfera y el problema radica en el papel esencial que desempeñan las grandes masas de materia vegetal (junto con los océanos), al equilibrar la cantidad de CO2 en la atmósfera haciendo de sumideros de carbono.
Las estrategias a utilizar se centran en controlar y estabilizar las emisiones de gases de efecto invernadero promocionando las energías renovables.
Y, es en este campo, en donde la utilización de la bioenergía juega un doble y positivo papel. Por un lado, la combustión de la biomasa produce la misma cantidad de CO2 que antes consumió, dejando al sistema en equilibrio, además, se utiliza como sustitutivo de otros combustibles que se limitan a la liberación del dióxido de carbono. Por otro lado, una potenciación de la bionergía ayudaría a la reforestación del planeta, aumentando así la cantidad de CO2 absorbida.
Hay estudios que apuntan que para conseguir estabilizar las concentraciones equivalentes de CO2 en la atmósfera en niveles que no conocemos desde los años 30 del siglo pasado, necesitaríamos que el 40% de la energía eléctrica producida en el mundo se obtenga a partir de la biomasa.
La lluvia ácida
La biomasa tiene contenidos en azufre prácticamente nulos, generalmente inferiores al 0,1%. Por este motivo, las emisiones de dióxido de azufre, que junto con las de óxidos de nitrógeno son las causantes de la lluvia ácida, son mínimas en los procesos de transformación de biomasa forestal en energía.
Los incendios forestales
En el sur de Europa, los incendios forestales amenazan gravemente su sostenibilidad. Durante el año 2005 sólo en Portugal ardieron cerca de 250.000 ha y en el conjunto de los países del sur de Europa 500.000 ha.
El progresivo abandono de las actividades agrosilvopastorales que se ha producido en la última mitad del siglo XX debido al éxodo rural ha provocado un incremento de la biomasa en los ecosistemas que los hace fácilmente combustibles. Parte de esta biomasa se puede utilizar para la generación de energía.
La erosión y la deforestación
El aprovechamiento de biomasa sin explotar y el establecimiento de plantaciones y cultivos energéticos puede paliar el problema de la desertización que se está produciendo en el sur de Europa. En particular, los cultivos perennes, pueden ayudar a prevenir problemas de erosión al reducir el impacto de la lluvia y el transporte de sedimentos.
Las tierras deforestadas se pueden rehabilitar como plantaciones bioenergéticas.
Puestos de trabajo en el medio rural
El aprovechamiento de la bioenergía contribuye a la creación de empleo en el medio rural, beneficiando el desarrollo económico de las zonas tradicionalmente deprimidas.
Inconvenientes frente a los combustibles fósiles
Es necesaria una mayor cantidad de biocombustible que de combustible fósil para conseguir la misma cantidad de energía, lo que hace necesario mayor espacio para su almacenamiento. Además, los rendimientos de las calderas de biomasa son algo inferiores a los rendimientos de las calderas que utilizan combustibles fósiles y sus sistemas de alimentación y eliminación de cenizas son más complejos.
Muchos de estos problemas se están solucionando a medida que avanzan las tecnologías.
La política energética en la Unión Europea
Los países de la Unión Europea (UE) en su conjunto, constituyen la principal potencia mundial en lo que al desarrollo y aplicación de energías renovables se refiere.
Esto es producto de la política energética adoptada por la UE en los últimos años, en donde se intenta potenciar la utilización de energías renovables frente a las fuentes de energía fósil. Aún así, la mitad de las necesidades energéticas de los países de la UE siguen estando cubiertas por recursos importados y, dado que se consume cada vez más energía, esta dependencia exterior no cesa de aumentar.
Cuando la UE comienza la elaboración de una estrategia para abordar este problema, se encuentra con que hay que afrontar otros desafíos: la lucha contra el cambio climático y la realización de un mercado interior.
En el año 1997, la UE publica el documento “ENERGÍA PARA EL FUTURO: FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES”, el libro blanco en donde se intenta establecer una estrategia y un plan de acción comunitarios, el objetivo: alcanzar el 12% de participación de las energías renovables frente al consumo total de energía en 2010. A pesar de que se fueron registrando avances en el campo de las energías renovables, no parecen ser suficientes. Para garantizar el éxito es necesario que la política energética incluya un fuerte control sobre el consumo energético.
En septiembre de 2001 se aprueba una Directiva del Consejo y del Parlamento sobre el fomento de la producción de electricidad a partir de las fuentes de energía renovable, cuyo objetivo es que el porcentaje de electricidad «verde», energía eléctrica generada a partir de fuentes renovables, en la UE pase del 14% en 1997 al 22% en 2010.
En esta Directiva se indica que los Estados de la UE deben adoptar y publicar, cada cinco años, un informe que establezca, para los 10 años siguientes, los objetivos de consumo futuro de electricidad (FER), así como las medidas a tomar para alcanzarlos.
La Comisión Europea propone que los países miembros utilicen una serie de medidas de apoyo para fomentar el consumo de bioelectricidad, estas medidas pueden consistir en ayudas fiscales, financieras, certificados verdes, etc.
Los sistemas de apoyo adoptados por los países de la UE se pueden dividir en dos grandes grupos:
- Sistemas de tarifas o primas mínimas, en donde los proveedores de electricidad renovable venden toda su producción a un precio fijado en su totalidad o en parte.
- Sistemas de cuotas y certificados verdes, en donde se obliga a que un determinado porcentaje del suministro eléctrico o producción de electricidad provenga de energía renovable. Los proveedores o sujetos ligados a esta cuota, deberán demostrar que la están cumpliendo mediante la entrega de certificados verdes.
La mayor parte de los países de la Unión utilizan sistemas de tarifas o primas mínimas como sistema principal de apoyo e incluyen otros sistemas como pueden ser ayudas a la inversión, créditos fiscales o subastas.
Para la elaboración de este documento se han utilizado, entre otras, las siguientes fuentes:
- La biomasa como fuente de energía renovable. Ingeniería sin fronteras.
- Portal de la Unión Europea. Actividades de la UE, síntesis de la legislación, apartado de ENERGÍA.