Biomasa y biocombustibles.

Siempre ha estado ahí, y en tiempos de nuestros abuelos la utilizaban casi como única fuente energética. ¿Qué hay de nuevo entonces en la biomasa?

La biomasa es toda sustancia orgánica renovable de origen tanto animal como vegetal. La energía de la biomasa proviene de la energía que almacenan los seres vivos. En primer lugar, los vegetales al realizar la fotosíntesis, utilizan la energía del Sol para formar sustancias orgánicas. Después los animales incorporan y transforman esa energía al alimentarse de las plantas. Los productos de dicha transformación, que se consideran residuos, pueden ser utilizados como recurso energético.

Desde principios de la historia de la humanidad, la biomasa ha sido una fuente energética esencial para el hombre. 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. Más adelante, convirtiéndola en calor para suplir las necesidades de calefacción, cocción de alimentos, producción de vapor y generación de electricidad. Con la llegada de los combustibles fósiles, este recurso energético perdió importancia en el mundo industrial.

Dependiendo de si los materiales orgánicos resultantes han sido obtenidos a partir de la fotosíntesis o bien son resultado de la cadena biológica, se pueden distinguir dos tipos de biomasa:

Biomasa vegetal: resultado directo de la actividad fotosintética de los vegetales.

Biomasa animal: se obtiene a través de la cadena biológica de los seres vivos que se alimentan de la biomasa vegetal.

La biomasa vegetal y animal producidas no son utilizadas por el hombre en su totalidad, lo que conlleva la generación de residuos sobrantes de la misma. También se expulsa a la naturaleza gran parte de la biomasa utilizada. El conjunto de los residuos orgánicos de producción o consumo de la biomasa reciben el nombre de biomasa residual, también aprovechada en la obtención de energía.

¿Crees que se pueden obtener recursos energéticos directamente de la naturaleza de forma sostenible?

La biomasa natural es la que se produce en la naturaleza sin ninguna intervención humana, por ejemplo la biomasa que se genera por las podas naturales de los árboles. El reto que presenta este tipo de biomasa es la necesaria gestión de la adquisición y transporte del recurso al lugar de utilización.

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 desertificación.

En África, Asia y Latinoamérica la biomasa representa la tercera parte del consumo energético, siendo la principal fuente de energía en el ámbito doméstico.

La principal fuente de biomasa natural son los residuos forestales. La biomasa forestal se genera en los procesos productivos vinculados a los aprovechamientos forestales. De ella una parte se utiliza como materia prima para su transformación (madera, corcho, etc.) y otra se puede utilizar como combustible. Aunque se considera también biomasa residual, y ésta la tratamos en el apartado siguiente, nos centraremos aquí en su aspecto de biomasa natural. Se genera en diferentes puntos:

• Residuos generados directamente en las explotaciones forestales, denominados residuos forestales.
• Residuos generados en aserraderos e industrias de tableros (primera transformación).
• Residuos generados en industrias de segunda transformación como la industria del mueble, carpinterías, papelerías, etc.

A los dos últimos se les denomina biomasa residual industrial o residuos industriales.

Los residuos generados en la industria de aserrado, tableros, pasta y segunda transformación, son materiales generalmente de buena calidad energética, con alto poder calorífico, alta densidad y baja humedad, y además están concentrados en los puntos de producción de las diferentes empresas. Mediante un sistema de recogida y transporte bien organizado estos residuos son ampliamente utilizados, bien para la producción de energía calorífica o en plantas de generación de energía eléctrica.

Las actuaciones en las que se forman los residuos forestales se planifican previamente, siendo necesarias para la sostenibilidad del espacio forestal. Estas actuaciones o actividades forestales son:

• Los tratamientos silvícolas para mejora de las masas forestales, tales como claras, clareos, podas, selección de rebrotes, etc.
• Cortas finales de pies maderables.
• Prevención de incendios. Para ellos se realiza limpieza de monte, cortafuegos, limpieza de matorrales, etc.

La intensidad con la que se generan los residuos depende fundamentalmente de:

• La especie forestal, intervalo de edad y tratamiento a realizar. Por ejemplo las claras se realizan en intervalos diferentes en una especie u otra, y además varía en función de la edad de cada planta o conjunto.
• La planificación de las intervenciones impuesta por la Administración a través de los Planes de Ordenación Forestales.

La recogida de estos residuos para su aprovechamiento supone un coste adicional, aunque elimina los costes que acarrea la quema controlada de éstos, que es obligatoria en la mayoría de los países, incluido España.

¿Se puede aprovechar algo de los residuos? Claro que sí, en numerosas ocasiones. Veamos una de ellas.

La biomasa residual son los residuos que se generan en las actividades de agricultura y ganadería, en las forestales, en la industria maderera y agroalimentaria, entre otras y que todavía pueden ser utilizados y considerados subproductos. Como ejemplos podemos considerar la cáscara de almendra, el orujillo, las podas de frutales, etc.

Podemos considerar dos tipos de biomasa residual:

• Biomasa residual seca: se incluyen en este grupo los residuos generados en las actividades agrícolas y forestales, y en los procesos de transformación de la madera y las industrias agroalimentarias. El orujillo, las podas de frutales, del olivo, el serrín, etc., son algunos ejemplos de este tipo de biomasa.
• Biomasa residual húmeda: en este grupo se integran los vertidos biodegradables, es decir, lodos de las aguas residuales urbanas e industriales, residuos ganaderos, etc.

Biomasa residual seca.

Un aspecto a tener muy en cuenta a la hora de trabajar con biomasa residual seca, es que la misma se encuentre lo más cerca posible de su lugar de utilización, ya que aspectos como el transporte de la misma, pueden convertirse en gastos extras que la hagan poco viable.

Aunque se le llame biomasa residual seca, ésta contiene cerca del 40% de humedad, lo que conlleva a una baja eficiencia en el proceso de obtención de energía, ya que se debe utilizar una buena cantidad de energía para reducir esta humedad hasta un 10% y a partir de allí, poder obtener la energía neta que se va a producir.

Los tratamientos que conlleva el aprovechamiento de este tipo de biomasa empiezan con el secado de la misma, para su posterior astillado, triturado y tamiz, con lo cual se hace ingresar a una caldera en donde se incinera y produce el calor suficiente para la producción de vapor de agua. Este vapor, hace funcionar una turbina que se encuentra conectada a un generador eléctrico con el cual se genera electricidad. En muchos casos, la energía que se produce es solamente para su aprovechamiento térmico, y se utiliza para calefacción de viviendas, obtención de agua caliente sanitaria, para la cocción de alimentos, o para procesos industriales.

Biomasa residual húmeda.

Los purines y estiércoles de las granjas de vacas y cerdos pueden valorizarse energéticamente, por ejemplo aprovechando el biogás que se produce a partir de ellos, para producir calor y electricidad. Y de la misma forma puede aprovecharse la energía de las basuras urbanas, porque también producen un biogás combustible al fermentar los residuos orgánicos, que se puede captar y se puede aprovechar energéticamente produciendo energía eléctrica y calor. Estas técnicas las comentaremos más adelante.

El uso de la biomasa residual como combustible en instalaciones industriales o municipales para generar electricidad o simplemente calor, evita el uso de combustibles fósiles y de emisiones nocivas al medioambiente, al tiempo que permite producir electricidad con garantía de suministro, a diferencia de otras fuentes renovables.

Las basuras han causado siempre un problema en su gestión. ¿Qué crees que se debería hacer con las grandes cantidades de basura que generamos? Una posibilidad es la incineración.

La incineración consiste básicamente en quemar las basuras y obtener energía procedente de esta combustión. Se puede generar energía eléctrica y venderla, a partir de un proceso de incineración de basuras.

Durante las últimas décadas, la mayoría de los países industrializados con densidades de población elevadas, han empleado la incineración como procedimiento, alternativo al vertedero, para el tratamiento de los residuos sólidos urbanos. La utilización de esta tecnología permite reducir en gran medida el peso (75%) y el volumen (90%) de los residuos a tratar y, además, obtener energía. Son precisamente el poder calorífico del material a incinerar y el potencial contaminante de las emisiones, dos motivos que han hecho evolucionar los sistemas de incineración hacia procedimientos capaces de alcanzar mayores rendimientos en la combustión y mayor eficacia en la eliminación de contaminantes.

La incineración ha sido objeto de críticas desde el punto de vista medioambiental debido a la formación de sustancias muy tóxicas, como las dioxinas, que junto a diferentes metales pesados pueden ser emitidos por estas instalaciones. Las disposiciones y normas legales que limitan las emisiones de las incineradoras son cada vez más estrictas, de modo que para conseguir su cumplimiento ha sido necesario desarrollar nuevas tecnologías para el sistema de combustión y para el sistema de depuración de gases emitidos a la atmósfera.

Las emisiones procedentes de una incineradora deben cumplir los límites que fijan las normas legales por lo que es preciso dotar a la instalación de una serie de técnicas capaces de destruir o retener los diferentes tipos de contaminantes. A medida que van disminuyendo los límites de las emisiones aumenta la complejidad del proceso de depuración.

La combustión de los residuos sólidos es un proceso complejo en el que, a los diferentes fenómenos de secado, deshidratación, gasificación, etc., se une la heterogeneidad de la materia prima que se utiliza, es decir, los residuos sólidos.

Hasta en un sitio tan impensable como un vertedero podemos obtener energía. Estupendo, ¿no?

En nuestro país producimos anualmente mas de 20 millones de toneladas de residuos sólidos urbanos. Hasta ahora, en un alto porcentaje que supera el 80%, se han eliminado por la técnica de vertedero controlado. En los vertederos, la fermentación anaerobia de los residuos produce biogás, cuyo poder calorífico lo hace combustible, y es considerado como energía renovable.

Cerca de 150 millones de toneladas de residuos están en el seno de estos vertederos, produciendo biogás, que solo en cierto grado está siendo recuperado energéticamente. En España, la mayoría de estos residuos están en 86 instalaciones, que dan servicio a mas del 95% de la población española.

En un metro cúbico de residuos, con una composición media en componentes orgánicos del 50%, se producirán unos 150 metros cúbicos de biogás. Entre el 50 y el 80% se producirá en los 10 primeros años de estar depositado y en resto en años siguientes. Aproximadamente cada 1,2 metros cúbicos de biogás van a permitir producir un kilovatio hora de energía eléctrica. El biogás tiene una composición del orden del 45% en metano, gas con un poder calorífico de 8.900 kcal/m³. De las 86 grandes instalaciones de vertido, 25, las mayores, tienen recuperación energética de estos gases.

La disposición del vertedero se diseña para poder canalizar la mayor parte del gas, con unos conductos dispuestos para recoger y concentrar todo el gas. Posteriormente estos gases se utilizan como combustibles de motores diseñados para ese fin, normalmente con cogeneración, produciendo la energía eléctrica que se lleva al consumo propio o de la red nacional.

No son espectaculares las producciones eléctricas en las instalaciones de recuperación energética de biogases, pero son importantes, y sobre todo, lo son por lo que significan en cuanto a colaboración hacia los objetivos de nuestra sociedad de conseguir que las energías renovables lleguen a hacernos sentir seguros en cuanto a nuestras necesidades y desligados de los combustibles fósiles que tan perniciosos efectos tienen sobre el medio ambiente.

El metano es un componente principal del gas de vertederos y un potente gas de efecto invernadero cuando se libera a la atmósfera. La reducción de emisiones que se obtiene capturando el gas de vertederos y usándolo como fuente de energía puede generar importantes beneficios de energía, económicos y ambientales. El establecimiento de proyectos de energía generada por gas de vertederos reduce las emisiones de gases de efecto invernadero y los contaminantes del aire. Los proyectos de gas de vertederos también mejoran la independencia energética, reducen costos, crean empleos y ayudan a la economía local.

Cultivar energía, suena bien ¿verdad? La biomasa para energía se obtiene también de cultivos implantados y explotados con el único objetivo de la obtención de biomasa. Se les denomina cultivos energéticos, pero no dejan de ser cultivos forestales o agrícolas. La ventaja fundamental de los cultivos es la predictibilidad de su disposición y la concentración espacial de la biomasa, asegurando el suministro. La predictibilidad de la disposición de la materia prima es fundamental para cualquier industria, y la de la energía no es distinta.

Los cultivos energéticos se pueden clasificar de muchas formas, por el tipo de suelo donde crecen, por el tipo de producto que se cosecha, etc. Según su aprovechamiento final, los cultivos se pueden clasificar en:

• Cultivos oleaginososCultivos oleaginosos, para la producción de aceites transformables en biodiésel.
• Cultivos alcoholígenos, para la producción de bioetanol a partir de procesos de fermentación de azúcares.
• Cultivos lignocelulósicos, para la generación de biomasa sólida susceptible de su uso para distintas aplicaciones:
  • Térmicas, como climatización de edificios, agua caliente sanitaria, y aplicaciones industriales.
  • Fabricación de combustibles más elaborados, con un valor añadido a la biomasa bruta, como astillas o pelets.
  • Cogeneración generalmente asociada a una actividad industrial, o generación eléctrica simple.

Se trata de una alternativa energética muy reciente, centrada principalmente en el estudio e investigación del aumento de su rentabilidad energética y económica. El desarrollo de estos cultivos energéticos suele ir acompañado del desarrollo paralelo de la correspondiente industria de transformación de la biomasa en combustible. Por eso hace falta que la producción y la transformación estén estrechamente relacionadas, tanto desde el punto de vista técnico y económico, como geográfico.

Los cultivos energéticos, como cualquier otro, deben sacar partido de la naturaleza pero en ningún caso obviar sus leyes. Por tanto, sería recomendable tener en cuenta lo siguiente:

• Que se adapten a las condiciones del lugar donde se implanten: las plantas dan las productividades mayores en aquellos lugares que reúnen condiciones que les sean más favorables.
• Que tengan altos niveles de productividad en biomasa con bajos costes de producción: las explotaciones que requieren mucha atención cultural son complicadas y caras de explotar.
• Que sean rentables, económicamente hablando, para el agricultor.
• Que no tengan, en la medida de lo posible, un gran aprovechamiento alimentario en paralelo, con el objetivo de garantizar el suministro, sin una subida de precios que perjudique a la larga tanto a la explotación agrícola en sí como a las industrias alimentaria y energética.
• Que tengan un fácil manejo y que requieran técnicas y maquinarias lo más conocidas y comunes entre los agricultores.
• Que presente balance energético positivo. Es decir, que se extraiga de ellos más energía de la que se invierte en el cultivo y su puesta en planta de energía.
• Que no contribuyan a degradar el ambiente (por ejemplo, empobrecer el suelo) y permitan la fácil recuperación de la tierra, para implantar posteriormente otros cultivos. Cuando sea posible, que la rotación sea factible y beneficiosa en todas las etapas.

Todavía no podemos introducir directamente basura en el motor de nuestro coche, como en la película Regreso al futuro, pero tenemos otras alternativas que vamos a ver a continuación.

Las características de gran parte de la biomasa hacen que en la mayoría de los casos no sea adecuada como tal para reemplazar a los combustibles convencionales, por lo que es necesaria una transformación previa de la biomasa en combustibles de mayor densidad energética y física, contándose para ello con diversos procedimientos, que generan una gran variedad de productos. Los combustibles así obtenidos cuentan con las siguientes ventajas:

• Presentan escaso contenido en azufre.
• Tienen bajo contenido en cenizas.
• Contribuyen a mejorar la calidad del medio ambiente.

Así, proceda de residuos o de cultivos energéticos, la biomasa generalmente se transforma en calor, combustibles o electricidad, que conducen a la forma de energía útil requerida en cada caso.

Lo más frecuente es someter la biomasa a distintas manipulaciones, según su naturaleza y contenido en humedad, para su transformación en combustibles. Estas transformaciones pueden dividirse en tres grupos:

• Combustión directa: la aplicación más conocida y tradicional, pero con el objetivo de obtener los mejores rendimientos.
• Procesos termoquímicos: aplicación de elevadas temperaturas con exceso de oxígeno (combustión), en presencia de cantidades limitadas de oxígeno (gasificación) o en ausencia del mismo (pirólisis); los materiales más idóneos son los de bajo contenido en humedad (madera, paja, cáscaras, etc.) y se generan mezclas de combustibles sólidos, líquidos y gaseosos.
• Procesos bioquímicos: se llevan a cabo mediante diversos tipos de microorganismos, que degradan las moléculas complejas a compuestos simples de alta densidad energética; se utilizan para biomasa de alto contenido en humedad, siendo los más corrientes la fermentación alcohólica para producir etanol y la digestión anaerobia, para la producción de metano.

Siempre se ha quemado leña para aprovechar su energía, pero ahora lo podemos hacer de una forma más eficiente. Estamos hablado de la quema directa de biomasa en una caldera u horno. En términos muy generales, el proceso se puede describir de la siguiente manera: almacenamiento, transporte y dosificación de combustible.

La biomasa es almacenada en un depósito de alimentación. Éste es un lugar cerrado habilitado específicamente para esos fines. A continuación se prepara el combustible, lo que correspondería a astillar la biomasa sólida y posteriormente un proceso de secado. El equipo que se utiliza principalmente en este proceso es un secador rotatorio, que utiliza aire caliente o vapor seco. Luego este combustible se transporta en camiones tolva o a través de un sistema neumático, al silo de la caldera desde donde se suministra a la combustión.

Producción de vapor en caldera.

En el caso de que el proceso requiera vapor, la energía proveniente de la combustión de biomasa es transferida al agua (o aceite térmico) para producir vapor. Esta transferencia se realiza en la caldera. Es necesario contar con un sistema de ignición para el arrancado de la caldera. Una vez que se alcanza una temperatura adecuada, el sistema es capaz de mantenerse por si solo y no necesita de fuentes externas de calor para mantener la combustión.

Turbina y Generador.

En el caso que se genere energía eléctrica, el vapor mueve una turbina que, conectada a un generador, propicia la producción de energía eléctrica. El vapor de agua que ha pasado por la turbina, ya a menor presión y temperatura, se lleva hasta un condensador refrigerado por agua. Debido a ese descenso térmico, el vapor se convierte nuevamente en agua y se traslada en circuito cerrado hasta las paredes de la caldera iniciándose nuevamente el proceso.

Ahora vamos a comentar unos procesos que ya van más allá del aprovechamiento tradicional de la biomasa, en su combustión simple. Se requieren tecnologías más avanzadas y procesos industriales.

Los procesos termoquímicos de conversión se basan en someter a la biomasa a la acción de altas temperaturas y pueden dividirse en 3 amplias categorías, dependiendo de que el calentamiento se lleve a cabo con exceso de aire (combustión), en presencia de cantidades limitadas de aire (gasificación) o en ausencia total del mismo (pirólisis).

Se basan en la descomposición térmica de la biomasa. Al someter la biomasa a altas temperaturas, tienen lugar transformaciones químicas de la misma, dando lugar a productos combustibles o directamente a energía para la producción de electricidad u otro tipo de energía útil. Actualmente son los más utilizados por su mayor viabilidad técnica y económica.

Además de la combustión vista en el apartado anterior, dependiendo de las condiciones en las que se produzca el proceso, de la composición de la atmósfera imperante y del nivel de temperatura, éste se va a regir por unos principios u otros, y se generarán unos productos u otros. Veamos las características principales de los procesos citados.

Gasificación.

Es una combustión incompleta que ocurre en una atmósfera baja en oxidante (oxígeno). En este caso se origina como producto un gas combustible con poder calorífico pobre (alrededor de 4.000 kJ/m³), sobretodo cuando se usa aire como agente gasificante. El gas estará compuesto principalmente por dióxido y monóxido de carbono, hidrógeno y metano.

Pirólisis.

Es el proceso a través del cual la biomasa se degrada térmicamente en ausencia total de un oxidante. Dependiendo de la velocidad y la temperatura de la reacción, se obtienen diferentes productos además de los gaseosos; desde el carbón vegetal (pirólisis lenta de 300 a 500 ºC), hasta aceites.

Dentro de los procesos termoquímicos, la gasificación, que en un futuro puede ser la tecnología alternativa a la combustión para la obtención de electricidad a partir de biomasa, ha alcanzado ya un desarrollo tecnológico industrial, con cierta aplicación eléctrica a escala comercial.

La pirólisis posee una tecnología establecida comercialmente en cuanto a la obtención de carbón vegetal, y se encuentra en la etapa de planta piloto en la parte de obtención de aceites para usarlos como combustibles.

La biología no podía faltar en las tecnologías de aprovechamiento de la biomasa, ¿de qué modo está presente?

Los procesos biológicos se desarrollan por el crecimiento de microorganismos, que degradan la materia orgánica al nutrirse de ella, originando unos productos de interés energético, que pueden ser líquidos, sólidos o gaseosos.

Este tipo de proceso presenta grandes posibilidades debido a la gran variedad de microorganismos, entre los que se encuentran actualmente, la producción de biocombustibles líquidos (bioetanol), y de productos químicos. Por ejemplo, las fermentaciones anaerobias de residuos para dar lugar al biogás y la fermentación aerobia de residuos para dar lugar al compost.

Para que estos procesos se puedan llevar a cabo es preciso que la biomasa tenga un alto contenido de humedad, en torno al 50%. Los tres procesos biológicos principales son:

Fermentación alcohólica.

Denominada también como fermentación del etanol o incluso fermentación etílica, es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire, originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares, como pueden ser por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales un alcohol en forma de etanol, dióxido de carbono (CO₂) en forma de gas y otros elementos. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc., aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible.

Digestión anaerobia.

La digestión anaerobia es el proceso en el cual microorganismos descomponen material biodegradable en ausencia de oxígeno. Este proceso genera diversos gases, entre los cuales el dióxido de carbono y el metano son los más abundantes (dependiendo del material degradado). En biodigestores se aprovecha esta liberación de gases para luego ser usados como combustible. La intensidad y duración del proceso anaeróbico varían dependiendo del diversos factores, entre los que se destacan la temperatura y el pH del material biodegradado.

Fermentación aerobia.

La fermentación aerobia consiste en la asimilación de la materia orgánica por parte de microorganismos en presencia de oxígeno y nutrientes. Es utilizada en el proceso de compostaje.

Al igual que en el resto de las energías renovables, hay que prestar una atención especial al posible impacto ambiental. Ya sabes que el hecho de que una fuente de energía sea renovable, no implica necesariamente que no tenga ningún impacto ambiental.

La utilización de la biomasa con fines energéticos tiene las siguientes ventajas medioambientales:

• Disminución de las emisiones de CO₂. Aunque para el aprovechamiento energético de esta fuente renovable tengamos que proceder a una combustión, y el resultado de la misma sea agua y CO₂, la cantidad de este gas causante del efecto invernadero se puede considerar que es la misma cantidad que fue captada por las plantas durante su crecimiento. Es decir, que no supone un incremento de este gas a la atmósfera.
• No emite contaminantes sulforados o nitrogenados, ni apenas partículas sólidas.
• Si se utilizan residuos de otras actividades como biomasa, esto se traduce en un reciclaje y disminución de residuos. Canaliza, por tanto, los excedentes agrícolas alimentarios, permitiendo el aprovechamiento de las tierras de retirada.
• Los cultivos energéticos sustituirán a cultivos excedentarios en el mercado de alimentos. Eso puede ofrecer una nueva oportunidad al sector agrícola.
• Permite la introducción de cultivos de gran valor rotacional frente a monocultivos cerealistas.
• Puede provocar un aumento económico en el medio rural.
• Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles.

Entre los posibles inconvenientes podríamos citar:

• Tiene un mayor coste de producción frente a la energía que proviene de los combustibles fósiles.
• Menor rendimiento energético de los combustibles derivados de la biomasa en comparación con los combustibles fósiles.
• Producción estacional.
• La materia prima es de baja densidad energética, lo que quiere decir que ocupa mucho volumen y por lo tanto puede tener problemas de transporte y almacenamiento.
• Necesidad de acondicionamiento o transformación para su utilización.

Antes de encarar cualquier proyecto es fundamental conocer la situación actual del sector, para poder realizar una propuesta acorde con la situación actual. Veamos la que nos ocupa.

Los procesos de fermentación de la biomasa tanto para la obtención de gases combustibles (biogás) como para el compost, ya están desarrollados en el ámbito comercial, existiendo un amplio desarrollo tecnológico y cientos de plantas trabajando con adecuados niveles de eficiencia.

Con una gran diferencia, la principal aplicación energética de la biomasa vegetal es mediante la combustión directa o con transformaciones físicas de los materiales de origen forestal o agrícola, o bien los residuos generados en las industrias de transformación de los mismos.

Una de las principales utilizaciones de la biomasa es como combustible en las instalaciones industriales. Los equipos disponibles en el mercado actualmente cubren una amplia gama de necesidades, con un rendimiento satisfactorio. Estos equipos pueden funcionar con distintos tipos de combustibles (líquidos, granulares, sólidos, etc.) y generar todos los fluidos térmicos que la industria requiera (aire, gases calientes, vapor, agua caliente, aceite térmico, etc.), sin que la biomasa genere problemas en los sistemas de producción.

Otra de las aplicaciones es la calefacción en el sector doméstico. Existen en el mercado diferentes equipos (estufas, calderas, cocinas) de nuevo diseño y con alto rendimiento, que coexisten con las chimeneas y hogares tradicionales, los cuales siguen utilizando biomasa como combustible, fundamentalmente en el medio rural.

Como tratamientos de la biomasa ya en fase comercial, es de gran interés la compactación de la misma mediante la fabricación de briquetas y pelets a partir de material residual de origen forestal y agrícola. Estos productos son aplicables en la industria y en el sector doméstico, destacan por su fácil manipulación y sus propiedades beneficiosas para la conservación del medio ambiente.

Dentro de las tecnologías en fase comercial, también son importantes las relativas a la extracción del residuo del monte o campo, con equipos móviles de trituración o astillado "in situ".

El otro apartado de tecnologías en fase comercial son las referidas a la valorización de los residuos sólidos urbanos, pues por sus características diferenciales de composición y estructura, además de tecnologías de aprovechamiento, requieren un tratamiento independiente.

En la actualidad la tecnología aplicada a la biomasa está sufriendo un gran desarrollo. La investigación se está centrando en los siguientes puntos:

• En el aumento del rendimiento energético de este recurso.
• En minimizar los efectos negativos ambientales de los residuos aprovechados y de las propias aplicaciones.
• En aumentar la competitividad en el mercado de los productos.
• En posibilitar nuevas aplicaciones de gran interés como los biocombustibles.

Como siempre, no vamos a ningún lado sin el tema económico. Al tratarse de un mercado que está en plena evolución, es arriesgado hacer un estudio económico que no quede obsoleto en pocos meses. De todas formas vamos a ver cuál sería el procedimiento en el caso concreto de calefacción para edificios, teniendo en cuenta que los números pueden ser muy diferentes a medida que pase el tiempo.

Para que la biomasa sea la opción elegida para combustible de calefacción y agua caliente sanitaria, debe haber un atractivo de tipo económico a igualdad de fiabilidad y seguridad en el servicio. En general, los costes de inversión para instalaciones de biomasa son superiores a sus homólogos para instalaciones de combustibles convencionales. Esto se debe, no sólo a la falta de desarrollo de sistemas de producción en serie para algunos componentes, sino que también influyen las características especiales requeridas por los equipos para poder utilizar biomasa de forma eficiente.

La ventaja económica principal de la biomasa sobre el gas natural o el gasóleo, y mucho más respecto a los gases licuados del petróleo o la electricidad, radica en el menor coste del combustible y en una mayor estabilidad del precio de éste, al no depender de los precios del petróleo. Esta ventaja tiene que equilibrar y prevalecer frente al mayor coste de inversión inicial que supone instalar un sistema de biomasa que su equivalente de gas o gasóleo.

Como ejemplo, se ha realizado un estudio económico para un edificio residencial que consta de un bloque aislado de nueva construcción, formado por 20 viviendas de 100 m². Se comparan tres situaciones: gas natural, gasóleo y biomasa. Los datos de partida para el estudio comparativo son:

• Superficie calefactada 2.000 m².
• Potencia térmica instalada 200 kW.
• 1.500 horas de funcionamiento anual.

Los coeficientes anuales que podemos considerar, considerando precios sin IVA, son:

Con estos coeficientes, obtenemos los siguientes resultados para nuestro ejemplo:

No hemos tenido en cuenta las posibles subvenciones que actualmente se están dando a las instalaciones de biomasa. Los costes de mantenimiento se pueden considerar aproximadamente iguales en los tres casos.

Vemos que la inversión inicial es considerablemente mayor en el caso de la biomasa, pero a cambio el consumo de combustible anual es bastante menor. Cada usuario tendrá que ver en su propio caso cuál es la opción que más le conviene.

El término biocombustible es muy genérico, y a veces se emplea con diversos significados. Así que en primer lugar intentemos aclarar las cosas.

Los biocombustibles son combustibles de origen biológico obtenidos de manera renovable a partir de restos orgánicos. Estos restos orgánicos proceden habitualmente del azúcar, trigo, maíz o semillas oleaginosas.

Todos ellos reducen el volumen total de CO₂ que se emite en la atmósfera, ya que lo absorben a medida que crecen y emiten prácticamente la misma cantidad que los combustibles convencionales cuando se queman, por lo que se produce un proceso de ciclo cerrado.

Los biocombustibles, son a menudo mezclados con otros combustibles en pequeñas proporciones, 5 o 10%, proporcionando una reducción útil pero limitada de gases de efecto invernadero. En los apartados siguientes, vamos a estudiar las características de los tres tipos de biocombustibles: biodiésel, bioetanol y biogás:

Por sus características y propiedades, el biodiésel puede ser utilizado en motores diésel, comercializándose en España en estado puro o en mezclas con gasóleo entre el 10% y el 30%. La normativa permite un porcentaje de mezcla del 5% sin necesidad de etiquetaje diferenciado con respecto al gasóleo puro. Esta norma está siendo actualmente revisada para, en una primera etapa, permitir la mezcla hasta el 7% y, posteriormente, aumentarla al 10%.

El bioetanol en la UE se utiliza habitualmente en mezclas con gasolina hasta el 5%, formando un compuesto utilizado como oxigenante y mejorador del octanaje de la gasolina. En otros países, como Brasil, el porcentaje de bioetanol en la gasolina ha ido aumentando desde el 4,5% en 1977 hasta el 15% en 1979 y el 20% en 1981 alcanzándose en la actualidad un porcentaje mínimo de mezcla del 23%. En Estados Unidos mezclas hasta un 10% de bioetanol con gasolina se consideran gasolina y tienen que cumplir con las especificaciones de la misma. Se está estudiando aumentar este porcentaje al 15%.

El bioetanol también puede ser utilizado en vehículos específicos, llamados vehículos flexibles en mezclas de hasta el 85%. Adicionalmente, distintas experiencias han demostrado que podría ser utilizado también en motores diésel adecuadamente modificados ya sea en estado puro o al 95%, normalmente en motores pesados, o en bajos porcentajes con gasóleo, normalmente entre 10 y 15%.

El biogás se puede utilizar con normalidad en vehículos de gasolina adecuadamente modificados para añadir un tanque de almacenamiento de biogás comprimido.

¿Te imaginas poder proporcionar a tu coche un combustible renovable? Esto es ya posible en muchos casos.

Las posibles ventajas de los biocarburantes con respecto los carburantes fósiles son varias. Los beneficios medioambientales asociados al consumo de biocarburantes han sido documentados y demostrados por entidades reconocidas a nivel mundial, como son el Panel Internacional contra el Cambio Climático de la ONU, la Agencia Internacional de la Energía o la misma Comisión Europea. Entre estos beneficios, destacan particularmente la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, la disminución de la contaminación atmosférica y la mejora de la eficiencia energética.

La Directiva de Promoción de Energías Renovables introduce los siguientes criterios de sostenibilidad, es decir, las condiciones que deben cumplir los biocarburantes para ser realmente renovables y socialmente sostenibles:

• Reducción de los gases de efecto invernadero en más de un 35% respecto a los carburantes fósiles.
• No utilizar tierras protegidas o con elevado contenido en biodiversidad.
• No utilizar tierras con elevados almacenes de carbono, como humedales.
• Las materias primas europeas han de ser cultivadas bajo estrictos criterios de sostenibilidad.

Aparte de los beneficios medioambientales, el desarrollo de un mercado y una industria sólida de biocarburantes supone una serie de beneficios sociales y económicos, entre los que destacan la reducción de la dependencia energética, el aumento de la diversificación de suministro, la mejora de la balanza comercial, el incremento del rendimiento de los vehículos y el impulso en favor del sector agrícola.

Sin embargo, numerosas asociaciones ecologistas aseguran que diversos estudios científicos han demostrado que la mayoría de los biocombustibles producidos en la actualidad generan graves impactos ambientales negativos, mientras que su aportación a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero es cuestionable en muchos casos.

La disponibilidad de biocombustibles sostenibles, que generen una reducción de los gases de efecto invernadero sin provocar importantes amenazas ambientales y sociales, es limitada. Para alcanzar una reducción de las emisiones real en el sector del transporte, el primer paso importante es incrementar la eficiencia de los vehículos. Al mismo tiempo, unos criterios de sostenibilidad rigurosos deberían asegurar que los biocombustibles sean producidos de modo sostenible. Los criterios, tal y como están establecidos actualmente, son insuficientes para prevenir impactos ecológica y socialmente negativos y para garantizar un beneficio ambiental con la producción de biocombustibles.

Si tienes un automóvil con motor diésel, no es necesario que realices ninguna transformación en tu motor para empezar a utilizar biocombustibles, solo tienes que encontrar la estación de servicio que te proporcione biodiésel.

El biodiésel es un biocombustible que se fabrica a partir de cualquier grasa animal o aceites vegetales, que pueden ser usados o sin usar. Se suele utilizar colza, girasol o soja, los cuáles, en algunos casos, son cultivados exclusivamente para producirlo. Se puede usar puro o mezclado con gasoil en cualquier proporción en motores diésel. El principal productor de biodiésel en el mundo es Alemania, que concentra el 63% de la producción. Le sigue Francia con el 17%, Estados Unidos con el 10%, Italia con el 7% y Austria con el 3%.

El sistema más habitual es la transformación de estos aceites a través de un proceso industrial denominado transesterificación. De este modo, a partir de alcohol metílico, hidróxido sódico (soda cáustica) y aceite vegetal se obtiene un éster que se puede utilizar directamente en un motor diésel sin modificar, obteniéndose glicerina como subproducto. La glicerina puede utilizarse para otras aplicaciones.

Las propiedades del biodiésel son prácticamente las mismas que las del gasóleo de automoción en cuanto a densidad e índice de cetano. Además, presenta un punto de inflamación superior. Por todo ello, el biodiésel puede mezclarse con el gasóleo para su uso en motores e incluso sustituirlo totalmente.

El aceite vegetal, cuyas propiedades para la impulsión de motores se conocen desde la invención del motor diésel gracias a los trabajos de Rudolf Diesel, ya se destinaba a la combustión en motores de ciclo diésel convencionales o adaptados. A principios del siglo XXI, en el contexto de búsqueda de nuevas fuentes de energía, se impulsó su desarrollo para su utilización en automóviles como combustible alternativo a los derivados del petróleo.

¿Y los conductores de automóviles de gasolina?¿No tienen la oportunidad de consumir biocombustibles?

El bioetanol, también llamado etanol de biomasa, es un alcohol que se obtiene principalmente a partir de maíz, sorgo, caña de azúcar o remolacha. Permite sustituir las gasolinas en cualquier proporción.

Desde la antigüedad se obtiene el etanol por fermentación anaeróbica de azúcares con levadura en solución acuosa y posterior destilación. La aplicación principal tradicional ha sido la producción de bebidas alcohólicas.

Del mismo modo que el biodiésel, este etanol está sujeto a una fuerte polémica: para unos se perfila como un recurso energético potencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los combustibles fósiles, mientras que para otros es el responsable de grandes deforestaciones y del aumento del precio de los alimentos, al suplantar selvas y terrenos agrícolas para su producción, dudando además de su rentabilidad energética.

Generalmente, cuanto mayor es el contenido de etanol en una mezcla de gasolina y etanol, más baja es su conveniencia para los motores corrientes de automóvil. El etanol puro reacciona o se disuelve con ciertos materiales de goma y plásticos y no debe utilizarse en motores sin modificar. Además, el etanol puro tiene un índice de octano mucho más alto que la gasolina común, requiriendo por tanto cambiar diversos ajuste del motor para obtener el rendimiento máximo.

Los motores de etanol también necesitan un sistema de arranque en frío para asegurar el correcto funcionamiento con temperaturas por debajo de 15 °C a 11 °C. Sin embargo, una mezcla de gasolinas con un 10 a un 30% de etanol, no necesita en general ninguna modificación del motor. La mayoría de coches modernos pueden funcionar con estas mezclas sin ningún problema.

Como sabemos, el hidrógeno se está analizando como combustible alternativo, creando la economía del hidrógeno. Dado que el hidrógeno en su estado gaseoso ocupa un volumen muy grande comparado a otros combustibles, la logística se convierte en un difícil problema. Una posible solución es utilizar el etanol para transportar el hidrógeno (en la molécula de etanol), para después liberar el hidrógeno del carbono asociado en un reformador de hidrógeno y así alimentar una celda de combustible con el hidrógeno liberado. Alternativamente, algunas celdas de combustible se pueden alimentar directamente con etanol o metanol.

Para que el etanol contribuya perceptiblemente a las necesidades de combustible para el transporte, necesitaría tener un balance energético neto. Para evaluar la energía neta del etanol hay que considerar la cantidad de energía contenida en el producto final (etanol), frente a la cantidad de energía consumida para hacer el etanol (como por ejemplo el diésel usado en tractores). También hay que comparar la calidad del etanol frente a la gasolina refinada, así como la energía consumida indirectamente (por ejemplo, para hacer la planta de proceso de etanol). Aunque es un asunto que crea discusión, algunas investigaciones sugieren que el proceso para crear una unidad de energía mediante etanol toma igual o mayor cantidad de energía proveniente combustibles fósiles (diésel, gas natural y carbón). Es decir: la energía necesaria para mover los tractores, para producir el fertilizante, para procesar el etanol, y la energía asociada al desgaste en todo el equipo usado en el proceso (conocido en economía como amortización del activo) puede ser mayor que la energía derivada del etanol al quemarse.

Hemos visto dos biocombustibles líquidos, nos falta alguno gaseoso. Aquí lo tenemos.

El biogás es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos y otros factores, en ausencia de oxígeno (esto es, en un ambiente anaeróbico). Este gas se ha venido llamando gas de los pantanos, puesto que en ellos se produce una biodegradación de residuos vegetales semejante a la descrita.

La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado útil para tratar residuos biodegradables, ya que produce un combustible de valor además de generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo o abono genérico. Como hemos visto, el proceso es adecuado para tratar biomasa de elevado contenido en humedad.

El resultado es una mezcla constituida por metano en una proporción que oscila entre un 40% y un 70%, y dióxido de carbono, conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, y sulfuro de hidrógeno. Tiene como promedio un poder calorífico entre 18,8 y 23,4 MJ/m³.

Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas u obtener energía calorífica en hornos, estufas, secadores, calderas u otros sistemas de combustión a gas, debidamente adaptados para tal efecto. También, como ya hemos comentado, se puede utilizar en motores de gasolina, convenientemente adaptados.

Aunque el poder calorífico no sea alto, es útil en aplicaciones térmicas en el propio entorno ganadero o agrícola, suministrando luz y calor. En el caso de instalaciones de mayor tamaño, se pueden llegar a colocar motores diesel para la generación de electricidad. La producción de gas se puede controlar adecuándola a la demanda; incluso puede hacerse que durante varias horas el digestor se mantenga sin producir gas durante los períodos en los que no exista consumo energético.

Otra posibilidad para la producción de gas es el empleo de un gasificador, que inyecta aire u oxígeno y vapor de agua. Opera a elevada temperatura, entre 800 y 1.200 ºC, con lo cual la velocidad de las reacciones es más alta. El gas contiene CO, hidrógeno, pequeñas concentraciones de metano, nitrógeno y vapor de agua. Tiene un poder calorífico medio.

Aunque estemos hablando de combustibles “bio”, no podemos pensar que por ello no hay posibles impactos ambientales asociados a su consumo. Veamos cuáles.

Es fundamental que se establezcan pautas que aseguren un correcto desarrollo del potencial de la biomasa sin dar lugar a otros problemas ambientales. El objetivo debe ser impulsar aquellas formas de aprovechamiento que sean sostenibles y ambientalmente aceptables, descartando otras que sean perjudiciales para el medio ambiente.

La biomasa es parte del ciclo natural del carbono entre la tierra y el aire. Para que la biomasa energética se considere energía renovable, la emisión neta de carbono del ciclo deberá ser cero o negativa, esto es, el carbono absorbido en el proceso total debe ser igual o mayor al emitido en la atmósfera en los procesos de generación de la energía.

Asimismo, el análisis del balance energético del ciclo es fundamental para comprobar que éste sea positivo, es decir, el rendimiento energético obtenido de la biomasa debe ser igual o mayor que la suma de la energía no renovable utilizada en el proceso de producción generación y transporte de la misma.

Como criterio general se priorizarán los recursos excedentes frente a la nueva producción de los mismos potenciando los sistemas a pequeña escala y cercanos a la producción de los recursos, teniendo en cuenta que el dimensionado de las instalaciones se deberá realizar en función de la disponibilidad del recurso biomasa y no al revés.

Teniendo en cuenta las premisas anteriores, el aprovechamiento de la biomasa como fuente de energía ofrece un amplio rango de beneficios ambientales: puede contribuir a mitigar el cambio climático, reducir la lluvia ácida, prevenir la erosión de los suelos y la contaminación de las fuentes de agua.

Cambio climático.

Respecto a la lucha frente al cambio climático, todas las cosechas, incluyendo las plantaciones energéticas, capturan carbono a través de las plantas mientras crecen, produciendo un balance natural de carbono en los suelos. Cuando se quema biomasa, el dióxido de carbono liberado es absorbido por la siguiente cosecha en crecimiento; éste se denomina un “ciclo cerrado de carbono”. El consumo de los biocarburantes, por ejemplo, está evitando consumo de combustibles fósiles que sí emiten dióxido de carbono neto.

Lluvia ácida.

La lluvia ácida es causada, principalmente, por las emanaciones de azufre y óxido de nitrógeno de la combustión de hidrocarburos y causa la muerte de cultivos y la contaminación de las aguas; además de ser nocivo para la vida humana y silvestre. Dado que la biomasa no tiene contenido de azufre, su conversión en energía no produce lluvia ácida.

Erosión de suelos y contaminación de agua.

Los cultivos y plantaciones energéticas ayudan a estabilizar los suelos, lo cual reduce la erosión y la pérdida de nutrientes. Los procesos de digestión anaeróbica reducen la contaminación del agua debido a que se usan desechos animales y agrícolas antes de que penetren en los suelos y lleguen a los ríos.

La Agencia Internacional de la Energía ha desarrollado diversos proyectos sobre biomasa. Esta agencia calcula que el 10% de la energía primaria mundial procede de los recursos asociados a esta fuente, incluidos los relacionados con biocombustibles líquidos y biogás. Gran parte de ese porcentaje corresponde a los países pobres y en desarrollo, donde resulta ser la materia prima más utilizada para la producción de energía, justo en aquellos países donde se prevé un mayor aumento de la demanda energética.

En Europa, el 54% de la energía primaria de origen renovable procede de esta fuente, sin embargo solo supone el 4% sobre el total energético. En concreto, según datos del observatorio europeo de las energías renovables, en 2004 la producción de energía primaria debida a biomasa se cuantificó en 55.439 ktep. La mayoría fue destinada a la generación de calor en viviendas unifamiliares, comunidades de vecinos y en redes de calefacción centralizada. En general, en torno al 83% se destina a usos térmicos y el 17% a la producción de electricidad. Francia, con 9.180 ktep encabeza la producción, seguida por los países escandinavos, que son considerados los auténticos líderes acorde con su número de habitantes ya que, por ejemplo, Finlandia cubre con biomasa el 50% de sus necesidades de calor y el 20% del consumo de energía primaria. Según la Comisión Europea, solo Dinamarca, Finlandia y el Reino Unido experimentan una curva de crecimiento importante de esta fuente de energía.

Aunque la disponibilidad de biomasa es abundante en Europa, el suministro aún no está organizado en muchos casos, siendo necesario promover un verdadero mercado europeo de biomasa. Los biocombustibles sólidos pioneros en este mercado europeo proceden de industrias forestales locales o de los residuos producidos en los aprovechamientos y cuidados de las masas forestales. En algunos países como Austria, Dinamarca, Alemania y Suecia, este mercado ha crecido rápidamente en los últimos años.

Además, la aparición de los pelets, con alta densidad energética que permite transportarlos grandes distancias, ha mejorado considerablemente la situación.

En España, los recursos potenciales de biomasa calculados en el Plan de Energías Renovables se sitúan en torno a los 19.000 ktep, de los cuales, más de 13.000 ktep corresponden a biomasa residual y casi 6.000 ktep a cultivos energéticos. En la actualidad la biomasa alcanza el 45% de la producción con energías renovables en España, lo que equivale al 2,9% respecto del total de consumo de energía primaria, incluidas las convencionales.

En el cómputo global del consumo, además del sector doméstico, destacan las industrias de pasta y papel; las de madera, muebles y corcho; y las de alimentación, bebidas y tabaco, que suman el 90% del total.

Igualmente, tanto en aplicaciones eléctricas como térmicas los recursos más utilizados son los residuos procedentes de industrias forestales y agrícolas. El escaso aprovechamiento de los residuos agrícolas y de los cultivos energéticos ha motivado los malos resultados de la biomasa en general.

Andalucía, Galicia y Castilla y León son las Comunidades Autónomas que registran un mayor consumo debido principalmente a la presencia en ellas de empresas que utilizan grandes cantidades de biomasa (por ejemplo, del sector de la celulosa), a la existencia de un sector forestal desarrollado y la diseminación de la población que facilita el uso de la biomasa doméstica.

A diferencia de otros combustibles, los biocombustibles presentan la particularidad de utilizar productos vegetales como materia prima. Esto es la causa de que sea preciso tener en cuenta las características de los mercados agrícolas, junto a la complejidad que ya de por sí presentan los mercados energéticos. En este sentido, hay que destacar que el desarrollo de la industria de los biocombustibles no depende principalmente de la disponibilidad local de materia prima, sino de la existencia de una demanda suficiente. Al asegurar la existencia de una demanda de biocombustibles, el desarrollo de su mercado puede aprovecharse para potenciar otras políticas como la agrícola, favoreciendo la creación de empleo en el sector primario, la fijación de población en el ámbito rural, el desarrollo industrial y de actividades agrícolas, y reduciendo a la vez los efectos de la desertización gracias a la plantación de cultivos energéticos.