Biomasa

Recursos energéticos. Energía. Bosques. Combustión. Pirólisis. Fermentación. Biogás. Digestor. Compostaje. Residuos

  • Enviado por: Sergio Rigo
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 29 páginas
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"La tierra no pertenece al hombre; el hombre pertenece a la tierra. Lo que el hombre haga a la tierra, se lo hace a sí mismo"

Jefe Indio Seattle, 1854

  • LOS RECURSOS ENERGÉTICOS. 3

  • RECURSOS NO RENOVABLES. 4

  • RECURSOS NATURALES RENOVABLES 5

  • El porqué de las energías alternativas. 6

  • LA ENERGÍA DE BIOMASA. 7

  • DEFINICIÓN DE BIOMASA. 7

  • UTILIZACIÓN DE LA BIOMASA. 8

  • MÉTODOS DE CONVERSIÓN DE LA BIOMASA

  • EN ENERGIA. 10

  • LUGAR E LA BIOMASA EN LAS FUENTES DE

  • ENERGÍA. 12

  • TÉRMINOS SOBRE LA BIOMASA. 13

  • ¿Qué es el biogás? 13

  • ¿Qué es el digestor? 13

  • ¿Qué son los combustibles fósiles? 14

  • ¿Qué son los combustibles alcohólicos? 14

  • ¿Qué es el compostaje? 15

  • ¿ES ECONÓMICA LA BIOMASA? 16

  • EL INTERÉS MEDIOAMBIENTAL DE LA BIOMASA. 17

  • LA BIOMASA EN ESPAÑA. 18

  • LA BIOMASA EN EL MUNDO. 19

  • ESTADÍSTICAS 21

  • BIBLIOGRAFÍA 23


  • El desarrollo de la sociedad humana esta basado en el consumo de grandes cantidades de energía. La energía que circula por los ecosistemas y permite vivir a los seres vivos procede en última instancia del sol. Sin embargo, a pesar del desarrollo científico y tecnológico, todavía hemos aprendido a aprovechar eficazmente esta fuente inagotable y, por ello, la mayor parte de la energía que utilizamos procede de los recursos naturales existentes en nuestro planeta, principalmente del carbón y del petróleo.

    Biomasa
    "Consumo mundial de recursos energéticos durante el año 1991"

    Fuentes de Energía Renovables: 17%

    Fuentes de Energía NO Renovables: 83%

    1.1 RECURSOS NO RENOVABLES


    Son aquellos cuya velocidad de consumo es mayor que la de su regeneración, lo que , conse- cuentemente, puede provocar su agotamiento. En el caso de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) y de los minerales.

    Durante muchos años hemos utilizado recursos no renovables como fuentes de energía. Hoy día se estima que, de seguir un ritmo de consumo similar al actual, la reservas de combustibles fósiles se agotarán en un plazo de entre 50 y 100 años.

    Hace unos años se pensó que la solución al problema del agotamiento de los recursos energéticos fósiles estaba en la energía nuclear. Por ello muchos países industrializados se lanzaron a la carrera de construcción de centrales nucleares y, de hecho, algunos países como Francia y Bélgica obtienen en la actualidad más del 50% de su electricidad a partir de la energía nuclear.


    1.2. RECURSOS NATURALES RENOVABLES



    Los recursos naturales renovables son aquellos que, tras ser utilizados, pueden regenerarse natural o artificialmente, como el agua o los alimentos. Son recursos que, al estar sometidos a ciclos, se mantienen de forma más o menos constante en la naturaleza.

    En la era contemporánea la necesidad de disponer de fuentes de energía aprovechables se ha convertido en algo imprescindible para el ser humano. Basta pensar en el consumo energético que una persona común realiza al día para darse cuenta de la dependencia existente. El gas empleado para calentar el agua y para la calefacción, la gasolina que mueve los coches, aviones y trenes, la electricidad que, entre otros usos, ilumina las casas, permite que suenen las radios y se vea la televisión..., son fuentes de energía que se emplean en la actualidad y que constituyen uno de los pilares de la civilización. Sin ellas no funcionarían los aparatos empleados por el hombre en su vida cotidiana.

    Se calcula que las reservas de fuentes de energía convencionales existentes en la Tierra pueden durar todavía varios cientos de años. Esto implica que una crisis energética real de ausencia de estos productos, que tendría consecuencias catastróficas para la humanidad, no se va a producir durante, al menos, unas décadas; no obstante, la extracción de esta energía es cada vez más cara. Los pozos de carbón y petróleo deben perforarse cada vez más profundos, lo que dispara los costes de dichas materias. Las centrales nucleares dan resultados inferiores a los esperados; además, el coste de purificación del uranio que estas centrales necesitan para trabajar es muy elevado.

    A la vista de estos inconvenientes, los distintos gobiernos del mundo han puesto en marcha, a partir de la crisis petrolífera de 1973, diversos proyectos de investigación sobre otras fuentes de energía que puedan resultar rentables cuando el coste de las fuentes tradicionales aumente. Estas nuevas energías son las denominadas alternativas.



    1.2.1. EL PORQUÉ DE LA LAS ENERGÍAS ALTERNATIVAS

    Los principales recursos energéticos que utilizamos ( el carbón, el petróleo, el gas natural y el uranio) son limitados y, por lo tanto, pueden agotarse. Además, su utilización provoca un gran impacto ambiental en la biosfera al contaminar el aire, el agua y el suelo. Estos hechos han generado un interés creciente por el desarrollo de nuevas tecnologías para la utilización de fuentes de energía renovables alternativas que, aunque actualmente son poco rentables, tienen la ventaja de ser poco contaminantes. El la actualidad, en nuestro país, las energías alternativas representan únicamente alrededor de 1'5% de la producción energética


    2.1. DEFINICIÓN DE LA BIOMASA

    La biomasa es la energía solar convertida por la vegetación en materia orgánica; esa energía la podemos recuperar por combustión directa o transformando la materia orgánica en otros combustibles.


    Biomasa


    2.2 UTILIZACIÓN DE LA BIOMASA


    • Bosques. La única biomasa realmente explotada en la actualidad. Para fines energéticos es la de los bosques para cubrir parte de la demanda energética sólo puede constituir una opción razonable en países donde la densidad territorial de dicha demanda es muy baja, así como también la de la población (Tercer mundo). En España (por lo demás, país deficitario en madera ) sólo es razonable contemplar el aprovechamiento energético de los desechos de la corta y saca y de la limpia de las explotaciones forestales (leña, ramaje, follaje, etc.), así como de los residuos de la madera . En este sentido, la oferta energética subyacente a las leñas ha sido evaluada en 2.500.000tep, partiendo de la base de que la producción de leña (siempre en España) en t/ha es aproximadamente igual a la cuarta parte de la cifra al crecimiento anual de madera, en m3/ha.

    • Residuos agrícolas y deyecciones y camas del ganado. Estos constituyen otra fuente importante de bioenergía, aunque no siempre sea razonable darles este tipo de utilidad. En España sólo parece recomendable el uso a tal fin de la paja de los cereales en los casos en que el retirarla del campo no afecte apreciablemente a la fertilidad del suelo, y de las deyecciones y camas del ganado, cuando el no utilizarlas sistemáticamente como estiércol no perjudique las productividades agrícolas. Siguiendo este criterio , en España se ha evaluado una hipotética oferta energética de 3.700.000 tep procedentes de paja de cereales.

    • Cultivos energéticos. Consiste en cultivar vegetales para la posibilidad del aprovechamiento de cultivos energéticos. Esta opción no es muy rentable. Es muy discutida la conveniencia de los cultivos o plantaciones con fines energéticos, no sólo por su rentabilidad en si mismos, sino también por la competencia que ejercerían con la producción de alimentos y otros productos necesarios, (madera, etc.) Las dudas aumentan en el caso de las regiones templadas, donde la asimilación fotosintética es inferior a la que se produce en zonas tropicales. Así y todo, 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 una tradición en el cultivo de estas plantas de elevada asimilación fotosintética .No obstante, el problema de la competencia entre los cultivos clásicos y los cultivos energéticos no se plantearía 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 ( un centenar de toneladas de materia seca por hectárea y por año) .podría recurrirse también a ciertas algas microscópicas (microfitos), que tendrían la ventaja de permitir un cultivo continuo. Así, el alga unicelular Botryococcus braunii, en relación a su peso produce directamente importantes cantidades de hidrocarburos.


    2.3. METODOS DE CONVERSIÓN DE LA BIOMASA EN ENERGÍA.

    Métodos termoquímicos. Estos métodos se basan en la utilización del calor como fuente de transformación de la biomasa. Están bien adaptados al caso de la biomasa seca, y ,en particular, a los de la paja y de la madera.


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

    • La pirólisis, combustión incompleta de la biomasa en ausencia de oxigeno, a unos 500 grados centígrados, se utiliza desde hace mucho tiempo para producir carbón vegetal. Aparte de este, la pirólisis lleva a la liberación de un gas pobre, mezcla de monóxido y dióxido de carbono, de hidrógeno y de hidrocarburos ligeros. Este gas, de débil poder calórico, puede servir para accionar motores diesel, o para producir electricidad, o para mover vehículos. Una variante de la pirólisis, llamada pirólisis flash, llevada a 1000 grados centígrados 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 pirólisis. Las instalaciones en la que se realizan la pirólisis y la gasificación de la biomasa reciben el nombre de gasógenos. El gas pobre producido puede utilizarse directamente como se indica antes, o bien servir la base para la síntesis de un alcohol muy importante, el metanol, que podría sustituir las gasolinas para la alimentación de los motores de explosión (carburol).


    Métodos biológicos.


    • La fermentación alcohólica es una técnica empleada desde muy antiguo con los azúcares, que puede utilizase también con la celulosa y el almidón, a condición de realizar una hidrólisis previa (en medio ácido) de estas dos sustancias. Pero la destilación, que permite obtener alcohol etílico prácticamente anhidro, es una operación muy costosa en energía. En estas condiciones la transformación de la biomasa en etanol y después la utilización de este alcohol en motores de explosión, tienen un balance energético global dudoso. A pesar de esta reserva, ciertos países (Brasil, E.U.A.) tienen importantes proyectos de producción de etanol a partir de biomasa con un objetivo energético (propulsión de vehículos; cuando el alcohol es puro o mezclado con gasolina, el carburante recibe el nombre de gasohol).

    • La fermentación metánica es la digestión anaerobia de la biomasa por bacteria. Es idónea para la transformación de la biomasa húmeda (mas del 75% de humedad relativa).En los fermentadores, o digestiones, 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 en la temperatura optima de 30-35 grados centígrados. 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. Así, millones de digestores ya son utilizados por familias campesinas chinas.


    2.4.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, opera con enormes volúmenes combustibles que hacen su transporte oneroso y constituyen un argumento a favor de una 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 superfícies, terrestres y acuáticas, de que puede disponer no tienen comparación con las que pueden cubrir, por ejemplo, los captadores solares.


    2.5. TERMINOS SOBRE LA BIOMASA.2.5.1. ¿Qué es el biogás ?

    Mezcla de metano y otros gases que se desprende durante la degradación anaerobia de la materia orgánica por la acción de microorganismos.


    El biogás se obtiene mediante un digestor o bien canalizándolo directamente en un vertedero controlado. En el primer caso, la temperatura del digestor se mantiene a unos 50 grados centígrados; de este modo se logra que el pH este comprendido entre 6.2 y 8, lo que favorece la actividad de los microorganismos. La degradación bioquímica, de gran complejidad y que dura entre 10 y 25 días, se desarrolla en tres fases principales: la hidrólisis y acidogénesis, la acetogénesis y la metanogénesis.Tanto el tipo de sustrato orgánico como las condiciones del proceso y el grado que este alcanza hacen que las proporciones de los componentes del biogas (54%-70% para el metano, 27%-45% para el CO2, etc.) varíen mucho. El biogás se emplea tanto para la generación de calor mediante combustión como para la generación de energía mecánica o eléctrica, principalmente en las mismas plantas donde se obtiene.


    2.5.2.¿Qué es el digestor?

    Dispositivo que permite llevar a cabo la degradación anaerobia controlada de residuos orgánicos para obtener biogás y otros productos útiles.


    El dispositivo mas simple de este tipo esta formado por un recipiente cerrado, de base cónica saliente, dotado con un conducto lateral para la entrada de los residuos, otro superior de escape del gas y un tercero inferior para evacuar los demás productos de la digestión ( digestor discontinuo ). Los digestores mas perfeccionados disponen de un agitador y de un calefactor que regulan la homogeneidad y la temperatura del proceso (digestor de mezcla completa), y de otros sistemas para enriquecer la flora bacteriana ( digestores de contacto y de filtro anaerobio ).Una instalación básica comprende el sistema de almacenamiento y alimentación, el digestor y los depósitos de gas y de los demás productos resultantes de la digestión. El digestor se alimenta con residuos orgánicos en las plantas de compostaje, con lodos de decantación en las depuradoras de aguas y con las deposiciones de los animales en las explotaciones ganaderas; además del biogás, los productos de la digestión son el compost, los lodos útiles para obtener mas compost y los fertilizantes.


    2.5.3.¿Qué son los combustibles fósiles?

    Los aceites vegetales constituyen un amplio grupo de biocombustibles que pueden sustituir a los combustibles fósiles, ya sea directamente o mediante transformaciones químicas poco complejas.


    El aprovechamiento a gran escala de aceites para su uso como carburantes no solo es beneficioso por el carácter renovable de tales aceites sino también porque puede reducir el déficit energético de los países menos desarrollados, en un grado mayor que el de los alcoholes: varias plantas y arbustos, de cuyas semillas se extraen aceites, tienen su hábitat en grandes zonas áridas y de suelos pobres, donde los cereales escasean y la fermentación alcohólica es, pues, inviable.Entre los aceites mas conocidos, el de colza ejemplifica las ventajas y los problemas técnicos que plantea este grupo de sustancias; así, puede alimentar un motor diesel, pero al ser mas denso que el gas-oil, presenta varios inconvenientes en la combustión, por lo que es preferible someterlo a esterificación con un alcohol mas fuerte que la glicerina; el nuevo éster proporciona un par motor igual al del gas-oil , con un consumo algo mas elevado.


    2.5.4 ¿Qué son los combustibles alcohólicos?

    Los alcoholes son los biocombustibles más utilizados actualmente en algunos países ,tanto para dar una salida a excedentes agrícolas convertibles en alcohol como por dificultades financieras en la importación de combustibles fósiles.


    En principio, es posible obtener alcoholes a partir de cualquier producto que contenga glúcidos fermentables ; en particular, el proceso de fermentación alcohólica se puede dar con sustancias azucaradas (caña de azúcar , mostos, remolacha ,jugos de frutas, etc.), amiláceas (cereales y tubérculos) y celulósicas (madera ,paja de cereal, etc.)pero los rendimientos son muy desiguales . Algunos estudios señalan el metanol como el alcohol con más condiciones para la combustión en motores: sirve tanto para motores Otto como Diesel; su densidad de energía es menor que la de la gasolina, pero su combustión, en cambio, es mejor, se le debe añadir un 10% de hidrocarburos ligeros para facilitar el encendido en frío en los motores de explosión ; presenta también dificultades de arranque en los Diesel ; y causa problemas de corrosión.


    2.5.5. ¿Qué es el compostaje?


    El compostaje, es decir, la fermentación controlada de residuos orgánicos para obtener compost, es un proceso de transformación de residuos poco costosos y de gran utilidad en extensas regiones del mundo con suelos agrícolas pobres.

    La materia prima del proceso proviene de residuos sólidos urbanos (RSU), estiércol y lodos de depuradora. Para los RSU, hay que prever un tratamiento de separación de la fracción orgánica, así como la eliminación del rechazo final del compostaje en un vertedero o inciniredora.


    2.6. ¿ES ECONÓMICA LA BIOMASA?


    La biomasa agrícola y forestal supone un potencial económico importante especialmente en las zonas tropicales y subtropicales, dado que en ellas se dan las condiciones más idóneas para el desarrollo de los vegetales. Los organismos fotosintéticos, tanto terrestres como marinos, pueden ser considerados como convertidores continuos de la energía solar, y por consiguiente renovables, en materia orgánica. Las plantas fijan anualmente mediante la fotosíntesis una cantidad de carbono equivalente en energía a 2·1021 julios, que equivalen aproximadamente a 10 veces el consumo mundial de energía y aproximadamente a 200 veces la energía consumida en forma de alimentos.


    2.7 EL INTERÉS MEDIOAMBIENTAL DE BIOMASA


    El interés medioambiental de la biomasa reside en que, siempre que se obtenga de una forma renovable y sostenible, es decir que el consumo no vaya a más velocidad que la capacidad del bosque, la tierra, etc. para regenerarse, es la única fuente de energía que aporta un balance de CO2 favorable, de manera que la materia orgánica es capaz de retener durante su crecimiento más CO2 del que se libera en su combustión.


    2.8 LA BIOMASA EN ESPAÑA

    s


    La biomasa en la fuente renovable de mayor potencial en España, cuantificándose los recursos en 25'7 Mtep. (millones de toneladas equivalentes de petróleo), lo que equivale a una cantidad superior a todos los consumos energéticos de la industria española. Sin embargo, los planes del Gobierno apenas pasan de "quedarse donde estamos": aunque fuentes oficiales señalan unos recursos utilizables de 10 Mtep./ año, las autoridades carecen de voluntad política para dejar de arrojar a la basura todo ese potencial energético y el Plan energético nacional solo contempla el aprovechamiento de 2,8 Mtep. En el año 2.000.


    2.9.LA BIOMASA EN EL MUNDO


    Aunque en nuestro país se ha realizado entre los años 1.996 y 1.990 un total de 235 instalaciones para el aprovechamiento de la biomasa, aún estamos lejos de alcanzar el nivel de Francia, el país líder de la C.E. en el que seis millones de hogares utilizan la madera como fuente de calor, o de Dinamarca, donde una planta quema 28.000 toneladas anuales de paja para producir 13 Mw. de electricidad. En Brasil unos 2.000.000 de vehículos funcionan con alcohol casi puro, obtenido del cultivo de la caña de azúcar, y 8.000.000 más utilizan una mezcla de gasolina y alcohol.

    Uno de los ejemplos más destacados en el campo de la tecnología de las fuentes de energía renovables es el caso de la obtención de alcohol industrial por fermentación en Brasil. En 1976, el gobierno brasileño decidió dejar de ser el mayor importador de petróleo entre los países en desarrollo, y se embarcó en un programa para la producción masiva de etanol, a partir de melazas de caña de azúcar o de la pulpa de mandioca, para ser utilizado como combustible. Actualmente se producen entre 3 y 5 millones de m de etanol por año. Gran parte del etanol se mezcla con gasolina, y constituye el 20 % del combustible que utilizan los automóviles, con el consiguiente ahorro de energía fósil (gasolina).

    Es poco probable que el combustible de biomasa sea factible en muchos países occidentales pequeños y densamente poblados. Pero en Brasil, las vastas extensiones de terreno, la elevada productividad agrícola y los altos niveles de precipitaciones y sol, hacen que el proceso sea ideal.

    Incluso los países avanzados están buscando medios para reducir su dependencia de los combustibles fósiles y organizando proyectos de biomasa tendentes a satisfacer una parte de sus necesidades energéticas. Suecia obtiene ya un 10 % de su energía de desechos forestales y agrícolas, y Finlandia, el 14 %. En el Reino Unido existen proyectos para producir alcohol en fermentadores en proceso continuo, que son lo suficientemente rápidos y el alcohol lo bastante concentrado como para poder competir con la gasolina como combustible para el transporte.

    EE.UU. tiene instalados más de 9.000 MW para generación de energía eléctrica, obtiene el 4% de la energía que necesita de esta fuente. La Unión Europea tiene un potencial económico en biomasa del orden de 100 Mtep, aproximadamente el 10% de sus necesidades, su potencial técnico es del orden de 306 Mtep.


    Los residuos como fuente de energía


    LOS RESIDUOS COMO PROBLEMA

    Es de sobra conocido el hecho de que se producen diariamente ingentes cantidades de desperdicios, tanto en las ciudades como en las zonas rurales. Teniendo en cuenta que la mayor parte de estos residuos son de carácter orgánico, es decir, constituyen la denominada biomasa residual, se puede llegar a comprender el hecho de que las grandes cantidades de residuos que no se aprovechan y contaminan el ambiente puedan constituir un enorme potencial para la producción de energía.

    <Imagen>En líneas generales, si se considera de forma conjunta toda la actividad humana, se puede estimar aproximadamente que se producen unas 2 toneladas de residuos de todo tipo por habitante y año, con un poder energético de unos 9.000 kW.h/año, equivalente a unos 800 litros de gasolina. Por otro lado, y con respecto a las basuras urbanas, es de destacar que cerca de la mitad de su peso está constituido por materia orgánica, y su producción media por habitante y año oscila entre los 600 y los 800 kg, con un valor energético de unos 2.500 kW.h/año. Obsérvese que una familia media gasta al año sólo en electricidad unos 3.000 kW.h.



    EL TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS

    El tratamiento de los residuos, en general, es una actividad costosa y tanto las instituciones públicas como las empresas privadas no han llevado a cabo esta labor con eficacia, bien por falta de una legislación adecuada o por carencia de medios económicos. Todo ello está contribuyendo, evidentemente, al deterioro del medio ambiente en grandes zonas de muchos países.

    Un estudio detenido del posible aprovechamiento de los residuos con fines energéticos en los lugares en que se producen, arroja bastantes ventajas, algunas de las cuales se enumeran a continuación:



    .Los residuos forman parte de un tipo de biomasa que ya existe (no hay que producirla) y cuya eliminación es un problema grave y de solución costosa. .En muchos casos, la biomasa residual está concentrada en lugares determinados por lo que, si se utiliza cerca del sitio de acumulación genera unos costes de transporte muy reducidos. .La utilización de los residuos para producir energía presenta como sistema de eliminación unas ventajas de carácter ambiental, como son una considerable reducción de su volumen, eliminación de plagas, incendios forestales y olores, mejora del paisaje y reducción de la contaminación del aire, agua y suelo. .Algunos métodos de aprovechamiento de la biomasa residual presentan la ventaja adicional de general productos ricos en nutrientes y, por tanto, susceptibles de ser utilizables como fertilizantes para fines agrícolas, lo que supone un ahorro de consumo de energía, materias primas y divisas.



    TIPOS DE RESIDUOS

    En general, se pueden definir los residuos como aquellos materiales generados en las actividades de producción, transformación y consumo que no han alcanzado en el contexto en que son generados, ningún valor económico.

    Se siguen varios criterios para clasificar los distintos tipos de residuos, entre los que cabe destacar la naturaleza de su origen (agrarios, industriales, urbanos) o los tipos de materiales que los constituyen (orgánicos, plásticos, metálicos, etc.). Sin embargo, y teniendo en cuenta que nuestro interés aquí se centra en los residuos orgánicos, por ser biomasa, se pueden considerar tres grandes sectores de actividades que los producen, tal como muestra la siguiente tabla:

    SECTOR ACTIVIDAD RESIDUOS
    Primario Agraria Agrícolas Forestales Ganaderos
    Secundario Transformación Industriales (industrias agrarias)
    Consumo Urbanos Residuos sólidos urbanos (fracción orgánica) Aguas residuales (lodos de depuradora)



    LOS RESIDUOS AGRARIOS: RESIDUOS AGRÍCOLAS

    Se puede denominar residuo agrícola a la planta o a la porción de ella cultivada que es preciso separar para obtener el fruto o para facilitar el cultivo propio o posterior.

    Existe una gran cantidad de residuos con potencial interés industrial y energético, que localmente pueden tener alguna utilidad, pero cuya eliminación constituye un problema en las labores de explotación agrícola.

    Esta categoría de residuos se produce principalmente en los siguientes cultivos:



    .Cereales grano, originando pajas. .Frutales y viñedo, cuya poda anual es una fuente considerable de material combustible. .Algunos cultivos industriales, como los textiles y oleaginosas, que producen como residuo los tallos.



    En la siguiente tabla se muestran unos datos estimativos acerca de la producción de residuos en España por los cultivos citados, según datos de 1994.

    TIPO DE
    CULTIVOPRODUCCIÓN
    (1000 Tm/año)COEFICIENTE DE
    GENERACIÓN
    (Tm res/Tm prod)PRODUCCIÓN DE
    RESIDUOS
    (1000 Tm/año)CEREALES GRANOTrigo4.302,301,205.162,76Cebada7.415,501,3510.010,93Avena413,901,35558,77Centeno206,701,35279,05Maíz2.343,602,004.687,20Arroz406,601,50609,90Sorgo77,801,70132,26FRUTALESCítricos5.076,300,15761,45F. pepita1.400,300,25350,08F. hueso1.290,900,25322,73F. secos269,103,15847,67Olivar2.798,701,554.337,99Viñedo3.254,400,852.766,24INDUSTRIALESGirasol978,602,001.957,20Algodón154,802,00309,60Caña azúcar138,501,50207,75TOTAL31.528,001,0934.301,54

    En definitiva, en España se producen anualmente unos 30 millones de toneladas de residuos agrícolas. Teniendo en cuenta que los residuos mencionados son de bajo contenido en humedad, es lógico pensar que se puedan transformar en energía útil por métodos termoquímicos (del tipo de la combustión). En estas condiciones, y asignando a este tipo de residuos un poder calorífico medio de 14,5 MJ/kg, se obtendría que el potencial teórico de los residuos agrícolas españoles equivaldría a una 10,4 millones de tep anuales (cerca de un 10% del consumo energético actual).



    LOS RESIDUOS AGRARIOS: RESIDUOS FORESTALES

    El monte supone un medio considerable de transformación de la energía solar. Sin embargo, los seres humanos no utilizan íntegramente toda la riqueza que suministra el monte y desperdician una parte considerable en forma de ramas, cortezas, serrín, etc. Este menor aprovechamiento energético se ha acusado en los últimos años con la aparición de combustibles gaseosos derivados del petróleo. El relativo bajo precio y, sobre todo, la comodidad de su uso, han originado un descenso en el consumo de residuos de madera como fuente energética.

    Realmente, los residuos forestales son los que, durante siglos, han constituido la fuente energética más importante de la Humanidad.

    La siguiente tabla muestra los valores aproximados de los residuos forestales producidos actualmente en nuestro país, con datos del Segundo Inventario Forestal Nacional (ICONA, 1986 a 1995).

    Superficie arbolada (ha): 12.091.164CANTIDAD
    (1000 Tm/año)RESIDUOS DE CORTE Y ELABORACIÓN DE LA MADERA:Residuos de ramas290,17Corteza, serrín y virutas de ramas79,42Corteza, serrín y virutas de madera1.110,31Hojas, tocones, raíces864,59Total2.344,49RESIDUOS DE TRATAMIENTOS SELVÍCOLAS:Residuos de madera de sierra370,46Residuos de madera de industria1.183,05Leña para astillas1.338,00Total2.891,51RESIDUOS FORESTALES TOTALES5.236,00

    Como se puede observar, los residuos forestales (incluyendo aquéllos de las industrias de transformación primaria de la madera) generados anualmente suponen aproximadamente 5 millones de toneladas. Si se le asigna a esta biomasa (con un contenido en humedad muy bajo) un poder energético de 16,7 MJ/kg se obtendría un potencial energético de unos 2 millones de tep/año.



    LOS RESIDUOS AGRARIOS: RESIDUOS GANADEROS

    Tradicionalmente, los residuos producidos por el ganado constituían la única fuente fertilizante de los suelos agrícolas. Con la aparición de los fertilizantes, lamentablemente los estiércoles dejan de utilizarse en gran número de explotaciones, pues empieza a haber una separación entre agricultura y ganadería.

    Actualmente, en aquellas explotaciones intensivas que no disponen de terrenos suficientes, se tiende a recoger las deyecciones en diferentes tipos de depósitos y, mediante tratamientos diversos, eliminarlas o llevarlas a lugares en que puedan tener alguna utilidad.

    Aquí es donde puede contemplarse la inclusión de la tecnología energética, que podría atender a las necesidades locales de la granja o explotación ganadera.

    Al tratarse de residuos de alto contenido en humedad, no es conveniente para su tratamiento utilizar procesos termoquímicos, por su bajísimo rendimiento en este caso. Sin embargo, la tecnología de la digestión anaerobia, proceso de tipo bioquímico que se discutirá más adelante, presenta grandes ventajas para su aplicación a este tipo de biomasa.

    La posibilidad energética de estos residuos hace necesario conocer su cantidad. Este dato está basado en el denominado peso vivo, es decir, en el peso de los animales que integran la cabaña ganadera, al que se aplica el coeficiente de rendimiento de estiércol, que resulta ser aproximadamente de 20 kg de estiércol por kg de peso vivo. Las cifras que se ofrecen en la siguiente tabla se basan en las publicadas en el Anuario de Estadística Agraria 1994.

    TIPO DE GANADORESIDUO TOTAL
    (1000 Tm/año)RESIDUO RECOLECTABLE
    (1000 Tm/año)Bovino33.66916.835Ovino12.767 Caprino1.553 Porcino21.84116.381Equino2.7541.102Aves5.6315.068Conejos505455TOTAL78.72039.841

    Como se puede observar, la estimación de residuos ganaderos recolectables asciende anualmente a casi 40 millones de toneladas. Aunque el cálculo de la cantidad de gas (biogás) obtenible por digestión anaerobia es estos residuos depende de innumerables factores, se puede estimar que los residuos ganaderos producirían anualmente unos 2.000 millones de m3 de biogás, lo que representaría un potencial energético de alrededor de 1,2 millones de tep/año.



    LOS RESIDUOS INDUSTRIALES

    Sólo se consideran de interés como fuente energética los residuos de sectores industriales que, en principio, pueden generar mayor cantidad de residuos de naturaleza orgánica, en los que su eliminación supone un coste adicional en la empresa, que su valor sea escaso y se encuentren distribuidos en todo el territorio nacional.

    Las industrias que cumplen aproximadamente estas condiciones, son las siguientes:



    .Conservas vegetales. .Extracción de aceites. .Extracción de vinos. .Frutos secos.



    La siguiente tabla muestra la producción estimada de estos residuos para cada sector en España, con datos de 1994.

    INDUSTRIARESIDUOS
    (1000 Tm/año)Conservas vegetales533Producción de aceites2.351Producción de vinos618Frutos secos2.244TOTAL5.746

    El volumen de los residuos de actividades industriales sobrepasa los 5 millones de toneladas anuales, cifra que, sin duda, debe estimarse como muy alta para los cuatro tipos de industrias citadas, si se tiene en cuenta que gran parte de los residuos producidos por frutos secos son utilizados ya como aporte energético y que, por otro lado, el tonelaje obtenido por los residuos de las tres industrias restantes incluye humedad o agua que puede alcanzar porcentajes muy considerables como es el caso de las conservas vegetales.

    De cualquier manera, la utilización actual de estos residuos y, por tanto, las disponibilidades de la fracción no utilizada varían considerablemente según las circunstancias socioeconómicas de cada zona.

    Aunque la evaluación del potencial energético de estos residuos es compleja por las diversas circunstancias ya citadas, se puede calcular el potencial energético anual aproximado que ofrecen los residuos industriales orgánicos reseñados, que resulta ser de alrededor de 1,2 millones de tep.



    LOS RESIDUOS URBANOS

    Los núcleos de población producen diariamente grandes cantidades de residuos, que se pueden considerar incluidos dentro de dos grandes grupos: los residuos sólidos urbanos y las aguas residuales urbanas.

    El tratamiento y eliminación de estos residuos constituye día a día un problemas más agobiante debido a su incesante crecimiento, a medida que aumenta la población y el nivel de vida de la misma.

    Los residuos urbanos se caracterizan por su carácter localizado, por lo que parece evidente que sean los más aptos para un tratamiento a gran escala, debido a la menor incidencia del factor transporte en el coste de los procesos de transformación.

    Estos procesos han de ser básicamente diferentes para los residuos sólidos y para las aguas residuales, debido al diferente estado físico en que se encuentran sendos productos residuales; además, la recolección de los mismos presenta diferentes problemáticas.



    Los residuos sólidos

    Se denominan residuos sólidos urbanos a aquellos materiales resultantes de un proceso de fabricación, transformación, utilización, consumo o limpieza, cuando su poseedor o productor los destina al abandono. La composición de estos residuos es función de varios factores, entre los que destacan el nivel de vida de la población, el período estacional, tipo de hábitat y clima.

    Por otro lado, la producción media estimada de residuos sólidos urbanos en España se sitúa en los 1,0 kg/hab.día, variando la distribución de estos valores en función del tamaño de los núcleos urbanos.

    La evaluación del potencial energético de los residuos sólidos urbanos implica, pues, una fase inicial de evaluación de las cantidades producidas en los distintos núcleos de población. Esto se ha obtenido en base a la composición y producción medias de los mismos en España, y considerando sólo los núcleos de población superiores a 10.000 habitantes. En la siguiente tabla se presentan los resultados correspondientes.

    TIPOS DE
    NUCLEOS
    (habitantes)HABITANTES
    TOTALES
    (millones)RESIDUO
    TOTAL
    (1000 Tm/año)Valor
    unitario
    (kg/hab.día)BIOMASA
    RESIDUAL
    (1000 Tm/año)10.000 - 20.0005,61.561,40,761.092,820.000 - 100.00010,93.591,70,902.478,9100.000 - 1.000.00014,85.627,11,042.813,6> 1.000.0007,63.467,51,251.733,6TOTAL38,914.247,71,008.118,9

    Los residuos orgánicos urbanos suponen más de 8 millones de Tm/año, pero la alta fiabilidad de este dato y su concentración, hace que estos residuos puedan ocupar un primer lugar a la hora de plantear la posible instalación de una planta de aprovechamiento energético de biomasa residual.

    El poder energético de estos residuos destaca en España por su bajo valor. Debido al alto contenido en humedad de las basuras, oscila entre los 3,4 y los 6,7 MJ/kg. Tomando como valor medio un poder energético de 5 MJ/kg, el potencial de los residuos sólidos en España, bajo el punto de vista de ahorro de energía, ascendería a unas 950.000 tep/año, valor inferior al proporcionable por otros residuos, pero con la situación ventajosa de su concentración y su urgente necesidad de eliminación.



    Las aguas residuales

    Se denominan aguas residuales a los líquidos procedentes de la actividad humana que llevan en su composición gran parte de agua y que, generalmente, son vertidos a los ríos o al mar. Su composición es tanto inorgánica (sales, arenas, etc.) como orgánica (materiales biodegradables), por lo que su fracción sólida contiene una apreciable cantidad de biomasa residual.

    Por lo tanto, el proceso de depuración de un agua residual no debe considerarse completo, simplemente por haber obtenido un agua depurada. Es preciso, además, eliminar los lodos generados, con un coste lo más reducido posible y sin impacto ambiental negativo apreciable.

    El tratamiento de estos lodos con vistas a su aprovechamiento energético más conocido y utilizado en todo el mundo en numerosas plantas de tratamiento de aguas residuales es la digestión anaerobia para producir gas combustible.

    Así, pues, con objeto de evaluar la cantidad de energía que se podría obtener a partir de esta fuente de biomasa residual, es necesario conocer previamente la cantidad de lodos generados por las plantas depuradoras actualmente en funcionamiento. La siguiente tabla muestra los datos estimados relativos a 1994.

    TIPOS DE
    NUCLEOS
    (habitantes)HABITANTES
    TOTALES
    (millones)RESIDUO
    TOTAL
    (1000 m3/año)Valor
    unitario
    (kg/hab.día)BIOMASA
    SECA
    (1000 Tm/año)10.000 - 20.0005,64.3062,1215,320.000 - 100.00010,910.0002,5500,0100.000 - 1.000.00014,815.6942,9784,7> 1.000.0007,69.5832,5500,0TOTAL38,939.5832,82.000,0

    Considerando el volumen de lodos de las plantas actualmente en operación y suponiendo que éstos contienen alrededor de un 5% en sólidos degradables, se tendrían unos 2 millones de Tm/año de biomasa seca. Aunque los procesos de digestión producen distintos rendimientos en gas, según las condiciones de operación, se puede aceptar una producción de 500 m3 de gas por tonelada de materia seca, con un poder calorífico de aquél de unos 25,1 MJ/m3.

    Así, los cálculos correspondientes darían una cantidad de energía de cerca de 600.000 tep/año, que podría suponer un importante ahorro en las mismas plantas depuradoras de aguas residuales, si se instalan los sistemas adecuados de recuperación y transformación de esta energía.

    La formación de la biomasa

    El modelo básico de captación y acumulación de la energía solar es el que

    llevan a cabo las especies vegetales verdes, única fuente energética

    renovable que conlleva asimismo un almacenamiento en forma de energía de

    alta calidad: la energía química. Este proceso ha mantenido la vida en la

    Tierra hasta nuestros días en forma de materia orgánica, que resulta ser

    energía solar almacenada y se denomina "energía de la biomasa".

    "fotosíntesis", = transforman productos minerales sin valor

    energético, dióxido de carbono y agua, en

    materiales orgánicos de alta energía.

    EL ORIGEN DE LA BIOMASA: LA FOTOSÍNTESIS

    La formación de materia viva o biomasa a partir de la luz solar se lleva a cabo por el proceso denominado fotosíntesis gracias al cual se producen grandes moléculas de alto contenido energético (en forma de energía química), cuyo coste de almacenamiento es nulo y, en principio, sin pérdidas.

    La originalidad de esta tecnología es el hecho de que toma prestadas del medio ambiente natural la energía (fotones de luz) y las materias primas consumidas (carbono, hidrógeno, nitrógeno, potasio y fósforo). La acción de construir unos edificios ordenados (macromoléculas de glucosa, principalmente) a partir de elementos suministrados en desorden por la naturaleza (carbono, hidrógeno, oxígeno) exige, de acuerdo a las leyes de la Termodinámica, cantidades muy importantes de energía (673 kcal/mol de glucosa obtenida) de las cuales, la mayor parte es desechada a la atmósfera. Pero, a pesar de que el rendimiento termodinámico de la fotosíntesis es particularmente bajo, la operación resulta, no obstante, rentable, debido a la gratuidad de la energía solar y de la utilidad de los productos finales (principalmente alimentos).

    Fuentes de biomasa para fines energéticos

    Hay 2 tipos de materiales orgánicos generados a partir de la fotosíntesis:

    Biomasa vegetal = generado a partir de la fotosíntesis

    Biomasa animal = producidos a través de la cadena biológica

    Esta última la biomasa animal se genera a través de la biomasa residual

    Mientras que loque hoy día se conoce como combustibles fósiles (carbón, gas natural y petróleo) no es otra cosa que "biomasa fósil"

    LA BIOMASA Y SUS FORMAS

    Como consecuencia de la actividad fotosintética de los vegetales, se forma una masa viviente que hemos denominado biomasa. Sin embargo, ésta es transformada posteriormente en los distintos niveles de seres vivos que conocemos. Por tanto, se puede hablar de biomasa vegetal cuando ésta se produce directamente como consecuencia de la fotosíntesis, mientras que aquélla biomasa que producen los seres que no son capaces de elaborar los productos químicos sólo con la ayuda de la energía solar, es decir, que utilizan en su alimentación la biomasa vegetal, la podríamos denominar biomasa animal.

    Así pues, en un sentido amplio del término, se puede definir como biomasa al conjunto de materiales orgánicos generados a partir de la fotosíntesis o bien evolucionados en la cadena biológica.

    Los seres humanos y los animales utilizan sólo una parte de la biomasa a su disposición, constituyendo el resto un residuo en gran medida no utilizado. Incluso en gran porcentaje de la parte utilizada es devuelta a la naturaleza como residuo. Tanto el primer caso, residuos de producción, como en el segundo, residuos de consumo o transformación, son fundamentalmente orgánicos, lo que permite definir el término biomasa residual como la originada de la forma expuesta.

    Finalmente, a nadie se le oculta que lo que hoy se conoce como combustibles fósiles, carbón, gas natural y petróleo, no es otra cosa que biomasa (biomasa fósil), que se produjo en determinados períodos geológicos y, una vez enterrada, bien a través de mecanismos bioquímicos o bien por condiciones físico-químicas o por la conjunción de ambos tipos de acciones, generaron aquéllos.

    Digamos como resumen que se puede definir el concepto de biomasa como el conjunto de plantas terrestres y acuáticas; sus residuos o subproductos; los residuos o subproductos derivados de la transformación de dichas plantas, bien por los animales que se alimentan de ellas o por los procesos tecnológicos de las industrias alimentarias.

    La obtención de energía útil a partir de la biomasa puede conseguirse

  • indirectamente, mediante su transformación en productos industriales que

  • sustituyen a otros, costosos en energía fósil,

  • directamente, utilizándola como combustible. En este último caso, se presentan dos posibilidades:

  • Utilizar como fuente de biomasa los llamados "cultivos energéticos", es decir, plantaciones destinadas exclusivamente a producir energía

  • Utilizar como fuente de biomasa los residuos

  • Los residuos son el resultado del de sarrollode la civilización actual, y están creando un problema por su magnitud y sus consecuencias. Como la mayor parte de ellos son de carácter orgánico (biomasa residual), se puede suponer que presentan un enorme potencial para la producción de energía.

    LOS RESIDUOS COMO PROBLEMA

    Es de sobra conocido el hecho de que se producen diariamente ingentes cantidades de desperdicios, tanto en las ciudades como en las zonas rurales. Teniendo en cuenta que la mayor parte de estos residuos son de carácter orgánico, es decir, constituyen la denominada biomasa residual, se puede llegar a comprender el hecho de que las grandes cantidades de residuos que no se aprovechan y contaminan el ambiente puedan constituir un enorme potencial para la producción de energía.

    <Imagen>En líneas generales, si se considera de forma conjunta toda la actividad humana, se puede estimar aproximadamente que se producen unas 2 toneladas de residuos de todo tipo por habitante y año, con un poder energético de unos 9.000 kW.h/año, equivalente a unos 800 litros de gasolina. Por otro lado, y con respecto a las basuras urbanas, es de destacar que cerca de la mitad de su peso está constituido por materia orgánica, y su producción media por habitante y año oscila entre los 600 y los 800 kg, con un valor energético de unos 2.500 kW.h/año. Obsérvese que una familia media gasta al año sólo en electricidad unos 3.000 kW.h.

    El tratamiento de residuos es una

    actividad costosa, pero su posible aprovechamiento con fines energéticos ha

    demostrado tener considerables ventajas, debido a los beneficios que

    generaría.

    tres grandes sectores que producen residuos distintos:

  • Residuos agrarios

  • Residuos industriales

  • Residuos urbanos

  • Los residuos agrarios son una consecuencia del sector primario de la

    actividad humana y entre ellos se puede considerar, a su vez, tres grandes

    grupos:

    Residuos agrícolas: fracción de las plantas cultivadas que es preciso

    separar para obtener el fruto o para facilitar el cultivo; destacan las

    pajas de cereales, los residuos de poda de frutales y viñedo y los tallos

    de cultivos textiles y de oleaginosas

    Residuos forestales: constituídos por ramas, cortezas, virutas, serrín,

    hojas, tocones y raíces que se originan en la elaboración de madera o

    en la limpieza de los montes

    Residuos ganaderos: deyecciones de los animales estabulados en las

    explotaciones ganaderas

    En general, los residuos industriales con posible consideración energética

    son los derivados de las industrias de conservas vegetales, producción de

    aceites, vinos y frutos secos, aunque localmente pudieran ser importantes

    industrias de otro tipo, generadoras de biomasa residual.

    Finalmente, los residuos urbanos se generan diariamente en grandes

    cantidades en los núcleos de población, pudiéndose considerar incluidos

    dentro de dos grandes grupos:

    Residuos sólidos urbanos: materiales generados en los procesos de

    consumo humano que son destinados al abandono; constituyen la

    biomasa residual más aprovechable ya que está concentrada, es

    imprescindible su recogida y es necesario su transporte

    Aguas residuales urbanas: líquidos procedentes de la actividad

    humana, cuya fracción sólida contiene una apreciable cantidad de

    biomasa residual; su depuración genera unos fangos que poseen una

    alta carga contaminante, que es necesario reducir

    CONCLUSIÓN

    La utilización de todos estos tipos de residuos con fines energéticos será,

    pues, un sistema de eliminación con ventajas medioambientales y que,

    además, podría generar productos valiosos; de ahí el interés que presenta

    esta fuente de biomasa.

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    Í N D I C E

    LOS

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    LOS RECURSOS ENERGÉTICOS

    Biomasa

    2.

    BIOMASA

    Biomasa