CULTIVOS ENERGÉTICOS Y RESIDUOS AGRÍCOLAS PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOMASA

Asignatura: Mecanización de granjas y centros hortícolas.

Departamento: Proyectos e Ingeniería Rural.

Idoya Fernández Pan

5º Ingeniero Agrónomo

Enero 2003

ÍNDICE

• BIOMASA VEGETAL Y ENERGÍA RENOVABLE.

• Ventajas e Inconvenientes del empleo de la biomasa

• Ventajas de la combustión de biomasa

• CULTIVOS ENERGÉTICOS.

• Posibilidades de los cultivos energéticos

• El cardo, cultivo energético

• Potencial del cultivo en España

• Dos proyectos en Burgos y Huesca

• MANEJO DE LOS CULTIVOS: CARDO Y BRASSICA CARINATA.

• Cardo (Cynara Cardunculus L.)

• Condiciones de cultivo

• Labores a realizar durante el primer año

• Mantenimiento del cultivo en años sucesivos

• Experiencias realizadas

• Brassica carinata

• Aspectos agronómicos relevantes

• Experiencias realizadas

• USO DE RESIDUOS AGRÍCOLAS COMO MATERIA PRIMA PARA LA OBTENCIÓN DE ELECTRICIDAD. Planta de Generación Eléctrica alimentada a partir de paja de cereal, Sangüesa (Navarra).

BIOMASA VEGETAL Y ENERGÍA RENOVABLE

Uno de los grandes problemas de la humanidad es su dependencia de los combustibles fósiles, que además de ser limitados provocan un fuerte impacto ambiental y diversos trastornos económicos. El reto está en conseguir que las energías alternativas y renovables vayan sustituyendo paulatinamente a esos combustibles.

El término biomasa hace referencia a toda la materia que puede obtenerse a través de fotosíntesis. La mayoría de las especies vegetales utilizan la energía solar para crear azúcares del agua y del dióxido de carbono y la almacenan en forma de moléculas de glucosa y almidón, oleaginosas, celulosas y lignocelulosas. La biomasa aparece como un recurso energético atractivo por varias razones fundamentales:

• Es un recurso renovable que podría ser desarrollado sosteniblemente en el futuro.

• Posee formidables características desde el punto de vista medioambiental, ya que reduce el número de contaminantes en la atmósfera.

• Puede tener un potencial económico significativo frente al incremento del precio de los combustibles fósiles.

• Es fácil de almacenar, al contrario de lo que ocurre con las energías eólica y solar.

Frente a los argumentos positivos a favor del uso de la biomasa, existen problemas que habrá que valorar en cada caso. Uno de los argumentos negativos es el de que opera con enormes volúmenes combustibles, que hacen su transporte caro y obligan a una utilización local y sobre todo rural. Su rendimiento, expresado en relación con la energía solar incidente sobre las mismas superficies, es muy débil (0,5% a 4%, contra 10% a 30% para las pilas solares fotovoltaicas).

En España hace tiempo que se estudia la posibilidad de ciertos cultivos energéticos como el sorgo dulce, la caña de azúcar, una colza procedente de Etiopía (Brassica carinata), etc., plantas de elevada asimilación fotosintética. Más recientemente se ha incorporado el cardo a la lista de plantas productoras de biomasa con posibilidades para su aprovechamiento industrial. Se trata de una especie muy rústica, y bien adaptada a nuestras condiciones edáficas y climatológicas (escasa pluviosidad y temperaturas extremas).

En su acepción más amplia, el término biomasa abarca toda la materia orgánica de origen vegetal o animal, incluidos los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. Por tanto, la energía de la biomasa se puede obtener de multitud de materiales:

• Cultivos que se transforman posteriormente en energía (cultivos energéticos). Las plantas que se suelen utilizar para este fin son las de tipo herbáceo, como el cardo (Cynara cardunculus), y leñoso, como el chopo o el eucalipto.

• Residuos de diferente tipo: forestales (procedentes de podas, limpiezas y cortas, o el serrín de las empresas madereras, por ejemplo); agrícolas (restos de podas de cultivos leñosos, paja de cereales, zuros de maíz, residuos de aceituna, cascarilla de arroz, cáscara de frutos secos, etc.); ganaderos (por ejemplo, los purines de los cerdos); lodos de depuración de aguas residuales; emisiones de gas de vertederos controlados (biogás), etc...

• La transformación química o biológica de determinadas especies vegetales o de los aceites domésticos usados para convertirlos en biocombustibles (metanol y etanol) y emplearlos como sustitutos o complementos del gasóleo y de la gasolina.

No obstante, sea cual sea el tipo de biomasa, todos tienen en común el hecho de provenir, en última instancia, de la fotosíntesis vegetal. Un proceso que utiliza la energía del sol para formar sustancias orgánicas a partir del CO2 y de otros compuestos simples. Atendiendo a su origen, la biomasa se puede clasificar en :

• Biomasa natural. La que se produce en los ecosistemas naturales.

• Biomasa residual. Consiste en los residuos o subproductos de las actividades agrícola, ganadera y forestal, de las industrias agroalimentarias y de transformación de maderas y a los residuos sólidos urbanos (RSU).

• Cultivos energéticos. Cultivos implantados con el fin exclusivo de obtener materiales destinados a su aprovechamiento energético.

La gran variedad de biomasas existentes unida al desarrollo de distintas tecnologías de transformación de ésta en energía (Combustión directa, Pirólisis, Gasificación, Fermentación, Digestión anaeróbica,...) permiten plantear una gran cantidad de posibles aplicaciones entre las que destacan:

• Producción de Energía Térmica. Aprovechamiento convencional de la biomasa natural y residual.

• Producción de Energía Eléctrica. Obtenida minoritariamente a partir de biomasa residual (restos de cosecha y poda) y principalmente a partir de cultivos energéticos leñosos, de crecimiento rápido (Chopo, Sauce, Eucalipto, Robinia, Coniferas, Acacia, Plátano,...) y herbáceos (Cardo lleno, Miscanto, Caña de Provenza, Euforbias, Chumberas,...).

• Producción de Biocombustibles. Existe la posibilidad, ya legislada, de alimentar los motores de gasolina con bioalcoholes (obtenidos a partir de Remolacha, Maíz, Sorgo dulce, Caña de azúcar, Patata, ...) y los motores diesel con bioaceites (obtenidos a partir de Colza, Girasol, Soja,...).

Ventajas e Inconvenientes del empleo de la biomasa

Las ventajas del uso de la biomasa en sustitución de los actuales combustibles fósiles son muchas y con un valor añadido muy importante pero difícil de evaluar económicamente:

Los inconvenientes son menos, pero de mayor peso económico directo, lo que limita el desarrollo de estas fuentes de energía renovables:

La obtención de energía útil a partir de la biomasa puede conseguirse directamente, utilizándola como combustible, presentándose dos posibilidades:

Producción eléctrica: Con la biomasa se genera electricidad, para lo cual se utiliza la técnica de la Combustión. Consiste en quemar materiales leñosos, paja o cultivos energéticos, como el cardo, en parrillas o por el sistema de lecho fluidizado (según la materia prima utilizada, es más apropiada una u otra tecnología). En cualquier caso, el proceso consiste en una combustión integrada en un ciclo de vapor. Con la tecnología actual, se obtienen rendimientos que pueden llegar al 30%, y potencias de generación eléctrica de hasta 50 MW. La electricidad obtenida puede utilizarse en aplicaciones aisladas o volcarse a la red.

Ventajas de la combustión de biomasa

Medioambientales

• Balance neutro en emisiones de CO2. Realizada en las condiciones adecuadas, la combustión de biomasa produce agua y CO2, pero la cantidad emitida de este gas (principal responsable del efecto invernadero), fue captada previamente por las plantas durante su crecimiento. Es decir, el CO2 de la biomasa viva forma parte de un flujo de circulación natural entre la atmósfera y la vegetación, por lo que no supone un incremento del gas en la atmósfera (siempre que la vegetación se renueve a la misma velocidad que se degrada).

• No produce emisiones sulforadas o nitrogenadas, ni apenas partículas sólidas.

• Como una parte de la biomasa procede de residuos que es necesario eliminar, su aprovechamiento energético supone convertir un residuo en un recurso.

Socioeconómicas

• Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles.

• Favorece el desarrollo del mundo rural y supone una oportunidad para el sector agrícola, ya que permite sembrar cultivos energéticos en sustitución de otros excedentarios.

• Abre oportunidades de negocio a la industria española, favorece la investigación y el desarrollo tecnológicos, e incrementa la competitividad comercial de los productos.

CULTIVOS ENERGÉTICOS

Los cultivos energéticos son cultivos de plantas de crecimiento rápido destinadas únicamente a la obtención de energía o como materia prima para la obtención de otras sustancias combustibles. 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, la agroenergética constituye una verdadera agroindustria, donde hace falta que la producción y la transformación estén estrechamente relacionadas, tanto desde el punto de vista técnico y económico, como geográfico.

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.). 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, que tendrían la ventaja de permitir un cultivo continuo.

A diferencia de lo que sucede con los cultivos usados como alimentos o como materia prima en la industria, no se necesita ningún requisito especial en cuanto a condiciones del suelo o condiciones cismáticas se refiere. Al contrario, lo que se busca es el tipo de cultivo que mejor se acomode a las características del suelo y a las condiciones del lugar, intentando obtener la mayor rentabilidad económica y energética. Así, interesa conseguir un alto rendimiento en la transformación energética y una alta producción anual.

Entre los cultivos energéticos destinados a la producción de biomasa distinguimos los cultivos productores de biomasa lignocelulósica, apropiados para producir calor mediante combustión directa en calderas. Son muy apropiados los cultivos de especies herbáceas, entre los que destaca el cardo. De estos cultivos, el cardo es el mejor adaptado a la climatología continental española. Tiene una alta productividad y sólo requiere la maquinaria agrícola de uso común. Evita la degradación de los suelos y reduce la contaminación por sus menores necesidades de fertilizantes, plaguicidas y herbicidas.

Posibilidades de los cultivos energéticos

Las previsiones del Plan de Fomento elevan a 3.350 ktep la contribución, en energía primaria renovable, de los cultivos energéticos, situando entre 800.000 y 1 millón de ha, la superficie necesaria para el cultivo de especies con fines energéticos, al margen de la superficie agrícola para usos tradicionales. Dado que actualmente en España se han dejado de cultivar cerca de dos millones de hectáreas de secano, como consecuencia de la aplicación de la PAC (Política Agraria Común), existe superficie suficiente para la producción de biomasa mediante este tipo de cultivos, que pueden representar una buena oportunidad para relanzar la actividad en el sector agrario.

Entre las especies herbáceas lignocelulósicas, el cardo (Cynara cardunculus L.) parece ser la más prometedora para la producción de biomasa, por ser una especie de la región mediterránea bien adaptada a la climatología de la Península Ibérica. En los últimos años la caña de Provenza (Arundo donax), ya utilizada por la industria papelera, y la Brassica carinata, han mostrado resultados prometedores para la producción de biomasa.

El cardo, cultivo energético.

Estas plantas que crecen en los caminos y en las tierras y todo el mundo procura evitarlas para no picarse y que los agricultores odian porque perjudican las cosechas se puede convertir en una alternativa a los cultivos de cereales en nuestra comarca, si da resultado su cultivo para ser utilizada como energía. 

Entre los cultivos energéticos los que mayor potencial encierran a corto plazo son los de biomasa lignocelulósica, como el cardo, perfectamente adaptado a las tierras de secano. Estos son los proyectos más avanzados para producir energía a partir de una planta tantas veces menospreciada, que podría empezar a cultivarse muy pronto en los campos españoles.
En España viven de forma natural numerosas especies de cardo que crecen sobre todo en terrenos baldíos y arcenes de caminos. Son plantas poco exigentes, muy bien adaptadas a las condiciones ambientales impuestas por el clima mediterráneo, caracterizado por verano secos y calurosos. Pero entre todas ellas, Cynara cardunculus
es la que presenta mejores condiciones para su aprovechamiento como recurso de biomasa. Es una especie herbácea vivaz (perenne), con un ciclo anual de producción de biomasa aérea, que puede llegar a los 3 metros de altura. En años con pluviometría adecuada (unos 500 mm) su cultivo podría llegar a dar producciones totales de biomasa, en condiciones de secano, de 15 a 20 toneladas de materia seca por hectárea y año.
Los cardos crecen durante 10 meses al año; durante el invierno son capaces de realizar la fotosíntesis con bajas temperaturas y sus raíces son tan profundas que le permiten encontrar agua e incluso abonos lixiviados de cultivos anteriores. Incluso cuando más aprieta el verano y se seca la parte aérea, las raíces se mantienen frescas con abundantes sustancias de reserva, que garantizan el crecimiento de la planta en la siguiente primavera.
La producción de biomasa de una tierra cultivada de cardos depende en gran medida de la disponibilidad de agua en primavera, la época de crecimiento activo, y de una fertilización adecuada. En experiencias realizadas sobre producción de biomasa en condiciones de secano en diversos países del área mediterránea (en el marco de un proyecto de investigación coordinado por la Universidad Politécnica de Madrid y
financiado por la Unión Europea) se pudo comprobar que existe una fuerte correlación entre la pluviometría del año agrícola (de septiembre a agosto del año siguiente) y la producción de biomasa de cardo. Especialmente incidente es la lluvia de primavera. Como valor medio de productividad, para lluvias del orden de los 450 mm en la
Meseta central, se puede pensar en un rendimiento de biomasa cosechable de unas 17 toneladas por hectárea, con una humedad media del 15%, lo que representa en materia seca 14.5 toneladas.

El contenido calórico de la biomasa, con 0% de humedad, es de 4 termias por kilogramo (1 th = 1000 kcal). Si se compara con el contenido calórico del petróleo (10 termias por kg) o el carbón de antracita (7 termias por kg), se puede establecer que una tonelada de biomasa seca de cardo tiene el mismo contenido calórico que 400 kg de petróleo o
571 kg de antracita.

Según Jesús Fernández, catedrático de producción vegetal en la Universidad Politécnica de Madrid, la utilización del cardo cosechado y secado para la producción de energía, en sustitución de los combustibles fósiles, "presenta indudables ventajas de índole económico, estratégico, social y medioambiental. A parte de las ventajas de utilizar un combustible autóctono, al emplear las tierras retiradas de la producción de alimentos se promueve la generación de empleo y se mantiene la actividad en el medio rural, lo que contribuye a frenar su despoblación. Por otro lado, hay que destacar que la sustitución
de barbecho por cultivos permanentes protege el suelo contra la erosión y lo enriquece en materia orgánica". Las ventajas ambientales vienen determinadas por las "emisiones neutras de CO2, ya que el carbono liberado a la atmósfera en la combustión ha tenido que ser previamente fijado en la fotosíntesis. Hay que añadir el bajísimo contenido en azufre de la biomasa, lo que evita la generación de lluvias ácidas".

Potencial del cultivo en España.

La Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos de Madrid elaboró un estudio para el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) en el que se estima el potencial de distintos cultivos, el cardo entre ellos, en las distintas comunidades autónomas. El estudio se basa en las llamadas "Unidades de Producción de Biomasa" (UPB), es decir, superficies geográficas de un radio máximo de 30 km, donde se pueda destinar a la producción de cardos un 10% de la superficie agrícola dedicada a cultivos de secano, y donde esa producción tenga un contenido energético mínimo de 20.000 toneladas equivalentes de petróleo (tep). Este sería el combustible
que necesita una central de 8 MW durante un año. La misma energía que acumulan 74.627 toneladas de cardo. Además del cardo, en cada UPB se aprovecharían para la producción de electricidad los residuos agrícolas generados en el 50% de la superficie agrícola.
A partir de aquí habría que tener en cuenta que el rendimiento medio calculado en España sería de 16,93 toneladas de biomasa de cardo por hectárea, con máximos en Navarra, donde se llegaría a las 22,02 toneladas, y mínimos en Castilla-La Mancha, con 14,78. Atendiendo al concepto de UPB, la superficie que podría dedicarse a la producción de cultivos energéticos sería de 942.353 hectáreas y la biomasa de cardo producida alcanzaría algo más de 4 millones de tep. A lo que habría que unir 4,8 millones de tep procedentes de residuos agrícolas potencialmente utilizables. Por tanto, las tierras de secano en España podrían generar, entre cultivo de cardos y residuos
agrícolas, cerca de 9 millones de tep.

Dos proyectos en Burgos y Huesca.

Los proyectos más avanzados para convertir cardos en energía se localizan en los términos municipales de Quintanadueñas (Burgos) y en Alcalá de Gurrea (Huesca). En el año 2000 se constituye en Burgos la sociedad CECSA, formada por SINAE, Energía y Medio Ambiente y por SUFI, dos empresas con una dilatada experiencia en el campo de las energías renovables. Posteriormente se incorporaron nuevos socios: el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), el Ente Regional de la Energía (EREN), la Caja Municipal de Burgos, la Caja de Ahorros del Círculo Católico y la
Caja Rural de Burgos. SINAE, SUFI y el IDAE son también los principales valedores del proyecto oscense, llamado Biomasas del Pirineo (BIOMAP).

El funcionamiento de la planta está ligado a la cosecha agrícola anual, tras la cual la paja de cardo y cereal se deja en el propio campo para que se seque antes del embalado. Después del embalaje, las balas se almacenan en el campo bajo lonas o plásticos protectores, o en espacios abiertos especialmente habilitados, a fin de evitar que
aumente la humedad, lo que haría descender el valor calorífico neto en periodos de lluvia. La paja se suministra a la planta directamente desde el campo, y queda almacenada en pajeras. En Huesca se han cultivado ya unas 120 hectáreas de cardo durante dos campañas; en Burgos una tercera parte.

MANEJO DE LOS CULTIVOS: CARDO Y BRASSICA CARINATA

Cardo (Cynara cardunculus L.)

La planta se caracteriza por tener un sistema radicular pivotante profundo, compuesto por varias raíces principales originadas a partir de la raíz inicial, que puede alcanzar varios metros.De estas raíces salen otras secundarias que se desarrollan horizontalmente a distintas profundidades y en los años siguientes, de la periferia de la base de la raíz salen las yemas de recambio que dan lugar a nuevas plantas, por lo que el Cardo no se siembra anualmente.

El tallo puede llegar a alcanzar alturas de 2,5 metros, midiendo normalmente el primer año 1 m y entre 1,5 y 2,5 los años siguientes. Durante el primer año la producción obtenida es baja, mejorando considerablemente a partir del segundo año, entorno a 15 ó 20 t anuales aunque depende de las condiciones climatológicas.

En cuanto al ciclo de desarrollo, la semilla, diseminada en verano, germina en otoño y hasta el final de la primavera, momento en el que sale el tallo del centro del planta. Éste sale con varios capítulos secándose al final del verano, pero las raíces y las yemas remanentes de la base del tallo permanecen vivas.

Por este motivo, a principios del otoño, varias yemas de la base del tallo brotan formando cada una de ellas una roseta de hojas, que se desarrolla más rápidamente que durante el ciclo inicial, cubriendo en poco tiempo la superficie cercana a la planta y de nuevo se inicia todo el proceso de desarrollo de la planta por un número indeterminado de años, que normalmente oscila entre 6 y 8.

El Cardo, en estado de plántula, es muy sensible a las heladas, incrementándose notablemente la resistencia a medida que va teniendo más hojas, así con 4 hojas puede aguantar temperaturas inferiores a -5º C. En cuanto a las necesidades hídricas, para un buen desarrollo de la planta, ésta necesita 450 mm, siendo más efectiva la lluvia de primavera. Además, esta especie tolera mal el encharcamiento, requiere suelos ligeros y profundos, de naturaleza caliza y que retengan el agua en el subsuelo.

Su gran tamaño la hace ideal para utilizarla como combustible; se ha modificado genéticamente y puede alcanzar un tamaño como el de la caña de azúcar. 

Condiciones de cultivo:  

• Especie mediterránea, adaptada a veranos secos. 

• Necesita que llueva más de 400 mm al año. 

• No permite heladas tras el primer mes de la siembra.

• Soporta mal el encharcamiento. 

• Prefiere terreno calizos y sueltos. 

• La planta tarda dos años en alcanzar una altura de tres metros y siete de raíces. 

• Durante siete años no es necesario volver a sembrar. 

• Requiere maquinaria agrícola de uso común. 

• Además de producir energía, las cenizas servirán de abono.

Labores a realizar durante el primer año

Abonado de fondo:

Se puede realizar antes de incorporar el rastrojo del cultivo anterior a la tierra, de esta manera, al realizar el pase de vertedera, el abono se incorporará a una zona más profunda del suelo, hecho que beneficia a este cultivo, por tener las raíces muy profundas. El primer año puede no darse este abonado en el caso de que existan en el suelo restos de los abonados de los cultivos anteriores, perdidos por lixiviación.

Siembra:

En el caso de que la siembra se realice en otoño, debe hacerse tan pronto como sea posible para que la roseta de hojas se forme antes de la llegada del frío de invierno. Es mejor sembrar en seco en septiembre u octubre en previsión de que las lluvias otoñales se retrasen. La siembra de primavera se aconseja en las zonas en que las primeras heladas de otoño se producen muy pronto. De esta manera, la planta se aprovecha del agua de primavera para nacer, alcanzando el verano en estado de roseta y continuar el crecimiento en otoño, finalizando el ciclo en el verano siguiente. Tras la siembra, es conveniente un pase de rulo para apretar la tierra contra la semilla y enterrar las piedras que pudieran molestar para la recolección.

La densidad final recomendable puede establecerse en 15.000 plantas/ha pudiendo llegar hasta 25.000 en terrenos adecuados. La separación entre líneas debe ser entre 75 y 80 cm, la separación entre semillas entre 5 y 10 cm y la profundidad de la siembra debe estar entre 2 y 4 cm.

Control de malas hierbas:

Antes de la emergencia del cultivo hay que hacer un tratamiento herbicida. La realización de esta labor es muy importante durante el primer año, puesto que al principio existe bastante terreno no ocupado por el cultivo. A medida que se desarrollan las hojas de la roseta, el cultivo va cerrando el terreno y las malas hierbas se van quedando sin espacio.

Durante el primer año, también hay que dar dos pases de cultivador cruzados, de unos 50 ó 60 cm de anchura, con la finalidad de eliminar las malas hierbas de las calles y las plantas de cardo sobrantes.

Control de plagas y enfermedades:

En general, las plagas que afectan a este cultivo son las mismas que las de las alcachofas. Además, al ser un cultivo perenne, pueden llegar a abundar caracoles y babosas, especialmente en los sitios húmedos.

El topillo, especie de roedor, tiene especial avidez por las raíces del cardo dado su alto contenido en azúcar, llegando a constituir un serio peligro. Al ser un cultivo de secano, las enfermedades causadas por hongos no son importantes. Entre las más comunes se encuentra el Mildiu, el Oidio y viruela de las hojas.

Cosecha:

Durante el primer año, el desarrollo de las plantas es relativamente pequeño. Si la siembra del cardo se ha realizado en otoño, el tallo aún será corto (no más de un metro) y poco ramificado. En este caso se puede recoger la semilla producida, con una cosechadora de cereal o de girasol, obteniendo un rendimiento que suele resultar inferior a los 500 kilos/ha.

En caso de haberse realizado siembra de primavera, durante el primer año, lo normal es que la planta no haya desarrollado el tallo, permaneciendo durante el verano las hojas verdes. Siendo así, se puede recoger la biomasa para utilizarla en la producción de energía, esperando a que la cosecha se seque en el campo para su posterior siega y empacado, también se puede cosechar en verde y dejar que se seque al sol.

En cualquier caso, la biomasa debe cosecharse lo más abajo posible y empacarla directamente sin triturar mediante una rotoempacadora. Si se emplea una segadora de tambores, la biomasa queda hilerada en el suelo, con los tallos alineados en la fila, a la espera de tener la humedad mínima del 15% para empacarla.

Mantenimiento del cultivo en años sucesivos

Abonado de restitución:

Después de cada cosecha hay que dar un abonado de restitución. La dosis a utilizar se calcula en función de la cosecha obtenida. El cardo destinado a la producción de biomasa, consume muchos nutrientes y se calcula que en la fase de producción, una cosecha de 20 t/ha de la parte aérea extrae del suelo una media de 277 kg/ha de N, 56 kg/ha de P y 352 kg/ha de K.

Experiencias realizadas

Castilla y León

La empresa CECSA (Cultivos Energéticos de Castilla, SA), cuyos accionistas principales son Sufi SA, Sinae, Energía y Medio Ambiente, IDEA, Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, Caja de Burgos, Caja del Círculo y Caja Rural, y en la que también participa el Ente Regional de la Energía de Castilla y León, tras varios años de ensayos, promueve una planta de generación eléctrica con biomasa en Burgos. Con una inversión de 19,2 millones de euros, la planta producirá anualmente 96 GWh, para lo que necesita 86.000 toneladas al año de biomasa procedente de cardo, complementado con paja de cereal. Para satisfacer el consumo de biomasa, la superficie de cultivo necesaria es de 5.000 ha, cultivada mediante contrato con los agricultores según el cual la empresa se compromete a comprar toda la producción obtenida, calculando los rendimientos medios por hectárea en 17 t. Actualmente, las hectáreas contratadas alcanzan las 215, con un total de 12 agricultores, en la última campaña se han recogido 3.700 toneladas y el precio al que CECSA ha comprado el Cardo ha sido de 27,04 euros/t, tal como figura en el contrato.

CECSA ha establecido el precio de la tonelada de Cardo al 15% de humedad en 27,04 euros y, teniendo en cuenta el coste de las labores, el beneficio bruto para el agricultor estimado por esta empresa es de 7,81 euros por tonelada. Además, a esta cantidad se puede sumar la ayuda PAC si el cultivo se realiza en tierras de retirada, ya que el empleo de éstas para cultivos no alimentarios está permitido, y se ahorra el coste de las labores anuales necesarias para mantener el barbecho sin malas hierbas. Eso sí, todo ello dentro de un radio de 25 km con respecto a la fábrica, ya que si la distancia es mayor el coste del transporte puede no hacer rentable el cultivo. Además, los constatados beneficios ambientales que el cultivo provoca, hace que sea susceptible de recibir ayudas agroambientales en un futuro próximo. Huesca es la provincia elegida para la instalación de otra planta de iguales características a medio plazo.

Por su parte, la Cooperativa Agropecuaria Acor ha iniciado la siembra de este cultivo, con la colaboración de 25 agricultores repartidos por toda la superficie de Castilla y León al objeto de estudiar la viabilidad del cardo en la región.

Extremadura

La Mancomunidad Tajo-Albalat, compuesta por nueve municipios (Casatejada, Casas de Miravete, Higuera de Albalat, Mesas de Ibor, Millanes de la Mata, Toril, Belvís de Monroy, Serrejón y Romangordo), junto con las localidades de Almaraz, Saucedilla y Valdecañas han suscrito un acuerdo con la empresa Geopónica y Agro-Jaranda para la introducción del cultivo del cardo en esta zona.

El proyecto, que inicialmente cuenta con 18 meses para su desarrollo, analizará la implantación de este cultivo en 300 ha para su aprovechamiento como biomasa y realizará un estudio de los terrenos con la toma de muestras cada 5 ha.
La implantación del cultivo tendrá un coste 0 para los agricultores. Los gastos que se generen serán asumidos por la empresa Geopónica, quien también recogerá la producción.

Los terrenos más aptos se destinarán al cardo como cultivo principal y en el resto de hectáreas se sembrará caña y leñosas de rápido crecimiento (sauce y chopo).
También se está trabajando en el aprovechamiento de los recursos forestales como complemento para la producción de energía. Estos son, principalmente, los montes de eucalipto que la Junta de Extremadura pretende eliminar. Según el presidente de la Mancomunidad Tajo-Albalat, se quiere crear una empresa propia para estas labores que incluiría de ser posible la reforestación, por lo que, de forma paralela a este acuerdo, se está haciendo un estudio en laboratorio para sembrar plantones micorrizados. Estos montes se encuentran dentro de términos municipales del área de influencia del Parque Natural de Monfragüe, en los que la Consejería de Agricultura y Medio Ambiente de la Junta de Extremadura pretende llevar a cabo la reforestación con especies autóctonas, encina y alcornoque, principalmente.

En cuanto a la Central eléctrica para quemar la biomasa y obtener energía, se ha calculado que es necesario un mínimo de 1.200 ha y una inversión de 7,2 millones de euros. Su construcción si sólo depende del Cardo, puede aplazarse hasta el año 2004, cuando se haya hecho efectiva la implantación de toda la superficie necesaria. Sin embargo, si se cuenta con los recursos forestales, esta fecha se podría adelantar. El tamaño de la central va a depender de los recursos forestales con los que se cuente y de la superficie sembrada de cardo.

La gran novedad que presenta este proyecto es que la explotación se hará mediante la creación de una sociedad mercantil participada por la mancomunidad, por lo que los beneficios del cultivo y el valor añadido que genere se quedarán en la zona.

Brassica carinata.

Brassica carinata es una especie alotetraploide derivada del cruce entre B. oleracea y B. nigra. Se incluye dentro del grupo de las mostazas y se conoce como mostaza abisínica o de Etiopía. Se cultiva en la meseta de Etiopía y al norte de Kenia.

En 1982, Koipesol inicia un programa de B. Carinata con la intención de evaluar la adaptación de varias especies oleaginosas de Brassica, en colaboración con el INIA de Córdoba, quien a su vez colaboraba en otro proyecto con la Universidad de Davis.

Los primeros resultados mostraron que la B. Carinata tenía un potencial productivo mayor que las variedades de B. napus y B. juncea, tanto en zonas áridas como semiáridas de diferentes países. Además, la B. Carinata es muy resistente a enfermedades como el Phoma, Alternaria, Mildiu y Alburgo.

Tras estos resultados, se inicia un programa de mejora genética, obteniendo una colección de líneas homocigóticas, que hacen que esta especie pueda ser utilizada para diferentes usos: líneas de producción de biomasa, líneas con contenido graso similar a Brassica napus, líneas con alto contenido en ácido erúcico y otras sin él, con distinto color de flor, diferente color de semilla, etc.

En 1995 Koipesol organiza un grupo de investigación multidisciplinar para analizar el potencial de la B carinata desde varios puntos de vista y ya, desde 1996 se realiza una evaluación agronómica de distintos genotipos en 11 zonas diferentes de cultivo en España, Italia y Grecia, incluyendo una evaluación del potencial biológico tanto para la obtención de grano para aceite y su empleo posterior como biodiesel, como para la obtención de biomasa para su empleo directo en la producción de energía. En este grupo han participado, además de Koipesol, industrias de derivados industriales de aceite (Croda en el Reino Unido y Novaol en Italia) y centros oficiales de investigación como Ciemat de Madrid, Ceder de Soria, IAS-CSIC de Córdoba, Universidad Politécnica de Madrid, ITGA de Navarra, Enea de Italia y Cres de Grecia.

En España se seleccionaron 5 zonas de cultivo, dos en el sur y tres en el centro-norte. Una zona húmeda del norte de España (centro de Navarra), una zona semiárida también del norte (sur de Navarra y Soria) y una zona semiárida del sur (Valle del Guadalquivir y sur de Cádiz).

Aspectos agronómicos relevantes

Preparación del terreno:

La preparación del terreno para la siembra requiere dos labores: la primera, una labor profunda para permitir una penetración más fácil de las raíces y el agua, es decir, un pase de chisel a 30 cm. Después se deben realizar unas labores de refinado, con uno o dos pases de grada o cultivador (de esta manera la superficie permitirá una buena y rápida nascencia).

Siembra:

Cuanto más fría sea la zona de cultivo, más temprana debe ser la siembra al objeto de que la planta esté lo más desarrollada posible cuando lleguen las heladas. Así, el momento de la siembra está condicionado por dos factores: que llegue a la parada invernal con la planta desarrollada (8 hojas verdaderas y raíces de 15 a 20 cm) y que la preparación del terreno se haya podido hacer con el tiempo y la humedad necesarios.
La época recomendada para realizar la siembra va desde mediados de septiembre hasta mitad de octubre, pudiendo retrasarse hasta finales de octubre en zonas muy cálidas como Andalucía.

Para realizar la siembra, la sembradora específica o más recomendable, para este cultivo es la sembradora de colza, aunque también puede realizarse con una de cereal.La profundidad de la semilla debe ser superficial, que no exceda de 2 cm, la dosis de siembra recomendada es de 150 semillas/ m2 (unos 6 kg de semilla/ha) y la separación entre líneas debe estar entre 15 y 30 cm.

Fertilización:

La necesidad de abonado de este cultivo es similar a la cebada, por ser un cultivo de invierno, con la salvedad de que B. carinata necesita más azufre. Las necesidades de nutrientes que requiere, por cada 100 kg de grano es de 7 kg de nitrógeno, 2,5 kg de fósforo y 10 kg de potasio, a lo que hay que añadir 6 kg de azufre.

Control de malas hierbas:

En principio, para combatirlas sirve cualquier herbicida disponible para colza. En presiembra puede emplearse trifluralina a una dosis entre 1,75 y 2,5 l/ha y en postemergencia pueden emplearse graminicidas si es necesario.

Control de plagas:

En primavera puede producirse algún ataque de pulgones o insectos que se coman las yemas florales. En ambos casos, se controla con aplicaciones locales de dimetoato. Teniendo en cuenta que los ataques de pulgones suelen originarse en los bordes de la parcela, se puede tratar alrededor de ella para evitar que se generalice el ataque.

Recolección:

El momento idóneo para realizar la recolección es cuando el cultivo está totalmente seco. Ésta puede realizarse con una cosechadora de cereal, regulando la máquina para que no tire grano por detrás ni deje en campo vainas sin desgranar. Para ello la separación cóncavo-cilindro debe ser de 1-1,5 mm, las cribas de limpieza deben ser de 2 mm y aire al mínimo o cerrado.

Experiencias realizadas

Navarra

Los resultados obtenidos dentro del trabajo multidisciplinar llevado a cabo por Koipesol y distintos centros de investigación sentaron las bases de un programa de desarrollo del cultivo que posibilitó, en el año 2001, la instalación de un centenar de hectáreas de cultivo con la participación de EHN como empresa contratante, el ITGA como servicio técnico y asesoramiento y algunas cooperativas cerealistas de Navarra como productores.
Energía Hidroeléctrica de Navarra (EHN) es una empresa dedicada a la promoción de energías renovables, en la actualidad líder mundial en producción eólica. Dentro de su actividad, figura la construcción en Sangüesa (Navarra) de una planta de biomasa de 25 MW , que producirá 200 GWh anuales de electricidad utilizando como materia prima 160.000 t de residuos vegetales, fundamentalmente paja de cereales.

Es en plantas de este tipo donde EHN considera que se pueden utilizar los cultivos energéticos, ayudando de esta manera a diversificar el suministro, eliminando parte de las incertidumbres que tiene la paja de cereal, como la variabilidad del mercado o la climatología. Con este motivo la empresa está llevando a cabo un proyecto de implantación de Brassica Carinata en el área de influencia de la planta de biomasa.

Este proyecto, desarrollado de forma conjunta por EHN y el ITGA de Navarra, se inició en el año 2000 con la siembra de 120 ha. En otoño de 2001 las siembras se ampliaron a 200 ha, de las que se esperó obtener un rendimiento en torno a 10 t/ha. En el proyecto se han involucrado cerca de 40 agricultores de dos zonas de Navarra, una húmeda y otra media. En esta fase del proyecto EHN ha firmado un contrato con los agricultores en los que les garantiza un precio fijo por hectárea. El objetivo perseguido es conocer todo lo relativo a esta planta: tanto su cultivo, mecanización y manejo posterior, como la realización de un análisis de sus costes y capacidad de producción en cada zona.

Hasta ahora, los ensayos realizados con la Brassica Carinata han puesto de manifiesto su buena adaptación a secanos frescos, con lluvias entre 500 y 800 mm al año. La producción media obtenida osciló entre 7 y 10 t/ha, aunque el equipo técnico considera que esta cifra puede aumentar hasta 14 t/ha.

En cuanto a los costes, producir una hectárea de carinata está costando entre 300 y 360 euros (50.000 y 60.000 ptas), aunque también se piensa que se pueden reducir hasta los 240 euros (40.000 ptas). Sin embargo, el precio estimado por kilo de carinata es de 0,02 euros (2,5 ptas), pagando la empresa los costes de recolección y transporte, por lo que sin ayudas medioambientales y ayudas a los cultivos energéticos la rentabilidad de este cultivo en esta zona es cuestionable.

USO DE RESIDUOS AGRÍCOLAS COMO MATERIA PRIMA PARA LA OBTENCIÓN DE ELECTRICIDAD. Planta de Generación Eléctrica alimentada a partir de paja de cereal, Sangüesa (Navarra).

La planta de biomasa por combustión de paja es la primera de este tipo (de biomasa por combustión de paja) instalada en el sur de Europa. El proyecto arranca en 1999 y la tecnología ofrece innovaciones interesantes en el proceso de combustión, en el manejo de la paja y la alimentación, en los sistemas de depuración de humos, etc. desarrolladas en Dinamarca. Está planteada para ser alimentada con paja, proporcionada por los agricultores de una zona de 75 Km de radio.

Tiene una potencia de 25 MW (la mayor de España por potencia instalada) y producirá 200 millones de kilovatios hora. El proceso productivo permitirá transformar 160.000 toneladas de paja al año en 200 GWh de generación eléctrica, equivalentes a casi el 6 por ciento del consumo de la región.

La inversión ha alcanzado los 51 millones de euros y se ha contado con la participación del Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) y con ayudas del programa Thermie de la Unión Europea y del Plan de Ahorro y Eficiencia Energética.

Las obras de construcción se iniciaron en el verano del año 2000. La planta ocupa un solar de 100.000 metros cuadrados en el polígono industrial de Rocaforte (Sangüesa). Consta de tres edificios que albergan el almacén, la caldera, y la turbina-zona de oficinas, todos ellos integrados en un diseño unitario muy singular en su aspecto arquitectónico. La cubierta es de acero, con grandes huecos de iluminación cerrados con policarbonato, que permiten intuir desde el exterior el proceso productivo, y se ha instalado una galería de visitas que permitirá seguir ese proceso sin interferir en él.

Esquema de funcionamiento:

La paja es transportada hasta la planta en pacas que se depositan en un almacén de 5000 m2. Un equipo de tres grúas automatizadas manejan las pacas que serán llevadas hasta la caldera a través de cintas transportadoras.

Un sistema de corte desmenuza la paja antes de caer a un extremo de la parrilla situada en la caldera donde será quemada.

La combustión calentará el agua que circula por las paredes de la caldera hasta su conversión en vapor.

A partir de este momento se producirá un triple proceso concatenado:

El vapor, tras pasar por un sobrecalentador, moverá una turbina que conectada a un generador propiciará la producción de electricidad.

El vapor de agua que ha pasado por la turbina será llevado, ya a menor presión y temperatura, hasta un condensador refrigerado por el agua tomada de un canal que recorre el polígono industrial. Como consecuencia de este descenso térmico, el vapor se convertirá de nuevo en agua, que será de nuevo trasladada en circuito cerrado hasta las paredes de la caldera, iniciándose de nuevo el proceso.

La combustión de la paja producirá inquemados que se depositarán en el fondo de la caldera, y cenizas que se sedimentarán en el depósito del filtro de humos en el que se depurarán los gases, que, finalmente, se emitirán por la chimenea de la planta.

Además de la novedad del combustible, existen otros aspectos singulares que deben de ser resaltados:

• El tratamiento arquitectónico externo del conjunto, que ha supuesto realizar el cerramiento (metálico y con policarbonato) de todos los edificios, incluyendo la totalidad de los equipos de la caldera y el almacén de paja, lo que en conjunto supera un volumen cerrado de 150 000 m3.

• La temperatura de vapor obtenida en los sobrecalentadores es de 540 ºC, que resulta alta dado el tipo de combustible empleado y los fenómenos de corrosión derivados del mismo.

• La refrigeración del condensador axial de la turbina se realiza partiendo del canal de riego del río Irati, con un caudal de 4000 m3/hora

• Se espera que evite la emisión de unas 200.000 t/año de CO2 a la atmósfera.

Algunas especificaciones:

• Combustible principal paja de trigo.

• Contenido máximo de agua en la paja 25 %.

• Combustible alternativo paja de maíz.

• Consumo de combustible 19 t/h.

• Producción de vapor 103,5 t/h.

• Presión de vapor 92 bar.

• Temperatura de vapor 542 o C.

• T del agua de alimentación 230 o C.

• Eficiencia de la caldera 92 %.

• Potencia neta 25 MW.

• Eficiencia de la planta 32 %.

• Producción esperada 200.000 MWh.

BIBLIOGRAFÍA

• Ruiz Casquero, L.A.; “Aprovechamiento del barbecho obligatorio para obtener energía. Cultivo de Colza, Girasol, Cardos, con fines energéticos.” Agricultura, Nº 65, pp: 607-609, 1996.

• Márquez, L.; “Los cultivos energéticos. Mecanización de las plantas de Cynara”. Agricultura, Nº 66, pp: 131-134, 1997.

• Lezaún, J.A.; Goñi, J.; Armesto, A.P.; Lafarga, A.; “Cynara: un nuevo cultivo para la producción de energía”. Navarra agraria, Nº11, pp: 24-27, 1999.

• González Bustamante, J. A.; Aguirre Azcuna, J.M.; “Paja de cereal: un combustible renovable para generación eléctrica.” Energía, Nº 26 pp: 71-77, 2000.

• Suárez, J.; Castro, R.; Ramos, A.; “Energías renovables en el desarrollo rural.” Agricultura, Nº 69, pp: 516-518, 2000.

• Romero Zalamea, C.; “Producción de biomasa”. Agricultura, Nº 70, pp: 364-366, 2001.

• Suplemento especial: “Energía de la biomasa”. Energía, 2001.

http://www.geoscopio.org/medioambiente/temas/tema10/10cultenerg.php

http://www.unirioja.es/dptos/daa/web2/Temp/text/c_culti.htm

http://www.ambientum.com/enciclopedia/energia/4.36.06.11_1r.html

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http://www.eumedia.es/articulos/vr/otros/145carinata.html

http://calidad.geoscopio.com/medioambiente/temas/tema10/10casonavarra.php

ADICIONAL DE INTERNET

• El desarrollo del proyecto arranca de 1999, con un contrato entre Energía Hidroeléctrica de Navarra (EHN) como promotor y FLS miljØ como proveedor de la tecnología necesaria, encargado de operar y mantener la planta durante diez años. La planta no está aún en funcionamiento.

• Está planteada para ser alimentada con paja, proporcionada por los agricultores de una zona de 75 km de radio.

• Se espera que evite la emisión de unas 200.000 t/año de CO2 a la atmósfera.

• La combustión de la paja produce vapor que acciona un generador de energía eléctrica.

• La tecnología ofrece innovaciones interesantes en el proceso de combustión, en el manejo de la paja y la alimentación, en los sistemas de depuración de humos, etc. desarrolladas en Dinamarca.

Algunas especificaciones:

- Combustible principal paja de trigo
- Contenido máximo de agua en la paja 25 %
- Combustible alternativo paja de maíz
- Consumo de combustible 19 t/h
- Producción de vapor 103,5 t/h
- Presión de vapor 92 bar
- Temperatura de vapor 542 o C
- T del agua de alimentación 230 o C
- Eficiencia de la caldera 92 %
- Potencia neta 25 MW
- Eficiencia de la planta 32 %
- Producción esperada 200.000 MWh

http://www.infopower.es/infopower54/54ehnspag19.htm