- Para estabilizar las concentraciones de CO2 en la atmósfera a niveles que no tenemos desde los años 1930 en el siglo pasado, necesitaríamos que el alrededor del 40% de la energía eléctrica producida en el mundo se obtuviera a partir de biomasa.
- Por cada tres kilogramos de residuos de materia seca vegetal (biomasa) no utilizada, se desaprovecha el equivalente a un litro de gasolina aproximadamente.
¿Qué es
Biomasa?
Biomasa es materia orgánica de origen reciente, proveniente de animales y vegetales como resultado del proceso de conversión fotosintético. La energía de la biomasa se encuentra en vegetales, animales, residuos agrícolas y forestales, bacterias, hongos, desperdicios orgánicos, industriales o municipales.
Biomasa, es la abreviatura de masa biológica. Es un término que hace referencia a la cantidad de materia producida por plantas, animales, hongos o bacterias, en un área determinada. Suele utilizarse para hacer referencia al combustible energético que se obtiene directa o indirectamente de recursos biológicos.
Otra característica de la biomasa frente a otros recursos energéticos, es su potencial para renovarse. El carbón, el gas, el petróleo y otros combustibles fósiles, no se consideran biomasa, aunque deriven de material vivo, porque no son renovables en el corto plazo. El tiempo necesario para la formación de estos combustibles fósiles (millones de años) hace que no puedan ser considerados como renovables.
¿Energía
en
El origen de la energía presente en la biomasa es el sol. Los cloroplastos (pequeñas "fabricas" de energía en las plantas) usan la energía solar (luminosa-fotones), el CO2 en el aire, y el agua en el suelo para fabricar carbohidratos (azúcar, celulosa, glucosa, etc.). La energía original proveniente del sol se almacena en los vegetales y, una de esta energía almacenada se transfiere a los animales en la cadena alimenticia. A su vez, los residuos de plantas, excrementos animales, etc., almacenan energía solar.
¿Valor Energético de
El valor energético de la biomasa vegetal proviene originalmente de la energía solar a través del proceso conocido como fotosíntesis. Se denomina bioenergía a la energía almacenada en vegetales y animales que se alimentan de plantas y otros animales. Esta misma energía se encuentra también en materiales que se desechan.
Durante procesos de conversión como la combustión, la biomasa libera su energía en forma de calor, donde el carbón se oxida nuevamente a dióxido de carbono (CO2) para restituir el carbón que fue absorbido durante el crecimiento de la planta.
Fundamentalmente, el uso de la biomasa para energía es el opuesto a la fotosíntesis.
CO2 + 2H2O 
([CH2O] + H2O)
+ O2
La biomasa capta energía solar y la almacena en vegetales como energía química. Carbohidratos, entre los que se encuentra la celulosa, constituyen los productos químicos primarios en el proceso de bio-conversión de la energía solar. Al formarse los carbohidratos, los átomos de carbono absorben calorías de la energía solar y, es justamente esta energía la que se rescata para su utilización como bioenergía.
En estado natural, la biomasa se descompone finalmente a sus moléculas elementales acompañada por liberación de calor (energía). En este sentido, la intervención humana en la conversión de biomasa en energía útil, imita en cierto modo los procesos naturales, pero en una tasa mucho más rápida. De tal manera, la energía obtenida de la biomasa es una forma de energía renovable. Al utilizar esta energía se recicla el carbono sin aporte adicional dióxido de carbono (CO2) como sucede con los combustibles fósiles (p. ej. petróleo).
A diferencia de otras fuentes renovables de energía, la biomasa almacena energía solar con eficiencia. Además, es la única fuente renovable de carbono, y puede ser procesada en combustibles sólidos, líquidos y gaseosos. La biomasa puede utilizarse, ya sea directamente (ej: combustión de madera para calefacción o cocinar) o indirectamente convirtiéndola en un combustible líquido o gaseoso (ej: etanol celulósico, biodiesel, biogás de estiércol y de desperdicios orgánicos).
La energía neta disponible en la biomasa por
combustión es de alrededor de 7MJ/Kg. para madera verde; 18MJ/Kg. para materia
vegetal seca (10-15% humedad); 55MJ/Kg. para metano; y
¿Tipos
de Biomasa?
Biomasa
espontánea. Se produce de forma espontánea en la
naturaleza, sin intervención humana.
Biomasa residual seca. Procede de residuos en las actividades agrícolas y forestales. También se produce en la industria agroalimentaria y transformación de la madera.
Biomasa residual húmeda. Procede de deshechos biodegradables formados por aguas residuales
urbanas e industriales y desperdicios agropecuarios.
Cultivos energéticos. Son aquellos cultivos realizados en terrenos agrícolas y forestales dedicados
a la producción de biomasa con fines no alimentarios.
¿Aplicaciones
de
Bio-combustibles
La producción de biocombustibles como el etanol y el biodiesel tiene potencial para sustituir cantidades significativas de combustibles fósiles en varias aplicaciones de transporte. El uso extensivo de biocombustibles en Brasil ha demostrado que son técnicamente factibles cuando su producción es sustentable desde el punto de vista ecológico y social, sin afectar la producción de alimentos ni dañar cultivos valiosos.
Energía Eléctrica
Electricidad puede ser generada a partir de biomasa como forma de energía renovable. La producción de electricidad a partir de fuentes renovables de biomasa no contribuye al calentamiento global, porque el dióxido de carbono (CO2) liberado por la biomasa cuando es quemada, es igual al dióxido de carbono (CO2) que fue absorbido por la biomasa durante su crecimiento.
Calor y Vapor
La combustión de biomasa o de biogás puede utilizarse para generar calor y vapor. El calor puede ser producto principal, en usos como calefacción y, subproducto en la producción de electricidad en centrales combinadas de calor y energía. El vapor generado por la biomasa puede utilizarse para accionar turbinas de vapor en la producción de energía eléctrica, o como calor en procesos industriales, y para mantener flujo de agua caliente.
Gases
Los biogases producidos en la digestión anaerobia de la biomasa o en la pirolisis, pueden utilizarse en motores modificados de combustión interna; turbinas para producción de electricidad; calor para necesidades comerciales y domésticas. Los combustibles de biomasa tienen niveles insignificantes de azufre.
Cenizas
La combustión de biomasa produce generalmente menos ceniza que la combustión del carbón. Esta ceniza puede utilizarse en suelos agrícolas donde se requiera fósforo y potasio.
¿Cómo
se transforma la biomasa en energía?
Hay varios métodos para transformar la biomasa en energía, los más utilizados son termoquímicos y biológicos:
Métodos
Termoquímicos.
Se basan en la utilización del calor como
fuente para transformación de la biomasa seca.
Hay tres tipos de procesos dependiendo en la
cantidad de oxígeno durante la transformación:
Combustión. Se somete a la biomasa a altas temperaturas con exceso de oxígeno. Es el método tradicional para la obtención de calor en entornos domésticos, para la producción de calor industrial o para la generación de energía eléctrica.
Pirólisis. Se somete a la biomasa altas temperaturas (alrededor de
Gasificación. Se somete a la biomasa a muy altas temperaturas en presencia de cantidades limitadas de oxígeno, las necesarias para conseguir así una combustión completa. Según se utilice aire u oxígeno puro, se obtienen dos productos distintos, en el primer caso se obtiene gasógeno o gas pobre, este gas puede utilizarse para obtener electricidad y vapor, en el segundo caso, se opera en un gasificador con oxígeno y vapor de agua y lo que se obtiene es gas de síntesis. La importancia del gas de síntesis radica en que puede ser transformado en combustible líquido.
Métodos
Biológicos
Se basan en la utilización de diversos tipos de microorganismos que degradan las moléculas a compuestos más simples de alta densidad energéticas. Son métodos adecuados para biomasa de alto contenido en humedad, los más conocidos son la fermentación alcohólica para producir etanol y la digestión anaerobia, para producir metano.
La digestión anaerobia de la biomasa por bacterias, se puede utilizar en explotaciones de ganadería intensiva, con la instalación de digestores o fermentadores, en donde la celulosa procedente de los excrementos animales se degrada en un gas que contiene cerca del 60% de metano.
¿Aplicaciones
Energéticas?
Energía térmica. Agua o aire caliente, vapor. Es la
aplicación más extendida de la biomasa natural y residual. Los sistemas de
combustión directa se pueden utilizar directamente para cocinar alimentos, para
calefacción o secado. Además, es posible aprovechar el vapor que se desprende
para producir electricidad o para procesos industriales.
Energía eléctrica. Se obtiene, sobre todo, a partir de la
transformación de biomasa procedente de cultivos energéticos, de la biomasa
forestal primaria y de los residuos de las industrias. En determinados
procesos, el biogás resultante de la fermentación de la biomasa también se
puede utilizar para la producción de electricidad. La tecnología a utilizar
para conseguir energía eléctrica depende del tipo y cantidad de biomasa.
De tal forma
tenemos:
Ciclo de vapor: está basado en la combustión de biomasa, a
partir de la cual se genera vapor que es posteriormente expandido en una
turbina.
Turbina de gas: utiliza gas de síntesis procedente de la
gasificación de un recurso sólido. Si los gases de escape de la turbina se
aprovechan en un ciclo de vapor se habla de un ciclo combinado.
Motor alternativo: utiliza gas de síntesis procedente de la
gasificación de un recurso sólido ó biogás procedente de una digestión
anaerobia.
Energía mecánica. Son los bio-combustibles, pueden sustituir
total o parcialmente a los combustibles fósiles, permitiendo alimentar motores
de gasolina con bio-alcoholes y motores diesel con bio-aceites. En muchos
países, este tipo de combustibles son ya una realidad, por ejemplo, en Brasil
ya son millones los vehículos propulsados con alcohol casi puro obtenido de la
caña de azúcar.
La forma de
transformar la biomasa en energía depende, fundamentalmente, del tipo de
biomasa que se esté tratando y del uso que se quiera dar a esta energía. Los
sistemas comerciales para utilizar biomasa residual seca se pueden clasificar
en función de que estén basados en la combustión del recurso (hay gran número de
calderas para biomasa en el mercado) o en su gasificación. Los sistemas
comerciales para aprovechar la biomasa residual húmeda están basados en la
pirolisis. Para ambos tipos de recursos, existen varias tecnologías que
posibilitan la obtención de bio-carburantes.
¿Desventajas
en el Uso de Biomasa?
En estado natural, la biomasa tiene baja densidad relativa de energía. Su transporte puede aumentar los costos y reducir la producción energética neta debido al mal manejo de la biomasa durante el transporte. La biomasa tiene densidad a granel baja. Es decir, grandes volúmenes son necesarios en comparación con los combustibles fósiles. Es necesario que el proceso de conversión de la biomasa a energía se realice cerca de donde se produce la biomasa.
Puede haber conflicto por el uso de tierra y agua para producción de biomasa y otras aplicaciones, tales como producción de alimentos y de fibras. Sin embargo, hay suficiente tierra disponible.
Competencia de las nuevas plantas de gas natural, altamente eficientes. Sin embargo, la economía de la producción energética de biomasa está mejorando, y la preocupación cada vez mayor por las emisiones de gas de invernadero está haciendo a la energía de biomasa más atractiva.
La producción y procesos pueden implicar consumo de energía significativo, tales como combustible para los vehículos y fertilizantes agrícolas, dando por resultado un balance energético reducido para el uso de la biomasa. En la producción de biomasa hay que reducir el consumo de combustibles fósiles, y maximizar la conversión y recuperación de energía.
Restricciones políticas e institucionales al uso de biomasa, políticas energéticas, impuestos y subsidios que fomentan el uso de combustibles fósiles. Los costos de la energía no reflejan a menudo las ventajas ambientales de la biomasa o de otros recursos energéticos renovables.
¿Cultivos Energéticos?
- Agrícolas -Miscanthus, Jatropha, Higuerilla, Yuca, Palma de Aceite, etc.
- Forestales- Residuos procedentes de aprovechamiento forestal y otras silvícola.
¿Biogás?
a) Residuos de la actividad ganadera.
b) Estiércoles.
c) Lodos procedentes de plantas de tratamiento de aguas residuales.
d) Biocombustibles líquidos y sólidos.
¿Cuánta
Energía Proporciona
1Litro de Gasolina: proporciona alrededor 10,000 kilocalorías.
Es decir, se necesitarían aproximadamente
Cuando desperdiciamos
¿Qué
es
La cogeneración consiste generalmente en la producción conjunta de energía térmica y eléctrica. Se basa en el aprovechamiento de calores residuales en los sistemas de producción de electricidad. Particularmente donde el consumo térmico y eléctrico son elevados.
¿Cómo
se Mide
Para evaluar la calidad energética de distintas fuentes de energía se establecen unidades basadas en el poder calorífico de cada una de ellas. Las más utilizadas son:
KCAL/KG (Kilo-Calorías por Kilogramo), aplicada a un combustible nos indica el
número de kilocalorías que obtendríamos en la combustión de
TEC (Tonelada Equivalente de Carbón) representa la energía liberada por la combustión de 1 tonelada de carbón (hulla).
TEP: (Tonelada Equivalente de Petróleo): 1 TEP = 1,428 TEC.
Si se trata de biomasa residual seca, las medidas hacen referencia a su poder calorífico, pero si se trata de biomasa residual húmeda o de bio-carburantes, lo que se mide es el poder calorífico del recurso una vez tratado.
¿Unidades y Equivalencias Energéticas en
El
Joule: (J) es la unidad del Sistema Internacional para
energía y trabajo. Se define como el trabajo realizado por la fuerza de 1
newton en un desplazamiento de
Es también es igual a 1 vatio por segundo, por lo que eléctricamente es el trabajo realizado por una diferencia de potencial de 1 voltio y con una intensidad de 1 amperio durante un segundo.
El Kilovatio-Hora: abreviado kWh, es una unidad de energía equivale a la energía desarrollada por una potencia de un kilovatio (kW) durante una hora, equivalente a 3,6 millones de Joules.
Tonelada Equivalente de Petróleo (TEP): es unidad de energía que equivale a la energía que hay en una tonelada petróleo y, como puede variar según la composición del petróleo, se ha tomado un valor convencional de: 41.840.000.000 Joules = 11.622 kWh.
Termia (TH): es unidad de energía, equivalente a 1 millón de calorías. Se usa en el suministro de gas natural para calcular facturas. Cuando el gas suministrado tiene un poder calorífico variable, el cobro se hace sobre termias en lugar de metros cúbicos.
British Thermal Unit (BTU): es la cantidad de calor requerido para aumentar la temperatura de una libra de agua en un grado Fahrenheit.
¿Medio Ambiente y Bio-Energía?
La utilización de la biomasa como fuente de energía debe estar basada en la sustentabilidad. Es decir, consumir únicamente lo que se produce. El petróleo no lo producimos, sino que ya está en el subsuelo y tomó millones de años para producirse.
¿
La utilización de biomasa para producción de bioenergía juega un doble papel positivo:
1) La combustión de biomasa produce la misma cantidad de CO2 que la misma biomasa consumió. Esto no altera el equilibrio ecológico, y se utiliza como sustitutivo de combustibles que liberan CO2.
2) Potenciar la bioenergía ayuda en la reforestación del planeta; aumenta la cantidad de CO2 absorbida.
Para estabilizar las concentraciones de CO2 en la atmósfera a niveles que no conocemos desde los años 1930 en el siglo pasado, necesitaríamos que el alrededor del 40% de la energía eléctrica producida en el mundo se obtuviera a partir de biomasa.
¿Cuánto Dióxido de Carbono (CO2) Absorbe
La absorción de CO2 atmosférico ocurre únicamente durante el desarrollo de los árboles, y se detiene cuando los árboles llegan a su madurez total. Los árboles absorben C02 junto con elementos en suelos y aire para convertirlos en madera que contiene carbono y forma parte de troncos y ramas.
La cantidad de C02 que el árbol captura durante un año, consiste sólo en el pequeño incremento anual que se presenta en la biomasa del árbol (madera) multiplicado por la biomasa del árbol que contiene carbono. Entre 42% y 50% de la biomasa de un árbol (materia seca) es carbono.