Introducción

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

Desde principios de la historia de la humanidad, la biomasa ha sido una fuente energética esencial para el hombre. Con la llegada de los combustibles fósiles, este recurso energético perdió importancia en el mundo industrial. En la actualidad los principales usos que tiene son domésticos.

En Europa, Francia es el país que mayor cantidad de biomasa consume (más de 9 millones de toneladas equivalentes de petróleo (tep)) seguido de Suecia. España ocupa el cuarto lugar dentro de esta lista  con 3,6 millones de tep.

Los factores que condicionan el consumo de biomasa en Europa son:

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Tipos de biomasa

Existen diferentes tipos de biomasa que pueden ser utilizados como recurso energético. Aunque se pueden hacer multitud de clasificaciones, en esta monografía se ha escogido la clasificación más aceptada, la cual divide la biomasa en cuatro tipos diferentes: biomasa natural, residual seca y húmeda y los cultivos energéticos.

  1. BIOMASA NATURAL
    Es la que se produce en la naturaleza sin ninguna intervención humana. El problema que presenta este tipo de biomasa es la necesaria gestión de la adquisición y transporte del recurso al lugar de utilización. Esto puede provocar que la explotación de esta biomasa sea inviable económicamente.

  1. BIOMASA RESIDUAL (SECA y HÚMEDA)
    Son los residuos que se generan en las actividades de agricultura (leñosos y herbáceos) y ganadería, en las forestales, en la industria maderera y agroalimentaria, entre otras y que todavía pueden ser utilizados y considerados subproductos. Como ejemplo podemos considerar el serrín, la cáscara de almendra, el orujillo, las podas de frutales, etc.

Se denomina biomasa residual húmeda a los vertidos llamados biodegradables, es decir, las aguas residuales urbanas e industriales y los residuos ganaderos (principalmente purines).

  1. CULTIVOS ENERGÉTICOS
    Estos cultivos se generan con la única finalidad de producir biomasa transformable en combustible. Estos cultivos los podemos dividir en :
    1.Cultivos ya existentes como los cereales, oleaginosas, remolacha, etc.;
    2.Lignocelulósicos forestales (chopo, sauces, etc.)
    3.Lignocelulósicos herbáceos como el cardo Cynara cardunculus
    4.
    Otros cultivos como la pataca

Dentro del Plan de Fomento de las Energías Renovables se contempla el aumento de 6.000 ktep de la utilización de la biomasa como fuente energética entre 1999 y 2010. Este incremento se quiere conseguir con las ayudas económicas y  otros incentivos.

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Ventajas

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

  1. En el aumento del rendimiento energético de este recurso

  2. En minimizar los efectos negativos ambientales de los residuos aprovechados y de las propias aplicaciones

  3. En aumentar la competitividad en el mercado de los productos

  4. En posibilitar nuevas aplicaciones de gran interés como los biocombustibles

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Inconvenientes

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Cultivos energéticos

El cultivo de estas plantas para el aprovechamiento energético es bastante discutido. En primer lugar porque la rentabilidad de estos cultivos no es muy grande. Y en segundo lugar, por la posible competencia que podrían ejercer sobre los cultivos tradicionales.

Una posible solución a este problema sería la utilización de cultivos acuáticos como el  jacinto de agua (Nimphaea sp.), que posee una de las productividades de biomasa más elevadas (un centenar de toneladas de materia seca por hectárea y por año). Otra posibilidad podría ser la utilización de ciertas algas microscópicas (micrófitos), que tendrían la ventaja de permitir un cultivo continuo. 

Pero dejando al lado estas cuestiones, nos centraremos en el proceso que sufren estos cultivos y las diferentes aplicaciones que pueden tener.

PROCESOS DE CONVERSIÓN DE LA BIOMASA EN ENERGÍA
Existen diferentes métodos que transforman la biomasa en energía aprovechable, expondremos los dos métodos más utilizados en este momento, los termoquímicos y los biológicos.

  1. Métodos termoquímicos
    Estos métodos se basan en la utilización del calor como fuente de transformación de la biomasa. Están muy desarrollados para la biomasa seca, sobretodo para la paja y la madera.
    Se utilizan los procesos de:

Combustión
Es la oxidación de la biomasa por el oxígeno del aire, en esta reacción se libera agua y gas carbónico, y puede ser utilizado para la calefacción doméstica y para la producción de calor industrial.

Pirólisis
Se trata de una combustión incompleta a alta temperatura (500ºC) de la biomasa en condiciones anaerobias. Se utiliza desde hace mucho tiempo para producir carbón vegetal. Este método libera también un gas pobre, mezcla de monóxido (CO) y dióxido de carbono (CO2), de hidrógeno (H2) y de hidrocarburos ligeros. Este gas, de poco poder calórico, puede servir para accionar motores diesel,  para producir electricidad, o para mover vehículos. Una variante de la pirólisis, es la pirólisis flash. Esta se realiza a una temperatura mayor, alrededor de 1.000 ºC, y tiene la ventaja de asegurar una gasificación casi total de la biomasa. Se optimiza de esta forma el "gas pobre"
Las instalaciones en la que se realizan la pirólisis y la gasificación de la biomasa se llaman gasógenos. El gas pobre producido puede utilizarse directamente o puede servir como base para la síntesis de metanol, el cual podría sustituir a las gasolinas para la alimentación de los motores de explosión (carburol).

La gasificación tiene ventajas con respecto a la biomasa original: 

  1. el gas producido es más versátil y se puede usar para los mismos propósitos que el gas natural; 

  2. puede quemarse para producir calor y vapor y puede alimentar motores de combustión interna y turbinas de gas para generar electricidad; 

  3. produce un combustible relativamente libre de impurezas y causa menores problemas de contaminación al quemarse. 

  1. Métodos biológicos.

Se trata de una fermentación alcohólica que transforma la biomasa en etanol (biocombustible). Este alcohol se produce por la fermentación de azúcares

Otro método biológico es la fermentación metánica, que es la digestión anaerobia de la biomasa por bacterias. Se suele utilizar para la transformación de la biomasa húmeda. En los fermentadores, o digestores. La celulosa es la sustancia que se degrada en un gas, el cual contiene alrededor de 60% de metano y 40% de gas carbónico. Para este proceso se requiere una temperatura entre 30-35 º C. Estos digestores por su gran autonomía presentan una opción favorable para las explotaciones de ganadería intensiva.

Aplicaciones
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 la producción de energía térmica, electricidad, 

1.- Producción de Energía Térmica

Aprovechamiento convencional de la biomasa natural y residual.  Los sistemas de combustión directa son aplicados para generar calor, el cual puede ser utilizado directamente, como por ejemplo, para la cocción de alimentos o para el secado de productos agrícolas. Además, éste se puede aprovechar en la producción de vapor para procesos industriales y electricidad. 

Los procesos tradicionales de este tipo, generalmente, son muy ineficientes porque mucha de la energía liberada se desperdicia y pueden causar contaminación cuando no se realizan bajo condicionescontroladas.

2.- 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, Coníferas, Acacia, Plátano,...) y herbáceos (Cardo lleno, Miscanto, Caña de Provenza, Euforbias, Chumberas,...). También se utiliza el biogás resultante de la fermentación de ciertos residuos (lodos de depuradora, Residuos Sólidos Urbanos…) para generar electricidad.  

El rendimiento neto de la generación de electricidad en las plantas de biomasa es bajo, del orden dl 20% referido a su poder calorífico inferior. Ello se debe fundamentalmente el pequeño tamaño de la planta de producción. La caldera tiene un rendimiento moderado al quemar un combustible de alto contenido en humedad, y su consumo en servicios auxiliares es alto, por encima del 8% de la producción total de electricidad en salida de alternador.

Una posibilidad de incrementar el rendimiento energético en el uso de la biomasa es la cogeneración de calor y electricidad. La condensación del vapor supone una evacuación de calor cercano a la mitad de la energía contenida en la biomasa; la recuperación de parte de ese calor de condensación en forma de vapor de baja temperatura o agua caliente, para usos industriales o domésticos, supone un aumento de la eficiencia energética. Para ello se puede disponer de una turbina de contrapresión o bien hacer una extracción de vapor con volumen significativo en la zona de baja presión de la turbina. Se instalan los intercambiadores de calor adecuados y se pueden obtener rendimientos globales de entre un 40 y un 60%.

La gasificación es una alternativa con mejores rendimientos que la combustión en calderas. El empleo de motores diesel o de turbinas de gas para quemar el gas producido puede eleva el rendimiento a valores por encima del 30%, sin embargo ésta es una opción poco extendida.

3.- 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, Pataca,....) y los motores diesel con bioaceites (obtenidos a partir de Colza, Girasol, Soja,...). Esta aplicación se verá de forma detallada más adelante.

4.- Producción de gases combustibles

Es una aplicación poco utilizada actualmente que consiste en la descomposición de la biomasa en un digestor para obtener un gas, cuyo compuesto combustible es básicamente metano, pero también contienen nitrógeno, vapor de agua y compuestos orgánicos. El proceso es adecuado para tratar biomasa de elevado contenido en humedad y poco interesante en otras  aplicaciones, bien por su calidad o por la poca cantidad disponible.

El gas obtenido es de bajo poder calorífico, pero útil en aplicaciones térmicas en el propio entorno ganadero o agrícola, suministrando luz y calor. En el caso de instalaciones de mayor tamaño, se puede llegar a colocar motores diesel de hasta varios cientos de kilovatios de potencia para la generación de electricidad; existen ya ejemplos industriales de ello. La producción de gas se puede controlar adecuándola a la demanda; incluso puede hacerse que durante varias horas el digestor se mantenga embotellado, sin producir gas, durante los períodos en los que no exista consumo energético.

Otra posibilidad para la producción de gas es el empleo de un gasificador, que inyecta aire u oxígeno y vapor de agua. Opera a elevada temperatura, entre 800 y 1200ºC, con lo cual la cinética de las reacciones es más alta. El gas contiene CO, H2, pequeñas concentraciones de metano, nitrógeno y vapor de agua. Tiene un poder calorífico medio. Existen varias alternativas de gasificación; el lecho fijo sirve para tratar pequeñas cantidades de biomasa, mientras que los de lecho fluido tratan mayores cantidades, siendo éstos utilizados para la generación de electricidad.

Al problema operativo de la gasificación, se une el de la producción de alquitranes y otros compuestos orgánicos pesados. Esto hace posible la combustión del gas en equipos industriales, calderas y hornos o en motores diesel para generación eléctrica, pero dificulta la extensión a turbinas de gas en sistemas eléctricos de alta eficiencia. La alternativa es purificar el gas, pero es caro.    

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Biocombustibles

Los biocombustibles han dejado de ser una fantasía, para convertirse en una realidad. Ya podemos ver por las calles automóviles que funcionan con estos biocombustibles. En Brasil, por ejemplo, hay unos 2.000.000 de vehículos que se mueven con alcohol casi puro, el cual se obtiene de la caña de azúcar, y 8.000.000 más utilizan una mezcla de gasolina y alcohol. Este alcohol se realiza a partir de melazas de caña de azúcar o de la pulpa de mandioca, para ser utilizado como combustible. 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). 

Básicamente se trabaja en dos alternativas comerciales: el biodiesel y el bioalcohol

El bioetanol es el alcohol etílico producido a partir de la fermentación de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales (cereales, remolacha, caña de azúcar o biomasa) combinados en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa  y celulosa.
Los usos del bioetanol son: 
             1. la fabricación del ETBE,
             2. mezcla directa con gasolina, 
             3. como combustible principal en los motores de gasolina o 
             4. mezcla directa con diesel. 

El octanaje o el número de octanos de la gasolina se refiere a la facilidad con que ésta se quema y cuánta detonación produce. El octanaje, por lo tanto, es el índice que mide el valor antidetonante de los combustibles por comparación con en el de un carburante patrón. Para conseguir un adecuado índice de octano tradicionalmente se añadían sales de plomo a la gasolina, método que en la actualidad está prohibido por el grado de contaminación ambiental que tiene este metal. El aditivo que se añade a la gasolina para aumentar el octano es el metil terciario buril éter, MTBE, que se obtiene del metanol. Es un producto derivado del gas natural o del carbón, un líquido tóxico que inicia la evaporación a temperaturas moderadas, a partir de 34 ºC. Como sustitutivo al MTBE, se encuentra el bioetanol en forma de ETBE. Cumple mejor esa misión por razones físicas de mezcla y produce menos contaminación residual que el MTBE. Es la mejor vía para introducir la biomasa en el suministro de combustibles de automoción. Puede alcanzarse con ella hasta el 5% del consumo de gasolinas. Por otro lado, los motores admiten mezclas de gasolina con etanol hasta un 20%, sin producirse variaciones notables en su comportamiento.

Incluso los motores pueden funcionar exclusivamente con bioetanol, con una adaptación de los motores a este combustible.
Los llamados vehículos flexibles (FFV) permiten la utilización de tanto de gasolina como de bioetanol E 85. Estos vehículos utilizan un 15% de gasolina para paliar el problema de la baja presión de vapor y garantizar así el encendido.

En la actualidad se encuentra en fase de experimentación la mezcla del bioetanol con diesel (E diesel). La proporción en la que se está mezclando es entre el 5 y el 15%. Para este tipo de mezcla se necesita la utilización de emulsionantes como aditivos. Con estas mezclas se consiguen combustibles de distintas clases dependiendo de la temperatura de inflamación que tengan.

Dentro de los procesos de producción de etanol, queremos destacar las tres materias principales de las cuales se obtiene: azúcar de los cultivos de caña o de remolacha; de los cereales, bien mediante el método Dry Milling o Wet Milling; o a partir de biomasa mediante una hidrólisis ácida.

Las ventajas de usar el bioetanol son:

1. Una mejora del índice de octanos
2. Un mayor calor de vaporización
3. La temperatura de llama menor, consiguiéndose una menor pérdida de calor por radiación.
4. Un mayor volumen de gases en la combustión, lo que significa una mayor presión y una mayor energía mecánica producida.
5. La velocidad de llama mayor, esto se traduce en un desarrollo más eficiente del par del motor.
6. Mejora la biodegradabilidad de la gasolina.
7. Reduce el número de compuestos aromáticos en la gasolina, y por lo tanto, reduce las emisiones de benceno a la atmósfera.

Los inconvenientes del uso de bioetanol son:

1. Eleva la presión de vapor (esto se produce en la mezcla directa).
2. Tiene afinidad por el agua.


Las barreras que se encuentran los biocarburantes en el mercado (tanto el biodiesel como el bioetanol) son:

normativa referente a biocombustibles

AYUDAS

Reglamento 1251/1999, que establece un régimen de apoyo a los productores de determinados cultivos herbáceos
· Art. 4.3: cantidades básicas para el pago.
  • ÞCereales, ensilado de hierba y retirada de tierras, desde la campaña 2001/2002 en adelante: 63,00 Euros/t
  • ÞSemillas oleaginosas desde la campaña de comercialización 2002/2003 en adelante: 63,00 Euros/t
  • ÞLa cantidad de 63,00 Euros/t podrá incrementarse desde la campaña 2002/2003 en adelante a la luz de una reducción final en el precio de intervención para los cereales
Reglamento 1251/1999, que establece un régimen de apoyo a los productores de determinados cultivos herbáceos
Art. 6.1: obligación de retirada de tierras con ayuda compensatoria.
  • ÞEl tipo básico de retirada de tierras obligatoria se fija en el 10% desde la campaña de comercialización 2000/2001 hasta la 2006/2007
· Art. 6.3: uso de la tierra retirada en usos no alimentarios
· Art. 6.3: los Estados miembros están autorizados a pagar una ayuda nacional de un máximo del 50% de los costes correspondientes a la implantación de cultivos plurianuales con vistas a la producción de biomasa en tierras de retirada

 

Reglamento 2461/1999, que establece disposiciones de aplicación del 1251/1999 para el uso de tierras retiradas para la obtención de productos que no se destinen al consumo humano o animal
Art. 1.2: “No se abonará pago alguno por las tierras retiradas de la producción en las que se cultive remolacha azucarera, aguaturmas o raíces de achicoria (…)”
· Anexo I: especies que precisan de contrato (ejemplo de contrato: BOE del 5/11/2001, pág. 40130, orden sobre homologación del contrato-tipo de semillas de cereales para etanol)
· Anexo II: especies que no precisan contrato
· Anexo III: usos alternativos permitidos (combustión en motores y producción de energía, entre otros

 

Reglamento 1257/1999, sobre la ayuda al desarrollo rural a cargo del FEOGA
Cultivos energéticos leñosos
·Art. 31.1: “Se concederá una ayuda para la forestación de tierras agrícolas siempre que la plantación se adapte a las condiciones locales y sea compatible con el medio ambiente”
·Art. 31.3: “(…)En el caso de las especies de crecimiento rápido que se cultiven a corto plazo, la ayuda destinada a los costes de la forestación se concederá sólo para los costes de plantación”

 

R.D. 1026/2002, sobre pagos por superficie a determinados productos agrícolas (a partir de la campaña de comercialización 2002/2003)
·Art. 12.1: Modalidades de retirada de tierras.
  • ÞFija: compromiso plurianual no superior a 5 años
  • ÞLibre: sin compromiso plurianual
·Art. 12.2: Retirada voluntaria.
  • ÞLa realizada en un porcentaje mayor al obligatorio
  • ÞPuede alcanzar hasta el 10% de la superficie por la que se solicitan pagos
·Art. 12.3 Retirada voluntaria. En casos excepcionales la suma de los porcentajes obligatorio y voluntario puede llegar al total de la cultivada
·Art. 14: Obligatoriedad de realizar el barbecho en las tierras retiradas para poder percibir las ayudas a la retirada
·Art. 16: Incompatibilidad con las ayudas al desarrollo rural financiadas por el FEOGA

Real Decreto 6/2001, sobre fomento de la forestación tierras agrícolas.

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