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BIOMASA Sandra Sánchez Rico 18 de noviembre de 2014

ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN A LA BIOMASA 2. HISTORIA DE LA BIOMASA 3. FACTORES QUE DETERMINAN LA BIOMASA 4. CLASIFICACIÓN DE LA BIOMASA 5. TRANSFORMACIÓN DE LA BIOMASA EN ENERGÍA 6. APLICACIONES DE LA BIOMASA 6.1. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA TÉRMICA 6.2. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA 6.3. PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES 6.4. PRODUCCIÓN DE GASES COMBUSTIBLES 7. VENTAJAS E INCONVENIENTES 8. BIOMASA EN LA ACTUALIDAD

1. INTRODUCCIÓN A LA BIOMASA La biomasa es una fuente de energía renovable no alternativa, esto quiere decir que, tras utilizarse, se regenera lo consumido natural o artificialmente, y que esta energía no surgió como alternativa a aquellas que consumen combustibles fósiles, sino que apareció con anterioridad. Para empezar, definiremos biomasa. Biomasa, según el Diccionario de la Real Academia Española, tiene dos acepciones: 1. f. Biol. Materia total de los seres que viven en un lugar determinado, expresada en peso por unidad de área o de volumen. 2. f. Biol. Materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. La primera acepción es más utiliza en ecología. Para hablar de la energía, nos referimos a la segunda, que es la utilizada en términos energéticos. La biomasa abarca un gran conjunto de materia orgánica de procedencia animal, vegetal o resultante de una transformación natural o artificial, y por tanto, existe una gran heterogeneidad dada tanto por el origen de sus componentes como por su naturaleza. Entendemos como su origen cómo se ha obtenido, y por su naturaleza, lo que es en sí. Para utilizar esta biomasa de forma que sea renovable, tenemos que tener en cuenta que no se emplee más biomasa que la que produce el ecosistema explotado y que no se utilice energía no renovable para la transformación de la biomasa. Esta transformación es necesaria para aumentar el poder calorífico de la biomasa, hablaremos de ella más adelante.

Biomasa

2. HISTORIA DE LA BIOMASA La biomasa ha sido un combustible utilizado por el hombre desde la aparición del fuego, y ha sido el principal combustible hasta la revolución industrial, cuando se empezó a requerir mayor cantidad de energía en espacios más reducidos y se tuvo que empezar a usar el carbón como combustible. En sus principios, la biomasa se utilizaba para cocinar, calentar el hogar, fabricar cerámica y, posteriormente, se utilizó para la producción de metales y la alimentación de las máquinas de vapor. Fue aquí cuando se necesitó una mayor cantidad de energía y la biomasa fue insuficiente. Se empezaron a usar fuentes de energía con un poder calorífico más alto, y disminuyó con esto el uso de la biomasa hasta mínimos históricos. A pesar de esta decadencia, en la actualidad la biomasa sigue teniendo importancia como fuente de energía renovable, ya que al contrario que los combustibles fósiles, genera pocas emisiones de CO2 a la atmósfera. Pero a pesar de que genera CO2, no contribuye al efecto invernadero, ya que este CO2 producido durante su combustión es igual al CO2 que se produce durante su crecimiento, y por lo tanto se le denomina CO 2 neutro.

3. FACTORES QUE DETERMINAN LA BIOMASA En Europa, la biomasa está determinada por los siguientes factores: 

Factores geográficos: son los que determinan qué zonas podrán ser cubiertas rápidamente con biomasa, teniendo en cuenta las condiciones climáticas de cada región.



Factores energéticos: son los que determinan la rentabilidad o no de la biomasa como recurso energético. Este factor se verá influenciado por el precio y el mercado energético en cada momento.



Disponibilidad del recurso: es el que determina el acceso y la temporalidad del recurso. Es necesario tener en cuenta este factor desde el primer momento.

4. CLASIFICACIÓN DE LA BIOMASA La biomasa puede clasificarse en tres tipos: 

Biomasa natural: es la producida por la naturaleza, no interviene en ella la acción humana. Un ejemplo es la poda natural de los bosques (caída natural de las ramas de los árboles).



Biomasa residual: está producida por la acción humana. Incluye tanto los residuos forestales, agrícolas, silvícolas y ganaderos como los residuos producidos por industrias agroalimentarias y forestales, así como los lodos de depuradoras, el reciclado de aceites, los residuos biodegradables y las aguas residuales. Algunos ejemplos son: la poda, el alpechín (líquido negruzco y fétido obtenido al presionar aceituna) y los aserraderos.



Cultivos energéticos: son creados por el hombre para la producción de biocombustibles. Se caracterizan por una gran producción de energía viva por unidad de tiempo.

Además, según la proporción de agua que posean, podemos clasificar la biomasa en otras dos categorías: 

Biomasa seca: tiene menos del 20% de humedad. Por ejemplo, la madera y la leña.



Biomasa húmeda: tiene más del 20% de humedad. Por ejemplo, los lodos de depuradoras y el reciclado de aceites.

Esta última clasificación determinará los procesos de transformación a los que la biomasa será sometida y el tipo de aprovechamiento que tendrá.

Biomasa seca Biomasa húmeda

5. TRANSFORMACIÓN DE LA BIOMASA EN ENERGÍA La biomasa tiene gran volumen y bajo poder calorífico, por ello es necesario transformarla en otros combustibles que tengan un mayor rendimiento energético, de esta forma podremos obtener energía de ella. Existen tres procedimientos mediante los cuales se puede transformar la biomasa en otros combustibles:

EXTRACCIÓN DIRECTA

Biocombustibles

Combustión directa

H2, CO2 e hidrocarburos

BIOMASA SECA

BIOMASA

PROCESOS TERMOQUÍMICOS

Calor

Pirolisis

Alcoholes Carbón y alquitrán Gas pobre

Gasificación Gas de síntesis

BIOMASA HÚMEDA PROCESOS BIOQUÍMICOS



Fermentación alcohólica

Etanol

Fermentación anaerobia

Biogás

EXTRACCIÓN DIRECTA: consiste en ciertos vegetales que producen en su metabolismo hidrocarburos o compuestos muy hidrogenados, que tienen un poder calorífico elevado. Se obtienen mediante aplastamiento y la adicción de ciertos compuestos químicos. El combustible obtenido es el denominado biocombustible. Algunas plantas de las que se obtienen estos biocombustibles son el girasol, la palma y la soja, de las que se obtiene etanol y metanol. Mediante la compresión de serrín, obtenemos los llamados pellets, que sirven como combustible de calderas y estufas.



PROCESOS TERMOQUÍMICOS: consisten en someter la biomasa seca a altas temperaturas, haciendo que tenga lugar una combustión irreversible generada por el calor. Podemos encontrar tres métodos diferentes:  Combustión directa: se reduce la humedad exponiendo la biomasa a radiación solar. Tras esto, se quema la biomasa en presencia de gran cantidad de oxígeno, que actúa como comburente. Se obtiene gran cantidad de calor que puede utilizarse directamente en viviendas e industrias. Además, si la biomasa está previamente prensada, puede utilizarse como sustituta al carbón y al petróleo en centrales térmicas, solo con realizar pequeños cambios en la instalación.  Pirolisis: descomposición de la biomasa a altas temperaturas, unos 500ºC, en ausencia de comburente. Se originan tres tipos de productos finales:  Gaseosos: compuestos combustibles de H2, CO2 e hidrocarburos.  Líquidos: alcoholes (hidrocarburos de carácter oxigenado)  Sólidos: carbón y alquitrán.  Gasificación: transformación de la biomasa en un gas combustible mediante combustiones provocadas en presencia de un agente gasificante (comburente) a temperaturas de entre 700 y 1500ºC. Dependiendo del comburente, obtendremos gases combustibles diferentes:  Con poco aire: obtendremos gas pobre (CO, CO2 y metano)  Con oxígeno: obtendremos gases de síntesis, que podrá transformarse fácilmente en metanol y gasolina, de mayor demanda.



PROCESOS BIOQUÍMICOS: consisten en transformar la biomasa húmeda en energía a partir de microorganismos que se encuentran en la propia biomasa o que se añaden a ella. Existen dos procesos diferentes:  Fermentación alcohólica: tiene lugar en presencia de oxígeno. Los hidratos de carbono (glucosa) se transforman en etanol por la acción de determinadas enzimas. Este etanol se utiliza como sustito a la gasolina en los motores.

 Fermentación anaerobia: se produce en ausencia de oxígeno. Es una acción prolongada en el tiempo en la que determinadas bacterias transformar la biomasa en biogás (metano y dióxido de carbono) que se utiliza en motores de combustión y como combustible para obtener calor.

6. APLICACIONES DE LA BIOMASA Al existir tantos tipos de biomasa y tantas formas de transformarla en energía, existen gran variedad de aplicaciones de esta, donde destacan:

BIOMASA

ENERGÍA TÉRMICA

ENERGÍA ELÉCTRICA

BIOCOMBUSTIBLES

GASES COMBUSTIBLES

6.1. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA TÉRMICA La biomasa húmeda natural y residual suele utilizarse para la producción de energía térmica. Mediante la combustión directa de estos, se produce gran cantidad de calor, que puede ser utilizado directamente, por ejemplo en la cocción de alimentos, o puede ser aprovechado para la producción de vapor en centrales térmicas, que más tarde producirá electricidad. Para esto basta con realizar pequeñas modificaciones en una central térmica convencional. A continuación podemos encontrar un esquema de una de estas centrales:

6.2. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA Se obtiene principalmente de cultivos energéticos leñosos y herbáceos de crecimiento rápido, y minoritariamente de biomasa residual, como restos de poda. Puede utilizarse también el biogás resultante de la fermentación anaerobia de ciertos residuos. Esta producción se realiza en las llamadas plantas de biomasa. En función del tipo de biomasa y la cantidad poseída de esta, encontramos tres métodos diferentes para la generación de la electricidad:  



Ciclo de vapor: consiste en la combustión de la biomasa para generar vapor que más tarde provocará el giro de una turbina de vapor. Turbina de gas: utiliza para su rotación el gas de síntesis obtenido mediante la gasificación con oxígeno. Hablaremos de “ciclo combinado” si los gases de escape de la turbina se aprovechan en un ciclo de vapor. Motor alternativo: utiliza la presión del gas de síntesis o del biogás para producir la rotación de la turbina.

6.3. PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES Consiste en sustituir los combustibles de motores de gasolina y diesel por bioalcoholes (obtenidos a partir de remolacha, maíz, caña de azúcar…), en el caso de la gasolina, y bioaceites (obtenidos a partir de girasol, soja…), en el caso del diesel. Estos biocombustibles tienen unas reducidas emisiones de CO2 que no afectan en el incremento del efecto invernadero. Actualmente, en Europa, Estados Unidos y Argentina existe una normativa que exige a los proveedores mezclar estos biocombustibles con los combustibles fósiles en una proporción que varía del 5 al 10%.

6.4. PRODUCCIÓN DE GASES COMBUSTIBLES Es una aplicación poco utilizada en la actualidad debido a su bajo poder calorífico, aunque es útil tanto en el entorno agrícola como en el ganadero, ya que suministra luz y calor suficiente para ellos. Se basa en descomponer la biomasa para obtener un gas formado en su mayoría de metano, además de vapor de agua, nitrógeno y diversos compuestos orgánicos.

7. VENTAJAS E INCONVENIENTES Como todas las energías, la biomasa presenta ventajas e inconvenientes sobre el resto: 

VENTAJAS:  Disminución de las emisiones de CO2: a pesar de que en la combustión de biomasa se obtenga agua y CO2, la cantidad de CO2 emitida es la misma captada por las plantas durante su crecimiento, por lo que no existe un incremento en la atmósfera de este gas invernadero.  No emite contaminantes sulfurados o nitrogenados, ni apenas partículas sólidas: por lo que no produce la lluvia ácida.  Es gestionable: se puede variar su producción según su necesidad y picos de demanda.

 Forma de reciclaje y reducción de residuos: como los residuos forman parte de la biomasa, se utilizan para la producción de energía, y se reduce así la cantidad de estos.  Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles: debido a que todos los países tienen a su disposición biomasa, y por tanto se reduce la dependencia del exterior.  Tiene precios competitivos y más estables que los de los combustibles fósiles: ya que su obtención requiere menos costes que la de los combustibles fósiles.



INCONVENIENTES:  Menor densidad energética que los combustibles fósiles: por lo que se necesita mayor cantidad de biomasa para lograr la misma energía.  Ocupan más volumen que los combustibles fósiles: por lo que se necesita un sistema de almacenamiento de mayor capacidad.  Tiene un mayor coste de producción que los combustibles fósiles.  Producción estacional: dependiendo de la estación del año, habrá mayor o menor cantidad de biomasa disponible.  Necesidad de transformación para su utilización.

8. BIOMASA EN LA ACTUALIDAD Durante el año 2013, en España la energía de biomasa alcanzó el 45% de la producción de energías renovables, lo que supone un 2’9% del total de consumo de energía. Estas cifras aumentan anualmente, en Andalucía, la energía de biomasa aumentó durante los últimos años aproximadamente un 10% anual. Andalucía es la región donde se encuentra la mayoría de la potencia biomásica española, posee 18 plantas de biomasa, que representa un 40% de las plantas de biomasa españolas.

Sin embargo, a pesar del aumento de utilización de la energía de biomasa, esta cifra es muy inferior a la del resto de Europa, mientras que la cifra de energía no renovable española supera con creces la media europea. Por tanto, podemos decir que actualmente, España sigue siendo dependiente de los combustibles fósiles. A pesar de esto, nos encontramos con que España es el sexto país de la UE en cuanto a producción de energía primaria a partir de biomasa sólida. Sin embargo, si nos fijamos en producción de biomasa sólida por habitante, España es el decimoctavo país con una tasa de 0’103, inferior a la media europea (0’158) y muy inferior a Finlandia, que tiene una tasa de 1’435. Para los expertos, España es un país con un alto potencial en biomasa que podría incrementar en gran medida las cuotas de producción de esta. En el siguiente gráfico se muestra el consumo de energía mundial, donde la biomasa representa un 11’44% del total de energía consumida durante el año 2010. Los países que más energía de biomasa producen actualmente son los Estados Unidos, Brasil, Alemania, China y Japón (de mayor a menor producción, respectivamente).

El Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático ha establecido unas previsiones en las que antes de 2100 la cuota de participación de la biomasa en la producción mundial de energía debería estar entre el 25% y el 46%.