Biomasa
1.
LOS RECURSOS ENERGÉTICOS. 3
1.
RECURSOS NO RENOVABLES. 4
2.
RECURSOS NATURALES RENOVABLES 5
1.
1.
1.
El porqué de las energías alternativas. 6
1.
LA ENERGÍA DE BIOMASA. 7
1.
DEFINICIÓN DE BIOMASA. 7
2.
UTILIZACIÓN DE LA BIOMASA. 8
3.
MÉTODOS DE CONVERSIÓN DE LA BIOMASA
EN ENERGIA. 10
4.
LUGAR E LA BIOMASA EN LAS FUENTES DE
ENERGÍA. 12
5.
TÉRMINOS SOBRE LA BIOMASA. 13
1.
1.
1.
¿Qué es el biogás? 13
2.
¿Qué es el digestor? 13
3.
¿Qué son los combustibles fósiles? 14
4.
¿Qué son los combustibles alcohólicos? 14
5.
¿Qué es el compostaje? 15
5.
5.
¿ES ECONÓMICA LA BIOMASA? 16
6.
EL INTERÉS MEDIOAMBIENTAL DE LA BIOMASA. 17
7.
LA BIOMASA EN ESPAÑA. 18
8.
LA BIOMASA EN EL MUNDO. 19
1.
ESTADÍSTICAS 21
2.
BIBLIOGRAFÍA 23
El desarrollo de la sociedad humana esta basado en
el consumo de grandes cantidades de energía. La energía que circula por los
ecosistemas y permite vivir a los seres vivos procede en última instancia del
sol. Sin embargo, a pesar del desarrollo científico y tecnológico, todavía
hemos aprendido a aprovechar eficazmente esta fuente inagotable y, por ello, la
mayor parte de la energía que utilizamos procede de los recursos naturales
existentes en nuestro planeta, principalmente del carbón y del petróle
"Consumo mundial de recursos
energéticos durante el año 1991"
Fuentes de Energía
Renovables: 17%
Fuentes de Energía NO
Renovables: 83%
1.1 RECURSOS NO
RENOVABLES
Son aquellos cuya velocidad de consumo es mayor que
la de su regeneración, lo que , conse- cuentemente, puede provocar su
agotamiento. En el caso de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)
y de los minerales.
Durante muchos años hemos utilizado recursos no
renovables como fuentes de energía. Hoy día se estima que, de seguir un ritmo
de consumo similar al actual, la reservas de combustibles fósiles se agotarán
en un plazo de entre 50 y 100 años.
Hace unos años se pensó que la solución al problema
del agotamiento de los recursos energéticos fósiles estaba en la energía
nuclear. Por ello muchos países industrializados se lanzaron a la carrera de
construcción de centrales nucleares y, de hecho, algunos países como Francia y
Bélgica obtienen en la actualidad más del 50% de su electricidad a partir de la
energía nuclear.
1.2. RECURSOS
NATURALES RENOVABLES
Los recursos naturales renovables son aquellos que,
tras ser utilizados, pueden regenerarse natural o artificialmente, como el agua
o los alimentos. Son recursos que, al estar sometidos a ciclos, se mantienen de
forma más o menos constante en la naturaleza.
En la era contemporánea la necesidad de disponer de
fuentes de energía aprovechables se ha convertido en algo imprescindible para
el ser humano. Basta pensar en el consumo energético que una persona común
realiza al día para darse cuenta de la dependencia existente. El gas empleado
para calentar el agua y para la calefacción, la gasolina que mueve los coches,
aviones y trenes, la electricidad que, entre otros usos, ilumina las casas,
permite que suenen las radios y se vea la televisión..., son fuentes de energía
que se emplean en la actualidad y que constituyen uno de los pilares de la civilización.
Sin ellas no funcionarían los aparatos empleados por el hombre en su vida
cotidiana.
Se calcula que las reservas de fuentes de energía
convencionales existentes en la Tierra pueden durar todavía varios cientos de
años. Esto implica que una crisis energética real de ausencia de estos
productos, que tendría consecuencias catastróficas para la humanidad, no se va
a producir durante, al menos, unas décadas; no obstante, la extracción de esta
energía es cada vez más cara. Los pozos de carbón y petróleo deben perforarse
cada vez más profundos, lo que dispara los costes de dichas materias. Las
centrales nucleares dan resultados inferiores a los esperados; además, el coste
de purificación del uranio que estas centrales necesitan para trabajar es muy
elevado.
A la vista de estos inconvenientes, los distintos
gobiernos del mundo han puesto en marcha, a partir de la crisis petrolífera de
1973, diversos proyectos de investigación sobre otras fuentes de energía que
puedan resultar rentables cuando el coste de las fuentes tradicionales aumente.
Estas nuevas energías son las denominadas alternativas.
1.2.1. EL PORQUÉ DE
LA LAS ENERGÍAS ALTERNATIVAS
Los principales recursos energéticos que utilizamos
( el carbón, el petróleo, el gas natural y el uranio) son limitados y, por lo
tanto, pueden agotarse. Además, su utilización provoca un gran impacto
ambiental en la biosfera al contaminar el aire, el agua y el suelo. Estos
hechos han generado un interés creciente por el desarrollo de nuevas
tecnologías para la utilización de fuentes de energía renovables alternativas
que, aunque actualmente son poco rentables, tienen la ventaja de ser poco
contaminantes. El la actualidad, en nuestro país, las energías alternativas
representan únicamente alrededor de 1'5% de la producción energética
2.1. DEFINICIÓN DE LA
BIOMASA
La biomasa es la energía solar convertida por la
vegetación en materia orgánica; esa energía la podemos recuperar por combustión
directa o transformando la materia orgánica en otros combustibles.
2.2 UTILIZACIÓN DE LA
BIOMASA
- Bosques. La única biomasa
realmente explotada en la actualidad. Para fines energéticos es la de los
bosques para cubrir parte de la demanda energética sólo puede constituir
una opción razonable en países donde la densidad territorial de dicha demanda
es muy baja, así como también la de la población (Tercer mundo). En España
(por lo demás, país deficitario en madera ) sólo es razonable contemplar
el aprovechamiento energético de los desechos de la corta y saca y de la
limpia de las explotaciones forestales (leña, ramaje, follaje, etc.), así
como de los residuos de la madera . En este sentido, la oferta energética
subyacente a las leñas ha sido evaluada en 2.500.000tep, partiendo de la
base de que la producción de leña (siempre en España) en t/ha es
aproximadamente igual a la cuarta parte de la cifra al crecimiento anual
de madera, en m3/ha.
- Residuos
agrícolas y deyecciones y camas del ganado. Estos constituyen otra
fuente importante de bioenergía, aunque no siempre sea razonable darles
este tipo de utilidad. En España sólo parece recomendable el uso a tal fin
de la paja de los cereales en los casos en que el retirarla del campo no
afecte apreciablemente a la fertilidad del suelo, y de las deyecciones y
camas del ganado, cuando el no utilizarlas sistemáticamente como estiércol
no perjudique las productividades agrícolas. Siguiendo este criterio , en
España se ha evaluado una hipotética oferta energética de 3.700.000 tep
procedentes de paja de cereales.
- Cultivos
energéticos.
Consiste en cultivar vegetales para la posibilidad del aprovechamiento de
cultivos energéticos. Esta opción no es muy rentable. Es muy discutida la
conveniencia de los cultivos o plantaciones con fines energéticos, no sólo
por su rentabilidad en si mismos, sino también por la competencia que
ejercerían con la producción de alimentos y otros productos necesarios,
(madera, etc.) Las dudas aumentan en el caso de las regiones templadas,
donde la asimilación fotosintética es inferior a la que se produce en
zonas tropicales. Así y todo, en España se ha estudiado de modo especial
la posibilidad de ciertos cultivos energéticos, especialmente sorgo dulce
y caña de azúcar, en ciertas regiones de Andalucía donde ya hay una
tradición en el cultivo de estas plantas de elevada asimilación fotosintética
.No obstante, el problema de la competencia entre los cultivos clásicos y
los cultivos energéticos no se plantearía en el caso de otro tipo de
cultivo energético: los cultivos acuáticos. Una planta acuática
particularmente interesante desde el punto de vista energético sería el
jacinto de agua , que posee una de las productividades de biomasa más
elevadas del reino vegetal ( un centenar de toneladas de materia seca por
hectárea y por año) .podría recurrirse también a ciertas algas
microscópicas (microfitos), que tendrían la ventaja de permitir un cultivo
continuo. Así, el alga unicelular Botryococcus braunii, en relación
a su peso produce directamente importantes cantidades de hidrocarburos.
2.3. METODOS DE
CONVERSIÓN DE LA BIOMASA EN ENERGÍA.
Métodos termoquímicos. Estos métodos
se basan en la utilización del calor como fuente de transformación de la
biomasa. Están bien adaptados al caso de la biomasa seca, y ,en particular, a
los de la paja y de la madera.
- La
combustión, oxidación de la biomasa por el oxígeno del aire, libera
simplemente agua y gas carbónico, y puede servir para la calefacción
doméstica y para la producción de calor industrial.
- La
pirólisis, combustión incompleta de la biomasa en ausencia de oxigeno, a
unos 500 grados centígrados, se utiliza desde hace mucho tiempo para
producir carbón vegetal. Aparte de este, la pirólisis lleva a la
liberación de un gas pobre, mezcla de monóxido y dióxido de carbono, de
hidrógeno y de hidrocarburos ligeros. Este gas, de débil poder calórico,
puede servir para accionar motores diesel, o para producir electricidad, o
para mover vehículos. Una variante de la pirólisis, llamada pirólisis
flash, llevada a 1000 grados centígrados en menos de un segundo, tiene la
ventaja de asegurar una gasificación casi total de la biomasa. De todas
formas, la gasificación total puede obtenerse mediante una oxidación
parcial de los productos no gaseosos de la pirólisis. Las instalaciones en
la que se realizan la pirólisis y la gasificación de la biomasa reciben el
nombre de gasógenos. El gas pobre producido puede utilizarse directamente
como se indica antes, o bien servir la base para la síntesis de un alcohol
muy importante, el metanol, que podría sustituir las gasolinas para la
alimentación de los motores de explosión (carburol).
Métodos biológicos.
- La
fermentación alcohólica es una técnica empleada desde muy antiguo con los
azúcares, que puede utilizase también con la celulosa y el almidón, a
condición de realizar una hidrólisis previa (en medio ácido) de estas dos
sustancias. Pero la destilación, que permite obtener alcohol etílico
prácticamente anhidro, es una operación muy costosa en energía. En estas
condiciones la transformación de la biomasa en etanol y después la
utilización de este alcohol en motores de explosión, tienen un balance
energético global dudoso. A pesar de esta reserva, ciertos países (Brasil,
E.U.A.) tienen importantes proyectos de producción de etanol a partir de
biomasa con un objetivo energético (propulsión de vehículos; cuando el
alcohol es puro o mezclado con gasolina, el carburante recibe el nombre de
gasohol).
- La
fermentación metánica es la digestión anaerobia de la biomasa por
bacteria. Es idónea para la transformación de la biomasa húmeda (mas del
75% de humedad relativa).En los fermentadores, o digestiones, la celulosa
es esencialmente la sustancia que se degrada en un gas, que contiene
alrededor de 60% de metano y 40% de gas carbónico. El problema principal
consiste en la necesidad de calentar el equipo, para mantenerlo en la
temperatura optima de 30-35 grados centígrados. No obstante, el empleo de
digestores es un camino prometedor hacia la autonomía energética de las
explotaciones agrícolas, por recuperación de las deyecciones y camas del
ganado. Además, es una técnica de gran interés para los países en vías de
desarrollo. Así, millones de digestores ya son utilizados por familias
campesinas chinas.
2.4.LUGAR DE LA
BIOMASA ENTRE LAS FUENTES DE ENERGÍA.
Al contrario de las energías extraídas de la
tanatomasa (carbón; petróleo), la energía derivada de la biomasa es renovable
indefinidamente. Al contrario de las energías eólica y solar, la de la biomasa
es fácil de almacenar. En cambio, opera con enormes volúmenes combustibles que
hacen su transporte oneroso y constituyen un argumento a favor de una utilización
local y sobre todo rural. Su rendimiento, expresado en relación a la energía
solar incidente sobre las mismas superficies, es muy débil (0.5 % a 4%contra
10% a 30% para las pilas solares fotovoltaicas ), pero las superfícies,
terrestres y acuáticas, de que puede disponer no tienen comparación con las que
pueden cubrir, por ejemplo, los captadores solares.
2.5. TERMINOS SOBRE
LA BIOMASA.2.5.1. ¿Qué es el biogás ?
Mezcla de metano y otros gases que se desprende
durante la degradación anaerobia de la materia orgánica por la acción de
microorganismos.
El biogás se obtiene mediante un digestor o bien
canalizándolo directamente en un vertedero controlado. En el primer caso, la
temperatura del digestor se mantiene a unos 50 grados centígrados; de este modo
se logra que el pH este comprendido entre 6.2 y 8, lo que favorece la actividad
de los microorganismos. La degradación bioquímica, de gran complejidad y que
dura entre 10 y 25 días, se desarrolla en tres fases principales: la hidrólisis
y acidogénesis, la acetogénesis y la metanogénesis.Tanto el tipo de sustrato
orgánico como las condiciones del proceso y el grado que este alcanza hacen que
las proporciones de los componentes del biogas (54%-70% para el metano, 27%-45%
para el CO2, etc.) varíen mucho. El biogás se emplea tanto para la
generación de calor mediante combustión como para la generación de energía
mecánica o eléctrica, principalmente en las mismas plantas donde se obtiene.
2.5.2.¿Qué es el
digestor?
Dispositivo que permite llevar a cabo la degradación
anaerobia controlada de residuos orgánicos para obtener biogás y otros
productos útiles.
El dispositivo mas simple de este tipo esta formado
por un recipiente cerrado, de base cónica saliente, dotado con un conducto
lateral para la entrada de los residuos, otro superior de escape del gas y un
tercero inferior para evacuar los demás productos de la digestión ( digestor
discontinuo ). Los digestores mas perfeccionados disponen de un agitador y de
un calefactor que regulan la homogeneidad y la temperatura del proceso
(digestor de mezcla completa), y de otros sistemas para enriquecer la flora
bacteriana ( digestores de contacto y de filtro anaerobio ).Una instalación
básica comprende el sistema de almacenamiento y alimentación, el digestor y los
depósitos de gas y de los demás productos resultantes de la digestión. El
digestor se alimenta con residuos orgánicos en las plantas de compostaje, con
lodos de decantación en las depuradoras de aguas y con las deposiciones de los
animales en las explotaciones ganaderas; además del biogás, los productos de la
digestión son el compost, los lodos útiles para obtener mas compost y los
fertilizantes.
2.5.3.¿Qué son los
combustibles fósiles?
Los aceites vegetales constituyen un amplio grupo
de biocombustibles que pueden sustituir a los combustibles fósiles, ya sea
directamente o mediante transformaciones químicas poco complejas.
El aprovechamiento a gran escala de aceites para su
uso como carburantes no solo es beneficioso por el carácter renovable de tales
aceites sino también porque puede reducir el déficit energético de los países
menos desarrollados, en un grado mayor que el de los alcoholes: varias plantas
y arbustos, de cuyas semillas se extraen aceites, tienen su hábitat en grandes
zonas áridas y de suelos pobres, donde los cereales escasean y la fermentación
alcohólica es, pues, inviable.Entre los aceites mas conocidos, el de colza
ejemplifica las ventajas y los problemas técnicos que plantea este grupo de
sustancias; así, puede alimentar un motor diesel, pero al ser mas denso que el
gas-oil, presenta varios inconvenientes en la combustión, por lo que es
preferible someterlo a esterificación con un alcohol mas fuerte que la
glicerina; el nuevo éster proporciona un par motor igual al del gas-oil , con
un consumo algo mas elevado.
2.5.4 ¿Qué son los
combustibles alcohólicos?
Los alcoholes son los biocombustibles más
utilizados actualmente en algunos países ,tanto para dar una salida a
excedentes agrícolas convertibles en alcohol como por dificultades financieras
en la importación de combustibles fósiles.
En principio, es posible obtener alcoholes a partir
de cualquier producto que contenga glúcidos fermentables ; en particular, el
proceso de fermentación alcohólica se puede dar con sustancias azucaradas (caña
de azúcar , mostos, remolacha ,jugos de frutas, etc.), amiláceas (cereales y
tubérculos) y celulósicas (madera ,paja de cereal, etc.)pero los rendimientos
son muy desiguales . Algunos estudios señalan el metanol como el alcohol con
más condiciones para la combustión en motores: sirve tanto para motores Otto
como Diesel; su densidad de energía es menor que la de la gasolina, pero su
combustión, en cambio, es mejor, se le debe añadir un 10% de hidrocarburos
ligeros para facilitar el encendido en frío en los motores de explosión ;
presenta también dificultades de arranque en los Diesel ; y causa problemas de
corrosión.
2.5.5. ¿Qué es el
compostaje?
El compostaje, es decir, la fermentación controlada
de residuos orgánicos para obtener compost, es un proceso de transformación de
residuos poco costosos y de gran utilidad en extensas regiones del mundo con
suelos agrícolas pobres.
La materia prima del proceso proviene de residuos
sólidos urbanos (RSU), estiércol y lodos de depuradora. Para los RSU, hay que
prever un tratamiento de separación de la fracción orgánica, así como la
eliminación del rechazo final del compostaje en un vertedero o inciniredora.
¿ES ECONÓMICA LA BIOMASA?
La biomasa agrícola y forestal supone un potencial
económico importante especialmente en las zonas tropicales y subtropicales,
dado que en ellas se dan las condiciones más idóneas para el desarrollo de los
vegetales. Los organismos fotosintéticos, tanto terrestres como marinos, pueden
ser considerados como convertidores continuos de la energía solar, y por
consiguiente renovables, en materia orgánica. Las plantas fijan anualmente
mediante la fotosíntesis una cantidad de carbono equivalente en energía a
2·1021 julios, que equivalen aproximadamente a 10 veces el consumo mundial de
energía y aproximadamente a 200 veces la energía consumida en forma de
alimentos.
2.7 EL INTERÉS
MEDIOAMBIENTAL DE BIOMASA
El interés medioambiental de la biomasa reside en
que, siempre que se obtenga de una forma renovable y sostenible, es decir que
el consumo no vaya a más velocidad que la capacidad del bosque, la tierra, etc.
para regenerarse, es la única fuente de energía que aporta un balance de CO2 favorable,
de manera que la materia orgánica es capaz de retener durante su crecimiento
más CO2 del que se libera en su combustión.
2.8 LA BIOMASA EN ESPAÑA
s
La biomasa en la fuente renovable de mayor
potencial en España, cuantificándose los recursos en 25'7 Mtep. (millones de
toneladas equivalentes de petróleo), lo que equivale a una cantidad superior a
todos los consumos energéticos de la industria española. Sin embargo, los
planes del Gobierno apenas pasan de "quedarse donde estamos": aunque
fuentes oficiales señalan unos recursos utilizables de 10 Mtep./ año, las
autoridades carecen de voluntad política para dejar de arrojar a la basura todo
ese potencial energético y el Plan energético nacional solo contempla el
aprovechamiento de 2,8 Mtep. En el año 2.000.
2.9.LA BIOMASA EN EL
MUNDO
Aunque en nuestro país se ha realizado entre los
años 1.996 y 1.990 un total de 235 instalaciones para el aprovechamiento de la
biomasa, aún estamos lejos de alcanzar el nivel de Francia, el país líder de la
C.E. en el que seis millones de hogares utilizan la madera como fuente de
calor, o de Dinamarca, donde una planta quema 28.000 toneladas anuales de paja
para producir 13 Mw. de electricidad. En Brasil unos 2.000.000 de vehículos
funcionan con alcohol casi puro, obtenido del cultivo de la caña de azúcar, y
8.000.000 más utilizan una mezcla de gasolina y alcohol.
Uno de los ejemplos más destacados en el campo de
la tecnología de las fuentes de energía renovables es el caso de la obtención
de alcohol industrial por fermentación en Brasil. En 1976, el gobierno
brasileño decidió dejar de ser el mayor importador de petróleo entre los países
en desarrollo, y se embarcó en un programa para la producción masiva de etanol,
a partir de melazas de caña de azúcar o de la pulpa de mandioca, para ser
utilizado como combustible. Actualmente se producen entre 3 y 5 millones de m de
etanol por año. Gran parte del etanol se mezcla con gasolina, y constituye el
20 % del combustible que utilizan los automóviles, con el consiguiente ahorro
de energía fósil (gasolina).
Es poco probable que el combustible de biomasa sea
factible en muchos países occidentales pequeños y densamente poblados. Pero en
Brasil, las vastas extensiones de terreno, la elevada productividad agrícola y
los altos niveles de precipitaciones y sol, hacen que el proceso sea ideal.
Incluso los países avanzados están buscando medios
para reducir su dependencia de los combustibles fósiles y organizando proyectos
de biomasa tendentes a satisfacer una parte de sus necesidades energéticas.
Suecia obtiene ya un 10 % de su energía de desechos forestales y agrícolas, y
Finlandia, el 14 %. En el Reino Unido existen proyectos para producir alcohol
en fermentadores en proceso continuo, que son lo suficientemente rápidos y el
alcohol lo bastante concentrado como para poder competir con la gasolina como
combustible para el transporte.
EE.UU. tiene instalados más de 9.000 MW para
generación de energía eléctrica, obtiene el 4% de la energía que necesita de
esta fuente. La Unión Europea tiene un potencial económico en biomasa del orden
de 100 Mtep, aproximadamente el 10% de sus necesidades, su potencial técnico es
del orden de 306 Mtep.
Los residuos como fuente de energía
LOS RESIDUOS COMO PROBLEMA
Es de sobra conocido el hecho de que se producen diariamente ingentes cantidades de desperdicios, tanto en las ciudades como en las zonas rurales. Teniendo en cuenta que la mayor parte de estos residuos son de carácter orgánico, es decir, constituyen la denominada biomasa residual, se puede llegar a comprender el hecho de que las grandes cantidades de residuos que no se aprovechan y contaminan el ambiente puedan constituir un enorme potencial para la producción de energía.
<imagen>En líneas generales, si se considera de forma conjunta toda la actividad humana, se puede estimar aproximadamente que se producen unas 2 toneladas de residuos de todo tipo por habitante y año, con un poder energético de unos 9.000 kW.h/año, equivalente a unos 800 litros de gasolina. Por otro lado, y con respecto a las basuras urbanas, es de destacar que cerca de la mitad de su peso está constituido por materia orgánica, y su producción media por habitante y año oscila entre los 600 y los 800 kg, con un valor energético de unos 2.500 kW.h/año. Obsérvese que una familia media gasta al año sólo en electricidad unos 3.000 kW.h.
EL TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS
El tratamiento de los residuos, en general, es una actividad costosa y tanto las instituciones públicas como las empresas privadas no han llevado a cabo esta labor con eficacia, bien por falta de una legislación adecuada o por carencia de medios económicos. Todo ello está contribuyendo, evidentemente, al deterioro del medio ambiente en grandes zonas de muchos países.
Un estudio detenido del posible aprovechamiento de los residuos con fines energéticos en los lugares en que se producen, arroja bastantes ventajas, algunas de las cuales se enumeran a continuación:
.Los residuos forman parte de un tipo de biomasa que ya existe (no hay que producirla) y cuya eliminación es un problema grave y de solución costosa. .En muchos casos, la biomasa residual está concentrada en lugares determinados por lo que, si se utiliza cerca del sitio de acumulación genera unos costes de transporte muy reducidos. .La utilización de los residuos para producir energía presenta como sistema de eliminación unas ventajas de carácter ambiental, como son una considerable reducción de su volumen, eliminación de plagas, incendios forestales y olores, mejora del paisaje y reducción de la contaminación del aire, agua y suelo. .Algunos métodos de aprovechamiento de la biomasa residual presentan la ventaja adicional de general productos ricos en nutrientes y, por tanto, susceptibles de ser utilizables como fertilizantes para fines agrícolas, lo que supone un ahorro de consumo de energía, materias primas y divisas.
TIPOS DE RESIDUOS
En general, se pueden definir los residuos como aquellos materiales generados en las actividades de producción, transformación y consumo que no han alcanzado en el contexto en que son generados, ningún valor económico.
Se siguen varios criterios para clasificar los distintos tipos de residuos, entre los que cabe destacar la naturaleza de su origen (agrarios, industriales, urbanos) o los tipos de materiales que los constituyen (orgánicos, plásticos, metálicos, etc.). Sin embargo, y teniendo en cuenta que nuestro interés aquí se centra en los residuos orgánicos, por ser biomasa, se pueden considerar tres grandes sectores de actividades que los producen, tal como muestra la siguiente tabla:
SECTOR ACTIVIDAD RESIDUOS
Primario Agraria Agrícolas Forestales Ganaderos
Secundario Transformación Industriales (industrias agrarias)
Consumo Urbanos Residuos sólidos urbanos (fracción orgánica) Aguas residuales (lodos de depuradora)
LOS RESIDUOS AGRARIOS: RESIDUOS AGRÍCOLAS
Se puede denominar residuo agrícola a la planta o a la porción de ella cultivada que es preciso separar para obtener el fruto o para facilitar el cultivo propio o posterior.
Existe una gran cantidad de residuos con potencial interés industrial y energético, que localmente pueden tener alguna utilidad, pero cuya eliminación constituye un problema en las labores de explotación agrícola.
Esta categoría de residuos se produce principalmente en los siguientes cultivos:
.Cereales grano, originando pajas. .Frutales y viñedo, cuya poda anual es una fuente considerable de material combustible. .Algunos cultivos industriales, como los textiles y oleaginosas, que producen como residuo los tallos.
En la siguiente tabla se muestran unos datos estimativos acerca de la producción de residuos en España por los cultivos citados, según datos de 1994.
TIPO DE
CULTIVOPRODUCCIÓN
(1000 Tm/año)COEFICIENTE DE
GENERACIÓN
(Tm res/Tm prod)PRODUCCIÓN DE
RESIDUOS
En definitiva, en España se producen anualmente unos 30 millones de toneladas de residuos agrícolas. Teniendo en cuenta que los residuos mencionados son de bajo contenido en humedad, es lógico pensar que se puedan transformar en energía útil por métodos termoquímicos (del tipo de la combustión). En estas condiciones, y asignando a este tipo de residuos un poder calorífico medio de 14,5 MJ/kg, se obtendría que el potencial teórico de los residuos agrícolas españoles equivaldría a una 10,4 millones de tep anuales (cerca de un 10% del consumo energético actual).
LOS RESIDUOS AGRARIOS: RESIDUOS FORESTALES
El monte supone un medio considerable de transformación de la energía solar. Sin embargo, los seres humanos no utilizan íntegramente toda la riqueza que suministra el monte y desperdician una parte considerable en forma de ramas, cortezas, serrín, etc. Este menor aprovechamiento energético se ha acusado en los últimos años con la aparición de combustibles gaseosos derivados del petróleo. El relativo bajo precio y, sobre todo, la comodidad de su uso, han originado un descenso en el consumo de residuos de madera como fuente energética.
Realmente, los residuos forestales son los que, durante siglos, han constituido la fuente energética más importante de la Humanidad.
La siguiente tabla muestra los valores aproximados de los residuos forestales producidos actualmente en nuestro país, con datos del Segundo Inventario Forestal Nacional (ICONA, 1986 a 1995).
Superficie arbolada (ha): 12.091.164CANTIDAD
(1000 Tm/año)RESIDUOS DE CORTE Y ELABORACIÓN DE LA MADERA:Residuos de ramas290,17Corteza, serrín y virutas de ramas79,42Corteza, serrín y virutas de madera1.110,31Hojas, tocones, raíces864,59Total2.344,49RESIDUOS DE TRATAMIENTOS SELVÍCOLAS:Residuos de madera de sierra370,46Residuos de madera de industria1.183,05Leña para astillas1.338,00Total2.891,51RESIDUOS FORESTALES TOTALES5.236,00
Como se puede observar, los residuos forestales (incluyendo aquéllos de las industrias de transformación primaria de la madera) generados anualmente suponen aproximadamente 5 millones de toneladas. Si se le asigna a esta biomasa (con un contenido en humedad muy bajo) un poder energético de 16,7 MJ/kg se obtendría un potencial energético de unos 2 millones de tep/año.
LOS RESIDUOS AGRARIOS: RESIDUOS GANADEROS
Tradicionalmente, los residuos producidos por el ganado constituían la única fuente fertilizante de los suelos agrícolas. Con la aparición de los fertilizantes, lamentablemente los estiércoles dejan de utilizarse en gran número de explotaciones, pues empieza a haber una separación entre agricultura y ganadería.
Actualmente, en aquellas explotaciones intensivas que no disponen de terrenos suficientes, se tiende a recoger las deyecciones en diferentes tipos de depósitos y, mediante tratamientos diversos, eliminarlas o llevarlas a lugares en que puedan tener alguna utilidad.
Aquí es donde puede contemplarse la inclusión de la tecnología energética, que podría atender a las necesidades locales de la granja o explotación ganadera.
Al tratarse de residuos de alto contenido en humedad, no es conveniente para su tratamiento utilizar procesos termoquímicos, por su bajísimo rendimiento en este caso. Sin embargo, la tecnología de la digestión anaerobia, proceso de tipo bioquímico que se discutirá más adelante, presenta grandes ventajas para su aplicación a este tipo de biomasa.
La posibilidad energética de estos residuos hace necesario conocer su cantidad. Este dato está basado en el denominado peso vivo, es decir, en el peso de los animales que integran la cabaña ganadera, al que se aplica el coeficiente de rendimiento de estiércol, que resulta ser aproximadamente de 20 kg de estiércol por kg de peso vivo. Las cifras que se ofrecen en la siguiente tabla se basan en las publicadas en el Anuario de Estadística Agraria 1994.
TIPO DE GANADORESIDUO TOTAL
(1000 Tm/año)RESIDUO RECOLECTABLE
(1000 Tm/año)Bovino33.66916.835Ovino12.767 Caprino1.553 Porcino21.84116.381Equino2.7541.102Aves5.6315.068Conejos505455TOTAL78.72039.841
Como se puede observar, la estimación de residuos ganaderos recolectables asciende anualmente a casi 40 millones de toneladas. Aunque el cálculo de la cantidad de gas (biogás) obtenible por digestión anaerobia es estos residuos depende de innumerables factores, se puede estimar que los residuos ganaderos producirían anualmente unos 2.000 millones de m3 de biogás, lo que representaría un potencial energético de alrededor de 1,2 millones de tep/año.
LOS RESIDUOS INDUSTRIALES
Sólo se consideran de interés como fuente energética los residuos de sectores industriales que, en principio, pueden generar mayor cantidad de residuos de naturaleza orgánica, en los que su eliminación supone un coste adicional en la empresa, que su valor sea escaso y se encuentren distribuidos en todo el territorio nacional.
Las industrias que cumplen aproximadamente estas condiciones, son las siguientes:
.Conservas vegetales. .Extracción de aceites. .Extracción de vinos. .Frutos secos.
La siguiente tabla muestra la producción estimada de estos residuos para cada sector en España, con datos de 1994.
INDUSTRIARESIDUOS
(1000 Tm/año)Conservas vegetales533Producción de aceites2.351Producción de vinos618Frutos secos2.244TOTAL5.746
El volumen de los residuos de actividades industriales sobrepasa los 5 millones de toneladas anuales, cifra que, sin duda, debe estimarse como muy alta para los cuatro tipos de industrias citadas, si se tiene en cuenta que gran parte de los residuos producidos por frutos secos son utilizados ya como aporte energético y que, por otro lado, el tonelaje obtenido por los residuos de las tres industrias restantes incluye humedad o agua que puede alcanzar porcentajes muy considerables como es el caso de las conservas vegetales.
De cualquier manera, la utilización actual de estos residuos y, por tanto, las disponibilidades de la fracción no utilizada varían considerablemente según las circunstancias socioeconómicas de cada zona.
Aunque la evaluación del potencial energético de estos residuos es compleja por las diversas circunstancias ya citadas, se puede calcular el potencial energético anual aproximado que ofrecen los residuos industriales orgánicos reseñados, que resulta ser de alrededor de 1,2 millones de tep.
LOS RESIDUOS URBANOS
Los núcleos de población producen diariamente grandes cantidades de residuos, que se pueden considerar incluidos dentro de dos grandes grupos: los residuos sólidos urbanos y las aguas residuales urbanas.
El tratamiento y eliminación de estos residuos constituye día a día un problemas más agobiante debido a su incesante crecimiento, a medida que aumenta la población y el nivel de vida de la misma.
Los residuos urbanos se caracterizan por su carácter localizado, por lo que parece evidente que sean los más aptos para un tratamiento a gran escala, debido a la menor incidencia del factor transporte en el coste de los procesos de transformación.
Estos procesos han de ser básicamente diferentes para los residuos sólidos y para las aguas residuales, debido al diferente estado físico en que se encuentran sendos productos residuales; además, la recolección de los mismos presenta diferentes problemáticas.
Los residuos sólidos
Se denominan residuos sólidos urbanos a aquellos materiales resultantes de un proceso de fabricación, transformación, utilización, consumo o limpieza, cuando su poseedor o productor los destina al abandono. La composición de estos residuos es función de varios factores, entre los que destacan el nivel de vida de la población, el período estacional, tipo de hábitat y clima.
Por otro lado, la producción media estimada de residuos sólidos urbanos en España se sitúa en los 1,0 kg/hab.día, variando la distribución de estos valores en función del tamaño de los núcleos urbanos.
La evaluación del potencial energético de los residuos sólidos urbanos implica, pues, una fase inicial de evaluación de las cantidades producidas en los distintos núcleos de población. Esto se ha obtenido en base a la composición y producción medias de los mismos en España, y considerando sólo los núcleos de población superiores a 10.000 habitantes. En la siguiente tabla se presentan los resultados correspondientes.
TIPOS DE
NUCLEOS
(habitantes)HABITANTES
TOTALES
(millones)RESIDUO
TOTAL
(1000 Tm/año)Valor
unitario
(kg/hab.día)BIOMASA
RESIDUAL
(1000 Tm/año)10.000 - 20.0005,61.561,40,761.092,820.000 - 100.00010,93.591,70,902.478,9100.000 - 1.000.00014,85.627,11,042.813,6> 1.000.0007,63.467,51,251.733,6TOTAL38,914.247,71,008.118,9
Los residuos orgánicos urbanos suponen más de 8 millones de Tm/año, pero la alta fiabilidad de este dato y su concentración, hace que estos residuos puedan ocupar un primer lugar a la hora de plantear la posible instalación de una planta de aprovechamiento energético de biomasa residual.
El poder energético de estos residuos destaca en España por su bajo valor. Debido al alto contenido en humedad de las basuras, oscila entre los 3,4 y los 6,7 MJ/kg. Tomando como valor medio un poder energético de 5 MJ/kg, el potencial de los residuos sólidos en España, bajo el punto de vista de ahorro de energía, ascendería a unas 950.000 tep/año, valor inferior al proporcionable por otros residuos, pero con la situación ventajosa de su concentración y su urgente necesidad de eliminación.
Las aguas residuales
Se denominan aguas residuales a los líquidos procedentes de la actividad humana que llevan en su composición gran parte de agua y que, generalmente, son vertidos a los ríos o al mar. Su composición es tanto inorgánica (sales, arenas, etc.) como orgánica (materiales biodegradables), por lo que su fracción sólida contiene una apreciable cantidad de biomasa residual.
Por lo tanto, el proceso de depuración de un agua residual no debe considerarse completo, simplemente por haber obtenido un agua depurada. Es preciso, además, eliminar los lodos generados, con un coste lo más reducido posible y sin impacto ambiental negativo apreciable.
El tratamiento de estos lodos con vistas a su aprovechamiento energético más conocido y utilizado en todo el mundo en numerosas plantas de tratamiento de aguas residuales es la digestión anaerobia para producir gas combustible.
Así, pues, con objeto de evaluar la cantidad de energía que se podría obtener a partir de esta fuente de biomasa residual, es necesario conocer previamente la cantidad de lodos generados por las plantas depuradoras actualmente en funcionamiento. La siguiente tabla muestra los datos estimados relativos a 1994.
TIPOS DE
NUCLEOS
(habitantes)HABITANTES
TOTALES
(millones)RESIDUO
TOTAL
(1000 m3/año)Valor
unitario
(kg/hab.día)BIOMASA
SECA
(1000 Tm/año)10.000 - 20.0005,64.3062,1215,320.000 - 100.00010,910.0002,5500,0100.000 - 1.000.00014,815.6942,9784,7> 1.000.0007,69.5832,5500,0TOTAL38,939.5832,82.000,0
Considerando el volumen de lodos de las plantas actualmente en operación y suponiendo que éstos contienen alrededor de un 5% en sólidos degradables, se tendrían unos 2 millones de Tm/año de biomasa seca. Aunque los procesos de digestión producen distintos rendimientos en gas, según las condiciones de operación, se puede aceptar una producción de 500 m3 de gas por tonelada de materia seca, con un poder calorífico de aquél de unos 25,1 MJ/m3.
Así, los cálculos correspondientes darían una cantidad de energía de cerca de 600.000 tep/año, que podría suponer un importante ahorro en las mismas plantas depuradoras de aguas residuales, si se instalan los sistemas adecuados de recuperación y transformación de esta energía.
La formación de la biomasa
LOS RESIDUOS COMO PROBLEMA
Es de sobra conocido el hecho de que se producen diariamente ingentes cantidades de desperdicios, tanto en las ciudades como en las zonas rurales. Teniendo en cuenta que la mayor parte de estos residuos son de carácter orgánico, es decir, constituyen la denominada biomasa residual, se puede llegar a comprender el hecho de que las grandes cantidades de residuos que no se aprovechan y contaminan el ambiente puedan constituir un enorme potencial para la producción de energía.
<imagen>En líneas generales, si se considera de forma conjunta toda la actividad humana, se puede estimar aproximadamente que se producen unas 2 toneladas de residuos de todo tipo por habitante y año, con un poder energético de unos 9.000 kW.h/año, equivalente a unos 800 litros de gasolina. Por otro lado, y con respecto a las basuras urbanas, es de destacar que cerca de la mitad de su peso está constituido por materia orgánica, y su producción media por habitante y año oscila entre los 600 y los 800 kg, con un valor energético de unos 2.500 kW.h/año. Obsérvese que una familia media gasta al año sólo en electricidad unos 3.000 kW.h.
EL TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS
El tratamiento de los residuos, en general, es una actividad costosa y tanto las instituciones públicas como las empresas privadas no han llevado a cabo esta labor con eficacia, bien por falta de una legislación adecuada o por carencia de medios económicos. Todo ello está contribuyendo, evidentemente, al deterioro del medio ambiente en grandes zonas de muchos países.
Un estudio detenido del posible aprovechamiento de los residuos con fines energéticos en los lugares en que se producen, arroja bastantes ventajas, algunas de las cuales se enumeran a continuación:
.Los residuos forman parte de un tipo de biomasa que ya existe (no hay que producirla) y cuya eliminación es un problema grave y de solución costosa. .En muchos casos, la biomasa residual está concentrada en lugares determinados por lo que, si se utiliza cerca del sitio de acumulación genera unos costes de transporte muy reducidos. .La utilización de los residuos para producir energía presenta como sistema de eliminación unas ventajas de carácter ambiental, como son una considerable reducción de su volumen, eliminación de plagas, incendios forestales y olores, mejora del paisaje y reducción de la contaminación del aire, agua y suelo. .Algunos métodos de aprovechamiento de la biomasa residual presentan la ventaja adicional de general productos ricos en nutrientes y, por tanto, susceptibles de ser utilizables como fertilizantes para fines agrícolas, lo que supone un ahorro de consumo de energía, materias primas y divisas.
TIPOS DE RESIDUOS
En general, se pueden definir los residuos como aquellos materiales generados en las actividades de producción, transformación y consumo que no han alcanzado en el contexto en que son generados, ningún valor económico.
Se siguen varios criterios para clasificar los distintos tipos de residuos, entre los que cabe destacar la naturaleza de su origen (agrarios, industriales, urbanos) o los tipos de materiales que los constituyen (orgánicos, plásticos, metálicos, etc.). Sin embargo, y teniendo en cuenta que nuestro interés aquí se centra en los residuos orgánicos, por ser biomasa, se pueden considerar tres grandes sectores de actividades que los producen, tal como muestra la siguiente tabla:
SECTOR ACTIVIDAD RESIDUOS
Primario Agraria Agrícolas Forestales Ganaderos
Secundario Transformación Industriales (industrias agrarias)
Consumo Urbanos Residuos sólidos urbanos (fracción orgánica) Aguas residuales (lodos de depuradora)
LOS RESIDUOS AGRARIOS: RESIDUOS AGRÍCOLAS
Se puede denominar residuo agrícola a la planta o a la porción de ella cultivada que es preciso separar para obtener el fruto o para facilitar el cultivo propio o posterior.
Existe una gran cantidad de residuos con potencial interés industrial y energético, que localmente pueden tener alguna utilidad, pero cuya eliminación constituye un problema en las labores de explotación agrícola.
Esta categoría de residuos se produce principalmente en los siguientes cultivos:
.Cereales grano, originando pajas. .Frutales y viñedo, cuya poda anual es una fuente considerable de material combustible. .Algunos cultivos industriales, como los textiles y oleaginosas, que producen como residuo los tallos.
En la siguiente tabla se muestran unos datos estimativos acerca de la producción de residuos en España por los cultivos citados, según datos de 1994.
TIPO DE
CULTIVOPRODUCCIÓN
(1000 Tm/año)COEFICIENTE DE
GENERACIÓN
(Tm res/Tm prod)PRODUCCIÓN DE
RESIDUOS
En definitiva, en España se producen anualmente unos 30 millones de toneladas de residuos agrícolas. Teniendo en cuenta que los residuos mencionados son de bajo contenido en humedad, es lógico pensar que se puedan transformar en energía útil por métodos termoquímicos (del tipo de la combustión). En estas condiciones, y asignando a este tipo de residuos un poder calorífico medio de 14,5 MJ/kg, se obtendría que el potencial teórico de los residuos agrícolas españoles equivaldría a una 10,4 millones de tep anuales (cerca de un 10% del consumo energético actual).
LOS RESIDUOS AGRARIOS: RESIDUOS FORESTALES
El monte supone un medio considerable de transformación de la energía solar. Sin embargo, los seres humanos no utilizan íntegramente toda la riqueza que suministra el monte y desperdician una parte considerable en forma de ramas, cortezas, serrín, etc. Este menor aprovechamiento energético se ha acusado en los últimos años con la aparición de combustibles gaseosos derivados del petróleo. El relativo bajo precio y, sobre todo, la comodidad de su uso, han originado un descenso en el consumo de residuos de madera como fuente energética.
Realmente, los residuos forestales son los que, durante siglos, han constituido la fuente energética más importante de la Humanidad.
La siguiente tabla muestra los valores aproximados de los residuos forestales producidos actualmente en nuestro país, con datos del Segundo Inventario Forestal Nacional (ICONA, 1986 a 1995).
Superficie arbolada (ha): 12.091.164CANTIDAD
(1000 Tm/año)RESIDUOS DE CORTE Y ELABORACIÓN DE LA MADERA:Residuos de ramas290,17Corteza, serrín y virutas de ramas79,42Corteza, serrín y virutas de madera1.110,31Hojas, tocones, raíces864,59Total2.344,49RESIDUOS DE TRATAMIENTOS SELVÍCOLAS:Residuos de madera de sierra370,46Residuos de madera de industria1.183,05Leña para astillas1.338,00Total2.891,51RESIDUOS FORESTALES TOTALES5.236,00
Como se puede observar, los residuos forestales (incluyendo aquéllos de las industrias de transformación primaria de la madera) generados anualmente suponen aproximadamente 5 millones de toneladas. Si se le asigna a esta biomasa (con un contenido en humedad muy bajo) un poder energético de 16,7 MJ/kg se obtendría un potencial energético de unos 2 millones de tep/año.
LOS RESIDUOS AGRARIOS: RESIDUOS GANADEROS
Tradicionalmente, los residuos producidos por el ganado constituían la única fuente fertilizante de los suelos agrícolas. Con la aparición de los fertilizantes, lamentablemente los estiércoles dejan de utilizarse en gran número de explotaciones, pues empieza a haber una separación entre agricultura y ganadería.
Actualmente, en aquellas explotaciones intensivas que no disponen de terrenos suficientes, se tiende a recoger las deyecciones en diferentes tipos de depósitos y, mediante tratamientos diversos, eliminarlas o llevarlas a lugares en que puedan tener alguna utilidad.
Aquí es donde puede contemplarse la inclusión de la tecnología energética, que podría atender a las necesidades locales de la granja o explotación ganadera.
Al tratarse de residuos de alto contenido en humedad, no es conveniente para su tratamiento utilizar procesos termoquímicos, por su bajísimo rendimiento en este caso. Sin embargo, la tecnología de la digestión anaerobia, proceso de tipo bioquímico que se discutirá más adelante, presenta grandes ventajas para su aplicación a este tipo de biomasa.
La posibilidad energética de estos residuos hace necesario conocer su cantidad. Este dato está basado en el denominado peso vivo, es decir, en el peso de los animales que integran la cabaña ganadera, al que se aplica el coeficiente de rendimiento de estiércol, que resulta ser aproximadamente de 20 kg de estiércol por kg de peso vivo. Las cifras que se ofrecen en la siguiente tabla se basan en las publicadas en el Anuario de Estadística Agraria 1994.
TIPO DE GANADORESIDUO TOTAL
(1000 Tm/año)RESIDUO RECOLECTABLE
(1000 Tm/año)Bovino33.66916.835Ovino12.767 Caprino1.553 Porcino21.84116.381Equino2.7541.102Aves5.6315.068Conejos505455TOTAL78.72039.841
Como se puede observar, la estimación de residuos ganaderos recolectables asciende anualmente a casi 40 millones de toneladas. Aunque el cálculo de la cantidad de gas (biogás) obtenible por digestión anaerobia es estos residuos depende de innumerables factores, se puede estimar que los residuos ganaderos producirían anualmente unos 2.000 millones de m3 de biogás, lo que representaría un potencial energético de alrededor de 1,2 millones de tep/año.
LOS RESIDUOS INDUSTRIALES
Sólo se consideran de interés como fuente energética los residuos de sectores industriales que, en principio, pueden generar mayor cantidad de residuos de naturaleza orgánica, en los que su eliminación supone un coste adicional en la empresa, que su valor sea escaso y se encuentren distribuidos en todo el territorio nacional.
Las industrias que cumplen aproximadamente estas condiciones, son las siguientes:
.Conservas vegetales. .Extracción de aceites. .Extracción de vinos. .Frutos secos.
La siguiente tabla muestra la producción estimada de estos residuos para cada sector en España, con datos de 1994.
INDUSTRIARESIDUOS
(1000 Tm/año)Conservas vegetales533Producción de aceites2.351Producción de vinos618Frutos secos2.244TOTAL5.746
El volumen de los residuos de actividades industriales sobrepasa los 5 millones de toneladas anuales, cifra que, sin duda, debe estimarse como muy alta para los cuatro tipos de industrias citadas, si se tiene en cuenta que gran parte de los residuos producidos por frutos secos son utilizados ya como aporte energético y que, por otro lado, el tonelaje obtenido por los residuos de las tres industrias restantes incluye humedad o agua que puede alcanzar porcentajes muy considerables como es el caso de las conservas vegetales.
De cualquier manera, la utilización actual de estos residuos y, por tanto, las disponibilidades de la fracción no utilizada varían considerablemente según las circunstancias socioeconómicas de cada zona.
Aunque la evaluación del potencial energético de estos residuos es compleja por las diversas circunstancias ya citadas, se puede calcular el potencial energético anual aproximado que ofrecen los residuos industriales orgánicos reseñados, que resulta ser de alrededor de 1,2 millones de tep.
LOS RESIDUOS URBANOS
Los núcleos de población producen diariamente grandes cantidades de residuos, que se pueden considerar incluidos dentro de dos grandes grupos: los residuos sólidos urbanos y las aguas residuales urbanas.
El tratamiento y eliminación de estos residuos constituye día a día un problemas más agobiante debido a su incesante crecimiento, a medida que aumenta la población y el nivel de vida de la misma.
Los residuos urbanos se caracterizan por su carácter localizado, por lo que parece evidente que sean los más aptos para un tratamiento a gran escala, debido a la menor incidencia del factor transporte en el coste de los procesos de transformación.
Estos procesos han de ser básicamente diferentes para los residuos sólidos y para las aguas residuales, debido al diferente estado físico en que se encuentran sendos productos residuales; además, la recolección de los mismos presenta diferentes problemáticas.
Los residuos sólidos
Se denominan residuos sólidos urbanos a aquellos materiales resultantes de un proceso de fabricación, transformación, utilización, consumo o limpieza, cuando su poseedor o productor los destina al abandono. La composición de estos residuos es función de varios factores, entre los que destacan el nivel de vida de la población, el período estacional, tipo de hábitat y clima.
Por otro lado, la producción media estimada de residuos sólidos urbanos en España se sitúa en los 1,0 kg/hab.día, variando la distribución de estos valores en función del tamaño de los núcleos urbanos.
La evaluación del potencial energético de los residuos sólidos urbanos implica, pues, una fase inicial de evaluación de las cantidades producidas en los distintos núcleos de población. Esto se ha obtenido en base a la composición y producción medias de los mismos en España, y considerando sólo los núcleos de población superiores a 10.000 habitantes. En la siguiente tabla se presentan los resultados correspondientes.
TIPOS DE
NUCLEOS
(habitantes)HABITANTES
TOTALES
(millones)RESIDUO
TOTAL
(1000 Tm/año)Valor
unitario
(kg/hab.día)BIOMASA
RESIDUAL
(1000 Tm/año)10.000 - 20.0005,61.561,40,761.092,820.000 - 100.00010,93.591,70,902.478,9100.000 - 1.000.00014,85.627,11,042.813,6> 1.000.0007,63.467,51,251.733,6TOTAL38,914.247,71,008.118,9
Los residuos orgánicos urbanos suponen más de 8 millones de Tm/año, pero la alta fiabilidad de este dato y su concentración, hace que estos residuos puedan ocupar un primer lugar a la hora de plantear la posible instalación de una planta de aprovechamiento energético de biomasa residual.
El poder energético de estos residuos destaca en España por su bajo valor. Debido al alto contenido en humedad de las basuras, oscila entre los 3,4 y los 6,7 MJ/kg. Tomando como valor medio un poder energético de 5 MJ/kg, el potencial de los residuos sólidos en España, bajo el punto de vista de ahorro de energía, ascendería a unas 950.000 tep/año, valor inferior al proporcionable por otros residuos, pero con la situación ventajosa de su concentración y su urgente necesidad de eliminación.
Las aguas residuales
Se denominan aguas residuales a los líquidos procedentes de la actividad humana que llevan en su composición gran parte de agua y que, generalmente, son vertidos a los ríos o al mar. Su composición es tanto inorgánica (sales, arenas, etc.) como orgánica (materiales biodegradables), por lo que su fracción sólida contiene una apreciable cantidad de biomasa residual.
Por lo tanto, el proceso de depuración de un agua residual no debe considerarse completo, simplemente por haber obtenido un agua depurada. Es preciso, además, eliminar los lodos generados, con un coste lo más reducido posible y sin impacto ambiental negativo apreciable.
El tratamiento de estos lodos con vistas a su aprovechamiento energético más conocido y utilizado en todo el mundo en numerosas plantas de tratamiento de aguas residuales es la digestión anaerobia para producir gas combustible.
Así, pues, con objeto de evaluar la cantidad de energía que se podría obtener a partir de esta fuente de biomasa residual, es necesario conocer previamente la cantidad de lodos generados por las plantas depuradoras actualmente en funcionamiento. La siguiente tabla muestra los datos estimados relativos a 1994.
TIPOS DE
NUCLEOS
(habitantes)HABITANTES
TOTALES
(millones)RESIDUO
TOTAL
(1000 m3/año)Valor
unitario
(kg/hab.día)BIOMASA
SECA
(1000 Tm/año)10.000 - 20.0005,64.3062,1215,320.000 - 100.00010,910.0002,5500,0100.000 - 1.000.00014,815.6942,9784,7> 1.000.0007,69.5832,5500,0TOTAL38,939.5832,82.000,0
Considerando el volumen de lodos de las plantas actualmente en operación y suponiendo que éstos contienen alrededor de un 5% en sólidos degradables, se tendrían unos 2 millones de Tm/año de biomasa seca. Aunque los procesos de digestión producen distintos rendimientos en gas, según las condiciones de operación, se puede aceptar una producción de 500 m3 de gas por tonelada de materia seca, con un poder calorífico de aquél de unos 25,1 MJ/m3.
Así, los cálculos correspondientes darían una cantidad de energía de cerca de 600.000 tep/año, que podría suponer un importante ahorro en las mismas plantas depuradoras de aguas residuales, si se instalan los sistemas adecuados de recuperación y transformación de esta energía.
La formación de la biomasa
|
El
modelo básico de captación y acumulación de la energía solar es el que
llevan
a cabo las especies vegetales verdes, única fuente energética
renovable
que conlleva asimismo un almacenamiento en forma de energía de
alta
calidad: la energía química. Este proceso ha mantenido la vida en la
Tierra
hasta nuestros días en forma de materia orgánica, que resulta ser
energía
solar almacenada y se denomina "energía de la biomasa".
|
"fotosíntesis", = transforman productos
minerales sin valor
energético, dióxido de carbono y agua, en
materiales orgánicos de alta energía.
EL ORIGEN DE LA BIOMASA: LA FOTOSÍNTESIS
La formación de materia viva o biomasa a partir de la luz solar se lleva a cabo por el proceso denominado fotosíntesis gracias al cual se producen grandes moléculas de alto contenido energético (en forma de energía química), cuyo coste de almacenamiento es nulo y, en principio, sin pérdidas.
La originalidad de esta tecnología es el hecho de que toma prestadas del medio ambiente natural la energía (fotones de luz) y las materias primas consumidas (carbono, hidrógeno, nitrógeno, potasio y fósforo). La acción de construir unos edificios ordenados (macromoléculas de glucosa, principalmente) a partir de elementos suministrados en desorden por la naturaleza (carbono, hidrógeno, oxígeno) exige, de acuerdo a las leyes de la Termodinámica, cantidades muy importantes de energía (673 kcal/mol de glucosa obtenida) de las cuales, la mayor parte es desechada a la atmósfera. Pero, a pesar de que el rendimiento termodinámico de la fotosíntesis es particularmente bajo, la operación resulta, no obstante, rentable, debido a la gratuidad de la energía solar y de la utilidad de los productos finales (principalmente alimentos).
La formación de materia viva o biomasa a partir de la luz solar se lleva a cabo por el proceso denominado fotosíntesis gracias al cual se producen grandes moléculas de alto contenido energético (en forma de energía química), cuyo coste de almacenamiento es nulo y, en principio, sin pérdidas.
La originalidad de esta tecnología es el hecho de que toma prestadas del medio ambiente natural la energía (fotones de luz) y las materias primas consumidas (carbono, hidrógeno, nitrógeno, potasio y fósforo). La acción de construir unos edificios ordenados (macromoléculas de glucosa, principalmente) a partir de elementos suministrados en desorden por la naturaleza (carbono, hidrógeno, oxígeno) exige, de acuerdo a las leyes de la Termodinámica, cantidades muy importantes de energía (673 kcal/mol de glucosa obtenida) de las cuales, la mayor parte es desechada a la atmósfera. Pero, a pesar de que el rendimiento termodinámico de la fotosíntesis es particularmente bajo, la operación resulta, no obstante, rentable, debido a la gratuidad de la energía solar y de la utilidad de los productos finales (principalmente alimentos).
Fuentes de biomasa para fines
energéticos
Hay 2 tipos de materiales orgánicos generados a
partir de la fotosíntesis:
Biomasa vegetal = generado a partir de la
fotosíntesis
Biomasa animal = producidos a través de la cadena
biológica
Esta última la biomasa animal se genera a través de
la biomasa residual
Mientras que loque hoy día se conoce como
combustibles fósiles (carbón, gas natural y petróleo) no es otra cosa que
"biomasa fósil"
LA BIOMASA Y SUS FORMAS
Como consecuencia de la actividad fotosintética de los vegetales, se forma una masa viviente que hemos denominado biomasa. Sin embargo, ésta es transformada posteriormente en los distintos niveles de seres vivos que conocemos. Por tanto, se puede hablar de biomasa vegetal cuando ésta se produce directamente como consecuencia de la fotosíntesis, mientras que aquélla biomasa que producen los seres que no son capaces de elaborar los productos químicos sólo con la ayuda de la energía solar, es decir, que utilizan en su alimentación la biomasa vegetal, la podríamos denominar biomasa animal.
Así pues, en un sentido amplio del término, se puede definir como biomasa al conjunto de materiales orgánicos generados a partir de la fotosíntesis o bien evolucionados en la cadena biológica.
Los seres humanos y los animales utilizan sólo una parte de la biomasa a su disposición, constituyendo el resto un residuo en gran medida no utilizado. Incluso en gran porcentaje de la parte utilizada es devuelta a la naturaleza como residuo. Tanto el primer caso, residuos de producción, como en el segundo, residuos de consumo o transformación, son fundamentalmente orgánicos, lo que permite definir el término biomasa residual como la originada de la forma expuesta.
Finalmente, a nadie se le oculta que lo que hoy se conoce como combustibles fósiles, carbón, gas natural y petróleo, no es otra cosa que biomasa (biomasa fósil), que se produjo en determinados períodos geológicos y, una vez enterrada, bien a través de mecanismos bioquímicos o bien por condiciones físico-químicas o por la conjunción de ambos tipos de acciones, generaron aquéllos.
Digamos como resumen que se puede definir el concepto de biomasa como el conjunto de plantas terrestres y acuáticas; sus residuos o subproductos; los residuos o subproductos derivados de la transformación de dichas plantas, bien por los animales que se alimentan de ellas o por los procesos tecnológicos de las industrias alimentarias.
Como consecuencia de la actividad fotosintética de los vegetales, se forma una masa viviente que hemos denominado biomasa. Sin embargo, ésta es transformada posteriormente en los distintos niveles de seres vivos que conocemos. Por tanto, se puede hablar de biomasa vegetal cuando ésta se produce directamente como consecuencia de la fotosíntesis, mientras que aquélla biomasa que producen los seres que no son capaces de elaborar los productos químicos sólo con la ayuda de la energía solar, es decir, que utilizan en su alimentación la biomasa vegetal, la podríamos denominar biomasa animal.
Así pues, en un sentido amplio del término, se puede definir como biomasa al conjunto de materiales orgánicos generados a partir de la fotosíntesis o bien evolucionados en la cadena biológica.
Los seres humanos y los animales utilizan sólo una parte de la biomasa a su disposición, constituyendo el resto un residuo en gran medida no utilizado. Incluso en gran porcentaje de la parte utilizada es devuelta a la naturaleza como residuo. Tanto el primer caso, residuos de producción, como en el segundo, residuos de consumo o transformación, son fundamentalmente orgánicos, lo que permite definir el término biomasa residual como la originada de la forma expuesta.
Finalmente, a nadie se le oculta que lo que hoy se conoce como combustibles fósiles, carbón, gas natural y petróleo, no es otra cosa que biomasa (biomasa fósil), que se produjo en determinados períodos geológicos y, una vez enterrada, bien a través de mecanismos bioquímicos o bien por condiciones físico-químicas o por la conjunción de ambos tipos de acciones, generaron aquéllos.
Digamos como resumen que se puede definir el concepto de biomasa como el conjunto de plantas terrestres y acuáticas; sus residuos o subproductos; los residuos o subproductos derivados de la transformación de dichas plantas, bien por los animales que se alimentan de ellas o por los procesos tecnológicos de las industrias alimentarias.
La obtención de energía útil a partir
de la biomasa puede conseguirse
1.
indirectamente, mediante su transformación en productos industriales que
sustituyen a otros, costosos en energía
fósil,
2.
directamente, utilizándola como combustible. En este último caso, se
presentan dos posibilidades:
1.
1.
Utilizar como fuente de biomasa los llamados
"cultivos energéticos", es decir, plantaciones destinadas
exclusivamente a producir energía
2.
Utilizar como fuente de biomasa los residuos
Los residuos son el resultado del de sarrollode la
civilización actual, y están creando un problema por su magnitud y sus
consecuencias. Como la mayor parte de ellos son de carácter orgánico (biomasa
residual), se puede suponer que presentan un enorme potencial para la
producción de energía.
LOS RESIDUOS COMO PROBLEMA
Es de sobra conocido el hecho de que se producen diariamente ingentes cantidades de desperdicios, tanto en las ciudades como en las zonas rurales. Teniendo en cuenta que la mayor parte de estos residuos son de carácter orgánico, es decir, constituyen la denominada biomasa residual, se puede llegar a comprender el hecho de que las grandes cantidades de residuos que no se aprovechan y contaminan el ambiente puedan constituir un enorme potencial para la producción de energía.
<imagen>En líneas generales, si se considera de forma conjunta toda la actividad humana, se puede estimar aproximadamente que se producen unas 2 toneladas de residuos de todo tipo por habitante y año, con un poder energético de unos 9.000 kW.h/año, equivalente a unos 800 litros de gasolina. Por otro lado, y con respecto a las basuras urbanas, es de destacar que cerca de la mitad de su peso está constituido por materia orgánica, y su producción media por habitante y año oscila entre los 600 y los 800 kg, con un valor energético de unos 2.500 kW.h/año. Obsérvese que una familia media gasta al año sólo en electricidad unos 3.000 kW.h.
Es de sobra conocido el hecho de que se producen diariamente ingentes cantidades de desperdicios, tanto en las ciudades como en las zonas rurales. Teniendo en cuenta que la mayor parte de estos residuos son de carácter orgánico, es decir, constituyen la denominada biomasa residual, se puede llegar a comprender el hecho de que las grandes cantidades de residuos que no se aprovechan y contaminan el ambiente puedan constituir un enorme potencial para la producción de energía.
<imagen>En líneas generales, si se considera de forma conjunta toda la actividad humana, se puede estimar aproximadamente que se producen unas 2 toneladas de residuos de todo tipo por habitante y año, con un poder energético de unos 9.000 kW.h/año, equivalente a unos 800 litros de gasolina. Por otro lado, y con respecto a las basuras urbanas, es de destacar que cerca de la mitad de su peso está constituido por materia orgánica, y su producción media por habitante y año oscila entre los 600 y los 800 kg, con un valor energético de unos 2.500 kW.h/año. Obsérvese que una familia media gasta al año sólo en electricidad unos 3.000 kW.h.
El tratamiento de residuos es una
actividad costosa, pero su posible aprovechamiento
con fines energéticos ha
demostrado tener considerables ventajas, debido a
los beneficios que
generaría.
tres grandes sectores que producen residuos
distintos:
1.
1.
Residuos agrarios
2.
Residuos industriales
3.
Residuos urbanos
Los residuos agrarios son una consecuencia del
sector primario de la
actividad humana y entre ellos se puede considerar,
a su vez, tres grandes
grupos:
Residuos agrícolas: fracción de las plantas
cultivadas que es preciso
separar para obtener el fruto o para facilitar el
cultivo; destacan las
pajas de cereales, los residuos de poda de frutales
y viñedo y los tallos
de cultivos textiles y de oleaginosas
Residuos forestales: constituídos por
ramas, cortezas, virutas, serrín,
hojas, tocones y raíces que se originan
en la elaboración de madera o
en la limpieza de los montes
Residuos ganaderos: deyecciones de los animales
estabulados en las
explotaciones ganaderas
En general, los residuos industriales con posible
consideración energética
son los derivados de las industrias de conservas
vegetales, producción de
aceites, vinos y frutos secos, aunque localmente
pudieran ser importantes
industrias de otro tipo, generadoras de biomasa
residual.
Finalmente, los residuos urbanos se generan
diariamente en grandes
cantidades en los núcleos de población, pudiéndose
considerar incluidos
dentro de dos grandes grupos:
Residuos sólidos urbanos: materiales generados en
los procesos de
consumo humano que son destinados al abandono;
constituyen la
biomasa residual más aprovechable ya que está
concentrada, es
imprescindible su recogida y es necesario su
transporte
Aguas residuales urbanas: líquidos procedentes de
la actividad
humana, cuya fracción sólida contiene una
apreciable cantidad de
biomasa residual; su depuración genera unos fangos
que poseen una
alta carga contaminante, que es necesario reducir
CONCLUSIÓN
La utilización de todos estos tipos de residuos con
fines energéticos será,
pues, un sistema de eliminación con ventajas
medioambientales y que,
además, podría generar productos valiosos; de ahí
el interés que presenta
esta fuente de biomasa.
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