Biomasa y biocombustibles

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Biomasa y biocombustibles:

Biomasa y biocombustibles La energía del futuro

¿Qué es la biomasa y para que sirve?:

¿Qué es la biomasa y para que sirve? Según el diccionario de la RAE, la biomasa es el conjunto de materia orgánica de origen vegetal, animal o procedente de la transformación natural o artificial de la misma, que haya tenido su origen inmediato como consecuencia de un proceso biológico . Las plantas transforman la energía radiante del Sol en energía química a través de la fotosíntesis, y parte de esa energía química queda almacenada en forma de materia orgánica; esta energía puede recuperarse quemando la materia orgánica (biomasa) directamente o transformándola en combustible para su posterior combustión. Al producirse de una manera natural, y siendo los elementos que utiliza inagotables, es considerada como una fuente de energía renovable.

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La biomasa puede ser útil directamente como materia orgánica en forma de abono y tratamiento de suelos (por ejemplo, el uso de estiércol o de abonos vegetales). Tampoco hay que olvidar su utilidad más común: servir de alimento a muy diversos organismos. Sin embargo, en las últimas décadas, se está potenciando un nuevo uso de ésta: la biomasa como recurso energético. O bien es empleada la energía producida durante su combustión, o bien es transformada en combustible que puede ser aprovechado más tarde. La biomasa ha existido en prácticamente todos los períodos de la vida de la Tierra. Es más, lo que hoy se conoce como combustibles fósiles (carbón, gas natural o petróleo) no es otra cosa que biomasa que se produjo en determinados periodos geológicos y una vez enterrada se transformó en estas sustancias mediante diversos mecanismos.

Tipos de biomasa:

Tipos de biomasa Biomasa natural: Se produce en la naturaleza sin intervención humana. Por ejemplo, la caída natural de ramas de los árboles en los bosques. La explotación intensiva de este recurso no es compatible con la protección del medio ambiente, porque frena o impide la formación del suelo Biomasa residual: Es la biomasa originada como residuo al emplearse ésta con otros fines, incluye: Residuos forestales y agrícolas. Residuos de industrias. Residuos sólidos urbanos. Residuos biodegradables, con altos contenidos de humedad (efluentes ganaderos, lodos de depuradoras, aguas residuales urbanas…) Cultivos energéticos. Son los cultivos vegetales realizados con el único objetivo de ser aprovechados energéticamente (biocombustibles). Se caracterizan por la gran producción de materia viva por unidad de tiempo y la minimización de los cuidados del cultivo. Excedentes agrícolas. Son los excedentes agrícolas que no se emplean en la alimentación humana, que pueden ser considerados como biomasa y pueden aprovecharse para la elaboración de biocombustibles líquidos.

Ventajas de la utilización de la biomasa:

Ventajas de la utilización de la biomasa Energía renovable : Es una fuente inagotable de energía ya que proviene de la energía solar en su totalidad. Presenta la garantía de disponibilidad constante y segura del combustible. Aprovechamiento completo : Independientemente del método usado para su aprovechamiento o transformación, cualquier tipo de biomasa (sólida o líquida) se puede aprovechar completamente. Existen tantas tecnologías y procesos de transformación que pueden satisfacer todas las exigencias y necesidades domésticas y de la industria. No requiere nuevas tecnologías : La biomasa fue el primer combustible que usó el hombre en la búsqueda de mejorar sus condiciones de vida. Existen numerosas tecnologías que permiten su transformación y aprovechamiento; desde las más simples que no requieren grandes inversiones ni grandes adelantos tecnológicos, hasta sistemas que utilizan la más avanzada tecnología. Como fuente de energía alternativa en la actualidad cobra fuerza en los países subdesarrollados sin la acuciante necesidad de disponer de avanzadas tecnologías y recientes adelantos tecnológicos.

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Reduce el deterioro medioambiental : Durante la producción de biomasa se fija el dióxido de carbono del aire y se desprende oxígeno, aportándolo a la atmósfera y enriqueciéndola de esta manera en este componente. Todo este fenómeno trae como consecuencia que el dióxido de carbono que se desprende en los procesos de aprovechamiento de los materiales biomásicos no aumenta los niveles de esta sustancia que fue absorbida con anterioridad, sino que envía a la atmósfera una sustancia que fue extraída de ésta; de esta forma se puede decir que el CO2 se mantiene. Incluso se puede afirmar que la cantidad de CO2 presente en la atmósfera disminuye, ya que las plantas absorben más CO2 que el que se llega a producir por la generación de energía a partir de la combustión de la biomasa. Esta característica es muy importante porque preserva el medio ambiente.

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Proporciona puestos de trabajo : Según cálculos realizados por varios organismos internacionales y de diversos países el uso y explotación de la biomasa intensifica la creación de empleo con relación a las fuentes energéticas tradicionales. Por cada 1.000 tep generadas a partir de las fuentes renovables de energía se crean 4,6 puestos de trabajo, 3,3 más que con las fuentes tradicionales de energía. Esta característica debe ser tenida en cuenta sobretodo en los países desarrollados, donde existen elevadas tasas de desempleo. Ahorra divisas y disminuye la dependencia energética del exterior : Con la garantía de poder disponer del combustible autóctono se reduce la dependencia energética respecto de otros países. Al cultivar y explotar la biomasa en su territorio, el país tiende a mejorar y equilibrar la balanza comercial al tener asegurado el abastecimiento de energía en sí mismo, sin tener que comprarlo en el exterior.

Inconvenientes de la utilización de la biomasa :

Inconvenientes de la utilización de la biomasa Dispersión : Para aprovechar toda la producción de un cultivo determinado o de la producción residual de cierta industria hacen falta grandes volúmenes de biomasa vegetal, y por tanto amplias plantaciones y extensas superficies de tierra, que suelen ser resultado de la tala de bosques. Además de que seguramente se tendrá la necesidad de disponer de distintos tipos de biomasa vegetal para obtener, mediante su mezclado, los requerimientos energéticos básicos. No existen demasiados lugares idóneos para su aprovechamiento ventajoso, y en los pocos que existen aparece un agotamiento del suelo fruto de una producción masiva y continua Producción estacional : Dada la variedad de cultivos que presenta la biomasa vegetal es obvia la disponibilidad de la materia prima de manera estacional (según la época de recolección). En este aspecto es importante poder disponer de tecnologías de aprovechamiento energético de la biomasa capaces de utilizar diferentes tipos de biocombustibles sin grandes diferencias en el rendimiento energético. Una forma de eliminar este inconveniente en las instalaciones de obtención de energía a partir de biomasa vegetal es mediante la instalación de varias tolvas de alimentación al combustor , que mezclando la proporción adecuada de cada tipo de biomasa disponible en cada estación del año, permita mantener estable la potencia térmica del sistema.

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Necesidad de acondicionamiento o transformación para su utilización : Hay casos en los que es imprescindible aplicar ciertos tratamientos a la biomasa, acondicionarla y transformarla de manera que esté en condiciones de que sea factible su uso. Procesos como el molido, el tamizado, el secado, etc., suelen ser necesarios, aumentando los costos. Utilización de alimentos comestibles : La utilización de cultivos de vegetales comestibles o el cambio de cultivo en tierras hasta ese momento dedicadas a la alimentación, que pasan a dedicarse al cultivo de vegetales destinados a producir biocombustibles, producen un encarecimiento de la dieta de los países más pobres, aumentando el problema del hambre en el mundo, aunque no afectan a los países desarrollados. Emisión de sustancias tóxicas : La incineración de la biomasa puede resultar peligrosa y produce sustancias toxicas. Por ello se deben utilizar filtros y realizar la combustión a temperaturas mayores a los 900 °C.

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Costo de recolección, transporte y almacenamiento : El hecho de que la biomasa vegetal proceda mayoritariamente de cultivos o de materiales residuales implica tener la necesidad de recoger, recolectar e incluso cosechar para almacenar las cantidades suficientes de combustible. La baja densidad implica que el costo del transporte aumente, ya que hay que gastar más para lograr el mismo suministro energético que con otro tipo de combustibles. En cuanto al almacenamiento, dada la estacionalidad y su baja densidad, hay que destinar un amplio espacio para poder mantener almacenado el combustible a emplear durante el período de consumo.

Los cultivos energéticos:

Los cultivos energéticos Introducción Los cultivos energéticos son el cultivo de cosechas atendiendo al valor que poseen como combustible, es decir, teniendo en cuenta su potencial energético como cuestión más importante. Recientemente, y como consecuencia de la crisis energética, se ha empezado a considerar seriamente la posibilidad de producir biomasa vegetal transformable en energía. Sin embargo, por falta de información, existen muchas dudas sobre su alcance desde el punto de vista económico e impactos social y ecológico. La Agroenergética es un nuevo enfoque del cultivo de la Tierra en el que se pretende utilizar cultivos vegetales para fijar la mayor cantidad posible de energía solar y acumularla en la biomasa vegetal para ser aprovechada con fines energéticos. Actualmente solo se obtienen pequeñas cantidades de energía procedentes de esta fuente; su rentabilidad económica y energética debe ser objeto de investigación para que se pueda llevar a cabo esta actividad de forma masiva en un futuro no muy lejano. Al realizar balances energéticos para cualquier cultivo, en la mayoría de los casos se obtiene un resultado neto negativo, es decir, un consumo de energía en el cultivo y recolección mayor que el que se produce como biomasa. Sin embargo, cuando se analiza un cultivo energético es necesario que éste aporte más energía que la que recibe, siendo entonces una característica obligatoria del cultivo energético que su balance energético siempre sea positivo.

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Sin embargo, existe un grave problema, y es que de la energía total presente en la biomasa sólo se puede obtener un pequeño porcentaje (ya que gran parte de la energía se degrada, y además las reacciones utilizadas para la obtención de dicha energía poseen un rendimiento muy bajo). Además, las “plantaciones de energía” ocupan grandes terrenos que, si no tuvieran ese tipo de cultivos, podrían albergar plantaciones con fines alimentarios. El método de las "plantaciones de energía" no es por lo tanto el más indicado para abastecer de energía a los grandes centros de demanda. Para estos fines es más adecuado obtener la energía de centrales nucleares, térmicas o hidroeléctricas. La Agroenergética parece estar más indicada para suministrar energía a núcleos agroindustriales de no muy alta demanda energética, en los que se dividiesen las superficies de cultivo de acuerdo con la población existente para proporcionar energía y alimento a todo el complejo agroindustrial.

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Lugares en los que plantar cultivos energéticos satisfactoriamente Los cultivos energéticos se implantarían en zonas periféricas poco pobladas de escasa productividad natural, en las que los cultivos protegerían el suelo contra la erosión y aumentarían su contenido en materia orgánica. Podría aumentarse la variabilidad de las especies al no ser necesaria la monoespecificidad de los cultivos, con lo que también aumentaría la estabilidad del ecosistema, y como consecuencia éste sería capaz de aumentar su productividad. La reutilización de los residuos del proceso de producción y transformación de la biomasa en el mismo tratamiento al cultivo haría mejorar el balance de materia orgánica en el suelo. Cultivos tradicionales Los cultivos tradicionales son aquellos que el hombre ha venido utilizando desde hace mucho tiempo, no solo para obtener alimentos, sino también para obtener otros productos que puedan ser usados industrialmente. Tratándose de utilizar algunos de estos cultivos con fines energéticos, es necesario distinguir aquellos que puedan destinarse exclusivamente a la producción de energía de los que puedan ser competitivos con la producción de alimentos. La viabilidad de estos últimos podría ser muy discutible, ya que esta competitividad tendería a ofrecer más dificultades que ventajas a largo plazo, salvo que se usasen como materia prima energética los excedentes de la cosecha.

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Diferencias entre cultivos destinados a la alimentación (agroalimentarios) y los destinados a la producción de energía ( agroenergéticos ): En los cultivos agroalimentarios, el objetivo final es obtener alimentos de buena calidad, mientras que en los agroenergéticos , la finalidad es la obtención de la mayor cantidad de biomasa transformable en energía. Las especies que se cultivan con fines energéticos pueden ser distintas a las que se cultivan con fines alimentarios o industriales, creando plantaciones específicas en una misma superficie de cultivo. En los cultivos agroalimentarios se suele utilizar solamente una parte de la biomasa producida, mientras que en los agroenergéticos interesa toda la biomasa producida que sea recolectable . Tanto el marco de plantación como la época de recolección puede variar para una misma especie, según para que se quieran usar los productos cultivados.

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Al grupo de cultivos tradicionales pertenecen, entre otras especies, la caña de azúcar, el trigo, la cebada, el maíz, el sorgo dulce o azucarero, la remolacha, la yuca (mandioca), la patata, el boniato (batata), la pataca, el nabo, el aguacate, el girasol, la alcachofa, la soja, la colza y el arroz. Todas estas especies tienen determinadas exigencias climáticas, así como la necesidad de terrenos fértiles y agua, por lo que, inevitablemente, su cultivo significa una gran competencia con los cultivos alimentarios. Entre las plantaciones forestales tradicionales consideradas más adecuadas para cultivos energéticos, las más importantes son las de eucalipto, álamo, sauce y acacia. Cultivos poco frecuentes Desde que surgió la idea de desarrollar los cultivos energéticos, se han iniciado proyectos de prospección de especies silvestres en todo el mundo (algunas de ellas ya se cultivaban pero no con fines energéticos). La principal ventaja de este tipo de especies sería su adaptabilidad a las condiciones de los terrenos donde se ubicasen. En principio, se ha centrado la atención en especies de alta producción de biomasa en condiciones de suelo y clima desfavorables (suelos pobres y áridos) con vistas a un aprovechamiento total de la biomasa producida.

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Cultivos acuáticos Los océanos cubren casi el 70% de la superficie de la Tierra: desde el punto de vista de la energía solar poseen entre 5 a 10 veces más superficie productiva que la tierra. Hasta el momento no se ha abordado profundamente la creación de cultivos en explotaciones marinas, sin embargo el crecimiento de la población y la demanda creciente de alimentos y productos energéticos, han vuelto en gran medida la atención hacia esta posible forma de obtención de biomasa. El cultivo de plantas marinas por excelencia es el de las algas. Entre las especies de algas explotadas se encuentran Macrocystis , Nerocystis y Alaria. Estos cultivos rebrotan después de cada corte, por lo que no es necesario sembrar anualmente. Se deben explotar en granjas marinas debido a que si no se hace muy difícil su recolección posterior. También hay que destacar entre las algas las Chlorella , Scenedesmus y Spirulina . Su importancia radica en su alto contenido en proteínas (alrededor del 50% de la materia seca). Actualmente se utilizan algas unicelulares en grandes bolsas de tratamiento de aguas residuales, donde se reproducen con gran facilidad, generando una considerable cantidad de biomasa que puede ser cosechada y transformada en metano por digestión anaerobia. Dentro de este tipo de cultivos podemos encontrar tres especies de cardos silvestres, el tupinambo, las chumberas, el sorgo, el ágave , la caña de provenza , la jartropa , las gramíneas y los helechos, además del café (debido a su pulpa rica en azúcares).

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Cultivos de plantas productoras de combustibles líquidos La mayor parte de los vegetales almacena su energía básicamente en forma de hidratos de carbono (azúcares, almidón, celulosa…). Sin embargo, existen otros que presentan una cobertura de residuo leñoso y ciertas sustancias en su interior que, con un tratamiento sencillo, pueden ser usadas como combustibles directamente, por sus propiedades parecidas a los derivados del petróleo. A este grupo pertenecen, entre otras especies, la palma africana, la palma babasu , la palma de coco, la tabaiba, la jojoba, el alga elástica, el ricino, la copaiba, el guayule y el árbol del caucho. Conclusión cultivos energéticos La integración de este tipo de cultivos en el sistema económico de un país depende de diversos factores, principalmente agrícolas. Sin embargo, desde el punto de vista social, la implantación de esta nueva forma de agricultura traería grandes beneficios. Beneficios: Pueden liberar, en parte, a un país de su dependencia energética exterior; no necesitan de nuevas tecnologías, basta con aplicar los conocimientos científicos y técnicos actuales; permiten utilizar y revalorizar las tierras abandonadas; mejoran la calidad del medio ambiente, debido al uso de combustibles más limpios y generan empleo, ya que se necesitan trabajadores para cultivar las tierras. Inconvenientes: El país debe disponer de suficiente terrenos cultivables para los cultivos energéticos y el agua podría actuar como limitante para la implantación de un cultivo dado.

Procesos de transformación de la biomasa en energía:

Procesos de transformación de la biomasa en energía

Biocombustibles:

Biocombustibles Los biocombustibles líquidos son productos que se están usando como sustitutivos de la gasolina y del gasóleo y que son obtenidos a partir de la biomasa. Bioetanol : Alcohol producido por fermentación de productos azucarados (como la remolacha o la caña de azúcar) o a partir de los granos de cereales (el trigo, la cebada y el maíz), transformando antes el almidón contenido en ellos en azúcares. No obstante, su producción puede llevarse a cabo tanto a partir de residuos agrícolas o forestales como a partir de residuos industriales o urbanos. Los desechos agrícolas y forestales, materias primas ricas en celulosa, son los que más abundan y cuya utilización tiene un menor costo. Sin embargo, en la actualidad la obtención de etanol a partir de estos residuos no resulta rentable, debido a que la conversión de la celulosa en azúcares complejo y costoso. El bioetanol se utiliza en vehículos como sustitutivo de la gasolina, como único combustible o en mezclas. El empleo del etanol como único combustible debe realizarse en motores específicamente diseñados para bioetanol . Sin embargo, el uso de mezclas no requiere cambios significativos en los vehículos, simplemente se requiere la deshidratación del alcohol. En la actualidad, los principales productores de bioetanol como combustible son Brasil, Estados Unidos y Canadá. Brasil produce a partir de la caña de azúcar, mientras que Estados Unidos y Canadá lo hacen a partir del maíz (combinado con trigo y cebada). Aproximadamente unos 5.670 millones de litros se agregan por año a la gasolina con el objetivo de optimizar el rendimiento de los vehículos y disminuir la polución atmosférica.

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Biodiésel : Éster que se produce a partir de diversos tipos de grasa o aceite, que pueden ser tanto de origen vegetal (aceites de soja, colza o girasol) como de origen animal. La elaboración del biodiésel está basada en la llamada transesterificación de los triglicéridos (los aceites vegetales son triglicéridos, es decir, tres cadenas moleculares largas de ácidos grasos unidas a un alcohol). En esta reacción, los triglicéridos reaccionan con metanol o etanol para dar monoésteres y glicerol. Estos ésteres ( biodiésel ) se mezclan con el combustible diésel convencional en cualquier proporción o se utilizan como combustible puro ( biodiésel 100%) en cualquier motor diésel (el único requisito sería reemplazar los conductos de goma del circuito del combustible por otros de materiales como el vitón , debido a que el biodiesel ataca a los primeros). El glicerol desplazado se recupera como un subproducto de la reacción (esto es un factor positivo, ya que la glicerina se puede usar en otros procesos de interés industrial).

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Biogás : Gas creado mediante la fermentación bacteriana de la materia orgánica en condiciones anaerobias. Puede realizarse tanto en medios naturales como en dispositivos específicos para la creación del gas. El producto obtenido se encuentra formado principalmente por metano, dióxido de carbono y monóxido de carbono, aunque también se encuentran otros gases en menor proporción. Para su obtención se puede utilizar como materia prima excrementos animales, los residuos de la caña de azúcar, los residuales de mataderos, destilerías y fábricas, la pulpa y la cáscara del café y la materia seca vegetal. La composición y propiedades del biogás son muy similares a las del gas natural.

Biocombustibles de segunda generación:

Biocombustibles de segunda generación Los actuales biocombustibles generan cada vez más dudas acerca de su viabilidad y su impacto medioambiental. Por ello, diversas investigaciones y proyectos tecnológicos en todo el mundo están trabajando en el desarrollo de una segunda generación que contrarreste estos inconvenientes. Las posibilidades en cuanto a materias primas y tecnologías son diversas, y los expertos creen que en los próximos años podrían estar ya en los depósitos de nuestros vehículos. La diferencia fundamental de los nuevos carburantes de segunda generación con respecto a los actuales es que se van a elaborar a partir de mejores procesos tecnológicos y materias primas que no se destinan a la alimentación y se cultivan en terrenos no agrícolas o marginales. De esta manera, la polémica generada por los actuales de sustituir alimento por carburante quedaría zanjada. Los principales países que están apostando por estos nuevos biocombustibles son Alemania, Estados Unidos y Suecia, investigando para su implantación a gran escala. En Suecia, por ejemplo, hay un plan gubernamental para sustituir completamente el petróleo en el transporte por combustibles de origen vegetal para 2020. Diversas empresas petroleras como Chevron y Shell están también realizando importantes inversiones.

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Entre los biocombustibles de segunda generación se encuentran los producidos a partir de árboles de crecimiento rápido (álamo y sauce), del mirto, del sorgo, de la Jartropha , del cardo silvestre, de las cáscaras de los cítricos, de las algas, del fitoplancton, de la glicerina, del whisky, de la cerveza, de los palillos para comer, de las larvas de insectos, de las termitas, de la pulpa del café… Otras ventajas que presentan este tipo de biocombustibles son que no necesitan tantos recursos (fertilizantes, pesticidas, agua…) para ser producidos, pueden servir para recuperar terrenos erosionados en laderas o zonas desertificadas, fijan grandes cantidades de CO2 atmosférico, pueden abaratar los costes de producción respecto a los actuales biocombustibles a largo plazo y pueden desarrollarse en Europa o EEUU, sin que sean necesarios climas tropicales.

FIN:

FIN Trabajo realizado por: Fernando Bello Bermejo Bibliografía: Biomasa: http://es.wikipedia.org/wiki/Biomasa Biocombustibles: http://es.wikipedia.org/wiki/Biocombustibles Biocombustibles de 2ª generación: http://www.ecoticias.com/biocombustibles/25985/medio-ambiente-definicion-noticias-contaminacion-cambio-climatico-calentamiento-global-ecologia-ecosistema-medioambiente-medioambiental-impacto-politica-gestion-legislacion-educacion-responsabilidad-tecn

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