4.cañamo y energia

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Capítulo 4: Cáñamo y energía

Junio 200381

4. CÁÑAMO Y ENERGÍA

Este capítulo describe el cáñamo y su potencial en el sector de la energía,

tanto en el campo del aprovechamiento mediante la incineración de la biomasalignocelulósica, o la obtención de biocombustible a partir del aceite de suscañamones.

4.1- Cultivo energético

Este apartado describe los antecedentes del cáñamo como cultivo energéticoasí como las diferentes vías de procesamiento de su biomasa.

4.1.1- Antecedentes

El cáñamo es una planta versátil, perfilándose como un posible cultivoenergético, gracias a su elevada productividad, alto contenido en aceite y conun potencial impacto ambiental bajo, en su ciclo de vida, (ver tabla 4.1);

Tabla 4.1: Cáñamo como cultivo energético

Características interesantes Fuente Alta productividad de materia vegetal,de 4.500 kg./ha en cultivo de secanoa 12.000 kg./ha en regadío

GORCHS 2000DIPPENAAR 1996

Producción de semilla: 0’5 a 2.000 Kg de semilla / ha,con un alto contenido en aceite, un 30% del peso

CALLAWAY 1996PATE 1996

Producción de aceite: 363 litros /ha o 305 kg./ha www.hort.purdue.edu

Adaptable al medio que lo sustenta, se trata de uncultivo poco exigente en cuanto a nutrientes y nonecesita tratamientos fitosanitarios.

BIEWINGA 1996

(Elaboración propia, sobre la base de las fuentes citadas)

Cáñamo como fuente energética

Una revisión de la bibliografía sobre el tema, muestra numerosas citas yantecedentes de un aprovechamiento energético del cáñamo, tanto comofuente de biomasa vegetal como biocombustible líquido para motores decombustión. Las ventajas del cultivo de cáñamo respecto a otros cultivos, es sualta producción de biomasa vegetal y su alta adaptabilidad al medio.

- Desde una perspectiva global, el planeta, el clima, y los tipos de terreno, elcannabis es por lo menos cuatro veces más rico en potencial de celulosa,



“Análisis ambiental del aprovechamiento energético del cáñamo” Xaquín Acosta Casas

Ciencias Ambientales UAB 82

biomasa renovable, que sus competidores del reino vegetal, (maíz, caña deazúcar, kenaf, árboles, etc.)” (GOLD, 1990).

- El cáñamo es un cultivo herbáceo anual, de ciclo rápido y alta producción de

biomasa, de 5 a 18 tn de paja seca/ha según la disponibilidad de nutrientes yagua. También es interesante saber que sus cañamones poseen un 30% deaceite, susceptible de ser usado como biodiesel. Lo normal es obtener de 0’5 a1 tn de semillas/ha (PATE, 1996).

- Una vez compactada, la planta entera puede usarse como combustible sólido,son varias las tecnologías para la transformación en biocombustible, el aceitepuede utilizarse como biodiesel. En condiciones óptimas el cáñamo puedealcanzar las 18 tn/ha. El cáñamo ha de considerarse como importante cultivoenergético. Variedades de cáñamo ricas en aceite pueden llegar a dar unos600 litros/ha de aceite. ( BASSAM, 1998).

- Cada semilla de cáñamo contiene un 30% de volumen oleico. Este aceite fueusado para hacer carburante diesel de alto grado, para motores de aviación ymáquinas de precisión. A lo largo de la historia el aceite de cáñamo se usó enlámparas (HERER, 1990).

- “Una planta construida por menos de 100.000 euros, podría generar hasta11.000 litros de cañamobiodiesel al día, y venderlos a 0’40 euros/l”. TodSwearingen, de la compañía Appal Energy (Ohio, EEUU) (Cáñamo nº 632002)

- Se puede obtener metano del cáñamo, igual que de otras plantas herbáceas,como maíz, o caña de azúcar 1. Este metano se consume del modo habitual,como otro combustible gaseoso (HERER, 1990).

- El cultivo de biomasa de un 6% del territorio de los EEUU, abastecería lasnecesidades energéticas de toda América… El problema son los intereses delas Compañías de suministro energético, ellas poseen la mayoría de empresaspetroquímicas, farmacéuticas, alcoholeras, tabaqueras. Intereses comunescon aseguradoras y bancos.(HERER, 1990).

- En el 1941 Henry Ford fabricó un coche experimental, de cuerpo plástico,hacía paneles con mezcla de 70% fibra de celulosa de cáñamo y 30% resinade cemento. El carburante era extraído también de esta planta, concretamentedel aceite de las semillas. (HERER,1990)

1 Todos los residuos orgánicos (basura de cocina, restos vegetales y animales, aguas servidas,

aserrines y virutas, bosta y excrementos) son adecuados para ser fermentadosanaeróbicamente (en ausencia de oxígeno). Las bacterias van consumiendo así el carbono y elnitrógeno y como resultado se produce una combinación de gases formado por un 70% demetano, 20% de anhídrido carbónico y un poco de monóxido de carbono y anhídrido sulfuroso.

La materia prima se mezcla en partes iguales con agua, se cierra la boca de carga y de estamanera comienza el proceso. Al pasar un tiempo determinado, empiezan a producirse gasescomo producto de la digestión. (MARTINA et al, 1997)




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4.1.2- Aprovechamiento energético del cáñamo

Son varios los modos de obtener energía a partir de un cultivo vegetal, elaprovechamiento energético del cáñamo puede seguir dos vías (ver figura 4.2):

1- De tallos, raíces y hojas, mediante métodos de pirólisis, gasificación ocombustión, obtenemos electricidad y calor. Es lo que se conoce comoaprovechamiento térmico de biomasa.

2- Obtención de un biodiesel a partir del aceite de sus semillas y del etanol desu celulosa. Tendríamos un biocombustible para vehículos de motor diesel.

La producción de energía se encuadra en un aprovechamiento integral de laplanta de cáñamo, la extracción del aceite para biodiesel es compatible con eluso actual que se le está dando a la fibra (papel) y a la cañamiza (construcción,caballerizas). Incluso supondría un respiro a la industria cañamera, ya quedepende peligrosamente de una ayuda europea que tiende a desaparecer.

Figura 4.2: Vías del aprovechamiento energético del cáñamo

(Elaboración propia, fuente: BASSAM 1998)

Aprovechamientoenergético del cáñamo

Tallos y hojas Semillas

Aprovechamiento térmico

GasificaciónPirólisisCombustión

Aceite

biodiesel

Electricida

transesterificación

Etanol

Glicerina

Tortasdeshidratada

Emisionesa laatmósfera

Calor Residuos





4.2- Aprovechamiento térmico: biomasa residualsólida del cultivo de cáñamo

En este subcapítulo se define el término biomasa, se describen lasexperiencias en el Estado Español

4.2.1- Biomasa

Biomasa es cualquier sustancia orgánica renovable de origen animal o vegetal(ver figura 4.3). Cuando se habla de biomasa, en relación con energíasalternativas, se habla de materia que se quema para obtener electricidad ycalor (ver tabla 4.4).

Figura 4.3: Definición de biomasa

(Fuente: www.cps.unizar.es, 2003)

Tabla 4.4: Técnicas del aprovechamiento térmico de la biomasa vegetal

Técnica Descripción Temperaturade trabajo

Combustión Incineración controlada con un exceso de aire a un 70%con relación a la necesaria estequimétricamente

Superiores a los850 ºC

Pirólisis La descomposición térmica de cualquier material, gas,liquido o sólido, sometido a altas temperaturas y en unaatmósfera libre o con déficit de oxigeno

200-1100 ºC

Gasificación Es un proceso entre la pirólisis y la combustión, tienelugar en una atmósfera con una concentración deoxígeno inferior a la estequiométricamente necesaria

600-1500 ºC

(Elaboración propia, fuentes: BASSAM 1998, NADAL 2001)




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4.2.2- Experiencias españolas del aprovechamiento energéticode la biomasa residual

Estas tres técnicas pueden tanto combinarse como aplicarse por separado. Las

experiencias en el Estado Español son variadas en este campo, solo citar unpar de ejemplos; en Mora del Ebro hay una planta de producción de energíaeléctrica a partir de la gasificación de residuos sólidos como la cáscara dealmendra, “a partir de las reacciones controladas de la cáscara de almendra ennuestro reactor termoquímico se genera gas, que se utiliza para hacer un motor de explosión acoplado a un generador eléctrico” (www.energiaverde.com,2002).

Otro ejemplo lo encontramos en Allaríz (Pontevedra), donde han instalado unsistema de cogeneración ( se obtiene calor y energía) con aprovechamiento de

residuos forestales del monte, que funciona con un horno de combustión,caldera de vapor y turbogenerador para la producción de energía eléctrica.

4.2.3- Biomasa de cáñamo

Lo que estamos estudiado es cultivar cáñamo para producir biomasa, ya quegenera gran cantidad de materia vegetal; de 4 a 12 toneladas por hectárea en3-5 meses (DIPPENAAR 1996). Una alta productividad de materia seca encomparación con otros cultivos anuales alternativos.

La conversión de biomasa en energía por pirólisis, produce una limpiacombustión de carbón vegetal que reemplaza al carbón mineral o hulla. Tieneun alto valor calorífico neto, pocas cenizas y bajo contenido de materialesindeseables como sulfuro. En un cultivo de cáñamo, el CO2 lo respiran lasplantas vivas, después cuando se quema, el CO2 es devuelto a la atmósfera,cerrando el ciclo. Además el carbón vegetal no contiene azufre, causante delluvias ácidas. Es una fuente de energía limpia y renovable.

Debemos comparar el cáñamo con otros cultivos energéticos, como el maíz, elchopo o el sauce. Las siguientes tablas han sido extraídas de “Sustainability of

energy crops in Europe” estudio realizado por el Centre for Agriculture &Environment, donde se compara bajo diversas ópticas diferentes cultivosenergéticos, sus costes, producciones y energía obtenida. Es estudio se hizoen cuatro regiones, nosotros por proximidad escogemos los datos del Sur dePortugal (tablas 4.5, 4.6).





Tabla 4.5: Producción materia seca

Cultivo Producción Secano(tnMS /ha)

ProducciónRegadío (tnMS/ha)

Trigo invierno 2’4 9’6Maíz 4’0 13’1

Cáñamo 3’7 12’1Chopo 4’1 13’2

Sauce 4’1 13’2

(Fuente: BIEWINGA, BIJL 1996, datos del Sur de Portugal)

Tabla 4.6: Energía producida (en GJ fósiles por hectárea) por diferentesestrategias

Ruta Cultivo Electricidad(GJ/ha)

Calor (GJ/ha)

Total(GJ/ha)

Gasificación /cogeneración

Maíz 185 124 309

Cáñamo 134 90 224

Chopo 88 59 127Sauce 98 65 153

Gasificación maíz 278 278

cáñamo 201 201chopo 132 132

sauce 146 146

(Fuente: BIEWINGA, BIJL 1996, datos de Holanda)

Menor necesidad de fertilizantes en el cultivo de cáñamo

En las dos rutas comparadas, se observa que es el maíz el cultivo que producemás GJ/ha, seguido por el cáñamo, sauce y chopo. Pero si no solamente nosfijamos en la energía producida sino también en la energía consumida, apuntar que el maíz consume más nutrientes que el cáñamo, por lo cual ambos cultivosson interesantes desde un punto de vista energético, sin embargo el cáñamoes menos exigente que el maíz, en cuanto a nutrientes (ver tabla 4.7). Es loque se busca, un cultivo que tenga una alta producción y pocas exigencias,recordar que el cáñamo se presta a un manejo ecológico de la plantación, por lo cual no hay gastos de herbicidas ni pesticidas.




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Tabla 4.7: Costes de fósforo (P) y potasio (K)

Cultivo Fósforo (kg P/ha) Potasio (kg k/ha)Maíz 8 56

Cáñamo 3 35Chopo 8 36

Sauce 6 34

(Fuente: BIEWINGA, BIJL 1996, datos del Sur de Portugal)

4.3- Biodiesel procedente de los cañamones

En este apartado se describe la reacción química para hacer biodiesel y unaexperiencia real de biodiesel procedente del aceite de los cañamones.

4.3.1- Elaboración del biodiesel

Biodiesel es un combustible obtenido a partir de aceites de origen vegetal quefunciona en cualquier motor Diesel sin realizar modificaciones.

La semilla de cáñamo es rica en aceite, entre un 25-30%. Normalmente seobtienen de 0’5 a 2 tn de semillas / ha. Ambos datos hacen que considere laidea de hacer biodiesel a partir de cañamones. Una vez obtenido este aceite,necesitamos etanol (CH3CH2OH) o metanol (CH3OH), y hidróxido sódico(NaOH) como reactivo (www.journeytoforever.org, 2002). El metanol podría

obtenerse de la propia celulosa del cáñamo mediante una fermentaciónanaeróbica (MARTINA et al, 1997).

La reacción química es la siguiente:

99 Kg. de aceite vegetal + 14 Kg. de metanol→

→ 100 Kg. éster metílico + 13 Kg. glicerina

(www.gencat.net 2002)

El proceso se puede realizar tanto a nivel casero como industrial.





4.3.2- Cañamodiesel en la actualidad

Actualmente, el único productor de biodiesel de cañamones es Tod Swearingende Appal Energy, una pequeña compañía en el sureste de Ohio (EEUU).

Según datos de Appal Energy, una planta construida por menos de 100.000 € podría generar hasta 11.000 litros de biodiesel al día y venderlos a 0’40 euros/l,los beneficios amortizarían la inversión en menos de un año (Cáñamo nº63,2002).

Imagen 4.8: The hemp car 2

(Fuente: www.hempcar.org)

2 Proyecto de un grupo de activistas cannabicos de Virginia que durante el verano del 2002recorrieron parte de Estados Unidos con un coche, concretamente un Mercedes Benz, cuyo

combustible era este cañamodiesel; The Hemp Car (el coche de cáñamo).

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