biomasa como fuente de energia

Rev.R.Acad.Cienc.Exact.Fs.Nat. (Esp)Vol. 104, N. 2, pp 331-345, 2010XII Programa de Promocin de la Cultura Cientfica y Tecnolgica

APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA COMO FUENTE DE

ENERGA ALTERNATIVA A LOS COMBUSTIBLES FSILES

ARTURO ROMERO SALVADOR *

* Departamento de Ingeniera Qumica, Universidad Complutense de Madrid. Real Academia de Ciencias Exactas, Fsicas y

Naturales. Valverde 22, 28004 Madrid.

1. INTRODUCCIN

La caresta de los combustibles fsiles, la preocu-

pacin por su agotamiento, la proteccin ambiental

(CO

2

principalmente) y la dependencia energtica de

pases con escasos recursos energticos convencio-

nales impulsan el desarrollo de las energas reno-

vables. Segn la Agencia Internacional de la Energa,

la energa renovable es la que deriva de procesos natu-

rales que se reponen constantemente, es decir, la que se

obtiene de las continuas corrientes de energa recu-

rrentes en el entorno natural. El sol es el origen de la

mayora de las fuentes de energa renovable que estn

disponibles con abundancia y variedad para que la

humanidad pueda utilizarlas. En nuestro planeta incide

una cantidad de energa solar que es, aproximada-

mente, cuatro rdenes de magnitud mayor que nuestra

actual tasa de uso de combustibles fsiles y nucleares.

La radiacin solar puede emplearse directamente para

proporcionar calefaccin, alumbrado y agua caliente

en edificios; y para generar electricidad. El sol tambin

mueve los sistemas climticos mundiales y es por tanto

la fuente indirecta de la energa hidrulica, elica y

mareomotriz. Como la fotosntesis es un proceso que

utiliza la energa solar para transformar dixido de

carbono y agua en carbohidratos, es la fuente subya-

cente de los biocombustibles en sus distintas formas.

Las plantas transforman la energa luminosa en

energa qumica y retienen el dixido de carbono para

formar la biomasa. Toda la alimentacin de las

especies animales depende de un modo o de otro de

esta biomasa. Adems, puede utilizarse directamente

como materia orgnica en el tratamiento de suelos (por

ejemplo, el uso de estircol o de coberturas vegetales).

La madera, residuos agrcolas y estircol continan

siendo la fuente principal de energa y, en parte, de

materias primas para muchas actividades en pases

poco industrializados. Sin embargo, en los pases

industrializados el petrleo y otros combustibles

fsiles no slo constituyen la principal fuente ener-

gtica sino que tambin son los sustratos casi exclu-

sivos de la industria qumica. Por ello, la biomasa,

como base material de dicha industria, es tambin una

alternativa potencial a los combustibles fsiles.

Probablemente la viabilidad prctica de los combus-

tibles derivados de la biomasa depende en gran medida

de esta segunda aplicacin. Idealmente las futuras bio-

rrefineras debern abordar el procesamiento integrado

de la biomasa para atender ambos usos, la obtencin

de combustibles y la de productos bsicos para la

industria qumica.

Tanto la propia biomasa como el bioetanol y el bio-

diesel obtenidos mediante su transformacin tienen la

ventaja de que pueden emplearse sin necesidad de

introducir grandes modificaciones en los sistemas

energticos implantados para productos derivados de

los combustibles fsiles. La biomasa puede usarse en

lugar de carbn mineral en diversos tipos de instala-

ciones trmicas, paliando as el impacto ambiental de

este combustible fsil. Lo mismo ocurre con el etanol

y el biodisel que pueden sustituir a gasolinas y

gasleos derivados del petrleo en distintos tipos de

motores. Actualmente la biomasa proporciona una

fuente de energa, adicional a la de combustibles

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fsiles y a las otras fuentes disponibles, para obtener

calor, electricidad y carburantes empleados en el

sector transporte.

Al quemar una planta se devuelve a la atmsfera el

CO

2

que haba fijado previamente y por ello, este

proceso no da lugar, a diferencia de lo que ocurre con

un combustible fsil, a un aumento de este gas de

efecto invernadero. Pero en la obtencin de energa a

partir de biomasa tienen lugar bastantes ms procesos

que pueden invalidar esta afirmacin. Si la biomasa se

quema despus de cortarla con una herramienta a

motor, recolectarla y transportarla en un tractor que

funcione con energa fsil, acondicionarla y compac-

tarla (astillas, pelets o briquetas) en una instalacin

industrial, distribuirla a gran distancia, habr que tener

en consideracin las emisiones de CO

2

del tractor, del

funcionamiento de la maquinaria de la instalacin y

del transporte, por lo que la operacin energtica real

ya no merecer, en parte o en absoluto, el adjetivo de

renovable. En algunos casos, la operacin puede oca-

sionar una emisin de CO

2

superior a la que resultara

de consumir energa fsil y en otros, podra ocurrir que

la aportacin de energa para su obtencin sea mayor

que la obtenida en el lugar de destino a partir del pro-

ducto derivado de la biomasa.

2. LA BIOMASA COMO FUENTE DE

ENERGA

Con el nombre de biomasa se designa a un con-

junto heterogneo de materias orgnicas, tanto por su

origen como por su naturaleza y composicin, que

puede emplearse para obtener energa. Esta fuente

energtica se basa en la utilizacin de la materia

orgnica formada por va biolgica en un pasado

inmediato o en los productos derivados de esta. En

consecuencia, tambin tiene consideracin de biomasa

la materia orgnica de las aguas residuales, los lodos

de depuradora y la fraccin orgnica biodegradable de

los residuos slidos urbanos, aunque dadas las caracte-

rsticas especficas de estos residuos se suelen consi-

derar como un grupo aparte. La biomasa como materia

orgnica originada en un proceso biolgico, espon-

tneo o provocado, tiene carcter de energa renovable

porque su contenido energtico procede en ltima ins-

tancia de la energa solar fijada por los vegetales en el

proceso fotosinttico. Al romper los enlaces de los

compuestos orgnicos, por combustin directa de

biomasa o por combustin de productos obtenidos de

ella mediante transformaciones fsicas o qumicas,

para dar dixido de carbono y agua como productos

finales, se libera energa. La biomasa puede propor-

cionar energa mediante su transformacin en mate-

riales slidos, lquidos y gaseosos. Los productos pro-

cedentes de la biomasa que se utilizan para fines ener-

gticos se denominan, en general, biocombustibles y

especficamente, a todos aquellos, generalmente

slidos y gases, que se aplican con fines trmicos y

elctricos.

El nombre de biocarburantes se reserva para los

productos, normalmente lquidos, que proceden de la

biomasa y se destinan a la automocin. Este tipo de

productos tienen una importancia especial debido al

gran consumo de carburantes derivados del petrleo

para el transporte. Los actuales motores, Diesel y Otto,

requieren combustibles lquidos cuyo comportamiento

sea similar al del gasleo y al de la gasolina.

Se utilizan diferentes criterios para clasificar los

biocombustibles que pueden obtenerse a partir de la

biomasa. Considerando el proceso de transformacin

de la biomasa en biocombustible, existen varias

opciones como las que se comentan en los siguientes

ejemplos. nicamente transformaciones fsicas antes

de la combustin, caso de la madera, de la paja o de

residuos procedentes de otras actividades que emplean

biomasa (poda de rboles, restos de carpintera, etc.).

Fermentacin anaerbica de una mezcla de azcares y

agua para obtener una mezcla de alcohol y agua con

emisin de dixido de carbono. Esta mezcla se destila

para eliminar el agua y obtener el alcohol con la con-

centracin de agua que exige su empleo como carbu-

rante. Transesterificacin de los triglicridos proce-

dentes de aceites vegetales y grasas animales con

metanol para obtener una mezcla de steres, previa

separacin de la glicerina, cuyo comportamiento como

carburante es similar al diesel procedente del petrleo.

Metanizacin de residuos orgnicos para obtener

biogs y un slido que puede utilizarse como abono de

los suelos. Otro criterio clasifica los biocarburantes en

generaciones lo que permite incluir en cada una de

ellas varios elementos para establecer diferencias entre

los distintos productos. Los biocarburantes de primera

generacin utilizan materias primas de uso alimentario

(caa de azcar, maz, soja, girasol) y fermentacin

(para obtener etanol) o transesterificacin (para bio-

disel) como tecnologas de proceso. Los de segunda

generacin utilizan materias primas de tipo herbceo o

leoso (celulosa) en el caso de etanol y semillas olea-

ginosas no comestibles (jatrofa, cardo), algas y aceites

usados para biodiesel, que se diferencian de la primera

generacin porque esta biomasa no tiene usos en ali-

mentacin. Los procesos empleados son la fermen-

tacin, la transesterificacin, ambos adaptados a las

nuevas materias primas, y mtodos termoqumicos

para la obtencin de biocombustibles sintticos

lquidos. A los carburantes obtenidos a partir de cul-

tivos bioenergticos, cultivos especficamente dise-

ados o adaptados (tcnicas de biologa molecular)

para mejorar la conversin de biomasa (p.e. rboles de

menor contenido en lignina) en biocarburantes, se les

denomina de tercera generacin. Cuando a estos obje-

tivos se suma la capacidad, tanto de la materia prima

como del proceso de transformacin, de mejorar la

captura y almacenamiento de dixido de carbono, se

considera que los carburantes son de cuarta gene-

racin.

Ante la crisis de la energa fsil caresta del

petrleo, vulnerabilidad del suministro de estas

materia primas o amenazas del calentamiento global

el empleo de la biomasa como fuente de energa aporta

una serie de posibles ventajas como el balance positivo

CO

2

y de energa, la utilidad de suelos anteriormente

no productivos, la creacin de empleo rural o las

mejoras en la balanza de pagos de los pases defici-

tarios en energa.

Cuando las emisiones de CO

2

(y las de otros gases

de efecto invernadero) producidas como consecuencia

del empleo de los biocombustibles con fines energ-

ticos equivalen al carbono que previamente haban

absorbido en el proceso de fotosntesis, se igualan la

retencin y la liberacin de dixido de carbono equiva-

lente. El uso de biomasa o de sus derivados puede con-

siderarse neutro en trminos de emisiones slo si se

emplea en cantidades a lo sumo iguales a la pro-

duccin neta de biomasa del ecosistema que se

explota. Tal es el caso de los usos tradicionales (uso de

los restos de poda como lea, cocinas, calefaccin,

etc.) si no se supera la capacidad de carga del terri-

torio.

En los procesos industriales, puesto que resulta

inevitable el empleo de otras fuentes de energa (en la

construccin de la maquinaria, en el transporte de

materiales, en el empleo de maquinaria agrcola

durante el cultivo de materia prima, en la fabricacin

de fertilizantes y pesticidas, en las operaciones nece-

sarias para las transformaciones, etc.), hay que conta-

bilizar las emisiones producidas por cada una de ellas.

Adems, puede producirse la emisin de otros gases de

efecto invernadero como xido nitroso o metano, en

cuyo caso hay que incluir su contribucin como CO

2

equivale a las emisiones de este gas.

El balance neto de energa (BNE) de los biocom-

bustibles, relacin entre el contenido energtico del

producto y energa gastada en su produccin, es muy

variable e inferior al de los combustibles fsiles

(valores de 50). Mientras que esta relacin es elevada

cuando se obtiene energa directamente de la biomasa

(valores superiores a 10), disminuye significativa-

mente cuando se trata de biodiesel (valores prximos a

2) y bioalcohol. Todos estos valores son orientativos

porque dependen de la materia prima y de la tecno-

loga empleada. Por ejemplo, el bioalcohol puede tener

valores de 1,5 si procede de maz, de 12 si se obtiene

de caa de azcar y superiores si procede de los azu-

cares fermentables liberados de la pared celular.

El anlisis de emisiones de CO

2

y del balance ener-

gtico de los biocombustibles puede ampliarse a otros

efectos ambientales como el impacto sobre la biodiver-

sidad, el funcionamiento hidrolgico o la proteccin

del suelo. Debido a las dificultades e incertidumbres

de estos estudios, existe una gran disparidad de con-

clusiones sobre el comportamiento ambiental de la

biomasa. Las siguientes referencias (Fargione, 2008 y

Searchienger, 2008) muestran resultados del balance

energtico y de los efectos ambientales del aprovecha-

miento de distintos tipos de biomasa.

La biomasa natural, lea procedente de rboles cre-

cidos espontneamente en tierras no cultivadas, ha

sido utilizada tradicionalmente por el hombre para

calentarse y cocinar. Sin embargo, este tipo de biomasa

no es la ms adecuada para su aprovechamiento ener-

gtico masivo ya que es una reserva de valor incalcu-

lable para la humanidad. Al ser esta biomasa natural la

base del consumo energtico de muchos pueblos en

vas de desarrollo, se produce un aumento de la

presin sobre los ecosistemas naturales, llegando, al

aumentar su poblacin y demanda de energa, a un

Arturo Romero Salvador Rev.R.Acad.Cienc.Exact.Fs.Nat. (Esp), 2010; 104 333

sobreconsumo que puede ocasionar situaciones de

desertizacin. En su lugar se pueden aprovechar, man-

teniendo el equilibrio y la estabilidad de los ecosis-

temas, los residuos de las partes muertas o los restos de

podas y aclareos- evitando, adems, posibles incendios

de las masas forestales.

Cualquier proceso que utilice biomasa para obtener

productos destinados al consumo generara biomasa

residual. Las explotaciones agrcolas, forestales o

ganaderas, industrias de productos vegetales y ncleos

urbanos son generadores de biomasa residual. Su utili-

zacin es atractiva pero limitada; en general, en el tra-

tamiento de estos materiales es ms importante el

efecto ambiental que implica su gestin que su valori-

zacin energtica. A pesar de ello, las instalaciones que

aprovechan la energa de sus propios residuos tales

como granjas, industrias papeleras, serreras o depura-

doras urbanas, pueden ser energticamente autosufi-

cientes.

Los cultivos energticos, realizados con la finalidad

de producir biomasa en lugar de producir alimentos

(como ha sido la actividad tradicional de la agri-

cultura) son una realidad en pases como Brasil y

Estados Unidos. Brasil orienta la produccin de caa

de azcar hacia la obtencin de bioetanol mientras que

Estados Unidos cumple el mismo objetivo con el maz.

En Europa, el etanol procedente de remolacha o de

cereales y los steres derivados de aceites de colza o de

girasol constituyen los biocarburantes de mayor desa-

rrollo. El excedente de tierras de cultivo hace atractiva

una actividad agraria, adicional a la que tradicional-

mente se destina a fines alimentarios, dedicada a la

produccin de energa. Los cultivos ms prometedores

a corto plazo son los de mayor productividad de

biomasa lignocelulsica, eucaliptos, acacias, chopos,

ciertas variedades de cardos, etc. Tambin los exce-

dentes de algunos productos agrcolas se destinan a su

transformacin en biocarburantes, aunque slo por

razones sociales o estratgicas o por el elevado precio

de los carburantes, es rentable su empleo con fines

energticos.

A pesar de la gran variedad de materias primas que

pueden emplearse para fabricar estos carburantes, la

tecnologa actual slo los obtiene a partir de productos

vegetales que tambin se utilizan en alimentacin. Esta

peculiaridad hace que la comercializacin de los bio-

carburantes participe en dos mercados, cada uno de

ellos suficientemente complejo, el agrcola y el ener-

gtico.

3. BIOCOMBUSTIBLES SLIDOS

Los biocombustibles slidos ms importantes,

combustibles de tipo primario, son los constituidos por

materiales lignocelulsicos procedentes del sector

agrcola o forestal y de las industrias de trasformacin

que producen este tipo de residuos. La paja, los restos

de poda de vid, olivo o frutales, la lea, las cortezas y

los restos de podas y aclareos de las masas forestales

son materia empleada en la elaboracin de biocombus-

tibles slidos de origen agrario. Cscaras de frutos

secos, huesos de aceitunas y de otros frutos, residuos

procedentes de la extraccin del aceite de orujo en las

almazaras, restos de las industrias del corcho, la

madera y el mueble, constituyen una materia prima de

calidad para utilizarla como biocombustible slido.

Mediante la combustin de esta biomasa se obtiene

energa que se aprovecha directamente como energa

trmica o se transforma en energa elctrica. El poder

calorfico inferior, variable con la humedad del com-

bustible, es la caracterstica ms representativa de su

calidad. En la tabla 1 se muestran valores del poder

calorfico de algunas biomasas con distinta humedad.

Otras caractersticas importantes para su comerciali-

zacin son la densidad, la dispersin en el terreno y la

distancia al lugar de aprovechamiento.

Aunque una parte importante de la biomasa se

utiliza directamente, como por ejemplo la lea en

hogares y chimeneas, las nuevas aplicaciones de los

biocombustibles slidos se basan en un tratamiento

capaz de acondicionarla a los requerimientos de la

demanda. Las formas ms generalizadas de utilizacin

de este tipo de combustible son astillas, serrn, pellets

y briquetas.

Las astillas constituyen un material adecuado para

ser empleado en hornos cermicos, de panadera,

viviendas individuales, calefaccin centralizada de

ncleos rurales o pequeas industrias. Se obtienen a

partir de los restos leosos de los tratamientos silv-

colas, de las operaciones de corte de madera o de las

podas de rboles de cultivos leosos. Cuando las

astillas se van a utilizar en quemadores especficos


(que necesitan inyectores, por ejemplo), es preciso

moler la biomasa para obtener un combustible ms

fino y eliminar restos (arena, piedras, vidrios) que

puedan acompaar al material hidrocarbonado.

Para aumentar la densidad de la biomasa se trans-

forma en briquetas. Este biocombustible suele presen-

tarse en forma de cilindros de 50 a 130 mm de di-

metro y de 5 a 30 mm de longitud con una densidad

entre 1.000 y 1.300 kg/m

3

. Su fabricacin se realiza

con prensas en las que el material se calienta y se

somete a altas presiones con el fin de que en su interior

se desarrollen procesos termoqumicos capaces de

generar los productos adherentes que favorecen la

cohesin del material. Este mismo objetivo se puede

conseguir a menores presiones pero aadiendo adhe-

rentes. El serrn procedente de las industrias del

mueble y la madera es un buen candidato para fabricar

briquetas.

Los pellets son similares a las briquetas pero ms

pequeos. Estos cilindros se preparan con prensas de

granulacin, similares a las utilizadas para la fabri-

cacin de piensos para animales. La compactacin se

consigue de forma natural o mediante la adicin de

compuestos qumicos que no contengan aquellos ele-

mentos que pueden originar problemas ambientales,

aparicin de contaminantes en la corriente de gases de

escape ajenos a los propios de la biomasa, durante el

proceso de combustin. La materia prima, al igual que

en el caso de las briquetas, debe tener poca humedad y

baja granulometra. Este producto puede manejarse

con facilidad y puede emplearse en instalaciones auto-

matizadas de pequeo o mediano tamao.

Otro grupo de biocombustibles slidos lo cons-

tituye el carbn vegetal que procede de un tratamiento

trmico de la biomasa leosa en atmsferas de bajo

contenido en oxgeno. Al ser el resultado de una alte-

racin termoqumica de la biomasa primaria, se con-

sidera un biocombustible de naturaleza secundaria. El

carbn vegetal se obtiene mediante la combustin

lenta y parcial de biomasa leosa con un cierto con-

tenido en humedad a una temperatura variable entre

250 y 600C. El poder calorfico del producto obtenido

vara entre 6.000 y 8.000 kcal/kg, dependiendo del

contenido en cenizas de la madera.

4. BIOCOMBUSTIBLES LQUIDOS

La denominacin de biocombustibles lquidos o

biocarburantes se aplica a una serie de productos de

origen biolgico utilizables como combustibles de sus-


Tabla 1. Poder calorfico inferior (kcal/kg) de distintos tipos de biomasa con varios contenidos de humedad.

titucin de los derivados de petrleo o como aditivos

de stos para su uso en motores. Actualmente slo son

comerciales los de primera generacin, etanol (y etil-

terbutil ter obtenido a partir de l) y biodiesel. En

ambos casos las materias primas de las que proceden

tienen tambin uso alimentario. Evitar que la

obtencin de biocarburantes compita con las fuentes

de alimentacin y aprovechar la mayor parte del

vegetal es la razn que gua el trabajo para disponer de

biocarburantes de segunda generacin. Tanto la ruta

bioqumica como la ruta termoqumica ofrecen

caminos apropiados para transformar el material ligno-

celulsico en productos destinados a sustituir los car-

burantes derivados de los combustibles fsiles para lo

que es preciso superar varias dificultades antes de

implantar esta tecnologa.

4.1. Bioetanol

Las complejas molculas orgnicas azcares,

hidratos de carbono, celulosa, hemicelulosa, lignina

que sintetizan las plantas a partir de CO

2

, H

2

O y

nutrientes se concentran en la parte fibrosa. El bioe-

tanol se obtiene por fermentacin de los azcares pro-

cedentes, principalmente, de caa de azcar y maz,

siendo el biocarburante que se produce en mayor can-

tidad en el mundo. El producto resultante del proceso

de fermentacin de los azcares contiene una gran can-

tidad de agua que es preciso eliminar para poder utili-

zarlo como carburante.

Se emplean tres familias de materias primas para la

obtencin del etanol. Azcares procedentes de la caa

o de la remolacha. Almidones procedentes de cereales

como maz, cebada o trigo. Celulosa y hemicelusa pro-

cedentes del material lignocelulsico de los vegetales.

En la figura 1 se muestra el diagrama de flujo del

proceso de obtencin de bioetanol, en el que pueden

observarse las etapas especficas y las comunes a los

productos de las tres familias.

Las sustancias azucaradas liberan fcilmente los

azcares fermentables. La caa de azcar se trans-

forma en azcares solubles en agua (jugo de caa) y

lignina insoluble (bagazo) que se emplea como com-

bustible slido. La remolacha azucarera tambin libera

los azcares en contacto con agua, quedando un

residuo que puede destinarse a la alimentacin animal

o a la obtencin de productos qumicos.

El almidn es la principal sustancia de reserva de

las semillas amilceas que es preciso liberar y trans-

formar en azcares fermentables. En el proceso de

molido en seco es preciso limpiar y moler los granos

hasta reducirlos a finas partculas, harina, que con-

tienen el germen, la fibra y la fcula del maz. La

harina se transforma por hidrlisis cida o enzimtica

en una disolucin azucarada que contiene sacarosa. El

otro proceso empleado para liberar los azcares es el

proceso hmedo que se aplica en instalaciones con

grandes producciones de bioalcohol. Con esta tecno-

loga, la ms empleada, se obtienen otros subpro-

ductos, sirope, fructosa, dextrosa, etc., adems de la

produccin de alcohol. Mediante el tratamiento de

maz con agua caliente se logra ablandar el grano y se

favorece la ruptura de las protenas y la liberacin del

almidn; al moler el grano se obtiene el germen, la

fibra y la fcula que se separan mediante las corres-

pondientes operaciones para disponer de los polisac-

ridos del almidn. Por hidrlisis cida o enzimtica

(gluco-amilasa) se obtiene glucosa que es un azcar

biodegradable.

Los componenetes lignocelulsicos son los que

ofrecen mayor potencial para la produccin de bioe-


Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de obtencin de bioe-tanol a partir de diferentes materias primas.

tanol. Una gran parte de los materiales con alto con-

tenido en celulosa, susceptibles de ser utilizados para

estos fines, se generan como residuos en los procesos

productivos de los sectores agrcola, forestal e indus-

trial. Los residuos de biomasa contienen mezclas com-

plejas de carbohidratos, llamados celulosa, hemice-

lulosa y lignina. La celulosa no se puede fermentar

directamente; es necesario transformarla en azcares

ms sencillos para su posterior conversin en alcohol.

Tres son los principales mtodos para extraer estos

azcares: la hidrlisis con cidos concentrados, la

hidrlisis con cidos diluidos y la hidrlisis enzi-

mtica. Las complejas estructuras de la celulosa se van

fragmentando por hidrlisis con cidos concen-

tradas a baja temperatura, con cidos diluidos a alta

temperatura o mediante procesos enzimticos hasta

obtener una solucin que contiene azcares fermen-

tables, como glucosa, celobiosa o xilosa.

La ltima etapa del proceso consiste en la fermen-

tacin anaerbica de las disoluciones azucaradas para

transformarlas en etanol y dixido de carbono:

la reaccin es exotrmica (25,5 kcal) y permite obtener

como mximo 0,51 kg de alcohol por kg de azcar fer-

mentado el resto se libera como dixido de

carbono aunque la concentracin de alcohol en la

disolucin no puede superar los valores (12-15%) que

son txicos para las levaduras.

Un avance muy importante en el proceso de

obtencin de etanol fue la realizacin simultnea de

los tratamiento de sacarificacin (transformacin de

celulosas y hemicelulosas en azcares) y de fermen-

tacin. Este proceso reduce el nmero de reactores

necesarios durante la produccin y, ms importante

an, evita el problema de la produccin de agentes

inhibidores asociados a los enzimas. A la vez que se

libera el azcar por va enzimtica, la fermentacin lo

transforma en alcohol. Este proceso se ha mejorado

incluyendo la fermentacin de mltiples sustratos de

azcar.

El alcohol producido por fermentacin contiene

una parte significativa de agua que debe ser eliminada

para su uso como combustible. Dado que el etanol

tiene un punto de ebullicin menor (78,3C) que el

agua (100C), se calienta la mezcla de fermentacin

para evaporar y, posteriormente, condensar el etanol.

Una de las claves en la economa de los procesos de

obtencin de bioetanol es la destilacin y la deshidra-

tacin del producto destilado. Estas operaciones son

responsables, en buena medida, del rendimiento ener-

gtico del etanol. En un estudio hecho para el bioe-

tanol a partir de maz, se ha comprobado que slo el

6% de la energa necesaria para obtener bioetanol

corresponde a energa contenida en el carburante; el

resto se pierde en las diferentes etapas del proceso. En

la figura 2 se muestra el balance energtico de la

obtencin de etanol a partir de maz. Como puede

observarse, casi el 40% de la energa corresponde a la

consumida en las operaciones de destilacin y deshi-

dratacin, mientras que la produccin de maz apenas

supera el 20% y el transporte de materias primas y dis-

tribucin de etanol supone el 4%. Tambin se observa

que la energa neta de los subproductos es 2,5 veces

mayor que la energa neta del etanol.

Los motores de explosin ciclo Otto pueden fun-

cionar con mezclas de hasta el 25% de alcohol deshi-

dratado sin que sea necesario realizar modificaciones

significativas, aunque su rendimiento es diferente al

que se obtiene con el combustible convencional. Para

mezclas del 15% se produce una reduccin del 2% de

la potencia del motor, un aumento del 4% del consumo

y un aumento de la corrosin en las partes metlicas y

componentes de caucho. Sin embargo, si se emplea

una mezcla del 20% y se ajusta el motor aumentando

la relacin de compresin y adaptando la carburacin a

la nueva relacin estequiomtrica, se consigue un

aumento del 9% de potencia, una reduccin del 7% de


Figura 2. Balance energtico de la produccin de etanol a par-tir de maz.

consumo y una mejor combustin que se traduce en un

menor ndice de carbonizacin y menor emisin de

gases reductores.

Brasil es el pas que ms ha experimentado con la

mezcla de alcohol y gasolina llegando a aumentar su

proporcin hasta el 25%. Sin embargo, en la Unin

Europea el lmite mximo de etanol est limitado por

la especificacin del contenido en oxgeno de 2,7%,

que equivale a no superar el 7,8% de etanol en el car-

burante. En algunos pases europeos se utiliza normal-

mente una mezcla con 5% de etanol. Para reducir drs-

ticamente la energa gastada en el proceso de desti-

lacin y deshidratacin del bioetanol es preciso poder

realizar la combustin de etanol en el motor con conte-

nidos de agua superiores al 30%. Por ejemplo, en la

destilacin de un litro de etanol al 88% se necesita

doble cantidad de energa que en la destilacin de un

litro de etanol al 60%.

Las dos principales barreras para el uso del bioe-

tanol son la afinidad por el agua y la presin de vapor.

Pequeas cantidades de agua en las mezclas etanol-

gasolina pueden dar lugar a la formacin de dos fases,

en cuyo caso se reduce el rendimiento del vehculo. El

motor HCCI (Carga Homognea Encendido por

Compresin) es un hbrido entre los Diesel y los de

gasolina que puede utilizar etanol con elevado con-

tenido de agua. La combustin en este motor se realiza

por compresin como en los Diesel, pero la mezcla del

combustible con el aire tiene lugar fuera de la cmara

de combustin como ocurre en los motores de gasolina

de inyeccin indirecta. Aunque el etanol tiene una

presin de vapor relativamente baja, cuando se utiliza

como aditivo de la gasolina su presin de vapor

efectiva es muy alta, llegando a un valor RVP (Reid

Vapor Pressure) de 122 Kpa, lo cual representa una

desventaja para su uso. La adiccin de etanol a una

gasolina puede implicar la necesidad de reducir la can-

tidad de hidrocarburos de bajo punto de ebullicin,

como butanos o incluso isopentanos, para cumplir las

especificaciones de presin de vapor.

Otra forma de utilizar bioetanol como carburante es

transformarlo en un producto cuyas propiedades sean

adecuadas para emplearlo como aditivo de la gasolina.

Con la introduccin de las gasolinas sin plomo nece-

sarias para el uso de catalizadores capaces de dis-

minuir las emisiones de hidrocarburos, monxido de

carbono o xidos de nitrgeno se vio afectado el

nmero de octano de la gasolina. La necesidad de

recuperar el octanaje y de reducir las emisiones conta-

minantes oblig a aadir aditivos oxigenantes tales

como metanol, tercbutil alcohol (TBA) o metil-tecbutil

ter (MTBE).

El etil-tercbutil ter (ETBE) se obtiene por reaccin

cataltica de isobuteno y etanol. En los ltimos aos

este compuesto se est imponiendo sobre los otros adi-

tivos por sus ventajas ambientales y por su comporta-

miento en el carburante. Las emisiones de este aditivo

son menos perjudiciales para el medioambiente tanto

por la menor cantidad de contaminantes emitidos se

reduce la emisin de monxido de carbono y de hidro-

carburos inquemados como por el tipo de contami-

nantes minoritarios, el acetaldehdo es menos txico

que el formaldehido. El ETBE es mucho menos

soluble en agua que el MTBE, lo que disminuye la

posibilidad de contaminar el medio acutico. En el

proceso de fabricacin se utiliza una materia prima

renovable, etanol, en lugar de emplear materias primas

derivadas del petrleo como ocurre, actualmente, con

el MTBE.

Las ventajas del ETBE frente a otros aditivos,

MTBE y alcoholes, derivan de su menor contenido de

oxgeno (15 frente a 18,2 en MTBE), menor poder

corrosivo que los alcoholes, menor RVP (27 Kpa

frente a 54 Kpa del MTBE y 122 Kpa del etanol),

mayor poder calorfico, menor afinidad por el agua y

mayor resistencia a la formacin de dos fases que el

MTBE, etc. Por estas razones su uso se est impo-

niendo en Europa, prevaleciendo sobre la mezcla de

etanol con la gasolina. En Espaa todo el etanol

dedicado a la automocin es convertido a ETBE.

Tambin puede emplearse el etanol como sustituto

del gasleo en motores Otto. El carburante conocido

como E-diesel es una mezcla etanol-diesel (contiene

hasta un 15% de etanol) que reduce perceptiblemente

las emisiones de partculas y otros contaminantes y

mejora el comportamiento en el arranque en fro.

Actualmente se est desarrollando este carburante y se

est trabajando para eliminar las principales barreras

tcnicas como el bajo punto de inflamacin y la volati-

lidad en el tanque, la inestabilidad de la microemulsin

que determina la separacin en dos fases, etanol y

diesel a bajas temperaturas, etc.


4.2. Biodiesel

La naturaleza de los aceites vegetales plantea una

serie de inconvenientes, debidos principalmente a su

elevada viscosidad, a la hora de utilizarlos directa-

mente en los vehculos actuales.Es necesario realizar

una serie de transformaciones en los motores conven-

cionales, o bien utilizar motores Elsbett, para que los

triglicridos puedan emplearse como carburantes.

Cuando no se introducen estos cambios se deben trans-

formar los aceites en steres metlicos o etlicos y gli-

cerina, con el fin de mejorar sus caractersticas como

combustible. De esta manera se consigue que las mol-

culas de largas cadenas ramificadas iniciales, de

elevada viscosidad, se transformen en otras molculas

de cadena lineal, de menor viscosidad y de caracters-

ticas fisicoqumicas y energticas ms parecidas a las

del gasleo de automocin.

El biodiesel es un biocarburante lquido que est

constituido por steres monoalqulicos de cidos

grasos de cadena larga derivados de lpidos renovables

tales como aceites vegetales o grasas animales y que se

emplean en motores de ignicin por compresin. Los

esteres ms utilizados son los de metanol y, en mucha

menor medida, etanol. El biodiesel es un combustible

de automocin muy similar al gasleo, lo que no

ocurre con el aceite sin modificar. Por ejemplo, la vis-

cosidad del los steres es dos veces superior a la del

gasleo mientras que la del aceite crudo es diez veces

superior. Otras propiedades como ndice de cetano,

densidad o punto de infamacin, son similares en

ambos carburantes lo que permite utilizar el biodiesel

puro o mezclado en distintas proporciones con el

gasleo de automocin en los motores convencionales.

ASTM ha especificado distintas pruebas que se deben

realizar a los combustibles para asegurar su correcto

funcionamiento.

En la produccin de biodiesel se ha utilizado aceite

procedente de una gran variedad de semillas oleagi-

nosas como el girasol y la colza (Europa), la soja

(Estados Unidos) y el coco (Filipinas) y de frutos olea-

ginosos como la palma (Malasia e Indonesia). Por

razones climatolgicas, la colza se produce principal-

mente en el norte de Europa y el girasol en los pases

mediterrneos del sur, como Espaa e Italia. La

Poltica Agraria Comn ha impulsado que las tierras de

retirada se dediquen a la produccin de este tipo de

materias primas. En nuestro pas el uso de cultivos tra-

dicionales con fines energticos est condicionado por

la produccin de aceite por hectrea, normalmente

demasiado baja para que el agricultor se interese por

estos cultivos destinados a obtener materias primas

para biocarburantes. Adems de los aceites convencio-

nales existen otras especies, ms adaptadas a las condi-

ciones del terreno en el que se desarrollan, que pueden

ofrecer ventajas como cultivo energtico.

Los aceites y las grasas procedentes de diferentes

vegetales o animales se diferencian, principalmente,

en los cidos grasos que contienen: palmtico, oleico,

linoleico, linolnico, etc. Dependiendo de la longitud

de la cadena del cido graso, del nmero de dobles

enlaces y de su posicin se obtendrn carburantes con

diferente comportamiento. Las molculas ms largas

hacen que aumente la viscosidad del aceite lo que

implica una mayor dificultad de bombeo y atomi-

zacin del combustible en los inyectores que se

traduce en un descenso del rendimiento. La presencia

de dobles enlaces mejora su comportamiento a bajas

temperaturas pero son ms sensibles al proceso de oxi-

dacin. Los cidos grasos poliinsaturados tienen una

elevada reactividad que es responsable de su tendencia

a la polimerizacin y formacin de gomas por oxi-

dacin durante el almacenamiento en los tanques y

depsitos. El aceite de girasol se caracteriza por la

elevada proporcin de cidos grasos insaturados por lo

que se modifica genticamente para reducir esta pro-

porcin y obtener un aceite, aceite de girasol de alto

oleico, adecuado como materia prima para este fin.

La obtencin de biodiesel se basa en la reaccin de

molculas de triglicridos (el nmero de tomos de

carbono de los cidos est comprendido entre 14 y 24,

siendo el ms habitual el de 18) con alcoholes de bajo

peso molecular (metanol, etanol, propanol, butanol)

para producir steres y glicerina. En la figura 3 se

muestra el diagrama de flujo del proceso de obtencin

de biodiesel a partir de aceites vegetales.

En una primera etapa se prensan las semillas

calientes en presencia de un disolvente para separar el

aceite de la torta. De este modo se logran rendimientos

de extraccin prximos al 100%. El aceite se trata para

eliminar gomas, impurezas y sustancias en suspensin.

La torta que se obtiene como subproducto tiene un alto

contenido en protena por lo que es posible su comer-


cializacin para alimentacin animal, en cuyo caso se

abaratan los costes del proceso de extraccin.

El triglicrido es el principal componente del aceite

vegetal o de la grasa animal y debe transformarse en

steres de cidos grasos y glicerina. La relacin este-

quiomtrica requiere tres moles de alcohol y un mol de

triglicrido para producir tres moles de ster y un mol

de glicerina,

Es decir, se necesitan unos 1000kg de triglicrido y

110 de metanol para obtener 1000kg de ester y 110kg

de glicerina.

En la transesterificacin se producen tres reac-

ciones reversibles y consecutivas. El triglicrido se

convierte en la primera reaccin en diglicrido, en la

segunda en monoglicrido y en la tercera en glicerina.

En cada una de estas tres reacciones se libera un mol

de ster.

Como estas reacciones son reversibles es preciso

desplazar los equilibrios hacia la derecha para lograr la

transformacin completa del triglicrido. Este objetivo

se logra empleando un exceso de alcohol, por ejemplo

una relacin alcohol/ster 6:1 en lugar de la relacin

estequiomtrica. De manera simultnea a la formacin

de los steres tiene lugar la de glicerina. Este copro-

ducto de la reaccin es inmiscible con los steres por

lo que esta propiedad de la mezcla contribuye al des-

plazamiento, siempre que el exceso de alcohol no

aumente la solubilidad de estos productos.

Estas reacciones de transesterificacin son dema-

siado lentas en las condiciones de operacin, es

preciso aumentar la velocidad incorporando un catali-

zador a la mezcla de reactivos. Los catalizadores

pueden ser bsicos homogneos (KOH, NaOH),

cidos homogneos (H

2

SO

4

, HCl, H

3

PO

4

), bsicos

heterogneos (MgO, CaO, Na/NaOH/Al

2

O

3

), cidos

heterogneos (zeolitas, resinas sulfnicas, SO

4

/ZrO

2

,

WO

3

/ZrO

2

), e incluso enzimas (lipasas). La mayor

parte de los procesos comercializados utilizan cataliza-

dores homogneos bsicos porque debido a su elevada

actividad permiten operar en condiciones moderadas y

tiempos de reaccin cortos. Cuando se utilizan catali-

zadores cidos se requieren temperaturas elevadas y

tiempos de reaccin largos. Sin embargo, la utilizacin

de lcalis tiene algunos inconvenientes debido a las

potenciales reacciones secundarias de saponificacin y

neutralizacin.

Para evitar que se produzcan reacciones de saponi-

ficacin es necesario que los triglicridos y el alcohol

sean anhidros (

de evitar que reaccionen con el catalizador y formen

los correspondientes jabones por neutralizacin. Unas

veces se realiza la neutralizacin previa con NaOH y

otras se eliminan los cidos grasos libres mediante una

reaccin de esterificacin con un catalizador cido

para formar los correspondientes steres.

De los diferentes alcoholes que pueden utilizarse

para la transesterificacin de los triglicridos el

metanol es el que se emplea en la mayor parte de las

instalaciones, aunque no sea una materia prima reno-

vable. Al mezclar el metanol o el etanol con los trigli-

cridos se forman dos fases por lo que es preciso, agi-

tando la mezcla, aumentar la velocidad de transfe-

rencia de materia entre las fases y lograr que los reac-

tivos estn en contacto. Durante la reaccin se forma

una emulsin, causada en parte por la formacin de

monoglicridos y diglicridos intermedios, que con-

tiene grupos hidroxilo, que son polares, y cadenas de

hidrocarburos, que son no polares, figura 4.

En la metanolisis esta emulsin desciende rpida-

mente al formar una capa rica en glicerina y otra, en la

parte superior, formada por los steres metlicos. La

formacin de los steres etlicos es ms difcil que la

formacin de los steres metlicos porque la inestabi-

lidad de su emulsin complica mucho el proceso de

separacin de las fases y la purificacin del producto

final.

La mayor parte del biodiesel procede de aceites

vegetales, metanol y un catalizador alcalino. Sin

embargo, hay muchos aceites de bajo coste y grasas

animales que pueden servir como nuevas fuentes de

triglicridos. Estas materias primas alternativas con-

tienen gran cantidad de cidos grasos libres que causan

el problema comentado anteriormente con los cataliza-

dores alcalinos. En estos casos es preciso realizar la

esterificacin en dos etapas: inicialmente se efecta un

pretratamiento para convertir los cidos grasos en

steres metlicos con un catalizador cido, y a conti-

nuacin se realiza la transesterificacin con un catali-

zador alcalino.

Aunque todos los procesos de produccin de bio-

diesel tienen en comn el comportamiento fenomeno-

lgico de la transesterificacin, existen mltiples

opciones de operacin que son viables industrial-

mente. La eleccin de la tecnologa se realiza en

funcin de la capacidad de produccin, alimentacin,

calidad y recuperacin del alcohol, catalizador, proce-

dimiento de purificacin del producto, etc. El proceso

ms simple es el discontinuo que suele operar a rela-

ciones de 4:1 (alcohol/triglicrido). Son reactores con

agitacin mecnica para mezclar aceite, alcohol y cata-

lizador, equipados con un condensador de reflujo, que

operan en el intervalo de 25C a 85C de temperatura,

habitualmente 65C. El catalizador ms utilizado es el

hidrxido en concentraciones que varan entre el 0,3%

y el 1,5% dependiendo de que sea hidrxido sdico o

potsico. Cuando se aproxima el tiempo necesario para

completar la reaccin se reduce la agitacin con el fin

de facilitar la separacin de fases. En los procesos con-

tinuos se utilizan uno o varios reactores tanque de

mezcla completa diseados para que la composicin

en el reactor sea prcticamente constante. La for-

macin de fases y su evolucin con el transcurso de la

reaccin de transestrificacin permite disear un

sistema de reactores mezcladores/sedimentadores en el

que se produce la alimentacin de reactivos aceite y

alcohol/catalizador y la extraccin de fases la

apolar en la que se encuentran los steres y la polar en

la que encuentra la glicerina de forma separada (en

distintas unidades del sistema).

En la sntesis de biodiesel se forman los esteres en

una proporcin del 90% y un 10% de glicerina. La gli-

cerina es un subproducto que puede refinarse hasta

lograr el grado farmacolgico o emplearse de calidad

industrial para distintas aplicaciones. Como su comer-


Figura 4. Evolucin de la mezcla de reaccin durante la tran-sesterificacin de un aceite de soja con metanol catalizada porhidrxido sdico.

cializacin forma parte de la viabilidad econmica del

biodiesel, la creciente oferta de glicerina est provo-

cando una disminucin del precio de venta y el consi-

guiente descenso de rentabilidad. Se deben buscar

nuevas aplicaciones y procesos en los que se utilice la

glicerina como materia prima de inters para la

industria qumica con el fin de mejorar la economa de

este biocarburante.

Los steres metlicos derivados de los aceites vege-

tales poseen unas caractersticas fsicas y fisicoqu-

micas tan parecidas al gasleo que permite mezclarlos

en cualquier proporcin y usarlos en los vehculos

diesel convencionales, sin realizar modificaciones en

el diseo bsico del motor. Para garantizar el correcto

funcionamiento del biodiesel es preciso contar con una

especificacin del carburante que se ofrece al pblico.

La especificacin vigente para estos combustibles se

basa en la norma europea EN-590 transcrita a la legis-

lacin espaola en el Real Decreto RD398/1996. El

biodiesel mezclado con gasleo se ha extendido en

Europa desde los ltimos 10-15 aos como combus-

tible de automocin. Comparando estas mezclas con el

gasleo, se observan ventajas ambientales derivadas

de la reduccin de emisiones de monxido de carbono,

partculas, hidrocarburos, dixido de carbono, xidos

de azufre, de la biodegradabilidad (98,3% en 21 das) y

de la toxicidad. Las ventajas tcnicas se deben a su

mayor poder lubrificante con lo cual se alarga la

vida del motor y se reduce el ruido y al mayor poder

disolvente evita la produccin de carbonilla, la obs-

truccin de los conductos y mantiene limpio el

motor y los inconvenientes, a su punto de conge-

lacin y a su poder disolvente que afecta a la duracin

de los filtros.

4.3. Otros biocarburantes lquidos

Los carburantes de primera generacin, bioetanol y

biodiesel, son vlidos para sustituir a los carburantes

derivados del petrleo pero dependen de materias

primas que se utilizan con fines alimenticios y,

adems, en su fabricacin slo aprovechan una

pequea parte de la biomasa. Para que los carburantes

derivados de la biomasa tengan una contribucin sig-

nificativa al consumo energtico del transporte por

carretera es necesario obtenerlos a partir de sus princi-

pales constituyentes, celulosa y lignina.

La pirolisis es un tratamiento de la biomasa a

elevada temperatura y en ausencia de oxgeno que

permite obtener productos gaseosos y lquidos de

elevado poder calorfico. Se denomina bio-oil al pro-

ducto lquido obtenido por pirolisis rpida de la

biomasa, a baja temperatura (450-550C), con elevada

velocidad de calentamiento (1.000-10.000 K/s),

pequeos tiempos de residencia (

cumpla las especificaciones del mercado. Es un proce-

dimiento empleado industrialmente con gas de sntesis

procedente de carbn o de gas natural. El gasoil sin-

ttico obtenido con el mtodo Fischer-Tropsch tiene el

comportamiento ambiental de un biocarburante si el

gas de sntesis procede de la biomasa.

5. BIOCOMBUSTIBLES GASEOSOS

A partir de la biomasa se pueden obtener varios

combustibles gaseosos como biogs, gas de gasgeno

y gas de sntesis e hidrgeno. El hidrgeno es un

vector energtico que se presenta como una alternativa

a la estructura energtica actual debido fundamental-

mente a sus ventajas ambientales y a su aplicacin en

pilas de combustible. Su combustin produce agua y

una gran cantidad de energa (27.000 kcal/kg) por lo

que resulta idneo para mltiples aplicaciones indus-

triales, domsticas y de transporte. La obtencin de

hidrgeno a partir de compuestos orgnicos se realiza

mediante un proceso, denominado reformado, que

consiste en romper las molculas hidrocarbonadas

mediante reacciones con vapor de agua en presencia de

un catalizador. Este combustible, hidrgeno, presenta

importantes problemas logsticos debido a su inflama-

bilidad y baja densidad. La alternativa de licuar el gas

tropieza con el elevado consumo energtico y las

grandes inversiones necesarias para la distribucin

directa. Debido a que su utilizacin se justifica funda-

mentalmente por razones ambientales, las fuentes de

energa renovables constituyen la materia prima ideal

para obtenerlo. Entre las molculas orgnicas proce-

dentes de la biomasa con posibilidades para ser fuente

de hidrgeno, el bioetanol es la opcin que presenta

menores costes y mayor versatilidad. Es adecuado para

satisfacer diferentes aplicaciones porque la generacin

de hidrgeno a partir de etanol puede oscilar entre

pocos kW y varios MW. La produccin de hidrgeno

utilizando etanol in-situ como materia prima tiene la

misma logstica que la existente para los combustibles

fsiles lo que supone un importante descenso de los

costes de distribucin del hidrgeno.

5.1. Fermentacin anaerbica: biogs

La digestin anaerbica es un proceso empleado en

la depuracin de aguas residuales y efluentes org-

nicos de industrias agrarias o de explotaciones gana-

deras. Este tipo de transformacin se produce de

manera espontnea en pantanos o fondos de lagunas y

lagos en los que haya depsitos de materia orgnica. El

metano, denominado gas de los pantanos, tambin

se produce en los vertederos de RSU, pudindose

extraer mediante perforaciones y redes de transporte

adecuadas. La aplicacin de este procedimiento a la

biomasa da lugar a biogs, en cantidades de unos 300

m

3

por tonelada de materia seca, con un poder calo-

rfico de unos 5.500 kcal/m

3

. El biogs est formado

principalmente por metano (55-65%) y CO

2

(35-45%);

y, en menor proporcin, por nitrgeno (0-3%),

hidrgeno (0-1%), oxgeno (0-1%) y sulfuro de

hidrgeno (trazas). El poder calorfico del biogs est

determinado por la concentracin de metano (9.500

kcal/m

3

). Para aumentar este parmetro es necesario

eliminar todo o parte del CO

2

que le acompaa.

El proceso de fermentacin anaerbica de la

materia orgnica se realiza en cuatro etapas en las que

intervienen diferentes tipos de bacterias. En la etapa de

hidrlisis, las bacterias hidrolticas son responsables

de degradar las complejas molculas orgnicas en

fragmentos ms sencillos como cidos grasos y gli-

cerina de los lpidos, pptidos y aminocidos de pro-

tenas y monosacridos de los polisacridos. Sobre

estos compuestos actan las bacterias acidognicas

para transformarlos en cidos de cadena corta (actico,

propinico, butrico,etc.), alcoholes, amoniaco, hidr-

geno y dixido de carbono. La tercera etapa, aceto-

gnica, es responsable de la transformacin de los pro-

ductos intermedios de la etapa anterior (propinico,

butrico), que no pueden ser metabolizados por los

organismos metanognicos, en actico, hidrgeno y

dixido de carbono. En la ltima etapa, etapa metano-

gnica, unas bacterias transforman el cido actico en

metano y dixido de carbono (el 70% del metano

procede de esta va) y otras, el dixido de carbono e

hidrgeno en metano y agua:

Esta cuarta etapa es la ms lenta de las cuatro y

controla la degradacin anaerbica, excepto en

aquellos casos en los que hay partculas slidas cuya

hidrlisis es muy lenta.

Hay muchos factores fsicos y qumicos que

afectan el comportamiento del proceso y que es


preciso controlar para conseguir una operacin

correcta. En el medio debe haber una relacin ade-

cuada de nutrientes para el desarrollo de la flora bacte-

riana. Se puede operar en un amplio intervalo de tem-

peratura siendo el mesoflico el ms empleado por su

menor sensibilidad a las variaciones de temperatura y

porque compagina productividad con rendimiento

energtico. Los micoorganismos que intervienen en

cada una de las etapas operan en un intervalo ptimo

de pH que es preciso controlar. Otras variables que

deben valorarse y controlarse son: el contenido de

slidos que afecta a la movilidad de las bacterias meta-

nognicas dentro del sustrato, la presencia de inhibi-

dores, como oxgeno, que dificultan la operacin, la

agitacin que es responsable de la uniformidad de la

mezcla, de la transferencia de materia gas-lquido, de

la formacin de espumas, de la sedimentacin o de los

agregados de bacterias, etc.

El biogs se puede utilizar en las mismas aplica-

ciones que el gas natural, generacin de calor, de elec-

tricidad (principal destino), combustible para veh-

culos, para pilas o integrarlo en la red de gas natural, y

lo mismo que ste se puede emplear como materia

prima para la industria qumica. En el caso de los ver-

tederos, su uso con fines energticos tiene como

ventaja aadida la combustin de metano y su transfor-

macin en CO

2

y agua. De esta forma se reduce el

efecto invernadero (su potencial de absorcin de la

radiacin infrarroja es muy superior al del CO

2

).

Previamente a cualquiera de sus aplicaciones ener-

gticas, el biogs debe someterse a un proceso de

refinado cuya complejidad depende de su procedencia

y de su uso. El objetivo de la purificacin es la elimi-

nacin de ciertos compuestos que acompaan al

metano en cantidades variables como CO

2

, SH

2

, NH

3

,

H

2

O, partculas slidas, etc.

5.2. Gasificacin: gas de sntesis

En la Segunda Guerra Mundial algunos pases que

no disponan de petrleo utilizaban la madera para

transformarla en un gas que serva de carburante a los

motores de gasolina. El equipo en el que se produca la

gasificacin de la madera se denominaba gasgeno, al

gas resultante gas de gasgeno, y estaba formado por

tres etapas: gasificacin del slido en un horno al que

se alimenta aire en una proporcin muy inferior a la

necesaria para la combustin completa; el gas de enfra

y se depura para eliminar cenizas volantes y alqui-

tranes; y combustin del gas en un motor de explosin

de gasolina con una relacin aire/gas de 1/1, o en un

motor de gas que opere bajo un ciclo Otto.

La gasificacin es un proceso termoqumico que

convierte un combustible slido, por oxidacin parcial

a elevada temperatura, en un gas portador de energa.

Al someter la biomasa a altas temperaturas y con

defecto de oxgeno se producen reacciones de pirolisis,

de oxidacin y de reduccin que originan productos

gaseosos, N

2

, CO, H

2

; CH

4

, CO

2

, cuyo poder calorfico

es bajo (algo mayor de 1.000 kcal/Nm

3

) y su destino,

la produccin de calor por combustin directa en un

quemador o la generacin de energa elctrica o

mecnica por medio de un motor o una turbina. En la

actualidad los procesos de gasificacin avanzada,

basados en sistemas de lecho fluidizado, son los ms

prometedores para la generacin de electricidad con

una alta eficiencia mediante a ciclos combinados de

turbina de gas y ciclo de vapor. Para esta finalidad es

muy importante la obtencin de gases limpios.

En el proceso de gasificacin tiene lugar un gran

nmero de reacciones que determinan el comporta-

miento trmico, la composicin del gas y las impu-

rezas que acompaan a los compuestos mayoritarios.

Por ejemplo, las reacciones exotrmicas:

son las principales responsables de aportar el calor

necesario para compensar la absorcin de calor de las

reacciones endotrmicas ms significativas:

La reaccin reversible

es la que estable la relacin CO//H

2

Finalmente, reacciones del tipo:

son las responsables de la formacin de impurezas.

El proceso de gasificacin se puede llevar a cabo

con aire, con oxgeno, vapor de agua, dixido de


carbono o mezclas de estos gases. El empleo de aire y

de oxgeno permite conseguir que el proceso sea auto-

trmico. Utilizando vapor de agua como agente de

gasificacin aumenta el contenido de hidrgeno y si se

emplea CO

2

el contenido de CO. El empleo de estos

gases requiere aporte energtico en la gasificacin de

la biomasa y la necesidad de transformar los com-

puestos orgnicos condensables (Tar) que se forman

como subproducto.

A la mezcla de monxido de carbono e hidrgeno

con la que puede obtenerse diferentes productos

hidrocarburos, metanol, etanol, etiltercbutileter

destinados a sustituir carburantes derivados del

petrleo o a materias primas para la industria qumica,

se denomina gas de sntesis. Su obtencin y posterior

transformacin en combustibles, por ejemplo mediante

la sntesis de Fischer-Tropsch, constituye un procedi-

miento de valorizacin de biomasa con fines energ-

ticos.

6. CONCLUSIN

Los problemas que plantea el uso de combustibles

fsiles para satisfacer la creciente demanda de energa

han obligado a buscar otras fuentes de aprovisiona-

miento. Las sociedades deben hacer frente a la caresta

del petrleo, la vulnerabilidad del suministro o las

amenazas del calentamiento global y el agotamiento de

estos combustibles. La biomasa es un recurso reno-

vable que se produce de forma descentralizada y su

empleo con fines energticos puede dar utilidad al

suelo laborable que progresivamente se est dejando

baldo. A partir de ella se puede obtener una gran

variedad de productos que se adaptan a todos los

campos de utilizacin actual de los combustibles tradi-

cionales. Mediante procesos especficos se obtiene

toda una serie de combustibles slidos, lquidos o

gaseosos que pueden utilizarse para cubrir las necesi-

dades energticas de confort, transporte, cocina,

industria y electricidad, o servir de materia prima para

la industria.

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biomasa como fuente de energia

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