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TEMA 1. INTRODUCCIÓN

ENERGÍA DE LA BIOMASA ÁREA DE ENERGÍAS RENOVABLES

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I. INTRODUCCIÓN

La energía de la biomasa es una de las energías renovables que más potencial posee en España y en la Unión Europea, fundamentalmente por la gran heterogeneidad de materias primas que lo integran, pero no en todos ellos representa actualmente la misma utilización.

Si se tiene en cuenta la Directiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 23 de abril de 2009, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables y por la que se modifican y derogan las Directivas 2001/77/CE y 2003/30/CE, en el año 2020 se debe conseguir una cuota del 20% de energía procedente de fuentes renovables en el consumo final bruto de energía de la Unión Europea y una cuota del 10% de energía procedente de fuentes renovables en el consumo de energía en el sector del transporte en cada Estado miembro para 2020. Por lo que respecta a la producción de biocarburantes, de manera particular, la Directiva 2003/96/CE por la que se reestructura el régimen comunitario de imposición de los productos energéticos y de la electricidad, de tal manera que se puede eximir de los impuestos sobre los carburantes a los biocarburantes utilizados bajo control fiscal, o bien aplicar un impuesto de nivel inferior, de tal manera que se fomente la instalación de industrias de este tipo y se aumente la oferta de estos productos.

Respecto a la obtención de energía térmica con origen renovable en la Unión Europea, prácticamente el 100% de la energía se satisface con biomasa y las previsiones de incremento son difíciles de estimar, aunque a pesar de esto, se puede decir que todavía queda un largo camino por recorrer sobre todo en la refrigeración a partir de dicho recurso.

En España, la biomasa es la energía renovable que más se esperaba que aportara al crecimiento de las energías renovables en el período 2005-2010, según se plasma en el Plan de las Energías Renovables, por tanto, si se une el potencial con las posibilidades de dicho recurso, sin existir trabas políticas, el futuro de la biomasa puede ser muy prometedor.

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ÁREA DE ENERGÍAS RENOVABLES ENERGÍA DE LA BIOMASA

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II. OBJETIVOS

Los objetivos que se persiguen con este tema son los siguientes:

• Conocer los orígenes de la biomasa y el potencial que existe en

el planeta Tierra con este recurso.

• Definir la biomasa, anotando las diferentes expresiones que se establecen al respecto, así como los distintos biocarburantes que existen en la actualidad.

• Clasificar a los tipos de biomasa en función de las particularidades que presenten.

• Determinar las ventajas e inconvenientes que conlleva la aplicación de la biomasa con fines energéticos.

• Analizar las distintas fuentes de biomasa.

• Estudiar las características más importantes que posee la biomasa, de tal manera que se pueda realizar el óptimo aprovechamiento energético de cada recurso.

III. ORIGEN DE LA BIOMASA

Como posteriormente se desarrollará más en profundidad, el término biomasa hace referencia a la materia orgánica que se forma en los organismos vegetales a través de un proceso denominado “fotosíntesis”, así como a toda la materia que se origina como consecuencia de la transformación de aquélla, y a la que se produce de manera artificial por parte de los humanos.

Gracias a la fotosíntesis (que se desarrolla en unos orgánulos denominados “cloroplastos” presentes en el interior de las células vegetales de las partes verdes), las plantas emplean dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) que lo transforman en compuestos orgánicos (que se emplean para la obtención de energía) y en oxígeno (que se libera a la atmósfera), necesitando energía para llevar a cabo este proceso que procede de la radiación solar, y que posteriormente se transforma en energía química siguiendo una reacción básica del tipo siguiente:

CO2 + H2O → O2 + (CH2O)n

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El rendimiento fotosintético es bajo, ya que de toda la radiación que procede del sol, sólo se aprovecha una mínima parte (sólo la comprendida entre 400 y 700 nanómetros de longitud de onda), y además, parte de la radiación que incide sobre las plantas no es absorbida ya que se refleja (aproximadamente el 30%). Unido a todo esto está que el rendimiento de la reacción anterior es cercana al 30% y que en las especies vegetales se llevan a cabo otra serie de reacciones químicas, por lo que el rendimiento total de obtención de biomasa a partir de la energía solar está en el intervalo del 3-5%.

A pesar de un valor tan bajo de rendimiento, debido al elevado número de especies vegetales que habitan en la Tierra, tanto en el medio terrestre como en el acuático, según estudios realizados permite una producción anual de biomasa vegetal cercana a 1,7 x 1011 toneladas, con una energía aproximada de 3 x 1021 J (Julios) equivalentes a algo más de 68.000 millones de toneladas equivalentes de petróleo, y muy superior a la cantidad de energía que demandada por la humanidad.

Durante muchos siglos, la biomasa ha sido una fuente de energía muy importante en el desarrollo y mantenimiento de las distintas civilizaciones que han habitado el planeta Tierra, manteniendo su importancia energética en países en vías de desarrollo y pasando a ocupar una posición no tan destacada en países industrializados.

IV. CONCEPTOS

La biomasa se puede definir de varias maneras dependiendo del origen de la fuente consultada.

Se entiende por “biomasa” toda aquella materia prima biodegradable de origen vegetal, animal y/o antropogénico, empleada en la obtención de energía eléctrica, térmica y/o mecánica.

También puede ser definida como toda aquella materia orgánica que ha tenido como precedente un proceso biológico, pudiendo ser aquella de origen vegetal (si el precedente es la fotosíntesis) y/o animal (si es el metabolismo heterótrofo su origen).

Teniendo en cuenta la legislación vigente al respecto, la Directiva 2001/77/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 27 de Septiembre de 2001 relativa a la promoción de la electricidad generada a partir de fuentes de energía renovables en el mercado interior de la electricidad, y la Directiva 2003/30/CE del Parlamento

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Europeo y del Consejo de 8 de Mayo de 2003 relativa al fomento del uso de biocarburantes u otros combustibles renovables en el transporte, definen a la “biomasa” como la fracción biodegradable de los productos, desechos y residuos procedentes de la agricultura (incluidas las sustancias de origen vegetal y de origen animal), de la silvicultura y de las industrias conexas, así como la fracción biodegradable de los residuos industriales y municipales.

La Especificación Técnica Europea CEN/TS 14588 (CEN: Comité Europeo de Normalización) define a la “biomasa” como todo material de origen biológico excluyendo aquellos que han sido englobados en formaciones geológicas sufriendo un proceso de mineralización.

En cualquiera de estas definiciones se incluirían los biocarburantes (bioetanol y biodiésel), el biogás y la valorización energética de los RSU (Residuos Sólidos Urbanos), aunque a todos ellos por su importancia se les podría encuadrar en un grupo de forma individualizada.

Por lo que se refiere al concepto de “biocarburante”, en la mencionada Directiva 2009/28/CE se define como el combustible líquido o gaseoso para transporte producido a partir de la biomasa. Dentro de este grupo se incluyen los siguientes biocarburantes, definidos de esa manera en la antigua Directiva 2003/30/CE:

• Bioetanol: es el etanol producido para uso como biocarburante, a partir de la biomasa o de la fracción biodegradable de los residuos.

• Biodiésel: es el éster metílico producido a partir de un aceite vegetal o animal de calidad similar al gasóleo, para su uso como biocarburante.

• Biogás: es el combustible gaseoso producido a partir de la biomasa y/o a partir de la fracción biodegradable de los residuos y que puede ser purificado hasta alcanzar una calidad similar a la del gas natural, para uso como biocarburante o gas de madera.

• Biometanol: es el metanol producido para uso como biocarburante a partir de la biomasa.

• Biodimetiléter: es el dimetiléter producido, para uso como biocarburante, a partir de la biomasa.

• BioETBE (etil ter-butil éter) es el ETBE producido a partir del bioetanol. La fracción volumétrica de bioETBE que se computa como biocarburantes es del 47%.

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• BioMTBE (metil ter-butil éter): es el combustible producido a partir del biometanol. La fracción volumétrica de bioMTBE que se computa como biocarburante es del 36%.

• Biocarburantes sintéticos: son los hidrocarburos sintéticos o sus mezclas, producidos a partir de la biomasa.

• Biohidrógeno: es el hidrógeno producido a partir de la biomasa y/o a partir de la fracción biodegradable de los residuos para su uso como biocarburante.

• Aceite vegetal puro: es el aceite obtenido a partir de plantas oleaginosas mediante presión, extracción o procedimientos comparables, crudo o refinado, pero sin modificación química, cuando su uso sea compatible con el tipo de motor y las exigencias correspondientes en materia de emisiones.

Finalmente, la Ley 10/1998 de Residuos define a estos como a

todas aquellas sustancias u objetos que se pueden encuadrar en alguna de las categorías reflejadas en la misma, o dicho de otro modo, es el material de desecho que se genera en espacios urbanizados como consecuencia de actividades de consumo, domésticas, de servicios, etc.

Hay que comentar que el término “biocombustible” se define por la Especificación Técnica Europea CEN/TS 14588 como aquellos combustibles obtenidos directa o indirectamente de la biomasa, y que pueden ser sólidos, líquidos y/o gaseosos. Aunque según la Disposición Adicional Decimosexta de la Ley 34/1998 de 7 de Octubre del Sector de Hidrocarburos, se consideran a los biocombustibles los productos que a continuación se relacionan y que se destinan a su uso como carburante, directamente o mezclados con carburantes convencionales:

a) El alcohol etílico producido a partir de productos agrícolas o de

origen vegetal (bioetanol), ya se utilice como tal o previa modificación química.

b) El alcohol metílico (metanol), obtenido a partir de productos de origen agrícola o vegetal, ya se utilice como tal o previa modificación química.

c) Los aceites vegetales.

d) El aceite vegetal, modificado químicamente.

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V. CLASIFICACIÓN DE LA BIOMASA

La clasificación que se puede realizar de la biomasa, varía dependiendo del punto de vista desde el cual se realice. Si se tiene en cuenta el origen biológico de la misma, podría ser:

a) Biomasa primaria: se trata de toda la materia orgánica formada en la naturaleza por los seres fotosintéticos. Aquí se incluirían los residuos agrícolas (pajas, restos de poda, etc.), los residuos forestales (restos de podas, entresacas, etc.), los residuos de industrias agroalimentarias y/o forestales (cáscaras de almendras, serrines, etc.), así como los cultivos energéticos, tanto herbáceos como leñosos, susceptibles de ser cultivados en tierras de retirada de la PAC (Política Agraria Comunitaria).

b) Biomasa secundaria: es la producida por los seres heterótrofos que utilizan la biomasa primaria como fuente de alimentación. Los materiales que quedan incluidos en este grupo son residuos biodegradables del tipo efluentes ganaderos.

c) Biomasa terciaria: es la generada por los seres que utilizan la biomasa primaria y secundaria para generar sus propias funciones vitales. En este grupo se incluyen materiales también biodegradables correspondientes a lodos de EDAR (Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales) o RSU.

En función de la composición química de la biomasa (formada

principalmente por hidratos de carbono, lípidos, proteínas y minerales), aquélla puede ser clasificada, teniendo en cuenta la fracción predominante. Así, en función del tipo de hidrato de carbono que contiene la biomasa, ésta podría ser:

a) Lignocelulósica: aquella en la que predominan compuestos tales

como celulosa, hemicelulosa y lignina. Ejemplos de este tipo son la madera de especies forestales, la paja de los cereales o la corteza del tallo del cultivo de cardo.

b) Amilácea: es aquella en la que el compuesto principal son los hidratos de carbono en forma de polisacáridos de reserva, tales como almidón o inulina. Ejemplos característicos de este tipo de biomasa son los granos de los cereales.

c) Azucarada: es aquella en la que el compuesto hidrocarbonado básico es un monosacárido (glucosa o fructosa) o un disacárido

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(sacarosa). La remolacha, la caña de azúcar o el sorgo azucarero son ejemplos de este tipo de biomasa.

Dependiendo del destino final de la biomasa puede ser ésta

clasificada de la siguiente manera:

a) Alcoholígena: aquella cuyo compuesto final es el etanol o sus

derivados, utilizados en sustitución total o parcial de las gasolinas de automoción o para producción de aditivos como el ETBE. Ejemplos de este tipo son la madera forestal, la paja y los granos de los cereales, la remolacha, etc.

b) Oleaginosa: es aquella cuyo compuesto final es un aceite generalmente en forma de éster para sustituir al gasóleo de automoción. Cultivos como el girasol, la colza, el cardo, la soja, etc., son ejemplos de biomasa de este tipo.

c) Lignocelulósica: es la que se destina para la obtención de energía eléctrica y/o térmica. Como ejemplos destacan los residuos forestales, los residuos agrícolas y el cultivo de cardo.

Si lo que se tiene en cuenta es el contenido de humedad del

producto, la biomasa también puede ser:

a) Seca: cuando tiene en torno a un 10 por ciento de humedad.

b) Húmeda: con mayor contenido en humedad del 10 por ciento.

VI. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA BIOMASA

La utilización de la biomasa para fines energéticos (englobando aquella destinada a la obtención de biocarburantes o biogás, o la propia fracción orgánica de los propios RSU), presenta una serie de ventajas desde distintos puntos de vista, que son las que a continuación se comentan.

1. Socioeconómicas

a) Facilitar la continuidad de la actividad del sector agrícola con cultivos energéticos, evitando así el abandono de superficies agrarias y del núcleo rural, y por tanto mantener la actividad industrial en sectores relacionados con la producción agrícola

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(de fertilizantes, fitosanitarios, maquinaria, etc.), así como la creación de puestos de trabajo de forma directa e indirecta. Según la actual PAC hay que dejar sin cultivar por imperativo legal un porcentaje de la explotación de cada agricultor, fundamentalmente para motivar la mitigación de los famosos excedentes alimentarios, muy comunes en determinados productos alimenticios que llevan asociados bajos precios en la venta de los mismos por exceso de oferta. En estas tierras es posible el cultivo de especies que tengan otro destino distinto al alimentario, como las especies energéticas, por lo que es necesario aportar inputs de cultivo como los abonos químicos y/u orgánicos, fitosanitarios, etc., en terrenos anteriormente no aprovechados. Por dicho motivo, realizando dicho aprovechamiento de forma generalizada, se favorece el desarrollo industrial asociado y la creación de puestos de trabajo, tan importante esto último para tener población fijada en el medio rural y evitar así el despoblamiento, por lo que en determinadas zonas donde el paro agrario es importante y la gente se encuentra cobrando el desempleo, dejarían de percibirlo por ofrecerles un puesto de trabajo, provocando también otro efecto directo y es el aumento en la recaudación de impuestos por parte del Estado vía IRPF (Impuesto de la Renta sobre las Personas Físicas).

b) Canalización de los excedentes agrícolas alimentarios. En aquellos lugares y momentos en los cuales haya excedentes en la producción de cultivos tradicionales y que por motivos de evitar una importante caída en los precios de venta de los mismos, se puede destinar una parte de sus producciones al mercado energético.

c) Resolución de parte de los problemas energéticos en determinadas épocas del año. En dos momentos puntuales del año, en invierno con la llegada de las bajas temperaturas y en verano con la llegada de las altas temperaturas, se tienen importantes puntas en el consumo de energía eléctrica, motivadas por la necesidad de conectar las calefacciones y los aires acondicionados a máxima potencia, respectivamente, para satisfacer las temperaturas de confort en ambos casos. Para ello es necesario tener disponibles centrales de producción de energía eléctrica alimentadas con combustibles tradicionales contaminantes, para que suministren dichos picos de potencia, independientemente el precio al que se encuentre en el mercado internacional dicho combustible.

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d) Ahorro económico en determinadas industrias por cuestión energética al implantar sistemas energéticos con biomasas. En aquellas industrias en las que sea necesario en su proceso productivo importantes cantidades de energía eléctrica y/o térmica, es posible la instalación de centrales de cogeneración (que abastecen de energía eléctrica y/o térmica), centrales de producción de energía eléctrica, o pequeñas instalaciones de producción de energía térmica, en función de si lo que demandan las industrias es energía eléctrica, energía térmica o ambas. Para llevar a cabo un tipo de instalación u otra, hay que realizar previamente una auditoría energética donde se identifiquen claramente las necesidades de cada uno de los tipos de energía. En cualquier caso, el emplear biomasa generaría unos ahorros económicos importantes por la no utilización de fuentes de energía primaria tradicionales.

e) Mitigación en parte del problema de los RSU y los lodos de depuradora de ser almacenados directamente en vertederos. Ambos tipos de biomasas tienen la particularidad de ser generados por la gestión de los residuos que se generan como consecuencia de la actividad humana y por el tratamiento que es necesario realizar a las aguas una vez que éstas son utilizadas, todo ello para evitar problemas graves desde el punto de vista medioambiental. Tanto los RSU como los lodos de depuradora, si no se valorizan energéticamente son depositados en vertederos controlados, con el importante inconveniente que tienen de saturación con el paso del tiempo y de la necesidad de buscar emplazamientos nuevos para continuar con el proceso. Esto es grave en aquellos lugares donde la disponibilidad de terreno sea difícil por la presión urbanística o en zonas insulares.

2. Estratégicas y de balanza de pagos

a) Sustitución parcial de los combustibles traídos de fuera por biomasa autóctona y así reducir el grado de dependencia energética del exterior. Actualmente la dependencia de España de fuentes energéticas del exterior es superior al 80 por ciento, siendo en algunos casos cercana al 99 por ciento, como por ejemplo para el petróleo y para el gas natural. Estos valores son muy superiores a la media de los países de la Unión Europea, con los graves inconvenientes económicos asociados. Empleando la biomasa del lugar con fines energéticas se puede disminuir ostensiblemente ese grado de dependencia de España

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y se consigue un importante ahorro de divisas que irían fuera del país destinadas a la compra de combustibles.

b) Reducir la necesidad de disponer de abundantes reservas estratégicas para un futuro concentradas en lugares muy concretos. La sociedad actual necesita importantes cantidades de energía para poder realizar todas y cada una de las labores cotidianas. Para ello, y ante la escasez de utilización de fuentes de energía autóctonas, es preciso acumular grandes cantidades de petróleo y de gas natural en lugares habilitados al efecto en forma de reservas para situaciones extremas de escasez de suministro. Es por dicha razón, por la que si se emplearan adecuadamente los recursos biomásicos autóctonos estas reservas se verían disminuidas ostensiblemente y por tanto el coste económico de almacenamiento y de transporte que se deriva, ya que estos lugares de almacenamiento están ubicados en puntos muy concretos y no repartidos por toda la geografía española.

c) Aumento de la diversificación energética. En la actualidad el mix energético no es nada amplio, y es aconsejable tener todas las fuentes de energía posible activas, de tal manera que no haya esa fuerte dependencia anteriormente comentada, así como posibilitar una fácil sustitución de una por otra en casos de necesidad.

3. Medioambientales

a) Reducción de los gases de efecto invernadero (GEI) producidos en la combustión de combustibles fósiles. De todos los GEI (CO2, óxido nitroso N2O, metano CH4, hidrofluorocarbonos HFC, perfluorocarbono PFC y hexafluoruro de azufre SF6), el que se produce en mayor cantidad es el primero de ellos y por tanto el que se pretende disminuir en todo momento, generado como resultado de la reacción química producida entre los combustibles que tienen carbono e hidrógeno en su constitución y el oxígeno del aire. La biomasa con origen vegetal tiene la particularidad que todo el carbono del CO2 generado es el que previamente se ha tenido que sintetizar por parte de los vegetales en el proceso denominado “fotosíntesis”, por lo que a priori se podría decir que el balance es neutro. Pero hay que considerar también a la parte que queda debajo de la superficie del suelo que igualmente está formada por hidratos de carbono y que no se emplea con fines energéticos, por lo que se

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almacena más CO2 de lo que posteriormente se emite tras su aprovechamiento. Por dicha razón, a la biomasa vegetal y más concretamente a los cultivos energéticos, se les podría considerar como verdaderos sumideros de CO2 contribuyendo al descenso de los niveles de dicho gas en la atmósfera.

b) Reducción del CH4 emitido a la atmósfera en los vertederos de RSU o en las EDAR como consecuencia de la degradación de la materia orgánica. En aquellos lugares donde haya materia orgánica y en condiciones de anaerobiosis, es decir, de ausencia de oxígeno, se produce un proceso denominado “digestión anaerobia” (que se estudiará más adelante con detalle), proceso a partir del cual el producto resultante recibe el nombre de “biogás”, cuyo componente mayoritario es el CH4. Tiene la particularidad que se produce en mucha menor cantidad a la atmósfera que el CO2, pero su efecto de permanencia en ella es superior a ése, por lo que si no se va a aprovechar energéticamente es recomendable su quemado en antorchas antes que su emisión libremente a la atmósfera. Es por dicho motivo por lo que en determinados vertederos o plantas de tratamiento de residuos donde hay instalaciones de aprovechamiento de dicho biogás o en las propias EDAR, se tienen antorchas de seguridad, para que en el caso que haya avería en los equipos de aprovechamiento energético, no se produzca una paralización en el proceso de generación de dicho biogás, si el lugar de almacenamiento del mismo se encuentra lleno. De esa manera el proceso siempre está funcionando a velocidad uniforme y el medioambiente no se siente dañado en gran medida.

c) Eliminación de las masas forestales de una cierta cantidad de biomasa que aumentaría el riesgo de incendios, en todas aquellas zonas con suficiente nivel de materia orgánica en los suelos o para evitar la propagación de plagas y/o enfermedades de aquéllas. De sobra es conocido el problema de incendios que se tiene en muchas zonas año tras año sobre todo en época estival, debido a la existencia de malezas en los montes consecuencia de una inexistente limpieza de los mismos. Si se tuvieran programas adecuados de limpieza de las masas forestales durante el otoño y el invierno programadas por las Consejerías de Medio Ambiente de las Comunidades Autónomas con recursos económicos de éstas, muchos de los incendios que se tienen al final de la primavera o en el verano se controlarían más rápidamente e incluso no avanzarían de la forma en la que lo hacen, ya que no encontrarían combustible. Hay que tener

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en cuenta que el coste económico de limpieza de las zonas forestales sería muy inferior al que se destina a los programas de prevención del fuego (medios materiales y humanos principalmente), con el valor añadido de la no destrucción de recursos ambientales que muchas veces tardan décadas en regenerarse nuevamente a su estado inicial. En el caso que se produzca dicha limpieza del monte, es recomendable que la materia orgánica que se obtiene se incorpore al suelo picándola previamente, si el nivel de ésa está por debajo del 1,5 por ciento, ya que los nutrientes que necesita la masa para crecer y desarrollarse proceden de la descomposición de la misma. Sólo en el caso que se tengan niveles adecuados de materia orgánica en el suelo o bien la biomasa retirada se encuentre afectada por alguna plaga y/o enfermedad, se puede destinar con fines energéticos.

d) Utilización de bajos inputs en los cultivos energéticos, por lo que la agricultura resultante produciría un menor impacto ambiental que la tradicional. Los cultivos energéticos tienen la característica más destacada que son más rústicos que los tradicionales, por lo que las necesidades de cultivo son menores. Esto posibilita que se empleen menores inputs de cultivo (fertilizantes, fitosanitarios, maquinaria, etc.), por lo que los problemas ambientales derivados se mitigarían ostensiblemente (menor contaminación de aguas subterráneas por excesivas dosis de fertilizantes químicos y/u orgánicos e incluso de fitosanitarios, menores emisiones de CO2 por utilización de maquinaria, etc.). Además asociado a ese menor impacto ambiental también está unido la reducción en la necesidad de disponer de recursos económicos para hacer frente a dichos cultivos.

e) Protección del suelo con cultivos perennes como el cardo, eliminando las pérdidas de suelo que se producirían debido al viento y a la escorrentía del agua, sobre todo en aquellas superficies que se dejan sin cultivar debido a la PAC. En todas las superficies en las que no haya vegetación, del tipo que sea, el suelo se encuentra dispuesto a los efectos de la erosión hídrica y/o eólica. Las consecuencias resultantes son la pérdida de suelo fértil que es el que precisamente utiliza la mayor parte de los vegetales para extraer los nutrientes, provocando asimismo una desestructuración del mismo y por tanto, empeorando las características de aquél para su uso con fines agrarios. Hay que extremar los cuidados que se realizan sobre el suelo y considerarlo como un agente vivo, por residir en él

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fauna vital como microorganismos descomponedores de la materia vegetal, lombrices, etc., para facilitar así la absorción del agua de lluvia y su permanencia en el mismo para las épocas del año en las que haya escasez de lluvia y sea necesario su aprovechamiento por parte de la planta, sobre todo muy apreciado por todos aquellos cultivos que se desarrollan en condiciones de secano.

f) Nuevos hábitat para especies cinegéticas (perdiz, paloma, etc.) en zonas de cultivo. El aumento de la superficie cultivada y por tanto la disminución de las superficies de retirada, genera la creación de hábitats de cultivo para especies con aprovechamiento cinegético y por tanto la ampliación de sus lugares de vida. Muchas veces por la propia presión urbanística o por el uso de la maquinaria dichas especies han tenido que emigrar de dichos lugares que van a colonizar nuevamente a otros más tranquilos. La existencia de dichas especies es beneficioso tanto para el medio ambiente como para los agricultores, ya que hay programas europeos agrarios que priman económicamente a todos aquellos agricultores que realicen prácticas agrarias sostenibles que protejan a dichos animales. Además, la existencia de dicha fauna cinegética puede generar también ingresos al agricultor por la caza de las mismas.

g) Aumento de microorganismos descomponedores de la materia orgánica del suelo. La existencia de material vegetal sobre la superficie del suelo favorece en mayor o menor medida el desarrollo de la fauna edáfica que es la encargada de mineralizar dicha materia orgánica y su posterior aprovechamiento por parte de las plantas cultivadas. En función de la agresividad de las prácticas culturales que se realicen (laboreo tradicional frente a la siembra directa o el mínimo laboreo), la proliferación de dicha fauna será mayor o menor, y por tanto, la existencia de microorganismos se tendrá en mayor o menor medida, respectivamente.

h) Disminución de la contaminación de nitratos del suelo, consecuencia de la fertilización excesiva en muchas ocasiones, debido al potente sistema radicular de los cultivos energéticos. El elemento más importante en la fertilización de los cultivos es el nitrógeno, ya que generalmente el fósforo y el potasio que también se suelen aportar con las dosis de abonado a los cultivos, se encuentran en el suelo, así como el resto de los elementos que necesitan las plantas en menores cantidades. El

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nitrógeno se aporta bien en forma de abonos químicos o en forma de abonos orgánicos (estiércoles), y tiene la particularidad de lixiviarse con rapidez en cuanto llueve, sobre todo si se encuentra en forma de nitrato (NO3

-) en lugar de amoniacal (NH4

+). Si se percola a zonas profundas del perfil del suelo a donde la mayor parte de las raíces de los cultivos no son capaces de llegar, se tiene una importante cantidad de abono que el cultivo no aprovecha. Los cultivos energéticos al tener la particularidad de poseer importantes sistemas radiculares, buena parte de sus raíces finas llegan hasta estas zonas aprovechando dichos nutrientes, por lo que son capaces de desarrollarse sin necesidad de grandes aportes en fertilizantes, sólo con lo que sus predecesores no han sabido aprovechar. A la vista de esto, por tanto, permiten la disminución de la contaminación del suelo.

i) Salida alternativa a los residuos ganaderos (estiércoles, lisieres, etc.) generados en las explotaciones ganaderas de muchas zonas. Cada vez más la cabaña ganadera ha pasado de criarse en régimen extensivo o semiextensivo a intensivo, de tal forma que en el menor tiempo posible el animal engorde todo lo posible, para que así el ganadero maximice beneficios. En régimen extensivo (caso de los cerdos ibéricos en las dehesas, el ovino o el vacuno pastando al aire libre), al realizar ejercicio el animal gasta energía en moverse y no en formar músculo, mientras que en intensivo al no moverse el animal, toda la energía que ingiere la emplea en la formación de músculo. Es por dicha razón por la que los animales tardan menos tiempo en llegar a un estado comercial en régimen intensivo. Hay que tener en cuenta que también se emplean más factores de producción (antibióticos para evitar la proliferación de enfermedades, alimentación en forma de concentrados, mayores necesidades de mano de obra, uniformidad en las condiciones térmicas, etc.), generándose también mayor número de deyecciones sólidas y líquidas que se concentran en un determinado lugar, a diferencia de los animales que están en extensivo, cuyas deyecciones se reparten por toda la finca. Para el caso de la cabaña de porcino, en determinadas zonas de Comunidades Autónomas como la de Cataluña, Castilla y León y Aragón, el problema de la gestión de dichos residuos es acuciante, ya que muchas veces se sobrepasa la cantidad de nitrógeno recomendada por hectárea y año, además al esparcirse en parcelas donde no hay cultivos que los aprovechen, con lo que eso conlleva de contaminación de

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acuíferos por el nitrógeno que tiene esos residuos. Por dicho motivo, una correcta gestión es interesante, no sólo para aportar a cada parcela la cantidad de residuo adecuada a las condiciones de la misma, sino también para plantear instalaciones de obtención de energía mediante sistemas de digestión anaerobia, bien de forma individual en cada explotación o de forma comunitaria en aquellas zonas de alta concentración de naves de porcino.

j) Eliminación de riesgos presentes en la utilización de combustibles convencionales, derivados de una mala manipulación o de posibles escapes, al sustituirlos por biocombustibles líquidos. Al depender en la medida actual de combustibles convencionales derivados del petróleo, la necesidad de transporte de estos por todo el territorio español es obligatoria, por lo que las posibilidades de que haya accidentes de todo tipo, tanto en carretera como en el mar, son altas. Además, la historia de estos accidentes demuestra que las consecuencias medioambientales de los mismos son desastrosas, con repercusiones sobre toda la cadena trófica durante largos decenios, fundamentalmente en aquellos casos de hundimiento en el mar de petroleros, provocando mareas negras. Si buena parte de dichos combustibles fueran sustituidos por biocarburantes con origen vegetal, la necesidad de transporte de dicha materia prima se produciría en menor medida y por tanto los riesgos derivados, ya que aunque se realice transporte tanto por carretera como por vía marítima, al tener origen vegetal, la contaminación sería prácticamente nula.

k) Eliminación de los lixiviados contaminantes producidos en los vertederos. Si se realiza una correcta gestión de los RSU, su deposición en vertederos incontrolados se reduciría prácticamente en su totalidad, por lo que la contaminación de los lixiviados generados sería nula, ya que aunque se depositaran en vertederos estos serían controlados y todos los líquidos que se generaran consecuencia de los procesos que se producen en ausencia de oxígeno, serían canalizados, recogidos y tratados convenientemente, para no tener así daño medioambiental por contaminación de los mismos.

Pero no todo son ventajas lo que ofrece la biomasa, ya que

también hay inconvenientes como los que a continuación se comentan.

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a) Desconocimiento de los cultivos energéticos por parte del

agricultor. Muchos de los cultivos que actualmente no se desarrollan en las explotaciones agrarias se desconocen por parte de los agricultores, por lo que es necesario que los técnicos de las cooperativas agrarias, de las organizaciones agrarias y de las Administraciones Públicas, tengan también formación en el sector de los cultivos energéticos y puedan asesorar conveniente a los agricultores para que pongan en práctica dichos conocimientos adquiridos y comiencen a cultivar especies con fines energéticos.

b) Inestabilidad e inseguridad de suministro: en ocasiones, a pesar de existir recurso biomásico en una determinada zona, y se pueda ubicar una industria de aprovechamiento de esa biomasa, es difícil establecer para los promotores contratos a muy largo plazo para tener asegurado el suministro de la misma, ya que generalmente los productores no quieren estar sujetos a unas condiciones y a unos precios que pueden variar de un año a otro de manera sustancial y ventajosa para ellos, como consecuencia de destinar la biomasa a otros usos, poniéndose por tanto en peligro la viabilidad de la industria. Es el caso típico de los residuos agrícolas herbáceos que pueden destinarse al mercado energético o al mercado ganadero para emplearse como alimento o como cama de ganado.

c) Falta de formación de técnicos en el sector de la biomasa. Unido a lo comentado en el inconveniente anterior, además de necesitar formación en cultivos energéticos por parte de los técnicos agronómicos, también es necesario tener formación en biomasa en general, para que todos los recursos que pueden tener un destino energético sean valorizados convenientemente, incluso siendo los promotores de los mismos los propios generadores de aquéllas, y obteniendo en todo momento los productos más interesantes desde el punto de vista económico.

d) Necesidad de un tamaño de superficie de cultivo energético mínimo para que la central transformadora sea rentable. Para el caso de una planta de producción de energía eléctrica con residuos agrícolas herbáceos (paja de cereal) y/o con biomasa de cultivos energéticos (como por ejemplo el cardo), es necesario conocer la superficie de cultivo que se dispone realmente, así como las cantidades que se generan de cada una de esas biomasas, para así poder determinar sobre esa base, el

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tamaño óptimo de la industria y la potencia de producción de energía eléctrica, ya que independientemente de que exista materia prima susceptible de uso, puede ocurrir que los costes fijos más los variables no aconsejen el ejecutar dicho proyecto. Similar ejemplo se tiene para el caso de una industria de obtención de biocarburantes (bioetanol por ejemplo), que si se desarrolla sobre la base de producción de grano de cebada en un entorno determinado, hay que conocer aproximadamente la cantidad óptima de hectáreas cultivadas de cebada y su rendimiento, para así fijar la capacidad económicamente rentable de la industria transformadora. Si esto no se realiza correctamente y se ejecutan los proyectos sin realizar esos importantes análisis de sensibilidad, el fracaso de los mismos estaría prácticamente asegurado. En definitiva, con todo tipo de proyectos hay que analizar convenientemente la cantidad de materia prima disponible y a partir de ahí determinar la capacidad y/o potencia de la instalación energética.

e) Impacto ambiental negativo sobre el paisaje de las centrales, pero que es fácilmente enmascarable y disminuible con un adecuado diseño de las instalaciones. Para el caso tanto de las plantas de producción de energía eléctrica o de biocarburantes con biomasa de origen agrícola, como de las plantas de tratamiento de RSU o de residuos ganaderos, se localizan en zonas rurales, en muchos casos, próximas a las ciudades. Por dicha razón, la ejecución de las mismas genera indudablemente un impacto paisajístico importante, que se acentúa si en las proximidades a ellas no hay industrias. Pero dicho impacto, es fácilmente reducido si la construcción de las mismas se realiza siguiendo unas pautas, como la utilización de materiales que tengan colores adecuados al entorno, la colocación de árboles y vegetación a lo largo del perímetro de la central, etc.

f) Impacto ambiental causado por el tendido de la línea eléctrica hasta el punto de conexión con la red en centrales de producción de energía eléctrica. En el caso que se construyan industrias de producción de energía eléctrica e incluso de industrias de producción de biocarburantes, independientemente del tipo de biomasa empleada, es necesario el tendido eléctrico de líneas aéreas de alta tensión para poder evacuar la energía eléctrica producida y/o demandada, según el caso, respectivamente. Es por dicho motivo, por lo que todo tendido nuevo genera indudablemente un impacto negativo sobre el paisaje y sobre la fauna, sobre todo para las aves que habitan en la zona por los peligros de

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colisiones y electrocuciones, independientemente que se ponga todo el énfasis posible en el tema. Esto es particularmente importante, si el tendido eléctrico puede afectar a una determinada especie que se encuentra en peligro de extinción.

g) Trasiego de camiones con biomasa cerca de los núcleos urbanos donde esté instalada la central eléctrica o la industria transformadora. Tal y como se ha comentado con anterioridad, este tipo de industrias energéticas se suelen ubicar cerca de núcleos rurales, por lo que para el proceso productivo al ser necesarias grandes cantidades de biomasas, es necesario por tanto un importante número de camiones diarios que la lleven desde el lugar de origen hasta la industria. Esto genera unos inconvenientes, sobre todo por ruido, sobre la población de los municipios circundantes a la industria pero que a veces se prefiere antes que no tener el empleo y el beneficio económico que eso conlleva.

h) Fuertes inversiones económicas a realizar en cada proyecto. Las instalaciones de biomasa con fines energéticos, van asociadas generalmente a grandes inversiones económicas, sobre todo en aquellas instalaciones industriales donde se esperan importantes beneficios económicos. Es por dicho motivo, por lo que en dichos proyectos hay varios socios, que suelen ser empresas del sector, cooperativas agrarias, etc., con capacidad financiera suficiente, por lo que si a título particular un agricultor desea acometer un proyecto con biomasa para ganar dinero, tiene que hacerlo de manera asociada con otras personas y/o empresas. Si lo que ocurre es que tiene que mitigar un problema porque genera residuos que tiene que gestionar convenientemente para evitar posibles sanciones (caso de los residuos ganaderos, por ejemplo), puede acometer un proyecto de obtención de energía a partir de ellos, generando un beneficio económico aunque sea reducido por la venta de la energía eléctrica producida, pero la finalidad no sea ésa y sí la estrictamente medioambiental.

i) Reducido margen de maniobrabilidad debido al escaso margen económico entre los costes de producción y el beneficio económico, por la venta de la energía producida. Hay que tener en cuenta que los proyectos de obtención de energía eléctrica, independientemente del tipo de biomasa empleada, están condicionados por el precio del kilovatio-hora vendido y retribuido según la legislación vigente en España. Por lo que se refiere a la biomasa en general, dicho valor es pequeño y

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además es generalmente la única fuente de ingreso que se tiene, por lo que si a eso se le restan los costes fijos y variables (principalmente por el precio de la materia prima), en ocasiones hace que los proyectos no tengan una rentabilidad interesante para inversores. Es por este motivo por el que las economías de escala son muy importantes, es decir, estudiar mediante un análisis de sensibilidad el dimensionamiento óptimo de los proyectos para que dicho margen sea el mayor posible y por tanto una rentabilidad interesante (viabilidad económica-financiera), ya que ésta se produce únicamente a partir de cierta escala.

j) Limitaciones presupuestarias por parte de la Administración para la puesta en marcha de este tipo de energía. Todos los sectores que se inician y que parten prácticamente desde cero deben ser incentivados en muchas ocasiones por parte de la Administración Pública para demostrar los beneficios que generan, y una vez que esto esté consolidado, ir reduciendo paulatinamente los apoyos por parte de aquélla, para dejarlo libremente al mercado. Al ser el sector de la biomasa con fines energéticos un sector complicado por las particularidades intrínsecas de dicho recurso energético, debería ser incentivado en mayor medida que actualmente, y una vez que sea un verdadero atractivo para las empresas y que éstas inviertan en I+D+i, ir reduciendo paulatinamente dichos apoyos. Además hay que tener en cuenta que la biomasa forma parte y/o se deriva de un sector tan protegido desde todas las instituciones como es el agrario, por lo que los apoyos pueden ser tanto directos como indirectos a las industrias que se deriven.

k) Necesidad de una eliminación de los impuestos de hidrocarburos para los biocombustibles líquidos para fomentar así su uso. Actualmente todas las plantas de obtención de biocarburantes líquidos (ETBE o biodiésel) existentes en España, están recibiendo por parte de la Administración competente una autorización de exención del impuesto de hidrocarburos a todos aquellos compuestos líquidos que se obtienen de materias primas vegetales, ya que si se gravara exactamente igual que con el del petróleo, no sería competitiva su obtención, ya que los costes de materia prima y fabricación son muy superiores a los que se obtienen con el petróleo.

l) Ausencia actual de mercado para la biomasa sólida: en España actualmente no se tiene un mercado de biomasa sólida, de tal manera que se ofrezca a los posibles clientes un tipo de

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biomasa heterogénea, susceptible de emplearse como combustible para obtener energía térmica y/o eléctrica. Es por ello por lo que se han llevado a cabo diversas actuaciones que se analizarán con más detalle en el Tema 5.

VII. FUENTES DE BIOMASA

Las fuentes de biomasa que se pueden considerar de forma general y brevemente son las siguientes:

a) Biomasa natural: se produce espontáneamente en la naturaleza

y actualmente es la principal base energética de los países que se encuentran en vías de desarrollo, por lo que se deberían establecer programas de gestión de aprovechamiento energético adecuado, porque se pueden originar degradaciones de los ecosistemas con las consecuencias tan negativas como la deforestación y la erosión de grandes superficies de terreno que lleva eso asociado, afectando negativamente sobre el Cambio Climático ya que desaparecería mucha vegetación de dichas superficies que actúan como verdaderos sumideros de CO2.

b) Biomasa residual: generada en explotaciones agrarias y/o en industrias agroalimentarias. Aquí también se incluyen los residuos generados como consecuencia de la actividad humana en los núcleos de población. Los residuos, de forma general, se definen como todas aquellas materias primas que se generan en las actividades de producción, transformación y consumo, y que no han alcanzado valor económico en el contexto donde se generan. Desde un punto de vista medioambiental, en algunas ocasiones provocan graves problemas de contaminación derivado de su mala gestión, por lo que si se actúa correctamente pueden ser aprovechados energéticamente con las consiguientes revalorizaciones económicas.

Una breve clasificación de los mismos sería la siguiente:

- Residuos agrícolas herbáceos: son todos aquellos restos

que los cultivos herbáceos en su desarrollo producen, constituidos por los restos de cosechas de cereales de invierno y de primavera, de cultivos oleaginosos como el girasol y la colza, y de cultivos para fibra como el algodón.

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- Residuos agrícolas leñosos: son todos aquellos restos de los cultivos leñosos producidos en la poda. Tienen carácter estacional, al igual que los residuos agrícolas herbáceos, y están constituidos por cultivos como los frutales de pepita, los frutales de hueso, los cítricos, los frutales de frutos secos, el olivo y la vid.

- Residuos ganaderos: son aquellos que se generan tanto en las explotaciones intensivas como extensivas. Generalmente presentan más problema los producidos en las explotaciones intensivas de porcino y vacuno, aunque al presentarse de forma localizada y concentrada, deberían ser más fácilmente eliminados y aprovechados. En algunas ocasiones al tener reducida capacidad de autodepuración el medio receptor, no se puede absorber toda la producción y se tiene por tanto una repercusión e incidencia negativa en el medio físico deteriorándolo y ocasionando graves problemas ecológicos.

- Residuos forestales: son todos los materiales lignocelulósicos procedentes de los tratamientos selvícolas realizados para evitar incendios forestales, y de las cortas de pies maderables en montes y en matorrales. Su correcta evaluación procedería de análisis y proyectos muy detallados de la biomasa existente en cada zona.

- Residuos de industrias agroalimentarias: son todas aquellas materias primas producidas en la transformación de productos agrícolas. La mayoría de los residuos clasificados en este grupo son empleados en alimentación animal, aunque hay algún otro que tiene importancia energética, y de forma global se caracterizan por tener altos contenidos en humedad.

- Residuos de industrias forestales: la biomasa generada en este tipo de industrias puede ser de una primera transformación de la madera (aserraderos, fábricas de tableros, fábricas de pasta y papel, etc.), y de una segunda (carpintería, fábrica de muebles, etc.), siempre y cuando no posean sustancias químicas los residuos generados, ya que podrían causar contaminaciones atmosféricas. La cantidad de residuo generado en este tipo de industrias, habría que evaluarlo de forma particular para cada caso, para así precisar dicha cantidad de residuos lo más aproximadamente posible.

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- Aguas residuales: son producidas como consecuencia de la actividad humana en los núcleos de población (aguas residuales urbanas) y de la actividad industrial (aguas residuales industriales).

- RSU: comprenden un grupo de productos derivados de la limpieza particular de viviendas, comercios y oficinas, así como los procedentes de la limpieza de las vías públicas, animales domésticos muertos, muebles y enseres, así como escombros procedentes de obras menores de construcción y reparación domiciliaria. Por tanto, como se puede comprobar, los RSU son un grupo heterogéneo de productos, cuya producción depende de factores como el nivel de vida de la población, la época del año, el modo de vida de los habitantes, el día de la semana, etc. Como biomasa se entiende la fracción orgánica de los RSU.

c) Excedentes agrícolas: son aquellos productos obtenidos como consecuencia de un exceso de oferta en el mercado alimentario al que van dirigidos. La mayoría de los cultivos tradicionales de secano tienen este estado, como pueden ser los cereales de secano como ejemplo más destacado. La situación de la utilización de los excedentes agrícolas debe ser para remediar dicho problema, pero intentando que eso no se prolongue en el tiempo porque desde luego sería insostenible. Sólo en el caso que los carburantes tuvieran un precio excesivamente elevado, la situación se podría mantener por tener rentabilidad económica.

d) Cultivos energéticos: son aquellas especies que o bien son las tradicionales desarrolladas para un destino distinto al alimentario (caso de la cebada, trigo maíz, remolacha, colza, girasol, etc.), o bien son especies nuevas cuyo potencial o único destino es el energético (pataca, colza etíope, cardo, etc.). Especies leñosas como el chopo tienen posibilidad en determinadas zonas con suficiente humedad o agua disponible. Se trata de cultivos que pueden ser tanto acuáticos como terrestres.

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IX. RESUMEN

Como se ha visto a lo largo de este primer Tema, el concepto “biomasa” incluye un conjunto heterogéneo de materias primas con un destino diverso, pero siempre a partir de un origen vegetal.

La clasificación que se puede realizar a la misma, depende obviamente en función de la variable considerada (origen biológico, tipo de hidrato de carbono, destino final, humedad).

Las ventajas del empleo de la biomasa con fines energéticos son variadas también, encuadrándose a su vez todas ellas en socioeconómicas, estratégicas y de balanza de pagos, o medioambientales), pero también hay inconvenientes que no hay que menospreciar.

Las fuentes de biomasa son múltiples, clasificándose en natural, residual, excedentes agrícolas y cultivos energéticos. De ellas, el grupo más importante es el de la biomasa residual (encuadrándose aquí los residuos agrarios, de industrias agroalimentarias, de industrias forestales, las aguas residuales y los RSU), y el de los cultivos energéticos.

Por lo que respecta a las características de la biomasa, y dentro del grupo de propiedades físicas (poder calorífico, temperatura de inflamación, temperatura de ignición, humedad), el poder calorífico es la variable más importante que determina la cantidad de energía existente en una unidad de combustible, diferenciándose entre el Poder Calorífico Superior y el Poder Calorífico Inferior. Si lo que se realizan son análisis del combustible, los parámetros definidos son materia volátil, cenizas, carbono fijo, y un análisis químico donde se determina el contenido en carbono, hidrógeno, oxígeno, azufre, nitrógeno, cloro y fósforo, principalmente. Las cenizas también resultantes de los procesos energéticos llevados a cabo con la biomasa, son analizadas y sometidas a un análisis químico para determinar qué tipo de compuestos están presentes en las mismas. Asimismo, en ocasiones es interesante realizar un análisis granulométrico, determinar el índice de molienda, el índice de ensuciamiento, el análisis de metales pesados y el índice de abrasibidad.

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TEMA 2. TIPOS DE BIOMASA


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I. INTRODUCCIÓN

Tal y como se ha podido comprobar en el Tema 1, existen diferentes tipos de biomasa, los cuales pueden tener usos y aprovechamientos energéticos diferentes. Es por ello por lo que es necesario una descripción exhaustiva de las distintas biomasas que se encuadran en sus respectivos grupos de clasificación, de tal manera que se analicen también las parámetros energéticos considerados en el anterior Tema.

Para realizar un proyecto energético basado en la utilización de uno o varios tipos de biomasa, es necesario determinar si el ámbito del proyecto es puntual (es decir en un lugar muy concreto y determinado, por ejemplo el caso de una vivienda unifamiliar, un bloque de vecinos, un hotel, una residencia, un hospital, etc.), o bien a un nivel superior como puede ser el de un término municipal más o menos grande, el de una comarca (considerando varios términos municipales), el de una provincia, el de una Comunidad Autónoma, e incluso el de España.

Para el caso de un proyecto puntual es preciso analizar previamente la situación actual de consumo energético y la biomasa que se dispone para llevar a cabo el mismo, y luego fijar la biomasa que se emplearía si se llevara a cabo el proyecto que se estudia, todo ello en función de la disponibilidad existente de biomasa. Hay que hacer énfasis en este punto que el contenido en humedad de la biomasa es una característica muy importante, ya que en función de dicho valor el contenido energético de aquélla será mayor o menor y por tanto la cantidad de energía generada, con la importancia que esto tiene desde el punto de vista económico y por tanto de rentabilidad económica de los proyectos. En el resto de los casos, la cantidad de biomasa se determina para llevar a cabo estudios generales de potencialidad de biomasa. En este caso es preciso la utilización de análisis previos del recurso y cuantificación de los mismos, e incluso la utilización de los ratios que se muestran en este Tema para cada uno de los tipos de biomasa.

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II. OBJETIVOS

Los objetivos que se persiguen con el estudio del presente Tema son los siguientes:

• Describir en profundidad los diferentes tipos de biomasa que

existen, de tal forma que se compruebe la gran heterogeneidad de recursos biomásicos con potencialidad energética que tiene España. Analizar las características particulares de cada biomasa desde un punto de vista físico y químico.

• Determinar métodos de cuantificación de recursos para determinar el potencial de cada biomasa.

• En particular, para el caso de los cultivos energéticos, estudiar la agronomía de dichas especies energéticas.

III. BIOMASA NATURAL

Tal y como se ha comentado en el Tema 1, la biomasa natural es aquella materia de origen vegetal que se origina en la naturaleza sin la intervención humana, y que las diferentes civilizaciones que han existido a lo largo de la historia de la humanidad así como los actuales países en vías de desarrollo, han empleado como fuente de energía primaria básica y fundamental.

Su aprovechamiento masivo de forma incontrolada, podría originar graves problemas medioambientales por degradación de importantes zonas de alto valor ecológico y provocar fenómenos tan desastrosos como la desertización. Es la situación que se da en buena parte de la selva amazónica y en determinados lugares también de África y Asia.

Este aprovechamiento sin control, viene propiciado por la escasez de recursos energéticos disponibles para la mayor parte de la población y el instinto de supervivencia innato al reino animal, donde se encuentra el ser humano.

El asesoramiento a las poblaciones por parte de los Gobiernos de dichos países así como de Organizaciones externas a los mismos donde se está produciendo dicho fenómeno, sería importante ya que además del aprovechamiento energético que se tendría de buena parte de la biomasa que se origina en dichas zonas, se conseguiría el equilibrio del ecosistema del lugar y por tanto evitar la proliferación

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de incendios, todo ello sin dejar de satisfacer las necesidades energéticas de dicha población.

IV. BIOMASA RESIDUAL

Respecto a la biomasa residual, se puede decir que en ella se incluyen todas aquellas materias primas que se generan en las actividades de producción, transformación y consumo, y que no han alcanzado valor económico en el contexto donde se generan. Desde un punto de vista medioambiental, en algunas ocasiones provocan graves problemas de contaminación derivado de su mala gestión, por lo que si se actúa convenientemente pueden ser aprovechados energéticamente con las consiguientes revalorizaciones económicas.

De forma esquemática se tendrían los tipos de biomasa que se muestran en la figura 2.1.

RESIDUOS URBANOSSólidos (RSU)

Lodos de depuradora (EDAR)

RESIDUOS INDUSTRIALESAgroalimentarias

Forestales

RESIDUOS AGRARIOSAgrícolas

GanaderosForestales

BIOMASARESIDUAL

4.1. Residuos agrarios

Se emplee un tipo u otro, a la hora de evaluar la disponibilidad de recursos, es necesario tener en cuenta una serie de conceptos, que son los que a continuación se comentan.

Figura 2.1. Origen de la biomasa residual.

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• Residuo potencial: es aquel residuo generado susceptible de ser recogido pero sin considerar las posibilidades reales de su empleo con fines energéticos, es decir, sin considerar ningún condicionante para su uso.

• Residuo disponible o real: es todo residuo que no está siendo empleado para otro fin que no sea el energético. Buena parte de los residuos potenciales no se catalogan como disponibles ya que se autoconsumen en las propias explotaciones agrarias para alimentación y/o cama de ganado, como abono vegetal por la incorporación de los residuos al suelo, etc. Es el caso por ejemplo de la paja de los cereales de invierno o del cañote de girasol.

• Residuo utilizable: es el que está disponible con las limitaciones de las tecnologías de recolección existentes en la actualidad y con el coste de extracción y transporte de los mismos, y que no tienen otro valor que el destinarse al mercado energético.

4.1.1. Residuos agrícolas

En este apartado se incluyen dos importantes recursos en función de su tipología:

• Herbáceos.

• Leñosos.

Basándose en los conceptos anteriores y de manera general, los

residuos agrícolas de naturaleza herbácea son residuales y excedentarios buena parte de ellos (los que tienen usos alternativos al energético), mientras que los leñosos todos ellos son residuales.

Antes de llevar a cabo un proyecto con biomasa de origen agrícola, es necesario que se conozcan una serie de datos como los que a continuación se enuncian:

• El uso actual del residuo.

• La metodología a seguir por parte del agricultor en el momento actual de eliminar dicho residuo y el coste de llevarlo a cabo.

• Las características del combustible (composición química elemental y humedad en el momento de la recogida).

• Determinar el residuo disponible y el utilizable.

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En líneas generales, la utilización de residuos agrícolas con fines

energéticos, presenta una serie de ventajas e inconvenientes que conviene mencionar.

a) Ventajas:

- En el caso de residuos de un cultivo que ha tenido plagas

durante su desarrollo, la eliminación de la superficie proporciona ventajas de cara al cultivo siguiente, disminuyendo la aparición de esas plagas.

- La utilización de esos residuos como combustible no implica un aumento en los costes de eliminación de los mismos con respecto a los valores actuales. Además, en muchos casos el agricultor no recibe ningún tipo de ingreso por dicha eliminación, mientras que si los residuos son utilizados para obtener energía tendría un ingreso importante.

- La maquinaria que se emplea en la recolección de los residuos es completamente tradicional y se encuentra presente en las explotaciones agrarias en la actualidad, por lo que no hay que realizar inversiones en compra de nueva maquinaria, lo que lo hace atractivo.

- En algunos casos se pueden crear empresas de servicios integrales que proporcionen al agricultor un servicio completo durante todo el ciclo del cultivo, incluido el aprovechamiento energético de los residuos.

b) Inconvenientes:

- La maquinaria agrícola trabaja mal proporcionando bajos

rendimientos, cuando las superficies de terreno tienen pendientes superiores al 5 por ciento.

- En muchos casos tras la recolección de un cultivo hay que retirar con rapidez los residuos del mismo porque se deben hacer las labores previas de preparación para el cultivo siguiente. Esto implica que los residuos no pueden secarse al aire libre y que hay que disponer de un número de máquinas superior a condiciones normales.

- Los cultivos agrícolas que generan residuos susceptibles de ser empleados energéticamente, deben ser almacenados durante buena parte del año, ya que se producen en un

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momento muy concreto, con lo que eso supone de coste de almacenamiento y de transporte.

- Para el caso de los cereales, en años en los que la producción de grano es baja, y por tanto de paja, los precios se incrementan ostensiblemente, ya que la oferta es inferior y la demanda es constante, por lo que el mercado ganadero tiene una mayor posición de compra respecto al mercado energético, que está condicionado por el precio del kWh.

- En España predominan mucho las pequeñas explotaciones que tienen una superficie reducida, incluida las propias parcelas de cultivo, por lo que la atomización y la dispersión son dos factores negativos sobre todo en el precio de la materia prima donde intervienen los costes de recolección y de carga y transporte. Si a lo anterior se unen los bajos rendimientos por hectárea que se tienen, hace que en ocasiones se ponga en entredicho la viabilidad del aprovechamiento energético de dichos residuos.

- Junto a los residuos agrícolas, también hay presencia de elementos indeseables como son las piedras, arena, metales, etc., que los hacen ser materiales extraños nada deseables para los lugares de aprovechamiento energético.

- Finalmente, cuando se realizan centrales de aprovechamiento energético, es necesario que la materia prima esté asegurada durante un tiempo mínimo, teniendo en cuenta también que una central de este tipo requiere fuertes inversiones económicas, por lo que los plazos de amortización son de bastantes años. Es por este motivo por lo es preciso realizar entre la industria y los agricultores contratos de suministros, por los cuales aquéllos se comprometen a proporcionar a la industria una cantidad mínima, de tal forma que la industria ya establece la logística correspondiente para optimizar en la medida de lo posible los costes de suministro.

Seguidamente en la figura 2.2 se muestra el esquema general de

evaluación de residuos agrícolas.

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EVALUACIÓN DE RESIDUOS AGRÍCOLAS: MÉTODO GENERAL

CLASIFICACIÓN DE LASSUPERFICIES AGRÍCOLAS

SEGÚN CULTIVOS:(Considerar año típico)

Términomunicipal,comarcal yprovincial

Modelos deestadísticas agrarias

del Ministerio deAgricultura

FUENTES DEDATOS

NIVEL DEDATOS

INFORMACIÓN SOBRE LASPRODUCCIONES DE LOS

CULTIVOS CONSIDERADOS(Media interanual)

Consejerías deAgricultura de las

ComunidadesAutónomas

Términomunicipal,comarcial yprovincial

OBTENCIÓN DE ÍNDICES DEPRODUCCIÓN DE RESIDUOS(Preferiblemente índices querelacionen la producción deresiduo con la producción

principal del cultivo)

Estudios previos,Elaboración propia y

Bibliografía

Provincial,Regional yNacional

CRUCE DE DATOS:RESIDUOS POTENCIALES

RESIDUOSDISPONIBLES PORHECTÁREA Y AÑO


Resta del consumo medioanual de residuos

Comarcal, provincial,regional

Minoraciones según maquinaria:eficacia de recogida

Provincial,Regional

4.1.1.1. Herbáceos

FFiigguurraa 22..22:: FFoorrmmaa ddee rreeaalliizzaarr llaa eevvaalluuaacciióónn ddee rreessiidduuooss aaggrrííccoollaass ssiigguuiieennddoo eell mmééttooddoo ggeenneerraall..

FFuueennttee:: EEsstteebbaann PPaassccuuaall,, LL.. SS.. 22000022..

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Bajo este concepto se incluyen todos los residuos que se generan en el terreno de cultivo tras producirse la recolección del producto con interés industrial, textil u oleícola, así como los residuos de los cereales, ya sean de invierno o de primavera, y que es preciso eliminar de la superficie del suelo para facilitar las tareas preparatorias para el cultivo sucesivo.

Generalmente, las fracciones de las plantas que se clasifican como residuos son rastrojos, restos de plantas, hojas, desechos de frutos, tallos, etc., y el destino que tienen estos es la alimentación y/o cama de ganado, la incorporación al suelo como materia orgánica e incluso el hilerado y/o acumulación de los mismos en la parcela o en sus proximidades para su incineración, con las consecuencias tan negativas para el suelo por el aumento de la temperatura en la superficie del mismo y la destrucción de la fauna vital para el desarrollo edáfico.

Su producción varía cada año dependiendo de la cantidad de producto comercial generado, que depende lógicamente de las condiciones ambientales.

El cálculo del residuo generado está indexado al rendimiento de producto obtenido y para ello se emplean ratios que muestran kg de residuo/kg de producción. Estos ratios se pueden calcular de varias maneras, sirviendo todos ellos para la comparación de los mismos:

• Muestreo previo a la cosecha: con recogida de una planta

completa en parcelas de muestreo, separación de la paja y el grano, y determinación de la humedad (secado en estufa).

• Muestreo tras la cosecha: con cálculo del registro de los rendimientos de grano, muestreo de secciones de línea de paja, medida de la distancia entre líneas y determinación de la humedad (secado en estufa).

• Muestreo de la producción total de parcelas: con registro del rendimiento de grano, pesaje del residuo total y determinación de la humedad (secado en estufa).

4.1.1.1.1. Cereales

Es el grupo más importante de cultivos herbáceos en España y que generan una importante cantidad de residuos susceptible de ser empleada energéticamente.

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Son un grupo de plantas pertenecientes botánicamente a la familia de las Gramíneas, que se cultivan por los granos que son muy ricos en almidones y en menor cantidad en proteínas.

Por lo que se refiere a la paja de cereal, desde épocas históricas se han venido empleando este tipo de residuos junto con la leña de los montes, generalmente para satisfacer las necesidades de energía térmica de los ciudadanos. Hoy en día se ha producido un avance en ese sentido, y es que la paja de los cereales puede ser considerada como combustible en grandes centrales térmicas para producir energía eléctrica y/o térmica, es decir, electricidad y/o calefacción y agua caliente sanitaria, respectivamente, tal y como sucede en países como Dinamarca, en donde de un total de seis millones de toneladas aproximadamente de paja de cereal recogida, una cantidad del entorno del 15 por ciento es usada en centrales de producción de energía eléctrica y/o térmica.

Debido a la importancia que tiene este tipo de materia prima, seguidamente se van a comentar una serie de características propias.

Propiedades energéticas: a) Físicas:

• Forma y tamaño: la paja de los cereales es cilíndrica y alargada.

• Densidad: Para su transporte, la paja puede ser compactada (con las ventajas que tienen desde el punto de vista de aumento de la densidad y de ahorro de costes), o bien puede realizarse con ella un transporte a granel, teniendo una densidad muy baja en torno a 45-50 kg/m3. Cuando se compacta se realiza en pacas de forma cilíndrica (también denominadas rotopacas, por emplear una empacadora denominada rotoempacadora) o en forma prismática, todo ello pudiendo ser la paca de un tamaño mayor o menor en función de las características de la máquina que se emplee. El tamaño más pequeño es de aproximadamente 15-25 kg y tiene una densidad de 90-100 kg/m3, habiendo otras de tamaño superior con un peso de 250 kg y una densidad aproximada de 150 kg/m3. Existe también la posibilidad de formar pacas de tamaño superior con un peso aproximado de 500 kg y una densidad similar al caso anterior. El realizar un tipo de transporte u otro, depende obviamente de la central de aprovechamiento energético, pero generalmente se tiende en la mayoría de los

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casos a un compactado en forma de pacas de mayor o menor tamaño.

• Aspecto: el color de la paja es amarillo aunque el tono varía dependiendo de la composición química de la misma.

• Humedad: la paja suele tener contenidos en humedad entre el 14 y el 20 por ciento, que se vaporiza durante las fases de quemado, aunque esos valores cambian en función del cultivo que se esté desarrollando, ya que no es lo mismo los cultivos de invierno cuya recolección se produce en el verano o los cultivos de primavera cuya recolección tiene lugar en las primeras semanas del otoño. Asimismo, también depende del lugar de recogida de dicha materia prima, ya que en aquellos lugares donde hay mayores lluvias la paja tendrá una humedad superior. En cualquier caso, interesa que la paja se deje secar unos días al aire libre tras su recolección y antes de su empacado, para que se vaporice el mayor contenido de agua posible, aunque se realiza con dificultades ya que tiene una superficie específica pequeña (relación ancho/largo).

b) Químicas:

• Composición química: en función de la especie, del lugar, de la fertilización y del régimen pluviométrico que se tenga, la composición química variará en mayor o menor medida. Un análisis elemental medio de la paja de cereal podría ser el siguiente: Carbono 42 por ciento, Hidrógeno 5 por ciento, Oxígeno 37 por ciento, Cloro 0,75 por ciento, Nitrógeno 0,35 por ciento, Azufre 0,16 por ciento. Hay que decir que la paja de cereales tiene la particularidad de tener cantidades de sodio y potasio. Por tanto la composición de la paja de cereal no es la perfecta para utilizar esta materia prima como combustible, ya que el azufre en la combustión genera óxidos de azufre que son corrosivos, el cloro genera ácidos en los gases produciendo daños en las salidas de gases o en los intercambiadores de calor y el potasio genera cenizas que sinterizan y funden. Por este motivo es necesario que los parámetros de la utilización energética de la paja estén muy bien controlados como la temperatura, la relación aire/paja, etc.

• Poder Calorífico: como es bien sabido, depende de la composición química y del contenido en humedad, con valores aproximados de PCS de 18,2 MJ/kg y PCI de 14,4 MJ/kg.

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• Como ejemplos de instalaciones de este tipo, se tienen las que aparecen en la tabla 2.1.

Central energética Potencia Consumo de paja (t/año)

Haslev (Dinamarca) 5 MWe 28.000 Slagelse (Dinamarca) 8 MWe 31.000 Masnedo (Dinamarca) 9,5 MWe 62.000

Rudkobing (Dinamarca) 2,3 MWe 14.000 Mabjerg (Dinamarca) 5,6 MWe y 30 MWt 40.000

Studstrup (Dinamarca) 30 MWe y 150 MWt 50.000 Ensted (Dinamarca) 20 MWe 120.000 Maribo (Dinamarca) 10 MWe 80.000 Holeby (Dinamarca) 3,1 MWt 394

Tullebolle (Dinamarca) 1,6 MWt 169 Lohals (Dinamarca) 1,4 MWt 51

Studstrup (Dinamarca) 150 MWe 1.100 Grena (Dinamarca) 60 MWt y 18,6 MWe 2.000

Bornholm (Dinamarca) 35 MWt y 16 MWe 781 ELY (Inglaterra) 36 MWe 250.000

Sangüesa (España) 25 MWe 160.000

TTaabbllaa 22..11.. CCaarraacctteerrííssttiiccaass ddee llaass ppllaannttaass ddee pprroodduucccciióónn ddee eenneerrggííaa eenn DDiinnaammaarrccaa,, IInnggllaatteerrrraa yy EEssppaaññaa..

FFuueennttee:: CCaammppss MMiicchheelleennaa,, MM.. eett.. aall.. 22000022 yy LLaarrss NNiikkoollaaiisseenn eett.. aall.. 11999988..

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4.1.1.1.2. Girasol

Se trata de un cultivo muy típico en los secanos de España, especialmente en los de Andalucía, Castilla La Mancha y Castilla y León.

Es una especie que se cultiva para la obtención de aceite vegetal o de la pipa para fruto seco, por lo que en cualquier caso lo que se hace es la recolección del capítulo donde se encuentran las pilas. El residuo generado es el tallo o cañote y dicho capítulo floral.

El girasol es una planta que se recolecta entre mediados del mes de Julio y Octubre, dependiendo de la zona de España donde se desarrolla dicha especie vegetal. Como lo que se aprovecha tiene un contenido en humedad importante y como en la época del año en la que se realiza hay elevadas temperaturas, hay que dejar los restos sobre el terreno el máximo tiempo para que pierda todo el contenido en humedad posible. Para eliminar dicho residuo de girasol es necesario la realización de un hilerado y de un empacado con una rotoempacadora (no siendo válida una empacadora de pacas prismáticas, ya que debido a la dureza del tallo podría tener una vida útil menor por sufrir mayor desgaste). Actualmente lo que se está haciendo con estos residuos es realizar un picado y su incorporación al suelo, aunque en ocasiones se ha agrupado todo y se ha quemado a pie de parcela.

Figura 2.3. Almacenamiento de residuos agrícolas herbáceos. Fuente: Elaboración propia.

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Para realizar estudios de cantidad de biomasa de este tipo generada, hay que tener en cuenta que la cantidad de residuo que se produce está también en función de la cantidad de pipa obtenida en una relación aproximada de 1,5 Kg de residuo/Kg de producto, teniendo un coste de eliminación de dicho residuo para el agricultor en torno a 13 €/t. El valor energético del residuo del cultivo de girasol, según diversos autores, tendría un PCS (0 por ciento de humedad) de 4.060 Kcal/Kg, mientras que el PCI (10 por ciento de humedad) un valor de 3.310 Kcal/Kg.

La obtención del cañote de girasol y su posterior empleo como fuente energética ha sido ensayado e investigado en la Comunidad Autónoma de Andalucía por la Agencia Andaluza de la Energía (antigua Sociedad para el Desarrollo Energético en Andalucía SODEAN).

4.1.1.1.3. Algodón

Se trata de un cultivo típicamente de la Comunidad Andaluza, aunque también se cultiva en pequeña cantidad en la zona de Levante y en Extremadura.

El algodón es un cultivo que se desarrolla por la producción de fibra textil, aunque la semilla produce un porcentaje cercano al 20 por ciento de aceite comestible, quedando una torta rica en proteínas que se emplea mucho en la ganadería de vacuno de leche como alimento.

El residuo agrícola que se genera está formado por la mata de la planta sin hojas, ya que antes de la recolección se realiza un tratamiento químico defoliante para facilitar aquélla. La cáscara de la semilla también se puede emplear como combustible, pero de esto se comentará cuando se hable los residuos de industrias agroalimentarias.

Actualmente el tratamiento que se estaba dando al residuo generado es su amontonamiento a pie de parcela y su posterior incendio, ya que al ser un cultivo de primavera y producirse su recolección durante la segunda quincena de Septiembre y el mes de Octubre, es necesario retirar todos los residuos de la superficie del suelo en el menor tiempo posible, para realizar las labores previas del cultivo siguiente.

Al igual que se ha realizado con los otros tipos de cultivos, en el algodón se generan 1,5 Kg residuo/Kg de producto, con un PCS en base seca de 4.297 Kcal/Kg, aunque esas cantidades dependen del

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rendimiento en fibra que se haya tenido y del grado de humedad correspondiente.

En Andalucía también se ha ensayado con este cultivo, y al producirse la recogida del algodón con una recolectora que recoge únicamente la fibra por peinado de la cápsula donde se encuentra y deja la mata sobre el terreno, el agricultor posteriormente emplea una máquina que arranca la planta del terreno. Con las pruebas realizadas, el coste actual de eliminación del residuo de la cosecha es de 5 €/t, aproximadamente.

Si lo que se desea es un aprovechamiento energético de dicho residuo, se han ensayado dos opciones, que a continuación se comentan:

• Recogida en campo y procesado en planta: se daría en aquellos

lugares donde la superficie destinada al cultivo de algodón es importante, de tal forma que la distancia máxima recorrida entre una parcela y la posible ubicación de la central energética no sería superior a 20 km. En este caso, se recoge la biomasa amontonada en el campo, se carga en el camión y se procesa en la planta. El gran inconveniente de este sistema, es que con la planta aparecen materiales extraños que pueden dañar ostensiblemente los lugares de aprovechamiento energético.

• Procesado en campo: la biomasa se pica, se hilera y se empaca directamente en el campo con las máquinas tradicionales existentes en las explotaciones agrarias, y posteriormente se transporta hasta el lugar de aprovechamiento. Podría ser interesante emplear en esta ocasión la picadora de alfalfa, de tal manera que se aumenta la operatividad de la misma, ya que las campañas de algodón y de la alfalfa no coinciden.

Según las pruebas realizadas en Andalucía, para un transporte de

15 km y en función de la forma en la que se efectúa la retirada de los residuos del campo, los costes son los siguientes:

• Remolque de alfalfa: 14 €/t (biomasa triturada a 30-50 cm).

• Retroexcavadora: 19,7 €/t (biomasa a granel).

• Empacadora: 19,5 €/t.

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4.1.1.1.4. Arroz

Se trata de un cultivo que al igual que los cereales de invierno, pertenece a la familia de las Gramíneas, lo que ocurre es que es algo particular para considerarlo dentro del grupo de los cereales que se ha tratado anteriormente.

Constituye uno de los alimentos esenciales de la humanidad, y en la Península Ibérica se cultiva en cuatro zonas bien diferenciadas como son Andalucía (principalmente en la zona del estuario del río Guadalquivir, donde se encuentra el 40 por ciento de la superficie nacional), en la Comunidad Valenciana (en los terrenos próximos a la Albufera, en la desembocadura del río Júcar y de su ribera baja, donde se tienen el 20 por ciento de los terrenos dedicados a este cultivo en España), Cataluña (en la provincia de Tarragona, en el delta del río Ebro, donde se encuentra el 24 por ciento de la superficie nacional) y en Extremadura (en la provincia de Badajoz, en las zonas circundantes al río Guadiana de los municipios de Don Benito, Madrigalejo y Montijo, principalmente, donde se sitúa el 11 por ciento de la superficie nacional dedicada a este cultivo).

El residuo que queda en la superficie del terreno está formado por la paja que queda, ya que el único aprovechamiento de la planta es el grano. Actualmente no se le está dando uso a este residuo, y lo que se hace es una quema de rastrojos de forma controlada. El inconveniente más importante que tienen es la humedad del terreno, ya que se desarrolla siempre en condiciones de encharcamiento de la parcela de cultivo, así como la humedad de la paja. Además también hay que tener en cuenta, que en ocasiones a la hora de retirar la paja del terreno, ya se han producido lluvias, lo que dificulta aún más dicho fenómeno, ya que la recogida del grano se realiza desde inicios del mes de Septiembre hasta finales del mes de Noviembre.

La recogida del grano de arroz es mediante una cosechado similar a la de los cereales de invierno o de primavera, pero en lugar de ruedas se lleva cadenas para facilitar su movimiento sobre la superficie del suelo y evitar así el patinamiento de aquéllas. Actualmente, también existe la posibilidad de realizar un picado de la paja, dificultando su posterior utilización como materia prima energética, por lo que en función de si se va a emplear o no como combustible, en el momento de la recolección habrá que picar o no la paja, según sea el caso.

Para el caso de evaluar el residuo que es susceptible de ser empleado energéticamente, hay que tener en cuenta que la cantidad de paja generada depende también de la cantidad de grano obtenida,

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en una proporción de 1,25 Kg residuo/Kg producto, con un Poder Calorífico similar al del maíz, ya comentado.

El coste actual de eliminación de la paja del arroz mediante el quemado de la misma en la propia parcela de cultivo, tiene un coste de 1,57 €/t, aproximadamente, pero en la Comunidad Autónoma de Andalucía se han realizado ensayos de aprovechamientos de este tipo de residuos en forma de pacas realizadas con rotoempacadoras de alta densidad. En este caso, los costes de aprovechamiento incluido el transporte a una distancia aproximada de 15 km, ascienden a una cuantía que se sitúa en el intervalo de 25-28 €/t.

4.1.1.1.5. Tomate

Se trata de una especie que pertenece a la familia botánica de las Solanácea, y cuyo aprovechamiento es el fruto de la planta que se puede utilizar tanto para consumo en fresco, como para la industria conservera.

Es un cultivo que se desarrolla durante todo el año en los invernaderos del sur español, y en la época estival en buena parte del territorio español, aunque donde destaca la superficie plantada es en Extremadura y en Andalucía.

Para la recolección del tomate se emplea una cosechadora que arranca la planta, mediante un movimiento provoca que el tomate se desprenda de ella y se deja caer a la mata sobre la superficie del suelo sin picar, por lo que dicho tipo de biomasa iría también con algo de arena.

Actualmente con los restos de esta cosecha se pueden realizar varias cosas. Se puede incorporar al terreno, siempre y cuando se tengan plantas sanas, se pueden amontonar a pie de parcela y quemarlas, e incluso se puede generar compost. Se calculan unos costes actuales de eliminación de los residuos de la planta de tomate próximo a 2,6 €/t.

En Andalucía también se han llevado a cabo una red de ensayos con este tipo de biomasa, y el sistema que se ha creído más conveniente para llevar a cabo su aprovechamiento es la saca de la mata a pie de finca y su posterior carga a un camión que lo lleva al lugar de aprovechamiento. Dependiendo de la maquinaria empleada para llevar a cabo dicho tratamiento, el coste de aprovechamiento puede variar entre 10 y 13 €/t, para una biomasa a granel, sin pretratamiento y transportada a una distancia aproximada de 15 km.

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4.1.1.2. Leñosos

En la poda de cultivos leñosos, se incluye la leña de poda anual de los árboles frutales, de la vid, del olivo y de los árboles de frutos secos. Generalmente se sitúan a pie de parcela en la mayoría de los casos, para luego posteriormente quemarlos.

En otras ocasiones se trocean, tras ser hilerados y se dejan en la superficie del suelo como materia orgánica para los suelos donde se desarrollan los cultivos, y en el menor de los casos, generalmente para el caso de los sarmientos de vid, se recogen y se destinan con fines térmicos, adquiriendo un importante precio en el mercado nacional.

Al igual que para los cultivos herbáceos, la cantidad de residuo depende no sólo de la especie que se trate, sino también de las condiciones climáticas, edáficas y de cultivo (densidad de plantación, forma de copa de árboles, etc.). Al igual que sucedía con los residuos agrícolas herbáceos, tienen también la característica de ser estacionales, es decir, generarse en un momento muy concreto, siendo preciso su almacenamiento posterior.

Los métodos que se emplean para la determinación de los ratios, se pueden clasificar de la siguiente manera:

• Muestreo de peso por árbol: se realiza un registro de la

producción del fruto, se realiza un muestreo de peso de poda y se mide el marco de plantación.

• Muestreo de peso por parcela: se realiza también un registro de producción de fruto y un muestreo del peso de residuo en la parcela.

En la tabla 2.2, se pueden observar los ratios que hay que

considerar a la hora de realizar valoraciones sobre residuos producidos en una zona concreta.

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CCuullttiivvooss tt rreessiidduuoo//hhaa KKgg rreessiidduuoo//KKgg

pprroodduuccttoo KKgg rreessiidduuoo//ppiiee

yy aaññoo FFrruuttaalleess ddee hhuueessoo 2-3,5 0,2-2,5 2,5 FFrruuttaalleess ddee ppeeppiittaa 2-3,5 0,1-0,3 2,5

CCííttrriiccooss 1,6 2 FFrruuttaalleess ddee ffrruuttooss

sseeccooss 1,5 3

OOlliivvoo 1,7 0,2-0,3 8 VViidd 3,5 0,3-0,5 0,5

Asimismo, el Poder Calorífico varía en función de la especie vegetal que se tenga y de la humedad del residuo. En la tabla 2.3 se muestra el PCI para un 20% de humedad.

CCuullttiivvooss PPCCII ((2200%% hhuummeeddaadd))

FFrruuttaalleess ddee hhuueessoo 3.300 FFrruuttaalleess ddee ppeeppiittaa

FFrruuttaalleess ddee ffrruuttooss sseeccooss OOlliivvoo 3.120 VViidd 3.280

El cultivo más importante en España, por la superficie destinada a él, es el olivo, donde un porcentaje muy importante se encuentra en Andalucía (1.400.000 hectáreas aproximadamente, ocupando el 16% de la superficie de la región y el 32% del total de la superficie agrícola), y donde se han llevado a cabo importantes estudios, para analizar el aprovechamiento de los restos de poda de dicha especie vegetal.

Los residuos de la poda están generados por la hoja (26%) el ramón (52%) y la leña (22%), siendo empleada esta última en parte en calefacción doméstica. El período en el que se realiza la poda abarca el intervalo Diciembre-Abril, generándose una cantidad de residuo entre 1.500 Kg/ha para el olivar de mesa y los 3.000 Kg/ha para el olivar de almazara, aunque existen zonas en Andalucía que oscilan entre 1.470 y 5.550 Kg/ha.

TTaabbllaa 22..22.. PPrroodduucccciióónn ddee rreessiidduuooss ddee llooss pprriinncciippaalleess ccuullttiivvooss lleeññoossooss ((hhaa:: hheeccttáárreeaa)).. Fuente: Diversos autores.

Tabla 2.3: Poderes caloríficos de algunos residuos agrícolas leñosos en Kcal/Kg. Fuente: Diversos autores.

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Una vez que se realiza la poda, hay que sacarlo e hilerarlo entre las calles, quemándose actualmente posteriormente. El coste dependiendo del sistema empleado de poda oscila entre 12 €/t y 24 €/t.

En Andalucía se han desarrollado importantes estudios para realizar aprovechamiento de este tipo de biomasa. Se ha observado que uno de los graves inconvenientes de la biomasa agrícola leñosa es la heterogeneidad de la poda del olivo y la escasa densidad del material. Se han analizado varias tecnologías, agrupadas de la siguiente manera:

• Saca del ramón. Se realiza de forma manual entre los árboles,

y se separa a la vez la leña del ramón, siendo “leña” aquel material que tiene un diámetro superior a 10 centímetros. Lo anterior es completamente necesario ya que las máquinas existentes no pueden triturar la leña. La carga de la misma en el camión se realiza de forma manual, mientras que la del ramón se debe tratar para hilerarla y realizar un empacado y posterior transporte al lugar de aprovechamiento energético.

• Astillado del ramón. Se puede estudiar también la opción de astillado de la biomasa en el propio campo y posterior transporte al lugar de aprovechamiento. Existen máquinas de alimentación manual (con motor incorporado o sin él por lo que la fuerza la tienen que tomar del tractor al que van enganchadas) o autoalimentados, siendo el principal inconveniente de las del primer grupo el alto coste de astillado ya que se necesitan varias personas para alimentar una máquina. Para el caso de las máquinas autoalimentadas, es preciso que el material esté alineado para que la máquina pase por encima de la biomasa y se alimente (similar a las máquinas desbrozadoras), mientras que otro sistema es el del empleo de un pulpo que recoge el material de un montón y lo conduce a la astilladora. De todas las experiencias realizadas, se determina como conclusión final que no es recomendable realizar un picado muy fino en el campo ya que existen limitaciones de potencia.

• Empacado del ramón. En este caso se reducen los costes de transporte y de manipulación de la biomasa, hilerándose entre las filas de los árboles. El coste de esta operación incluido el coste de transporte de la biomasa a una distancia de 15 km, se encuentra entre 25 y 35 €/t. En este caso, y para evitar la destrucción parcial de la materia prima que se va a utilizar

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posteriormente como combustible, es conveniente realizar un tratamiento de las pacas contra el barrenillo, que es un insecto que realiza galerías por el interior de las ramas del olivo.

4.1.2. Residuos ganaderos 4.1.2.1. Introducción

Los residuos ganaderos forman parte de un grupo de residuos biodegradables donde se encuentran también los RSU, los residuos de industrias agroalimentarias y los lodos de EDAR. Todo lo que se va a comentar en este apartado, es también perfectamente aplicable a dichos tipos que se describirán en apartados siguientes.

Un grupo muy importante del conjunto global de residuos que se generan en España es el de los residuos biodegradables, que se caracterizan por poseer un elevado contenido en materia orgánica y por tanto la característica principal de poder ser degradados mediante tratamientos biológicos.

Debido al creciente aumento de la población que demanda mayores cantidades de alimento y a la intensificación de la industria agroalimentaria, es necesario que esa cantidad de residuos que se han incrementado en los últimos años se traten convenientemente y

FFiigguurraa 22..44.. PPllaannttaacciióónn ddee vviiññeeddoo eenn eessppaallddeerraa.. FFuueennttee:: EEllaabboorraacciióónn pprrooppiiaa..

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si se pueden valorizar en la medida de lo posible desde un punto de vista energético mucho mejor, generando por tanto un beneficio importante para el medio ambiente.

Para poder realizar un óptimo aprovechamiento energético, es preciso caracterizar convenientemente los residuos biodegradables, y es por ello por lo que seguidamente se van a describir los parámetros físico-químicos más importantes.

a) Caudal: se suele facilitar en m3/día, aunque para el caso de los

RSU en t/día. Es un parámetro crucial, porque en función de él se proyectará un sistema de aprovechamiento energético mayor o menor, con una inversión también a realizar mayor o menor, respectivamente.

b) Temperatura: todas las transformaciones biológicas se realizan en un rango de temperaturas óptimo, por lo que es necesario conocer la temperatura a la cual se genera el residuo, así como las variaciones diarias y anuales oportunas.

c) pH: es un parámetro muy importante ya que facilita información sobre la composición química del residuo y de las posibles reacciones que se pueden llevar a cabo. El intervalo óptimo de pH se sitúa entre 6,5 y 8, por lo que si un residuo tiene un pH fuera de esos límites es necesario corregirlo oportunamente.

d) Demanda Química de Oxígeno (DQO): es la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar los compuestos reductores susceptibles de ser oxidados por los compuestos químicos dicromato y permanganato en medio óxido. Es una medida de la cantidad de materia orgánica global que posee el residuo.

e) Demanda Biológica de Oxígeno (DBO): es la cantidad de oxígeno consumido por los microorganismos para asimilar la materia orgánica presente en el residuo. Se ha llegado a la conclusión de realizar la cuantificación del oxígeno necesario para oxidar la materia orgánica del residuo a los 5 días, por ser un tiempo no tan excesivo como a los 20 días, a pesar de que a esos días la degradación es prácticamente total.

f) Sólidos: la naturaleza y el contenido de los mismos influyen de manera notable sobre el proceso de tratamiento y los equipos a emplear. Se puede realizar una clasificación de los mismos en dos: suspendidos (que afectan a la biodegradabilidad, abrasividad y fluidez del residuo) y disueltos.

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g) Nitrógeno: es un elemento esencial para el crecimiento de los microorganismos que participan activamente de los procesos biológicos. Se puede encontrar formando parte de la materia orgánica tanto en su versión nítrica como en la amoniacal. La relación C/N es un parámetro que sirve para determinar la degradabilidad de los compuestos, siendo para el caso de los residuos biodegradables una relación próxima a 20-30, ya que si es un valor superior los microorganismos no pueden formar todas las enzimas necesarias para producir la degradación del carbono, mientras que si es un valor inferior se produce un desarrollo importante de los microorganismos.

h) Fósforo: también es un elemento importante para los microorganismos. En el caso que el residuo tenga un valor bajo, es conveniente realizar alguna aportación de compuestos fosfatados al mismo.

i) Alcalinidad: determina la capacidad de un residuo para neutralizar ácidos o para tamponar. Es una característica derivada de la presencia de compuestos como hidróxidos, carbonato y bicarbonato de calcio, magnesio, sodio, potasio y amonio.

j) Azufre: la determinación de la cantidad de sulfatos que tiene el residuo es importante cuando se precisa determinar la cantidad de ácido sulfhídrico hay presente en el gas de digestión.

k) Compuestos inhibidores: son todos aquellos compuestos que impiden que se lleven a cabo las reacciones biológicas oportunas que posibilitan la degradación de los residuos.

4.1.2.2. Generalidades

Los residuos ganaderos son todos aquellos materiales de desecho que se generan en las explotaciones ganaderas, y que en función del régimen, éstas pueden ser extensivas y/o intensivas. En las primeras los materiales de desecho de los animales quedan en el campo al estar estos pastando libremente, mientras que en las segundas los animales se encuentran más o menos fijos en un determinado lugar, por lo que la concentración de dichos materiales es importante. Por tanto, los residuos ganaderos que son los que tienen que ser controlados son los de régimen intensivo, y que se produzcan de forma concentrada facilitan mucho su gestión y/o eliminación.

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Tradicionalmente se han venido empleando como abono orgánico, pero el aumento en el número de explotaciones ganaderas unido a la cada vez mayor aplicación de fertilizantes químicos en las explotaciones agrícolas, ha motivado un aumento en la generación de dichos residuos, siendo por tanto necesario llevar a cabo planteamientos racionales de gestión que no faciliten un deterioro del medio ambiente.

Las cabañas ganaderas que mayores cantidades de residuos ganaderos producen son la porcina y la vacuna, aunque otras como la ovina no se suelen considerarse por el hecho de ser generalmente explotaciones extensivas o porque el volumen de residuos que generan no es muy elevado, sin menospreciar en algún caso particular para ésa o para la cabaña avícola el tener que gestionarse correctamente dichos residuos y realizar algún tipo de planteamiento en ese sentido.

4.1.2.3. Clasificación

Los residuos ganaderos pueden ser sólidos, líquidos, semisólidos

y/o semilíquidos. Por lo que respecta a los que se encuentran en estado sólido se denominan estiércoles y están formados por la mezcla de las deyecciones sólidas de los animales y las camas de ganado (generalmente se obtiene en explotaciones de ganado vacuno y ovino). Los residuos en estado líquido están formados por las deyecciones de los animales y las aguas de lavado de las zonas de estabulación (generalmente asociadas a la cabaña porcina).

Si queremos establecer unas definiciones según se establece en determinados programas de las Consejerías de Agricultura y/o Medio Ambiente de las Comunidades Autónomas, se puede tomar el ejemplo de la de la Junta de Castilla y León. En el Código de Buenas Prácticas Agrarias, y considerando lo mencionado en la Directiva del Consejo relativa a la protección de las aguas contra la contaminación producida por nitratos utilizados en la agricultura, “estiércoles” son todos aquellos residuos excretados por el ganado o las mezclas de desechos y residuos excretados por el ganado, incluso transformados. Según el estado que presentan se puede realizar la siguiente clasificación:

a) Estiércoles sólidos: son las deyecciones sólidas de animales

mezclados generalmente con paja de cereal utilizada como cama de ganado. Su distribución en el campo se realiza

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generalmente con remolques o esparcidores de cilindros fresadores horizontales o verticales.

b) Estiércoles semisólidos, semilíquidos o lisieres: constituidos por las deyecciones sólidas y líquidas del ganado, diluidos todos ellos en agua. Generalmente se obtiene en cabañas ganaderas en régimen intensivo y que no emplean paja como cama. Su distribución en el terreno agrícola se realiza con cisternas.

c) Estiércoles líquidos o purines: son las deyecciones líquidas del ganado. Su distribución se realiza con la misma maquinaria que los lisieres.

Por lo que respecta a los estiércoles sólidos, en función del estado

de composición de los constituyentes, se pueden considerar tres tipos:

a) Estiércoles frescos: aquellos en los que se pueden identificar las

camas y las deyecciones porque se encentran en las primeras fases de la fermentación.

b) Estiércoles semihechos: situación intermedia en la que a pesar de que se pueden distinguir sus componentes en algunas zonas, en otras esa distinción es imposible porque la fermentación está en etapas más avanzadas.

c) Estiércoles maduros: aquí no se puede hacer ninguna diferenciación de los elementos porque la fermentación está en etapas muy avanzadas.

4.1.2.4. Tipos de estiércoles

Seguidamente se van a comentar someramente los distintos tipos de estiércoles más frecuentes en función de las cabañas ganaderas y del sistema de explotación que presenten.

a) Estiércol bovino: constituye un material de por sí de difícil

confrontación con el resto de los otros estiércoles por razón de la elevada presencia de compuestos de lenta degradabilidad. Su particular maduración ha hecho de él un material altamente polimerizado hasta el punto de resultar parcialmente inatacable por la flora microflora y de demorarse por eso la descomposición. Su función es en grandísima parte estructural, contribuyendo a promover la agregación de partículas terrosas

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y la estabilidad de los glomérulos formados. El efecto nutritivo, de momento, tiene una importancia relativamente menor. En general, se indica que este efecto nutritivo puede equivaler en el primer año de su aportación hasta el 30% del nitrógeno total presente. El efecto residual tiene importancia relevante después de varios años del cese de los aportes, en función del tipo de suelo, del clima, de las labores, de otros abonados y de los cultivos que se siembren.

b) Lisier bovino: presenta características fuertemente diferenciadas en función del sistema de cría. El efecto estructural puede confiarse que sea una cantidad casi partida en dos respecto al estiércol de los compuestos de nitrógeno de lenta degradabilidad, mientras que el efecto nutritivo en el primer año de mineralización puede llegar como máximo al 60%. En general, se trata de un abono de eficiencia media en el curso del primer año y de buen efecto residual, pero la gran variabilidad del material hace alejar con mucho las características funcionales de las medias. En particular, la presencia mayor de cama aproximará mayormente su comportamiento al del estiércol, mientras que los sistemas de separación y de almacenaje influirán en el grado de maduración y de estabilización.

c) Lisier porcino: es un abono que posee gran efecto nutritivo dejando de lado casi por completo el efecto estructural. Puede llegar a proveer, ya en el primer año, eficiencias del nitrógeno que llegan al 80%.

d) Estiércol de ovino: es un material bueno como fertilizante por sus altos contenidos en nitrógeno y potasio por lo que tiene un importante efecto nutritivo. Su efecto estructural es de menor importancia. La persistencia es de tres años en el suelo, mineralizándose aproximadamente el 50% el primer año, el 35% el segundo año y el 15% el tercer año.

e) Gallinaza: debido a que el nitrógeno que posee es de elevada disponibilidad para las plantas, su efecto nutritivo es importantísimo, careciendo de importancia el efecto estructural por ser prácticamente insignificante. Es un material muy difícil de utilizar correctamente porque no está estabilizado, es de difícil distribución, sujeto a fuertes pérdidas por volatilización y con problemas de olores desagradables. Los problemas comentados pueden ser solventados utilizando sistemas de tratamiento como la desecación o el compostaje que permiten valorizar las propiedades nutritivas y estructurales.

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f) Palomina: es un material de mayor riqueza fertilizante que la gallinaza pero con similares efectos.

4.1.2.5. Calidad y cantidad

La calidad y cantidad de estiércol producido depende de una serie de factores de producción siguientes:

a) Régimen de explotación: la existencia de camas provoca la

producción de mayor cantidad de estiércol y su naturaleza determina la calidad del mismo. Asimismo el ganado en intensivo provoca la obtención de deyecciones más ricas que el existente en extensivo y en mayor cantidad.

b) Clase de ganado: tal y como se ha comentado anteriormente, la calidad del estiércol depende de la cabaña ganadera, y su producción está lógicamente en relación directa con el peso del animal.

c) Edad del animal: los estiércoles jóvenes son menores y más pobres que los de animales mayores.

d) Régimen alimenticio: dependiendo del alimento ingerido, las deyecciones tendrán mayor o menor riqueza en unos elementos nutritivos que en otros, así como la cantidad de materia no asimilada y posteriormente expulsada, que depende del contenido de materia seca que presentan.

e) Pérdidas: la forma de almacenar y distribuir el estiércol es básica, ya que dependiendo de cómo se realice, habrá mayor o menor cantidad de pérdidas gaseosas, pérdidas por lavado o pérdidas por filtración de elementos nutritivos.

A la vista de los factores que hay que tener en cuenta comentados

con anterioridad, a la hora de cuantificar de la forma más exacta posible la cantidad y calidad de residuo ganadero generado, hay que estudiar en la medida de lo posible cada caso particular, aunque en la tabla 2.4 se muestra una tabla de valores medios que puede servir para realizar una primera aproximación, existiendo varias similares en función de la bibliografía consultada. Hay que decir, que generalmente un sistema que se puede emplear en el aprovechamiento energético de los residuos ganaderos, es la digestión anaerobia (que se estudiará con mayor profundidad en el siguiente tema), método por el cual en condiciones de anaerobiosis o ausencia de oxígeno se produce un gas denominado “biogás” (con

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una composición y una susceptible utilización similar al gas natural), y es lo que se refleja en la columna de la derecha.

Ganado Residuo (l/día)

Materia orgánica (Kg/día)

Biogás (m3/Kg mat. Org.)

1 Vaca 50 4,80 0,270 1 Cerdo 10 0,35 0,400

1 Cabra/Oveja 40 3,00 0,250 100 gallinas ponedoras 7 4,00 0,250

4.1.2.6. Características

Seguidamente se van a comentar las características de las distintas especies ganaderas más importantes en España.

4.1.2.6.1. Bovinos

Se consideran dos tipos de animales, de edades diferentes, que generan dos tipos de residuos ganaderos de distinta composición y tratamiento:

• Terneros de carnicería: generan unas deyecciones de olores

muy desagradables, produciendo un lisier compuesto principalmente por materias grasas y minerales, sin contener celulosa.

• Vacas lecheras y terneros de cría: en este caso el lisier tiene ya una cantidad de materia seca variable, con un alto valor de celulosa. El olor en este caso no es tan desagradable como en el caso anterior.

4.1.2.6.2. Porcino

En este caso, y aunque de manera general se ha comentado ya con anterioridad, las características físicas y químicas del lisier de cerdo dependen en gran medida de varios factores, entre los que destaca por encima de todos la alimentación, ya que influye de manera directa sobre el contenido de agua, la viscosidad, la textura y los minerales.

Tabla 2.4. Producción de biogás en función de la materia orgánica del residuo. Fuente: Carreras Arroyo, N. 1996.

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4.1.2.6.3. Avícola

Presentan un importante contenido en materia seca, entre el 20 y el 30 por ciento, por lo que tienen la característica de ser fácilmente amontonados. Tienen un alto contenido en nitrógeno, su olor es intenso y desagradable.

4.1.2.6.4. Ovino

El sistema más común de recogida es de estercolero. Su olor no es tan intenso.

4.1.3. Residuos forestales 4.1.3.1. Introducción

Se clasifican como residuos forestales aquellos materiales lignocelulósicos que tienen un origen en las masas forestales y que no tienen un destino económico inicial, aunque pueden ser valorizados energéticamente. El aprovechamiento de este residuo se lleva a cabo como consecuencia de su no utilización para otros fines, y la materia que estudia el aprovechamiento energético de la madera se conoce con el nombre de “Xiloenergía”.

En España, según los datos del Inventario Forestal Nacional y el Anuario de Estadística Agraria, el terreno forestal representa más del 50% de la superficie existente en España. De aquélla, la situación es similar entre el monte arbolado maderable (con gestión predominantemente privada) y el monte no arbolado. La superficie forestal en España principalmente es de coníferas, estando en una posición similar las frondosas y las mezclas de coníferas y frondosas (mayoritariamente del género Quercus sp.).

Hay que tener en cuenta, que la biomasa forestal no puede ser aprovechada sin tener un plan previamente establecido, de tal forma que se respete al máximo el medio ambiente y se evite en todo momento la destrucción de las masas forestales. Por tanto, su aprovechamiento se realiza siguiendo un ciclo que es el que siguen las unidades maderables que conforman dicha masa forestal.

Es necesario para el aprovechamiento energético de este tipo de biomasa, realizar inventarios bien sean nacionales, regionales o locales, requiriendo por tanto importantes informaciones, no simplemente para la obtención de la cantidad de biomasa que existe

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en un lugar, sino también para determinar las fluctuaciones en la productividad, la repercusión de los incendios forestales, etc.

Los residuos forestales se producen debido a trabajos selvícolas (podas, aclareos, repoblaciones, etc.) y/o de prevención de incendios hasta el momento de la corta, así como consecuencia del desbroce de pastizales, eliminación de árboles quemados tras un incendio, eliminación de unidades arbóreas para el paso de líneas eléctricas, carreteras, ferrocarriles, etc. De todas estas actividades, la que genera mayor cantidad de biomasa forestal es la de los tratamientos selvícolas y la del aprovechamiento maderero.

Los residuos que se producen en el monte tienen unas características importantes, que en ocasiones imposibilitan su aprovechamiento desde el punto de vista económico por el coste que supone su extracción, y es la dificultad de su obtención por la gran dispersión de aquellos o la mala accesibilidad en muchas ocasiones a las zonas del recurso. Por dicho motivo, sólo se puede plantear el emplear este recurso al extraerlos como consecuencia de las operaciones de limpia y clareo que se realiza en el monte. En muchas ocasiones, es más recomendable su trituración en el lugar de producción para conservar el nivel de fertilidad de los suelos.

La forma de aprovechamiento de estos recursos biomásicos van desde los manuales hasta los mecánicos, pasando por sistemas mixtos. Dependiendo del método realizado, los residuos se amontonan o no más o menos tiempo de tal manera que luego se cargan y se llevan a los lugares de aprovechamiento energético. El tiempo que permanecen secándose al aire libre en el monte es importante, ya que este tipo de residuos suelen contener elevados contenidos en humedad en ocasiones, por lo que el realizar un secado previo favorecería el transporte y disminuiría sus costes. El mejor sistema es transformar todos los residuos forestales en astillas mediante máquinas denominadas astilladoras fijas o móviles, y transportar las astillas posteriormente.

4.1.3.2. Ventajas e inconvenientes

Tal y como ya se comentó en su momento, el empleo de biomasa con fines energético proporciona una serie de ventajas e inconvenientes que hay que destacar, y en particular para el caso de los residuos forestales, se puede establecer lo siguiente:

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a) Ventajas:

- Disminución de las posibilidades de incendios en las masas forestales.

- Disminución de la proliferación de plagas y/o enfermedades xilófagas.

- Aumento del empleo selvícola.

- Aumento de la calidad de los pies maderables.

b) Inconvenientes:

- Problemas de compactación y erosión del suelo forestal por

el incremento del paso de maquinaria pesada.

- Si se produce una excesiva eliminación de residuos, empobrecimiento de los suelos forestales.

- Cada vez menor número de personas trabajan en este sector, y los que se incorporan no lo hacen en ocasiones con la formación suficiente.

4.1.3.3. Metodologías de evaluación

Seguidamente se van a exponer una serie de métodos que se tienen en cuenta para evaluar la cantidad de recursos forestales que se tienen en una zona para su aprovechamiento energético.

4.1.3.3.1. Métodos para montes arbolados

Inicialmente se tienen en consideración estudios previos realizados en la zona, así como informaciones bibliográficas que pudieran resultar interesantes, de tal manera que se reducen los costes iniciales de manera importante.

Las fuentes de información a considerar son varias en función de la actividad que se vaya a realizar. Proceden de los Inventarios forestales, de los Mapas de Vegetación y Usos del suelo, de las estadísticas (cortas de madera, leña, actuaciones selvícolas, etc.) y del Mapa Forestal de España, publicados por el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación o por el Ministerio de Medio Ambiente o Consejerías Autonómicas de Medio Ambiente.

Una de las publicaciones más importantes para evaluar la cantidad de residuos disponibles es el Inventario Forestal Nacional, del cual se

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pueden obtener datos de las superficies forestales arboladas y de la producción de madera en cada una de las provincias españolas, aunque tiene lagunas ya que no determina la cantidad de residuos generadas (con excepción de las ramas gruesas que superan los 7 cm de diámetro) o los crecimientos de la biomasa residual (para el caso de árboles jóvenes que tienen un diámetro inferior a 7,5 cm de diámetro).

Por tanto a la vista de dichos comentarios, hay que decir que hay que determinar la cantidad de residuos en función de los parámetros que se establecen en los Inventarios Forestales mediante el uso de ecuaciones o expresiones matemáticas.

Seguidamente se desarrollan dos métodos de cálculo de la biomasa residual forestal.

4.1.3.3.1.1. Método de los estados de masa

Se entiende por “estados de masa” las diferentes estructuras de los rodales arbóreos regulares que se dan durante la completa rotación de una especie. Las mencionadas estructuras son consecuencia de la edad de los árboles y de los tratamientos selvícolas aplicados.

Dicho de otro modo, los “estados de masa” se pueden definir también como el conjunto global de pies que se encuentran dentro del mismo intervalo de edad, con un aspecto y tamaño análogo.

Los estados de masa que se establecen en el Inventario Forestal Nacional son los siguientes:

a) Diseminado o siembra naciente: es el estrato herbáceo en el

que no se generan residuos, salvo cuando se realizan limpiezas de matorral. Se dan entre los 2 y 10 años en función de las especies forestales.

b) Repoblado: los árboles van creciendo desde el estrato anterior hasta el subarbustivo, y por tanto se generan residuos procedentes de los desbroces de matorral, clareos, etc., cuya duración es variable entre 3 y 15 años.

c) Monte bravo: comprende el período de tiempo desde la finalización de la masa anterior hasta cuando los árboles, por efecto del crecimiento, van perdiendo las ramas más bajas. Suelen durar entre 5 y 10 años, y en este período se generan importantes cantidades de residuos, ya que se producen cortas

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de pies por no alcanzar el valor mínimo comercial demandado por el mercado.

d) Bajo latizal: va desde cuando los árboles comienzan a perder las ramas inferiores hasta que los árboles tienen un diámetro de 10 cm. En esta etapa se generan las mayores cantidades de residuos forestales obtenidos de claras y podas y que no son demandados por las industrias forestales. Suele durar entre 10 y 20 años.

e) Alto latizal: se establece en el período en el cual los árboles pasan de tener 10 cm de diámetro a 20 cm. En esta etapa también se generan importantes cantidades de residuos forestales, pero determinadas fracciones son aprovechadas por las industrias que trabajan la madera y fabrican tableros, sobre todo aquellas que superan un diámetro de 7,5 cm. Esta etapa también dura entre 10 y 20 años.

f) Fustal: los pies tienen diámetros superiores a 20 cm y dura desde la finalización del anterior período hasta que se produce la regeneración de la masa arbórea. Aquí también se realizan también clareos y podas, y se puede subdividir también en tres períodos muy concretos:

- Bajo fustal: cuando los árboles tienen diámetros

comprendidos entre 20 y 35 cm.

- Medio fustal: cuando los árboles tienen diámetros entre 35 y 50 cm.

- Alto fustal: cuando los árboles tienen diámetros superiores a 50 cm.

Seguidamente en la tabla 2.5 que se muestra se establece la

cantidad de residuos generados en función del estado de masa.

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Clase matorral

Repoblado y monte

bravo Latizal

Bajo fustal

Medio fustal

Alto fustal

Producción media por hectárea y

año Clase

artificial (años)

0-20 20-40 40-60 60-80 80-100

Diámetros medios (cm)

0-15 5-20 20-35 35-50 > 50

Tratamientos Clareos,

desbroces, podas

Clareos, claras, podas y

desbroces

Claras, podas

Claras, cortas

Cortas finales

Producciones medias

(t m.s./ha) 8-14 (11) 5-10 (7)

5-10 (7)

10-20 (15)

15-30 (22)

(0,62)

Para cada grupo forestal, la biomasa que genera se le puede dar un

valor energético como el que se establece en la tabla 2.6.

RReessiidduuooss PPCCSS ((00%% ddee hhuummeeddaadd))

PPCCII ((2200%% ddee hhuummeeddaadd))

MMaattoorrrraall 4.175 3.100 MMaattoorrrraall ccoonn ffrroonnddoossaass 4.390 3.260 MMaattoorrrraall ccoonn ccoonnííffeerraass 4.565 3.388

LLeeññaass yy rraammaass ddee ffrroonnddoossaass 4.600 3.420 LLeeññaass yy rraammaass ddee ccoonnííffeerraass 4.950 3.675

LLeeññaass yy rraammaass ddee ccoonnííffeerraass yy ffrroonnddoossaass 4.775 3.548

Tabla 2.5. Producción de residuos forestales según el estado de masa y tratamientos para densidades medias del género Pinus. Datos obtenidos del Plan de Investigación Energética de Productos de la Madera de la Junta de Castilla y

León. Fuente: Esteban Pascual, L. S. y Ciria Ciria, P. 2003.

TTaabbllaa 22..66.. PPooddeerreess ccaalloorrííffiiccooss ddee llooss rreessiidduuooss ffoorreessttaalleess eenn KKccaall//KKgg.. FFuueennttee:: DDiivveerrssooss aauuttoorreess..

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En la figura 2.6 se determina el proceso de toma de datos y elaboración de resultados que se establece para este método.

Figura 2.5. Pinar tras un proceso de limpieza y aprovechamiento de la biomasa.

Fuente: Elaboración propia.

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EVALUACIÓN DE RESIDUOS FORESTALES: MÉTODO DE LOS ESTADOS DE MASA

CLASIFICACIÓN DE LASSUPERFICIES FORESTALES

SEGÚN ESPECIES DOMINANTESY ESTADOS DE MASA:Repoblado, monte bravo,

Bajo latizal, Alto latizal, Fustal


Inventariosforestales

FUENTES DEDATOS

NIVEL DEDATOS

INFORMACIÓN SOBREDENSIDAD DE LAS MASAS:Fracción de cabida de cubierta(FCC) u otros indicadores de

densidad



ELABORACIÓN DE TABLAS DEPRODUCCIÓN DE DOS

ENTRADAS PARA CADA ESPECIEDOMINANTE

Entrada I: Tratamiento selvícolaEntrada II: Estado de masa



AVERIGUAR TURNOS Y DEFINIR LOSTRATAMIENTOS A REALIZAR

DURANTE EL MISMO

Organismos gestoresde los montes

Provincial,Regional

CRUCE DE DATOS:RESIDUOS POTENCIALES



Resta del consumomedio anual de leñas

Provincial,Regional

Accesibilidad de los montes:pendientes medias

Provincial,Regional

Figura 2.6. Forma de realizar la evaluación basada en estados de masa. Fuente: Esteban Pascual, L. S. y Ciria Ciria, P. 2003.

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Por tanto, a la vista de lo comentado anteriormente, la producción

de residuos en una determinada zona forestal es fácilmente cuantificable siempre y cuando las condiciones no varíen sustancialmente, recomendándose siempre la exposición de los valores de energía de dichos residuos sobre base seca ya que el contenido en humedad puede variar ostensiblemente para un mismo tipo de residuo de un lugar a otro.

4.1.3.3.1.2. Método del crecimiento en volumen

Se trata de un método de determinación rápida de la cantidad de residuos que se genera en una masa forestal, a partir de los datos del Inventario Forestal Nacional (para el nivel provincial o superior), o del inventario del monte si es que existe y está ordenado. Para todo ello se obtienen índices que relacionan el volumen maderable y el crecimiento anual de los mismos con la cantidad de residuos generada. El único inconveniente es que los inventarios sólo proporcionan el volumen de los pies mayores, es decir, de aquellos que poseen un diámetro mayor a 7,5 centímetros.

Para conseguir la finalidad perseguida en este método, es preciso disponer de una serie de datos que son los que se enuncian a continuación:

• Superficies clasificadas en función de la especie predominante.

• Número de pies mayores para cada una de las clases diámetricas que existan para cada una de las especies existentes en la masa forestal.

• Recursos madereros por especie forestal y clase diámetrica.

• Crecimiento anual del volumen maderable con corteza para cada especie forestal y clase diámetrica.

• Estimación de la cantidad de residuos.

4.1.3.3.2. Métodos para montes no arbolados

Para determinar la cantidad de residuos que se producen en los matorrales siguiendo este método, hay que conocer las superficies clasificadas por especies (según se establece en los Mapas Forestales y de cultivos y aprovechamientos, editados por los Ministerios de Medio Ambiente y Agricultura, Pesca y Alimentación).

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Para el caso de los matorrales, debido a su inestabilidad temporal por la invasión de especies arbóreas, los incendios que en ocasiones se producen en estas zonas, la limpieza que se produce por parte de la ganadería que se encuentra en régimen extensivo, así como las repoblaciones que se producen, es muy difícil dar previsiones de producción a corto-medio plazo.

4.1.3.4. Metodologías a gran escala

Es la determinación de las cantidades de biomasa forestal que se obtienen a nivel provincial, Comunidad Autónoma o nación. En estos casos se determinan las especies consideradas, la posibilidad potencial anual de residuos, la posibilidad disponible o real anual de residuos como un porcentaje de la posibilidad potencial (por ejemplo 50% ya que nunca se tiene una ocupación del espacio de forma completa), y la posibilidad aprovechable de residuos como el producto de la posibilidad disponible y un porcentaje de eficacia de recogida de residuos que depende de la pendiente del terreno (para terrenos con pendiente inferior a 12,5% se recoge un 80% de la biomasa disponible; para terrenos con pendiente entre 12,5% y 35% se recoge un 60% de la biomasa disponible; y para terrenos con pendiente superior a ese valor se recoge un 20% de la biomasa disponible). Estos valores fueron los considerados en la elaboración del estudio titulado “Cálculo de la biomasa forestal residual aprovechable en España y su potencial energético”, que la antesala del apartado dedicado a la biomasa residual forestal del Plan de Fomento de las Energías Renovables.

4.2. Residuos industriales

En este caso, todos aquellos residuos susceptibles de un aprovechamiento energético real que se producen como consecuencia de la transformación de una materia prima, están siendo ya aprovechados por la propia industria para sus procesos. Para la mayoría de estos residuos, resultaría inviable un aprovechamiento energético fuera de las instalaciones donde se generan, ya que tienen un difícil manejo, baja densidad, etc., por lo que los costes de manejo serían muy elevados.

En este apartado se consideran los residuos obtenidos en industrias agrícolas y ganaderas (sin tener en cuenta las aguas residuales producidas en los diferentes tipos de industrias, que se describirán en el apartado correspondiente de aguas residuales), y las forestales.

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4.2.1. Agrícolas

Dependiendo de la industria que se considere, la cantidad de residuo generado será mayor o menor. En la tabla 2.7 se muestran los residuos que se generan en los principales tipos de industrias existentes en España.

PROCESO DE GENERACIÓN RESIDUO

Fabricación de aceite de oliva Orujo, alpechines y alperujo Extracción de aceites de semillas Cáscaras y tortas

Preparación del arroz Cascarilla Fabricación del azúcar Melazas, bagazos y lodos de depuradora

Elaboración de frutos secos Cáscaras y pieles Industria vinícola Raspones, orujillos, lías y vinazas

Fabricación de alcoholes Granillas, hollejo, orujillo y vinazas Fabricación de conservas vegetales Residuos frescos, huesos, aceitunas y pieles

Elaboración de cerveza y malta Bagazo y lodos de depuradora Industrias del café Marros y cascarilla

Preparación del algodón Semillas y restos de desmotado

En España, la industria más importante en cuanto a la generación de residuos susceptibles de emplearse con fines energéticos, es la del aceite de oliva, radicada fundamentalmente en Andalucía.

Atendiendo al sistema de obtención del aceite de oliva, se puede realizar la siguiente clasificación de las almazaras:

• Sistemas de extracción: tradicional o de prensas y de

extracción continua.

• Sistemas de separación de fases: de tres fases y de dos fases.

El sistema más utilizado en España era el de prensas y consistía en

la trituración de la aceituna y el posterior prensado de la pasta resultante por métodos mecánicos que necesitan una importante cantidad de energía. El orujo resultante como subproducto se llevaba a las extractoras de aceite de orujo, donde al procesarlo quedaba el orujillo, que se empleaba ya como combustible. En la actualidad el

Tabla 2.7. Residuos procedentes de industrias agrícolas indicando el proceso del que proceden.

Fuente: Esteban Pascual, L. S. 2003.

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orujo prácticamente ha desaparecido por realizar la extracción de forma continua por centrifugación de las pastas mediante un sistema de decantar con adición de agua.

Por lo que respecta a los sistemas de separación de fases, en el caso de existir tres fases se tiene un producto que es el aceite de oliva y dos subproductos, orujo (en estado sólido) y una fracción líquida que cuando fermenta produce el alpechín (efluente acuoso muy contaminante y que contiene, además del agua propia de las aceitunas la que se añade para facilitar la separación entre el aceite y el resto de las fases, produciéndose de media 1,125 Kg por cada kilogramo de aceituna molturada). Debido al problema medioambiental que tienen estos alpechines, generados en su mayoría por las grandes cantidades de agua que se utilizaba en la obtención del aceite de oliva, se pasó a un sistema de dos fases en el que se requiere menor cantidad de agua, obteniéndose por una parte el aceite y por la otra el orujo o alperujo, que sí contiene el agua que se encontraba formando parte de la aceituna de manera natural así como el agua que se añade. En este caso en el que se tienen dos fases, el procedimiento que se sigue es el siguiente:

• En primer lugar, a partir de orujo, se puede obtener aceite por

procedimientos físicos, generando como subproducto orujo desgrasado.

• Del orujo desgrasado obtenido en la etapa anterior, se obtiene aceite de orujo a partir de un proceso de extracción química en la que se utiliza gas hexano. El subproducto que se genera es orujillo (orujo seco y desgrasado). Este orujillo es el que se someterá a las transformaciones oportunas para su aprovechamiento energético.

En España también son importantes las industrias que utilizan

frutos secos como materia prima, generando importantes cantidades de residuos, como ocurre por ejemplo en las industrias que emplean almendras, avellanas, piñones, etc. Son ya varias las industrias que generan energía eléctrica y/o térmica con esta materia prima en España. Energéticamente se les puede considerar con un PCS a 0% de humedad a las cáscaras de almendra, avellana y piñones de 4.760, 4.500 y 4.930 Kcal/Kg, respectivamente, mientras que el PCI a 10% de humedad es de 3.940, 3.710 y 4.090 Kcal/Kg, respectivamente.

Asimismo las industrias vinícolas también son destacadas en buena parte del territorio español, fundamentalmente por la gran cantidad

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de superficie vitícola existente. En este caso, los racimos de uva son prensados y el residuo sólido resultante se denomina “orujo”, susceptible de aprovechamiento energético en mayor medida en aquellos años de excesiva producción de uva, conteniendo agua (45%-55%), raspones del racimo (17%), así como los hollejos (8%), las pepitas de la uva (5%) y el raspón (4%). El orujo de uva se le puede considerar que tiene un PCS de 4.820 Kcal/Kg (a 0% de humedad) y un PCI de 3.240 Kcal/Kg (a 25% de humedad).

También es de destacar en determinadas zonas de España, básicamente donde se lleva a cabo el cultivo correspondiente, la generación de cascarilla de arroz, susceptible también de aprovechamiento energético como ya se está llevando a cabo en alguna industria de la Comunidad Valenciana, así como el zuro del maíz, resultado del desgrane de la mazorca.

Las industrias desmotadoras también son generadoras de residuos con aprovechamiento energético, producidos como consecuencia de la limpia de borra de algodón de la semilla y de los restos de la planta.

En determinadas zonas de España donde existe una importante concentración de industrias que procesan cultivos hortícolas, se pueden generar también importantes cantidades de residuos. En la gran mayoría de los casos, esos residuos se utilizan en alimentación animal, aunque hay que tener en cuenta que también pueden tener aprovechamiento energético.

Hoy en día hay que decir que determinados residuos hortícolas pueden ser valorizados no tanto por el lado de la alimentación animal o la producción de energía, sino para la obtención de compuestos químicos (xilitol y sorbitol que son edulcorantes naturales), antioxidantes, fibras, etc., que son empleados en la industria alimentaria como aditivos.

Finalmente, por lo que respecta a las industrias del pescado, localizadas fundamentalmente en el Norte y Noroeste de España, los residuos están constituidos por trozos de pescado, espinas, escamas, etc. Debido a la gran cantidad de agua que poseen, las técnicas de valorización van más encaminadas a la obtención de aceites poliinsaturados, gelatina, etc., todos ellos productos que se pueden emplear en la industria alimentaria.

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4.2.2. Ganaderas

Los mataderos y las instalaciones donde se realiza el despiece de los animales para comercializar las distintas fracciones del animal en función del interés comercial de las mismas, generan una importante cantidad de residuos orgánicos (de manera general pelo y piel en un porcentaje aproximado de 10%, trozos de carne en un 62%, huesos y vísceras en otro 10%, y el 18% restante de grasas y alimento no digerido) que hay que tratar conveniente, más aún a raíz de la problemática surgida por la enfermedad comúnmente denominada “mal de las vacas locas” (encefalopatía espongiforme bovina EEB), a partir de la cual se prohibió destinarlos a la fabricación de harina animal. En los mataderos, dependiendo del tipo de animal que se sacrifique, los subproductos tendrán un mayor o menor peso. Tal es el caso del ganado vacuno por ejemplo, que el 40% del peso vivo del animal son residuos, mientras que para el ganado porcino eso representa el 25%, o para el ganado ovino el 30%.

En materia de regulación legislativa, el Real Decreto 1429/2003 de 21 de Noviembre, regula las condiciones de aplicación de la normativa comunitaria en materia de subproductos animales y crea la Comisión Nacional de Subproductos Animales No Destinados a Consumo Humano (con actualizaciones legislativas periódicas en www.sandach.com.es). La gestión de los subproductos animales como residuos queda regulada desde su entrada en vigor por el Reglamento (CE) 1774/2002 del Parlamento Europeo y del Consejo de 3 de Octubre de 2002, por el que se establecen las normas sanitarias aplicables a los subproductos animales no destinados al consumo humano, siendo supletoria la Ley 10/1998 de Residuos.

Si se tiene en cuenta la legislación tanto europea como nacional

relativa al vertido de residuos, así como las políticas nacionales que se siguen en residuos que pretenden minimizar las cantidades de materia orgánica depositadas en vertederos valorizándolas convenientemente bajo unos parámetros mínimos de sostenibilidad y respeto sobre el medio ambiente, la técnica conocida como “digestión anaerobia” es una de las más apropiadas y más estudiadas para este tipo de residuos.

4.2.3. Forestales

En este caso, los residuos de industrias de la madera se pueden clasificar en función de la procedencia de los mismos, es decir, si

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proceden de industrias de primera transformación (caso de aserraderos, fábricas de tableros, fábricas de pasta y papel), o de segunda transformación (fábricas de muebles, embalajes, etc.).

Hay que tener en cuenta, que en el caso que haya una concentración importante de industrias de la madera en una zona determinada, se realiza una recogida de residuos que son empleados como materia prima en otras industrias, mientras que si por el contrario hay presente una importante atomización, lo que sucede es el aprovechamiento energético en el lugar de generación.

Según González Izquierdo, E. (1996), de un metro cúbico real de madera con corteza se obtienen en industrias de primera transformación 0,88 metros cúbicos reales de rollo sin corteza como producto intermedio, y de residuos 0,21 metros cúbicos de cortezas, 0,6 metros cúbicos de madera aserrada, 0,20 metros cúbicos de costeros, 0,044 metros cúbicos de retestados y 0,035 metros cúbicos de serrines. En definitiva, se puede considerar que por cada metro cúbico de rollo aserrado se obtienen 160 kilogramos de residuo. En el caso de industrias que fabrican productos elaborados de madera, se generan como residuos serrines, recortes, polvo de lijado, chapas de mala calidad, etc., y generalmente se realiza un aprovechamiento in situ de los mismos. Para el caso de las industrias que fabrican productos derivados del corcho, el principal residuo que producen es el polvo de corcho y que también se utiliza como combustible en el propio lugar de generación. Finalmente para el caso de las industrias de fabricación de pasta de papel, los principales tipos de residuos generados son las cortezas, los serrines y las lejías negras, que son todos ellos empleados en sistemas de aprovechamiento energético, generalmente en forma de cogeneración, sistema que produce la energía eléctrica y térmica que emplean también en su proceso.

Por lo que respecta a las industrias de segunda transformación, la cuantificación se hace más difícil, ya que habría que analizar cada caso en particular, aunque por término medio se pueden considerar los valores que se establecen en la siguiente 2.35.

4.3. Residuos antropogénicos

Hay que decir que como residuos antropogénicos se catalogan aquellos que son generados como consecuencia de las actividades humanas cotidianas, es decir, los lodos de depuradora (ya sean aquellos que se producen en las aguas residuales del ámbito urbano, o aquellas que se producen como consecuencia de las actividades industriales), y los RSU. Se trata de residuos biodegradables, por lo

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que vale todo aquello comentado de modo general en el apartado de “residuos ganaderos”.

4.3.1. Lodos de depuradora

El concepto “depuración” es la combinación de aquellos procesos físicos, biológicos y químicos encaminados a la extracción de aquel agua que se encuentre en presencia de cualquier sustancia contaminante añadida a aquélla como consecuencia de su uso.

Son producidas como consecuencia de la actividad humana en los núcleos de población (aguas residuales urbanas) y de la actividad industrial (aguas residuales industriales).

La problemática de las aguas de origen urbano y las de origen industrial es radicalmente diferente, ya que en las primera existe una gran homogeneidad de parámetros lo que las hace ser más fácilmente tratadas y depuradas, mientras que por el contrario las de origen industrial varían mucho, incluso siendo de un mismo foco contaminante ya que varían en función del proceso industrial seguido, de los productos de fabricación empleados o de los elementos obtenidos. Un concepto común tanto a las aguas residuales de un tipo como a las de otro es el de “habitantes equivalentes” y expresa la cantidad de contaminación presente en un agua como el número de personas que por término medio generan dicha contaminación.

Hay que decir que generalmente todas las depuradoras tienen una estructura parecida, ya que sobre ellas se aplican el mismo principio de funcionamiento. Quizás el único factor que determina la diferencia de las estaciones depuradoras es el propio tamaño de la misma, que depende obviamente del volumen de agua residual a tratar y no tanto de la carga contaminante de la misma.

En la depuración del agua se genera un residuo sólido llamado “lodo”, aproximadamente del 1% del caudal de agua que se trata con una humedad cercana al 75%, y es el que posteriormente se empleará para la generación de energía, con un parámetro muy utilizado como es el “porcentaje de sólidos totales”. Se produce como consecuencia de la separación o de la eliminación de la materia orgánica del agua, para que posteriormente ésta pueda ser vertida a los cauces de los ríos sin tener problema ecológico alguno, por encontrarse los valores contaminantes de vertido por debajo de los límites legales que la legislación vigente establece al efecto (Directiva 91/271/CEE del Consejo de 21 de Mayo de 1991, relativa al Tratamiento de Aguas Residuales, y que fue modificada

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posteriormente por la Directiva 98/15/CE), y que determina que la DBO5 del efluente resultante debe ser de 25 mg/l, y los SS (Sólidos en Suspensión, que representan la cantidad de materia orgánica presente en el agua residual) no deben superar los 35 mg/l.

Actualmente cualquier EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales) o ERAR (Estación Regeneradora de Aguas Residuales) produce lodos que pueden ser revalorizados, bien sea energéticamente por formación de biogás o por incineración (siendo estas vías las predominantes por las políticas que se establecen en la Unión Europea recogidas en la Directiva 1999/31/CE relativa a las restricciones de materia orgánica en el vertido y a la Directiva 86/728/CEE que obliga al tratamiento de los fangos), y/o como fertilizante (regulado en la Directiva 86/278/CEE del Consejo de 12 de junio de 1986, relativa a la protección del medio ambiente y, en particular, de los suelos, en la utilización de los lodos de depuradora en agricultura, con sucesivas actualizaciones y modificaciones), el cual tiene que tener unos análisis químicos realizados muy detallados porque en el caso de tener los lodos metales pesados, se pueden contaminar los suelos. Del aprovechamiento de este residuo in situ en la propia EDAR o ERAR, se deriva que el tamaño de las mismas debe ser suficiente para que técnica y económicamente sea viable.

Seguidamente se pasa a particularizar en aquellas aguas que tienen una procedencia urbana de las que lo tienen industrial.

4.3.1.1. Urbanas

Las aguas residuales urbanas se producen como consecuencia de la eliminación de los residuos del metabolismo humano, junto con el agua de arrastre, el agua de limpieza doméstico y el agua de lluvia recogida en tejados y alcantarillas. El volumen que de esta agua se produce varía en función de la dotación por habitante y día, dependiendo del grado de desarrollo y del tamaño de la ciudad o municipio.

Están caracterizadas por dos parámetros como son los siguientes: DBO5 y los SS, cuyos valores medios se pueden estimar en 70 g DBO5/habitante y día, y 90 g de sólidos suspendidos/habitante y día, teniendo concentraciones medias entre 250 y 350 mg/l y aproximadamente 300 mg/l, respectivamente. Con estos valores y con los habitantes de diseño se permite calcular el volumen y la concentración de residuos. Otro parámetro que también se suele emplear es el DQO (Demanda Química de Oxígeno, que es la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar los compuestos reductores

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susceptibles de ser oxidados), con una cantidad típica de 150 g/habitante y día, y con un objetivo de calidad a conseguir de 125 mg/l.

En España hay presentes algo más de 100 EDAR con una población equivalente de 15 millones de habitantes equivalentes, ubicadas principales en municipios urbanos con una población superior a 45.000 habitantes equivalentes conectados. En aquellas EDAR en las que la dotación sea igual o superior a 100.000 habitantes equivalentes, es interesante instalar sistemas de valorización energética de los lodos de depuradora, principalmente sistemas de digestión anaerobia, mediante los cuales se obtiene biogás que se destina a generar energía eléctrica y/o térmica aprovechado en la propia instalación, y si fuera el caso, exportarlo a la red de distribución, recibiendo la correspondiente retribución económica por ello.

4.3.1.2. Industriales

Las aguas residuales industriales se producen como consecuencia de los procesos de producción de materias primas industriales, y por tanto la caracterización de las mismas no se puede homogeneizar como sucedió con las aguas residuales urbanas, ya que la carga contaminante depende del tipo de industria que se trate. Es por este

Figura 2.7. Estación depuradora de aguas residuales. Fuente: Elaboración propia.

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motivo, por lo que a continuación se hará un comentario de los tipos de industrias más comunes en España generadoras de aguas residuales del tipo industrial.

4.3.1.2.1. Papeleras

Hay que tener en cuenta que en función de la metodología seguida para la fabricación del papel y de la materia prima empleada, la carga contaminante en este tipo de industrias será una u otra, incrementándose en el caso que se realicen técnicas de blanqueo, ya que el residuo generado tiene cloro.

A continuación, Carreras Arroyo, N. (2003) detalla los parámetros de aguas residuales obtenidas en industrias papeleras que utilizan o no lo hacen técnicas de blanqueo.

• Producción de pasta blanqueada:

- DBO5: 375-540 mg/l

- SS: 210-300 mg/l

- pH: 5-8

• Producción de papel a partir de paja y papel reciclado:

- pH: 10,6

- SS: 10 mg/l

- ST (sólidos totales): 90 mg/l

- DQO: 100 g/l

Los residuos generados en este segundo caso reciben el nombre de

“lejías negras o licores negros” y su aprovechamiento energético está generando actualmente en las industrias papeleras existentes en España, una cantidad importante de energía eléctrica y térmica que demandan este tipo de industrias en su proceso productivo.

4.3.1.2.2. Almazaras

Tal y como ya se ha comentado cuando se ha hablado de los residuos derivados de la industria oleícola, en algunas industrias de España y en función de si el proceso se realiza en dos o tres fases, se puede generar un residuo con una carga contaminante muy

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importante denominado “alpechín”, y que presenta los siguientes parámetros medios:

• ST: 17%

• SV (Sólidos Volátiles): 14%

• pH: 4,5-5

• DQO: 80.000 mg/l

• DBO5: 60.000 mg/l

A la vista de los resultados anteriores, se puede obtener como

conclusión que el alpechín posee una carga contaminante aproximada de 60-70 g DBO5/litro de aceite, y si a lo anterior se une que el posee compuestos polifenólicos, hace que el residuo sea todavía más difícil degradable.

4.3.1.2.3. Destilerías

“Vinazas” es el nombre que reciben los residuos generados en este tipo de industrias, y sus características dependen del tipo de licor a destilar.

• Destilerías de vino: en el este caso el etanol o alcohol vínico se

obtiene de los excedentes generados en años de excesiva producción de uva o de vinos de mala calidad y que no se hayan podido comercializar, del fermentado del pellejo y de la granilla de la uva, así como del fermentado de los posos del vino. La cantidad vertida puede varía entre 5 y 50 litros de vinaza por litro de alcohol destilado, con una DQO de 40.000 mg/l aproximadamente y un pH ácido.

• Destilerías de melazas de caña de azúcar o de remolacha: en España la caña de azúcar se genera en una superficie muy reducida del Sur de España, por lo que las industrias que generan azúcar son las que utilizan la remolacha. La cantidad de vinaza generada varía entre los 10 y 15 litros de vinaza por litro de alcohol destilado con una DQO aproximada de 60.000 mg/l .

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4.3.1.2.4. Cerveceras

Las aguas residuales que se generan en este tipo de industrias derivan del lavado de las botellas, barriles y cubas, así como aquellas procedentes de la cocción, germinación, etc., todas ellas con una carga contaminante superior a las que se producen como consecuencia del enfriamiento y de la condensación, que son importantes en cantidad pero no en carga contaminante.

Las características más importantes de este tipo de aguas residuales son las siguientes:

• ST: 500 mg/l

• pH: 7-9,5

• DQO: 4.000 mg/l

• DBO5: 2.000 mg/l

4.3.1.2.5. Azucareras

El agua residual que se genera principalmente en las industrias de obtención de azúcar procede del lavado de la remolacha y de la condensación de vapores. Hay que destacar que en este caso los vertidos de este tipo de aguas residuales se producen de manera estacional, estando condicionado al período de tiempo en el que se cosecha dicho cultivo, siendo principalmente en España en el período otoñal, por lo que estas fábricas no están funcionando más allá de cuatro meses al año.

Este tipo de aguas pueden llegar a tener valores de DBO5 de 5.000 mg/l y de DQO de 8.000 mg/l, aproximadamente.

4.3.2.1.6. Lácteas

En este caso, al igual que sucedía en las industrias cerveceras, se generaba buena parte de las aguas residuales por el lavado de las botellas, pero debido al uso generalizado del tetra brick, las aguas residuales que se producen en la actualidad derivan de procesos de transformación de leche en mantequilla, queso, etc., siendo en este último caso donde se producen las aguas residuales que más carga contaminante tienen, ya que pueden existir compuestos como la

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lactosa, que o bien se puede recuperar como aditivo alimentario o en el caso que no se realice dicha recuperación, la carga contaminante del agua residual presentaría una DQO entre 50.000 y 70.000 mg/l.

4.3.2.1.7. Fábricas de levadura

En este caso, las aguas residuales que se generan pueden presentar una carga contaminante media medida con los siguientes parámetros:

• ST: 1.000 mg/l

• pH: 5,7

• DQO: 15.000-20.000 mg/l

• DBO5: 12.000-14.000 mg/l

4.3.2.1.8. Industrias conserveras 4.3.2.1.8.1. Agrícola

Las aguas residuales que se producen en este caso derivan del lavado y procesado de las materias primas que este tipo de industrias utilizan en sus procesos productivos. Generalmente, este tipo de industrias tienen un tamaño importante, por lo que procesan gran cantidad de productos, generando también una importante cantidad de aguas residuales.

En la tabla 2.8 se muestran los parámetros contaminantes de las aguas residuales, dependiendo de la materia prima empleada.

PRODUCTO pH DBO5 (mg/l) SS (mg/l) SD (mg/l)

Tomates 4,9 1.150 450 2.500 Guisantes 4,7 2.710 300 6.000 Espinacas 7 280 580 1.700

Remolacha roja 6 1.500 1.600 5.800 Melocotón 7,6 1.400 600 3.000

Albaricoque 7,6 200 260 1.800

Tabla 2.8. Composición de los vertidos de la industria conservera para distintas materias primas.

Fuente: Carreras Arroyo, N. 2003.

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4.3.2.1.8.2. Pescado

Las aguas residuales que se producen generalmente en industrias conserveras de pescado, derivan de la limpieza de la materia prima empleada, del lavado de los equipos y del agua empleada en procesos propios de la industria, como la cocción, esterilización, etc. De todos los procesos que requieren agua en la industria del pescado, el más generador de aguas residuales es el de la cocción, no tanto por la cantidad (4% del total) como por la carga contaminante (DQO de 50.000 mg/l, SS de 2.700 mg/l) y por la presencia de sustancias especialmente contaminantes como el cloro.

4.3.2.1.8.3. Mataderos

Es un tipo de industria que genera un tipo de agua residual muy heterogénea, en función de la operación que se realice. Junto con el agua y la sangre, también aparecen restos sólidos como trozos de carne, pelos, contenido de panzas, etc. Una vez que se separan los fragmentos sólidos valorizables para la industria alimentaria por la extracción de estos sustancias empleadas como aditivos en determinados productos, las aguas a tratar convenientemente tienen unos parámetros medios siguientes:

• ST: 4.000 mg/l

• SV: 2.000 mg/l

• DQO: 2.500 mg/l

• DBO5: 1.000 mg/l

4.3.2. RSU

Los RSU o Residuos Municipales son conocidos coloquialmente con el nombre de “basuras” y son aquellos que se producen, según la Ley 10/98 de Residuos, en los domicilios particulares, comercios, oficinas y servicios, así como todos aquellos que no tengan la calificación de peligrosos y que por su naturaleza o composición puedan asimilarse a los producidos en los anteriores lugares o actividades. Asimismo, tendrán la consideración de RSU los procedentes de la limpieza de las vías públicas, zonas verdes, áreas recreativas y playas, los animales muertos, así como muebles, enseres y vehículos abandonados, y los residuos y escombros procedentes de obras menores de construcción y reparación domiciliaria.

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Tal y como se puede comprobar en el Tema 1, de la definición de biomasa solamente la fracción orgánica de los RSU quedaría encuadrada dentro de dicho concepto, a pesar que de todas las fracciones existentes en los residuos domiciliarios (que son los predominantes dentro del grupo de RSU), alguna más puede ser valorizada energéticamente, como por ejemplo los envases, plásticos, papel y cartón. Además como en la legislación española relativa a las primas a las instalaciones de producción de energía eléctrica con origen renovable, se incluye no solo la fracción orgánica de los RSU sino al conjunto de ellos, es conveniente describir en profundidad este tipo de residuos.

4.3.2.1. Composición

Por lo que se refiere a la variabilidad de los RSU generados en España, se puede decir que existen una serie de factores que hay que tener en cuenta, como a continuación se detallan.

• Características de la población: ya que no son lo mismo los RSU

generados en el ámbito de una gran ciudad (incluso la distribución por barrios también es importante por el nivel de renta de las personas que habitan en ellos) o en el de una pequeña ciudad e incluso en un municipio rural, o bien en una zona industrial.

• Clima y estación del año: las temperaturas ambientales determinan muchas veces los alimentos ingeridos por la población, y por tanto, la diferente presencia de residuos en las basuras.

• Nivel de vida de la población: a mayor poder adquisitivo de la población, mayor consumo de productos preparados, y por tanto mayor heterogeneidad en los residuos, quedando en un lugar menos destacado la presencia de fracciones orgánicas frente a las fracciones inorgánicas.

De manera general y con la perspectiva energética, las distintas

fracciones de los RSU se pueden clasificar en tres categorías diferentes:

• Materia orgánica fermentable.

• Combustibles.

• Inertes y cenizas.

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Por lo que se refiere al interés energético, las dos primeras fracciones son las más interesantes, ya que la materia orgánica es a lo que se denomina “biomasa procedente de los RSU”, y a los elementos combustibles, conocidos como “RDF” (Refused Derived Fuel), también se les puede someter a técnicas de aprovechamiento energético, ya que se trata de materiales como papel y cartón, textil y plásticos, todos ellos materiales no degradables.

En función del sistema de recogida que tenga lugar con los RSU, el PCI de los mismos será uno u otro, mayor o menor. En cualquier caso no suele variar mucho dicho valor a no ser que se recoja de manera individualizada la materia fermentable, ya que es ésta quien posee la mayor parte de humedad de los RSU y por tanto la que posee un PCI menor. Además, si se elimina la parte inerte de la basura se facilita la disminución del contenido de cenizas que se obtendrá cuando se realice el aprovechamiento energético oportuno.

Figura 2.8. Pulpada de RDF en una planta incineradora. Fuente: Elaboración propia.

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4.3.2.2. Producción

Hay que tener en cuenta que la cantidad generada de los RSU es desigual a lo largo del año, en función de una serie de características que a continuación se comentan.

• Del nivel de vida de la población, ya que cuanto mayor sea,

mayor es la generación de residuos.

• La época del año también influye de manera directa, ya que para una misma población, en verano la producción de residuos es menor.

• La cantidad de RSU variará en función de la población que resida en los distintos barrios, ya que el modo de vida de ésa y su nivel de renta es determinante.

• A lo largo de la semana, la cantidad de residuos tampoco es homogénea.

• Teniendo en cuenta los movimientos de la población, principalmente de las ciudades del interior a las de costa o a los municipios rurales tanto en fines de semana como en vacaciones, la generación de RSU variará, ya que en vacaciones disminuirá en grandes ciudades y aumentará en zonas de costa y en municipios rurales aumentará igualmente los fines de semana y los períodos vacacionales.

En España la variación en la producción de RSU se ha manifestado

a lo largo de los años en cantidad per cápita, incrementándose paulatinamente año tras año (por el incremento absoluto de la población, el uso generalizado de envases, la temprana obsolescencia de muchos productos, el mayor desarrollo de las actividades que tienen lugar en el entorno urbano, el aumento de la calidad de vida y la pérdida de la mentalidad recicladora), pero la tendencia se puede ver afectada a corto-medio plazo, al tener en cuenta una serie de factores como son la reducción en origen, la extensión del reciclaje y las actuaciones públicas en forma de programas educativos sobre comportamientos.

Según los últimos datos publicados por parte del Ministerio con competencias en Medio Ambiente, que es quien tiene las competencias en materia de residuos, la cantidad total de residuos urbanos producida en el año 2008 ascendía a algo más de 24 millones de toneladas recogidas, de las cuales casi 3,5 millones de toneladas corresponden a recogida selectiva de papel, vidrio, envases

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ligeros y fracción orgánica, casi 20 millones a residuos mezclados y más de 760.000 toneladas a otras recogidas selectivas. El aumento de la generación de los residuos de los últimos años se debe justificar por el incremento de la población residente en España.

4.3.2.3. Propiedades

Para diseñar correctamente los sistemas de gestión y de tratamiento de los RSU, hay que tener en cuenta las propiedades físicas, químicas y biológicas de los mismos que a continuación se describen.

4.3.2.3.1. Físicas

Se trata de definir una serie de variables específicas para cada una de las fracciones existentes en los RSU.

a) Humedad: es el porcentaje del peso del material húmedo (si se

realiza siguiendo el método de medición peso húmedo) o el porcentaje del peso del material seco (si se realiza siguiendo el método de medición peso seco). El contenido de la humedad varía dependiendo de la composición de los residuos, la estación del año, las condiciones ambientales de humedad y las condiciones climáticas, y en peso húmedo se expresa de la siguiente manera:

100×−

=wdwM

siendo “M” el contenido de humedad (%), “w” el peso inicial de la muestra según se entrega (Kg o t) y “d” es el peso de la muestra después de secarse a 105 ºC (Kg o t).

b) Peso específico: se trata del peso de un material por unidad de volumen. Se mide en Kg/m3, por lo que también se le conoce con el nombre de “densidad”. Como es lógico, dicho valor dependerá del lugar de origen de la toma de muestras, por lo que hay que especificarlo convenientemente.

Los pesos específicos de los RSU varían, tal y como se ha comentado con anterioridad, con la localización geográfica, la estación del año, el clima, etc., por lo que hay que tener cuidado a la hora de seleccionar los valores típicos.

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c) Tamaño de partícula: es una característica importante a tener en cuenta a la hora del diseño de las plantas de tratamiento, sobre todo en las zonas de separación y recuperación de materiales. Por dicho motivo es muy importante conocer el intervalo de tamaño, que generalmente en RSU se encuentra entre 178 y 203 mm, siendo el cartón la fracción que tiene un tamaño mayor y la de restos de comida la que posee un tamaño menor.

d) Capacidad de campo: es la cantidad total de humedad que puede ser retenida por una muestra de residuo sometida a la acción de la gravedad. La cantidad de agua que no puede ser absorbida por el residuo una vez superada la capacidad de campo se conoce con el nombre de “lixiviado”, y es una fracción muy importante que hay que considerar sobre todo en los vertederos para impedir en todo momento la contaminación de suelos y aguas superficiales y sobre todo subterráneas. La capacidad de campo varía dependiendo del grado de presión que tenga al residuo y del estado de descomposición del mismo.

4.3.2.3.2. Químicas

Este tipo de propiedades son muy interesantes, porque de ellas se derivan el que los diferentes residuos tengan unas facultades u otras para ser valorizados energéticamente siguiendo un proceso u otro. Si lo que se pretende con los RSU es emplearlos convenientemente como combustible, es imprescindible realizar un análisis físico, determinando la humedad, los volátiles, el carbono fijo y las cenizas, así como el punto de fusión de las cenizas, el análisis elemental de los componentes y el poder calorífico. Si por el contrario no se desea realizar un aprovechamiento energético de los RSU y sí otro tipo de transformación, es importante también conocer parámetros como la propia composición del residuo, por si pudiera tener la fracción orgánica algún tipo de destino final contrario a su uso, por poseer microorganismos que se desarrollan en la basura.

a) Análisis físico: en él se tienen en cuenta los conceptos de

“humedad”, “volátiles”, “carbono fijo” y “cenizas”, descritos ya en el Tema 1. Particularizando para el caso de los RSU, estos tienen unos valores que se muestran en la tabla siguiente.

b) Temperatura de fusión de las cenizas: también descrito en el Tema 1, y añadir a lo allí comentado, que las temperaturas

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típicas de fusión para la formación de escorias con los RSU se sitúan entre 1.100 ºC y 1.200 ºC.

c) Análisis elemental: también descrito en el Tema 1, pero en este caso hay que destacar que uno de los elementos más importantes a la hora de determinar la composición de los RSU es el cloro, ya que durante determinados procesos de aprovechamiento energético, como por ejemplo en el caso de la combustión, se pueden formar compuestos clorados que se emiten a la atmósfera, siendo estos cancerígenos. Seguidamente también se muestra la composición química de las distintas fracciones de los RSU.

d) Poder Calorífico: en el Tema 1 se definió tanto el Poder Calorífico Superior como el Poder Calorífico Inferior, así como el Poder Calorífico según se quema y el Poder Calorífico Útil.

e) Nutrientes esenciales y otros elementos: dichos valores son importantes ya que es necesario conocerlos para evaluar la posible utilización posterior de la materia orgánica tras los procesos de conversión biológica.

4.3.2.3.3. Biológicas

La materia orgánica de los RSU se puede clasificar en las siguientes fracciones:

• Compuestos solubles en agua como azúcares, aminoácidos,

ácidos orgánicos, etc.

• Lignina, celulosa, hemicelulosa y lignocelulosa.

• Grasas, aceites y ceras.

• Proteínas.

Hay que decir que la característica más importante de las basuras

es la denominada “biodegradabilidad” de los compuestos orgánicos, característica medida principalmente a través del contenido en lignina, aunque podría ser también determinado a través del contenido en sólidos volátiles, a pesar que hay fracciones que son altamente volátiles y no biodegradables, como por ejemplo el papel y cartón o los restos de poda, y por tanto se asume un cierto error.

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La fracción orgánica de los RSU al degradarse en condiciones de ausencia de oxígeno (anaerobiosis), genera olores desagradables motivados por las reacciones químicas que tienen lugar y en las que está presente el azufre.

V. EXCEDENTES AGRÍCOLAS

Como consecuencia del aumento de la tecnificación de la agricultura y de la mejora de los rendimientos agrarios de las distintas especies vegetales cultivables, se han mejorado ostensiblemente los rendimientos de los cultivos, de tal manera que se ha producido una mayor oferta de producciones agrícolas frente a una demanda más o menos constante. Esta situación se ha generalizado de tal forma, que en la Unión Europea se obtienen excedentes de producción, y por ese motivo se comenzaron a dejar superficies de cultivo sin sembrar, conociéndose con el nombre de “superficies de retirada de la producción”, las cuales se pueden emplear para el cultivo de especies que no tengan un mercado saturado, como podría ser el energético.

Hay que tener en cuenta que para mantener los precios de manera uniforme a lo largo de los años y los agricultores reciban un precio mínimo garantizado, es necesario en ocasiones dar salida a determinadas producciones agrícolas, generalmente de productos como los cereales que en años de buenas condiciones climáticas hay un exceso de producción en buena parte de los países. Una de estas salidas es la valorización energética de las producciones agrícolas, generalmente para la obtención de biocombustibles líquidos, y es una situación que no debería mantenerse mucho tiempo por la inestabilidad de la misma.

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VI. CULTIVOS ENERGÉTICOS

Los cultivos energéticos son aquellas especies vegetales que se cultivan con el único fin de la producción de energía. Cada vez tienen más importancia como consecuencia de la importante superficie que se está dejando sin cultivar en toda la Unión Europea (tierras de retirada de la producción, comentadas anteriormente), así como la situación que se tienen en todos los mercados internacionales con los bajos precios de los productos agrícolas y el incremento tan importante que se ha producido en los inputs de cultivo, principalmente por el incremento del precio del barril del petróleo, lo que lleva implícito los reducidos márgenes de beneficio que reciben los productores agrarios.

Las principales características que debe presentar un cultivo energético son las siguientes:

• Tener altos niveles de productividad con bajos inputs de

producción, de esa manera se maximizarían beneficios.

• Utilización de maquinaria convencional existente en la gran mayoría de las explotaciones. Esto es un importante atractivo para los agricultores, ya que aceptarían en mayor medida el

Figura 2.9. En primer término excedentes de semillas tratadas para fines energéticos.


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cultivo de especies energéticas al conocer que no necesitan realizar inversiones en maquinaria específica.

• Presentar un balance energético positivo, de tal forma que la energía que produzca sea mayor que la energía necesaria en su desarrollo. Esto es una condición indispensable para ser considerado como fuente de energía.

• No producir impacto medioambiental su cultivo en el entorno. Los requerimientos de inputs de producción deben ser reducidos, de tal forma que las necesidades tanto en fertilizantes como en fitosanitarios o el propio consumo de agua para riego en el caso de ser cultivos de regadío o de carburante para realizar todas las labores culturales necesarias, no sean elevados y no deterioren el medio ambiente. Respecto al dióxido de carbono, hay que destacar que estos cultivos tienen balances positivos, es decir, contribuyen positivamente sobre el medio ambiente, ya que la generación de ese dióxido de carbono se produce como consecuencia del aprovechamiento energético de la biomasa, pero previamente ha sido fotosintetizada al requerir la planta ese dióxido de carbono para realizar la fotosíntesis y formar hidratos de carbono, que es lo que tienen las plantas en su composición química. Una parte de ese dióxido de carbono fijado, permanece en las raíces de la planta, no siendo utilizadas éstas para la obtención de energía, por lo que se absorbe más CO2 de lo que se emite a la atmósfera, contribuyendo de forma positiva sobre el medio ambiente.

• Posibilidad de cultivar en las tierras después de desarrollarse el cultivo energético. Esto es muy importante, ya que si el agricultor por los condicionantes internos de su propia explotación o externos a él, decide levantar la superficie destinada a un cultivo energético o decide no volverlo a sembrar, la parcela debe permanecer al menos en las mismas condiciones a cuando se empezó con el cultivo energético, y de esa manera aprovecharlo para el cultivo de otra especie en la campaña siguiente, alimentario o no.

Los cultivos energéticos se pueden clasificar atendiendo a varios

criterios.

• En primer lugar, en función de la naturaleza de la biomasa del

cultivo energético se puede distinguir entre:

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a) Cultivos herbáceos: son aquellos en los que su ciclo de

cultivo se desarrolla durante menos de un año. Ejemplo: trigo, cebada, cardo, etc.

b) Cultivos leñosos: son aquellos en los que su ciclo de cultivo se desarrolla durante varios años, ya que tienen un crecimiento más lento que los herbáceos. Ejemplo: chopo, eucalipto, sauce, etc.

• En función del conocimiento que se tenga de la especie vegetal

o del número de hectáreas que se cultivan históricamente del mismo en un determinado lugar, se tiene lo siguiente:

a) Cultivos tradicionales: son aquellas especies vegetales que

se cultivan históricamente en una determinada comarca, provincia, Comunidad Autónoma, etc., para la alimentación y/u obtención de materias primas de interés para la industria. Ejemplo: trigo, girasol, maíz, chopo, etc.

b) Cultivos alternativos: aquellos que a pesar de tener aptitudes para su desarrollo con fines energéticos, o no se conocen en un determinado lugar, o bien se conocen pero no se cultivan. Ejemplo: cardo, pataca, sorgo, etc.

• Atendiendo al medio en el que viven los cultivos energéticos,

estos se pueden clasificar de la siguiente manera:

a) Cultivos terrestres: son todos aquellos que viven en tierra

firme. Ejemplo: colza, cardo, chopo, etc.

b) Cultivos acuáticos: son aquellas especies vegetales que viven necesariamente en lugares en los que está presente el agua. Ejemplo: Chlorella sp., Alaria sp., etc. Tienen todas las especies que pertenecen a este grupo la particularidad de generar una gran cantidad de biomasa, por lo que poseen una elevada eficiencia fotosintética, generando rendimientos de hasta 100 t/ha y año para el caso del jacinto de agua (Eichornia sp.) y de 125 t/ha y año para el caso de la Chlorella sp., desarrollándose en aguas dulces o en aguas residuales, respectivamente.

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• En función del tipo de biomasa que producen los cultivos, se pueden clasificar de la siguiente manera:

a) Cultivos oleaginosos: son aquellos a partir de los cuales se

obtiene aceite, y mediante una serie de procesos químicos ese aceite se transforma en “biodiésel”, aplicable a todos los vehículos diésel. Ejemplo: girasol, colza, cardo, etc.

b) Cultivos alcoholígenos: son aquellos a partir de los cuales se genera bioetanol, y mediante una serie de reacciones químicas en las que participa dicho bioetanol se obtiene ETBE (etil-ter-butil-éter), empleado como aditivo de la gasolina. Ejemplo: trigo, cebada, pataca, sorgo, etc.

c) Cultivos lignocelulósicos: son aquellos que tienen un importante contenido en celulosa y les hace ser especialmente aptos para la producción de energía eléctrica y/o térmica, con o sin transformación. Ejemplo: cardo, chopo, eucalipto, etc.

Como se puede observar, un mismo cultivo energético se puede

clasificar en distintos grupos en función del criterio que se siga para realizar la clasificación. Ejemplo: la cebada es un cultivo tradicional terrestre, herbáceo y alcoholígeno, mientras que por ejemplo el cardo es un cultivo alternativo, herbáceo, terrestre y lignocelulósico.

Seguidamente se va a realizar una pequeña descripción de los cultivos energéticos alternativos más importantes que pueden desarrollarse en España por adaptarse perfectamente a sus condiciones de climatología y edafología, ya que estos son los que se desconocen desde un punto de vista agronómico. Especies como el cacahuete, el cártamo, el coco o la soja, del grupo de cultivos oleaginosos, la caña de azúcar dentro del grupo de cultivos alcoholígenos o la mimosa azulada o la falsa acacia, dentro del grupo de cultivos lignocelulósicos, son más propicios para cultivarse en otros lugares por estar mejor adaptados a otras condiciones.

6.1. Cynara cardunculus L. (cardo) 6.1.1. Generalidades

Se trata de una especie que empezó a ser estudiada allá por la década de 1970 por el Catedrático de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos de Madrid, Dr. Jesús Fernández González,

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pionero en las investigaciones de este cultivo sobre necesidades y requerimientos agronómicos.

Es una especie que puede sustituir a los cultivos tradicionales de secano, cereales principalmente y cuya rentabilidad cada vez está más en el aire debido a los rendimientos obtenidos y a las subvenciones recibidas, que en muchos casos si no fuera por éstas, su cultivo no sería rentable para el agricultor, por lo que puede ser muy buena alternativa a los secanos españoles.

Perteneciente a la misma familia que el girasol o que la alcachofa (Asteraceae o Compuestas), es una planta herbácea vivaz (perenne), perfectamente adaptada a las condiciones de temperatura y pluviometría del área mediterránea. Su producción varía dependiendo lógicamente de las temperaturas y lluvias registradas durante el ciclo de desarrollo, pero con la pluviometría media entre 450 y 550 mm aproximadamente, supera las 15 toneladas de materia seca por hectárea, siempre y cuando, se desarrolle en suelos adecuados (sin suela de labor y con suficiente profundidad de perfil) y sobre él se realicen las labores adecuadas de cultivo.

Posee varias raíces principales y numerosas raíces secundarias. Al desarrollarse forma una roseta de hojas basales con un nervio muy marcado, emitiendo un tallo al final de la primavera en cuyo ápice se desarrolla una inflorescencia donde se encuentran los frutos denominados “vilanos”, comúnmente conocidos como “semillas”, similares en forma a las del girasol, con un contenido del 25% en aceite y del 18-20% en proteína. La composición química del aceite de la semilla es análoga a la de girasol (10% ácido palmítico, 3% ácido esteárico, 25% ácido oleico, 60% ácido linoleico y el resto a proporciones mucho menores).

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La adaptación de esta planta a las condiciones mediterráneas y su elevada productividad de biomasa aérea en secano, en comparación con los cultivos tradicionales de la Península, lo consigue por la existencia de las siguientes características:

a) Es una especie que cubre

rápidamente el terreno, sobre todo a partir del segundo año, captando la mayor radiación posible y eliminando por tanto la posibilidad de desarrollo de malas hierbas en la parcela.

b) Su ciclo de desarrollo es amplio, lo que le permite incluso realizar la fotosíntesis con temperaturas bajas durante el invierno, importante esto para aquellas zonas de la Península donde se tienen permanentemente durante buena parte del año bajas temperaturas (caso por ejemplo de Castilla y León).

c) El sistema radicular que posee es profundo, próximo a los cinco metros, permitiéndole utilizar el agua de lluvia infiltrada y los nutrientes lixiviados en el subsuelo de cultivos anteriores.

d) El ciclo de desarrollo está adaptado a la sequía estival, secándose en su parte aérea pero permaneciendo latentes y vivas las raíces presentes en el suelo. Esto es muy importante para las condiciones de la Península en época estival.

Figura 2.10. Aspecto de una parcela de cardo antes de la recolección.


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6.1.2. Ciclo de cultivo

El ciclo de la planta para destino energético comienza en otoño o en primavera, dependiendo del régimen de temperaturas existente en la zona donde se vaya a llevar a cabo su cultivo, ya que necesita un período libre de heladas desde que la semilla germina hasta que llega al estado de roseta, (que es aquel en el que aguanta las temperaturas más bajas), y como por ejemplo en la Meseta Norte es frecuente la existencia de heladas otoñales, si se siembra con las primeras lluvias del mes de Septiembre, prácticamente el intervalo sería muy estrecho, por lo que es más aconsejable su siembra en primavera y así de esa manera se asegura la correcta instalación del cultivo en la parcela, vital para la evolución del cultivo en los años venideros. De esta manera, las plantas utilizan el agua de primavera para nacer y desarrollarse inicialmente, llegando al verano en estado de roseta. Si éste es cálido y seco se pueden perder algunas hojas por desecación, pero en general las plantas siguen vivas, continuando el desarrollo vegetativo con la llegada de las primeras lluvias en el otoño y completándose ese primer año del ciclo, que dura más de doce meses, en el verano del año siguiente con la primera recolección de la biomasa, que es inferior a la del resto de los años.

Los ciclos sucesivos comienzan con el rebrote de la planta en otoño después de la recolección, gracias a las yemas de recambio existentes en la base del tallo que brotan a expensas de los azúcares de la raíz acumulados durante el ciclo anterior. Los acontecimientos son los mismos que para el ciclo inicial, pero en primavera tiene lugar la formación del tallo con el escapo floral, que en el primer año del ciclo no tiene debido a la todavía escasa implantación del cultivo.

6.1.3. Labores a realizar

A continuación se describirán las labores a realizar el primer año y posteriormente a partir de ese año se hará un comentario de las labores sucesivas.

Este cultivo, al igual que muchos otros tradicionales, se puede desarrollar con siembra tradicional o directa. Para ambos casos antes de la implantación del cultivo se realizará un abonado de fondo con productos orgánicos (lisier o estiércol sólido), o bien con productos químicos a unas cantidades que dependerá de la fertilidad de los suelos donde se desarrolle, siempre sin pasar los límites legales de concentración de nutrientes. Si en aquellos existen restos de abonados de cultivos anteriores perdidos por lixiviación, puede ser

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interesante no dar un abonado de fondo el primer año para así favorecer la utilización de dichos nutrientes.

Al ser un cultivo que no está sujeto a las restricciones de la actual Política Agraria Comunitaria de la Unión Europea respecto a los cultivos alimentarios, puede cultivarse en las tierras de retirada, lo que implicaría en algunas zonas de España (caso de Castilla y León, Aragón o Cataluña), una posibilidad en donde emplear los residuos ganaderos generados que en ocasiones presentan problemas medioambientales.

Si se realiza un laboreo tradicional, es recomendable realizar un subsolado en la línea de siembra para eliminar la clásica suela de labor y así poder penetrar las raíces sin problema alguno. Después se haría un gradeo y posteriormente se realizaría la siembra. Si por el contrario se emplea laboreo de conservación (siembra directa), mucho más ventajoso desde el punto de vista medioambiental, tras el subsolado que convendría dar y antes de sembrar, habría que realizar un tratamiento de herbicida total sistémico no residual para eliminar toda la flora arvense. Tras éste, se realiza la siembra con sembradora de siembra directa. En ambos casos, las líneas deben estar separadas entre sí 75-80 cm aproximadamente y entre plantas debe haber una separación entre 2 y 4 cm, teniendo un consumo aproximado de semilla entre 4 y 5 Kg/ha. Si la siembra es tradicional convendría dar un pase de rulo para tener mejor contacto entre semilla y suelo.

Tras la siembra y antes de la emergencia del cultivo, es recomendable dar un tratamiento de herbicida. Esta labor es necesaria porque al principio existe bastante terreno no ocupado por el cultivo. A medida que las hojas de la roseta se van desarrollando, el cultivo va ocupando el terreno y la competencia de las malas hierbas se va haciendo más difícil.

Las plagas que hay que controlar en este cultivo son Cassida deflorata Suf., Pyrameis cardui L., Gortyna xanthenes Germ., Sphaeroderma rubidum Graells y Apion carduorum Kirb. Entre las principales enfermedades posibles se encuentra el mildiu, el oidio, la viruela de las hojas y la podredumbre gris.

La cosecha de la biomasa aérea del primer año del ciclo se realizará tan pronto como esté sana y puede realizarse en forma de pacas o picada, en función de cómo se vaya a almacenar posteriormente, obteniéndose una cantidad total aproximada de 8-9 t/ha con un 15% de humedad aproximadamente. Hay dos formas distintas, en función de si las semillas quieren recogerse aparte del resto de la biomasa y del sistema de almacenamiento que se tenga para su posterior uso energético.

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a) Cosecha de la semilla separada del resto de la planta: primero se pasaría la cosechadora de cereal con el cabezal alto para recoger las inflorescencias, y después habría que realizar otro pase para cortar toda la biomasa y recoger las semillas no recogidas anteriormente, por lo que al dejar la biomasa hilerada en cordones habría que proceder a un empacado posterior, preferiblemente con rotoempacadora.

b) Cosecha de la biomasa sin separar la semilla: en este caso se puede segar con segadora de forrajes que deja la biomasa hilerada y luego habría que pasar una rotoempacadora, o bien picar la biomasa con picadoras autopropulsadas, presentando el inconveniente de necesitar un mayor consumo de energía en la recogida y la dificultad de manejar la biomasa picada que presenta menor densidad.

A partir del segundo año de cultivo, hay que llevar a cabo menos

operaciones. Hay que realizar un abonado de restitución en función de la cosecha obtenida, teniendo en cuenta la extracción realizada por la planta.

Figura 2.11. Aspecto de una parcela de cardo tras la recolección y con el posterior rebrote de las plantas.


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6.2. Brassica napus L. (colza) 6.2.1. Generalidades

Se trata de un cultivo oleaginoso perteneciente a la familia de las Crucíferas, con raíz pivotante que le hace soportar muy bien la escasez de lluvias siempre que haya agua en el subsuelo, y que en rotación con los cereales mejora la producción de estos en los dos años siguientes en un 10% aproximadamente. Hay que tener en cuenta que la productividad media es muy variable, por lo que cada vez se está investigando más en mejorar las variedades actuales para adaptarlas a las condiciones de la Península.

Aunque se adapta a cualquier tipo de suelo, prefiere los que sean sueltos, francos y que no se encharquen. El proceso de la siembra es uno de los momentos más importantes y delicados del ciclo de cultivo, ya que es necesario que se forme la roseta de hojas en períodos libres de heladas, ya que de no ser así se verían ostensiblemente reducidos los rendimientos.

6.2.2. Ciclo del cultivo

El ciclo de cultivo de esta especie comienza en otoño o en primavera en función de cuándo se realice la siembra, pero siempre hay que realizarlo en función del período libre de heladas, ya que éstas no pueden dañar a la planta por lo que es preciso que se encuentren en estado de roseta de hojas basales. Cada vez es más frecuente realizar la siembra directa en las parcelas de las explotaciones de los agricultores, de tal forma que se reduzcan en la medida de lo posible costes de producción y aumentar el tiempo disponible para realizar otros trabajos en la explotación.

Dependiendo de la época en la que se realice la siembra, la utilización de unas variedades u otras se hará más palpable, ya que la recolección se produciría siempre en el mes de Junio-Julio aproximadamente, dependiendo del lugar donde se encuentre la parcela y de la evolución de las condiciones climáticas.


Para realizar una correcta siembra del cultivo de manera tradicional, que es como se suele sembrar esta especie a pesar de poder desarrollarse también en siembra directa, es preciso realizar una buena preparación del lecho de siembra, variando en función de

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si se cultivan variedades de otoño o de primavera. La dosis de siembra varía en función de la variedad, entre 1,8 Kg/ha y 3,3 Kg/ha para el caso de variedades híbridas sembradas con sembradoras de precisión y en condiciones óptimas para la nascencia, mientras que con variedades tradicionales se usan dosis de siembra entre 4 y 5,5 Kg/ha. Si se emplean máquinas poco precisas lo más recomendable es sembrar variedades clásicas que tienen un coste de semilla menor que las híbridas con sembradoras poco precisas.

Por lo que se refiere al abonado de sementera, hay que decir que su aportación se realizará teniendo en cuenta que es una especie exigente en fósforo y potasio, mientras que en cobertera sería recomendable realizar alguna aportación de abonos con azufre. Las cantidades a aportar variarán en función de la existencia de nutrientes en cada una de las parcelas de cultivo, por lo que es recomendable el realizar un programa previo de análisis de fertilidad de los suelos. Se puede recomendar un abonado de 180-250 Kg/ha de nitrógeno, 80-100 Kg/ha de fósforo y 180-220 Kg/ha de potasio, por lo que los residuos ganaderos serían también muy adecuados para este cultivo.

Para luchar contra las malas hierbas, hay que analizar la cantidad de éstas antes de la siembra, ya que si son numerosas es recomendable la aplicación de algún herbicida total. En el caso que esta aplicación no se realice, es suficiente la realización de un tratamiento con algún herbicida antigramíneas en presiembra, incorporado con una labor de cultivador o chísel.

Para evitar en todo momento que las plagas ataquen el cultivo, es preciso estar muy atentos para detectar rápidamente los primeros síntomas y realizar el tratamiento oportuno. Las plagas más importantes son las pulguillas que atacan el cultivo desde la germinación, el gorgojo del tallo que realiza puestas en el tallo de la planta, los pulgones que atacan las inflorescencias, el gorgojo de las silicuas, etc. Las enfermedades tienen poca incidencia en este cultivo, pero en cualquier caso puede haber hongos en el tallo que necrosan a nivel de cuello de la planta. La forma de atacar esta enfermedad es preventiva, mediante la siembra de variedades que no sean susceptibles a este hongo, ajustar las dosis de siembra y no sobrepasar los niveles recomendados de fertilización.

La recolección de las semillas de colza se realiza con una cosechadora de cereal y se debe realizar en aquel momento previo al secado total de la planta para evitar la dehiscencia de las silicuas. No se debe utilizar la cosechadora exactamente igual que para el cereal, y es por ello por lo que hay que eliminar el molinete de la máquina,

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separar entre 1 y 1,5 mm el cilindro del cóncavo, poner las cribas a 2 mm y quitar el aire o ponerlo al mínimo para que no haya pérdida de semillas. El rendimiento medio en España para este cultiva se establece en 1,5-2 t/ha de semilla.

6.3. Brassica carinata L. (colza etíope)

Se trata al igual que la especie anterior, un cultivo oleaginoso de la familia de las Crucíferas, cultivado para obtener de sus semillas biodiésel y de la biomasa aérea materia prima susceptible de aprovechamiento energético (eléctrico y/o térmico), perfectamente adaptado a las condiciones del clima mediterráneo (ciclo vegetativo invierno-primavera). Presenta una característica muy importante para realizar la recolección y realizar un óptimo aprovechamiento de la planta, y es la de presentar un grado de dehiscencia bajo durante un amplio intervalo de tiempo de sus silicuas.

Posee un sistema radicular bastante profundo, lo que le posibilita para realizar un óptimo aprovechamiento del agua y de los nutrientes del perfil del suelo explorable por la planta.

Es una planta que se está ensayando mucho, sobre todo en la Comunidad Autónoma de Navarra desde el año 1994, donde el Instituto Técnico y de Gestión Agrícola está realizando una labor muy buena para evaluar la producción de biomasa de este cultivo tanto en secano como en regadío, sembrándose ya más de un centenar de hectáreas de superficie con esta especie. Según dichas experiencias se puede determinar que es un cultivo que se adapta muy bien a los secanos frescos e intermedios con producciones de biomasa aérea entre 7 y 10 t/ha y de semillas entre 1,5 y 3 t/ha. La dosis de siembra varía en función de si el cultivo se desarrolla en secano o en regadío, en siembra otoñal o primaveral, o con una variedad u otra, pero estableciéndose entre 4 y 8 Kg/ha.

A grandes rasgos vale para lo demás lo ya dicho para la colza común, comentada con anterioridad.

6.4. Helianthus tuberosus L. (pataca) 6.4.1. Generalidades

Al igual que el cardo o el girasol, pertenece a la familia de las Asteraceae (Compuestas), y se trata de una especie muy rústica destinada a la producción de tubérculos, aptos para la obtención de bioetanol por la gran cantidad de carbohidratos que sintetizan (1 litro

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de bioetanol por cada 12 Kg de tubérculos), así como de biomasa aérea que se puede destinar a la obtención de energía eléctrica y/o térmica.

Se trata de una planta herbácea y fuertes tallos, pudiendo incluso a sobrepasar los tres metros de altura, resistente a plagas y enfermedades. Los tubérculos que se encuentran en el suelo tienen la capacidad de resistir muy bien las bajas temperaturas (hasta – 15ºC), pero no de resistir condiciones de sequía por lo que se desarrolla preferentemente en condiciones de regadío.

Requiere suelos sueltos y profundos que no se encharquen, por lo que podría entrar perfectamente en las rotaciones con maíz y remolacha.

Este cultivo tiene un inconveniente y es el de rebrotar en los años sucesivos a su plantación, debido a los trozos pequeños de tubérculo que pueden quedar en el suelo, donde debido a la presencia de alguna yema y con la humedad suficiente, se produce el rebrote. Esto se elimina con la aplicación de un herbicida selectivo que existe comercialmente.

6.4.2. Ciclo de cultivo

Se trata de un cultivo cuya plantación debe realizarse aproximadamente en el mes de Abril, de la misma manera que las patatas, es decir, con fracciones de los tubérculos donde haya presente alguna yema. Durante el verano hay que aportar agua de riego suficiente para que la planta no sufra sequía. La floración tiene lugar en el mes de Septiembre aproximadamente, y es a partir de ese momento cuando se produce la tuberización, proceso mediante el cual se almacenan en los tubérculos hidratos de carbono en forma de inulina (14-16% sobre peso fresco y 20-22% de materia seca) y el secado de los tallos. Los rendimientos medios que se han obtenido en las distintas experiencias en España son del orden de 60-70 t/ha de tubérculos y entre 12-14 t/ha de parte aérea, que se puede emplear en la generación de calor y electricidad.


La siembra de la pataca se realiza con una plantadora de patatas convencional, en un suelo que tiene que estar previamente preparado y con un buen tempero. El marco de plantación se puede establecer en 0,4 x 0,7 metros. El abonado de sementera a aplicar antes de la

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implantación de cultivo, variará en función de la riqueza en nutrientes que tenga el suelo.

Durante el mes de Junio y a lo largo del verano, y dependiendo obviamente de las condiciones climáticas del lugar donde se lleve a cabo la plantación, se iniciarán los riegos, lo que posibilitará que las plantas se desarrollen y crezcan adecuadamente.

En el mes de Septiembre tiene lugar ya la floración, con una altura superior de 2 metros por cada planta, que variará en función de la variedad empleada en el cultivo. En el mes de Octubre finalizará la floración y las plantas comenzarán a amarillear debido al inicio de la acumulación de nutrientes en los tubérculos.

La recolección se puede realizar en el mes de Noviembre o Diciembre, cosechando inicialmente la parte aérea con una cosechadora de forraje, y una vez retirada la biomasa aérea de la parcela, se procederá a extraer del suelo los tubérculos, de la misma manera y empleando la misma técnica que para el caso de la patata.

6.5. Sorghum bicolor (L.) Moench (sorgo azucarero) 6.5.1. Generalidades

El sorgo pertenece a la familia de las Gramíneas o Poaceae y posee una alta eficiencia energética. Se desarrolla bien en terrenos alcalinos y profundos, incluso ligeramente salinos.

Es un cereal de verano al igual que el maíz, aunque esta especie tiene un ciclo de desarrollo más largo que el sorgo o el maíz de grano, por lo que tiene más tiempo para acumular hidratos de carbono en forma de azúcares en el tallo (24% sacarosa, 9% glucosa, 6% fructosa), superando incluso el 40% del peso del mismo, que es a posteriori lo que se va a emplear para la producción de energía.

Las principales zonas para el cultivo de esta especie son todas aquellas que se encuentren presentes en el arco mediterráneo y que tengan disponibilidad de agua para riego, aunque al tener un sistema radicular más potente que el maíz, se adapta mejor a las condiciones de sequía, ralentizando su crecimiento hasta que el agua disponible sea la necesaria. La época de desarrollo de esta especie es desde Mayo a Octubre, aunque depende obviamente del lugar donde se cultive.

Según se ha estudiado se tienen rendimientos superiores entre 18 y 27 t/ha de materia seca, lo que supone entre 6,2 y 9,7 t/ha de azúcar, es decir, 600 ml de bioetanol/Kg de azúcar (4.200 litros/ha).

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Se trata de un cultivo que puede ser desarrollado tanto en condiciones de laboreo tradicional como en siembra directa. Si se realiza por el método convencional, es necesario una labor profunda y un refinado de la parte superficial, de tal manera que se prepare el lecho de siembra adecuadamente.

La siembra se realiza, dependiendo del lugar donde se vaya a localizar el cultivo, pero como regla general se puede decir, que se localiza de quince a treinta días después de la del maíz de grano. Generalmente se realiza con sembradora monograno de precisión para así también reducir la dosis de siembra a una cantidad aproximada de 15 Kg/ha para el caso de variedades híbridas y situar la semilla a una profundidad uniforme entre 2 y 4 cm de profundidad. La germinación de la semilla tiene lugar entre los 8 y 10 ºC, estableciéndose en los 27 ºC la temperatura óptima en la que se produce crecimiento de este cultivo en condiciones de adecuada pluviometría.

Tal y como se ha comentado con anterioridad, requiere menos cantidad de agua que el maíz, aunque no por ello hay que disminuir la cantidad de agua que necesita la planta para desarrollarse, llegando a un total de cinco riegos.

La recolección de la biomasa de sorgo se realiza con una cosechadora de forraje, de tal manera que la deposita en el remolque del tractor o del camión que vaya en paralelo a aquélla.

6.6. Linum usitatissimum L. (lino oleaginoso)

Se trata de una especie de la familia de las Lináceas, cuya semilla rica en aceites capacita a aquélla a ser un cultivo oleaginoso. Es una especie que todavía no tiene un número importante de hectáreas cultivadas en España, por lo que se puede decir, que dentro del grupo de especies oleaginosas es de las menos destacadas.

Prefiere climas cálidos, y al ser la semilla de un tamaño reducido, hay que extremar precauciones en suelos fuertes cuando se produce la germinación de la misma. La cantidad de agua que necesita esta especie en su desarrollo está entre 400 y 450 mm.

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6.7. Populus sp. (chopo)

Para el caso de cultivar especies forestales en turnos de corta rotación, el chopo es la especie más destacada en España para secanos húmedos o regadíos. Se trata de cultivar esta especie de crecimiento rápido, con capacidad de rebrote, en altas densidades de plantación acortando el turno de corta a 3 o 4 años generalmente.

Se trata de una especie que crece en diferentes tipos de suelos, aunque los óptimos son aquellos de textura limo-arenosos finos, con una cierta cantidad de materia orgánica y disponibilidad de agua, por lo que su cultivo en regiones o áreas secas posibilita una reducción ostensible de los rendimientos finales de biomasa aérea.

La plantación se realiza con estaquillas, y las plagas y enfermedades que puedan afectar a este cultivo son muy dañinas en los primeros momentos, ya que pueden reducir el crecimiento a la mitad y la producción de la biomasa en un 20% aproximadamente, por lo que se recomienda extremar las precauciones en todo momento.

Para que el esqueje penetre todo lo posible se recomienda no fertilizar inicialmente, para que la planta aproveche los nutrientes del suelo y así se desarrolle convenientemente el sistema radicular. Una vez que el cultivo esté ya implantado, la cantidad de abono que hay que aportar todos los años se encuentra entre 60-80 Kg/ha de nitrógeno, entre 10-20 Kg/ha de fósforo y entre 35-70 Kg/ha de potasio.

La producción de biomasa por término medio se establece entre 12 y 15 t/ha de materia seca y año. Hay que decir que la recolección no se produce todos los años, y el sistema que se sigue en plantaciones forestales como la de chopo, es dividir la superficie de plantación en tres o cuatro hojas, dependiendo del número de años entre corta y corta. Cada año se realiza la corta de una hoja y la producción total se divide entre el número de años que hay de una recolección a otra, y el valor resultante medio obtenido es la producción por hectárea y año. En función del clon de chopo cultivado y de su productividad el turno de corta será uno u otro y el número de veces que se repite el proceso variará, pero por término medio se puede llegar hasta ocho veces sin necesidad de volver a plantar el material vegetativo.

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VII. RESUMEN

La utilización de la biomasa natural con fines energéticos, puede producir graves problemas medioambientales si su aprovechamiento no se realiza de una manera sostenible. Es típico su empleo en aquellos lugares en los que exista escasez de recursos energéticos o por la escasa disponibilidad de los mismos para la gran mayoría de la población de un país o de una región.

Dentro del grupo de biomasa residual, que como se vio en el Tema 1 es donde se encuadra una gran mayoría de los recursos energéticos, se encuentran los residuos agrarios, distinguiéndose para evaluar el potencial existente en una región entre recurso potencial, disponible o real y utilizable. Los residuos agrícolas de los cereales, del girasol, del algodón, del arroz; los residuos leñosos de cultivos como el olivo, la vid, cítricos, o frutales de hueso o de pepita, son los más destacados en España. Los residuos ganaderos tienen su importancia en buena parte de España, destacando fundamentalmente el lisier de porcino. La generación de residuos forestales depende de la especie que se tenga en la masa forestal analizada, pero en términos generales en España destacan los pinares. Dentro del grupo de residuos agroindustriales, destaca por encima del resto la industria olivarera, seguida de la industria cárnica y mataderos. La industria forestal, también genera importantes cantidades de biomasa susceptible de aprovechamiento energético en la propia fábrica. Por lo que se refiere a las aguas residuales, destacan las urbanas tratadas en las EDAR, seguidas de las industriales generadas en papeleras, almazaras, destilerías, cerveceras, conserveras, etc. Los RSU son un tipo de residuos que tienen un componente energético muy importante, tal y como se ha analizado en su correspondiente apartado. De todas las fracciones que poseen, la única que puede ser considerada como biomasa es la fracción orgánica con un carácter biodegradable claramente marcado.

En ocasiones, se pueden llegar a utilizar excedentes agrícolas con fines energéticos, pero dicha situación no se debe generalizar porque sería un síntoma elocuente de falta de sostenibilidad del sistema.

Los cultivos energéticos pueden ser tanto herbáceos como leñosos; tradicionales o alternativos; terrestres o acuáticos; oleaginosos, alcoholígenos o lignocelulósicos. De entre todos ellos destacan el cardo, la colza tradicional o etíope, la pataca, el sorgo azucarero, el lino oleaginoso o el chopo.

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TEMA 3. TRANSFORMACIONES DE LA BIOMASA


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I. INTRODUCCIÓN

En este Tema se pretende comentar todos aquellos procesos necesarios para el aprovechamiento energético de la biomasa, desde que ésta se genera hasta que de ella se obtiene la energía mecánica, térmica y/o eléctrica.

Hay que decir que no todas las transformaciones tienen actualmente una viabilidad comercial similar, es decir, unas están más desarrolladas que otras, por lo que la aplicabilidad será mayor en unos casos que en otros, pero en cualquier caso se comentarán. Por tanto, la I+D+i es muy importante sobre todo en aquellos casos en los que haya cierto retraso frente a los otros.

Como se puede analizar a lo largo del presente Tema, las posibilidades que se tienen incluso para un mismo tipo de biomasa son múltiples y muy variadas, por lo que el análisis previo de la misma junto con la finalidad que se persigue, determinará el empleo y la instalación de una tecnología u otra.

II. OBJETIVOS

Los objetivos que se persiguen con este Tema son básicamente los siguientes:

• Conocer los diferentes procesos a los que se tiene que someter

la biomasa para su aprovechamiento energético.

• Para una misma finalidad, valorar la utilización de un sistema u otro en función de parámetros tan diversos como lo son el combustible de partida, el objetivo perseguido, etc.

• Dentro de una misma tecnología, conocer las diferentes alternativas que se tienen disponible y ver cuál de todas ellas se adapta más a las necesidades que se tienen.

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III. CONVERSIONES

El conjunto de biomasas comentadas en el Tema anterior son muy heterogéneas, por lo que la tipología y el número de tratamientos a aplicar a cada una de ellas variará ostensiblemente. Además, en este capítulo se estudiarán todas aquellas operaciones que únicamente generan energía de manera directa o indirecta (independientemente que dentro de un tipo determinado existan más procesos que sean importantes, por lo que en este caso se comentarán únicamente de manera breve), así como las que son necesarias antes del aprovechamiento energético oportuno.

3.1. Clasificaciones

Los tipos de tratamientos que se van a considerar en este capítulo se pueden clasificar atendiendo a varios criterios, por lo que se intentará hacer un análisis lo más detallado posible.

3.1.1. Humedad

En primer lugar y partiendo de lo ya comentado en el Tema 1 en el apartado relativo a la clasificación de la biomasa por el contenido en humedad (<10% de humedad se considera biomasa seca y >10% de humedad se considera biomasa húmeda), las conversiones se podrían clasificar de la siguiente manera, reflejado en la tabla 3.1:

Humedad Proceso Producto

resultante Energía obtenida

Seca

Combustión Gas caliente,

carbón vegetal Térmica y/o

eléctrica

Gasificación Gas de síntesis Térmica y/o

eléctrica

Pirólisis Gas,

hidrocarburos, char Mecánica, térmica

y/o eléctrica Seca o

Húmeda Picado, astillado, pelletizado, etc.

Astillas, pellets, etc.

Térmica y/o eléctrica

Húmeda

Hidrólisis Poliazúcares Mecánica

Transesterificación Ésteres metílicos Mecánica, térmica

y/o eléctrica

Fermentaciones Etanol y biogás Mecánica, térmica

y/o eléctrica

Tabla 3.1. Conversiones según el grado de humedad. Fuente: Marcos Martín, F. y elaboración propia.

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Hay que decir que en ocasiones, en procesos termoquímicos como “combustión” y “gasificación”, la humedad de la materia prima es superior al 10% establecido, por lo que hay cierta movilidad independientemente de lo reflejado en la tabla 3.1 que sería la situación general.

3.1.2. Energía obtenida

Partiendo de la tabla 3.1, si se clasifican las conversiones en función de la energía generada (mecánica, térmica y/o eléctrica) y de manera más breve, la clasificación variaría de la siguiente manera reflejado en la tabla 3.2:

Energía obtenida

Proceso Producto


Mecánica Hidrólisis Poliazúcares Mecánica

Mecánica, térmica y/o

eléctrica


y/o eléctrica

Fermentaciones Etanol y biogás Mecánica, térmica

y/o eléctrica

Pirólisis Gas, hidrocarburos,

char Mecánica, térmica

y/o eléctrica

Térmica y/o eléctrica

Combustión Gas caliente, carbón

vegetal Térmica y/o

eléctrica


eléctrica Picado, astillado, pelletizado, etc.

Astillas, pellets, etc. Térmica y/o

eléctrica 3.1.3. Agente

Atendiendo a la naturaleza del agente principal sobre el que se produce la transformación oportuna, la clasificación que se tendría en este caso sería la mostrada en la tabla 3.3:

Tabla 3.2. Conversiones según el tipo de energía obtenida. Fuente: Elaboración propia.

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Agente Proceso Producto


Físicos Picado, astillado, pelletizado, etc.

Astillas, pellets, etc. Térmica y/o

eléctrica

Químicos Hidrólisis Poliazúcares Mecánica


y/o eléctrica

Biológicos Fermentaciones Etanol y biogás Mecánica, térmica

y/o eléctrica

Termoquímicos

Combustión Gas caliente, carbón

vegetal Térmica y/o

eléctrica


eléctrica

Pirólisis Gas, hidrocarburos,

char Mecánica, térmica

y/o eléctrica

A la vista de la clasificación susceptible de realizar sobre los

procesos de obtención de energía, se hará la oportuna descripción de todos y cada uno de ellos sobre la perspectiva del tipo de agente que produce la transformación.

a) Procesos físicos: son todos aquellos que se llevan a cabo en las

primeras etapas de transformación de la biomasa, para adecuarla al posterior aprovechamiento energético. La única finalidad de los mismos es homogeneizar el material de partida y permitir un mejor manejo del mismo, por lo que las características físico-químicas de la biomasa no cambian. En este caso, se incluyen operaciones como el picado, la molienda, el astillado, el pelletizado, el briquetado, etc. Generalmente y dependiendo del tipo de biomasa con el que se esté trabajando, se pueden emplear más de un proceso físico.

b) Procesos químicos: se trata de aquellas reacciones que tienen lugar en la biomasa como consecuencia de la degradación de los compuestos (caso de la hidrólisis ácida que degrada los hidratos de carbono complejos en más sencillos, como la celulosa o hemicelulosa en monosacáridos para luego generar bioetanol), la transformación de unos compuestos en otros mediante la presencia de unos productos (es el caso de la transesterificación que da lugar a los ésteres metílicos o biodiésel gracias a la reacción que tiene lugar con los aceites vegetales y alcoholes como el metanol o el etanol), y la

Tabla 3.3. Conversiones según el tipo de agente que produce la transformación. Fuente: Elaboración propia.

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extracción química de determinados compuestos frente al resto de la materia.

c) Procesos biológicos: tienen lugar bajo la presencia de microorganismos que actúan de manera directa sobre la biomasa. Al conjunto de estos procesos se les denomina “fermentaciones”, y pueden ser de varios tipos como la alcohólica (que es aquella que se produce para la obtención de bioetanol), anaeróbica (también conocida como “digestión anaerobia” que es aquella que genera biogás como consecuencia de la degradación de la biomasa en condiciones de ausencia de oxígeno), aeróbica (conocida con el nombre de “compostaje”, que aunque es un proceso que no genera energía de manera directa sí se emplea como complemento de determinados procesos por lo que es necesaria su descripción para entender en todo momento el proceso que se sigue con determinadas biomasas, y que consiste en la degradación de la materia orgánica por los microorganismos en condiciones de presencia de oxígeno, generando un producto conocido con el nombre de “compost” que es utilizado como mejorante y abono de los suelos). En este grupo también se puede encuadrar la hidrólisis enzimática, que es aquella que se produce gracias a la presencia de microorganismos.

d) Procesos termoquímicos: forman un grupo muy importante y se encuentran muy extendidos. Consisten en tratar térmicamente a la biomasa para generar energía eléctrica y/o térmica, controlando las condiciones de oxígeno en las que se llevan a cabo, ya que eso permitirá diferenciar entre combustión, gasificación y pirólisis.

De manera general e introductoria, los cincos procesos que

generan energía (en sus diversas vertientes), tienen unos valores de rendimiento que se reflejan en la tabla 3.4.

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Contenido energético respecto al de la biomasa de partida (%)

Combustible intermedio

Calor Electricidad o

trabajo mecánico Fermentación alcohólica 20-30 15-25 5-10

Digestión anaerobia 20-35 18-30 7-12 Combustión --- 65-95 20-35 Gasificación 65-80 60-75 22-28*

Pirólisis 70-80 60-70 22-30** *: En instalaciones pequeñas con motogeneradores. El rendimiento se incrementará ostensiblemente en grandes instalaciones con ciclos de generación avanzados. **: Los aceites utilizados en térmica convencional. El rendimiento sería muy superior de poder ser utilizados en motores o turbinas.

Por tanto, como el número de procesos es muy elevado, seguidamente se pasará a detallar cada uno de los grupos comentados con anterioridad, destacando las características más importantes de cada uno de ellos. Previamente en la tabla 3.5 se muestra el estado de desarrollo de cada uno de ellos actualmente.

Agente Proceso Estado Físicos --- Industrial

Químicos

Hidrólisis poliazúcares Industrial Hidrólisis lignina I+D+i aunque con demostración industrial

Extracción Industrial Transesterificación Industrial

Termoquímicos

Combustión Industrial, aunque con I+D+i sobre

desarrollo de tecnologías limpias

Gasificación Industrial en aplicaciones térmicas, pero con I+D+i en aplicaciones eléctricas y

sobre procesos catalíticos Pirólisis Con I+D+i a nivel industrial

Biológicos

Hidrólisis enzimática I+D+i aunque con demostración industrial Fermentación

alcohólica Industrial, aunque con I+D+i sobre nuevos procesos y microorganismos

Digestión anaerobia Industrial, aunque con I+D+i sobre nuevos procesos y microorganismos

Tabla 3.4. Rendimiento energético de los procesos de conversión de la biomasa más frecuentes.

Fuente: Carrasco García, J. 1996.

Tabla 3.5. Estado actual de la tecnología para cada uno de los procesos de conversión energética de la biomasa.

Fuente: Carrasco García, J. y elaboración propia.

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3.2. Procesos físicos

La biomasa tiene una serie de características que le hacen ser una materia prima susceptible de emplearse como combustible, pero a la vez presenta otras que deberían ser manifiestamente mejoradas para incrementar dicha susceptibilidad, como por ejemplo la gran heterogeneidad en tamaño, la baja densidad, la humedad, etc. Es por este motivo principal, por el que se hace imprescindible la realización de una serie de procesos que potencien la utilización de estos recursos autóctonos como fuente de energía.

El número de procesos que se encuentran en este grupo es elevado, por lo que a continuación se pasa a detallar de manera general lo más exhaustivamente cada uno de ellos, comenzando por los más generales y sencillos y terminando por los que requieren un mayor detenimiento y mayor complejidad, sin especificar para cada uno de los tipos de biomasa.

3.2.1. Transporte

Este proceso puede ir indistintamente antes o después en la cadena de manejo de la biomasa, en función de si ésta se ha secado o no lo ha hecho.

Hay que decir en este apartado, que la biomasa (sea del tipo que sea, agraria, antropogénica, etc.), generalmente es transportada desde el lugar de generación al lugar de transformación o de aprovechamiento, en vehículos autopropulsados más o menos específicos (caso por ejemplo de los RSU que se transportan en vehículos recolectores-compactadores o de los residuos ganaderos que se pueden transportar en cisternas distribuidoras).

Por lo que se refiere a los sistemas de transporte que existen en las industrias de transformación o en las plantas de generación de energía, estos pueden ser de varios tipos, que a continuación se comentan:

• Cintas o bandas transportadoras: se trata de elementos

adecuadas para el transporte de materiales gruesos a granel. Son idóneas para pendientes pequeñas, por lo que además pueden alcanzar importantes longitudes. Para casos especiales en los que la cinta transportadora tiene que superar fuertes pendientes se tienen cintas con nervios, de tal manera que el material no se cae de la misma, y para el caso de materiales pulverulentos se tienen cintas tubulares.

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• Transportadores de cadena: son adecuados para materiales con tendencia a atascarse por ser piezas grandes e irregulares. Son muy usados para la descarga de tolvas y pilas de almacenamiento. Aptos para el transporte horizontal o con pequeña inclinación.

• Transportadores de tornillo sinfín: este tipo de transportadores son aptos para materiales finos u homogéneos que no se atasquen fácilmente. Son sistemas que tienen la posibilidad de superar fuertes pendientes, por lo que las longitudes de los mismos pueden ser cortas-medias, y son muy usados para la alimentación de material desde silos o tolvas.

• Elevadores de cangilones: realizan un transporte vertical, salvo la diferencia de altura entre dos puntos, y son adecuados para materiales a granel.

• Transporte neumático: es un sistema adecuado para el transporte de materiales finos. Tienen total flexibilidad para el trazado (recto, curvo, etc.). Se compone de elementos como el ventilador o soplante, la tubería, el sistema de introducción del material y el sistema para separar el material del aire.

Figura 3.1. Transporte de biomasa forestal hasta la central de transformación. Fuente: www.kesh.com.

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3.2.2. Almacenamiento

En este caso se van a comentar los sistemas de almacenamiento más comunes para el caso de los diferentes tipos de biomasa.

• Tolvas: almacenan temporalmente el material durante horas,

por lo que están asociadas a una línea de producción de biocombustible sólido. Se encuentran abiertos por la parte superior, que es por donde se introduce el material, realizándose la descarga por la parte inferior, y tienen forma troncocónica o troncopiramidal invertidas. Son aptas para materiales no muy finos, ya que existe cierto riesgo de formación de bóvedas.

• Silos:

- cerrados:

▪ aéreos: son elementos que se emplean para el almacenamiento prolongado de la biomasa (material a granel de pequeña granulometría, generalmente de producto terminado para que tenga éste la mayor densidad posible y se aprovecha al máximo el almacenamiento del silo). Tienen forma cilíndrica o prismática, construido en materiales diversos, con un cono en la parte inferior que es por donde se produce la descarga del material. En los silos en ocasiones, existen ciertos problemas como son la formación de bóvedas, pero este problema se puede mitigar con elementos como el extractor-barredor, sistemas de cono vibrante, etc. La dosificación de la descarga de la biomasa se produce mediante tornillo sinfín, válvula rotativa, etc. Un elemento que hay que destacar en los silos, es que la biomasa que se almacene en los mismos, debe contener una humedad no superior al 15%, ya que se pueden producir fermentaciones que hagan explotar el silo.

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▪ subterráneos: sirven para almacenar los mismos

productos que en los aéreos, pero a nivel por debajo de la superficie del suelo, aunque donde se almacenan los residuos ganaderos en los lugares de generación se pueden encuadrar en este grupo, conociéndose con el nombre de “fosa”. Su uso está menos generalizado que los anteriores, aunque también para el caso de almacenamiento de biocombustibles sólidos se pueden emplear en los lugares de consumo final.

- abiertos:

▪ aéreos: son aquellos lugares que almacenan

temporalmente la biomasa antes de ser tratada. Están fabricados en hormigón armado o en ladrillo revestido y reforzados. Son muy habituales para el caso de los residuos agrícolas y/o forestales, así como para el caso de determinados residuos agroindustriales y/o forestales, en cualquier caso asociados a los lugares de generación de los mismos.

▪ subterráneos: son aquellos silos (también denominados “fosos”), empleados tanto para el caso

Figura 3.2. Almacenamiento de biomasa en forma de pellets para obtener energía térmica.

Fuente: www.oekofen.com.

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de los RSU o de los residuos ganaderos, y que se tienen en los lugares de generación del residuo (caso de los residuos ganaderos) o en las plantas de transformación o de generación de energía (tanto para los RSU como para los residuos ganaderos). Al igual que para el caso de los silos abiertos aéreos, son construidos generalmente en hormigón armado.

3.2.3. Secado

En este caso hay que diferenciar entre aquel secado que se produce de manera natural por las propias condiciones climáticas y el secado forzado, que tiene lugar en un lugar estanco más o menos cerrado con el consiguiente consumo de combustible.

3.2.3.1. Secado natural

Consiste en aprovechar las condiciones de temperatura y de humedad del ambiente, para que tenga lugar la pérdida de humedad de la biomasa que posibilite un manejo de la misma económicamente viable.

El secado natural se puede producir de la propia biomasa sin tratar previamente, aunque en el caso de la biomasa de origen agraria (agrícola leñosa y forestal) es posible también la realización de un astillado previo para que luego se produzca el secado natural de las astillas, todo ello dependiendo de si existen condicionantes que obliguen a realizar una operación antes que la otra.

Hay que tener en cuenta, que para planificar un correcto secado natural, de la biomasa preparada o sin preparar previamente, los parámetros que deben ser estudiados y analizados previamente son las temperaturas, la humedad, la dirección de vientos dominantes, las precipitaciones, el momento del año en el que se va a producir el secado y el lugar donde se va a llevar a cabo. Estos parámetros junto con otros de menor importancia como el tamaño de la biomasa, las cantidades a secar, la naturaleza de la biomasa, etc., son los que determinan que se produzca un secado natural adecuado.

En el caso de tener biomasa agraria almacenada en montones (con o sin tratar previamente), hay que extremar precauciones para no tener mucha cantidad almacenada junta, ya que en la base de las pilas, al tener biomasa con un cierto contenido en humedad y un bajo contenido en oxígeno, se pueden producir fermentaciones que deterioren el producto e incluso se incendien de manera natural (por

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lo que es recomendable hacer montones que no sobrepasen los 40-50 m3 de producto), así como un incremento en la temperatura de los mismos, por lo que la cantidad de energía que luego dicha biomasa proporcionaría sería más baja de lo que en un primer momento se cuantificó, lo que puede redundar en una merma económica importante. Además, la realización de los montones debe materializarse en función del contenido de humedad de la biomasa, ya que para el caso de biomasa húmeda hay que evitar en todo momento hacer montones apelmazados, ya que impediría una correcta pérdida de humedad, mientras que para el caso de la biomasa seca hay que formar montones apelmazados para que en el caso de que se produzcan lluvias se tengan infiltraciones en la biomasa y ésta se deteriore. Por tanto, el realizar un buen control de esta operación, permitiría obtener una pérdida de humedad importante y permitir su desecación con muy poco coste económico.

3.2.3.2. Secado forzado

La eliminación de humedad forzadamente por el consumo energético de un combustible, se produce gracias a la presencia de secadores. Es recomendable situar al finalizar la línea de secado forzado que se tenga en las instalaciones, un equipo enfriador que reduzca convenientemente la temperatura de la biomasa. Estos dispositivos se pueden clasificar de distintos modos, siguiendo diferentes criterios.

a) Al movimiento de la biomasa:

• Neumático: son aquellos en los que se produce el desplazamiento de la biomasa gracias a la existencia de una corriente de flujo térmico que permite el arrastre y el secado de las partículas biomásicas, por lo que éstas tienen que tener un tamaño pequeño para posibilitar dicha acción. Las biomasas más adecuadas para ser empleadas siguiendo este método son aquellas en las que el tamaño de partícula es pequeña y la cantidad de humedad a reducir es escasa. El desplazamiento que se produce en el interior del secador, tiene lugar como consecuencia de la depresión generada en el extremo de salida de la biomasa, por lo que el avance de la misma tiene lugar de manera natural. En este caso, las partículas de la biomasa que son secadas permanecen poco tiempo en el sistema, por lo que permite emplearse para aquellas biomasas fácilmente oxidables y sensibles al calor que no pueden estar expuestas durante

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mucho tiempo al secado, aunque si es necesario reducir algo más el contenido de humedad de la biomasa, lo que se hace es recircular el material para aumentar el tiempo de residencia del mismo.

• Rotatorio: es el adecuado para aquellas biomasas que tienen tanto un tamaño de partícula como un contenido de humedad mayor. Es ampliamente utilizado, ya que además de poder secar en continuo, al poder realizarlo en grandes cantidades permite una disminución de los costes unitarios. En este caso la biomasa se desplaza por la acción de la gravedad y del giro que tiene el secador como consecuencia de la ligera pendiente del mismo. De esta manera se permite el control absoluto de dicha operación. La clasificación de los secadores de este tipo es la siguiente:

- directos: se produce un secado por convección, en el que

hay un contacto directo entre la corriente de aire caliente y la biomasa a secar.

- indirectos: en este caso el secado que se produce es por conducción, ya que no hay un contacto directo debido a la separación existente por medio de un tubo o de una pared metálica.

- directos-indirectos: se trata de una situación intermedia entre las dos comentadas con anterioridad.

b) Si lo que se tiene en cuenta es el sentido del desplazamiento de la biomasa y el del flujo térmico, la clasificación que ahora se podría realizar sería la siguiente:

• Corrientes paralelas: se trata de aquel secador, como su propio nombre indica, en el que el avance de la biomasa y el flujo térmico tienen el mismo sentido, por lo que la biomasa se va secando progresivamente según va avanzando en el secador y por tanto cede esa humedad. Es un sistema bastante seguro por lo que se refiere a incendios.

• Contracorriente: el avance de la biomasa y el flujo térmico tienen sentidos contrarios. Tienen la particularidad que a menor contenido en humedad de la biomasa, para eliminar la misma cantidad de agua, el gasto energético es mayor. Presentan un riesgo de incendios mayor que el caso anterior.

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3.2.4. Recolección o recogida

Este proceso puede producirse antes o después del secado (fundamentalmente para el caso del secado forzado, no tanto para el secado natural), por lo que este proceso se puede realizar antes o después del secado.

3.2.4.1. Biomasa agraria (residual o no) 3.2.4.1.1. Agrícola

En este caso se trata de aquella biomasa que se generaba como consecuencia del cultivo de especies agrícolas tradicionales o bien alternativas con finalidad únicamente la producción de la mayor cantidad de biomasa aérea para luego ser empleada como combustible.

La cosechadora de cereales, es la máquina que siempre se emplea en el cosechado de estos cultivos, de tal manera que recoge el grano que se encuentra en la espiga y esparce o pica y esparce el resto de la biomasa aérea. Estas máquinas generalmente dejan a los residuos agrícolas hilerados, al disponer ya de elementos hileradores integrados en la propia cosechadora, que facilitan posteriormente la recogida de los mismos mediante el paso de una empacadora o rotoempacadora (dependiendo de si lo que se desea es la obtención de pacas rectangulares o cilíndricas, respectivamente, llegando en muchos casos éstas a pesos próximos a los 250-300 Kg y densidades comprendidas entre 125 y 175 Kg/m3). De esa manera se consigue aumentar la densidad de la biomasa y facilitar su transporte. La realización de un tipo de paca o de otro dependerá de la biomasa que se tenga, ya que por ejemplo para el caso del cultivo de cardo, que es una especie que presenta un tallo grueso, la realización de pacas prismáticas generaría un mayor desgaste a la empacadora y por tanto se reduciría la vida útil de la misma, siendo más lógico el empleo de rotoempacadoras, al igual que sucedería con la biomasa procedente de las podas de cultivos leñosos realizada en la mayoría de las ocasiones de manera manual, en el que la densidad de la paca es inferior a la de los cultivos herbáceos, ya que el tamaño de las fracciones es superior y no tan homogéneo como en los cereales. En ese caso, para los residuos leñosos de cultivos agrícolas puede ocurrir que se lleve a cabo un astillado previo hilerado del residuo (realizado el hilerado con una máquina acoplada a la parte trasera del tractor, amontonados con rastrillos, y astillado posterior con una máquina acoplada en la parte trasera del tractor) o apilado. El transporte que

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se realiza de estas pacas a la industria transformadora generalmente tiene dos fases: en una primera se extraen todas las pacas del terreno y se depositan de forma temporal en pajeros, de tal manera que en función de las necesidades de la industria energética o transformadora de la biomasa, estas pacas son transportadas desde dichos pajeros a la misma.

En ocasiones, tal y como se comentó en el Tema 2 cuando se habla de los diferentes tipos de cultivos energéticos, la recolección no sólo se realiza gracias a la cosechadora de cereales, sino que por ejemplo para el caso de la pataca, del sorgo azucarero e incluso del propio cardo (en función de la utilidad que se vaya a dar a su biomasa), es preciso realizar un picado de la misma, por lo que el tamaño de partícula que se obtiene en este momento es ya mucho más homogéneo que para el caso del cosechado. Al lado de la cosechadora-picadora debe ir un camión o tractor con remolque donde se vaya depositando la biomasa picada, que es el que conduce a la misma a las instalaciones de la industria para su posterior procesado.

3.2.4.1.2. Ganadero

Para el caso de los residuos ganaderos la recogida de los mismos se produce en el mismo lugar donde se generan, de forma generalmente automática mediante desagües y tuberías enterradas.

3.2.4.1.3. Forestal

El sistema empleado para la recolección de la biomasa forestal, depende del lugar de generación de los mismos, y sobre todo de los accesos y de la pendiente de los terrenos, que en ocasiones hace inaccesibles la entrada de maquinaria, e incluso del sistema logístico que se tenga proyectado para el aprovechamiento de estos recursos biomásicos. Lo comentado para el caso de los residuos agrícolas herbáceos o leñosos, de empacar la biomasa, es perfectamente válido también para el caso de los residuos forestales, realizándose en forma de pacas cilíndricas. El transporte a la industria se realiza por medio de camiones, que generalmente tienen una pluma y remolque o no, por lo que a pesar de utilizarse para el transporte de balas también se pueden emplear para el transporte de astillas de residuos forestales obtenidas en las propias explotaciones.

En ocasiones, la biomasa residual forestal generada se produce de forma dispersa cuando se realizan las labores de corta, poda, clareo,

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desbroce, etc., por lo que previamente a la recolección de los mismos es necesaria su acumulación oportuna. Este punto es muy importante, ya que dependiendo de la cantidad de biomasa generada de forma dispersa, los costes de extracción de la misma serán unos u otros, lo que haría viable su utilización en sistemas de producción de energía eléctrica o bien térmica.

Para el caso de aquellas máquinas (procesadoras forestales) que procesan toda la masa arbórea, las operaciones que realizan son completas hasta valorizar totalmente la biomasa. Se trata de máquinas que están perfectamente adaptadas a terrenos angostos, y cuyos elementos más destacados son los siguientes:

• Poseen una pinza para sujetar el tronco de los árboles e impedir

en todo momento que se produzcan vibraciones que afecten negativamente en las operaciones de corta y limpieza del árbol.

• Cuchilla de eje móvil que corta el tronco del árbol a la altura deseada.

• El sistema de desrame automático es un conjunto de cuchillas que cortan toda rama que sale del tronco del árbol.

• También poseen un sistema de rodillos giratorios descortezadores, perfectamente adaptables a la forma de los troncos de las diferentes especies forestales, y que en poco tiempo dejan a aquellos perfectamente limpios y aptos para ser troceados.

• La cuchilla que trocea el árbol permite, una vez girado el tronco 90º respecto a su posición inicial y descortezado, trocear el tronco en trozos más pequeños y más fácilmente manejables, que permanecen en el monte hasta que son extraídos oportunamente.

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3.2.4.2. Biomasa residual agroindustrial y forestal

En los casos de generación de estos tipos de biomasa, la recogida de la misma se produce de manera automática en los lugares de generación, al igual que lo comentado para el caso de los residuos ganaderos, ya que se trata de sistemas muy concentrados.

3.2.4.3. Biomasa residual antropogénica

Para el caso de este tipo de biomasa, habría que distinguir entre los lodos de depuradora y los RSU. Por lo que se refiere a los primeros, los lodos de depuradora se generan como consecuencia de los procesos de depuración de las aguas residuales. Éstas son conducidas a las EDAR desde los lugares de generación por medio de tuberías enterradas. Respecto a los RSU, independiente que se tenga instalado un sistema de recogida selectiva o no, la materia orgánica (que es aquella fracción catalogada como biomasa), es depositada en contenedores de un tamaño mayor o menor en función del lugar de generación, junto con otras fracciones que componen los RSU. Los vehículos recolectores-compactadores recogen dichos residuos y los

Figura 3.3. Procesadoras de biomasa forestal. Fuente: www.pezzolato.it.

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transportan a los lugares habilitados al efecto (plantas de transferencia o plantas de tratamiento), donde se producen las operaciones oportunas para su completa valorización.

3.2.5. Disgregación

Esta operación, como su propio nombre indica, consiste en la disgregación de las balas de residuos agrícolas o forestales que se producen en los lugares de generación del residuo, o incluso de las bolsas donde se tienen los RSU, de tal forma que al utilizarse la biomasa en la industria de transformación o en la planta de generación de energía, es necesario tener material suelto.

Para el caso de la biomasa residual agrícola y/o forestal, el equipo consta de uno o varios cilindros o discos de placas dentadas que reciben la paca y que se disponen en la parte superior e inferior de la misma moviéndose tanto vertical como horizontalmente, por lo que en último término lo que generan es la ruptura de la paca y la entrada de la biomasa disgregada en el proceso de alimentación de la planta. Como las balas van atadas con cinta o cuerdas, estos sistemas de disgregación tienen dispositivos de eliminación de las

Figura 3.4. Trómeles de apertura de bolsas de RSU. Fuente: Elaboración propia.

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mismas. Para el caso de los RSU los elementos de disgregación están incluidos en otros dispositivos como son los trómeles, presentes en las plantas de tratamiento y valorización.

3.2.6. Astillado

Los equipos que realizan el astillado en el monte son equipos robustos, y poseen una serie de elementos siguientes:

• Los sistemas de alimentación conducen la materia prima hasta

la boca del astillado, y mediante un movimiento lineal concentran la biomasa. La alimentación se realiza completamente manual.

• Existen dos rodillos de sujeción que sujetan la biomasa que se va a astillar, por lo que se adaptan perfectamente a ésta, y se introducen en la boca de astillado de manera perpendicular a las cuchillas que poseen estas máquinas. El movimiento de estos rodillos puede ser en el mismo sentido o en sentidos contrarios, por lo que se asegura en todo momento la no obstrucción y/o avería de la boca de alimentación por la acumulación de la materia prima.

• El sistema de corte es una parte muy importante de las astilladoras, ya que dependiendo de éstas el tipo, la forma y la calidad de las astillas variará en mayor o menor medida. Se trata de cuchillas muy resistentes al desgaste y giran a gran velocidad, y su montaje se puede realizar de la siguiente manera:

- sobre volante de inercia, también llamadas “astilladoras de

disco”: se trata de un tipo en el que las astillas se producen por impacto. Las cuchillas se colocan juegos de 3, 5 o más cuchillas tangencialmente sobre la superficie de aquél. Es necesario un adecuado mantenimiento (afilado de las cuchillas y correcta situación de las mismas sobre las que se sitúan de manera inicial). Se emplean también para el astillado de troncos.

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- sobre tambor rotatorio o conocidas como “astilladoras de tambor”: en este caso las astillas se generan por cizalladura, por lo que lo hace ser perfectamente válidos para materiales de difícil astillado por la propia composición de la biomasa, por el contenido de la humedad de la misma, etc. En este caso se emplean para materiales como ramajes, materiales desbrozados, etc.

- cuchillas especiales en forma helicoidal: las cuchillas se colocan sobre uno o dos conos que realizan el astillado en forma de hélice, produciéndose el rebanado de la biomasa que se emplea.

• Las astilladoras tienen sistemas de extracción de las astillas que

producen y lo hacen mediante un soplante que las conducen al lugar que se habilite al efecto por medio de una tubería de salida.

De manera general, las astilladoras generan un producto resultante

con una densidad importante, lo que lo hace fácilmente transportable al lugar de consumo o de transformación.

Figura 3.5. Astilladora remolcada de discos. Fuente: www.pezzolato.it.

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Por lo que respecta al sistema de accionamiento de las astilladoras, se tienen varias opciones:

• estáticas: son aquellas que se ubican de manera fija en una

planta industrial, accionadas por motores diésel o eléctricos, por lo que generalmente se emplean en aquellos lugares en los que la generación de residuos forestales es importante, como por ejemplo, las industrias forestales de la primera transformación, o bien plantas de procesado de los residuos a las que les llega la biomasa en forma de pacas circulares.

• semimóviles: son máquinas que poseen ruedas, y se pueden ubicar tanto en industrias forestales como en explotaciones que realizan operaciones de poda, corta, entresaca, etc., por lo que es por dicha razón por lo que pueden encontrarse en explotaciones forestales durante un tiempo importante.

• móviles: son máquinas que pueden desplazarse perfectamente a las explotaciones forestales. A su vez se pueden clasificar de la siguiente manera en función del sistema de propulsión:

Figura 3.6. Astilladora estática. Fuente: www.pezzolato.it.

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- remolcadas: son máquinas pequeñas que se enganchan a la toma de fuerza de los tractores agrícolas y/o forestales. Se trata de equipos relativamente pequeños, de reducido mantenimiento, por lo que se pueden conducir a explotaciones forestales que tengan fuertes pendientes o difícil acceso.

- autopropulsadas: son máquinas de mayor tamaño, con autonomía propia, por lo que su uso está sujeto a que haya caminos y/o pistas forestales por donde pueda circular. El acceso a lugares de fuertes pendientes queda reducido, con el límite máximo del 20-30% aproximadamente. En este caso, al tratarse de equipos más complejos, los costes de operación y mantenimiento son más elevados, por lo que su uso y compra está obviamente sujeto a la cantidad de biomasa en cantidad tratada. A estas máquinas se tiene la posibilidad el acoplarse elementos que posibilitan la realización de operaciones integrales con los recursos forestales. Es el caso de pluma para la recogida de la biomasa, contenedor de almacenamiento de las astillas de capacidad entre 8 y 15 m3, etc.

Figura 3.7. Astilladora de tambores autopropulsada. Fuente: www.pezzolato.it.

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En el caso que se produzcan astillas en la explotación forestal, el transporte de éstas a plantas se realiza en camiones con o sin pluma, pero sí con remolque con capacidad entre 40 y 50 m3.

3.2.7. Triturado

Los trituradores son máquinas que lo que hacen es trocear el material mediante martillos, garras o dientes, obteniendo elementos de menor densidad si se comparan con los elementos obtenidos por parte de las astilladoras, con aspecto desfibrado que lo hacen susceptibles de emplearse en la fabricación de compost, ya que tienen mucha superficie de ataque para los microorganismos, y tolerantes a materiales inertes como piedras o elementos metálicos. Al ser este tipo de máquinas voluminosas y de gran potencia, no se suelen llevar al monte y permanecen en un sitio fijo como pueden ser las industrias de procesado y transformación.

3.2.8. Molienda

Se trata de un proceso que requiere el gasto energético para homogeneizar la biomasa, generalmente agrícola leñosa o forestal, para luego ser empleada en procesos de conversión energética que requieran unos tamaños de partícula relativamente pequeños, y generalmente recomendado para valores de humedad de la misma por debajo del 50%. La molienda de la biomasa es completamente imprescindible por ejemplo cuando se lleva a cabo la fabricación de pellets y/o briquetas.

En este proceso, la presencia de inertes (piedras, metales, etc.) es muy importante, ya que pueden dañar los equipos generando costosas averías. Es por dicha razón, por lo que inicialmente se suelen colocar elementos seleccionadores de biomasa como cribas o tamices (según sea el caso), que retengan dichos inertes de mayor o menor tamaño, a la vez que también se retienen partículas de biomasa de un tamaño considerable que pueden provocar atascos en el equipo de molienda. Pero el mayor problema de los inertes no son la arena, gravilla o piedras, sino los elementos metálicos, ya que estos pueden generar chispas durante el proceso de molienda si no se retienen, y provocar el incendio de toda la biomasa.

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3.2.9. Cribado y Tamizado

Ambos sistemas consisten en la separación del material en función de la granulometría de los elementos que la forman. Para el caso de materiales de varios centímetros se habla de cribado y si por el contrario se trata de materiales de pocos milímetros se habla de tamizado. En cualquier caso, se trata de dos procesos que generalmente van de forma paralela a otros procesos, como el comentado anteriormente.

En el cribado, el equipo permite el paso de ramas y residuos que tengan un tamaño inferior a la distancia que existe entre los ejes de dos discos que es lo que conforma la luz de malla.

El tamizado consiste en la eliminación de partículas que tengan un tamaño superior al del paso de tamiz. Su ubicación en el proceso de pretratamiento y el tamaño del paso de tamiz variará dependiendo del tipo de biomasa que se tenga y del destino final de la misma.

El problema principal de los tamices es la obstrucción de los pasos de tamiz, por lo que en aquellos procesos que se empleen es recomendable la limpieza de los mismos periódicamente de manera manual (en aquellos casos en los que sea posible) o por medio de una corriente de aire.

3.2.10. Retención

Para el caso de retener elementos de polvo que se encuentran presentes en corrientes de aire, hay varios dispositivos que se pasan a comentar a continuación.

3.2.10.1. Ciclones

Se trata de un dispositivo fácil de construir, con pocos gastos de mantenimiento y de operación, en el que el polvo se separa hacia las paredes por la fuerza centrífuga con la que la corriente de aire entra en el ciclón y cae a la parte inferior, saliendo el aire limpio por la parte superior.

3.2.10.2. Filtros

Son unos elementos que poseen telas que retienen el polvo y sólo dejan pasar el aire limpio. Pueden separar partículas más pequeñas que los ciclones comentados con anterioridad, pero por el contrario

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son más difíciles de construir, necesitan un mayor mantenimiento. Los tipos más frecuentes de filtros son los de mangas y los de bolsas.

3.2.11. Densificación

Se trata de un proceso muy estudiado por el profesor Dr. D. Luis Ortiz Torres, en el que se distinguen dos operaciones que son prácticamente idénticas, con la única diferencia existente que los productos resultantes tienen diferentes tamaños.

En cualquiera de los procesos que a continuación se van a comentar, hay una serie de dispositivos que son comunes independientemente que se produzcan pellets o briquetas. Se trata de tolvas de alimentación de la pelletizadora o de la briquetadora, cuya función principal es la de ser elementos “pulmón” de almacenamiento de biomasa en el caso que se tenga una parada de los sistemas anteriores a la misma, por lo que se puede seguir densificando el material durante un tiempo determinado. El sistema de dosificación puede ser idéntico en el pelletizado o en el briquetado, al igual que la cámara de enfriado que es necesario para que el biocombustible sólido generado se pueda almacenar y/o manipular sin problema alguno, siendo empleados generalmente los secadores horizontales de tipo rotatorio directo, y únicamente los secadores verticales en aquellos casos en los que la pérdida de humedad sea reducida o bien para secar pellets y así reducir el número de elementos defectuosos y presencia de elementos finos que en definitiva reducirían la calidad final del producto. En ambos casos se tienen sistemas de compactación, que para el caso del pelletizado se trata de una pelletizadora y para el briquetado de una briquetadora. Finalmente, también se disponen de elementos de corte regulables, de tal manera que se obtienen longitudes variables para el caso de las briquetas y de los pellets en función de los nichos de mercado a donde se destinen.

3.2.11.1. Pelletizado

Se trata de un proceso en el que por medio de la presión de una serie de rodillos sobre una matriz de orificios con tamaños variables en función del tipo de pellet que se quiera obtener y que dependerá del nicho de mercado al que se dirija, la biomasa es compactada en forma de pellets.

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Para que se produzca

correctamente el fenómeno de pelletizado, la biomasa debe poseer un porcentaje en humedad entre el 8% y el 15% y un tamaño de partícula entre 0,5 y 1 cm. En aquellos casos en los que se emplee para pelletizar biomasa por debajo de los niveles de humedad comentados anteriormente, es preciso la adición de pequeñas cantidades de agua para facilitar la compactación.

Generalmente, cuando la materia primera entra en la pelletizadora, ha sufrido ya algún proceso de los comentados con anterioridad como el secado, la molienda, el cribado o tamizado, etc.

Los tipos de pelletizadoras que se pueden emplear son de varios tipos:

• De matriz anular: en estos casos la matriz tiene una forma

curva sobre la cual los rodillos se desplazan.

• De matriz plana: es aquella en la que los rodillos se desplazan horizontalmente sobre la misma. En este caso, la vida útil de la matriz es mayor que para el caso de la matriz anular, ya que tienen la característica principal de ser reversibles.

3.2.11.2. Briquetado

El briquetado es aquella operación similar al pelletizado en el que se produce la compactación de la biomasa gracias a la acción de unas máquinas denominadas “briquetadoras”, generando un biocombustible sólido conocido con el nombre de “briqueta”.

En el briquetado se generan elevadas presiones lo que provocan un incremento de la temperatura del producto resultante y una

Figura 3.8. Corte transversal de una pelletizadora.

Fuente: www.akahl.de.

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plastificación de la lignina presente habitualmente en la biomasa, de tal manera que no es necesario la adición de sustancias naturales y/o químicas que potencien este efecto.

Asimismo, al igual que lo comentado para el caso del pelletizado, la materia prima que se utilice para briquetar debe haber sufrido procesos físicos previos y tener unas características tanto de humedad como de tamaño de partícula similar a lo comentado para pelletizar.

Los tipos de briquetadoras existentes en el mercado son las siguientes:

• De pistón: en este caso el briquetado de la materia prima se

produce por impacto, es decir, por el golpeo sobre la biomasa de un pistón que se encuentra accionado por un volante de inercia, de tal forma que cuando se tiene el producto final se pueden ver perfectamente los diferentes discos que constituyen la briqueta y que corresponden a cada uno de los impactos necesarios para la formación de la misma. Es por el motivo comentado con anterioridad, por lo que las briquetas generadas con esta briquetadora tienen elevadas densidades.

• De tornillo: la densificación tiene lugar por extrusión, es decir, la biomasa sufre presión ejercida por un tornillo sinfín especial en cuanto al material que está fabricado (aleación de cromo-níquel, por ejemplo), que va avanzando progresivamente hasta llegar a una cámara que sufre un estrechamiento progresivo, por lo que la densidad de las briquetas fabricadas con este tipo tienen también una elevada densidad. En este caso el mantenimiento que se tiene que realizar sobre las briquetadoras es importante, ya que los elementos internos están expuestos a abrasión y por tanto a desgaste. Las briquetadoras de este tipo tienen la posibilidad de producir un orificio interior que sirve para favorecer la perfecta combustión de las briquetas.

• Hidráulicas y neumáticas: la briqueta es formada por la presión que se ejerce sobre la biomasa por medio de sistemas hidráulicos o neumáticos. Son válidas para briquetar biomasa de mala calidad y generar briquetas de reducida calidad, por lo que el coste de briquetado a priori puede ser reducido.

• De rodillos: estas briquetadoras disponen de dos rodillos que poseen rebajes por donde entra la biomasa a briquetar por la acción de un tercer rodillo. Es un tipo de briquetadora que se

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emplea cuando la briqueta que se desea obtener no tiene que tener una elevada densidad.

3.3. Procesos químicos

En este apartado se van a estudiar dos procesos que son empleados básicamente para la generación de biocarburantes.

3.3.1. Hidrólisis

La hidrólisis es aquel proceso en el que se produce la formación de compuestos sencillos a partir de compuestos complejos. Puede ser de dos tipos: ácida o enzimática. La hidrólisis ácida es un proceso químico por lo que está encuadrado dentro del apartado de “procesos químicos”, mientras que la hidrólisis enzimática está dentro del grupo de “procesos biológicos” que se comentarán más adelante.

Tal y como se verá en el siguiente Tema cuando se hable de los diferentes tipos de biocombustibles líquidos que se pueden producir a partir de la biomasa, el etanol puede ser obtenido a partir del azúcar existente en determinadas especies vegetales como la remolacha, la caña de azúcar, o cualquier otro que acumule directamente azúcares, a partir de compuestos amiláceos como los cereales en los que es necesario la realización de una hidrólisis; e incluso a partir de la biomasa lignocelulósica como los residuos agrícolas o los residuos forestales, tal y como se puede comprobar en la figura 3.9.

Recogida

Limpiezagrano

Acondicionamiento

TrituradoFiltrado

Molienda

Trituración

Licuefacción Cocción Sacarificación

1ª Hidrólisisácida

Separación L/S

2ª Hidrólisisácida

Fermentación

Fermentación

Fermentación

Fermentación

Destilación

Destilación

Destilación

Destilación

Preparación de la materiaprima Obtención del azúcar Fermentación Destilación

Figura 3.9. Diferenciación de procesos de producción de bioetanol. Fuente: Cerrillo, P. 2003.

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Para la obtención de bioetanol a partir de las materias primas comentadas anteriormente, se requiere la realización de una hidrólisis previa a la fermentación, de la forma que se muestra en la figura 3.10.

MaízTrigo

CebadaSorgo

ALMIDONES

Hidrólisis

RemolachaCaña de azúcar

MelazaAZÚCARES

Hidrólisis

CELULOSASMadera

Residuos de podasRSU

FermentaciónDestilación

Etanolhidratado Deshidratación ETANOL

En la actualidad la gran parte del bioetanol que se está produciendo es a partir de la biomasa azucarada y de la biomasa amilácea (granos de cereales), aunque la utilización de biomasa residual de origen lignocelulósico (aquella que posee celulosa, hemicelulosa y lignina), es una de las opciones más interesantes desde el punto de vista económico y social para la producción de biocombustibles líquidos sin problema alguno, a pesar del tratamiento ácido o enzimático que requiere que se produzca para la obtención de sacarosa que luego fermentará. En primer lugar, la cantidad de materias susceptibles de ser empleadas es elevada, siendo los precios unitarios de estas materias primas más bajos que los de origen amiláceo. Además, no se compite con el mercado alimentario como sucede por ejemplo con los granos de los cereales, ya que si estos se destinan al mercado energético para la producción de biocarburantes se retiran del mercado alimentario, con el consiguiente aumento de precios por la escasez de producto y los problemas de suministro que se pueden producir en países pobres.

Como los complejos de las celulosas (celulosa, hemicelulosa, lignina) no pueden ser fermentadas directamente, es necesario que se degraden a compuestos más sencillos por medio de hidrólisis, para así sufrir posteriormente una fermentación, necesaria para la

Figura 3.10. Proceso de producción de bioetanol. Fuente: García Camas, J. M. y García Laborda, J. A. 2006.

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obtención de bioetanol. A la vez, se eliminan todas aquellas sustancias que puedan inhibir o dificultar la fermentación. Las hidrólisis que tienen lugar son de tipo ácido (concentrada y a baja temperatura, diluida y a alta temperatura, así como enzimático que se verá dentro del grupo de procesos biológicos), y se pasan a describir a continuación.

Por lo que se refiere a la hidrólisis de tipo ácido concentrada, para que se lleve a cabo es preciso que se añada ácido sulfúrico entre un 70 y un 77% a la biomasa, que previamente ha sufrido un secado para conseguir tener una humedad de aproximadamente el 10%. La cantidad de ácido frente a biomasa necesaria es de 1:25, y es necesario que se lleve a cabo a una temperatura uniforme de 50 ºC. A continuación se añade agua a un 20-30% de la mezcla obtenida anteriormente, a la vez que se duplica la temperatura hasta los 100 ºC. Es en este caso cuando la sustancia obtenida en forma gelatinosa se prensa y se obtiene una mezcla de ácido y de azúcar, que posteriormente se separa. Este proceso, tiene la particularidad de tener muy buenos rendimientos de obtención de azúcares pero a un coste elevado, por lo que las plantas industriales de obtención de bioetanol no lo llevan a cabo.

La hidrólisis ácida diluida es un proceso también eficiente a la vez que simple. En primer lugar se mezcla una proporción de 0,7% de ácido sulfúrico con la hemicelulosa que constituye la biomasa y se aumenta la temperatura hasta llegar a los 190 ºC. Posteriormente se añade un 0,4% de ácido sulfúrico y se eleva la temperatura hasta llegar a los 215 ºC, de tal manera que los líquidos hidrolizados se neutralizan y recuperan para luego de ahí obtener el bioetanol.

3.3.2. Extracción

Este proceso consiste en separar determinados compuestos que se extraen de la biomasa gracias a la acción de compuestos químicos. Para ello es necesario que la materia prima esté molida y secada, por lo que la operación se realiza en varias etapas: en la primera de ellas la acetona es empleada como disolvente obteniéndose por una parte un extracto y por otra un refinado. Gracias a este proceso de extracción se obtiene un compuesto que tiene unas propiedades que son muy similares a las del petróleo, al estar formado por hidrocarburos y un residuo que contiene proteínas y carbohidratos por lo que se puede transformar a bioetanol también.

En la figura 3.11 se muestra a modo de ejemplo la extracción comentada con anterioridad de la biomasa.

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Extraccióncon acetona

Extracción conhexano

Extracción conbenceno

Secador

Separador

Separador

Separador

Residuo rico en proteínase hidratos de carbono

Extracto

Fase acetona

Fase hexano

Hexano

Acetona-agua

Benceno

Extracto

BIOMASA

Aceites

Polifenoles

Hidrocarburos

3.3.3. Transesterificación 3.3.3.1. Reacciones

La obtención de biodiésel y de glicerina, como producto secundario, se produce gracias a la reacción de transesterificación o alcohólisis a partir de un aceite vegetal con un alcohol de cadena corta (metanol principalmente, aunque puede ser realizado también con etanol, propanol o butanol), mediante la presencia de un catalizador.

El aceite vegetal puede tener diferentes orígenes, aunque lo más habitual es obtenerlo por extracción (previo calentamiento de las semillas) o por presión a partir de la semillas de especies oleaginosas (como el girasol, la colza, la colza etíope, el cardo, la soja, etc.), consiguiéndose un subproducto muy apreciado en el mercado de alimentación animal como son las tortas oleaginosas, al proceder a la separación entre el aceite y el resto, ya que es un producto rico en proteínas con lo que se facilita una disminución de los costes de extracción. En el Tema siguiente se detallarán algo más en profundidad las fuentes de aceite vegetal.

Figura 3.11. Proceso de extracción de la biomasa. Fuente: Lomas Esteban, J. L. et. al. 2001.

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Como los motores no funcionan directamente con aceites vegetales, es preciso su transformación a ésteres, de tal manera, que las moléculas grandes y ramificadas lineales (que constituyen los aceites vegetales), de elevada viscosidad y de alta proporción de carbono, pasen a ser de cadena lineal, pequeñas, con menor viscosidad y porcentaje de carbono, y de características físico-químicas similares a las del gasóleo de automoción.

Los aceites vegetales e incluso grasas animales, están constituidos fundamentalmente por triglicéridos y junto al alcohol adecuado (metanol generalmente), se obtiene la glicerina como subproducto y el éster (metiléster o éster metílico al emplearse metanol), que ya puede utilizarse como biocarburante. Se tiene la particularidad que la glicerina y el éster no son miscibles, es decir, no se agrupan, por lo que el rendimiento de la reacción comentada con anterioridad es cercana al 100%. Pero dicha reacción de transesterificación, que se lleva a cabo por la presencia de un catalizador, no se produce toda ella a la vez, sino que está formada por un conjunto de tres reacciones reversibles y seguidas, que esquemáticamente son las siguientes:

• Triglicérido + Metanol ↔ Éster metílico + Diglicérido

• Diglicérido + Metanol ↔ Éster metílico + Monoglicérido

• Monoglicérido + Metanol ↔ Éster metílico + Glicerina

Una vez que se ha obtenido ya el éster metílico, se produce la

decantación para la separación de la glicerina. Hay que realizar también una purificación para conseguir la total eliminación del catalizador usado en la fase anterior (con la finalidad de mejorar la velocidad de reacción y el rendimiento final, aunque sin él la reacción no se podría llevar a cabo), para así evitar los depósitos no deseables en el proceso de combustión de los motores diésel.

Seguidamente, se produce la evaporación bajo vacío del metiléster producido, para así recuperar lo poco que quede de metanol y de agua.

Finalmente, la glicerina completamente refinada se evapora, neutraliza y decanta, para separar los ácidos grasos y estar libre de todo resto de metanol. La glicerina obtenida anteriormente, si lo que se pretende es tener una ligera mayor rapidez en la amortización de la industria, es necesaria una destilación para tener un producto de mayor calidad, ya que la obtenida es de baja calidad comercial, aunque se tendría un ligero incremento de costes para conseguir

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unos mejores ingresos. El destino de este producto podría ser la industria cosmética, la alimentaria, la farmacéutica, e incluso la energética).

A la vista de los pasos seguidos, el proceso es relativamente sencillo, pero hay que decir, que para obtener un biodiésel de calidad es preciso tener controladas absolutamente todas las variables de proceso, como por ejemplo el exceso de metanol, la desactivación del catalizador, la temperatura, etc.

3.3.3.2. Catalizadores

Se ha comentado con anterioridad que la reacción de transesterificación precisa de catalizadores, y estos pueden ser de varios tipos: desde ácidos homogéneos (caso del ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico o el ácido fosfórico), hasta ácidos heterogéneos (zeolitas, resinas sulfónicas, etc.), básicos homogéneos (hidróxido sódico o potásico), básicos heterogéneos (óxidos de calcio o magnesio, entre otros), e incluso enzimáticos del tipo lipasas. De todos los comentados, los que más se usan a nivel comercial son los catalizadores homogéneos básicos, por ser los más eficientes y los que permiten operar en las condiciones mejores, ya que si se emplearan catalizadores ácidos serían necesarias temperaturas elevadas y tiempos de reacción largos.

La única particularidad de los catalizadores básicos empleados, es que obligan a que los triglicéridos tengan la menor cantidad posible de ácidos grasos libres, para que con ellos no se formen jabones (por reacción de saponificación) bajo la presencia imprescindible del agua que pueda llevar el aceite, disminuyendo la cantidad de éster metílico producido y por tanto el rendimiento de la reacción de transesterificación. Por dicho motivo, se recomienda antes de comenzar con dicha reacción evaporar todo el agua que pueda contener el aceite y eliminar los posibles ácidos grasos libres mediante una reacción de saponificación (en la que se haga reaccionar el ácido graso con el catalizador básico en presencia de agua, formándose también jabón), o una reacción de esterificación (en la que el ácido graso bajo la presencia de un catalizador ácido forma el éster metílico correspondiente). Por tanto las dos reacciones comentadas con anterioridad tienen la siguiente expresión:

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• Reacción de saponificación: (en presencia de agua)

- Ácido graso + Hidróxido potásico → Jabón potásico + Agua

• Reacción de neutralización: (en presencia de catalizador ácido)

- Ácido graso + metanol → Éster metílico + Agua

3.3.3.3. Variables

A la transesterificación, como reacción química que es condicionada por la presencia de un catalizador, le condicionan una serie de variables, que a continuación se pasa a comentar.

• Acidez y humedad. La cantidad de ácidos grasos y de humedad

en la muestra inicial, son dos parámetros que determinan la viabilidad del proceso de transesterificación. Como máximo el contenido de ácidos grasos no debe superar el 3%. Por lo que respecta al contenido en agua de la muestra inicial, ésta reacciona con los catalizadores formando jabones. En el caso que se emplean aceites vegetales de bajo coste, estos pueden contener una cantidad importante de ácidos grasos. Para la elaboración de ésteres metílicos, la esterificación se debe realizar en dos etapas: en una primera los ácidos grasos, por la presencia de un catalizador ácido, pasan a ser ésteres metílicos, mientras que en la segunda etapa se realiza la transesterificación con un catalizador alcalino y completar así la reacción.

• Tipo de catalizador y concentración: como se ha comentado anteriormente, hay varios tipos de catalizadores. En función del tipo de materia prima a partir de la cual se quiera obtener ésteres metílicos, el tipo de catalizador será uno u otro. Es el caso por ejemplo del uso de catalizadores ácidos para aquellos casos en los que haya una cantidad importante de ácidos grasos libres y de alta humedad. Aceites con un 1% de catalizador han dado muy buenos resultados. Respecto a los catalizadores enzimáticos, dan buenos resultados tanto con humedad como sin ella de la materia prima, aunque el coste de los mismos es superior al de los catalizadores tradicionales.

• Relación molar de alcohol/aceite y tipo de alcohol: afectan de forma directa sobre la eficiencia de la reacción química. Para que en la reacción de transesterificación, el equilibrio se encuentre desplazado totalmente a la derecha, es preciso que

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haya un exceso de alcohol (del orden de 6:1 para que haya conversión total). La existencia de etanol en lugar de metanol dificulta la reacción, y mientras que se lleva a cabo la reacción, se forma una emulsión que es inestable para el primer caso y estable para el primero.

• Efecto del tiempo de reacción y temperatura: la conversión aumenta conforme lo hace el tiempo de reacción y la temperatura.

3.3.3.4. Procesos

Tal y como se ha podido mencionar con anterioridad, la reacción de transesterificación que tiene lugar se produce desglosada en tres reacciones, debido a que la materia prima inicial está formada por triglicéridos que se van transformando a diglicéridos, monoglicéridos, hasta llegar a glicerina.

Seguidamente se pasarán a detallar los diferentes procesos a partir de los cuales se obtiene biodiésel: esterificación de los ácidos grasos y transesterificación de los triglicéridos, tanto en régimen continuo como en discontinuo. Hay que de decir de manera general, que los sistemas discontinuos se realizan en aquellas plantas en las que la producción de biodiésel es pequeña, mientras que los sistemas continuos se tendrán en las plantas industriales de gran capacidad.

a) Transesterificación en régimen discontinuo: se trata del método

más sencillo por el que se produce biodiésel. Tiene lugar en reactores con agitación, en los que las temperaturas del proceso más habituales son 65 ºC, aunque también se puede llevar a cabo desde los 25 ºC hasta los 85 ºC. Los catalizadores más empleados son los hidróxidos sodicos o potásicos, y es necesario para que actúen convenientemente que en el interior del reactor se produzca una rápida agitación y se mezcle el catalizador, el triglicérido y el alcohol. El tiempo de reacción de este proceso suele estar comprendido entre 20 minutos y una hora. En la figura 3.12 se muestra un esquema del proceso comentado en este punto.

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Reactor

Catalizador

Alcohol

Aceite

Separación

Agua

Alcohol

Lavado

Separación

Acondicionamiento

Separación

Purificación

BIODIÉSEL

Ácidosgrasos

GlicerinaSales

Alcohol+Agua

Alcohol+Agua

Glicerinacruda

b) Transesterificación en régimen continuo: se pueden emplear

reactores del tipo “tanque agitado”, que permiten mayores tiempos de residencia y mejoran los resultados finales de la reacción. Es preciso que se tenga una mezcla lo más adecuada posible, para que así la composición en el reactor sea constante. Asimismo también se pueden utilizar reactores tubulares o de flujo pistón, y se debe al empleo de mezclas intensas en las que se favorece la reacción de esterificación, teniendo en este caso tiempos de residencia entre 6 y 10 minutos. El reactor puede estar sometido a temperaturas y presiones elevadas para conseguir efectividades mayores en el proceso de conversión. En la figura 3.13 se presenta el esquema de este proceso llevado a cabo en un reactor de flujo pistón.

Figura 3.12. Proceso de transesterificación en régimen discontinuo. Fuente: García Camas, J. M. y García Laborda, J. A. 2006.

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Mezcla ycalentador

Triglicéridos

Alcohol

Catalizador

Reactor 1 Alcohol

Separador Reactor 2

Glicerol AlcoholAlcohol

Éster

Glicerol

c) Esterificación: en el caso de suministros de aceites con hasta

un 30% de ácidos grasos libres, el proceso más común de tratamiento es la esterificación con un catalizador ácido del tipo ácido sulfúrico, de tal manera que se puede reducir el porcentaje anteriormente mencionado hasta el 1%. También se puede realizar un calentamiento del catalizador y del alcohol, para que el primero pueda absorber el agua que se forma en la reacción, aunque este proceso puede tener algún inconveniente por la reacción que se puede producir entre el propio catalizador y el alcohol. En la figura 3.14 se muestra el esquema de una planta con este proceso.

Alcohol

Catalizador(Ácido)

Aceite Acondicionamiento Purificación BIODIÉSEL

Alcohol

Sales

Figura 3.13. Proceso de producción continua de biodiésel mediante reactores de flujo pistón.

Fuente: García Camas, J. M. y García Laborda, J. A. 2006.

Figura 3.14. Procero de esterificación. Fuente: García Camas, J. M. y García Laborda, J. A. 2006.

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d) Proceso combinado de esterificación-transesterificación: consiste en refinar los ácidos grasos mediante la adición del catalizador ácido, de tal manera que el producto resultante se separa mediante centrifugación. Los aceites que se han refinado son secados y se someten posteriormente a transesterificación. El esquema del proceso de esterificación-transesterificación se muestra en la figura 3.15.

Alcohol

Catalizador(Ácido)

Aceite

Reactoresterificación

Acondicionamiento/Separador

Alcohol

Catalizador(Ácido)

Reactortransesterificación

Separación

Sales

Alcohol

BIODIESEL

Agua/Catalizador

3.4. Procesos termoquímicos 3.4.1. Combustión 3.4.1.1. Introducción

La combustión es un proceso termoquímico asociado a una reacción química con la que se produce un desprendimiento de calor. El compuesto que arde se denomina “combustible”, mientras que el que produce la combustión se denomina “comburente”, que generalmente es el aire.

La reacción química que determina este proceso viene dado de la siguiente manera:

Combustible (C+ H2+ S) + Aire (O2+N2) → Humos (CO2+H2O+SO2+N2) + Calor

Figura 3.15. Proceso de producción de biodiésel mediante esterificación/transesterificación. Proceso de catálisis ácida. Fuente: García Camas, J. M. y García Laborda, J. A. 2006.

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En función del estado de equilibro de la reacción anterior, se puede realizar una clasificación de la combustión de la siguiente manera:

a) combustión completa: los estados de equilibrio se encuentran

desplazados totalmente hacia la derecha, y se produce cuando se ha suministrado la cantidad de aire necesaria para oxidar todos los compuestos del combustible. El carbono se oxida a CO2, el hidrógeno a H2O y el azufre a SO2.

b) combustión incompleta: es el caso cuando se tienen compuestos parcialmente oxidados, como por ejemplo CO y material sin quemar totalmente. Se puede producir tanto con exceso de aire, como con defecto de aire, como con el aire estequiométrico. Se trata de evitar en todo momento combustiones de este tipo, ya que además de generar una pérdida de energía importante, los efectos medioambientales de emisión de partículas contaminantes son importantes.

c) combustión estequiométrica: es aquella situación en la que se produce la combustión de la biomasa con la cantidad justa de oxígeno para poderla llevar a cabo. La cantidad de oxígeno necesaria se determina a partir del análisis elemental de la biomasa.

A la vista de la clasificación realizada anteriormente y de la

experiencia industrial que se tiene de este proceso, se puede decir que la cantidad real de aire necesaria para tener una combustión óptima es siempre mayor que la cantidad teórica. A la relación que se produce entre ambas cantidades se denomina “porcentaje de exceso de aire” o “coeficiente de exceso de aire”, y ésta depende del tipo de combustible que se vaya a quemar, ya que para el caso de biomasas que tengan oxígeno en su composición, la cantidad de este elemento es menor que para otro combustible que no tenga oxígeno. Para el caso de llevarse a cabo combustiones estequiométricas, el coeficiente de exceso de aire es 1; si hay defecto de aire, el coeficiente es inferior a 1; y si hay exceso de aire es porque el coeficiente es inferior a 1.

Como lo que se pretende es tener una combustión estequiométrica, asociado a este concepto se tienen otros que a continuación se comentan.

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• Poder comburívoro: es la cantidad de aire seco, medido en condiciones normales, mínimo necesario para una combustión completa y estequiométrica de la unidad de combustible. Depende del tipo de biomasa que se combustione.

• Poder fumígeno: es la cantidad de productos de la combustión que se producen en la combustión estequiométrica de la unidad de combustible. A la vista que las biomasas tienen porcentajes de humedad determinados, se tienen poderes fumígenos húmedos y secos.

3.4.1.3. Sistemas de combustión

La combustión de la biomasa se producirá de manera paulatina, pasando previamente por una serie de etapas que a continuación se detallan:

• El combustible se introduce en la cámara de combustión y se

produce el secado de la biomasa.

• A partir de 150 ºC hasta los 250 ºC se produce una reacción lenta con los volátiles.

• A partir de los 275 ºC la reacción anterior se acelera y se libera ya calor como consecuencia de la liberación y posterior ignición de los volátiles desprendidos de la biomasa como si fueran auténticos gases.

Hay que destacar que los sistemas de combustión difieren unos de

otros en una serie de particularidades que a continuación se comentan:

• del punto donde se produce la entrada de la biomasa en la

cámara de combustión.

• de las características propias de la biomasa que se va a quemar (modo de introducción del combustible, tamaño de partícula, etc.).

• de la temperatura del aire primario que es aquel necesario a partir del cual se produce la combustión de la biomasa.

• del tiempo de residencia de la biomasa.

• de la temperatura media en la que se produce la reacción de combustión.

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A pesar de lo dicho con anterioridad, todas las instalaciones tienen unos sistemas que son comunes, y que son los siguientes:

• Almacenamiento del combustible (en silos, en nave, al aire

libre, etc.). Es recomendable el almacenamiento de biomasa para dos días de funcionamiento de la instalación energética a plena carga.

• Transporte y dosificación desde el lugar de almacenamiento al equipo de combustión (mediante cinta transportadora, por tornillo sinfín, sistemas neumaticos, etc.).

• Equipos de combustión (quemador de tornillo, quemador ciclónico) y cámara de combustión.

• Caldera (de vapor o pirotubular, de agua o acuotubular, de fluido térmico como aceite, de parrillas, de lecho fluido).

• Recuperadores de calor (economizadores que son aquellos dispositivos que aprovechan los gases de escape para calentar el agua de alimentación al sistema; precalentadores que aprovechan la energía térmica de los gases para realizar un precalentamiento del aire de combustión, etc.). La utilización de estos sistemas provoca una mejora ostensible del rendimiento de la instalación en varios puntos porcentuales. Siempre que se pueda la utilización de precalentadores de aire es preferible emplearlos en detrimento de los economizadores, ya que son más económicos, los precalentadores no trabajan a presión, y la utilización de aire primario caliente produce una combustión completa y por tanto mayor cantidad de energía extraída de la biomasa. Lo comentado anteriormente no conduce a una exclusión de ambos sistemas en una única instalación, aunque obviamente aumentaría la inversión de la planta.

• Depuración de gases (filtros de mangas, ciclones o multiciclones, precipitadotes electrostáticos, sistemas scrubbers, etc.).

• Extracción de las cenizas (con válvulas rotativas con sistemas de descarga automática, mediante tornillos sinfín con apoyo manual).

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1: Caldera. 2: Depósito de pellets. 3: Caseta. 4: Chimenea. 5: Suelo caseta.

3.4.1.4. Tipos de calderas

La clasificación que se puede realizar de estos sistemas, atiende a varios criterios.

1) En función del material que constituye la caldera:

a) De fundición: la transmisión de calor tiene lugar en el hogar, el área de intercambio es pequeña y los rendimientos bajos, con poca pérdida de carga en los humos y por dicho motivo suelen ser de tiro manual.

b) De acero: para combustibles líquidos o gaseosos y al tener una mayor superficie de contacto, el rendimiento es mejor.

c) Murales: de diseño reducido y compacto. Generalmente no se emplean para quemar gas procedente de biomasa, aunque son perfectamente válidas. Generalmente proporcionan calefacción y agua caliente sanitaria.

Figura 3.16. Central térmica con biomasa en forma de pellets. Fuente: www.oekofen.com.

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2) En función de la aplicación a la que se destinen:

a) Usos domésticos: para generar calefacción, agua caliente sanitaria o ambas.

b) Generación de energía eléctrica: se trata de aquellas calderas que se emplean en plantas industriales para la producción de electricidad.

c) Plantas de cogeneración: son las llamadas “calderas de recuperación”, y aprovechan los gases de escape calientes.

d) Industriales: para la generación de vapor o agua sobrecalentada.

3) En función del combustible que utilizan:

a) Calderas de combustibles sólidos.

b) Calderas de combustibles líquidos.

c) Calderas de combustibles gaseosos.

Figura 3.17. Instalación integral doméstica con biomasa en forma de pellets para la obtención de calefacción y ACS.

Fuente: www.pelletsworld.com.

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4) En función del fluido caloportador:

a) Calderas de agua.

b) Calderas de agua sobrecalentada: son necesarias bombas para aumentar la presión.

c) Calderas de vapor: en este caso se necesita que la calidad del agua empleada sea muy buena, ya que podría producir deterioros de la caldera y reducción de la vida útil de la misma.

d) Calderas de aceite térmico.

5) En función del fluido que transfiere el calor, se tienen dos tipos:

a) Pirotubulares: los gases son los que fluyen por el interior de los tubos. Existen ciertas limitaciones en cuanto a producción de vapor y presión de funcionamiento. Válidas para medianas producciones y bajas presiones, aunque son muy utilizadas por la forma que tienen, el rendimiento que tienen, los bajos costes de utilización, etc.

Figura 3.18: Caldera pirotubular de biomasa sólida. Fuente: www.biochamm.com.br.

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b) Acuotubulares: en estas el agua circula por el interior de los tubos que posee la caldera. En este caso no existe limitación alguna como sucedía para las pirotubulares. Se suelen emplear en aquellos casos en los que no se pueden utilizar calderas pirotubulares. Generan mayores cantidades de vapor a mayor presión y es por dicho motivo por lo que suelen emplear en las instalaciones de producción de energía eléctrica con biomasa de cierta potencia. Tienen un precio superior a las pirotubulares a igualdad de condiciones.

6) En función de la forma en la que se produce la combustión de la biomasa, se tiene lo siguiente:

a) Caldera de parrillas: son las más habituales, y se diferencian en función de que las parrillas sean fijas o móviles. La alimentación de aire primario a la caldera se lleva a cabo mediante soplantes por debajo de la parrilla, mientras que el aire secundario se introduce por la parte superior y permite la perfecta combustión de todos los volátiles generados a partir de la biomasa.

Figura 3.19: Caldera acuotubular de biomasa sólida. Fuente: www.biochamm.com.br.

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b) Calderas de lecho fluidizado: en ellas la combustión se lleva a cabo en una masa en suspensión de material inerte (que constituye el lecho del sistema), de cenizas y de combustible. Por la parte inferior de este tipo de calderas se introduce una corriente de aire que permite el ascenso de la masa anterior. Dependiendo de la velocidad del aire, el lecho estará fijo o suspendido, siempre y cuando esta velocidad compense o no la fuerza de la gravedad: cuando la velocidad del aire sea baja se tiene “lecho fijo estático”, si la velocidad del aire genera una fuerza similar a la fuerza de la gravedad se dice que se tiene “lecho suspendido”, y finalmente, si la fuerza generada por la corriente de aire es mayor que la fuerza de la gravedad se dice que se tiene “lecho fluidizado”.

Atendiendo al grado de fluidización de la masa y por tanto a la velocidad de la corriente de aire que se inyecta, se tienen dos tipos:

- burbujeante: la velocidad de la corriente de aire es

pequeña y una pequeña cantidad de partículas se retienen en el ciclón.

- circulante: la corriente de aire tiene una velocidad importante, por lo que buena parte de las partículas del lecho se arrastran y deben ser retenidas en los ciclones o multiciclones instalados al efecto.

Sobre la base de lo comentado con anterioridad, la biomasa puede

ser sometida a un proceso de combustión para la producción de energía térmica, energía eléctrica o ambas a la vez en sistemas de cogeneración, en los que la biomasa se queme en calderas donde se genere vapor y éste se utilice en turbinas de vapor acopladas a un alternador para la generación de energía eléctrica. Para el caso de biogás, éste se puede emplear en cogeneración mediante su ignición también en motores de gas.

3.4.1.5. Aplicaciones de la combustión

El empleo de sistemas de combustión con biomasa es de los más antiguos, por lo que su empleo es muy variado:

• A nivel doméstico: para satisfacer las necesidades térmicas de

calefacción y/o de agua caliente sanitaria.

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• Hornos: en la fabricación de ladrillos y bovedillas.

• Secaderos: de tipo directo e indirecto, tanto de materiales agrarios como industriales.

• Calderas: para la generación de energía eléctrica y/o térmica.

3.4.1.6. Co-combustión

La co-combustión es aquel proceso en el que se produce una combustión conjunta de biomasa (residuos agrícolas, residuos forestales, cultivos energéticos, residuos agroindustriales, residuos ganaderos, lodos de depuradora), con un combustible tradicional, como por ejemplo el carbón o el fueloleo. Se emplea en mayor medida en las centrales térmicas en las que se utiliza como materia prima energética el carbón.

Esta técnica presenta las mismas ventajas que la utilización en exclusiva del recurso biomásico, y la finalidad principal es disminuir la cantidad de carbón quemado y por tanto disminuir las cantidades de CO2 emitido a la atmósfera.

Hay que decir que hay dos tipos de co-combustión:

• co-combustión directa: en este caso se trata conjuntamente al

carbón y a la biomasa, y ésta se introduce en la caldera junto con el carbón. La alimentación puede ser mezclada, es decir, los dos combustibles se mezclan con anterioridad, o bien, se alimenta a la caldera de forma individualizada el carbón de la biomasa, e incluso se puede acoplar una parrilla en la parte inferior de la caldera, siendo en este lugar donde se produzca la combustión de la biomasa.

• co-combustión indirecta: la biomasa es transformada en una instalación independiente de la del carbón, y los productos resultante de la combustión de ambas materias primas se tratan conjuntamente. Este caso se ejecuta de manera muy puntual, ya que la inversión necesaria desaconseja dicha opción.

Con la entrada en vigor del Real Decreto 661/2007 de 25 de Mayo

por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial, se permite la co-combustión de biomasa en

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centrales térmicas del régimen ordinario, retribuyéndose el kWh de la forma establecida en dicho Real Decreto.

3.4.2. Gasificación 3.4.2.1. Introducción

La gasificación es un proceso llevado a cabo en un gasificador en el que se produce la transformación de una materia prima en estado sólido o líquido en un gas con un poder calorífico moderado, gracias a la aplicación de calor, de un agente gasificante y bajo unos niveles de oxígeno restringidos.

La materia prima que puede ser empleada en procesos de gasificación es muy diversa, desde residuos de tipo lignocelulósico como los residuos agrícolas, los residuos forestales, los cultivos lignocelulósicos, e incluso la fracción orgánica de los RSU, siempre y cuando estos tengan un contenido en humedad inferior al 40%. La composición química del gas variará en función del agente gasificante empleado.

Toda instalación de gasificación, de manera general, tiene una serie de etapas como la del enfriamiento del gas con recuperación de calor, la limpieza del gas (de polvo, amoniaco, alquitranes, etc.) y la generación de energía (en motores de combustión interna, en turbinas o en otros equipos de producción de calor y potencia). En la figura 3.20 se muestra un esquema de obtención de energía a partir de la gasificación de biomasa.

GASIFICACIÓN

Gas de Poder Caloríficomedio o bajo

Síntesis Caldera Motor Turbina degas

Pilas decombustible

Productosquímicos Energía

Productoprincipal

Tecnología deproceso

Productossecundarios

Figura 3.20: Procesos tecnológicos de gasificación. Fuente: Cabanillas Cabanillas, A. 2007.

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Los gasificadores se pueden clasificar atendiendo a varios criterios. En primer lugar, en función del agente gasificante, los gasificadores pueden ser los siguientes:

• gasificador con aire: se introduce aire caliente en el gasificador,

generando un gas pobre con un poder calorífico no mayor del 25% del poder calorífico del gas natural.

• gasificador con oxígeno: en este caso el gas de síntesis formado tiene más calidad que el formado en el caso anterior, al no producirse dilución debido a la presencia de nitrógeno en el aire, y su poder calorífico se encontrará aproximadamente entre el 25% y el 40% del poder calorífico del gas natural.

• gasificador con vapor de agua: el gas formado en esta ocasión se encuentra enriquecido en hidrógeno y en monóxido de carbono, y se destina fundamentalmente para la síntesis de compuestos como el amoniaco, el metanol, etc.

• gasificador con hidrógeno: el gas generado tiene un poder calorífico importante y se puede destinar a las mismas aplicaciones que el gas natural.

Como se puede comprobar en la tabla 3.6, en función del agente

gasificante que se emplee para gasificar la biomasa, la composición química variará de una u otra forma.

Composición (% en Vol.)

Agente gasificante Oxígeno Aire Vapor de agua

CO 14,0 17,4 36 H2 36,2 23.,3 40 CH4 13,1 5,1 2,5 CO2 34,0 14,8 19,5 N2 1,2 38,5 1,7

Alquitranes (% peso) 4-0,5 4-0,5 4-0,5 Partículas (g/Nm3) 1-100 1-100 1-100

Poder calorífico (Kcal/Nm3) 2.600 1.750 2.350

Tabla 3.6: Composición del gas de gasificación en función del agente gasificante. Fuente: Cabanillas Cabanillas, A. 2007.

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Asimismo, en función de la fuente de la que provenga el calor necesario para llevar a cabo la combustión, la clasificación en esta ocasión sería la siguiente:

• gasificador directo: en este caso el calor proviene de la

combustión parcial de la propia biomasa que se va a gasificar.

• gasificador indirecto: el calor requerido proviene de otra fuente energética, por medio de un intercambiador e incluso de un proceso indirecto como podría ser la separación de las zonas de gasificación y de combustión.

Atendiendo en este caso a la presión a la que trabajan los

gasificadores, estos pueden ser:

• gasificadores atmosféricos: trabajan a la presión atmosférica.

• gasificadores presurizados: son aquellos que realizan la gasificación a una determinada presión.

Finalmente, en función del diseño del reactor, que se encuentra

directamente relacionado con el movimiento de la materia prima que se va a gasificar y con la del agente gasificante, la clasificación que en esta ocasión se podría realizar sería la siguiente:

• gasificadores de lecho fijo o móvil: de manera general, la

potencia de las instalaciones en las que están presentes estos equipos está comprendida entre 1 y 4 MW. Aquí se diferencian los gasificadores en contracorriente o updraft, los gasificadores en corrientes paralelas o downdraft y los gasificadores en corriente cruzada.

• gasificadores de lecho fluidizado: en este caso también se podrían diferenciar los de tipo burbujeante (para instalaciones de potencias entre 0,5 y 10 MW) y los de tipo circulante (para instalaciones de potencias superiores a 5 MW).

• gasificadores de arrastre.

En la figura 3.21 se muestran de forma esquemática los

gasificadores anteriores más importantes.

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Secado 100 ºC

Pirólisis 300 ºC

Gasificación900 ºC

Oxidación1400 ºC

Ceniza Agentegasificante

Biomasa Gas

Secado 100 ºC

Pirólisis 300 ºC

Oxidación1400 ºC

Gasificación900 ºC

Ceniza

AgentegasificanteBiomasa

Gas Agentegasificante

Ceniza Gas

Biomasa

Secado+

Pirólisis+

Oxidación+

Gasificación

Lecho móvil en contracorrienteo updraft

Lecho móvil en corrientesparalelas o downdraft Lecho fluidizado

Como la clasificación más importante que se puede realizar es sobre el tipo de gasificador, seguidamente se pasará a detallar cada uno de los tipos comentados anteriormente.

1) Gasificadores de lecho fijo o móvil: se caracterizan porque disponen de un lecho sobre el cual la biomasa se mueve lentamente hacia abajo por el efecto de la gravedad a la vez que se va produciendo la gasificación.

• En contracorriente o Updraft: se trata del gasificador más simple. En él, el gasificante se introduce por la parte inferior y las partículas de biomasa entran por la parte superior, se desplazan hacia abajo por el propio efecto de la gravedad, y son sometidas a un secado, pasan luego por una fase de pirólisis (donde se generan ya los gases que se evacuan por la parte superior, los vapores condensables y los alquitranes que salen del gasificador sin craquear o quemar), por una de gasificación, hasta llegar a una de oxidación. Las ventajas de este tipo son la generación de gases de salida a temperaturas relativamente bajas, las elevadas eficiencias en la gasificación e

Figura 3.21: Tipos de gasificadores. Fuente: Cabanillas Cabanillas, A. 2007.

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incluso procesar materias primas con un contenido en humedad de hasta el 60% (aunque se verá en este caso extremo mermado el rendimiento del proceso). Como gran inconveniente está la generación de importantes cantidades de alquitranes y de productos de pirólisis, que no tienen importancia en el caso que se quiera utilizar el gas obtenido para generar energía térmica, pero en aquellos casos en los que sea necesario su uso para obtener energía eléctrica es preciso una limpieza profunda del gas generado.

• En corrientes paralelas o Downdraft: en este caso la biomasa se alimenta por la parte superior (al igual que en el anterior caso), pero a diferencia de ése, el agente gasificante se introduce también por la parte superior. Las partículas de biomasa sufren los procesos de secado y de pirólisis seguidamente, y los gases, alquitranes y char producidos llegan a la fase de oxidación quemándose una parte de ellos. El gas obtenido se elimina por la parte inferior del gasificador. La principal ventaja de este tipo de gasificador es el bajo contenido en alquitranes que se produce, y como importante inconveniente es la cantidad de ceniza formada y de materia particulada en el gas producido

2) Gasificadores de lecho fluidizado: en ellos la temperatura es uniforme a través de todo el lecho, manteniéndose entre 700 y 900 ºC. En este caso no hay zonas definidas en el gasificador donde se lleven a cabo los diferentes procesos que se comentaron para el caso de los gasificadores de lecho fijo o móvil.

• Burbujeante: operan con bajas velocidades del aire de fluidización. Se caracterizan porque la mayor parte de los sólidos permanecen en el lecho y una mínima parte inferior al 10% se tienen que recuperar en el ciclón.

• Circulante: las velocidades del aire de fluidización son mayores que para el anterior caso. La particularidad más destacada es que se produce un arrastre importante de material del lecho, aunque se puede reciclar mediante un ciclón. Los costes unitarios de operación en este caso son menores que para el caso del gasificador burbujeante.

3) Gasificadores de arrastre: tanto la alimentación como el agente gasificante fluyen en el mismo sentido. Los gases adquieren velocidades muy elevadas, por lo que el tiempo de residencia es muy pequeño. Tienen la particularidad de operar a elevadas temperaturas

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y presiones, por lo que son válidos para instalaciones de más de 100 MW, por lo que provienen de instalaciones de gasificación de carbón. 3.4.2.3. Factores

A continuación se van a comentar los diferentes tipos de factores que hay que considerar en el proceso termoquímico de la gasificación.

a) Factores de operación:

- Temperatura: el aumento de este parámetro favorece el

aumento del contenido en el gas producto de hidrógeno y de monóxido de carbono, mientras que por el lado contrario se disminuye el contenido de metano y de agua.

- Presión: al aumentar la presión se aumentan las proporciones de hidrocarburos y de alquitranes.

- Relación agente gasificante/biomasa: para el caso que sea el oxígeno el agente gasificante, un aumento de éste favorece la formación de dióxido de carbono y por tanto una pérdida de la calidad del gas, mientras que si el gasificante es el aire habrá un efecto de dilución por la presencia de nitrógeno, un aumento de la temperatura por lo que se genera una disminución de la proporción de residuo sólido y condensables generados en la pirólisis.

b) Factores de la biomasa gasificada:

- Análisis elemental: como se vio en el Tema 1, sería el

contenido de C, H, N, S y O. Influye en el valor de la relación agente gasificante/biomasa, así como en la cantidad de óxidos de nitrógeno y de azufre que se puedan formar.

- Análisis inmediato: al igual que anteriormente, sería la determinación de las cenizas, el material volátil y el carbono fijo. El contenido en cenizas da un valor sobre la cantidad de material que debe ser retirado del gasificador, y por tanto debe ser lo más bajo posible, ya que si es elevada se disminuirá la cantidad de biomasa que forma gas y por tanto que genera energía. Además, la determinación de la temperatura de fusión de éstas

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permite conocer si se llegan a formar escorias, con lo que eso supone de obstrucción de los equipos.

- Poder Calorífico: es el parámetro que determina la cantidad de energía presente en un combustible.

- Tamaño de partícula: determina el tiempo de residencia de la biomasa en el interior del gasificador, y por tanto el volumen del mismo.

- Densidad, forma y dureza de las partículas: a menor densidad la fluidización puede empeorar, aunque en ocasiones se puede mejorar el añadir un coadyuvante.

- Humedad: es el parámetro más importante para determinar si un proyecto de gasificación es viable económicamente.

c) Factores de diseño del gasificador:

- Geometría del reactor: es el que determina la cantidad de biomasa que se puede gasificar.

- Sistemas de alimentación y de retirada de biomasa/productos: la altura y las dimensiones de la salida de los gases, inciden sobre la conversión de la biomasa gasificada.

- Sistemas de acondicionamiento y limpieza del gas producto: en función del destino del gas producido, la limpieza del mismo será una u otra. Los parámetros que determinan las operaciones de limpieza generalmente son los alquitranes y las partículas.

3.4.2.4. Barreras de la gasificación

• Partículas: para eliminar las partículas se pueden emplear sistemas como los ciclones (empleados en las instalaciones de combustión), los filtros de barrera, los filtros electrostáticos y los wet scrubbers.

• Alquitranes: los alquitranes son compuestos orgánicos de carácter aromático del tipo benceno, naftaleno, pireno, etc., con puntos de ebullición entre 100 y 500 ºC, que se producen en los fenómenos de gasificación, tal y como se ha comentado con anterioridad en porcentajes entre el 0,1 y el 1%, dependiendo del tipo de gasificador empleado, de las

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condiciones de gasificación (temperatura, presión, tiempo de residencia, etc.), y de la biomasa que se emplea para gasificar. Hay que decir que si se aumenta la temperatura se disminuye la cantidad de alquitranes generados, aunque la composición de estos cambia. Por el contrario, un cierto nivel de humedad puede tener un efecto positivo, aunque a niveles elevados se reduce la temperatura de gasificación y el resultado es contrario al esperado. El tiempo de residencia es importante, ya que si se incrementa, el contenido de alquitranes disminuye.

Si los alquitranes se condensan, se producen taponamientos y ensuciamientos. También se pueden producir ensuciamiento de la superficie de intercambio de calor y formación de tapones en los intercambiadores; taponamiento del medio filtrante en equipos de lavado; formación de depósitos en el regulador de presión o en el filtro; formación de depósitos en el compresor o de hollín en las turbinas, etc. Por este motivo es necesario su tratamiento y eliminación, teniendo tolerancias distintas dependiendo de si el sistema de generación de energía es a través de motores de gas (10-100 mg/Nm3) o a través de turbinas de gas (0,5-5 mg/Nm3).

Las vías de eliminación de los alquitranes pueden ser físicas (usando tecnologías similares a las empleadas para la eliminación de partículas como los wet scrubbers, que requieren temperaturas del gas entre 35 y 60 ºC y mediante un fluido como agua o aceite en mayor medida retiene los alquitranes con una eficacia inferior al 98-99%; los precipitadores electrostáticos húmedos, cuya temperatura de operación es inferior a 150 ºC, y retiene los alquitranes que se encuentran en forma de aerosol; los filtros de barrera, son los menos aconsejables, pero en ocasiones se emplean) o catalíticas/térmicas (mediante el empleo de catalizadores metálicos y no metálicos). También se puede producir una eliminación térmica de los alquitranes sin catalizador, pero para ello se requieren temperaturas a partir de 900 ºC en función del alquitrán producido, siendo todos los alquitranes craqueados a partir de 1.300 ºC.

• Álcalis: por encima de los 800 ºC, las sales alcalinas se pueden evaporar y generar problemas en aquellos lugares en los que se depositen cuando se enfríen. Pero a 650 ºC los vapores comienzan a condensar y es muy recomendable que se eliminen sobre todo si se va a emplear el gas de gasificación en turbinas de gas, ya que pueden volver a vaporizarse por las

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altas temperaturas que se tienen en algunas de las zonas de la cámara de combustión. Para eliminar estos álcalis, el método más efectivo es disminuir la temperatura del gas producido hasta valores en los que dichas partículas de álcalis se puedan eliminar con sistemas como filtros de mangas, filtros electrostáticos o wet scrubber, comentados anteriormente.

• Amoniaco: el amoniaco es necesario eliminar del gas de gasificación, ya que se convierte en NOx durante la combustión del gas, y puede generar importantes problemas medioambientales. Su eliminación se puede llevar a cabo mediante la presencia de un catalizador del tipo dolomita que descomponga la molécula de amoniaco en nitrógeno e hidrógeno. Asimismo, también se puede producir dicha eliminación con wet scrubbing, pero para ello es preciso que el gas se enfríe previamente.

• Azufre: en aquellos casos en los que se genere también azufre en el gas, la eliminación de éste por su posible transformación a SOx se puede llevar a cabo mediante lavado o wet scrubbing.

• Metales pesados: puede ir con algunos de los diferentes tipos de biomasas susceptibles de gasificar, por lo que su eliminación se puede llevar a cabo con carbón activo, filtros de mangas y precipitadores electrostáticos.

• Halógenos: mediante la gasificación, el cloro se puede transformar a ácido clorhídrico y el bromo a ácido bromhídrico, por lo que su eliminación en aquellos casos en los que estén presentes en cantidades importantes se puede llevar a cabo con filtros o con carbón activo.

3.4.3. Pirólisis 3.4.3.1. Definición

El proceso pirolítico es aquel en el que se produce la degradación de la biomasa por efecto del calor sin la presencia de oxígeno, es decir, en una atmósfera completamente inerte. Los productos generados tienen tres estados: sólidos, líquidos y gaseosos, y corresponden a carbón o char, alquitranes y productos gaseosos o vapor piroleñoso. Como se ha visto con anterioridad, este proceso puede presentarse de manera individualizada o conjuntamente dentro de procesos como combustión o gasificación, aunque no presenta la evolución comercial e industrial como lo pueden hacer la combustión y la gasificación.

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Al requerir energía térmica para que se lleve a cabo el proceso, permite que se pueda dividir a la pirólisis en dos grupos:

• Sistemas alotérmicos o indirectos: la fuente de energía suele

ser el propio gas producido o el char generado, y se transmite por conducción y radiación de las paredes del reactor.

• Sistemas autotérmicos o directos: la energía necesaria la proporciona la combustión de parte de la carga.

Desde el punto de vista operativo, la pirólisis se puede clasificar de

la siguiente manera:

a) Pirólisis convencional: se emplean equipos rotatorios o de lecho

móvil e incluso horno de parrilla. En cualquier de los casos los sistemas pueden ser directos e indirectos.

b) Pirólisis rápida: conocida como “fast pyrolisis”. Aquí se incluyen los sistemas de polvo en suspensión.

c) Pirólisis instantánea: también conocida como “flash pyrolisis”. En este caso promete el lecho fluidizado en dos etapas, en el que se produce la combustión de un sólido y esto es lo que transfiere calor al sistema.

Si lo que se tiene en cuenta es la temperatura a partir de la cual se

lleva a cabo el proceso, la pirólisis se podría clasificar del siguiente modo:

a) Pirólisis a temperatura y velocidad de calentamiento bajas.

b) Pirólisis a temperatura y velocidad de calentamiento altas.

c) Pirólisis especiales: en este grupo se encuentran la pirólisis a vacío, la pirólisis flash y la pirólisis fast.

En la tabla 3.7 se muestran las características de los distintos tipos

de pirólisis.

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Pirólisis Tiempo de residencia

Velocidad de calentamiento

Presión (bar)

Temperatura máx (ºC)

Producto mayoritario

Carbonización Horas-días Muy baja 1 400 Sólido

Convencional 5-30 min. Baja 1 600 Gas, líquido

y sólido Fast 0,5-5 seg. Muy alta 1 650 Líquido

Flash-líquido < 1 seg. Alta 1 < 650 Líquido Flash-gas < 1 seg. Alta 1 > 650 Gas

Vacío 2-30 seg. Media < 0,1 400 Líquido 3.4.3.3. Proceso pirolítico

Dado que se producen un conjunto de reacciones químicas cuando se lleva a cabo la descomposición térmica de la biomasa, el tema siempre se ha abordado estudiando los diferentes componentes que constituyen el material que se va a pirolizar. El material que generalmente se ha estudiado es la madera, por lo que se procederá al análisis de los distintos componentes de la misma (celulosa, hemicelulosa y lignina).

En primer lugar hay que decir, que se pueden distinguir varias etapas en la pirólisis de la celulosa:

• La primera de ellas tiene lugar a temperaturas inferiores a 300

ºC, de tal forma que se llevan a cabo reacciones de despolimerización, oxidación, deshidratación y descarboxilación. Únicamente la celulosa que es atacada es la amorfa, por lo que aquí sólo se generaría monóxido de carbono y agua.

• En la segunda etapa, que se lleva a cabo cuando se tienen temperaturas superiores a los 300 ºC, es cuando se produce el carbón, el alquitrán (cuyo principal componente es el levoglucosano), y los productos gaseosos.

En la figura 3.22 se muestra un esquema sencillo de la pirólisis de

la celulosa.

Tabla 3.7. Características generales de los métodos de pirólisis. Fuente: Arauzo Pérez, J. M. 2002.

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Celulosa

Anhidrocelulosa

Levoglucosano yotros

CO, CO2, H2O, HC

Carbón vegetal

Volátiles condensables

Las celulosas son más sensibles al calor, por lo que la diferenciación entre las diferentes etapas que se producen tiene lugar a temperaturas que se encuentran en el rango de 200-260 ºC. Dan lugar en mayor medida a compuestos en fase gaseosa, menos alquitrán (sin levoglucosano) y menos carbón que la pirólisis de la celulosa. También se producen dos etapas que a continuación se comentan:

• Descomposición del polímero en fragmentos solubles.

• Conversión en unidades monómeras que rápidamente pasan a ser productos volátiles.

La pirólisis de la madera que tiene lugar es la suma de la pirólisis

de sus componentes mayoritarios: celulosa, hemicelulosa y lignina. Por lo que se refiere a la pirólisis de la lignina, también constituyente de la madera, genera compuestos aromáticos y mayor contenido en carbón, 55% aproximadamente, que para el caso de la celulosa, mientras que para el caso de los aceites piroleñosos se genera un 20%, un 15% de residuo alquitranoso y un 10% de gas.

En el caso que se pirolice biomasa forestal, las propiedades de ésta influyen de manera muy notable sobre los productos resultantes. Por ejemplo, la humedad lo que hace es disminuir el rendimiento del proceso de carbonización, ya que es necesario calor para evaporar esa agua, además de generar un carbón más frágil que si la biomasa tuviera menor contenido en humedad. Por dicho motivo se aconseja que la biomasa tenga un contenido en agua cercano al 10%. La densidad de la materia prima inicial también influye en la calidad del carbón que se formará con la pirolización, siendo recomendable para

Figura 3.22. Etapas en la descomposición térmica de la celulosa. Fuente: Elías Castells, X. y Velo García, E. 2005.

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obtener un carbón de calidad residuos forestales. El tamaño también es importante, ya que a mayor tamaño peor es la transmisión de calor, siendo recomendable tamaños comprendidos entre 2 y 10 cm. La composición química de la biomasa es muy importante, ya que a mayor contenido en lignina, más calidad tiene el carbón que se obtiene.

A la vista de lo comentado anteriormente, la descomposición térmica de la madera tiene lugar en etapas, de la manera siguiente:

• Entre 200 y 260ºC se produce la pirólisis de la celulosa.

• Entre 240 y 350ºC se tiene la pirólisis de la hemicelulosa.

• Entre 280 y 350ºC se lleva a cabo la pirólisis de la lignina.

Por tanto, a la vista de las temperaturas comentadas

anteriormente, se tiene cuatro etapas, siendo los límites de las mismas, 200ºC, 280ºC y 500ºC.

A modo de resumen, seguidamente se comentan las variables más favorables que hay que considerar si lo que se desea es obtener cada una de las fracciones

• Gas: temperatura elevada, gran velocidad de calentamiento,

preferiblemente en lecho fluidizado y lecho fluidizado circulante.

• Líquido: baja temperatura, velocidad de calentamiento elevada, pequeños tiempos de residencia del gas, preferiblemente en lecho fluidizado.

• Sólido: baja temperatura, pequeña velocidad de calentamiento, tiempo de residencia de las partículas elevado, preferiblemente en hornos rotatorio.

Un proceso pirolítico que se encuentra en fase de desarrollo es el

conocido como “pirólisis rápida”, que es aquel proceso en el que la biomasa se transforma en un líquido con un poder calorífico similar que el fueloleo. Para que se produzca es preciso que la biomasa esté muy fina, que se lleve a cabo el proceso a una temperatura de 500ºC, y es preciso que se produzca un enfriamiento rápido de los vapores para generar mayoritariamente “bio-oil”, aunque también se generan fracciones gaseosas y sólidas que se emplean como fuente de energía en el proceso.

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Este proceso comentado con anterioridad, se lleva a cabo en lechos fluidizados y circulantes, ya que es fácil de operar con ellos.

El bio-oil generado tiene una viscosidad similar el del fueloleo, y puede ser un perfecto sustituto de ése y del gasóleo, para la generación de energía eléctrica y/o térmica. Hoy por hoy su transformación a biocarburante líquido no es todavía rentable.

En la figura 3.23 se muestra un esquema de un proceso de pirólisis rápida.

Biomasa

Secado

Trituración

Reactor

Ciclón

Agentefluidizante

Calor para lapirólisis

Char

BIO-OIL

Gas reciclado

Gas

Enfriamiento

Como aspectos más destacados de esta tecnología, que se

encuentra en fase de investigación, destacan que la biomasa tiene que tener una humedad de aproximadamente el 10% y de tamaño pequeño, la velocidad de transferencia de calor debe ser elevada, a partir de 500 ºC es cuando se lleva a cabo una máxima producción de líquidos a partir de la madera, etc.

Las aplicaciones del bio-oil obtenido, a modo de resumen, se muestran en la figura 3.24.

Fuente 3.23. Esquema básico del proceso de pirólisis rápida. Fuente: Elías Castells, X. y Velo García, E. 2005.

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BIOMASASELECCIONADA

Pirólisis rápida

Extracto oreactivo

Estabilizado

TurbinaMotor

Caldera

Calor Electricidad Carburantetransporte

Productosquímicos

3.5. Procesos biológicos 3.5.1. Hidrólisis

Tal y como se comentó cuando se habló de la hidrólisis, encuadrada dentro del grupo de “procesos químicos”, ésta también puede ser enzimática, gracias a la acción, como su propio nombre indica, de enzimas. La celulosa y hemicelulosa, bajo la presencia de unas sustancias denominadas “celulasas”, se degrada a unos compuestos más sencillos (azúcares), que luego son posteriormente fermentados y a partir de los cuales se obtiene bioetanol. Primeramente se trata el residuo convenientemente, y es muy importante que se lleve a cabo correctamente porque es la que determina la rentabilidad industrial de este proceso. Tras el pretratamiento anterior, se obtiene la disolución donde se encuentran los azúcares fermentables y una fracción sólida en la que está presente la celulosa del residuo original.

Si se compara este tipo de hidrólisis con la hidrólisis ácida, se puede decir que la enzimática presenta ventajas frente a ésta por realizarse a una temperatura ambiental (por lo que no es necesario un gasto en combustible), a una presión atmosférica, se obtienen mayores rendimientos y no es necesario manejar productos químicos

Figura 3.24. Aplicaciones de los productos de la pirólisis rápida de biomasa. Fuente: Elías Castells, X. y Velo García, E. 2005.

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del tipo ácido sulfúrico, por lo que se pueden eliminar muchos riesgos.

3.5.2. Fermentación 3.5.2.1. Fermentación alcohólica 3.5.2.1.1. Concepto

Para el caso de la producción de bioetanol y teniendo en cuenta los procesos de tratamiento de los diferentes tipos de biomasa comentados anteriormente, e incluso gracias a la hidrólisis de ésta, la fermentación alcohólica es el último proceso necesario para generar bioetanol.

La fermentación alcohólica es aquel proceso en el que unos determinados microorganismos seleccionados oportunamente en el interior de un fermentador generan alcoholes a partir de unos sustratos azucarados. La reacción básica y última de dicho proceso producida por la presencia de una enzima generada por una levadura (aunque también se pueden utilizar bacterias y algún hongo) es la siguiente, aunque conviene decir que por cada molécula de azúcar se generan dos moléculas de etanol y dos de dióxido de carbono, aunque en menores cantidades se generan también glicerina, ácidos orgánicos, aldehídos, etc.:

Glucosa/Fructosa → Etanol + Dióxido de carbono

En el caso de partir de otro azúcar como la sacarosa, es preciso también mediante reacciones enzimáticas producidas por las enzimas de levaduras, obtener la glucosa y la fructosa bajo la presencia de agua. Hay que destacar que a la fermentación le influye muy directamente la presencia de oxígeno en el medio y las concentraciones de glucosa superiores a 150 g/l, ya que inhiben la reacción anterior y por tanto determinan la capacidad fermentativa, aunque para que se pueda llevar a cabo también deben estar presentes pequeñas cantidades de carbono, nitrógeno, sales minerales, oligoelementos, etc., todo ello a un pH entre 4 y 5.

Como se ha podido constatar, la obtención de etanol a partir de biomasa azucarada requiere la presencia de enzimas producidas por microorganismos como las levaduras. La selección de una cepa u otra debe realizarse oportunamente, ya que el éxito o el fracaso de la reacción vendrá motivado por cómo se haya llevado a cabo dicha

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selección. Es necesario conocer la cinética de las mismas así como sus propiedades, que podrían ser las siguientes:

• Ser genéticamente estables.

• Tener capacidad de reproducirse fácilmente y con rapidez.

• Generar el producto esperado en un período de tiempo lo más corto posible.

• Estar libre de otros microorganismos, por lo que tiene que ser un cultivo lo más puro posible.

• Mantenerse con facilidad en condiciones de viabilidad durante períodos de tiempo considerables.

3.5.2.1.2. Tipos

La reacción de fermentación alcohólica que es precisa en el proceso de obtención de bioetanol, se lleva a cabo en un fermentador y se puede producir de dos maneras:

a) en forma discontinua: en este caso la fermentación se detiene

en aquel momento en el que el medio de cultivo desaparece o cuando la concentración es óptima. En este caso el tiempo total de operación es la suma del tiempo de carga, del tiempo de reacción, del tiempo de descarga y del tiempo de acondicionamiento. Presentan costes de producción altos y un rendimiento pequeño, pero por el contrario permiten introducir cambios en el sistema de manera muy sencilla.

b) en forma continua: la disminución del sustrato inicial y el crecimiento de los microorganismos se compensa con un aporte regular y constante en función de necesidades sobre el fermentador, por lo que el volumen que se encuentra en el interior de éste es siempre el mismo. De manera continua trabajan los fermentadores de flujo pistón (necesita el mismo tiempo de reacción que un fermentador trabajando en discontinuo) o de mezcla completa (donde gracias a la agitación existente en el interior del fermentador, el sustrato que entra de manera continua se pone en las mismas condiciones que lo existente en el interior de aquél).

Como ya se ha comentado en este Tema, la producción de

bioetanol se puede llevar a cabo a partir de varios tipos de biomasas.

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Actualmente casi la totalidad del bioetanol obtenido se produce partiendo de materiales azucarados o amiláceos, aunque el denominado “bioetanol de segunda generación” se producirá a partir de materiales lignocelulósicos como los residuos agrícolas, los residuos forestales, los cultivos lignocelulósicos herbáceos o leñosos y los RSU. Es por ello por lo que a continuación se pasan a describir los dos tipos de procesos que se disponen para obtener bioetanol a partir de dichos materiales.

a) Procesos en dos etapas: es la ruta más habitual. En primer

lugar se lleva a cabo una hidrólisis química de naturaleza ácida o enzimática, siendo preferible la primera de ellas ya que se lleva a cabo con mayor rapidez, aunque ello puede llevar a la degradación de los azúcares y que conduce a una inhibición del proceso y por tanto una disminución del rendimiento, por lo que es preciso su eliminación inmediatamente. Este fenómeno no se produce en la hidrólisis enzimática, pero en contra tiene que es un proceso más caro, ya que es necesario realizar con anterioridad un pretratamiento (con productos químicos o con explosión con vapor).

b) Procesos en una etapa: son aquellos en los que la sacarificación y fermentación tienen lugar a la vez (SSF) y en el mismo reactor, y en esencia son los mismos procesos que si se llevaran a cabo la hidrólisis y la fermentación de manera independiente. En este caso se lleva a cabo la producción de enzima, la hidrólisis de la celulosa y la fermentación de los azúcares en un único reactor. La ventaja de este proceso simultáneo es que el rendimiento del proceso es superior y unido a lo comentado anteriormente respecto al fermentador, genera una reducción en la inversión a realizar. Finalmente, en este tipo de procesos se pueden emplear dos tipos de microorganismos (bacterias en este caso), uno de ellos para degradar la celulosa a azúcares y el otro para generar bioetanol a partir de estos.

En la figura 3.25 se muestran los distintos mecanismos de

producción de bioetanol a partir de la biomasa lignocelulósica y que resumen lo comentado anteriormente.

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Procesosconvencionales 2

etapas

Hidrólisisácida

Hidrólisisenzimática

Azúcares

Bacteria olevadura

Procesosinnovativos 1

etapa

Fermentaciónmonocultivo

ProcesoSSF

Fermentaciónco-cultivo

Etanol

BIOMASALIGNOCELULÓSICA

Una vez que se ha obtenido ya el bioetanol, éste no está todavía en

condiciones de ser comercializado, ya que debe sufrir un proceso de destilación para eliminar el agua que lleva. La mezcla se caliente, ya que el etanol tiene un punto de ebullición de 78,3 ºC, por lo que se evapora quedando en fase líquida el agua. Posteriormente el vapor de etanol se condensa.

Anteriormente, se ha comentado que para obtener bioetanol a partir de biomasa es preciso realizar previamente en algún caso una hidrólisis ácida o enzimática según sea el caso. Pero previamente a dicha hidrólisis, es preciso que se lleve a cabo un acondicionamiento de la materia prima empleada.

3.5.2.1.3. Pretratamiento

Puesto que actualmente, prácticamente la totalidad del bioetanol obtenido en el mundo se genera a partir de granos de cereal (en Estados Unidos a partir del maíz y en España a partir de la cebada o del trigo), es preciso llevar a cabo dos procesos con ellos muy diferenciados:

a) Proceso de molido húmedo o Wet Milling: se lleva a cabo en

aquellas plantas en las que se produce una gran cantidad de alcohol. Es la que mayoritariamente se emplea en los Estados Unidos. Cuando se desean obtener subproductos valorizables además del propio alcohol, se recomienda llevarlo a cabo a

Figura 3.25. Principales vías de producción de etanol a partir de biomasa lignocelulósica.

Fuente: Ballesteros Perdices, M. 1996.

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pesar de la complejidad que en sí tiene el proceso por el número de fases, con lo que eso supone de compuestos y separación entre ellos. Como se ha dicho que mayoritariamente se emplea en Estados Unidos y en este país se utiliza como materia prima el maíz para la obtención de bioetanol, el proceso que se sigue es el que se muestra en la figura 3.26. En primer lugar se lleva a cabo el secado y limpia de inertes de los granos de cereal. Posteriormente se remojan en una solución que posee pequeñas cantidades de dióxido de azufre y ácido láctico, que a 50 ºC, en presencia de agua y durante un tiempo aproximado de uno o dos días, ayudan a ablandar los granos de cereal. Como consecuencia de este proceso, los granos se hinchan de agua, luego posteriormente se ablandan, y debido a la existencia de un pH ácido, el almidón del grano de cereal se libera. Posteriormente se hace pasar a los granos por un separador para que el germen de los mismos flote debido al aceite que contienen y se puedan recoger con facilidad. De aquí se obtiene la fibra del grano y luego posteriormente se separa el almidón de las proteínas mediante un proceso de centrifugación.

Remojado

Extracción delgermen

Molienda ycribado

Separacióncentrífuga

Lavado Almidón Fermentación

Destilación

BIOETANOL

Germen50% aceite

Fibra

Gluten 70%proteína

Maíz

Figura 3.26. Esquema de proceso de fabricación de bioetanol a partir de cereal con la tecnología “Wet Milling” o proceso húmedo.

Fuente: Cerrillo, P. 2003.

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b) Proceso de molido en seco o Dry Milling: a diferencia del proceso anterior, se lleva a cabo en plantas de tamaño pequeño o mediano y es la técnica empleada actualmente en todas las plantas de fabricación de bioetanol en España. En este caso se limpian igualmente los granos de cereal de impurezas e inertes, para posteriormente someterles a un proceso de molienda, a partir del cual se genera una harina en la que está presente el germen, la fécula y la fibra. Para convertir a esa harina en azucarada es preciso el uso de enzimas o soluciones ácidas. Posteriormente se añade levadura para que comience el proceso de fermentación. Del producto resultante, y una vez que se haya extraído ya el alcohol, se obtiene un compuesto denominado DDGS (Dried Destiller Grains of Solubles o granos secos de destilería solubles), que suna vez que se seca sirve como alimento al ganado, pelletizándose previamente para facilitar su almacenamiento y transporte. En la figura 3.27 se muestra el esquema de este proceso.

Molienda Licuefacción Sacarificación Fermentación

Fermentación

FermentaciónConfiguración Evaporación

Mezcla de alimentación asecadero Secado Pelletización DDGS

Cereal

BIOETANOL

Hay que añadir en este punto como enlace entre la hidrólisis y la fermentación, que también se puede producir bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica mediante la utilización de levaduras termotolerantes, proceso que se ha investigado y patentado en el centro español de investigación CIEMAT. En este método, el proceso de hidrólisis y de fermentación se produce de manera simultánea a una temperatura de 42 ºC, durante un tiempo aproximado de 72 horas. Se trata de un sistema discontinuo basado en una explosión a

Figura 3.27. Esquema de proceso de fabricación de bioetanol a partir de cereal con la tecnología Dry Milling o proceso seco.

Fuente: Cerrillo, P. 2003.

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vapor, en una hidrólisis enzimática de la celulosa y en una fermentación simultánea de la glucosa generada, empleando una levadura conocida con el nombre de Kluyveromyces marxianus CECT 10875. De esta forma se amplía enormemente el número de materias primas susceptibles de emplearse para generar bioetanol, tales como residuos forestales, residuos agrícolas, pasta de papel, cultivos lignocelulósicos, así como incluso la fracción orgánica de los RSU.

Para que se lleve a cabo el proceso de explosión a vapor, es necesario previamente un pretratamiento de la biomasa (de los ya comentados en este Tema), para que de esta manera se tenga un tamaño de la misma entre 15 y 30 mm. Después a la biomasa se le somete a un tratamiento térmico al vapor a unas temperaturas entre 190 y 230 ºC y gracias a la inyección de vapor saturado directo durante un tiempo aproximado entre 1 y 10 minutos, por el que se produce la formación de una masa lignocelulósica húmeda donde se lleva a cabo la hidrólisis de la hemicelulosa, a la vez que el vapor de agua generado en el proceso entra en la estructura de la lignocelulosa para luego en su interior producirse la condensación del mismo formando lo que se denomina “agua capilar”. Cuando se despresuriza el sistema, esa agua se evapora rápidamente generando una ruptura de las fibras de la lignocelulosa. El resultado final, y tras un proceso de filtración, son dos fracciones, una líquida y otra sólida. La primera está formada por azúcares más o menos sencillos, mientras que la segunda está formada por celulosa y lignina, empleándose posteriormente para que se lleve a cabo la hidrólisis de la celulosa a glucosa. Esta fracción sólida se introduce en un fermentador (que trabaja a unas temperaturas situadas en el intervalo de 45-50 ºC) y se diluye hasta una proporción entre el 8 y el 15%, a la vez que se incorpora también un complejo celulolítico y enzimas glucosidasas. Bajo estos parámetros de funcionamiento, la levadura Kluyveromyces marxianus CECT 10875 trabaja correctamente, transformándose la glucosa a etanol de forma simultánea a su producción, por lo que el rendimiento de la hidrólisis aumenta considerablemente, obteniéndose a modo de ejemplo entre 150 y 170 litros de etanol a partir de 1.000 Kg de biomasa lignocelulósica con un contenido en celulosa entre el 35 y el 40%. El proceso comentado en el que la sacarificación y la fermentación se producen a la vez se conoce con el nombre de “SFS”.

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3.5.2.2. Fermentación anaeróbica (Digestión anaeróbica) 3.5.2.2.1. Concepto

La fermentación anaeróbica o digestión anaeróbica es aquel proceso en el que se produce la degradación de la materia orgánica en ausencia de oxígeno, gracias a la acción de una serie de microorganismos (bacterias), generando un gas combustible denominado “gas de vertedero” o “biogás”, dependiendo de si la reacción se produce en un vertedero controlado y sellado o en digestores de manera forzada (biometanización para el caso de la fracción orgánica de los RSU), respectivamente, así como otra serie de compuestos donde están presentes los compuestos minerales.

El proceso de digestión anaeróbica se puede llevar a cabo con diferentes tipos de biomasas como son los residuos agrícolas y ganaderos, los lodos de EDAR, los residuos industriales orgánicos, así como la fracción orgánica de RSU. En aquella instalación en la que participan conjuntamente en el proceso dos tipos de biomasas se denomina “codigestión”.

3.5.2.2.2. Etapas de la digestión

Hay cinco grandes poblaciones que intervienen en el proceso, donde se tienen tres etapas claramente diferenciadas:

• hidrólisis: es aquella fase en la que la materia orgánica

(constituida por proteínas, lípidos e hidratos de carbono), se polimeriza en compuestos más sencillos y fácilmente degradables por la acción de una serie de enzimas, segregadas por unas bacterias denominadas “hidrolítico-acidogénicas”.

• acidogénesis-acetogénesis: en este caso, a partir de los compuestos sencillos obtenidos en la etapa anterior, se producen las reacciones necesarias para que se generen ácidos orgánicos y ácido acético. Las bacterias que llevan a cabo ambos procesos son las “acidogénicas” y “acetogénicas”, respectivamente.

• metanogénesis: es la etapa final del proceso, y en él, el ácido acético generado en la etapa anterior se transforma en metano y dióxido de carbono por la acción de una serie de bacterias denominadas “metanogénicas”.

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De manera sencilla, el esquema en el que se muestran las distintas etapas de la fermentación anaeróbica, se expone en la figura 3.28.

BIOMASA

Bacteriashidrolíticas

Moléculassimples

Ácidoacético

Bacteriasmetanogénicas

BIOGÁS(CH4+CO2)

Ácidosvolátiles

Bacteriasacidogénicas

H2, CO2

Hidrólisis

Acidogénesis

Metanogénesis

3.5.2.2.3. Bacterias

Tal y como se ha comentado con anterioridad, hay varios tipos de bacterias que intervienen en el proceso de la fermentación o digestión anaeróbica.

a) Bacterias generadoras de ácidos: son bacterias productoras de

ácidos al fermentar los hidratos de carbono para generar dióxido de carbono, hidrógeno y una mezcla de ácidos orgánicos. Se trata de bacterias de crecimiento rápido, ya que el tiempo mínimo en el que doblan la población es de 30 minutos.

b) Bacterias acetogénicas: son un grupo que, utilizando los ácidos orgánicos generados por el grupo de bacterias anteriores, se genera ácido acético.

Figura 3.28. Etapas de la digestión anaeróbica. Fuente: Lomas Esteban, J. M. et. al. 2001.

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c) Bacterias metanogénicas: son los únicos microorganismos que en ausencia de oxígeno, pueden catalizar el acetato y el hidrógeno para dar compuestos gaseosos en ausencia de luz. En este grupo, se pueden distinguir dos tipos:

- Bacterias acetoclásticas: producen metano a partir de ácido

acético aunque lentamente (tardan de dos a tres días en duplicar su población).

- Bacterias utilizadoras de hidrógeno: producen metano y a la vez eliminan el hidrógeno. Se trata de bacterias de crecimiento rápido si se comparan con las anteriores, ya que duplican su población en tan solo 6 horas.

3.5.2.2.4. Parámetros

Seguidamente se van a comentar los parámetros más importantes que hay que considerar por parte de la materia prima que se va a emplear en un proceso de digestión anaeróbica.

a) pH: la determinación del pH es importante porque da una idea

de la composición de la biomasa.

b) Potencial redox: debe ser suficientemente bajo para que se puedan desarrollar las poblaciones de bacterias metanogénicas estrictas.

c) Caudal: en el caso que la materia prima a fermentar sea líquida, se fija en m3/día, mientras que si es sólido en t/día o t/hora.

d) Temperatura: hay que intentar conocer en todo momento el rango de temperaturas en el que los procesos se llevan a cabo de la manera mejor posible. La digestión anaeróbica puede llevarse a cabo en tres rangos de temperaturas posible:

- psicrófilo: por debajo de 20 ºC.

- mesófilo: entre 30 y 40 ºC.

- Termófilo: entre 50 y 70 ºC.

Si se produce un aumento en el rango de temperaturas, esto beneficia directamente a la cantidad de biogás generado, ya que aumenta la hidrólisis y por tanto la velocidad de

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crecimiento de las bacterias. En la posición termofílica se requiere mayor control y seguimiento, aunque se asegura la destrucción de patógenos.

e) DQO: es la Demanda Química de Oxígeno, que es la cantidad

de oxígeno necesaria para oxidar los compuestos reductores susceptibles de oxidarse por el dicromato y el permanganato en medio ácido. Mide en definitiva el contenido en materia orgánica de una muestra.

f) DBO: es la Demanda Biológica de Oxígeno, que es la cantidad de oxígeno consumida por los microorganismos para asimilar la materia orgánica presente en el residuo. Se mide la DBO5, que es la cantidad de oxígeno consumida después de 5 días de tratamiento a una temperatura de 20 ºC.

g) Sólidos: hay que considerar que la naturaleza de estos, su tamaño, su dureza, su composición química, etc., afectan a la degradabilidad del residuo.

h) Nitrógeno: tanto la forma amoniacal como la de nitrato. Forma parte de la relación “C/N”, y los microorganismos para que puedan degradar la materia prima necesitan que la misma esté equilibrada. Si es elevada, quiere decir que hay poco nitrógeno y por tanto no se forman las enzimas necesarias para que se lleve a cabo la fermentación anaeróbica, mientras que si es baja, la cantidad de nitrógeno es muy alta y no hay suficiente energía para todas las bacterias.

i) Fósforo: al igual que el nitrógeno, es un elemento esencial para los microorganismos.

j) Alcalinidad: mide la capacidad que tiene la materia prima de reaccionar con ácidos o para tamponar. Se debe a la existencia de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos.

k) Azufre: es importante determinarlo cuando se prevea la formación de ácido sulfúrico en el gas.

l) Inhibidores: se trata de analizar y determinar aquellos compuestos que inhiben las reacciones.

3.5.2.2.5. Tipos de digestores

Como se ha comenzado diciendo cuando se ha iniciado el mencionado proceso que nos ocupa, la producción de gas de vertedero se lleva a cabo en el vertedero controlado y sellado,

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mientras que la producción de biogás tiene lugar en los digestores. En este apartado se van a detallar los diferentes digestores que se tienen actualmente, y posteriormente se comentará cómo se produce el biogás en el vertedero.

1. Digestores discontinuos: como su propio nombre indica, la carga se realiza de manera discontinua, es decir, cuando se ha finalizado la digestión, el residuo se retira y se vuelve a llenar el digestor. La eficacia es baja por los arranques y paradas que se producen constantemente. Se suele emplear en países poco desarrollados.

2. Digestores continuos: el rendimiento es mucho mayor que los anteriores. En función del sistema de retención de la biomasa, los digestores se pueden clasificar de la siguiente manera:

a) Digestores con biomasa suspendida: los microorganismos

se encuentran flotando y no están fijos a ninguna superficie. A su vez se pueden clasificar en función de su complejidad:

▪ Mezcla completa: sencillos, sin recirculación, los

tiempos de retención hidráulica se encuentran aproximadamente entre 10 y 30 días por lo que la cantidad de gas generado es pequeña. Se pueden emplear tanto para residuos ganaderos como lodos de depuradora, ya que tienen una gran cantidad de residuos sólidos en suspensión.

▪ Flujo pistón: se puede utilizar para la degradación de residuos ganaderos que tengan el inóculo de los microorganismos anaeróbicos. El tiempo de residencia suele ser igual al anterior.

▪ Contacto: en él, el tiempo de residencia se reduce ostensiblemente a entre 2 y 6 días, ya que existe una separación y recirculación gracias a la existencia de un decantador. Las cantidades de gas generado son más altas, y se pueden emplear tanto para residuos de industrias agroalimentarias, como para residuos de papeleras, etc.

▪ Lecho expandido de lodos: en él se acumulan los microorganismos por decantación interna, y por la parte inferior se introduce el influente.

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b) Digestores con biomasa adherida: la biomasa se retiene en el interior del digestor como consecuencia de la existencia de un material inerte sobre el que se hace pasar el agua residual para su depuración. A su vez, estos se pueden dividir en:

▪ Biomasa adherida a superficies fijas: diferenciándose

los digestores de filtros no orientados y los digestores de película fija. Los primeros suelen ser de flujo ascendente, mientras que los segundos el flujo es descendente. Los reactores en ambos casos son muy estables y los tiempos de retención se establecen entre 0,5 y 3 días.

▪ Biomasa adherida a superficies móviles: las bacterias se fijan en un material inerte que colonizan y sobre el cual se hace pasar el fluido en sentido ascendente. Se dividen a la vez en digestores de lecho expandido o de lecho fluidizado.

c) Digestores de dos fases: se trata de un sistema en el que

hay presente dos digestores, en los cuales se realizan las etapas de manera individualizada. El sistema es más complejo y puede presentar algún tipo de complicación.

Figura 3.29. Sistemas de digestión anaerobia de lisieres y residuos agroalimentarios en Alemania. Fuente: www.biogas-nord.com.

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3.5.2.2.6. Vertederos

Los vertederos son aquellos lugares en los que se produce el depósito y el almacenamiento de los residuos que carecen de valorización o porque no hay una instalación de selección de compuestos que minimice las cantidades enviadas a aquél.

En su interior se producen reacciones anaeróbicas, de tal manera que la fracción orgánica de dichos residuos se degrada (en mayor o menor medida, con mayor o menor rapidez) generando gas de vertedero, que debe ser recogido y almacenado para su posterior uso energético. En el caso que no se aproveche debe ser quemado en una antorcha, ya que es más recomendable la pérdida energética que puede ocasionar, que su liberación a la atmósfera, y eso es debido al tiempo de permanencia de la molécula de metano frente a la de dióxido de carbono en la atmósfera.

La generación de gas de vertedero por la presencia de microorganismos, se llevará a cabo en función de una serie de parámetros que se establecen a continuación:

a) composición del residuo vertido: es la cantidad de materia

orgánica depositada en el vertedero.

b) sistema de gestión del vertido de residuos: el grado de compactación del vertedero, la mezcla de residuos, el sellado del vertedero, etc.

c) condiciones climatológicas de la zona: como por ejemplo el nivel de lluvias y las variaciones térmicas a lo largo del año.

Un aspecto importante del gas de vertedero que se genera en

estos, y al que hay que prestar una atención especial, es la presencia de siloxanos en el mismo, que se produce como consecuencia de la existencia de siliconas en los RSU, que al llevarse a cabo la fermentación anaerobia correspondiente, generan los mencionados siloxanos. Los siloxanos cuando alcanzan altas temperaturas en la cámara de combustión, se convierten en silicatos, sílice y otros compuestos cristalinos, precipitándose en forma de partículas abrasivas en el interior del motor, generando una reducción del volumen de la cámara de combustión a la vez que aumentan la relación de compresión y la tendencia a la detonación. Asimismo, contribuyen a la abrasión del interior del motor. El gas de vertedero se trata con carbón activo como elemento filtrante, filtros, condensación, etc.

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Hay que decir que se puede producir la co-combustión de biogás en centrales térmicas del régimen ordinario, según se recoge en el Real Decreto 661/2007 de 25 de Mayo por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial, por lo que la energía eléctrica producida será retribuida al precio que marca la legislación oportuna en todo momento.

3.5.2.2.7. Compostaje

Es un proceso que no es energético, pero que en ocasiones se realiza junto con alguno de los procesos comentados en este Tema, por lo que es necesario únicamente definirlo para que se conozca.

Se trata de un proceso de fermentación aeróbico, es decir, en presencia de oxígeno, donde se producen una serie de reacciones químicas que dan lugar a un material denominado compost, y que puede ser empleado como fertilizante orgánico o como mejorante de los suelos.

Figura 3.30. Compostaje de la fracción orgánica de los RSU y de las impurezas asociadas a ella.


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IV. RESUMEN

El tipo de conversiones para la biomasa es numeroso, precisamente derivado de la heterogeneidad de la misma, tal y como ya se ha visto. La clasificación de dichas conversiones se puede realizar atendiendo a parámetros como la humedad, la energía final obtenida, o la naturaleza del agente. Si se particulariza en este último parámetro, los procesos físicos a los que puede estar sometida la biomasa, en función de su naturaleza, son el transporte (en cintas o bandas transportadoras, en transportadores de cadena o de tornillo sinfín, elevadores de cangilones, o mediante transporte neumático), el almacenamiento (en silos cerrados o abiertos), el secado (de manera natural o forzada), la recolección o recogida, la disgregación, el astillado, el triturado, la molienda, el cribado y tamizado, la retención y la densificación (pelletizado y briquetado). Si lo que se tiene en cuenta son procesos químicos, los más destacados son la hidrólisis (ácida o enzimática), la extracción y la transesterificación. Dentro del grupo de procesos termoquímicos la combustión, la gasificación y la pirólisis son los desarrollados. Finalmente, la hidrólisis y la fermentación (alcohólica o anaeróbica), son los dos tipos de procesos biológicos que se han considerado.

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TEMA 4. BIOCOMBUSTIBLES


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I. INTRODUCCIÓN

Del conjunto de biomasas que se tienen disponibles con fines energéticos y que se han comentado en el Tema 2, y a la vista de las transformaciones necesarias para su aprovechamiento energético, comentadas en el Tema 3, se pueden clasificar a los biocombustibles en tres grandes grupos en función de su estado:

• Biocombustibles sólidos: con mayor o menor transformación de

la biomasa sólida.

• Biocombustibles líquidos: producidos generalmente por transformaciones de materiales sólidos.

• Biocombustibles gaseosos: obtenidos por transformaciones de materiales sólidos y/o líquidos.

Dependiendo del tipo de biocombustible obtenido, su empleo será

uno u otro, por lo que es importante detallar las características de los biocombustibles que en este Tema se enumeran.

II. OBJETIVOS

Sobre la base de lo comentado anteriormente, seguidamente se pasan a detallar los dos objetivos más destacados que se persiguen con este Tema:

• Clasificar los diferentes tipos de biocombustibles que se pueden

producir.

• Caracterizar los biocombustibles para sus diferentes aplicaciones energéticas.

III. BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS

Lo comentado mayoritariamente en este apartado para el caso de los biocombustibles sólidos, es información publicada por el profesor Dr. D. Francisco Marcos Martín, gran investigador y conocedor de aquellos, que lleva investigando en este tipo de biocombustibles desde hace muchos años.

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3.1. Leñas 3.1.1. Definición y origen

La leña es aquella parte de los árboles o arbustos, de las especies vegetales forestales o agrícolas leñosas, que troceadas se pueden destinar con fines energéticos.

Las especies más destacadas en cuanto a la producción de leñas son las siguientes:

• Especies forestales: son producidas como consecuencia de los

trabajos de poda, clara y restos de cortas finales.

- Coníferas: pinos.

- Frondosas: acacias, eucaliptos, fresnos, robles, encina, sauces, etc.

• Especies agrícolas: las leñas que producen son como

consecuencia del proceso de poda de especies como los árboles frutales, los árboles de frutos secos, el olivo, la vid, etc.

Cuando se habla de leñas, generalmente se asocia su origen a

especies forestales, motivado tanto por el aspecto histórico como la abundancia de superficies forestales.

Las leñas son importantes, porque de ellas se pueden obtener otros biocombustibles tanto sólidos como líquidos, como por ejemplo, astillas, carbón vegetal, bioetanol, etc.

3.1.2. Características

Para poder comparar calidades entre las leñas procedentes de una especie u otra, dentro de un mismo grupo (forestal o agrícola leñosa), es preciso que se realice una caracterización de las mismas.

3.1.2.1. Físicas

a) Forma: generalmente tiene una forma cilindro-cónica, por lo que arderá con facilidad cuanto menor sea el diámetro y la densidad.

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b) Aspecto: viene determinado tanto por su forma (comentada anteriormente), como por su color. El color varía dependiendo del lugar de procedencia de la especie forestal (con líquenes si viene de zonas de montañas, oscura si procede del ámbito urbano), y de la naturaleza de ésta. En el interior de la leña, el color se hace más claro cuanto más nos acerquemos a la parte central de la misma.

c) Densidad y peso del estéreo: se entiende por “estéreo” el peso de un metro cúbico de volumen aparente de madera. Como características más importantes para determinar el peso del estéreo, se encuentran la forma y las dimensiones de la leña apilada, la humedad de la leña, la densidad de la madera, y por supuesto la disposición de las leñas.

Si se tienen en cuenta humedades del 20% en base seca, que es una humedad media que alcanzan las leñas de las distintas especies una vez que se encuentran apiladas al aire libre durante unos días, los valores del peso de los estéreos por especies forestales, se presenta en la tabla 4.1.

Especie Peso estéreo (kg)

CONÍFERAS

Pinus sylvestris 342 – 451 Pinus pinaster ssp. atlantica 328 – 580

Pinus pinaster ssp. mesogeensis resinado 325 – 580 Pinus pinaster ssp. mesogeensis no resinado 294 – 580

Pinus nigra 291 Pinus halepensis 234 – 520

Pinus radiata 335 Pinus pinea 580 – 620

FRONDOSAS

Fagus sylvatica 650 Quercus robur 447 – 680 Quercus ilex 447 – 580

Quercus pyrenaica 507 Quercus faginea 546

Eucaliptus globulus 375 Eucaliptos camalduliensis 438

d) Humedad: es una variable importante que influye tanto en el precio de las leñas como en el aprovechamiento energético de las mismas, y puede medirse tanto en base seca como en base

Tabla 4.1. Peso del estéreo de especies forestales. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

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húmeda. A mayor humedad, las leñas deben ser más baratas porque menor contenido en materia seca y menor poder calorífico tendrán. A la hora de comprar leñas hay que fijarse no sólo en el peso sino también en la humedad.

e) Superficie específica: condiciona notablemente la combustión, y a mayor superficie específica más rápida será la misma, ya que mayor superficie de contacto habrá entre combustible y comburente.

f) Porcentaje de corteza: en función del peso relativo de esta fracción de la leña en el contexto global, las variables caracterizadoras de las leñas serán unas u otras, ya que la corteza tiene unas características físicas y químicas diferentes el interior de la leña. Las leñas de las partes bajas del árbol tendrán mayor contenido en cortezas que aquellas que procedan de las partes superior del mismo.

3.1.2.2. Químicas

a) Composición química elemental: depende del material de partida y del porcentaje de corteza que esté presente en la leña, así como de la cantidad de impurezas que ésta pueda contener. Es muy importante para saber el poder calorífico, los gases emitidos a la atmósfera y la composición química de las cenizas. En términos generales, la madera posee poco contenido en azufre y nitrógeno, por lo que la emisión de óxidos de azufre y de nitrógeno serán muy reducidos en los gases resultantes de su aprovechamiento energético.

b) Composición química por compuestos: la madera, como ya se ha comentado en anteriores Temas, está compuesta por hidratos de carbono complejos del tipo celulosa, hemicelulosa y lignina. Es importante también esta composición, porque al igual que se comentó anteriormente para el caso de la composición química elemental, el tener una u otra determina tanto los tipos de compuestos que estarían presentes en los gases como en las cenizas resultantes de los aprovechamientos energéticos de las leñas.

c) Poderes caloríficos: teniendo en cuenta lo comentado en el Tema 1, así como lo desarrollado en anteriores variables, está condicionado por la cantidad de agua, la composición química elemental y por compuestos, la presencia o no de impurezas, etc.

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3.1.2.3. Físico-químicas

a) Variables de combustibilidad: las más importantes son el coeficiente de conductividad térmica (mide la rapidez de transmisión del calor por conducción) y las temperaturas y tiempos de inicio de combustión, inflamación, temperatura máxima de llama, etc.

- Tiempo de combustión: es lo que tarda en iniciarse la

combustión. Varía con la temperatura del horno donde se lleve a cabo el aprovechamiento energético.

- Temperatura de combustión: aquella que determina el inicio de la combustión. Depende únicamente del tipo de leña empleado.

- Tiempo de inflamación: es aquel que se emplea hasta que se emite la llama. Depende de la temperatura del horno.

- Temperatura de inflamación: es aquella que corresponde con el inicio de la inflamación, y por tanto con la emisión de una llama, por lo que depende de la temperatura del horno.

- Tiempo de llama: es el tiempo que una leña está emitiendo llama en unas condiciones fijadas de temperatura. Depende del coeficiente de conductividad térmica, de la cantidad de combustible y de comburente, así como de la temperatura del horno.

- Temperatura máxima de llama: es el valor máximo que se alcanza en el interior del horno, por lo que condiciona la naturaleza de los materiales que se deben utilizar para la construcción del horno.

b) Potencia calorífica: es la cantidad de calor desprendido por

unidad de masa y de tiempo, y es función del poder calorífico de la leña, la forma de la misma, el coeficiente de conductividad térmica, la tecnología de combustión, etc. A la hora de utilizar leñas, interesa que al inicio de su aprovechamiento energético la potencia calorífica sea elevada (por dicho motivo se emplean en ese momento piñas que tienen una elevada superficie específica y arden muy deprisa), manteniéndose constante el resto del tiempo.

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3.1.3. Mercado

Generalmente este tipo de biocombustible se emplea mucho en España en estufas compactas e incluso en calderas de pequeña potencia de viviendas unifamiliares, teniendo en cuenta que si se sale de las fronteras españolas y de buena parte de los países europeos, y por ende, de los países desarrollados, las leñas se emplean tanto para calentar como para cocinar e incluso para la obtención de otro biocombustible que posteriormente se comentará y que es el carbón vegetal.

El uso de un tipo de leñas u otro dependerá del destino que se quiera dar a las mismas. Por ejemplo, la leña de coníferas es muy buena para iniciar la calefacción y obtener una determinada en poco tiempo, pero para mantener el rescoldo interesa la leña de frondosas. La leña de frondosas duras, como aquellas procedentes del género Quercus (encina, roble, quejigo), presentan unas características muy bueno e incluso mejores que la de las coníferas, de ahí que el precio de estas en muchas ocasiones sea superior.

Para aplicaciones muy concretas como son los restaurantes, la poda de especies agrícolas leñosas es muy demandada, llegándose a pagar por ellas elevados precios.

3.2. Astillas 3.2.1. Definición y origen

Las astillas son aquellos materiales que proceden de la fragmentación de materiales leñosos forestales o agrícolas (leñas por ejemplo), y que pueden estar formados tanto por madera como por corteza, o por madera únicamente. Asimismo, tienen la particularidad de poder emplearse también para la fabricación de otro tipo de biocombustibles sólidos como son los pellets y las briquetas.

Como se ha comentado con anterioridad en otros temas, los residuos forestales industriales pueden proceder de industrias de primera o de segunda transformación, siendo la primera la que transforma el material extraído directamente de las masas forestales y la que se encarga de transformarlo, mientras que las de segunda generación son aquellas que transforman los materiales obtenidos en las de primera generación.

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3.2.2. Características

Las características de las astillas son similares a las comentadas para el caso de las leñas, aunque en este caso se particularizará lo oportuno para adaptarlas a este caso.

3.2.2.1. Físicas

a) Forma y aspecto: la forma de la astilla es plana. El aspecto y el color de la misma será el del material de procedencia, madera o corteza, en función que provenga de uno u otro.

b) Tamaño: predominan la longitud y el ancho frente al grosor, variando entre 3-10 cm de longitud, 2-6 cm de ancho y no superando los 2 cm de grosor. Cuanto menores sean las dimensiones comentadas con anterioridad, más caras serán, ya que mayor densidad presentarán a la vez que mayor superficie específica y por tanto mejor combustión tendrán. El control de las dimensiones de las astillas se realizará sobre la propia astilladora.

c) Densidad: la densidad de este biocombustible es muy baja, aproximadamente entre 0,25 y 0,35 Kg/dm3, lo que hace que el transporte a largas distancias sea caro.

d) Superficie específica: a mayor superficie mejor reacción de combustión, porque mejor se producirá la reacción entre el combustible y el comburente y más potencia calorífica presentará. Si se compara la superficie específica de las astillas con la de las leñas, se puede decir que la de las primeras presenta un valor superior, por lo que arden más deprisa que la de las segundas, y esto se producirá en mayor medida cuando más pequeña sea la astilla. Cuanto más pequeña se haga la astilla mejor para facilitar y abaratar el transporte de las mismas, facilitar el almacenamiento y mejorar los parámetros de la combustión.

e) Humedad: al igual que se comentó en el anterior biocombustible, la humedad es un parámetro importante para determinar el precio de las astillas y el poder calorífico de las mismas. Eliminar humedad de las mismas es importante desde un punto de vista energético, pero a la vez caro, y en muchas ocasiones no compensa, por lo que hay que procurar utilizar materiales que tengan unos valores de humedad lo más bajos posibles y sobre los cuales se haya realizado ya un secado natural previo.

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3.2.2.2. Químicas

a) Composición química elemental.

b) Composición química por compuestos.

c) Poderes caloríficos

En los tres casos, al igual que se comentó para las leñas, los

valores que presentan las astillas son aquellos que poseen los materiales de partida, condicionados en función de si proceden de madera, de corteza, o de ambos.


a) Coeficiente de conductividad térmica: es el de la madera de donde procede de manera inicial, y en función de la evolución de la combustión, será el del residuo carbonoso que origina.

b) Variables de combustibilidad: hay que considerarlas, ya que al tener una cierta humedad, no se pueden almacenar sin removerlas periódicamente, por lo que en el caso que no se dé esto, puede suceder que haya una autoinflamación de las mismas.

c) Potencia calorífica: si se compara esta variable para las astillas con la de las leñas, se puede decir, que es superior para el primer caso que para el segundo, y eso se debe a que presenta una mayor superficie específica. Asimismo, la potencia calorífica también depende del poder calorífico, del coeficiente de conductividad térmica que depende de la densidad de las astillas, y del correcto funcionamiento del horno.

d) Índices de calidad energética: tomando el ejemplo de un país tan avanzado en el uso de las astillas con fines energéticos como es Finlandia, ésas se clasifican atendiendo a tres criterios como son la densidad energética, la humedad y su tamaño. El grave inconveniente que tienen, es que en ningún momento se recoge si en las astillas hay presentes productos químicos del tipo colas o barnices.

- Densidad energética: en la tabla 4.2 se realiza la

clasificación oportuna.

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Clase Densidad energética

en MWh/m3 (mínimo) Comparación

de calidad E1 0,9 Mejor E2 0,8 E3 0,7 E4 0,6 Peor

- Humedad: en la tabla 4.3 se recoge la clasificación que se realiza a las astillas atendiendo a este criterio.

Clase Humedad en base húmeda (% máximo)

Comparación de calidad

K1 40 Mejor K2 50 K3 60 K4 65 Peor

- Tamaño: en la tabla 4.4 se recoge la clasificación de las astillas atendiendo a este criterio.

Clase Tamaño de la astilla con un 95% < mm


P1 30 Mejor P2 45 P3 60 P4 100 Peor

Atendiendo a las variables comentadas anteriormente de manera conjunta, en la tabla 4.5 se clasifican las astillas convenientemente. Sobre la base de la mencionada tabla, las que presentan una calidad mayor serán aquellas que se encuadran en la clase 1, mientras que las peores serán las de la clase 4.

Tabla 4.2. Clasificación de astillas según la densidad energética. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

Tabla 4.3. Clasificación de astillas según la humedad. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

Tabla 4.4. Clasificación de astillas según el porcentaje de humedad. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

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Calidad: clase Tipología C1 E1 y K1 y P1

C2 No es de la clase C1; ninguno de ellos es

E3, ni E4, ni K3, ni K4, ni P3, ni P4 C3 No es de la clase C1; no es de la clase C2

C4 Ninguno de ellos es E4, ni K4, ni P4; ninguna de las anteriores

3.2.3. Mercado

El mercado de este tipo de biocombustibles está restringido a un sector muy concreto como puede ser el doméstico de viviendas unifamiliares. Generalmente en aquellos lugares en donde se empleen, la automatización del sistema energético es importante, ya que al tener una superficie específica y por tanto una potencia calorífica superior a la de las leñas, la rapidez con la que arden es destacada. Es por dicha razón por lo que será impensable tener un sistema manual, y por tanto se demuestra la viabilidad de un sistema automático.

3.3. Pellets 3.3.1. Definición y origen

El pellet es aquel biocombustible sólido que se produce como consecuencia de la densificación en una pelletizadora de materiales molidos y finos, procedentes de biomasas de origen agrario (agrícola y forestal principalmente). La producción de este biocombustible está asociado a una valorización importante de los residuos biomásicos para facilitar el transporte de estos y ser empleados en instalaciones completamente automáticas.

3.3.2. Características 3.3.2.1. Físicas

a) Forma y tamaño: la forma es cilíndrica, con un diámetro inferior a los 2,5 cm y una longitud que es variable, aunque ambas

Tabla 4.5. Calidad de las astillas según la normativa finlandesa. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

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variables dependen del tipo de matriz granuladora empleada y de la propia máquina.

b) Aspecto: depende, al igual que lo comentado para anteriores biocombustibles como la leña y las astillas, del material de procedencia, aunque en el caso que se adicione algún tipo de aglomerante con algún tipo de biomasa, puede ocurrir que tenga un color ligeramente más oscuro que el material de partido y sobre todo algo más de brillo, a pesar del proceso de baquelizado que se produce con el pelletizado.

c) Densidad: en este caso depende del material de partida empleado. Para el caso de los pellets que utilizan biomasa forestal, la densidad de estos es superior a los que se obtienen por la utilización de biomasa agrícola como pueden ser los residuos agrícolas herbáceos o leñosos. Para el caso de los residuos forestales, hay que añadir, que los pellets de especies frondosas como las especies pertenecientes al género Quercus, poseen una densidad superior a los pellets que proceden de biomasa forestal de coníferas. Asimismo, la presión de compactación en la pelletizadora también es determinante para poseer una densidad u otra.

d) En este biocombustible hay que destacar dos tipos de densidad: real y aparente. La primera de ellas es la relación entre la masa real y el volumen real, mientras que la aparente es la relación entre la masa de los pellets (que es igual que la masa real) y el volumen aparente de los pellets, siendo éste el volumen real más el volumen de los huecos entre ellos. Por tanto y a la vista de ambos conceptos, la densidad aparente es siempre inferior a la densidad real, por lo que a la hora de la compra de este biocombustible, y sobre todo a granel, hay que tener en cuenta un tipo u otro de densidad.

e) Humedad: depende del contenido de la materia prima que se emplee para pelletizar, aunque con dicho proceso al aumentarse la temperatura se suele perder algo de humedad con respecto al valor inicial con el que entró en la línea de pelletizado la biomasa original. Puesto que los pellets se pueden comercializar tanto a granel como ensacados, como luego se detallará con mayor profundidad en el apartado de “mercado”, los primeros pueden adsorber algo de agua, ya que la película de baquelizado que se produce durante la pelletización retiene dicha entrada.

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f) Friabilidad: es aquella característica que consiste en la capacidad que tienen los pellets de desmenuzarse cuando son sometidos a determinados movimientos. Es importante su cuantificación para la manipulación, el transporte y la combustión, y habrá más o menos calidad de los mismos, en función de si aquélla es menor o mayor, respectivamente.

3.3.2.2. Químicas

a) Composición química: depende de material empleado en su pelletización. En el caso que se empleen aglomerante o aditivos habrá que tener en cuenta la composición química de estos para determinar la composición química de los pellets.

b) Poderes caloríficos: asimismo, al igual que antes, depende de la materia prima inicial tomada para pelletizar en el caso que se considere el poder calorífico másico, es decir, aquella cantidad de energía que se mide por unidad de masa. Si se considera el poder calorífico volumétrico, que es aquella cantidad de energía que se mide por unidad de volumen, éste es superior al de las leñas o al de las astillas, ya que la densidad de los pellets es superior al de ellas.


a) Coeficiente de conductividad térmica: a mayor valor, a igualdad del resto de condiciones, mayor rapidez con la que se quema el pellet. Según avanza la combustión el coeficiente de combustibilidad variará ya que lo hace la composición química del material (no tienen la misma composición el material de partida o el residuo carbonoso que se obtiene con la combustión).

b) Combustibilidad e inflamabilidad: es válido lo comentado para las astillas, aunque la temperatura de inflamabilidad de los pellets será mayor que la de las astillas, y eso se debe al fenómeno ya enunciado denominado “baquelizado”, que es aquel por el que se produce en el exterior del pellet una transformación que conduce a la formación de la delgada película existente en dicho perímetro, en donde el coeficiente de conductividad térmica es inferior al resto del material inicial.

c) Potencia calorífica: los pellets tienen un tamaño relativamente pequeño, por lo que presentarán una potencia calorífica elevada si se comparan por ejemplo con las leñas o astillas ya

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comentadas, o con las briquetas que se describirán a continuación.

d) Índices de calidad energética: al igual que se hizo para el caso de las astillas, se tomará como base el modelo finlandés de clasificación de los biocombustibles en función de una serie de características.

- Densidad energética: en la tabla 4.6 se realiza la

clasificación de los pellets siguiendo este criterio.

Clase Densidad energética en MJ/dm3 (mínimo)


E1 1,8 Mejor E2 1,7 E3 1,6 E4 1,5 Peor

- Humedad: en la tabla 4.7 se recoge la clasificación que se

realiza a los pellets atendiendo a este criterio.

Clase Humedad en base húmeda (% máximo)


K1 40 Mejor K2 50 K3 60 K4 65 Peor

Tabla 4.6. Clasificación de pellets según la densidad energética. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

Tabla 4.7. Clasificación de pellets según la humedad. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

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- Friabilidad: en la tabla 4.8 se realiza la clasificación oportuna.

Clase % pellets rotos, como máximo


P1 3 Mejor P2 8 P3 15 P4 20 Peor

Sobre la base de la clasificación realizada a cada una de esas características, en la tabla 4.9 se muestran los valores que determinan cada una de las categorías a partir de las cuales se clasifican los pellets.

Calidad: clase Tipología

C1 E1 y K1 y P1

C2 No es de la clase C1; ninguno de ellos es E3, ni E4, ni K3, ni K4, ni P3, ni P4

C3 No es de la clase C1; no es de la clase C2; ninguno de ellos es E4, ni K4, ni P4

C4 Ninguna de las anteriores

3.3.3. Mercado

A nivel español, este biocombustible todavía no está tan extendido como en otros países, y eso se comprueba únicamente con el número de empresas pelletizadoras que están instaladas en España. Los últimos datos publicados en el año 2005 indican que hay instaladas en Europa 236 plantas, de las cuales sólo hay tres empresas que se encuentran ubicadas en España, una en Villacañas (Toledo) con 45.000 toneladas de capacidad, otra en Villaseca de la Sagra (Toledo) de 15.000 toneladas y otra en Santiago de Compostela (La Coruña) de 15.000 toneladas. Si esto se compara con otros países europeos, la situación demuestra que España se encuentra en situación de inferioridad frente a ellos.

Tabla 4.8. Clasificación de pellets según la friabilidad. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

Tabla 4.9. Calidad de los pellets según la normativa finlandesa. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

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Los pellets al ser un biocombustible con una densidad elevada, tienen un mercado potencial en el sector de la producción de energía térmica muy destacado, tanto a nivel doméstico, como industrial, pasando por el sector de servicios. Permite la automatización completa de las instalaciones térmicas al igual que sucede con los combustibles tradicionales (gasóleo de calefacción y gas natural), con la ventaja frente a estos de emplear una energía renovable como es la biomasa.

En España y en buena parte de los países europeos, los pellets que se fabrican son de madera, aunque hay otra serie de materias primas que también pueden ser empleadas. Es el caso de la paja de los cereales, que en algunos países ya se están fabricando y empleando, o biomasa procedente de cultivos energéticos (chopo, cardo, etc.).

Actualmente se comercializan a granel (siempre y cuando el consumo de pellets represente importantes cantidades, con lo que eso supone de disminución de precios, y generalmente para instalaciones que demanden mucha energía térmica) y en sacos de plástico desde 15 hasta 35 Kg (generalmente para estufas compactas en viviendas unifamiliares y es el pellet que más precio tiene por la calidad del mismo).

Figura 4.1. Pellets de biomasa de cardo. Fuente: Elaboración propia.

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3.4. Briquetas 3.4.1. Definición y origen

Las briquetas son un biocombustible parecido a los pellets pero de un tamaño mayor, y la biomasa que se emplea en su fabricación es la misma que la que se utiliza para la fabricación de pellets.

Las formas que adquieren las briquetas no son exactamente idénticas a la de los pellets pero de un tamaño inferior, sino que también pueden ser rectangulares, hexagonales, ovoidales, etc., todas ellas compactas o no.


a) Forma y tamaño: la forma de las briquetas puede ser muy variada como se ha comentado anteriormente, aunque la más habitual es la cilíndrica. Pueden ser tanto macizas como huecas, de forma prismática hexagonal, prismática rectangular, prismática octogonal, etc. El diámetro de las mismas se encuentra generalmente por encima de los 5 cm y la longitud más habitual puede variar entre 25 y 40 cm. La presencia de huecos en la briqueta se debe al aumento que se persigue de la superficie específica y a la mejora de la ignición de la misma, aunque como contrapartida lo que sucede es una pérdida de espacio físico para almacenamiento.

b) Aspecto y color: dependiendo del material de partida, el aspecto y el color de la briqueta será uno u otro. Al igual que sucedía para el caso de los pellets, la briqueta también sufre proceso de baquelización, por lo que la parte exterior tendrá un color más oscuro, impidiendo en todo momento la entrada de agua. Desde un punto de vista de marketing comercial, interesa que el color de la briqueta sea lo más idéntico posible al de la madera, de tal forma que las posibilidades de empleo de este tipo de biocombustible en lugar de la madera se aumenta y por tanto las ventas de dicho producto.

c) Densidad: lo mismo que sucedía para el caso de los pellets, la briqueta tiene una densidad muy superior a la de las leñas o astillas, facilitando en todo momento la manipulación, el transporte y el almacenamiento, dependiendo en todo momento del material de partida y de la presión que se ejerza

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para densificar el material. Puesto que su obtención conlleva un proceso industrial como es el briquetado, el precio de las briquetas debería ser siempre superior al de las leñas o astillas.

d) Humedad: al igual que sucede para el caso del pellet, la humedad de la materia prima que se emplea no debe ser excesivamente elevada, y esto unido a la disminución en algún punto porcentual del contenido de humedad de la biomasa, hace que el resultado final esté aproximadamente en el entorno del 8-10%. En el caso que se emplee materia prima que tenga cierto grado de humedad y se briquete, puede ocurrir que al intentar salir el agua del interior de la briqueta rompa ésta, produciéndose una disminución de la calidad de la briqueta. El baquelizado que aquí también se produce facilita que la briqueta no absorba humedad.

e) Friabilidad: esta característica es necesario estudiarla al igual que ocurría con los pellets y a diferencia de las leñas y astillas, ya que ambos están formados por densificación de partículas finas, por lo que hay que ver con qué facilidad se pueden romper ambos biocombustibles con los movimientos propios de la manipulación, del transporte y del almacenamiento.

3.4.2.2. Químicas

a) Composición química: depende obviamente del material de partida que se emplee para obtener la briqueta. En el caso que se empleen aditivos o aglomerante en la fabricación, habrá que tenerlos en cuenta.

b) Poderes caloríficos: hay que diferenciar entre el poder calorífico másico y el volumétrico. En cualquier caso, el poder calorífico de las briquetas será el del material de partida, aunque si se adicionan otras sustancias podrá variar ligeramente.


a) Combustibilidad e inflamabilidad: al igual que sucedía para los pellets, la temperatura de inflamabilidad de las briquetas es ligeramente superior a la de las astillas o a la de las leñas, ya que durante el briquetado se produce una transformación de la parte perimetral de la briqueta, que hace que se produzca una disminución del coeficiente de conductividad térmica frente al que posee la madera. Por lo que se refiere al tiempo de

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inflamabilidad, se puede decir que puede ser similar al de las leñas o astillas, ya que depende de si posee o no corteza, del porcentaje de ésta, etc. El coeficiente de conductividad térmica de las briquetas es superior al de la madera ya que al ser un material compactado, posee menos aire en su interior, lo que favorece los casos en los que se desee una combustión lenta, con el inconveniente que cuando se desmoronan arden más deprisa que las leñas o astillas de maderas densas.

b) Potencia calorífica: como ya se ha comentado para otros biocombustibles y para éste en concreto, depende de aspectos como la forma, la humedad, la densidad, el poder calorífico y el coeficiente de conductividad térmica.

c) Índices de calidad energética: en el caso de las briquetas, el Centro de Investigaciones CRA (Centre de Reserches Agronomiques) de Gembloux, Bélgica, ha realizado una clasificación de las briquetas en función de una serie de parámetros que a continuación se detallan en la tabla 4.10.

Buena Aceptable Mala Densidad > 1.200 Kg/m3 800-1.200 Kg/m3 < 800 Kg/m3

Materia mineral < 10% 10-20% > 20% Humedad < 20% 20-30% > 30%

Friabilidad hogar cerrado > 65 50-65 < 50 Friabilidad hogar abierto > 75 75-50 < 50

Incandescencia hogar cerrado > 20 min 10-20 min < 10 min Incandescencia hogar abierto > 30 min 20-30 min < 20 min

Además, siguiendo con la metodología finlandesa, las briquetas

también se pueden clasificar atendiendo a una serie de variables, de la misma manera que se hizo con los pellets.

Tabla 4.10. Criterios de aceptación de las briquetas por el CRA de Bélgica. Fuente: Mínguez, J. L. et. al. 1998.

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- Densidad energética:

Clase Densidad energética

en Kg/l Comparación

de calidad D1 > 1,1 Mejor D2 Entre 0,9 y 1,1 D3 Entre 0,8 y 0,9 D4 Menor de 0,8 Peor

- Humedad:

Clase Humedad en base

húmeda (% máximo) Comparación

de calidad H1 < 18% Mejor H2 Entre 18% y 25% H3 Entre 25% y 35% H4 > 35% Peor

- Poder Calorífico Inferior:

Clase PCI (Kcal/Kg) Comparación

de calidad P1 > 4.000 Mejor P2 Entre 3.600 y 4.000 P3 Entre 3.300 y 3.600 P4 Menor de 3.300 Peor

- Friabilidad:

Clase Friabilidad valor medio

(% adimensional) Comparación

de calidad F1 > 70 Mejor F2 Entre 60 y 70 F3 Entre 50 y 60 F4 < 50 Peor

Tabla 4.11. Clasificación de briquetas según la densidad energética. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

Tabla 4.12. Clasificación de briquetas según la humedad. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

Tabla 4.13. Clasificación de briquetas según el PCI. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

Tabla 4.14. Clasificación de briquetas según la friabilidad. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

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Sobre la base de la clasificación realizada a cada una de esas características, en la tabla 4.15 se muestran los valores que determinan cada una de las categorías a partir de las cuales se clasifican las briquetas.

Calidad: clase Tipología C1 D1 y P1 y H1 y F1

C2 No es de la clase C1; ninguno de ellos es D3, ni D4, ni P3, ni P4, ni F3, ni F4, ni H3,

ni H4

C3 No es de la clase C1; no es de la clase C2; ninguno de ellos es D4, ni P4, ni F4, ni H4

C4 Ninguna de las anteriores 3.4.3. Mercado

El mercado de las briquetas es más reducido que para el caso de los pellets, ya que se posibilita su utilización en aquellos lugares en los que se emplee leña, como pueden ser estufas compactas de viviendas unifamiliares, barbacoas, cocinas, etc., pero el inconveniente que presentan frente a los pellets es que no se puede automatizar en la medida que sucede con los pellets, por lo que eso frena a muchos potenciales consumidores.

En la actualidad, la briqueta más demandada es la que procede de residuos forestales (serrín fundamentalmente), ya que es la que posee el color más parecido al de la madera. La forma es cilíndrica y generalmente compacta.

La manera de comercializarlas puede ser tanto en cajas de cartón como de forma compacta, siendo mucho mejor esta última para evitar roturas de las briquetas durante la manipulación y el transporte, de ahí que sea muy importante cuantificar la friabilidad de este biocombustible.

3.5. Carbón vegetal 3.5.1. Definición y origen

El carbón vegetal es aquel biocombustible que se produce como consecuencia de una combustión incompleta de la madera. La diferencia sustancial entre el carbón vegetal y ésta es que el primero tiene un contenido en carbono mayor y por tanto será mejor

Tabla 4.15. Calidad de las briquetas según la normativa finlandesa. Fuente: Marcos Martín, F. 2001.

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combustible. La gran ventaja que presenta frente a aquélla es que el carbón no es atacable por microorganismos al ser un material prácticamente inerte.


a) Forma, color y aspecto: la forma del carbón es similar al de las leñas de donde procede, pudiéndose ser muy variada, aunque el color y el aspecto difieren mucho ya que es muy oscuro como consecuencia de las reacciones de carbonización que se producen.

b) Tamaño: el tamaño del carbón es también el de la materia prima que se emplea para la carbonización. A la vista de la comercialización que se tiene en este biocombustible, en donde el nicho de mercado fundamental se encuentra en su uso en parrillas y barbacoas principalmente en período estival, los fragmentos deben ser pequeños ya que se envasa en sacos de plástico de unos pocos kilogramos para facilitar su manipulación.

c) Densidad: esta característica es muy importante, ya que como normalmente su comercialización se realiza en envases de poco peso, a igualdad de esto y a mayor densidad, mayor energía y mayor facilidad y reducción de costes de transporte. Depende obviamente del material de partida, siendo mayor para el caso de las especies frondosas en lugar de las coníferas. Además, en función de cómo se realice la carbonización y la temperatura a la que se lleve a cabo, la densidad aumentará o no en mayor o menor medida en función también de la presión a la que esté sometida la madera empleada. Al igual que se ha comentado para otros biocombustibles, en este caso existe una diferencia importante entre la densidad aparente y real. Lo comentado anteriormente se recoge en la tabla 4.16.

Temperatura de carbonización (ºC) Densidad real (Kg/m3) 150 1.500 240 1.500 270 1.400

1.600 2.000 Tabla 4.16. Densidades reales de carbón vegetal en función de la temperatura

de carbonización. Fuente: Camps Michelena, M. y Marcos Martín, F. 2002.

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d) Superficie específica: sobre la base de la diferencia de densidad comentada anteriormente, se determina que el carbón vegetal tiene una gran cantidad de poros, lo que es positivo para la obtención de energía.

e) Humedad: se puede referir tanto a base húmeda como a base seca. Es un parámetro de gran importancia en los materiales de partida a partir de los cuales se obtiene carbón vegetal, ya que a mayor humedad menor rendimiento en la obtención de éste. También depende de la temperatura del proceso de carbonización, tal y como se demuestra en la tabla 4.17. Además al ser un material prácticamente inerte, no tiene la capacidad de adsorber agua. El contenido de humedad suele estar entre el 6% y el 10% medido en base seca.

Temperatura de carbonización (ºC) Humedad (%)

150 21 250 7 350 6 450 4

1.500 2

Figura 4.2. Carbón vegetal de encina. Fuente: Elaboración propia.

Tabla 4.17. Humedad del carbón vegetal en función de la temperatura de carbonización. Fuente: Camps Michelena, M. y Marcos Martín, F. 2002.

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f) Resistencia a la compresión: si este valor es pequeño ocurre que con el transporte y la manipulación se puede fragmentar el carbón y generar importantes cantidades de polvo. Cuando se produce la carbonización a altas temperaturas y de manera rápida, respetando en todo momento la estructura original de la madera, la resistencia a la compresión aumenta y por tanto la calidad del carbón.

3.5.2.2. Químicas

a) Composición química: ésta depende de la composición química de la materia que se emplea para la obtención de carbón, de la temperatura en el que se lleva a cabo el proceso, y del tipo de carbonización que se utiliza. A igualdad de condiciones, tendrán más carbono y por tanto mayor poder calorífico, aquellos carbones vegetales que proceden de materias primas que tienen elevados porcentajes de ése. Además, con el incremento de temperatura se obtienen también carbones con mayores contenidos en dicho elemento. En la tabla 4.18 se muestra la evolución del porcentaje de carbono en función de la temperatura en la que se lleva a cabo el proceso de carboneo, que se realiza en un horno tubular discontinuo durante un período de tiempo de tres horas.

Temperatura de pirólisis (ºC) % C 100 50,28 200 48,88 250 50,64 300 58,75 350 75,69 400 76,89 450 81,18 500 82,96 550 87,11 600 89,39

b) Poder calorífico: depende de la composición química de la materia prima empleada y del proceso de carbonización empleado.

Tabla 4.18. Variación del porcentaje de carbono en los carbones vegetales en función de la temperatura de carbonización.

Fuente: Camps Michelena, M. y Marcos Martín, F. 2002.

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3.5.3. Tecnologías de carbonización

El proceso de obtención de carbón vegetal es variado, existiendo técnicas completamente manuales y artesanales, hasta técnicas completamente industriales.

El concepto “tiempo de ciclo” se utilizará en varias ocasiones a lo largo de este apartado, y es la suma de los tiempos de carga del horno, del tiempo de carboneo, del tiempo de enfriado del carbón y del tiempo de descarga de éste. Lo que interesa en todo momento es que el tiempo de ciclo sea lo más corto posible, porque de esa manera la cantidad de carbón producido es mayor y por tanto la rentabilidad de las instalaciones necesarias para que el proceso de carbonización se lleve a cabo será mayor.

La clasificación que se puede realizar a éstas es variada, atendiendo a diferentes criterios. Seguidamente se encuadran los tipos de obtención de carbón vegetal más destacados, aunque no son los únicos.

1. Atendiendo a la barrera de separación madera-medio externo:

a) Tierra: fosa de tierra, parva tradicional, parva sueca con chimenea y horno Casamance.

b) Ladrillo: horno media naranja argentino, horno de colmena brasileño, horno de colina y horno cerámico Marcos.

c) Hormigón armado: horno Missouri.

d) Ladrillo-acero: horno Schwartz, horno Lambiotte.

e) Acero: horno metálico Marcos, horno TPI, horno Carbofrance, horno Pillard, horno Coppe.

2. Atendiendo al combustible que se emplea para secar y calentar la madera que se utiliza para obtener carbón vegetal.

a) De la propia madera: parvas (tradicional y sueca), fosas de tierra, hornos de ladrillo, horno Missouri, horno TPI, horno Carbofrance.

b) De otro combustible:

- Si el calor se transmite de manera indirecta: horno de

retortas metálicas.

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- Si el calor se transmite de manera directa a través de un gas caliente que circula entre la madera: horno Schwartz, horno Lambiotte.

3. Atendiendo a la inversión inicial necesario para su construcción:

a) Artesanales: de inversión muy pequeña, con tiempo de ciclo entre 20 y 35 días, y son del tipo parva y fosa.

b) Semi-industriales: de media inversión, con tiempo de ciclo entre 5 y 10 días, y son del tipo horno media naranja, horno colmena brasileño, horno de colina, horno TPI y Carbofrance, horno metálico Marcos.

c) Industriales: de inversión alta, con tiempo de ciclo inferior a 1 día, del tipo horno Lambiotte, horno Lurgi.

Seguidamente se comentan de manera muy somera cada uno de

los tipos comentados anteriormente.

• Fosa de tierra: consiste en excavar en el suelo una fosa donde

se deposita la madera que se desea carbonizar, tapándose posteriormente con tierra. El carbón obtenido es irregular y de composición diferente en función de si procede del lugar donde se ha iniciado la carbonización o del lugar en el que ha finalizado. Las hay de tamaño pequeño (de un metro de ancho como máximo) y de tamaño superior (con varios metros de ancho), y se forman con la ignición de madera, de tal modo que una vez que haya un buen fuego se va echando a la fosa madera hasta taparla, y el fuego se apaga pero sigue habiendo combustión aunque sin llama. Posteriormente se tapa con paja u hojas y encima se coloca una capa de tierra, dejando los huecos oportunos para facilitar en todo momento la salida de gases.

• Parva tradicional: produce un carbón irregular ya que en ningún momento se controlan las condiciones del proceso. La forma de la parva suele ser tronco-cónica o de montículo, con dimensiones que varían, y su construcción está basada en la disposición de los trozos de madera que se va a carbonizar, de tal manera que se permita la entrada de aire a la parva. En la parte más alta de la misma también habrá una serie de aberturas que permiten la salida de los gases que se producen como consecuencia del proceso que se lleva a cabo en su

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interior. Una vez que la parva esté formada, se deja un par de días al aire libre, procediéndose a su tapado formando una capa de hojas, paja, etc., y encima de dicha capa otra de arena procurando en todo momento que no sea de arcilla. El inicio de la carbonización se produce cuando se introduce un trozo de madera o de carbón vegetal por alguna de las aberturas existentes en la parva. La rapidez con la que se produce la carbonización depende de factores tales como la climatología del lugar, la madera empleada, la compactación de la carga, la forma de la parva y el control rudimentario del proceso.

• Parvas suecas: en el caso que se necesite obtener un carbón de calidad uniforme y en cantidades importantes, la parva tradicional debe sufrir algún tipo de modificación, como por ejemplo la colocación en la base de la misma de una red formada con troncos de madera sobre la cual se apila la madera. Para la salida de gases se instala una pequeña chimenea en el lado opuesto por donde se incendia la parva.

• Horno media naranja argentino: de dimensiones variables, tienen forma de media naranja y están construidos en ladrillo. Disponen de puertas que deben estar ubicadas en posiciones perpendiculares a la de los vientos dominantes, así como aberturas laterales para la entrada de aire y superiores para la evacuación de los mismos. El carbón obtenido es de muy buena calidad.

• Horno de colmena brasileño: con forma de cilindro acabado en casquete esférico, fabricado todo él con ladrillos. El tiempo de ciclo es inferior a los vistos hasta ahora, estando aproximadamente en torno a 8-12 días aproximadamente, aunque se podría disminuir ligeramente en aquellos casos en los que se emplee agua para enfriar el horno, pero esto sería a costa de tener mayores costes de producción.

• Horno de colina: es una adaptación del horno de colmena y por tanto la calidad del carbón es similar a aquél. Se excava a media ladera una profundidad variable entre 1 y 2 metros, explanando el terreno. La inversión que hay que realizar en la construcción del horno no es muy elevada.

• Horno Missouri: se suele emplear en climas con bajas temperaturas y en aquellos lugares donde haya heladas. El tamaño del horno es lo suficientemente grande como para que la entrada y salida de material se produzca de forma automática con tractores, palas cargadoras, etc. Las puertas que posee son de acero para evitar en todo momento las

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entradas o salidas de aire y se dispone de un total de ocho chimeneas (cuatro a cada lado del horno) por donde se produce la evacuación de los gases de carbonización. A la vista de las grandes dimensiones de este tipo de horno, en todo momento variables también, un inconveniente que presentan es el tiempo que necesitan de enfriamiento. El control del horno es importante, ya que en el caso que se produjera algún tipo de incendio, los resultados podrían ser muy perjudiciales. A pesar de ser un horno donde a priori se pueden obtener importantes rendimientos, la práctica ha demostrado que el número de estos instalados y en funcionamiento no es destacado, ya que se requieren importantes inversiones para su construcción, la cantidad de madera que se necesita no es la que en la gran mayoría de las ocasiones está disponible, etc.

• Horno Schwartz: se trata de un horno que posee una particularidad frente al resto, y se trata de utilizar los gases de escape para secar la madera y comenzar la carbonización.

• Horno Lambiotte: en este caso el carbón obtenido es de muy buena calidad y la continuidad del suministro de carbón es destacada por el carácter continuo del horno. La materia prima empleada debe transportarse hasta el lugar donde esté instalado aquél, por lo que es un problema la ubicación así como la garantía de la seguridad de suministro de madera para que esté trabajando el mayor tiempo posible, unido a las inversiones a realizar en el momento inicial. A pesar de estos inconvenientes, se trata del horno que presenta mayores rendimientos y el que ofrece carbón vegetal a un precio más competitivo. En este caso hay que tener en cuenta, que al ser un horno en el que el proceso se produce de manera continua, los gases que se generan y que se emiten fuera tienen poder calorífico y pueden ser empleados tanto para mantener la temperatura del horno como para otros fines energéticos, quemándose en una antorcha si no existen posibilidades de aprovechamiento al ser inflamables. A la vista que este tipo de horno es el que presenta mayores posibilidades, en la figura 4.3 se muestra el diagrama de flujo completo que se lleva a cabo con el mismo, asociado generalmente a una industria comercializadora del biocombustible obtenido.

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Poda deramas Destoconado Limpia de

árboles

Troceado

Transporte o acarreo deleñas

Carga del horno

Carbonización

Enfriamiento

Transporte delcarbón

Envasado

Almacenista

Distribuidor

Consumo

• Horno metálico Marcos: se trata de un horno portátil, con la ventaja que supone esto, ya que se puede ubicar en aquellos lugares en donde la abundancia de madera sea destacada para la producción de carbón vegetal. Los tamaños de este tipo de hornos son diversos y el precio de obtención del carbón con esta tecnología es muy competitivo. La forma es de prisma octogonal o hexagonal en su base, terminado en cono de planta similar a la base.

• Horno TPI (Tropical Products Institute): se trata de un horno fácilmente transportable y se encuentra formado por tres secciones: cilíndrica o anular inferior, cilíndrica o anular superior colocada encima de la anterior, y cónica de diámetro ligeramente inferior al anterior. Posee asas y bocas de salida de humos.

Figura 4.3. Línea de flujo de carbonización en el horno Lambiotte. Fuente: Camps Michelena, M. y Marcos Martín, F. 2002.

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• Horno Carbofrance: se trata de hornos metálicos discontinuos y continuos. Posee una tapadera compuesta por dos piezas concéntricas y una chimenea que parte del centro de la pieza anterior. Presenta una serie de ventajas como ser fácilmente desmontable, realizar un número importante de ciclos de carbonización, carbonizar una cantidad importante de residuos forestales.

3.5.4. Mercado

• En España todavía se carbonea sobre todo en la zona Oeste y Suroeste de la Península Ibérica, generalmente asociado a la existencia de especies forestales frondosas del tipo encina, alcornoque, olivo, etc. Todavía se usa mucho carbón vegetal en los municipios rurales de las zonas donde se carbonea.

• El carbón vegetal se puede comercializar tanto a granel como ensacado, cuyo uso fundamentalmente es el sector doméstico para las cocinas y las barbacoas y es en este caso cuando el carbón alcanza precios más elevados.

• La posibilidad de briquetar el carbón vegetal es importante, ya que posibilita al carbón vegetal ocupar el nicho de mercado que de por sí ya se comentó para el caso de las briquetas, fundamentalmente de residuos forestales, aunque este tipo de biocombustibles son muy demandadas por el sector industrial.

3.6. Otros biocombustibles sólidos

Tal y como se comentó en el Tema 2, los tipos de biomasa sólida son muy diversos y con procedencias variadas (residuos de cultivos agrícolas herbáceos, residuos de cultivos agrícolas leñosos, cultivos energéticos, residuos forestales, residuos de industrias agroalimentarias, residuos de industrias forestales, RSU).

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Cualquier biomasa sólida puede considerarse como biocombustible

sólido, es el caso de la paca de cualquier cultivo herbáceo como los cereales, el cardo, etc. Su utilización se puede llevar a cabo de manera directa previo desmenuzado de la misma. Asimismo, las rotopacas de residuos agrícolas leñosos son también consideradas como biocombustibles sólidos y su utilización energética implica una desagregación previa similar a la del cereal.

Por lo que se refiere a los residuos agroindustriales, el orujillo, la cáscara de almendra, la cascarilla de arroz, el hueso de aceituna, etc., son también biocombustibles sólidos, aunque generalmente no sufren ningún tipo de tratamiento físico de los ya comentados, por lo que su uso como fuente de energía suele realizarse de manera directa.

IV. BIOCOMBUSTIBLES LÍQUIDOS

Dentro de este apartado se distinguen tres tipos de biocombustibles líquidos también denominados “biocarburantes”. Se trata del bioetanol (empleado en la producción de ETBE como aditivo

Figura 4.4. Vista parcial de la planta de valorización energética de RSU en Madrid. Fuente: Imagen facilitada por TIRMADRID.

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de las gasolinas), el biodiésel y el aceite pirolítico. Seguidamente se pasará a detallar cada uno de estos biocombustibles.

4.1. Bioetanol

El bioetanol se puede utilizar como combustible de vehículos desde un 5% (E5), como máximo permitido por la legislación vigente al respecto sin necesidad de hacer ningún tipo de modificación al vehículo, hasta el 85% (E85) (siendo necesario a partir del 15% realizar modificaciones importantes y se emplea en los denominados “vehículos flexifuel” (FFV), fabricados por algunas compañías de automóviles y que están adaptados a utilizar tanto gasolina como dicho biocarburante). Pero la producción de bioetanol fundamentalmente es hoy en día para la obtención del compuesto denominado “ETBE” (etil-ter-butil-éter), que es un aditivo de las gasolinas (hasta un máximo del 15% según se establece en la Directiva 2003/17/CE), y que se genera si el bioetanol producido con materias primas biomásicas, en presencia de un catalizador ácido, se somete a una destilación catalítica con un compuesto denominado “isobuteno”, desprendiéndose en la reacción calor.

La utilización directa del bioetanol presenta una serie de problemas, como la necesidad de tener materiales resistentes a la corrosión, instalar en los vehículos un dispositivo para facilitar el arranque en frío, la aparición de agua en los motores (ya que el bioetanol es un compuesto que tiene mucha afinidad por el agua por lo que en los depósitos de los vehículos habría una separación de fases muy marcada y generaría importantes problemas), unido a que el bioetanol requiere en el transporte, manipulación y almacenamiento, importantes cuidados, etc., hace ser un combustible de difícil utilización de manera directa. Por todo ello se prefiere en la actualidad el empleo de ETBE con gasolina, ya que es miscible con la gasolina en todas las condiciones, posee menos volatilidad, muy baja solubilidad en agua, menor poder corrosivo que los alcoholes, mejor eficiencia térmica, mayor poder calorífico y relación estequiométrica más próxima a las de la gasolina, mejora el índice de octanos, etc. En España se está usando en mezclas de hasta un 15% del volumen de gasolina (ETBE15).

La fabricación de ETBE se lleva a cabo en los mismos lugares donde se está obteniendo actualmente MTBE (metil-ter-butil-éter), que se emplea como mejorante de las gasolinas y se obtiene a partir del petróleo. La adición de ETBE a la gasolina puede ser en la propia refinería, llevando los camiones cisternas la mezcla ya realizada, o

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bien realizar una mezcla directa (blending directo) en la propia terminal de bioetanol y de gasolina, a la cual llega la gasolina de refinerías y el bioetanol de plantas de producción, para luego desde aquí y gracias a camiones cisternas, suministrar el producto a las estaciones de servicio. Este último sistema presente ventajas frente al anterior, como la producción de menores cantidades de CO2, generar mayor octanaje y eficiencia en los motores, reducir las emisiones de partículas a la atmósfera, reducir la formación de ozono, reducir el contenido de azufre y reducir las emisiones de formaldehídos.

En la tabla 4.19 se muestra la comparativa entre las características que posee el bioetanol, el MTBE, el ETBE y la gasolina.

Etanol MTBE ETBE Gasolina Contenido en oxígeno (% peso) 34,8 18,2 15,7 14,8

Relación estequiométrica 9,0 11,7 12,1 14,8 Densidad (Kg/m3) 794 745 747 720/785 Tª ebullición (ºC) 78,3 55 71,7 30/210

Calor de vaporización (KJ/Kg) 850 320 310 330 PCI másico (KJ/Kg) 26.800 32.250 36.000 42.700 PCI volúmico (KJ/l) 21.285 26.260 26.910 32.020

Índice de octano RON 120 118 118 95/98 Índice de octano MON 99 102 102 85/90

Solubilidad en agua (%) 100 4,3 1,1 0,1

Finalmente, hay que decir que el bioetanol se puede aplicar también como aditivo de gasóleo, formando el compuesto denominado “E-Diésel”, que posee hasta un 15% de bioetanol, por lo que se amplía notablemente el mercado de este producto. Si se compara este producto con el diésel normal, se puede decir que reduce las emisiones de partículas y de otros gases contaminantes, mejorando a la vez el arranque en frío.

4.2. Biodiésel

Partiendo de especies oleaginosas, por compresión física o extracción química, se produce una sustancia líquida denominada “aceite bruto”, que si es sometido a procesos de limpieza de impurezas y se corrige su pH, se obtiene el denominado “aceite refinado”, que presenta una viscosidad incluso superior a la del gasóleo tradicional, por lo que es necesario someterlo a un proceso conocido con el nombre de transesterificación (ya comentado en el

Tabla 4.19. Características del etanol, MTBE, ETBE y de la gasolina. Fuente: Ballesteros Perdices, I. 2003.

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Tema 3), de donde se obtiene ya el denominado “biodiésel”. También se puede partir de aceites vegetales usados, siendo la materia prima más barata para la producción de biodiésel, los cuales deben ser asimismo transesterificados para poder ser empleados como combustibles.

El uso de los aceites vegetales en motores con precámara o con inyección directa puede variar. En este segundo caso, se puede provocar la parada del motor cuando se tiene un tiempo funcionando con aceites vegetales, por lo que sería recomendable su mezcla en orden del 5-10% con gasóleo convencional. La utilización del aceite vegetal únicamente no es posible ya que en función de la procedencia del mismo, puede ocurrir que algunos aceites pasen a estado sólido a temperaturas entre 10 y 15ºC, otros que se encuentren en estado líquido hasta casi los 0ºC, etc. Es por todo ello por lo que no resulta ser un biocombustible adecuado para su empleo de manera directa en los vehículos diésel, por los problemas que generaría la pulverización de este combustible y el consiguiente deterioro del motor del vehículo. Con la transesterificación, el aceite vegetal que pasa a ser éster metílico adquiere unas propiedades similares a las del gasóleo, aunque presenta algún inconveniente si se compara con ése, y por tanto se puede adicionar biodiésel al gasóleo para que todo vehículo lo pueda repostar sin problema alguno. En las tablas 4.20 y 4.21 se muestran las características más destacadas de los aceites vegetales de distintas especies vegetales que pueden ser empleados en la fabricación de biodiésel y la de los aceites y ésteres metílicos de dos especies vegetales más cultivadas para fines energéticos en España como son el girasol y la colza, todos ellos comparados con el gasóleo tradicional (el “número de cetano” indica la facilidad con la que un combustible se inflama en un motor).

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Características Cacahuete Colza Algodón Palma Soja Girasol Gasóleo Densidad a 20

ºC 0,914 0,916 0,915 --- 0,916 0,924 0,835

Viscosidad (cSt) a

20 ºC 37,8 ºC 50 ºC 80 ºC 100 ºC

88,5 ---

29,0 12,5 ---

77,8 ---

25,7 11,0 ---

69,9 35,9 24,8 --- 8,4

--- ---

28,6 12,5 8,3

--- 28,5 --- --- 7,6

65,9

34,9

4,2

2,2

Punto de fusión (ºC)

0/-3 0/-2 0/-4 23/27 -12/-29

-6 -12

Composición química

(% en masa) C H O

77,3 11,8 10,9

77,9 11,7 10,4

77,7 11,7 10,9

76,4 11,7 11,5

78,3 11,3 10,3

Número de cetano

39/41 32/36 35/40 38/40 36/39 33 52

PCI (MJ/Kg) 36,7 37,4 36,8 36,5 36,8 34,1 35,4 PCI (MJ/dm3) 33,5 34,3 33,7 --- 33,7

Residuo carbonoso (%)

0,25 0,42 0,15

Azufre (%) 0,0001 0,01 0,29

Aceite Éster metílico

Gasóleo Colza Girasol Colza Girasol

Densidad a 20 ºC (Kg/l) 0,916 0,924 0,884 0,880 0,835

PCI (MJ/l) 34,30 34,14 33,10 33,04 35,00

Viscosidad (mm2/sg) 20 ºC 77,8 65,9 7,5 8,0 4,2

Punto de fusión (ºC) -2 -18 -6 --- ---

Nº de cetano 32/36 33 47,8 47/51 52

Al poseer unas características los ésteres metílicos similares al

gasóleo de automoción, aquellos se pueden emplear como sustitutos de estos, aplicados a los vehículos diésel de manera directa o en

Tabla 4.20. Características de diferentes aceites vegetales en comparación con el gasóleo.

Fuente: Camps Michelena, M. y Marcos Martín, F. 2002.

Tabla 4.21. Características carburantes de los aceites y ésteres metílicos de colza y girasol en comparación con el gasóleo de automoción.

Fuente: Fernández González, J. 2003.

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proporciones variables. También se pueden emplear los aceites vegetales en mezclas con alcohol.

Su utilización en los motores presentan una serie de ventajas e inconvenientes siguientes:

a) Ventajas:

- El biodiésel mejora la lubricidad de los carburantes

aumentando la vida útil de los motores.

- Las cantidades de emisiones contaminantes que se generan es muy inferior a las obtenidas con gasóleo procedente del petróleo (no tiene emisiones significativas de dióxido de azufre, principalmente causante de la lluvia ácida y las emisiones de dióxido de carbono son hasta un 30% menor que las producidas con gasóleo).

- Los riesgos producidos durante la manipulación y transporte se reducen ostensiblemente al ser un producto de origen natural.

- La instalación de industrias productoras de biodiésel posibilita la creación de puestos de trabajo en el medio rural.

b) Inconvenientes:

- Los ésteres metílicos poseen niveles de viscosidad

superiores a los del gasóleo, pudiendo provocar algún tipo de problema en los arranques en frío, por lo que es uno de los motivos por los que se recomienda su mezcla con gasóleo tradicional.

- Al tener el biodiésel un poder calorífico inferior al del gasóleo tradicional, para obtener la misma energía se necesita un consumo mayor.

- El uso de biodiésel de manera única puede provocar el deterioro de elementos plásticos, metálicos, etc.

- Debido a un menor poder calorífico que el gasóleo tradicional, la distribución de este biocombustible posee unos rendimientos menores, ya que es necesaria una logística mayor para transportar la misma energía.

- El biodiésel es un producto de origen natural, por lo que en contacto con el aire o con el agua puede perder

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características básicas que le inhabiliten a ser empleado como combustible, por lo que el almacenamiento debe ser lo más corto posible.

4.3. Aceite pirolítico

Según se comentó en el Tema 3 cuando se trató la pirólisis como proceso termoquímico de obtención de biocombustibles, una de las fracciones resultantes de dicho proceso tenía la naturaleza líquida y era conocida con el nombre de “aceite pirolítico”, que puede ser empleado como combustible o como materia prima necesaria para la fabricación de productos químicos.

Para facilitar la obtención de aceite pirolítico durante el proceso de pirólisis, las condiciones que deben mantenerse durante el proceso son las siguientes:

• Se debe emplear una materia prima que tenga poco contenido

en humedad y el tamaño medio de partícula debe ser pequeño.

• La biomasa debe calentarse muy rápidamente.

• Hay que extremar precaución cuando se lleve a cabo el proceso, ya que la pirólisis se debe efectuar a 500 ºC, con vapor en un muy corto tiempo de actuación (dos segundos e incluso menos).

• Los vapores obtenidos deben ser enfriados rápidamente para condensar el aceite de pirólisis.

El resultante obtenido con este proceso tiene elevada viscosidad,

color muy oscuro, bajo pH, elevada densidad (1.200 Kg/m3), menos estable que los combustibles fósiles pero que permite sustituirlos fácilmente, con un poder calorífico (17 MJ/Kg) que suele estar aproximadamente entorno al 40% o 60% del que poseen los combustibles tradicionales, en función de si se considera en peso o en volumen. Se aconseja evitar el contacto con aire, evitar la exposición a la luz.

Las características propias de este aceite se presentan en la tabla 4.22.

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Propiedades físicas Valores típicos

Humedad (%) 15-30 pH 2,5

Densidad (Kg/l) 1,2

Anál

isis

el

emen

tal Carbono (%) 56,4

Hidrógeno (%) 6,2 Oxígeno (%) 37,3

Nitrógeno (%) 0,1 Cenizas (%) 0,1

PCS (según la humedad) (Kcal/Kg) 3.840 – 4.560 Viscosidad a 40 ºC y 25% de agua

(cp) 40 – 100

Sólidos en suspensión (%) 1% Destilación al vacío máx. 50% ya que se degrada el líquido

V. BIOCOMBUSTIBLES GASEOSOS

A la vista de las conversiones energéticas que se tienen con la biomasa, estudiadas y analizadas en el Tema 3, existen dos tipos de biocombustibles gaseosos, que a continuación se van a estudiar: por una parte el biogás (englobando aquí el gas de vertedero y el biogás propiamente dicho obtenido por digestión anaerobia de todo tipo de biomasas), y por otra el gas de gasificación o de pirolisis.

5.1. Biogás

Existen diferentes tipos de biomasas que son susceptibles de ser sometidas a fermentación anaerobia (digestión anaerobia), tal es el caso de los residuos ganaderos, los residuos agroindustriales que tengan un importante contenido en humedad, los lodos de EDAR y los RSU (cuyo proceso de degradación anaerobia se denomina “biometanización”). El biogás que se obtiene como consecuencia de la digestión anaerobia de los RSU que se producen en un vertedero se denomina “gas de vertedero”, y tiene unas particularidades que a continuación se comentan.

Tabla 4.22. Principales características del aceite obtenido por pirólisis de biomasa lignocelulósica.

Fuente: Elías Castells, X. y Velo García, E. 2005.

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5.1.1. Gas de vertedero

El gas que se genera en un vertedero está formado principalmente por metano y por dióxido de carbono, además de otra serie de compuestos en menores proporciones. De ahí que sea necesaria su eliminación en antorcha en aquellos casos en los que se no se realice un aprovechamiento energético, con una temperatura de combustión de 1.200 ºC y con un tiempo de retención de 0,3 segundos (para garantizar en todo momento la eliminación de dioxinas), ya que su emisión a la atmósfera ocasionaría graves problemas medioambientales. En la tabla 4.23 se muestra la composición típica media de este gas.

CH4 CO2 H2O H2 SH2 NH3 CO N2 O2 Otros

(%) 45-60 40-60 Saturado 0-0,2 0-1 0,1-1 0-0,2 0-1 0-1 Trazas

El PCI del gas de vertedero viene a ser entorno a 4.200 Kcal/m3 de término medio, y las aplicaciones más comunes son las siguientes:

• Generación de energía eléctrica y/o térmica en motores de gas:

cada metro cúbico de gas produce aproximadamente 1,5 kWh de energía eléctrica que es vertida a la red una vez que se realiza el autoconsumo propio de las instalaciones. La energía térmica generada en el proceso se aprovecha para calefactar instalaciones, obtener agua caliente sanitaria, para procesos industriales, etc.

• Conversión del biogás en gas natural: se trata de un sistema a partir del cual se puede valorizar este biocombustible.

La cantidad de biogás producido depende del tipo de residuo

existente en el vertedero. En función de la bibliografía consultada, se puede establecer que por cada tonelada de residuo se generan 100 m3 de gas de vertedero.

5.1.2. Biogás por digestión anaerobia

El biogás que se genera en un reactor o digestor está formado por una serie de compuestos que dependen del material de partida y del

Tabla 4.23. Composición química del gas de vertedero. Fuente: Campos Pozuelo, E. et. al. 2005.

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funcionamiento del proceso. En la tabla 4.24 se muestra la composición del biogás producido a partir de distintos tipos de biomasa.

% CH4 CO2 H2O H2 SH2 NH3 CO N2 O2 Otros

Residuos ganaderos

50-80

30-50

Saturado 0-2 0-1 Trazas 0-1 0-1 0-1 Trazas

Residuos agrícolas

50-80

30-50

Saturado 0-2 100-700 ppm

Trazas 0-1 0-1 0-1 Trazas

Lodos de EDAR

50-80

20-50


RSU 50-70

30-50


Como la producción de biogás en ocasiones no va acompasada con el utilización del mismo, es necesario su almacenamiento en unos depósitos con condiciones controladas denominados “gasómetros”. La utilización de este combustible puede ser tanto para la producción de electricidad en una caldera de gas, para la generación de energía eléctrica y/o térmica en motor de gas, turbina de gas e incluso en una central de gasificación integrada con turbina de gas y de vapor, o su utilización directa como biocarburante gaseoso.

5.2. Gas de gasificación o pirólisis 5.2.1. Gas de gasificación

El gas que se obtiene del proceso termoquímico denominado “gasificación”, varía en función de la materia prima empleada, del tipo de gasificador empleado y de las condiciones de operación de éste, como ya se comentó en el Tema 3. En la tabla 4.25 se muestra la composición del gas obtenido en la gasificación de biomasa residual, residuos lignocelulósicos y RSU.

Materia prima Biomasa residual Residuos lignocelulósicos RSU Agente oxidante Aire+vapor Aire Aire

Temperatura (ºC) 850 800 Presión (bar) 20 Atmosférica CO (% vol.) 8-15 13-25 10,7 CO2 (% vol.) 13-18 8-19 14,6 CH4 (% vol.) 4-8 0,25-2,5 2,3 H2 (% vol.) 8-12 10-22 4,6

Tabla 4.24. Composición química del gas de vertedero. Fuente: Campos Pozuelo, E. et. al. 2005.

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Materia prima Biomasa residual Residuos lignocelulósicos RSU H2O (% vol.) 7-15 15,2

PCS (Kcal/Nm3) 1.000-1.300 1.290 PCI (Kcal/Nm3) 950-1.400

En función del tipo de gasificador empleado, las características

típicas del gas obtenido por gasificación se presentan en la tabla 4.26.

Temperatura (ºC) Alquitrán Partícula

Capacidad máx. (t/h)

MWe Reacción Gas salida Mín. Máx.

Lech

o

fijo

Downdraft 1.000 800 m. bajo Moderado 0,5 0,1 1 Updraft 1.000 250 m. alto Moderado 10 1 10

Contracorriente 1.000 900 m. alto Moderado 1 0,1 2 Lecho fluidizado circulante 850 850 bajo m. alto 20 2 100

Lecho móvil horizontal 700 600 alto bajo 5 1 10 Horno rotatorio 800 800 alto alto 10 2 30

El gas obtenido tiene distintos destinos:

• Generación eléctrica a partir de motores a gas. Se quema el

gas obtenido y como consecuencia del acoplamiento de los alternadores al motor se produce una corriente eléctrica.

• Generación eléctrica a partir de turbina de gas. Igual que lo comentado anteriormente, pero en lugar de emplear motores a gas se usan turbinas de gas.

• Generación eléctrica con ciclo combinado. Se emplea una turbina de gas conectada a un alternador y alimentada por el gas del gasificador que produce energía eléctrica, a la vez que en otra turbina, en este caso de vapor producido como consecuencia del aprovechamiento de los gases de escape de la turbina de gas en una caldera, se conecta igualmente a un alternador para producir también energía eléctrica.

Tabla 4.25. Composición del gas obtenido de distintas biomasa mediante gasificación. Fuente: Elías Castells, X. y Velo García, E. 2005.

Tabla 4.26. Características de los gases de gasificación empleando como materia prima biomasa. Fuente: Elías Castells, X. y Velo García, E. 2005.

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5.2.2. Gas de pirólisis

En la pirólisis ya se ha visto que una de las fracciones que se producen es un gas que tiene también una composición variable en función de las condiciones de operación del proceso (a mayor temperatura mayor fracción gaseosa en detrimento de las fracciones sólidas y líquidas y mayor poder calorífico inferior). En la tabla 4.27 se muestra la evolución de la cantidad de gas de pirólisis de RSU obtenido en función de la variación de la temperatura de proceso.

Temperatura (ºC) Productos (% masa) Gas producido

Gases Líquidos Sólidos Nm3/Kg MJ/Kg 500 12,3 61,1 24,7 0,114 1,39 650 18,6 59,2 21,8 0,166 2,63 800 23,7 59,7 17,2 0,216 3,33 900 24,4 58,7 17,7 0,202 3,05

Asimismo, en la tabla 4.28 se muestra la composición química de la pirólisis de RSU en función de la temperatura a la que se lleve a cabo el proceso.

Temperatura (ºC)

CO (%)

CO2 (%)

H2 (%)

CH4 (%)

C2H6 (%)

C2H2 (%)

PCI (Kcal/Nm3)

650 30,5 31,8 16,5 15,9 3,1 2,2 2.821 815 34,1 20,6 28,6 13,7 0,8 2,2 2.744 927 35,3 18,3 32,4 10,5 1,1 2,4 2.695

El empleo de este gas producido en la pirólisis de biomasa, tiene

los mismos usos que el gas de vertedero, el biogás o el gas de gasificación.

Tabla 4.27. Distribución de productos para la pirólisis de RSU. Fuente: Elías Castells, X. y Velo García, E. 2005.

Tabla 4.28. Variación con la temperatura de la composición del gas de pirólisis de RSU. Fuente: Elías Castells, X. y Velo García, E. 2005.

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VI. RESUMEN

Dentro del grupo de biocombustibles sólidos, las leñas y astillas más empleadas son las procedentes de especies forestales como los pinos o las encinas y robles, así como también de otras agrícolas como el olivo o la vid. Los pellets y las briquetas son dos tipos de biocombustibles densificados que tienen un mercado potencial muy elevado, cuya materia prima para la fabricación de los mismos es variada, tanto agrícola como forestal. El carbón vegetal tuvo un uso generalizado hace unas décadas en zonas rurales, y ahora tiene una aplicación fundamental para parrillas en el sector doméstico y residencial.

Respecto a los biocombustibles líquidos, el bioetanol y el ETBE producido a partir de éste, así como el biodiésel, son los dos principales biocarburantes empleados en transporte, sin menospreciar la posibilidad de uso del aceite pirolítico.

Finalmente, el biogás procedente de la desgasificación de los vertederos o de digestores anaerobios, es un recurso gaseoso muy importante y que hay que considerar tanto para la producción de energía eléctrica como de energía térmica.

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TEMA 5. INSTALACIONES


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I. INTRODUCCIÓN

Independientemente de las instalaciones seleccionadas y comentadas en el presente Tema, hay que decir que en España existe un buen número de plantas de este tipo, generalmente de tamaño pequeño (salvo las industrias de producción de biocarburantes líquidos o las plantas de generación de energía eléctrica), aunque todavía quedan algunos tipos de instalaciones que no tienen presencia en España, como son las grandes centrales de cogeneración con biomasa (en las que la energía térmica producida se emplea como calefacción de distrito, al igual que sucede en buena parte de los países del Norte de Europa), la producción de energía eléctrica y/o térmica únicamente con biomasa procedente de cultivos energéticos adaptados a las condiciones del clima mediterráneo, la utilización de los diferentes tipos de biomasa con fines de obtención de hidrógeno para su aplicación directa o en pilas de combustible, la producción masiva de biocarburantes a partir de residuos agrícolas o residuos forestales, la producción de trigeneración a partir también de la biomasa, la utilización de la misma en centrales de co-combustión de carbón o en ciclos combinados de gas natural o la utilización de este recurso en forma de hibridación con otras energías renovables como la energía solar de media o alta temperatura (que se conseguirá próximamente gracias a la aprobación del Real Decreto 661/2007 de 25 de Mayo por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial), etc.

Por tanto, a la vista de las previsiones de crecimiento según el Plan de Energías Renovables 2005-2010, de los diferentes tipos de instalaciones existentes en España y de los ejemplos de otros tipos de biomasa que todavía no se han desarrollado, el futuro para esta energía renovable es muy prometedor por lo que el número de instalaciones seguirá creciendo, además siempre y cuando se llegue a condiciones de seguridad en el suministro y se lleven a cabo proyectos en los que se puedan utilizar diferentes tipos de biomasa en la instalación, de tal manera que se aumente la versatilidad de la misma. II. OBJETIVOS

Los objetivos que se persiguen con la presentación de las instalaciones que en este Tema se exponen son los siguientes:

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• Demostrar las posibilidades que tiene el recurso biomásico de utilizarse para obtener distintas formas de energía.

• Justificar los diferentes tipos de instalaciones para los recursos biomásicos existentes.

• Presentar la resolución de los variados problemas que se plantean de manera inicial en los lugares en los que se lleva a cabo el proyecto energético.

• Analizar cómo se pueden solventar problemas con la ayuda de la ingeniería energética.

• Comprobar la importancia que tienen los diferentes tipos de instalaciones en el mix de generación energética y en el de producción de biocarburantes.

• Acercar de manera práctica los elementos que intervienen en cada uno de los tipos de plantas y la función de los mismos.

III. RESIDUOS AGRÍCOLAS 3.1. Generalidades

La planta de Sangüesa en Navarra, fue la primera experiencia de utilización de residuos agrícolas herbáceos en España, con la finalidad de producir energía eléctrica, siguiendo otros proyectos como los de Briviesca (Burgos) o el de Miajadas (Cáceres).

Se trata de una planta de 25 MW de potencia eléctrica que genera vapor a 540ºC funcionando 8.000 horas al año, por lo que el consumo de la misma es de 160.000 toneladas, evitando así la emisión a la atmósfera de un total de 200.000 toneladas de CO2. Las necesidades en cuanto al consumo diario de paja en la planta es de 480 t/día.

Los problemas a los que se enfrenta todo proyecto de este tipo son los siguientes: la gestión del combustible (es decir, disponer de las cantidades de biomasa que demanda la planta asegurado durante un buen número de años, de tal forma que no se ponga en peligro en ningún momento el buen funcionamiento de la planta, todo ello a un precio adecuado que permita generar una rentabilidad adecuada, considerando el precio de la biomasa y el del kWh generado), y las dificultades del propio proyecto.

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3.2. Suministro de combustible

La logística de suministro de paja a la planta es muy importante, ya que en función de cómo se realice la rentabilidad será una u otra.

Los contratos que la empresa promotora ha realizado para el suministro de la biomasa son tanto con agricultores y cooperativas, como con intermediarios, y son de paja en campo, de paja puesto en almacenamientos intermedios, de paja puesto en planta, e incluso contratos por superficie o por cantidad. El precio del mismo depende de los rendimientos en grano que se hayan tenido en las cosechas, ya que a bajos rendimientos en grano, bajos rendimientos en paja y por tanto el precio de la misma se incrementa ostensiblemente.

El sistema seleccionado de suministro es descentralizado que consiste en establecer lugares de almacenamiento distribuidos por todo el área de suministro con una cantidad total de 500 toneladas cada uno, y en función de un planning previamente establecido, se produce en planta la recepción de la misma, que se produce en forma de pacas de dos tamaños: 2,5 m x 1,2 m x 0,9 m y 2,5 m x 1,2 m x 0,7 m, permitiendo así la total automatización de la descarga, por lo que ha sido necesaria la normalización de los camiones encargados del transporte, adecuándolos a los puentes grúas existentes en la planta.

La planta, que cuenta con una capacidad de almacenamiento para un consumo a plena carga durante 24 horas diarias de 3 días, permite que el número de camiones de Lunes a Sábado que entren por aquélla a descargar sea de 45, lo que hace un total de 600 t/día. 3.3. Generación eléctrica

La caldera instalada en la planta permite el empleo de residuos agrícolas herbáceos, así como madera en un porcentaje total de 50%, siempre y cuando se instalen los sistemas auxiliares necesarios.

La caldera es de parrilla vibratoria inclinada, refrigerada por agua, y las características del vapor a la salida de la caldera son 92 bares y 540ºC, con un rendimiento aproximado del 31%. Las paredes de la caldera están recubiertas por tuberías de agua caliente que posibilitan la producción de vapor que es el que se conduce a la turbina de vapor, que al estar conectada al alternador posibilitará la producción de energía eléctrica.

El ciclo de vapor que se tiene en la instalación es de alto rendimiento energético, donde se produce vapor a alta presión y alta temperatura, y con cuatro extracciones en la turbina de vapor para

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precalentamiento del condensado y del agua de alimentación a la caldera. El vapor que sale de la turbina de vapor se condensa en un condensador refrigerado por agua de río que se toma de un canal de riego, próximo a la planta, y que tras emplearse vuelve a retornarse de nuevo al canal.

La paja presenta dos problemas que son importantes: la corrosión por la presencia de cloro y de elementos alcalinos como el potasio (ambos existentes en los suelos y que las plantas los absorben como elementos nutritivos) y la sinterización de las cenizas (con fenómenos como el “slagging” y el “fouling”). Si la composición química de la paja respecto a esos dos elementos comentados con anterioridad se encuentra en el 0,3% y en el 1%, respectivamente, se podría decir que no habría problemas al respecto, aunque hay que destacar que el contenido de estos elementos en la biomasa dependerá del tipo de suelo y del tipo de cultivo que sea.

Los gases de escape se depuran haciéndolos pasar por un filtro de mangas, depositándose las particular así como las cenizas resultantes de la combustión en contenedores, empleándose posteriormente como abonos agrícolas.

3.4. Sistemas auxiliares

La planta produce electricidad a una tensión de 11 kV, elevándose mediante un transformador a una tensión de 66 kV. Sistemas como la estación de regulación y medida de gas natural, de tratamiento de agua, de tratamiento de efluentes, de protección de incendios, de mantenimiento y control de la misma, etc., se encuentran también instalados en la misma.

IV. RESIDUOS GANADEROS

A continuación se va a explicar la estructura y el funcionamiento de una planta de tratamiento integral de purines de cerdo con sistema de cogeneración asociado en Ágreda (Soria), que aunque utiliza un combustible convencional como es el gas natural, reciben las primas del régimen especial.

4.1. Generalidades

La planta objeto de este capítulo, se encuentra en la localidad soriana de Ágreda y tiene una capacidad de proceso de 200.000

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toneladas anuales, lo que equivale al residuo generado por una población aproximada de 100.000 cerdos. La capacidad de tratamiento de la instalación es de 8.000 horas anuales aproximadamente.

La planta cobra un canon a los ganaderos por cada metro cúbico que llevan a la misma para tratar, y lo hacen bien directamente o bien a través de la participación de ellos en la sociedad propietaria.

4.2. Proceso integral

El residuo ganadero se almacena en los depósitos que poseen un volumen total para tres días de funcionamiento ininterrumpido. Las características y la composición del mismo varían a lo largo del año y en función del sistema de alimentación que posean los animales. En términos generales, el residuo que se recepciona en la planta tiene un porcentaje de sólidos del 5%.

A la vista del porcentaje anterior, no se estima conveniente el sometimiento del residuo a un secado, dado el elevado contenido en agua del mismo, ya que se estima que el valor mínimo debe estar en el entorno del 20%.

Como los residuos provienen de distintas granjas, antes de proceder al proceso de concentración de los residuos es conveniente homogeneizar el producto y eliminar todas aquellas partículas que posean un tamaño adecuado. Para ello se hace pasar al residuo por un filtro que retiene aquellas partículas que poseen un tamaño superior a 0,5 mm. De esta manera se obtienen dos fracciones, una líquida con partículas en suspensión y otra sólida que se incorpora directamente al secado. El efecto inmediato conseguido con este sistema de filtración es el de reducir la cantidad de purín tratado, y por tanto la capacidad del evaporador necesario en la instalación.

Como el purín tiene un alto contenido en amoniaco (y esa es la razón por la que se trata de un abono muy utilizado por los agricultores, debido a la cantidad de nitrógeno que aporta a los cultivos), es necesario un sistema de fijación de dicho compuesto mediante la adición de ácido sulfúrico diluido, con lo que se consigue evitar el arrastre del amoniaco en el vapor de agua resultante de la evaporación del purín, se forma un compuesto orgánico enriquecido en sulfato amónico y se minimiza el valor del pH muy alcalino del producto.

Una vez que el residuo es tratado, se dirige al conjunto de tres evaporadores que trabajan en vacío, lo que posibilita el aumento de

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la diferencia de temperatura entre el vapor de calefacción y el líquido en ebullición. De esta forma se obtiene un producto con un contenido en sólidos superior al 20%, apto ya para ser secado de manera directa.

El secado al que se somete al producto es del tipo neumático, es decir, utiliza como fuente de energía los gases de escape del sistema de cogeneración asociado, obteniendo un producto con una humedad del 80% aproximadamente y un condensado que hay que tratar convenientemente con hipoclorito, para eliminar los olores y la oxidación de los restos de amoniaco que no se hayan eliminado anteriormente. Se controla automáticamente el caudal de alimentación, la presión y la temperatura. La energía necesaria en el proceso de evaporación, proviene del agua caliente que se produce como consecuencia de la refrigeración de las camisas de los motores de la planta de cogeneración. Si no suficiente el aporte térmico con dicho agua caliente, se usarán también los gases de escape que se reenviarán a una caldera de recuperación.

El producto seco obtenido, aproximadamente 6.000 t/año, posee una humedad del 12% que se emplea para la fabricación de fertilizantes en forma de pellets.

Los gases de escape que se obtienen en los motores de cogeneración y que no son aprovechados, se emiten directamente a la atmósfera sin sufrir tratamiento alguno, mientras que aquellos que sí son empleados en el proceso de secado del producto, deben ser tratados en ciclones y en un lavador de alta eficacia.

La planta de cogeneración con gas natural instalada, desde la cual se toman los gases de escape, tiene seis motores de gas cada uno con una potencia eléctrica de 2.724 kW, una potencia térmica de 980 kW y un rendimiento eléctrico del 41%. La cantidad de energía eléctrica producida es de 113 GWh, siendo prácticamente en su totalidad evacuada a la red. El gas natural necesario en la instalación se suministró inicialmente a la misma en forma de gas natural licuado.

V. RESIDUOS FORESTALES

En este capítulo se van a comentar dos instalaciones particulares y diferentes, que posibilitan demostrar la importancia de la biomasa como fuente energética.

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5.1. Central térmica de biomasa mediante ciclo combinado en Albuixech (Valencia)

Se trata de una instalación térmica en la que se emplea biomasa como combustible mediante ciclo combinado de motor alternativo con turbina de vapor. La biomasa se obtiene de los restos forestales, de los residuos de poda y de la jardinería municipal, así como de los restos de la industria de la zona que se recogen y se transportan hasta la planta en camiones donde se trituran y almacenan en un silo, incinerándose en un horno de combustión, recuperándose el calor de los gases de escape en una caldera para la generación de vapor que se inyecta en la turbina para la obtención de electricidad. Asimismo, se emplea el gas natural como combustible de apoyo que llega a la planta mediante la correspondiente conducción a 16 bares de presión.

El PCI de la biomasa se establece en 3.919 Kcal/Kg, y la instalación tiene una potencia de 8,9 MW, en la que existen dos máquinas: un motor de 3,7 MW eléctricos y una caldera-turbina de vapor de 5,2 MW. La cantidad de biomasa tratada al cabo del año es de 38.000 t/año.

La biomasa supone el 70% de las necesidades energéticas de la planta y se incinera en un horno de parrillas inclinadas. Los gases generados son conducidos a una caldera acuotubular donde se calienta agua hasta llegar a la temperatura de producción de vapor, para que éste se pueda enviar a una turbina de vapor de condensación, que al estar conectado con un alternador, genere energía eléctrica para el autoconsumo y la sobrante se pueda evacuar a la red.

Por lo que se refiere al gas natural, es quemado en un motor de combustión interna de rendimiento 41,1,%, que también va acoplado a otro alternador.

Los gases de escape generados por la combustión de ambos combustibles, son recogidos y conducidos al economizador de la caldera, con lo que se consigue un aumento en el calor de aquélla y por tanto de electricidad producida. Asimismo, el agua de refrigeración del sistema se aprovechará para precalentar el agua de alimentación a la caldera y el aire comburente, con lo que se consigue mejorar el rendimiento de la caldera.

La energía que se genera con la utilización de la biomasa y del gas natural, una vez que se emplea en la propia industria la necesaria para satisfacer los autoconsumos, se vierte a la red, previa transformación a media tensión en un centro de transformación.

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5.2. Calefacción centralizada en Cuéllar (Segovia) 5.2.1. Generalidades

La primera instalación de calefacción de distrito en España se construyó en la localidad segoviana de Cuéllar, villa rodeada de pinares y de terreno forestal, lo que posibilita el aprovechamiento energético de la biomasa que produce.

El Ayuntamiento de dicha localidad gestiona la biomasa que se producen en los montes públicos y la lleva a la central energética. Con ella se obtiene agua caliente sanitaria y calefacción que envían directamente al usuario final, que en este caso son doce viviendas unifamiliares, cinco cooperativas de viviendas, un centro social, un colegio y un polideportivo, aunque está abierta la posibilidad de que nuevos usuarios se enganchen a la red, ya que habría margen para hacerlo.

5.2.2. Sistemas de generación

La instalación energética dispone de un silo de almacenamiento de 100 m3 desde donde se abastecen las dos calderas de parrilla móvil acuotubulares existentes en la misma, una de ellas con una potencia de 4.500.000 Kcal/h y la otra de 600.000 Kcal/h. Ambas tienen un sistema de depuración de humos multiciclón con recuperador de calor. El sistema de calefacción se completa con los grupos motobombas para la circulación del agua caliente en las calderas y en el circuito.

Como sistemas auxiliares a la instalación se tiene el transformador eléctrico, el depósito de expansión de la instalación hidráulica, el sistema de control y el de extinción de incendios.

5.2.3. Proceso energético

En la instalación existe una playa donde se almacenan los distintos tipos de biomasa que se emplean en la misma, y luego por medio de un tractor pala se va depositando la biomasa en el depósito. Del silo, por medio de unas cintas transportadoras y gracias a la acción de empujadores hidráulicos, se conduce a la biomasa hasta las tolvas de alimentación de las calderas. En éstas se calienta el agua que luego posteriormente sale a 95ºC, impulsada por la bomba a lo largo de toda la distribución, la cual tiene una longitud de 2 Km.

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Durante los meses de invierno en los que se tiene que suministrar el servicio de calefacción y agua caliente sanitaria, se usa la caldera de mayor potencia, mientras que en los meses de verano en los que sólo hay consumo de agua caliente sanitaria se tiene en funcionamiento la caldera de menor potencia, por lo que por las tuberías existe un caudal inferior.

El agua caliente llega a los usuarios, y estos al disponer de un intercambiador, posibilita que haya una cesión de energía térmica del circuito de la instalación centralizada al de cada usuario particular. Cuando se produce dicho fenómeno, la temperatura del agua procedente de la planta posee una temperatura inferior y retorna a la planta por una tubería que discurre en paralelo por la tubería de agua caliente, nuevamente a la central para repetir nuevamente este proceso.

El emplear biomasa de tipo forestal en dicha instalación posibilita la no utilización de gasóleo C, por lo que se produce una diversificación aproximada de 644 tep/año.

5.2.4. Conexiones con usuarios

La energía que se genera en las calderas se distribuye por tuberías aisladas de acero al carbono con aislamiento de poliuretano y protección mecánica exterior de polietileno de alta densidad. Las tuberías están enterradas en zanjas a 1 metro de profundidad aproximadamente, y posee los elementos de dilatación oportunos.

En cada usuario de la calefacción centralizada, existe un o dos intercambiadores en paralelo con los sistemas de generación de energía térmica que tenían inicialmente. Además, se incorporan válvulas de corte, regulación, elementos de control, interconexiones, etc.

VI. RESIDUOS DE INDUSTRIAS AGROALIMENTARIAS

A la vista de la heterogeneidad de las biomasas pertenecientes a este grupo, en el presente apartado se describen varias instalaciones que utilizan diferentes tipos de residuos procedentes de la industria agroalimentaria.

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6.1. Industria cafetera

La instalación que se va a describir se encuentra ubicada en la empresa SEDA SOLUBLES, S.A., dedicada a la producción de café verde descafeinado y derivados, donde previamente había ya instalada una central de cogeneración con turbina de gas, por la gran cantidad de vapor que necesitan.

En el proceso productivo de esta empresa se genera un residuo denominado “marro de café”, el cual posee una humedad cercana al 75% lo que le hace no ser un buen combustible, a no ser que sufra un secado y se reduzca de esa manera su humedad hasta un valor próximo al 20%.

El planteamiento realizado es el de una instalación capaz de eliminar hasta 6 t/h de residuo reduciendo su humedad hasta el 20%, y posteriormente realizar su combustión en una cámara torsional (con forma cilíndrica y eje horizontal de paredes refrigeradas por agua, orientada a la combustión de materias primas con un importante contenido en celulosa de baja granulometría), pudiendo llegar a producir hasta 7 t/h de vapor. De esta manera se evita la deposición en el vertedero del marro de café generado en la industria, con los costes económicos derivados, y la reducción del consumo de gas natural necesario en el proceso productivo equivalente a las 7 t/h obtenidas con el residuo.

6.1.1. Generalidades

La instalación de combustión del residuo está compuesta por una cámara torsional y un secadero térmico que aprovecha los gases de escape de la cámara.

Los gases resultantes de la combustión de los marros son refrigerados previamente a su llegada a la cámara de mezcla. Entran en el secadero por el mismo lugar que lo hace el producto.

El inicio del sistema se lleva a cabo mediante el empleo de un quemador de gas natural, de tal forma que se permite tener las temperaturas adecuadas para iniciar la combustión del residuo industrial.

Hay que destacar que la cantidad de marro que se genera en la industria (6.000 Kg/h), debe ser recogido y conducido al secador, para lo cual se tiene una cinta transportadora y una tolva de alimentación del secador. Una vez seco (1.900 Kg/h) al 20% de humedad, se transporta reumáticamente y se lleva a la tolva de la

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cámara torsional, desde la cual se realiza la alimentación de ésta en función de sus necesidades. Las cenizas resultantes de la combustión se recogen de forma manual y se depositan finalmente en el vertedero controlado.

6.1.2. Instalación de combustión

Se tiene un edificio, donde a varias alturas, se tienen todos los elementos necesarios de la instalación. En la planta baja se tiene la sala de proceso y la sala de control, donde se encuentran los equipos principales (secador, cámara torsional, tolvas, cuadro general de control, cuadro general de baja tensión, etc.), mientras que en la cubierta se tienen elementos como el ventilador de tiro inducido, la chimenea de gases, etc. Asimismo, también se cuenta con una estación de regulación y medida que alimenta tanto a las calderas que se encontraban con anterioridad en la instalación, como al nuevo equipo.

6.1.3. Equipos principales 6.1.3.1. Secador térmico

El secador empleado en esta instalación tiene la gran ventaja de permitir reducir la humedad de un producto desde el 95% hasta el 5% con menos de un minuto de retención y evitando en todo momento que el material aumente en más de 20ºC.

Hay que tener en cuenta que el marro de café es un residuo industrial muy particular, ya que presenta unas particularidades que conviene destacar y que se tuvieron en cuenta a la hora de llevar a cabo el proyecto. Es un producto de difícil almacenamiento, ya que forma cavidades en los silos y fermenta por su elevado contenido en humedad. Además, y esto es una característica muy importante, es un producto de fácil inflamación, por lo que se aconseja no someterlo a una temperatura superior a los 200ºC, y es por esta razón por lo que es necesario considerar todas las medidas de seguridad antiincendios posible.

El marro de café entra gracias a un tornillo sinfín en la parte inferior del cilindro y se produce la eliminación de la humedad superficial del producto, debido a la corriente de aire caliente que proporciona el ventilador principal y a la agitación del producto, de tal manera que se tiene una gran superficie de contacto para producir dicha pérdida de humedad. Una vez superada esta etapa, la siguiente

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es la pérdida de la humedad interna del producto, y para ello se tienen unas palas que actúan como retenciones mecánicas. Los gases se separan en un ciclón entre los que recirculan y los que se emiten por la chimenea, mientras que el producto se conduce a la tolva que alimenta la cámara torsional.

6.1.3.2. Cámara torsional

La cámara torsional es un equipo cuya función es similar a la de un quemador convencional, diseñada para el quemado de materias primas con un tamaño de partícula entre 0,1 mm y 20-30 mm y que no pueden ser sometidos a una correcta combustión en sistemas de parrillas. En ella se generan vapores calientes que pueden ser aprovechados para el secado de productos, la producción de vapor o la producción de agua caliente sanitaria.

La cámara torsional que se tiene instalada se encuentra en una caldera acuotubular y satisface todas las necesidades de vapor del secador comentado anteriormente, para que el residuo pierda toda la humedad necesaria y se produzca su combustión de la mejor manera posible. El residuo permanece el mayor tiempo posible en la cámara (alrededor de un minuto) y está sometido a elevadas temperaturas (cercanas a 1.700ºC).

Tiene una forma cilíndrica en la que en su interior se genera un régimen ciclónico de tal manera que aquellas partículas que tienen un tamaño grande son retenidas para que sufran una combustión completa. A su alrededor hay una serie de conducciones por las que circula agua para refrigerar la cámara y se comunican con los del generador de vapor al cual se acopla el equipo, de tal manera que a la vez que se refrigera también se genera vapor que se dirige posteriormente al colector de fábrica en la sala de calderas.

Las cenizas que se generan en la combustión son recogidas periódicamente, aunque una buena parte de ellas pasan a la caldera de combustión con los humos.

6.2. Planta de producción de biodiésel a partir de aceites usados 6.2.1. Generalidades

BIONET Europa es una empresa ubicada en Reus (Tarragona), cuya actividad es la generación de biodiésel a partir de aceites vegetales usados. La industria cuenta con una superficie de 5.000 metros

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cuadrados, con un volumen de almacenamiento de 1.200 metros cúbicos para biodiésel, glicerina, metanol, hidróxido potásico, ácido sulfúrico y sulfato potásico, y posee una capacidad máxima de suministro de 50.000 toneladas de biodiésel.

El producto que obtienen es “Bionet10”, que es el resultado de la mezcla de 10% de biodiésel con gasóleo y permite su utilización en todos los motores diésel sin necesidad de llevar a cabo ningún cambio.

6.2.2. Proceso de obtención

Hay que tener en cuenta que dependiendo del tipo de aceite con el que se trabaje, habrá que llevar a cabo una reacción u otra.

Los aceites vegetales usados son previamente tratados mezclándose con cierta cantidad de glicerina a unos 40ºC aproximadamente durante unos diez minutos, sedimentándose en un depósito que mantiene una temperatura por encima del punto de fusión. Luego los aceites se bombean hasta el recipiente de esterificación, calentándose a una temperatura aproximada de 80ºC y añadiéndose metanol y ácido sulfúrico al 96%. Dicha reacción tiene lugar a una temperatura aproximada de 100ºC durante una hora. Las dos fracciones que se obtienen (biodiésel y solución metanólica) se separan convenientemente, y el biodiésel todavía no es apta su comercialización porque es de mala calidad y es por lo que debe sufrir posteriormente una reacción de transesterificación.

El hidróxido potásico que se usará en el proceso, se diluye con metanol gracias a la existencia de un agitador en el depósito donde tiene lugar dicha disolución durante un tiempo aproximado de 45 minutos al 30% en peso. Transcurrida dicha reacción la solución se bombea al depósito de almacenamiento cuya capacidad es para un tiempo aproximado de 48-72 horas.

La reacción de transesterificación entre el biodiésel y la solución anterior, tiene lugar en un reactor a una temperatura aproximada de 40ºC y a presión atmosférica. Después tiene lugar una sedimentación, de tal manera que el biodiésel sufre otra transesterificación con la solución de hidróxido potásico en metanol, agitándose durante un tiempo aproximado de 15 minutos, y trasvasándose el biodiésel a un depósito de sedimentación de donde se obtienen dos fases, una es el biodiésel que debe purificarse y la otra es la glicerina.

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El biodiésel obtenido se trata con agua y con ácido sulfúrico concentrado a presión y temperatura ambiente, y tras unos 5 minutos la mezcla vuelve a sedimentarse. El biodiésel que vuelve a ser obtenido se vuelve a lavar con agua, en este caso pura, y de dicha mezcla, tras sufrir otra sedimentación, se obtiene ya el biodiésel húmedo, que por medio de la acción de una bomba se conduce a un intercambiador y a un evaporador, donde se separa el agua y el metanol que lleva el biodiésel hasta una cantidad aproximada de 300 ppm. Las fracciones acuosas que se obtienen en sendos procesos son tratadas convenientemente como aguas residuales, depurándose posteriormente. Finalmente el biodiésel seco llega al tanque de almacenamiento.

Las fases de glicerina de los procesos de transesterificación y de refino se mezclan con ácido sulfúrico en un pH aproximado de 3, dando por un lado sulfato potásico en estado sólido que procede del hidróxido potásico empleado en el proceso, y por otro lado dos fases líquidas (una que contiene glicerina cruda y otra ácidos grasos). Los ácidos grasos se pueden llevar al tanque de almacenamiento de ácidos grasos o bien a la unidad de esterificación, y como la glicerina cruda ácida no es fácil comercializarla, se corrige su pH hasta un valor de 7 mediante la adición de hidróxido potásico, en unas condiciones de temperatura entre 30 y 40ºC. La glicerina después se le hace pasar por un evaporador para que se separe del agua y del metanol que contiene, pasando posteriormente estas dos fracciones a un separador en el que se obtiene agua y metanol que se recoge en un tanque de almacenamiento, quedando de nuevo almacenado para ser empleado en la transesterificación.

6.3. Planta de producción de energía eléctrica a partir de alperujo en Palenciana (Córdoba) 6.3.1. Generalidades

La materia prima que se utiliza en esta planta de producción de energía eléctrica, proviene de las cooperativas que realizan la segunda extracción de aceite.

Las características del producto que se emplea en la planta son las siguientes:

• Humedad alta y variable.

• Poder calorífico bajo y también variable (entre 2.000 y 2.200 Kcal/Kg).

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• Bajo punto de reblandecimiento y fusión de cenizas.

• Baja densidad.

La producción de energía eléctrica supone la eliminación de un total

de 130.000 a 150.000 toneladas de alperujo, generando un total de 90.000 MWh en la planta cuya potencia instalada es de 12 MW.

6.3.2. Generación eléctrica y depuración de gases

La caldera que tiene instalada la planta es de tipo lecho fluido, con posibilidad de ser alimentada con más de un tipo de combustible, incluso de aquellos que tengan una humedad importante. Asimismo, la caldera también dispone de un quemador auxiliar de gas natural que se emplea para realizar un calentamiento del lecho e iniciar la combustión del alperujo, de tal manera que cuando se alcanza la temperatura deseada (650ºC), se cesa de utilizar gas natural y comienza a alimentarse la caldera con alperujo, que suele suceder tras seis u ocho horas de la puesta en marcha.

El sistema de lecho fluido, formado por áridos en suspensión, consiste en un horno vertical y la salida de gases de manera vertical. La inyección del aire primario se realiza precalentado, de tal forma que se elimina bruscamente la humedad del combustible y posteriormente se produce la descomposición del mismo en partículas más finas para facilitar la combustión. El aire caliente se dirige a un intercambiador tubular (sobrecalentador y evaporador) donde se transmite el calor, llegando a otro intercambiador de calor (economizador). El vapor generado se inyecta en una turbina de condensación, que se encuentra acoplada a un generador eléctrico de 12 MW de potencia. El gas de escape se dirige a un apagachispas y a un filtro de mangas donde se retienen las cenizas, produciendo un gas limpio que es el que se emite ya a la atmósfera gracias a la acción de un ventilador de tiro inducido, siendo una pequeña parte reenviada nuevamente a la caldera.

El agua que la planta necesita en el proceso para la generación de vapor, se toma de unos pozos que se realizaron en la propia instalación. Dicho agua es tratada mediante hipoclorito sódico seguido de una filtración por gravedad mediante filtros de arena. Asimismo también se inyecta un inhibidor de la corrosión, un biocida y un antiincrustante, así como se repone el agua que se pierde en las torres de refrigeración o en las purgas de la instalación.

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La energía eléctrica generada en la planta se transforma desde la tensión de producción 6,3 kV a la tensión de transporte 66 kV mediante la acción de una subestación transformadora situada a la intemperie. En el caso de parada a la planta eléctrica, ésta tendría suministro eléctrico desde el exterior por la alimentación auxiliar de una línea de 15 kV.

6.4. Planta de generación de energía eléctrica a partir de orujillo en Lucena (Córdoba) 6.4.1. Generalidades

Se trata de una instalación de producción de energía eléctrica a partir de orujillo que se genera en la industria, que es almazara y extractora, promotora del proyecto, generando un total de 15.000 toneladas de orujillo con un PCI de 4.800 Kcal/Kg, un contenido en cenizas del 5% y una humedad que oscila entre el 12 y el 25%.

6.4.2. Generación eléctrica y depuración de gases

La producción de vapor a 320ºC y a una presión de 17 bares, se lleva a cabo en una caldera acuotubular, con hogar de combustión del tipo parrilla inclinada oscilante y refrigerada por agua, donde no se sobrepasan los 1.000ºC. La potencia de la planta que se emplea en autoconsumo es de 350 kW, mientras que se exportan 1,4 MW durante 7.800 horas anuales.

El orujillo es descargado por los camiones en una tolva de recepción, y posteriormente por medio de una cinta transportadora protegida de la lluvia y una serie de tornillos sinfines se alimenta a la caldera. El tratamiento de los gases de escape de ésta, se realiza gracias a un multiciclón y a un filtro de mangas.

El vapor generado en la caldera va a una turbina de vapor que acciona un alternador refrigerado por aire. Asimismo, se tienen instaladas dos torres de refrigeración de agua conectadas al condensador evaporativo del vapor de salida de la turbina, que disipan 6.600.000 Kcal/h, con un caudal a enfriar de 550 m3/h desde 42ºC a 30ºC.

6.4.3. Sistemas auxiliares

El agua necesaria en la instalación es tratada para el abastecimiento a la caldera y a las torres de refrigeración. El sistema

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de extinción de incendios de la planta está formado por extintores y bocas de incendio equipadas.

La planta cuenta con un sistema de control donde se controlan absolutamente todos los parámetros como la presión, la temperatura, etc. de todas las etapas de la misma, así como un sistema SAI (sistema de alimentación ininterrumpida) que asegura el funcionamiento del sistema de control durante una interrupción aproximada de 30 minutos.

6.5. Planta de generación de energía eléctrica a partir de cáscara de almendra en Pinoso (Alicante) 6.5.1. Generalidades

La instalación de producción de energía eléctrica a partir de cáscara de almendra, se encuentra en la localidad alicantina de Pinoso, donde las cantidades de almendra utilizadas son elevadas debido a la industria turronera existente en la zona.

La cantidad de cáscara de almendra producida en un año asciende a un total aproximado de 20.000 toneladas, la cual tiene unas características siguientes: elevado PCI (4.400 Kcal/Kg en base seca), humedad entre el 10 y el 12%, pocas cenizas (1% de la cantidad de combustible quemado), elevado contenido en volátiles (superior al 81%), distribución granulométrica regular, muy bajo contenido en cloro, sodio y potasio responsables todos ellos de la corrosión, y muy bajo contenido en azufre.

La característica principal de la planta construida es la posibilidad de utilizar otros combustibles como son los residuos de poda de viñas y olivos, orujo de uva, orujillo, etc., para aquellos años en los que la producción de cáscara de almendra sea baja.

6.5.2. Generación eléctrica y emisión de gases

En la instalación objeto de este apartado, se tiene instalada una caldera acuotubular, y consta además de un economizador, sobrecalentador y atemperador. La caldera es de parrilla vibrante lo que posibilita optimizar el contenido de inquemados, eliminar el consumo de gasóleo auxiliar y automatizar la eliminación de cenizas, con un rendimiento mínimo del 82%. Por debajo de las parrillas se introduce el aire primario, lo que sirve tanto para refrigerarlas como para llevar a cabo una buena combustión. La temperatura del agua

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de alimentación es de 85ºC y la temperatura del vapor generado es de 400ºC.

La cáscara de almendra se recepciona en una tolva, desde la cual, por medio de una cinta transportadora se lleva a un silo de almacenamiento con capacidad para almacenar materia prima para 24 horas de funcionamiento ininterrumpido de la caldera. Antes de la alimentación a la misma, la materia prima se criba para eliminar las partículas inferiores a 2 mm. Asimismo, también consta de un quemador de gasóleo que permite el encendido de la caldera.

El vapor generado en la caldera se expande en una turbina de vapor a condensación, conduciéndose después a un condensador de vacío. La refrigeración de éste se produce gracias a dos torres de potencia térmica de 11.000 kW, permitiendo una reducción de la temperatura de 38,3ºC a 28ºC. El condensado junto con el agua desmineralizada se lleva a un desgasificador, donde parte del vapor sobrante de la turbina se introduce para elevar la temperatura a 105ºC y separar los elementos inconfensables del agua de alimentación a la caldera.

La depuración de los gases está constituido por un multiciclón, donde los ciclones están colocados de manera vertical, lo que posibilita la reducción de cenizas en los gases muy inferior a lo permitido por la legislación vigente al respecto.

6.5.3. Sistemas auxiliares

El agua necesaria para reponer las pérdidas por purgas de caldera y turbina, se trata en una planta descalcificadora, luego pasa a una planta de ósmosis inversa antes de la desmineralización correspondiente.

La energía eléctrica que se genera en la planta se produce a una tensión de 6 kV, lo que se transforma a 20 kV gracias al correspondiente transformador. El excedente de energía eléctrica que se produce en la instalación se evacua a la red de distribución a una tensión de 20 kV.

Se dispone también de un sistema de monitorización y de control que permite la visualización de la planta en tiempo real en un ordenador.

Finalmente, hay que comentar que también hay instalado un sistema de prevención contra incendios, por el cual se tienen instalados bocas de incendio equipadas, extintores, detectores para

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humos e hidrantes exteriores con las correspondientes tuberías que conducen el agua hasta los mismos.

6.6. Planta de generación de energía eléctrica a partir de cáscarilla de arroz en Almácera (Valencia) 6.6.1. Generalidades

La planta de producción de energía eléctrica se encuentra en las instalaciones de una empresa que se dedica a la producción de arroz y de maíz.

En el proceso productivo de la misma se genera un residuo como es la cascarilla de arroz en una cantidad aproximada de 12.000 t/año, a la vez que se demanda energía eléctrica (de manera estable de Lunes a Viernes e inferior durante los fines de semana) y térmica (en forma de vapor saturado a 8 bares por medio de gas natural, teniendo un consumo de 2,8 GWh), en un tiempo de funcionamiento inicial de la fábrica de 6.500 horas/año para luego ser de 8.000 horas/año, con lo que la cascarilla producida será de 15.000 t/año.

6.6.2. Generación de energía

La cascarilla de arroz es el combustible que se utiliza y que alimenta a la caldera de lecho fluido de tipo acuotubular que se tiene instalada en la planta, cuyo lecho en suspensión está formado por arena y combustible, siendo la temperatura homogénea y baja, con capacidad de producción 10 t/h de vapor sobrecalentado a una presión de 62 bares y 485ºC. La caldera es alimentada con la cascarilla de arroz mencionada y con gas natural para los arranques. El vapor generado en la caldera se conduce a una turbina de vapor, cuya finalidad es la producir energía eléctrica. Asimismo, la turbina tiene una extracción que sirve para alimentar al desgasificador de la caldera.

La tecnología seleccionada de lecho fluido se ha llevado a cabo por la baja cantidad de NOx generado (ya que la producción de este compuesto se lleva a cabo por el aumento de la temperatura de combustión), mayor vida de la caldera por no producirse fusión de las cenizas, e incorporación del carbono fijo de la cascarilla al proceso de combustión aumentando el rendimiento de la caldera y mejorando las características de las cenizas que pueden ser revalorizadas por ejemplo en metalurgia, generándose una cantidad de 1.800 t/año.

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Los gases de escape producidos en la caldera son conducidos a un ciclón y a un filtro de mangas que retienen las partículas en suspensión, de tal forma que los gases que se emiten por la chimenea gracias a la presencia de un ventilador de tiro inducido, cumplen en todo momento los parámetros establecidos por la legislación vigente.

6.6.3. Valoración

La utilización de este residuo como fuente de combustible supondrá la no emisión a la atmósfera de 11.993 t/año, provocando un ahorro de energía primaria de 2.924 tep. La cantidad de energía eléctrica generada asciende a 15.875 MWh/año, siendo los autoconsumos de 3.600 MWh.

VII. RESIDUOS INDUSTRIAS FORESTALES

En este capítulo se van a comentar dos casos prácticos de sendas industrias forestales en la Comunidad Valenciana. Se trata de dos buenos ejemplos donde se realiza el tratamiento de los residuos forestales generados en el proceso productivo de las industrias. El particularizar los dos casos a la Comunidad Valenciana, no implica que en el resto de España no se tengan experiencias de este tipo, ya que se tienen ejemplos en Comunidades como Castilla La Mancha, Castilla y León, Andalucía, etc.

7.1. Planta de generación de energía térmica en industria forestal en Utiel (Valencia)

Seguidamente se va a comentar un ejemplo actual sobre la utilización de los residuos de industrias forestales como combustible y la utilización de la energía generada en su proceso productivo.

El caso que nos ocupa es el de una industria que se dedica a la producción de tableros aglomerados de madera y recubrimientos melamínicos, ubicada en el municipio valenciano de Utiel. Para su proceso productivo requiere importantes cantidades de energía térmica en forma de gases calientes y aceite térmico que posibiliten el accionamiento de las máquinas, por lo que dispone de una planta de cogeneración con motor diesel con completo aprovechamiento de gases de combustión y aguas de refrigeración, dos cámaras de combustión empleadas para el secado de las virutas de madera y

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cuatro calderas de aceite térmico, dos alimentadas con fueloleo y otras dos con biomasa industrial forestal.

Los residuos que se generan en el proceso productivo se pueden emplear como fuente calor, posibilitando la reducción en 2.552 t/año la cantidad de fueloleo consumido.

La industria emplea troncos de árboles y maderas de segunda y de tercera transformación, generándose residuos del tipo polvo de madera (empleándose en las cámaras de combustión para generar gases calientes y secar las virutas), astillas, virutas, barreduras de madera, cortezas de tronco (todas ellas empleadas en las dos calderas mencionadas con anterioridad) o polvo extrafino contaminado con sílice de tamaño muy pequeño y con una humedad del 4-5%, que no es empleado ni en el proceso productivo ni como combustible por las posibles explosiones que puede provocar en las cámaras de combustión al utilizarse como fuente energética.

Las potencia de la caldera es de 5.000.000 Kcal/h con quemador industrial para polvo de madera y fueloleo (8.000 t/año de polvo extrafino de madera con PCI de 4.000 Kcal/h o bien 2.552 t/año de fueloleo), lo que posibilita la utilización únicamente de 148 t/año de dicho combustible convencional. La temperatura de trabajo es de 290ºC, el fluido caloportador es aceite térmico y el rendimiento está fijado en el 65%.

7.2. Planta de generación de energía térmica en industria forestal en Tavernes de Valldigna (Valencia)

La industria que se encuentra situada en el municipio valenciano de Tavernes de Valldigna, comenzó su actividad empresarial con la construcción de dormitorios, pasando posteriormente a la fabricación de material escolar, hasta llegar a la situación actual en la que también fabrica mobiliario de diseño, mobiliario del hogar, instalaciones completas, etc.

Para la fabricación de mobiliario escolar y de hogar, se emplean maderas de haya, chapas de madera y aglomerados melamínicos. En todo el proceso productivo se demandan importantes cantidades de calor en forma de fluido térmico para el calentamiento de las prensas de tableros para contrachapados, así como de aire caliente para el secado en horno de los elementos pintados. La empresa satisfacía dichas demandas con una caldera de aceite térmico alimentada con gasóleo.

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En la industria se generan entre 1.800 y 2.000 t/año de residuos en forma de trozos, astillas, serrines y polvo, suficiente para autoabastecer térmicamente la industria, por lo que se instaló una caldera de biomasa de potencia nominal 4.000.000 Kcal/h, con temperatura máxima del flujo en 300ºC, temperatura de trabajo prevista 200ºC, y el medio transmisor es aceite térmico.

La recogida del combustible se realiza mediante un sistema neumático de aspiración que conduce los residuos a un silo que es desde donde se alimenta a la caldera. Aquellos trozos que tengan un tamaño determinado, son triturados y el serrín generado se almacena en el silo correspondiente.

El intercambiador instalado en la planta tiene dos zonas por las que se cede energía térmica al aceite térmico, una exterior y otra interior. La salida de humos que se produce en la combustión es emitida a la atmósfera previa depuración mediante un multiciclón para cenizas.

Una instalación como la comentada en este apartado, provoca una diversificación energética de 720 tep/año, al sustituir el gasóleo por residuos biomásicos.

VIII. AGUAS RESIDUALES

A continuación se va a describir una instalación importante en España de este tipo como es la Estación Depuradora de Aguas Residuales de La Gavia ubicada en el municipio de Madrid, y que fue inaugurada el 6 de junio de 2005.

8.1. Características generales

La inversión de la planta ascendió a un total de 57 millones de euros. La capacidad de tratamiento de la planta es de 2 metros cúbicos por segundo de caudal medio, 3 metros cúbicos por segundo de caudal punta, con una capacidad máxima de 6 metros cúbicos por segundo, para el Pretratamiento y tratamiento primario. La población equivalente para la cual se diseñó la instalación es de 950.000 habitantes.

Las aguas residuales que se tratan en la planta sufren una reducción de la carga orgánica y de los sólidos en suspensión en un 97%, mientras que para el caso del nitrógeno y del fósforo del 85%.

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8.2. Línea de agua 8.2.1. Pretratamiento y desbaste

En la EDAR existe un edificio con tres salas donde se encuentran los equipos de extracción de grasas, arenas, soplantes de aire al desarenado y la dosificación de polielectrolito para el tratamiento físico-químico de los sobrenadantes.

8.2.1.1. Bombeo de agua bruta y canales de desbaste

La entrada del agua bruta a la depuradora se produce cuando aquélla se deposita en el pozo de gruesos. Posteriormente el agua pasa al pozo de bombeo, el cual se encuentra protegido por una reja de 100 mm de paso.

El agua se conduce al desarenador por medio de cuatro canales, los cuales poseen rejas de gruesos de 50 mm de paso y tamices de 3 mm de paso, donde tiene lugar el desbaste fino y grueso. Los restos que se recogen tanto en las rejas como en los tamices, se conducen a un contenedor por medio de sendos tornillos sinfines compactadores.

8.2.1.2. Desarenado y desengrasado

Está formado por ocho canales sobre los cuales se sitúan puentes rodantes para la extracción de arenas. Los desarenadores instalados permiten la seguridad de garantizar la eliminación de partículas de tamaño superior a 0,2 mm. Debido a la necesidad de aire por parte de los desarenadores, se tienen instalados soplantes con boquillas. Asimismo se tienen instaladas bombas de arena y clasificadores de tornillos para la extracción de las mismas.

La eliminación de las grasas se produce con equipos desnatadores, siendo precisas bombas centrífugas sumergibles que permiten la ascensión de aquéllas.

La salida de este tratamiento recoge el agua tratada en cada desarenador, que la conduce al siguiente tratamiento.

8.2.2. Tratamiento primario

El agua que ha sufrido los tratamientos comentados con anterioridad, se distribuye a los distintos decantadores lamelares que permiten la retención de las materias en suspensión del agua bruta y

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de los fangos procedentes de la precipitación del fósforo de sobrenadantes. A la entrada del decantador se retiran los flotantes mediante una pantalla deflectora y se conducen a los desnatadores, mientras que los fangos se retiran debido a la existencia en el fondo de cada uno de los decantadores de una rasqueta, que los conduce a unas pocetas desde donde son aspirados por las correspondientes bombas de aspiración.

8.2.3. Tratamiento biológico avanzado 8.2.3.1. Reactores biológicos

La forma del reactor biológico de esta depuradora es rectangular y es el elemento de mayor superficie de la misma, constando de las siguientes zonas:

• zona preanoxia: en ella se produce la desnitrificación de los

nitratos con los fangos biológicos.

• zona anaerobia: en esta tiene lugar la fase acetatogénesis, tan importante para que luego posteriormente se produzca la absorción del fósforo en la fase aerobia.

• zona anoxia: también tiene lugar la desnitrificación de los nitratos recirculados con el licor mixto.

• zona aerobia: aquí tiene lugar la eliminación de la demanda biológica de oxígeno y la absorción del fósforo liberado en la zona anaerobia.

Hay que destacar que se producen dos recirculaciones de fangos:

una tiene lugar externamente, desde el decantador secundario a la entrada de la zona preanoxia, y la interna se realiza desde la salida de la zona aerobia a la entrada de la zona anoxia.

Los volúmenes de los reactores biológicos se determinaron en función de una serie de factores siguientes:

• el volumen de la zona preanoxia debe ser suficiente como para

que se produzca la desnitrificación de todos los nitratos recirculados con los fangos.

• el volumen de la zona anoxia debe ser suficiente como para que se produzca la desnitrificación de todos los nitratos para

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cumplir los parámetros establecidos por la legislación vigente al respecto.

• el volumen de la zona aeróbica debe ser suficiente como para que se produzca la reducción de la demanda biológica de oxígeno según se establece por los valores de la legislación vigente y se lleve a cabo la finalización del proceso de nitrificación.

En estos reactores biológicos es preciso la inyección de aire

generado mediante turbocompresores, cuya regulación se realiza de forma automática mediante la cantidad de oxígeno disuelto en los reactores biológicos.

8.2.3.2. Decantación secundaria

El licor mixto que sale del reactor biológico llega al decantador secundario de succión de fangos, y al igual que ya se ha comentado en el apartado de Tratamiento primario, en cada decantador se depositan los flotantes en una tolva de recogida desde donde se bombean para tener lugar posteriormente el espesamiento de fangos biológicos.

8.2.3.3. Recirculación de fangos y de licor mixto

Para que se produzca la recirculación de fangos y del licor mixto, es preciso que se tengan instaladas bombas sumergibles de hélice.

8.3. Línea de fangos 8.3.1. Bombeo de fangos

Los cálculos que se realizaron durante las primeras etapas del proyecto de esta depuradora, determinaron una cantidad total diaria de materia seca de fangos de 37.784 Kg. Los fangos se bombean a los espesadores mediante unas bombas centrífugas horizontales, las cuales están funcionando un total de 10 horas cada día, teniendo previamente a dicho proceso un tamizado de los mismos.

La cantidad diaria prevista de materia seca de fangos en exceso es de 29.958 Kg, los cuales se extraen mediante bombas sumergibles que pueden estar funcionando incluso 24 horas al día.

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8.3.2. Espesamiento de fangos 8.3.2.1. Fangos primarios

El tamizado que se ha comentado con anterioridad que se produce antes del envío de los fangos al espesamiento, se realiza con la finalidad de eliminar en la medida de lo posible aquellos sólidos que puedan afectar negativamente el proceso de digestión anaerobia que tiene lugar en la depuradora, en forma de costra, agregación de elementos fibrosos, etc. Dichos sólidos se depositan en un contenedor y se eliminan convenientemente.

El espesamiento que se realiza en la depuradora es con el fin de eliminar el agua y facilitar el manejo de los fangos, teniendo una capacidad máxima de 540 metros cúbicos diarios.

8.3.2.2. Fangos en exceso

Los fangos en exceso y flotantes generados en etapas anteriores, llegan a mesas espesadoras, donde se produce el contacto entre el fango y el polielectrolito que se dosifica, mezclando y reaccionando con rapidez gracias a la presencia de un agitador.

La cantidad de fangos biológicamente espesados en esta ocasión es de 827 metros cúbicos diarios, y los sobrenadantes obtenidos son conducidos para ser sometidos a un tratamiento físico-químico.

8.3.2.3. Mezcla de fangos y bombeo a digestión

Los fangos que son sometidos posteriormente a un proceso de digestión anaerobia, son mezclados en un depósito durante al menos una hora mediante la acción de un agitador, para homogeneizarlos y facilitar así dicho proceso.

8.3.3. Digestión anaerobia

En la mencionada depuradora existen cuatro digestores, anexos al denominado “edificio de digestión”, el cual alberga las calderas, la agitación del fango, el calentamiento del mismo y el bombeo del fango digerido.

Las condiciones de operación en los digestores son las siguientes:

• Tiempo de retención en digestores: 21,2 días.

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• Carga de materia volátil: 1,66 Kg de materia volátil por metro cúbico y día.

• Carga de sólidos totales: 2,3 Kg de materia seca por metro cúbico y día.

La reducción de materia orgánica que se produce como

consecuencia del proceso de digestión anaerobia es del 45%.

Es preciso una recirculación de fangos frescos y de los que ya están calientes para así mejorar el rendimiento del proceso, por lo que es preciso la instalación de intercambiadores (uno por cada digestor), con las siguientes características técnicas:

• Capacidad de intercambio útil unitaria: 517.000 Kcal/h.

• Temperatura de entrada del agua: 70ºC.

• Temperatura de salida del agua: 59,4ºC.

• Temperatura de salida de fangos: 39,6ºC.

La energía calorífica que es necesario en el proceso procede del

calor residual de los motogeneradores instalados, aunque cuando estos no funcionen se realiza con calderas mixtas de biogás/gasóleo.

Los digestores sufren agitación interna mediante la inyección de gas, para lo cual es necesaria la presencia de compresores (uno por digestor). Cada digestor cuenta con medidores de pH, temperatura, etc., y también existe la posibilidad de vaciar los digestores, enviando los fangos al depósito tampón o a la deshidratación.

Una vez que se ha producido la digestión de los fangos, estos se almacenan en un depósito tampón, con una autonomía elevada, y la homogeneización de los fangos se realiza con una bomba de recirculación exterior, de tal forma que se produce dos recirculaciones diarias de la totalidad del volumen almacenado.

8.3.4. Deshidratación de fangos

Para llevar a cabo la deshidratación de los fangos, se tienen bombas centrífugas cuya alimentación de los fangos se produce con bombas de tornillo, de tal forma que permite la pérdida de humedad de los fangos hasta un valor del 28%. Una vez que se ha producido la deshidratación, los fangos se conducen mediante tornillos transportadores a unos silos con autonomía de dos días, mientras que

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la parte acuosa de la deshidratación se conduce al sistema de tratamiento de los sobrenadantes.

8.3.5. Tratamiento físico-químico de sobrenadantes

Los sobrenadantes se recogen en un pozo y sufren un tratamiento físico-químico, que incluye cámara de mezcla, cámara de floculación y dosificación de reactivos (cloruro férrico y polielectrolito). En este proceso se obtienen unos fangos en la eliminación química del fósforo de los sobrenadantes, los cuales se extraen con los fangos primarios.

8.3.6. Línea de gas

A la vista de la cantidad de fangos producidos, la producción prevista de biogás es de 19.564 metros cúbicos diarios, que es almacenado en un gasómetro de doble membrana a baja presión de 1.350 metros cúbicos, así como una esfera a presión de 4.811 metros cúbicos, por lo que el volumen de almacenamiento equivale al 31,3% de la producción diaria.

El excedente de biogás que se genera se quema en una antorcha con un caudal máximo de gas 2,2 veces la producción media horaria.

8.3.7. Producción de energía eléctrica

Para la generación de energía eléctrica se tienen instalados tres motores de potencia unitaria 697 kW (1.908 kW en total), con las características siguientes:

• Rendimiento generador a potencia nominal: 91,2%.

• Potencia eléctrica útil máxima en bornas del alternador: 636 kW.

• Consumo energético: 1.940 kW (1.670.813 Kcal/h).

• Caudal de gas: 334 Nm3/h.

• Rendimiento del motor a plena carga: 35,9%.

• Rendimiento global del grupo motogenerador: 32,8%.

A la vista de los datos anteriores y con la cantidad de biogás

generado, la cantidad diaria de energía eléctrica generada asciende a 25.000 kWh.

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La alimentación de los motogeneradores se produce desde la esfera de gas, y cuando estos están en funcionamiento, la energía térmica residual de los circuitos de refrigeración y de los gases de escape se emplea para realizar el calentamiento de los digestores, tal y como se comentó anteriormente. La instalación de la recuperación de la energía térmica consta de los siguientes elementos para cada uno de los motogeneradores: intercambiador de calor, caldera de recuperación de los gases de escape y válvula de by-pass para el caso que no sea necesaria la recuperación de dicha energía.

Para finalizar y previendo la existencia de ácido sulfhídrico en el biogás, se tiene instalado un sistema de eliminación del mismo que consiste en la adición de cloruro férrico en el fango a la entrada del digestor, de tal forma que se precita el azufre con el hierro.

IX. RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

A la vista de las diferentes formas de aprovechar energéticamente los RSU y/o la fracción orgánica de la misma, se procede a realizar una pequeña descripción de varios proyectos que se están explotando en España.

9.1. Desgasificación y valorización energética del biogás en el vertedero de Colmenar Viejo (Madrid) 9.1.1. Generalidades

Con instalaciones como la que aquí se va a describir se consigue un doble efecto muy importante: por una parte se consigue eliminar la emisión a la atmósfera de gases de efecto invernadero y por otra se consigue un aprovechamiento energético de los residuos que están presente en los vertederos.

9.1.2. Vertedero

El vertedero de Colmenar Viejo (Madrid) es un complejo que da servicio a un total de 530.000 habitantes de 81 municipios del Norte y Oeste de la Comunidad, los cuales generan un total de 950 toneladas diarias.

El depósito de RSU consta de tres zonas, donde se han albergado los residuos con el paso del tiempo:

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• En primer lugar la Fase I, fue iniciada en el año 1985 y clausurada 10 años después, a pesar de diseñarse para una vida útil de 16 años. Cuando se construyó se instaló una red de drenaje para recoger los efluentes producidos en el proceso de descomposición de la basura. Tras la clausura se procedió a la impermeabilización de la parte superior de la zona de vertido y taludes, control de las aguas subterráneas, recogida de las aguas pluviales, captación del biogás producido, etc.

• La Fase II fue iniciada en el año 1995 y clausurada en el año 2000. La cantidad de media de residuos que se depositaban en este lugar superó las 1.000 toneladas diarias. Asimismo, al igual que se hizo en la Fase I, se realizó la instalación de drenaje, pero en el año 1998 debido a una escasa impermeabilización obligó a instalar pozos de extracción de lixiviados, red de control de fugas, nuevos pozos de captación de biogás, etc.

• Finalmente, la Fase III se inició en el año 2000, y posee una capacidad total de tres millones de metros cúbicos, con una vida útil estimada de 12 años.

9.1.3. Desgasificación y tratamiento del biogás

En la actualidad se dispone de un total de 105 pozos de captación distribuidos mediante estaciones de regulación (ER) de la siguiente manera:

• Fase I: ERIA 6 pozos, ERIB 14 pozos.

• Fase II: ERIIA 10 pozos, ERIIB 14 pozos, ERIIC 11 pozos, ERIID 15 pozos.

• Fase III: ERIIIA 18 pozos, ERIIIB 14 pozos.

Cada línea que se conecta a la estación de regulación, posee un

punto de medición, mediante el cual se determina la cantidad de biogás formado y la composición del mismo.

La aspiración del biogás se produce con una sola máquina de una potencia de 3.000 Nm3/h, ya que la instalación de estos en un número mayor a la unidad puede generar dificultades en el proceso, por lo que se permite garantizar en todo momento las necesidades de la instalación.

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Los colectores instalados en la central de aspiración están fabricados en acero inoxidable y poseen todos ellos una válvula neumática y un sensor para la medida del caudal. La válvula tiene la particularidad de cerrar el colector cuando se detecte una pequeña concentración de oxígeno.

Para que se produzca la aspiración del biogás generado, es necesario que en el colector exista una depresión y ello se consigue mediante la acción de un sensor para la medida y transmisión de la depresión, y una válvula de diafragma con servomotor neumático accionada por un convertidor electroneumático.

La deshumidificación del biogás generado se realiza por medio de intercambiadores, uno situado en el colector principal de aspiración (de tal manera que se disminuye la temperatura del mismo desde 35ºC a una temperatura de salida del intercambiador de 2ºC). Después de pasar por ese intercambiador, el biogás pasa por los soplantes y se calienta de nuevo, siendo necesaria la instalación de otro intercambiador que posibilita la reducción de la temperatura del biogás desde los 70ºC a los 30ºC.

La separación entre las pequeñas partículas sólidas que puedan desplazarse con el biogás y éste, se realiza de la siguiente manera. En primer lugar, un mecanismo de tratamiento consiste en cambiar la sección de la tubería con entrada en el condensador con la de éste y así se precipitan las partículas líquidas. La colocación de un filtro de coalescencia, con una elevada superficie activa permite también la precipitación de las partículas líquidas.

También hay presente antorchas de seguridad para el caso en el que se produzca excedente de producción de biogás y no emitirlo directamente a la atmósfera y así preservarla.

Todo el conjunto de aspiración, tratamiento del biogás y valorización energética del mismo en motores de gas, se controla de forma automatizada.

9.1.4. Valorización energética

El aprovechamiento energético del biogás producido en el Vertedero de Colmenar Viejo se realiza en tres motores de gas con una potencia cada uno de 1.416 kW y un rendimiento eléctrico de cada uno de ellos del 42%, y se encuentran ubicados en contenedores, ya que todos los elementos que son necesarios se sitúan encima y en el interior de cada uno de ellos.

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El sistema de combustión del biogás se complementa con un sistema de detección formado por detectores ópticos, pulsadores y sirenas de alarma, así como medios de extinción de incendios como las boquillas.

9.2. Tratamiento integral de los RSU en la Isla de Mallorca 9.2.1. Generalidades

El tratamiento integral de RSU en la Isla de Mallorca se lleva a cabo en tres lugares distintos:

• Can Canut: donde se encuentra la planta de clasificación de

envases y residuos de envases, la planta de biometanización y la planta de compostaje.

• Calviá: aquí hay otra planta de compostaje.

• Son Reus: planta de valorización energética y planta de tratamiento de escorias.

El sistema de tratamiento de los RSU que se va a describir en este

apartado, es uno de los más completos que se pueden realizar, con dos sistemas de valorización energética de los RSU.

9.2.2. Planta de selección de envases ligeros

Trata envases y residuos de envases procedentes de la recogida selectiva (contenedor amarillo). Cuando se depositan en las instalaciones de la planta, se almacenan antes de su tratamiento, pasando luego a un abre bolsas por medio de una pala mecánica, con una efectividad cercana al 95%. Del rendimiento de este abre bolsas dependerá que el sistema funcione correctamente.

Posteriormente hay una cabina de triaje donde se retiran de manera habitual diversos elementos (cajas, cartones, vidrio, etc.), dando paso a un trómel de cribado que clasifica la materia por categorías en función del tamaño de los mismos, por lo que las selecciones futuras serán más efectivas. Las cuatro categorías existentes son las siguientes:

• Categoría A: es el rechazo y chatarra magnética de tamaño

inferior a 60 mm.

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• Categoría B: contiene materiales entre 60 y 250 mm.

• Categoría C: contiene materiales entre 200 y 300 mm.

• Categoría D: en ella fundamentalmente hay envases de gran tamaño y plástico film.

Los envases pasan por un electroimán que atrapa los materiales de

tipo férrico y que se conducen por una cinta transportadora a una prensa para su empaquetado. Este sistema está instalado en las salidas de las categorías A, B y C.

El resto del material se separa mediante infrarrojos que detectan los distintos tipos de plástico existentes y separándose por medio de un soplado neumático hasta llegar a unas tolvas de almacenamiento. Se tienen dos sistemas de separación de plástico de los anteriormente descritos en las líneas B y C, y se consiguen rendimientos de efectividad cercanos al 85%. El resto de materiales pasa a una selección manual, para luego después pasar a las diferentes tolvas y de ahí a la prensa de plásticos para formar las balas que se llevan a plantas de reciclado. El separador de inducción separa los envases de aluminio, de las latas, de los bricks, etc.

Una vez que se han llevado a cabo todos los pasos anteriores, hay una fracción pequeña que no se puede reciclar y se denomina “rechazo de envases” que se conducirá a la planta de valorización energética.

9.2.3. Planta de biometanización

La capacidad de la planta de biometanización es de 32.250 t/año, y se alimenta con tres tipos de productos: por una parte la fracción orgánica de la recogida selectiva de RSU, residuos orgánicos líquidos y/o pastosos que se recogen en hoteles, restaurantes o mercados, y finalmente con aceite vegetal usado.

Los residuos que llegan en camiones de la recogida selectiva se tratan para eliminar de ellos los voluminosos, el cartón, el film de gran volumen y el vidrio. Con una malla de 80 mm se separa la materia orgánica del resto de las fracciones. Después, al poder quedar materiales que no sean orgánicos, se trata mediante un separador de Foucault para retirar el aluminio o un separador magnético para eliminar el material férrico. Todo lo seleccionado se conduce a prensas. El resto es la fracción orgánica de los RSU se debe acondicionar antes de su introducción en el biodigestor mediante un mezclado de la misma con agua que se añade y un

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desmenuzado de aquélla. Por sedimentación y cribado se extraen impurezas como plásticos, vidrios, piedras, arena, etc., lo que facilita que se alargue la vida de los equipos y de las instalaciones, se disminuya el coste de mantenimiento de los mismos, y la calidad del compost que se obtiene tras el proceso de biometanización sea elevada.

La materia prima que alimenta al biodigestor es atacada por la presencia de bacterias en ausencia de oxígeno y a una temperatura de 37ºC durante un total de 14 días. Parte del biogás que se genera se introduce nuevamente en el digestor para evitar la sedimentación, y se consigue también con la masa líquida que se introduce en el mismo.

El biogás ya formado se debe tratar convenientemente para eliminar el contenido de ácido sulfhídrico, almacenándose en un gasómetro para ser utilizado en motores de cogeneración de gas, de tal manera que la energía eléctrica que se produce se emplea en el interior de la instalación en autoconsumo y el resto se evacua a la red.

El resto que se obtiene tras la biometanización se centrifuga para separar el agua de la parte sólida. La fracción sólida se deposita en la planta de compostaje, mientras que el agua obtenida se reutiliza en el proceso.

Las condiciones de operación en el interior del digestor como pH, temperatura y concentración de nutrientes, así como la automatización del resto de las tareas, están perfectamente controladas mediante un sistema informático.

9.2.4. Plantas de compostaje

En esta instalación de Can Canut se tratan tanto los lodos de EDAR, como el residuo sólido que se ha generado en el proceso de biometanización como la fracción orgánica de los RSU, por lo que el tratamiento será particular en función de la materia prima.

Existen varias zonas en la planta de compostaje:

• Zona de depósito de los materiales: los lodos se almacenan en

tolvas, el residuo de la biometanización en el suelo, y la fracción orgánica de los RSU en una playa de recepción.

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• Zona de tratamiento: la fracción orgánica de los RSU se introduce en tambores fermentadores con material vegetal por lo que sufre una descomposición intensiva.

• Zona de maduración: como los túneles dinámicos, donde se lleva a cabo la maduración de todas las materias primas empleadas, y en ellas el papel de las volteadoras es muy importante para que se produzca el proceso.

• Zona de afino y eliminación de impurezas: el material ya madurado se deposita en cintas y se dirige hacia un trómel para eliminar aquellas fracciones de un tamaño superior al deseado.

Asimismo, también se dispone de separadores magnéticos o

sistemas de captación de film para que el compost formado tenga el menor número de impurezas posibles.

El aire de las naves de maduración se extrae y se dirige a un sistema de depuración y desodorización para eliminar así los posibles contaminantes presentes en el aire mediante un sistema denominado “biofiltración avanzada”, por el que se emplean dos soportes (uno inorgánico que proporciona consistencia mecánica y que nunca se degrada, y otro orgánico que produce elevada capacidad de adsorción de las sustancias que hay que depurar). Con este sistema de depuración se consiguen eficiencias del 95% de desodorización, así como una vida muy prolongada de la instalación.

En las instalaciones de la planta de compostaje también se reciben restos de poda que se trituran en una trituradora automatizada que es alimentada por una pala cargadora que deposita en la misma los restos de poda. Esta trituradora tiene un sistema automático de control que detiene el proceso en el caso que haya un exceso de material, así como un rotor magnético que separa los metales de la materia prima, un sistema de avance automático que permite que la máquina avance sola dejando la pila del material triturado detrás, y un sistema de humidificación para la reducción en la formación de polvo.

La criba que se emplea en este caso tiene un tornillo sinfín en su interior de tal manera que su velocidad, al poder regularse, determina la calidad del material cribado. Tanto el material cribado como el rechazo son evacuados al exterior por dos cintas transportadores diferentes instaladas en la propia máquina.

En la planta de compostaje de Calviá se trata únicamente la fracción orgánica de la recogida selectiva de los RSU, por lo que el sistema es más sencillo. En ella se tiene un área de recepción,

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tambores fermentadores mecánicos, sistema de desodorización, zona de maduración, zona de afino y zona de almacenamiento del compost. En los fermentadores se tiene un giro intermitente de los mismos durante un tiempo aproximado de 6-7 días, aireándose oportunamente y extrayendo el aire del interior de aquéllos para su posterior depuración. Con la humedad de la materia prima es suficiente para llevar a cabo el proceso, pero en el caso que la materia estuviera muy seca habría que realizar una ligera humectación. La descarga de los fermentadores se realiza sobre un transportador secuencial y automatizado, y se coloca en la zona de maduración para luego después pasar a la de afino.

9.2.5. Planta de valorización energética

Con esta instalación, que lleva funcionando desde 1997, se consigue una reducción del volumen de residuos del 92% mediante la incineración de los mismos, generando casi el 5% de la demanda eléctrica de Mallorca y Menorca.

La planta tiene dos líneas instaladas idénticas, pudiendo duplicarse en caso de necesidad, con una capacidad térmica de cada horno de 45,15 MW, siendo necesaria una cantidad total de 18,75 t/h en cada uno de ellos. La caldera es de parrillas de rodillos y la extracción de las escorias se extraen por medio de un sistema hidráulico. El aprovechamiento energético se realiza por la obtención de vapor a una temperatura de 400ºC, siendo la temperatura de los gases depurados de salida a la atmósfera de 200-240ºC.

Los sistemas de depuración se tratan mediante la adición de cal, carbón activo, llegando luego a un filtro de mangas donde se retienen las partículas y los compuestos indeseables. El ventilador de tiro conduce los gases ya depurados a la atmósfera.

9.2.6. Planta de tratamiento de escorias

Las cenizas que se tienen en la caldera, así como todas aquellas que se recogen en el filtro de mangas, son tratadas mediante un proceso de estabilización/solidificación con cemento antes de su depósito en el vertedero.

Las cenizas llegan a la planta en camiones y se almacenan durante un tiempo aproximado de 4 o 5 días para reducir en parte la humedad de las mismas.

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En primer lugar se criban las cenizas eliminándose los materiales superiores a 250 mm, de los que prácticamente todos son metálicos. Después, se vuelven a pasar las cenizas por otra criba, de tal forma que el 93% aproximadamente poseen dimensiones entre 35 y 250 mm y son metales férricos, aluminio o cobre. El hierro se separa con un separador magnético y el resto se almacena en un lugar específico.

La fracción que tiene un tamaño inferior a 35 mm se deposita en una tolva y luego se separa en dos líneas, pasando por un separador magnético, un tambor magnético y un separador de corrientes de inducción. Los materiales no metálicos se dirigen mediante cintas al lugar donde se almacenan durante un tiempo de tres meses aproximadamente.

9.3. Valorización energética de los RSU en Zabalgarbi (Bilbao) 9.3.1. Generalidades

La planta de Zabalgarbi tiene una capacidad nominal de tratamiento de 228.000 toneladas cada año. Se encuentra situado en las proximidades del vertedero de Artigas, y debido a la innovación tecnológica que supuso dicha planta, la UE le concedió la máxima ayuda económica contemplada para proyectos de este tipo.

9.3.2. Tratamiento

Los RSU llegan a la planta en camiones de la recogida domiciliaria o bien en compactadores situados en plantas de transferencia. El pesaje se realiza de manera automática, y el conductor del camión al presentar una tarjeta en el control de pesajes posibilita que se vuelque la información de aquél en un ordenador central donde se recogen datos como matrícula, lugar de procedencia, hora de entrada, cantidad transportada, etc. Una vez que se realiza el pesaje, los camiones se dirigen a las naves de descarga, estando los fosos (con capacidad para 8 o 9 días de funcionamiento a plena carga) de éstas en depresión para evitar la salida de olores al exterior, y el aire que se extrae es el que se introduce en la caldera para la combustión.

Mediante dos puentes grúas con una cuchara de 10 metros cúbicos de capacidad cada una aproximadamente, accionados por dos personas, se descargan los RSU en las tolvas de alimentación de los hornos, pasando a estos por la acción de la gravedad a través de un conducto que siempre se encuentra lleno de materia prima y que

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dispone de una compuerta de cierre para evitar la entrada de aire al interior del horno. Un émbolo dosificador regula la cadencia de alimentación de RSU a la parrilla del horno y durante la combustión aquellos avanzan a lo largo de la parrilla asegurándose una buena combustión.

El horno posee entradas de aire primario y secundario, de tal forma que el primario es aquel que procede del foso de recepción de los RSU y mediante un precalentamiento con vapor se inyecta en la parte inferior del hogar sobre la capa de residuos en combustión. Por el contrario, el aire secundario se inyecta por medio de boquillas situadas en el parte superior del horno, y facilitan que se produzca una completa combustión de los residuos y de los compuestos contaminantes que puedan tener estos y los generados durante la combustión. Como norma general, la combustión de los RSU se suele realizar en condiciones de exceso de aire, regulado por la temperatura de los gases, el contenido de monóxido de carbono y el contenido de oxígeno en los gases de salida de la caldera. La emisión a la atmósfera de óxidos de nitrógeno en niveles bajos se consigue mediante boquillas que inyectan solución amoniacal a alta temperatura. El hogar de combustión también dispone de quemadores de gas natural y de gasóleo para estabilizar la combustión, aportar más temperatura hasta el máximo de diseño de generación de vapor saturado y para el arranque y parada del horno, de tal manera que se estabilice la temperatura de combustión por encima de los 850ºC, con un mínimo del 6% de oxígeno durante al menos 2 segundos, para asegurarse la no formación de compuestos cancerígenos como las dioxinas, furanos, compuestos orgánicos volátiles, etc.

En la instalación, la unión horno de combustión-caldera genera unas sinergias importantes en la buena formación de vapor. En la caldera los gases producidos durante la combustión se enfrían desde los 1.100ºC hasta los 200-220ºC y los compuestos que no son combustibles se transforman en escorias. El calor que se genera en el interior del hogar se transfiere al agua y se produce vapor a alta presión que se conduce a una caldera de recuperación donde el vapor se lleva a unas temperaturas de 538ºC gracias a la utilización de un combustible auxiliar y a los gases de escape de la turbina de gas, por lo que el rendimiento de esta instalación es superior al de otras plantas similares existentes en España.

Las escorias caen en las tolvas existentes debajo de la parrilla a alta temperatura, hasta llegar a un tanque de apagado donde existe agua y las cenizas se enfrían hasta 80-90ºC. Posteriormente se

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extraen de dicho tanque gracias a la acción de un extractor y se depositan en un foso una vez que se han pasado también por un separador de férricos. El paso siguiente es su depósito en un vertedero de inertes controlado. La cantidad total de cenizas que se producen en el horno se sitúan aproximadamente en el entorno del 25% en peso de la cantidad de RSU que se ha introducido, mientras que la cantidad de cenizas que se recogen en el resto de la instalación (como por ejemplo en los filtros de mangas), se sitúa en el entorno del 3-4%.

9.3.3. Generación energética

Tal y como se deduce de lo comentado en el apartado anterior, la planta de Zabalgarbi emplea dos tipos de combustibles: por una parte el combustible principal como son los RSU y por otro lado el gas natural. En el horno se utilizan los RSU, mientras que el gas natural se quema en una turbina de gas. La caldera de recuperación de vapor emplea por una parte el vapor que se produce en el binomio horno-caldera y los generados en la turbina de gas, de tal forma que se envía a la turbina de vapor un vapor a alta temperatura dispuesto para la generación de energía eléctrica.

La potencia total de la instalación se consigue tanto con los RSU como con el gas natural. La turbina de gas toma aire atmosférico, lo comprime, lo pasa a la cámara de combustión y quema el gas natural. Los gases calientes se expanden en la turbina de gas cediendo parte de la energía térmica en mecánica para accionar un generador eléctrico de potencia 43 MW.

En este lugar, los gases de escape o entran en una caldera de recuperación para ceder todo el calor posible o salen directamente por la chimenea sin pasar por la caldera anterior, cuya función es proporcionar energía al vapor generado en el horno-caldera. La caldera de recuperación tiene una forma horizontal, con secciones de haces tubulares, y los gases de escape pasan por el exterior de los mismos mientras que el vapor por el interior. En el caso que sea necesario un aporte de calor adicional, la caldera de recuperación tiene instalados quemadores de gas natural.

El vapor a alta presión sale de la caldera de recuperación a una temperatura de 538ºC realizándose una primera expansión a 20 bares y se reconduce a la caldera nuevamente para aumentar ligeramente su temperatura y expandirse nuevamente hasta 0,05 bares para llegar a la turbina de vapor. Esa cesión de energía en las distintas expansiones es la que se aprovecha para el accionamiento

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del generador eléctrico de potencia nominal 56 MW aproximadamente.

9.3.4. Emisiones a la atmósfera

La actividad de producción de energía en esta planta es a base de RSU y de gas natural. Para evitar la emisión a la atmósfera de cantidades importantes de gases contaminantes, se llevan a cabo una serie de medidas importantes tales como haber instalado quemadores de baja formación de óxidos de nitrógeno, haber diseñado la cámara de combustión de los RSU de tal manera que se formen el menor número posible de sustancias nocivas produciendo una completa combustión de aquellos, control de las variables de la combustión, inyección de solución acuosa de amoniaco para reducir la formación de óxidos de nitrógeno, inyección de lechada de cal y agua para evitar la formación de gases ácidos, inyección de carbón activo para reducir la emisión a la atmósfera de dioxinas y furanos, retención de partículas sólidas en los gases de escape, altura adecuada de las chimeneas para que el penacho sea fácilmente absorbido por el ambiente, mantenimiento en depresión el foso de RSU para evitar olores desagradables al exterior, etc. Todas estas emisiones se liberan a la atmósfera gracias a la instalación de dos chimeneas: la del horno-caldera y la de la caldera de recuperación.

La realización de análisis de los contaminantes existentes en los gases de escape se realiza de manera exhaustiva en las chimeneas, aunque también se mide la temperatura existente en la cámara de combustión para que ésta se encuentre siempre por encima de los 850ºC durante el menos dos segundos y en presencia como mínimo de un 6% de oxígeno. En estas ocasiones, la garantía de la emisión de dioxinas y furanos está asegurada.

9.4. Planta de biometanización de la fracción orgánica de los RSU en Tudela (Navarra) 9.4.1. Generalidades

La planta de biometanización tiene una capacidad total de 50.000 toneladas de materia orgánica al año, producidos en la Mancomunidad de Residuos Sólidos de la Ribera, y procede del contenedor de materia orgánica de la recogida selectiva, el cual contiene aproximadamente un 60% de dicha fracción.

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9.4.2. Recepción

Los camiones compactadores que efectúan la recogida, llegan a la planta y pasan por la báscula, descargándose posteriormente en la playa de la nave de recepción, la cual se encuentra cerrada y en depresión con el fin de evitar la emisión de olores al exterior, con una capacidad para dos días de tratamiento. Se permite una descarga de un total de 15 camiones a la hora. Mediante la acción de una pala cargadora, los residuos se sitúan en el alimentador que se dirige al tratamiento en seco. Aquellos residuos líquidos que pueden ser también biometanizados, se almacenan en un depósito de 2 metros cúbicos de capacidad que está ubicado en la nave de pretratamiento seco.

9.4.3. Pretratamiento

Este proceso consiste en la eliminación de los materiales sólidos voluminosos que se depositan en tolvas habilitadas al efecto. El resto de los residuos, se dirige a un abridor de bolsas con un paso de malla de 80 mm para tener una buena efectividad. Las fracciones más pequeñas de ese diámetro caen a una cinta transportadora y son las que se someten a la digestión anaerobia, previo tratamiento de eliminación de metales férricos y no férricos, que se depositan en tolvas para luego prensarse.

La fase que se someterá a la digestión anaerobia sufre un proceso de pretratamiento seco para eliminar impurezas, pasando posteriormente a una tolva a partir de la cual se lleva a cabo el Pretratamiento húmedo. La materia prima que aquí se obtiene es la que se introduce para su digestión junto con los residuos de naturaleza líquida.

El material que tiene un tamaño superior al diámetro de paso de malla del trómel, se separa en tres fracciones: una ligera en la que hay papel y cartón, plástico film o brick; otra de cuerpos redondos constituida fundamentalmente por plásticos pesados; y otra fracción fina cribada menor de 50 mm compuesta mayoritariamente por fracción orgánica y elementos finos, y se recoge en una cinta transportadora mezclándose con la que está ya húmeda para someterse a digestión anaerobia. Los elementos voluminosos que se separan se colocan en las tolvas oportunas para luego prensarse en balas, a la vez que se realiza una eliminación de metales férricos y metales no férricos. El rechazo también se prensa en balas para su posterior eliminación.

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9.4.4. Biometanización

La materia orgánica sólida que cae del trómel (eliminadas impurezas), junto con la materia orgánica resultante de la eliminación de todos los voluminosos, metales férricos y no férricos, llegan a la fase de pretratamiento seco mediante cintas transportadoras. Mediante un sistema de vibración, se eliminan los rodantes y el resto pasa por una criba de paso de malla 15 mm, con lo que se separa el flujo en dos fracciones. La unidad mayor de 15 mm es la que se conduce a la unidad de pretratamiento húmedo, mientras que la fracción de menor tamaño es enviada al contenedor de rechazos. La fracción ligera es sometida a un sistema de aspiración, de tal forma que las partículas de pequeño tamaño se eliminan al contenedor de rechazos. La fracción orgánica pesada es la que se envía al depósito pulmón de fondo móvil para realizar el pretratamiento húmedo.

El pretratamiento húmedo consiste en realizar en un depósito con un agitador para que la mezcla sea homogénea, una suspensión de la materia orgánica en agua reutilizada del proceso, de tal manera que se permita la eliminación de impurezas mediante la extracción mecánica. El agitador realiza una fuerza tal que permite la rotura de las fibras de la materia orgánica y no desmenuza las fracciones más duras. La mezcla permanece en el interior de estos depósitos durante un tiempo aproximado de 40-45 minutos, extrayéndose la suspensión pasado dicho tiempo.

La suspensión originada en dichos depósitos es la que sufre unos procesos de extracción de impurezas para que no se originen problemas durante la digestión. Para facilitar dichos procesos es necesaria la inyección de aire.

La suspensión libre ya de impurezas se conduce al depósito pulmón que alimenta en continuo el digestor, y a partir de este momento las conducciones tienen que ser lo suficientemente resistentes como para que no se produzca corrosión. El tanque pulmón tiene un sistema de agitación por recirculación del material para homogeneizar la suspensión, aunque en el caso que haya sedimentaciones se ha previsto un tanque de decantación para purgar el tanque pulmón en caso de necesidad o bien por fallo de la bomba de alimentación del digestor. Las posibles impurezas que se pudieran obtener en esta fase se llevan al contenedor de rechazos para su disposición en vertedero.

El paso siguiente es conducir el flujo al digestor que tiene una capacidad de 5.600 metros cúbicos. El digestor es de acero, de forma cilíndrica y la cúpula es hemiesférica, y en su interior únicamente hay

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tuberías de reinyección de biogás (que permiten la agitación del material para evitar en todo momento la sedimentación del mismo y la digestión que se lleve a cabo sea uniforme sin existir zonas muertas, controlando los parámetros esenciales de la digestión para que estos sean uniformes), y de vaciado, por lo que se facilita el mantenimiento del mismo. El tiempo de retención del material en su interior es de 14 días y en él se produce una eliminación del 50-55% de la materia orgánica que es introducida en el mismo. El calentamiento de la solución que se introduce en el digestor, es calentada por medio de un intercambiador de placas situado en el exterior del mismo, el cual tiene calor que proviene de la unidad de cogeneración existente en la instalación. El digestor posee sondas de control de biogás, presión, etc., disponiéndose de un gasómetro de membrana, antorcha y válvula de seguridad, que quemarían el gas en caso de no poder utilizarse energéticamente y emitirse a la atmósfera sin problemas medioambientales.

El producto resultante de la digestión en forma de suspensión se transporta en una tubería hasta el lugar donde se va a realizar la deshidratación. Tras ésta, la parte sólida tiene un contenido de sólido entre el 28 y el 30% y se puede usar como compost fresco o compost maduro tras pasar por las etapas de maduración pertinentes. Para facilitar en todo momento la centrifugación se añade a la suspensión antes de dicho proceso, un polielectrolito floculante. El líquido obtenido tras la centrifugación es almacenado en un depósito para su reutilización.

El biogás que se genera en la digestión anaerobia se almacena en un gasómetro de membrana a baja presión de capacidad para una hora de funcionamiento de la unidad de cogeneración.

9.4.5. Compostaje

La fracción sólida que se obtiene tras la centrifugación de la suspensión, se somete a un proceso de digestión aerobia que se lleva a cabo en una nave cubierta con volteo semanal para aportar el oxígeno necesario al proceso. Para facilitar dicho proceso de compostaje, se emplea también un material orgánico estructurante.

Pasadas seis semanas desde el inicio del compostaje, se pasa a la fase de afino, a partir de la cual se obtiene un compost afinado, se retira el rechazo oportuno y se separa el materia estructurante. El compost mediante una pala cargadora se introduce en un trómel con paso de malla 12 mm, de tal forma que lo que cae se deposita en una cinta transportadora para extraer el polvo que se almacena en un

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contenedor, mientras que el rechazo generado al pasar el compost por una mesa densimétrica donde se eliminan los inertes, se deposita en dicho contenedor que se conducirá a un vertedero para su depósito controlado. La fracción que no supera el paso de malla es fundamentalmente el material estructurante que se reutilizará en el proceso nuevamente. El compost final se almacena en el lugar habilitado al efecto con una capacidad para almacenar dicho producto durante un tiempo aproximado de tres meses.

9.4.6. Cogeneración

Desde el lugar de almacenamiento del biogás se alimenta un motor de combustión interna que produce energía eléctrica y térmica, o bien a una caldera auxiliar que genera sólo energía térmica. El motor tiene carácter mixto, es decir, en el caso que no se genere suficiente biogás se puede también utilizar gas natural para que el funcionamiento del mismo sea continuo. La potencia eléctrica del motor es de 1.416 kW, con un rendimiento eléctrico del 41,9%.

La energía eléctrica en esta instalación se emplea para autoconsumo y el excedente se vierte a la red eléctrica.

9.4.7. Tratamiento efluentes líquidos

Los efluentes que se depurarán convenientemente es el agua de lluvia procedente de zonas potenciales de contaminación, los lixiviados de todos los procesos comentados a lo largo de la planta, así como las aguas sucias del lavado de los camiones o de los contenedores.

Una vez que las aguas son sometidos a los procesos de depuración oportunos, se almacenan para su posterior empleo en el interior de la propia instalación.

X. CULTIVOS ENERGÉTICOS

Tal y como se ha visto en anteriores temas, los cultivos energéticos pueden ser empleados para distintos fines. En los diferentes apartados de este capítulo, se desarrollarán varios ejemplos existentes en España.

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10.1. Planta integral de obtención de biodiésel de la Cooperativa ACOR en Olmedo (Valladolid) 10.1.1. Generalidades

La Cooperativa ACOR es la cooperativa más grande de toda la Comunidad Autónoma de Castilla y León con 9.100 socios y 500.000 hectáreas aproximadamente, cuya actividad principal es la transformación de la remolacha que cultivan sus socios en todas las provincias de Castilla y León a azúcar blanco. Pero debido a la situación que atraviesa este cultivo por la reforma de la Organización Común de Mercados del azúcar, se encuentra en una encrucijada y se espera que en los próximos años el número de hectáreas cultivadas de remolacha sufra un importante descenso. Es por este motivo por lo que ACOR lleva en los últimos años, además de llevar a cabo un Plan de Modernización en sus instalaciones, estudiar la viabilidad de diferentes cultivos alternativos que se adapten perfectamente a las condiciones climáticas y edáficas de la Comunidad castellana y leonesa.

Dada la política actual que se tiene en la Unión Europea de seguridad en el abastecimiento energético, protección del medio ambiente y búsqueda de cultivos alternativos a los tradicionales, junto con el cada vez más caro petróleo, propician un escenario ideal para que se pueda materializar un proyecto como el de esta cooperativa. Esto fue lo que se pensó por parte de los responsables de la misma, cuando en la Asamblea de socios celebrada en Diciembre de 2004 se aprobó la inversión en la Planta Integral de biodiésel en Olmedo (Valladolid) que transforma 165.000 toneladas de semillas oleaginosas de colza y girasol cultivadas todas ellas por los socios de la cooperativa, generando anualmente 66.000 toneladas de biodiésel, 95.000 toneladas de harinas de colza y de girasol y 7.000 toneladas al año de glicerina bruta.

Uno de los cultivos que se pretende utilizar puede resultar un gran desconocido para muchos socios de la cooperativa, y es por ello por lo que los Servicios Agronómicos de la misma han estado divulgando entre los socios el cultivo de la colza y su comportamiento en las distintas condiciones edafoclimáticas existentes en la Comunidad, tanto en régimen de secano como de regadío, en siembra primaveral u otoñal, con técnicas de siembra directa y mínimo laboreo, etc. Los rendimientos que esperan se sitúan entre 1.500 y 2.800 Kg/ha en el secano y entre los 3.500 y 4.000 Kg/ha en el regadío.

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Desde un punto de vista agronómico la introducción en las rotaciones de las explotaciones agrarias castellanas y leonesas de un cultivo como la colza, produciría importantes beneficios que se reflejarían en la disminución de plagas y/o enfermedades por el monocultivo de cereal que se produce en numerosas ocasiones, así como en la disminución de costes de producción por la optimización de los recursos. Además, el cultivo de girasol y de colza para los socios de la cooperativa les va a dar una seguridad ya que van a tener un contrato a un precio estable (202 €/t para el girasol y 215 €/t para la colza), aunque ligado obviamente al precio del biodiésel, que a su vez estará indexado al precio del gasóleo de automoción en España, por lo que es previsible, y a la vista de la evolución de los precios en los últimos meses, que dicho precio de la semilla experimente repuntes importantes. Si a esto se une el previsible aumento en la subvención que actualmente se concede a los cultivos energéticos, pasando de los 45 €/ha actuales a los 70-75 €/ha futuros, hace que sean dos cultivos muy prometedores, ya no sólo en la Comunidad de Castilla y León, sino también para el resto de España.

10.1.2. Aspecto industrial

El Proyecto de la planta de biodiésel de ACOR es importante, porque se asegura que el biodiésel que se produce en la misma es el resultado del proceso productivo e industrial de tratamiento de la semilla del girasol o de la colza que se ha cultivado en la región, por lo que la calidad del biocarburante es óptima.

El proceso productivo comienza con la recepción, secado, limpieza y almacenamiento de la semilla en silos metálicos. La recepción se llevará a cabo en dos líneas, pasando luego al secadero donde se produce la pérdida de humedad de la semilla hasta un valor aproximado del 8%. Posteriormente la semilla se limpia de elementos finos y gruesos, y se conduce a los silos respectivos.

Posteriormente, de la semilla se obtiene el aceite por presión en un porcentaje aproximado del 75% del contenido en aceite de la semilla, mientras que el contenido restante se realiza por medios químicos. La torta resultante tiene un contenido mínimo de un 1% en aceite, y se emplea en la alimentación animal. Este proceso se realizará durante todo el año, y las harinas serán almacenadas en las propias instalaciones de la industria.

Los aceites una vez extraídos, así como aquellos que se almacenan por compra a terceros en casos excepcionales como la falta de

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cosecha, son refinados para eliminar las impurezas que afectarían negativamente a la posterior transesterificación. De dicho proceso se obtendrían ácidos grasos.

La transesterificación se lleva a cabo a lo largo de todo el año. El aceite refinado se mezcla con metanol, formando metil o etiléster en presencia de un catalizador, de tal manera que luego en un reactor se produce la transesterificación de los triglicéridos. Se genera el biodiésel y la glicerina bruta que se separan por decantación y son tratados convenientemente para su depuración, almacenándose en tanques diferentes, y obteniéndose el metanol y el catalizador empleados con anterioridad que se volverán a utilizar nuevamente en la reacción. El biodiésel es almacenado en depósitos con cobertura de nitrógeno para evitar su oxidación.

10.2. Planta de producción de biodiésel en Caparroso (Navarra) 10.2.1. Generalidades

La planta de producción de biodiésel empleará aceites vegetales crudos y refinados de primera utilización de palma, soja, girasol y colza, en unas cuantías totales de 35.000 t/año, generando también 3.100 t/año de glicerina.

10.2.2. Descripción del proceso

Los aceites que se tratan pueden ser crudos o refinados, sufriendo o no un pretratamiento antes de la transesterificación en cualquier caso, respectivamente, y llegan en camiones cisternas desde donde se descargan y se dirigen a los tanques de almacenamiento, donde se eliminan los ácidos grasos, ceras, etc., hasta llegar a un aceite refinado. El Pretratamiento consiste en la realización de procesos como la neutralización (eliminación de los ácidos grasos), blanqueo (eliminación de fosfátidos y pigmentos de color) y descerado (eliminación de ceras). De aquí el aceite se desgoma gracias a un tratamiento de ácido fosfórico, y se eliminan los fosfolípidos, gomas y mucílagos. Posteriormente tiene lugar un blanqueo por filtración, donde se eliminan los pigmentos del aceite y demás impurezas para obtener un aceite lo más refinado posible.

El aceite se transesterifica reaccionando con metanol en presencia de metóxido sódico como catalizador y en un reactor, se genera biodiésel y glicerina como producto y subproducto, respectivamente.

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Mediante separación y agitación se obtiene dicho biodiésel libre de “contaminantes”, lo que le capacita para ser almacenado en tanques. El metanol empleado se puede reutilizar y para ello es necesario que no tenga demasiado contenido en humedad. La glicerina resultante se mezcla con todas las aguas de la planta, y mediante procesos de eliminación de materia grasa, evaporación de agua y destilación de glicerina, se obtiene una glicerina farmacéutica, que debe ser depurada por el color y los restos de pigmentos que pueda contener.

10.2.3. Instalaciones

Existen cargaderos donde se cargan y descargan las materias primas en la industria, así como cisternas donde se almacenan temporalmente los productos necesarios para la obtención de biodiésel, junto con los resultantes de la misma. Asimismo, la planta posee una planta de tratamiento de aguas residuales de tipo físico-químico y biológico, sistema de producción de vapor, sistema de aire comprimido, etc. El vapor que se necesita en las instalaciones es producido por una caldera pirotubular que puede quemar tanto gas natural como biodiésel. La industria cuenta también con un sistema completo antiincendios con sistemas de detección y alarma, hidrantes, boquillas pulverizadoras, bocas de incendio equipadas, etc. Finalmente se dispone de un edificio donde se encuentra el laboratorio donde se analiza la calidad del producto resultante, el taller y las oficinas.

10.3. Planta de producción de bioetanol en Babilafuente (Salamanca) 10.3.1. Generalidades

La planta que se va a comentar en este apartado tiene una capacidad de producción de bioetanol de 200 millones de litros, utilizando como materia prima 473.000 toneladas de trigo. También se generará una cantidad aproximada de 166.000 toneladas de DDGS para piensos compuestos de animales, así como generar la eléctrica suficiente como para autoabastecerse y verter a la red en el entorno de 150.000 MWh al año. La diferencia de esta planta frente a las otras dos existentes en España (Cartagena y La Coruña), es la posibilidad de producir bioetanol (5 millones de litros), a partir de la biomasa de residuos agrícolas herbáceos. En cualquier caso, el bioetanol generado se empleará para fabricar ETBE y emplearlo como

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aditivo en las gasolinas para reducir las emisiones contaminantes de los vehículos que consumen dicho producto.

10.3.2. Proceso productivo

Con la recepción del grano en camiones o en vagones, con una capacidad máxima de 300 t/h, el grano de cereal se descarga en tolvas que poseen un sistema de extracción de polvo. Antes de dicha descarga, a la vez que se descarga el producto se pesa y se cogen muestras para ver si reúne las características adecuadas, ya que en el caso que no resulte adecuado, la partida se devuelve.

El grano, mediante un sistema de cintas transportadoras, se conduce a un sistema de prelimpia antes de ser depositado en silos de almacenamiento con una capacidad aproximada de 42.000 toneladas y sistemas de aireación forzada para evitar en todo momento las fermentaciones anaeróbicas.

De los silos de almacenamiento, el grano se conduce a dos silos de día desde donde por gravedad se conducen a la tolva de pulmón del equipo de molienda (cuatro equipos de 27 t/h cada uno con uno de reserva). Antes de molerse se mide el caudal de grano para determinar la cantidad de agua y las enzimas necesarias en el proceso. El producto molido se conduce por medio de un tornillo sinfín a un mezclador, donde junto con el agua y las enzimas se inicia el proceso de fermentación. Dicha mezcla se lleva al tanque de mezclado donde se mantiene a una temperatura siempre por debajo de 60ºC.

El polvo que se genera en los procesos comentados se extrae y se deposita en un silo para luego posteriormente revalorizarse y emplearse como cama de ganado.

A la mezcla anterior se añade hidróxido amónico como nutriente y regulador de pH, y se conduce la mezcla por unas tuberías donde se incrementa la temperatura del producto hasta los 120ºC por medio de vapor directo. Posteriormente, el mosto es descomprimido en el tanque de licuefacción, donde se añaden las correspondientes enzimas y se enfría hasta los 35ºC.

La fermentación y sacarificación se produce en el tanque de fermentación a un pH entre 3,5 y 4,5 y a una temperatura entre 30 y 35ºC, donde a la entrada del mismo se añade la enzima necesaria directamente. El crecimiento de la levadura se regula por aireación y dichos tanques son limpiados cada vez que se produce el llenado del mismo. El CO2 generado durante la fermentación es extraído para la

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recuperación del alcohol arrastrado y puede ser emitido a la atmósfera o vendido como subproducto a las empresas de fabricación de bebidas carbónicas. Del mosto fermentado se obtiene el bioetanol a partir de una serie de destilaciones y rectificaciones, y una de las fracciones que quedan son unos productos denominados “vinazas”.

La deshidratación se produce en dos torres por el secado que se realiza sobre el alcohol a sobrepresión y en la segunda se regenera a vacío. Se produce un trasvase del material de una torre a la otra y este ciclo dura aproximadamente 10 minutos. El alcohol se condensa mediante condensadores y luego es almacenado en los tanques de diario.

Para evitar en todo momento el crecimiento de organismos indeseados, se emplea con una periodicidad programada un sistema de limpieza denominado “in situ” (CIP), que consiste en circular por todo el sistema de tuberías y depósitos una solución de sosa caústica caliente y biocidas.

Las vinazas se tratan convenientemente mediante decantación, evaporación y secado hasta la obtención de un compuesto denominado “DDGS”, que es empleado en la alimentación animal. El calor que es necesario en el proceso se obtiene de los gases de escape del sistema de cogeneración que tiene instalada la industria, así como a través de dos quemadores de gas natural. Una vez que el compuesto sale sólido sin humedad, se pelletiza y se almacena en una nave dispuestos a ser cargados en un camión.

Toda la energía eléctrica y térmica que necesita la industria la obtiene de un sistema de cogeneración de 25 MW de potencia, vertiendo el excedente a la red. El sistema consta de un compresor, una turbina de gas y un generador.

Las aguas que se emplean en el proceso productivo deben ser tratadas convenientemente antes de su uso mediante un sistema de filtración y un equipo de ósmosis inversa, mientras que las aguas residuales que se generan en la planta se depuran en la misma mediante un tratamiento físico-químico por flotación y un proceso aerobio por fangos activos con zona anóxica.

La instalación se completa con un laboratorio donde se llevan a cabo análisis de la materia prima y del producto, seguimiento de todo el proceso, control de instalaciones auxiliares, control de efluentes antes y después de su vertido al medio, etc.

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XI. RESUMEN

Se ha puesto de manifiesto la heterogeneidad de instalaciones que en España se pueden encontrar de aprovechamiento energético de la biomasa. Plantas como la de Sangüesa (Navarra) de utilización de residuos agrícolas herbáceos, son un referente no sólo dentro de España, sino también fuera de ella. Experiencias de aprovechamiento energético de los residuos ganaderos se tienen también en Ágreda (Soria), de utilización de los residuos forestales en Albuixech (Valencia) o en Cuéllar (Segovia), planta esta última que ha sido reconocida a nivel internacional, y que supuso la primera construcción de District Heating en toda la Península. Dentro del grupo de industrias agroalimentarias, se tienen ejemplos de aprovechamientos de la industria del café, de producción de biodiésel a partir de aceites usados en Reus (Tarragona), de producción de energía eléctrica a partir de alperujo en Palenciana (Córdoba), de generación de energía eléctrica a partir de orujillo en Lucena (Córdoba), de generación de energía eléctrica a partir de cáscara de almendra en Pinoso (Alicante), de generación de energía eléctrica a partir de cascarilla de arroz en Almácera (Valencia). Como ejemplos comentados de instalaciones de aprovechamiento de residuos de industrias forestales, se encuentran la planta de generación de energía térmica en Utiel (Valencia), o en Tavernes de Valldigna (Valencia). El aprovechamiento energético de los lodos de EDAR está muy extendido en España, reflejando en este caso la instalación denominada “La Gavia” ubicada en el municipio de Madrid. Por lo que se refiere a los RSU, se ha descrito la desgasificación y valorización energética del biogás en el vertedero de Colmenar Viejo (Madrid), el Tratamiento Integral de los RSU en la Isla de Mallorca, la valorización energética de los RSU en Zabalgarbi (Bilbao), la planta de biometanización de la fracción orgánica de los RSU en Tudela (Navarra). Dentro del grupo de cultivos energéticos, la planta integral de obtención de biodiésel de la cooperativa ACOR en Olmedo (Valladolid), es un ejemplo destacado, así como la planta de producción también de biodiésel en Caparroso (Navarra) o la de producción de bioetanol en Babilafuente (Salamanca).

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