Energía de la biomasa: tipos de biomasa y su aprovechamiento energético (página 3)

La caña de azúcar (Saccharum afficinarum) es la especie agroenergética ideal para los climas que permitan su cultivo, pudiéndose obtener cosechas de 40 a 65 Tm/ha de peso seco cada año. Se estima que su rendimiento energético oscila entre 3700 y 13000 l de etanol por hectárea y año.

La caña de azúcar suministra no sólo los azúcares transformables en alcohol, sino también el bagazo, residuo celulósico cuyo aprovechamiento en la fase de producción del alcohol permite cubrir prácticamente las necesidades energéticas del proceso mediante su combustión (su poder energético es de unos 6.2 MJ/kg).

La cebada (Hordeum vulgare) y el trigo (Triticum sativum) son cultivos que, junto con la caña de azúcar, son los más populares bajo el punto de vista de la obtención de la energía, ya que su fermentación a alcohol es conocida y practicada hace cientos de años. Hoy día, las destilerías pueden orientarse en países con excedentes en estos cereales, a la producción de alcohol para su uso industrial, aunque su rentabilidad pueda ser, en principio algo dudosa.

La cebada pertenece a la familia Poaceae. Las cebadas cultivadas se distinguen por el número de espiguillas que quedan en cada diente del raquis. Si queda solamente la espiguilla intermedia, mientras abortan las laterales, tendremos la cebada de dos carreras (Hordeum distichum); si aborta la espiguilla central, quedando las dos espiguillas laterales, tendremos la cebada de cuatro carreras (Hordeum tetrastichum); si se desarrollan las tres espiguillas tendremos la cebada de seis carreras (Hordeum hexastichum).-Hojas: la cebada es una planta de hojas estrechas y color verde claro. La planta de cebada suele tener un color verde más claro que el del trigo y en los primeros estadios de su desarrollo la planta de trigo suele ser más erguida.

-Raíces: el sistema radicular es fasciculado, fibroso y alcanza poca profundidad en comparación con el de otros cereales. Se estima que un 60% del peso de las raíces se encuentra en los primeros 25 cm del suelo y que las raíces apenas alcanzan 1,20 m. de profundidad.

-Tallo: el tallo es erecto, grueso, formado por unos seis u ocho entrenudos, los cuales son más anchos en la parte central que en los extremos junto a los nudos. La altura de los tallos depende de las variedades  y oscila desde 0.50 cm. a un metro.

-Flores: las flores tienen tres estambres y un pistilo de dos estigmas. Es autógama. Las flores abren después de haberse realizado la fecundación, lo que tiene importancia para la conservación de los caracteres de una variedad determinada.

-Fruto: el fruto es en cariópside, con las glumillas adheridas, salvo en el caso de la cebada desnuda.

El sorgo dulce o azucarero (Sorghum bicolor) es una planta parecida al maíz, pero no posee mazorca, sino semillas agrupadas y, al igual que la caña de azúcar, es capaz de rebrotar, permitiendo cortes sucesivos sin necesidad de sembrar continuamente. Sus rendimientos en peso fresco pueden llegar a ser hasta 112 Tm/ha-año. El sorgo necesita, además, menores cantidades de agua para su desarrollo, si se compara con la caña de azúcar, lo que hace posible su cultivo en un área geográfica mucho más extensa. Su plantación está muy extendida en Indonesia y se considera que podría ser un cultivo predominante en Estados Unidos para producir energía en forma de alcohol. Se ha llegado a obtener de 3000 a 4000 l/ha-año de etanol de esta planta.

En esta línea también se encuentra el maíz de tallo azucarado (Zea mays), del que se pretende el doble aprovechamiento del almidón de la semilla y del azúcar del tallo. Se han obtenido rendimientos de 2.4 Tm/ha-año de azúcar procedente del tallo.

La remolacha (Beta vulgaris), tanto azucarera como forrajera ha sido considerada por Nueva Zelanda como la materia prima con mayores posibilidades para la obtención del alcohol como combustible para automóviles. La remolacha azucarera puede tener rendimientos de hasta 56 Tm/ha-año de biomasa fresca y producir 4000 l de etanol por hectárea y año.

La yuca o mandioca (Manihot esculenta) es otro de los cultivos tradicionales de los que se conocen varios proyectos para su transformación en alcohol por fermentación (Brasil y Sudáfrica). Es un componente básico de la dieta de muchos de nuestros países tropicales subdesarrollados y, por tanto, su uso como cultivo energético debe ser estudiado. Presenta la ventaja de ser cultivo continuo (frente a la caña de azúcar, que sólo produce seis meses al año) y, por consiguiente evita las paradas de las destilerías. A partir de 1 Tm de yuca se pueden obtener 180 l de etanol.

Los cítricos poseen, en general, en sus cáscaras una pequeña porción de un aceite denominado "citrolina", que tiene la misma potencia energética que el gasoil (44 MJ/kg), al que puede reemplazar. Sus posibilidades están centradas en el posible aprovechamiento de los subproductos de la industria de cítricos, porque de otra manera carece de viabilidad.

El girasol (Heliantus anuus) posee unas semillas que producen un aceite, actualmente usado como alimento, en la fabricación de jabones y pinturas, como lubricante, etc., y además la fibra residual se aprovecha para hacer papel. En Sudáfrica, a escala piloto, esta especie ha sido considerada para obtener el combustible para hacer mover los tractores.

Cabe destacar dentro de los cultivos tradicionales las plantaciones forestales, con objeto de producir grandes cantidades de biomasa para ser convertida en energía, principalmente por métodos termoquímicos.

La manipulación de especies forestales en plantaciones energéticas difiere de la que tradicionalmente se hace en las explotaciones madereras. Para fines energéticos son preferibles especies de crecimiento rápido con altas densidades de plantación, sometiéndolas a podas intensivas y cosechando su producción en ciclos cortos, generalmente en períodos menores a 5 años. De esta forma se evita que una gran parte de la energía fijada se pierda en procesos metabólicos implicados en la formación de la lignina.

Los rendimientos de estos cultivos suelen oscilar entre los 11 y 27 Tm7ha-año de materia seca, con un poder energético superior a los 20 MJ/kg pudiendo ascender con cuidados especiales hasta valores entre 36 y 45 Tm/ha-año.

Entre las plantaciones forestales que han sido consideradas más adecuadas para cultivos energéticos, las más importantes parecen ser las de eucalipto (mirtáceo), álamo (salicáceo), sauce (salicíneo) y acacia (leguminoso), destacando el primero de ellos por su resistencia a las plagas y su facilidad de adaptación a diversas condiciones climáticas. Además, la abundancia de sus especies (se conocen más de 600) es tal, que con toda seguridad se podrá encontrar alguna que se acomode o adapte mejor a las condiciones de marginalidad de terrenos concretos. El eucalipto presenta también la particularidad de que sus hojas contienen aceites hidrocarbonados (eucaliptol, entre otros) que constituyen alrededor del 3.5% de su masa seca, y que podrían ser extraídos para su uso directo como combustibles de motores.

3.5. Cultivos poco frecuentes.

Desde que surgió la idea de desarrollar los cultivos energéticos, se han iniciado diversos proyectos de prospección de especies silvestres en todo el mundo, algunas de ellas ya se cultivaban pero no con fines energéticos.

La principal ventajas de este tipo de especie sería su adaptabilidad a las condiciones de marginalidad de los terrenos donde ubicarse o áreas no aprovechables para fines alimenticios o industriales, con lo que se evitaría la competencia mencionada anteriormente. En principio, se ha centrado la atención en especie de alta producción de biomasa en condiciones de suelo y clima desfavorables (suelos salinos, pobres, áridos) y con vistas a un aprovechamiento total de la biomasa producida (azúcares fermentables y residuos leñosos o celulósicos utilizables como combustibles sólidos).

Dentro de este tipo de cultivos se están ensayando, por ejemplo en España, tres especies de cardos: Onopordum nervosum (toba), O. illyricum y O. acanthum. Todos ellos presentan un gran desarrollo, lográndose ejemplares de hasta 4 m y siendo normal un desarrollo de 2.5 y 3 m. Estas especies tendrían un aprovechamiento basado fundamentalmente en la utilización como combustible de su celulosa, aunque no se descarta la utilización de los azúcares directamente fermentables. Aunque hay discrepancias entre varias fuentes, se considera que su rendimiento están en torno a las 20 Tm/ha-año de materia seca.

La pataca o tupinambo (Heliantus tuberosus) es una planta que posee tallos de dos clases: unos subterráneos o tubérculos, formados por acumulación de sustancias de reserva (alrededor de 20% de materia seca, casi en su totalidad hidratos de carbono), y unos tallos aéreos, que pueden alcanzar alturas de hasta 3 m. Tolera fuertes calores y sequías intensas y se adapta bien a todo tipo de suelos. La siembra es anual y los rendimientos están alrededor de las 50 Tm/ha-año de tubérculos y de 6 Tm/ha-año de materia seca correspondiente a los tallos.

Las chumberas o tuneras (opuntia ficus-índica) crecen espontáneamente en terrenos marginales de Europa, EE.UU, Australia, India y Africa. Se trata de una planta arborescente que se reproduce por esquejes, tiene tallos y ramas aplanadas, asemejando grandes hojas carnosas articuladas, provistas de hojas transformadas en espinas y sus grandes flores originan frutos comestibles (higos chumbos). Tanto los tallos como los frutos poseen una elevada proporción de azúcares, que se podrían utilizar como materia prima para su fermentación a alcohol.

Se recomienda su recolección cada dos años, labor que puede ser mecanizada, obteniéndose rendimientos de hasta 100 Tm/ha en cada cosecha, ya que el cultivo es de alta densidad (3800 plantas/ha).

Existen otras especies que han sido objeto de algún ensayo o experimentación en algún punto del planeta del que se tienen algunas referencias que se muestran en la tabla 2.

Tabla 2. Algunas otras especias que se conocen y sus particularidades.

3.6. Cultivos acuáticos.

Los océanos cubren aproximadamente el 70% de la superficie de la Tierra; desde el punto de vista de la captación de la energía solar poseen entre 5 a 10 veces más superficie potencialmente productiva que la tierra. Hasta el momento no se ha abordado con suficiente extensión y profundidad la creación de cultivos en explotaciones marinas, sin embargo el crecimiento de la población y la demanda creciente de alimentos y productos energéticos, han vuelto en gran medida la atención científica hacia esta posible forma de obtención de biomasa.

El cultivo de plantas marinas por excelencia es el de las Algas. Entre las especies de algas económicamente explotadas se encuentran Macrocystis, Nerocystis y Alaria que, al no tener sus células envoltura lignocelulósica, se favorece el tratamiento a su materia orgánica. Macrocystis pyrifera es especialmente interesante por su productividad vinculada a una alta eficacia fotosintética. Puede alcanzar hasta 46 cm de longitud, pudiéndose obtener en una explotación en forma de "granja marina" un rendimiento aproximado de 76 Tm/ha-año de materia seca, que posee un potencial energético de unos 10.8 MJ/kg. Este cultivo rebrota después de cada corte por lo que hay que sembrar anualmente. Se debe explotar en granjas marinas debido a que sino se hace muy difícil su recolección posterior.

También hay que destacar entre las algas el cultivo de las algas unicelulares, principalmente de los géneros Chlorella, Scenedesmus y Spirulina. Desde hace muchos años se ha considerado el gran valor potencial de las mismas para la producción de alimentos, teniéndose hay día unos conocimientos muy completos acerca de la fisiología, nutrición, crecimiento, reproducción, etc. de estos microorganismos. Aunque su importancia radica en su alto contenido en proteínas (alrededor del 50% de la materia seca en muchas especies), se ha pensado en utilizar el resto de la biomasa como fuente energética. La productividad de estos vegetales está alrededor de las 100 Tm/ha-año, pudiendo alcanzar la Chlorella valores hasta de 125 Tm/ha-año.

Actualmente se utilizan algas unicelulares en grandes bolsas de tratamiento de aguas residuales, donde se reproducen con gran facilidad, generando una considerable cantidad de biomasa que puede ser cosechada y transformada en metano por digestión anaerobia.

La planta acuática que quizás haya recibido más atención en los últimos años es el jacinto de agua (Eichornia crassipes), especie de agua dulce de origen tropical, cuyo crecimiento es óptimo entre los 26 y 28º C y nulo si la temperatura del agua baja a los 10º C. En condiciones térmicas y nutritivas adecuadas, su crecimiento y consiguiente reproducción vegetativa son extraordinariamente rápidos: una mata aumenta al día su peso fresco en un 10%, duplicándose el número de individuos cada 12 o 15 días. Su productividad media se estima superior a las 30 Tm/ha-año en peso seco (del 6 al 8% del peso fresco), habiéndose obtenido en algunos casos rendimientos de hasta 150 Tm/ha-año de materia seca.

Una característica interesante del jacinto de agua es su capacidad de depuración de aguas residuales de todo tipo, ya que tanto la materia orgánica como las sales inorgánicas quedan absorbidas por la planta y retenidos en sus tejidos, quedando el agua libre de los mismos. Las plantas empleadas como descontaminantes no se pueden usar posteriormente como alimento animal pero si pueden ser utilizadas como materia prima en la producción de energía. Debido a su alto contenido en agua, el empleo más indicado para ese fin es la producción de metano por digestión anaerobia (se registran la obtención de hasta 400 m3 de biogás por tonelada de materia seca, con un contenido de metano del 60%).

No obstante todas las cuestiones favorables cabe destacar que el jacinto de agua es la plaga acuática más importante en aguas dulces y puede ocasionar daños importantes. Daños de tipo físico (obstrucción de vías de agua), como de tipo biológico (destrucción de la fauna piscícola). Por ello, es recomendable la máxima precaución en el posible uso de esta planta, ya que los intentos de su eliminación por cualquier tipo de procedimiento han sido infructuosos después que la especie se ha implantado en un hábitat favorable.

3.7. Cultivos de plantas productoras de combustibles líquidos.

La mayor parte de los vegetales almacena su energía básicamente en forma de hidratos de carbono (azúcares, almidón, celulosa). Existen otros, en cambio, que, presentando una gran fracción de residuo leñoso, producen sustancias que, con un tratamiento sencillo, pueden ser usadas como combustibles, por sus propiedades parecidas a los derivados del petróleo, en los motores de combustión interna o diesel. Son las plantas productoras de combustibles líquidos.

El cultivo de estas especies en la actualidad resultan muy interesante, por lo que a continuación se dará una relación de algunas de las especies que se podrían utilizar para la producción de energía.

La palma africana (Elaeis guineensis) presenta una gran posibilidad potencial si se consideran las enormes áreas lluviosas de África y América del Sur, cuyas condiciones son excelentes para su producción. Sus frutos (dátiles) se pueden recolectar durante todo el año y sometidos a cocción y prensado proporcionan un aceite, constituido fundamentalmente por triglicéridos. Sus residuos (racimos de los frutos) se pueden fermentar a biogás o someter a combustión. La planta tiene pocas enfermedades y resiste suelos muy ácidos; se inicia la producción a los 4 años y tiene una vida productiva de 30 años, dando una 5 Tm de aceite por hectárea y año.

La palma babasu (Orbignya martiana) crece solo en Brasil, ya que sus frutos (nueces) son muy pesados, lo que ha impedido su propagación natural. Esta planta no agota los suelos y se podrían poblar con ella las sabanas empobrecidas del trópico. Es decir, al no usar suelos agrícolas y no ser su fruto utilizado como alimento, no compite como cultivo alimentario.

Las nueces sirven como fuente de aceite desde hace mucho tiempo pero también podrían, a través de la pirólisis (destilación seca), generar gas de síntesis, metanol y coque. Se han registrado rendimientos de hasta 30 Tm/ha-año de nueces, lo que representa 4.5 Tm de coque, 6.5 Tm de gas de síntesis y 4.5 de metanol. Ello equivale a unas 9 tep en valor energético.

La palma de coco (Cocos nucifera) produce los cocos, que pueden ser pronto una fuente de energética en muchos países tropicales, dado su alto rendimiento de materia seca, en torno a las 20 Tm/ha-año. El aprovechamiento integral de esta especie lleva, por un lado, a la obtención de aceite de coco, copras (médula del coco) y fibras, y por otro, a la conversión de los residuos en gas de síntesis, por medio de la tecnología de la gasificación.

Así, en Filipinas (mayor productor de cocos del mundo) la industria del coco puede satisfacer una proporción considerable de sus propias necesidades energéticas por el aprovechamiento de sus residuos. Con 5 kg de desechos se produce suficiente energía para un motor de 1 CV funcionando una hora, a mitad de coste que con combustible convencional, por lo que una fábrica que transforma 2000 cocos/hora en aceite, produce desechos suficientes para alimentar una central eléctrica de 1500 kW.

La tabaiba o planta de la tusa (Euphorbia lathyris) es una planta de más de un metro de altura, que se encuentra dispersa en muchas partes del mundo, siendo propia de los climas mediterráneos templados. Su tallo contiene una emulsión líquida lechosa, llamada "látex" que contiene azúcares y sustancias hidrocarbonadas y sus semillas son ricas en aceites. El interés de esta planta como fuente de energía es, pues, evidente, más cuando se trata de una especie que, probablemente pueda ser cultivada con menos agua que ningún otro cultivo agrícola utilizado actualmente, por lo que no ocuparía tierras productoras de alimentos, cumpliendo así con uno de los criterios más importantes para los cultivos energéticos.

Según las referencias, parece que la vida óptima de la planta para su producción energética es de 15 meses, con una densidad de plantación e unas 36000 unidades por hectáreas. Se habla de rendimientos de 23 Tm/ha-año. En la figura 1 se muestra la distribución esencial de la tabaiba y sus posibilidades energéticas.

Figura 1. Componentes energéticos de la tabaiba.

La jojoba (Simmondsia chinensis) es un arbusto silvestre de tamaño medio que crece en zonas desérticas de México y EE.UU. Constituye una de las plantas del desierto que ha despertado mayor interés en los últimos años; es un árbol de alrededor de 2 m de altura que da su primera cosecha de semillas después de unos 5 años, proporcionando luego una cosecha anual, pero se requiere unos 10 años para potenciar en la planta su máxima capacidad productora, pudiendo durar más de 120 años de una forma íntegra. En pleno período productivo se han obtenido en California hasta 200 kg de aceite por hectárea y año, pero como la jojoba puede crecer en tierras donde no crece otra cosa, con solo una productividad del 10% de la indicada ya sería considerada rentable.

El alga elástica (Botrycoccus braurii) es una alga unicelular que tiene un período verde de desarrollo y una fase de roja de inactividad, en la cual, el 75% de la planta seca puede estar constituido por un aceite hidrocarbonado utilizable para producir combustible líquido. Crece en agua dulce y se multiplica a una velocidad 5 veces superior a cualquier otra planta. Es muy abundante en Australia y desecada parece un material elástico y resinoso.

El membrillo negro (Croton sonderianus) crece extensamente en el norte de Brasil y por su poder invasor se considera como mala hierba, ya que incluso se adapta bien a las estaciones de sequía prolongada.

Una extracción total de la planta mediante destilación con vapor proporciona 1% de aceite esencial, semejante al gasoil. De hecho, los motores diesel funcionan bien sin ninguna modificación con este aceite. La resina restante de la destilación tiene valor potencial como combustible después de su pirólisis.

El tártago o ricino (Ricinus communis) es particularmente importante en zonas Brasil, Tailandia, India y EE.UU. Crece espontáneamente hasta una altura media de 2 m, admite aguas salobres y no requiere ningún cuidado especial. El fruto globuloso posee tres semillas, a partir de las que se extrae un aceite por prensado mecánico y posterior extracción de este jugo con disolvente. Se obtiene alrededor del 55 de aceite respecto al peso de las semillas. Este aceite es el conocido aceite de ricino, importante materia prima para la industria de plásticos, pinturas, fibras sintéticas y otros productos. Sin embargo, su composición hidrocarbonada permitiría su uso como combustible, transformándose en biogás por fermentación anaerobia o sometiéndolo a procesos termoquímicos.

La copaiba (Copaífera langsdorfii), en Brasil, ha proporcionado un aceite, usado como combustible para lámparas. Con una perforación de 3 cm en su tronco, a 1m del suelo, se extrae el aceite contenido en sus vasos longitudinales, siendo la producción de unos 20 litros por árbol cada 6 meses, repitiéndose la operación en la perforación taponada. El aceite ha sido usado en motores diesel de automoción durante todo un año como único combustible trabajando con resultados satisfactorios.

El árbol de caucho (Hevea brasiliensis) ha sido muy estudiado y sometido a mejoras genéticas para aumentar su rendimiento en caucho. El caucho es el resultado de la coagulación por el contacto con el aire del látex de esta planta, que se extrae del árbol por simple sangrado, siendo su contenido de hidrocarburo de un 10%.

Este árbol crece solo en zonas tropicales húmedas y no es explotable hasta los 5 o 6 años, después de los cuales se pueden obtener rendimientos de caucho algo superiores a las 2 Tm/ha-año. Aunque el factor de mayor importancia económica actual de esta especie es el procesado del látex para obtener diversos productos, contenido en hidrocarburos puede hacer que se convierta en un importante cultivo energético en el futuro.

El guayule (Parthenium argentatum) es un arbusto que alcanza de 60 a 70 cm de altura que crece de forma natural en las zonas desérticas norteamericanas. La planta se muele (a los 3 años de vida) y se extrae con disolvente una especie de caucho que tiene un rendimiento de más de un 20% del peso seco de la planta (800 kg/ha-año).

3.8. Estado actual del desarrollo de la agroenergética en el mundo.

3.9. Consideraciones finales sobre los cultivos energéticos.

Se han comentado varias especies susceptibles de ser empleadas como productoras de energía. La integración de este tipo de cultivos en el sistema económico de un país depende de diversos factores, principalmente agrícolas. No obstante desde el punto de vista social cabría citar diversos aspectos que resultarían positivos por la implantación de esta nueva faceta de la agricultura, resumidos en los siguientes puntos:

• Pueden liberar, en parte, a un país de su dependencia energética exterior, lo que produciría una inclinación favorable de su balanza de pagos.

• No necesita de nuevas tecnologías, basta aplicar racionalmente los conocimientos científicos y técnicos actuales con criterios adecuados a las nuevas circunstancias.

• Permite utilizar las tierras abandonadas, con su consiguiente revalorización.

• Podría evitar la emigración hacia las grandes urbes, fomentando un desarrollo más equilibrado de la ordenación del territorio.

• Facilita la mejora de la calidad del medio ambiente, debido al uso de combustibles más limpios.

• Los cultivos y la industria correspondiente requiere mano de obra rural generando empleo.

Hay que seguir de cerca la posibilidad de competencia de los cultivos energéticos con los agroalimentarios. Es necesario, partiendo de la premisa básica de realizar cultivos energéticos de especies que no sean usadas como alimento, utilizar terrenos inservibles para los cultivos alimentarios.

Existen ciertos inconvenientes que deben no perderse de vista:

• El país debe disponer de suficiente terrenos marginales para los cultivos energéticos.

• El agua podría ser una limitante para la implantación de un cultivo dado.

• Deben tener apoyo de todas las instituciones vinculadas a estos temas.

Procesos de transformación de la Biomasa en Energía.

4.1. Introducción.

La idea de aprovechar la biomasa con fines energéticos no es nada nueva. Desde los tiempos más antiguos, el hombre ha venido utilizando como combustible desde la leña hasta el excremento de ganado desecado. En la medida de que el grado de desarrollo de algunos países ha ido aumentando estos combustibles tradicionales se han ido sustituyendo por otros convencionales como el carbón, el petróleo, etc., no siendo así en la mayoría de los países subdesarrollados en los que llega a cubrir en más de un 90% de las necesidades energéticas en algunos de éstos.

De forma general, algunas propiedades de la biomasa tal y como se obtiene directamente de la cosecha o de los residuos, como puede ser la baja densidad física y energética y la alta humedad, no permiten su empleo en esas condiciones, por lo que se necesitan ciertos procesos de tratamiento para adecuarlas a las condiciones de explotación con aceptable eficiencia.

A partir de esos procesos de tratamiento se generan combustibles que pueden sustituir en mejores condiciones a los combustibles fósiles sólidos (carbón), líquidos (petróleo) o gaseosos (gas natural), y que presentan, en general, las siguientes características:

• Alto contenido energético por unidad de volumen.

• Facilidad de transporte y almacenamiento.

• Buena combustión.

Ya en el capítulo 1 se mencionaron las ventajas que tiene la ventaja con relación a los demás combustibles convencionales. Es bueno destacar, en este momento, que en la mayoría de los casos es interesante transformar la biomasa en combustibles sólidos, líquidos o gaseosos cerca de los centros de producción, para evitar los gastos en transporte.

Algunos combustibles pueden extraerse de la biomasa directamente por extracción (plantas productoras de hidrocarburos), pero es más frecuente someter la biomasa a distintas manipulaciones, que pueden dividirse de acuerdo a la naturaleza de los procesos implicados. En la tabla 4.1, los procesos de transformación de la biomasa en energía.

Tabla 4.1 Procesos de transformación de la biomasa en energía.

Como se puede observar en la tabla 4.1, la biomasa con alto grado de humedad puede transformarse mediante procesos bioquímicos generando una buena variedad de subproductos con un nivel de aplicación determinado en cada caso.

Los procesos termoquímicos de conversión se basan en someter a la biomasa a la acción de altas temperaturas y pueden dividirse en 3 amplias categorías, dependiendo de que el calentamiento se lleve a cabo con exceso de aire (combustión), en presencia de cantidades limitadas de aire (gasificación) o en ausencia total del mismo (pirólisis).

Antes de pasar a ver estos procesos de transformación de la biomasa en energía es indispensable pasar revista a los procesos que en muchos casos hay que aplicarle a la misma para garantizar propiedades físicas mínimas que permiten la explotación de la materia prima con eficiencias energéticas adecuadas.

4.2. Procesos físicos de pretransformacion energética.

Consistentes en la alteración de las propiedades físicas del material. Están asociadas a fases primarias de transformación, dentro de lo que se suele denominar etapa de acondicionamiento y preparación del material biomásico.

No ocasionan, de forma general, cambios en la composición química de la biomasa y están destinados fundamentalmente a lograr acondicionar el material en cuestión para su mejor utilización en los procesos posteriores a los que será sometido.

Dentro de este tipo de procesos se pueden mencionar: el secado (como uno de los procesos más importantes en la biomasa), la molienda, el astillado, el tamizado y la compactación, que como tratamiento de mayor grado de elaboración y que por tanto supone un interesante incremento de valor añadido, admisible por el mercado al cual van dirigidos, merece mencionar a los más representativos como son el pelletizado y el briqueteado.

Secado:

Es un proceso que para la mayoría de los casos en los que a la biomasa se le aplicará uno de los procesos termoquímicos y ésta tiene un contenido de humedad medianamente elevado (más de un 30%), es prácticamente de obligatoria aplicación.

El secado puede ser natural, aprovechando la energía de Sol, o artificial o forzado, empleando algún otro elemento como agente calefactor. En el caso del que se realiza de manera natural se expone a la biomasa a la intemperie siempre que su contenido de humedad sea mayor que el contenido del aire ambiente, por transferencia de materia tenderá al equilibrio con el medio entregando cierta cantidad de agua en forma de vapor al mismo. Debe tenerse bien claro hasta que valor llegará el contenido de humedad después de logrado el equilibrio don el medio ambiente.

El secado artificial o forzado suele realizarse en secadores que emplean algún agente caloportador (humos producto de la combustión, vapor de agua exhausto, etc.). En este caso hay que tener en cuenta que es un proceso que puede introducir costos y pérdidas desde el punto s de vista económica y hay que definir previamente como se asumirá el secado, que agente emplear y de qué manera. Existen infinidad de secadores en el mercado que habría que estudiar para su selección. La tecnología del diseño de estos equipos también está a mano de forma que puede ser acometida. En el CETER existe cierta experiencia con este tema con trabajos realizados para secar bagazo de caña.

El secado es importante ya que evita perder energía en la aplicación de los procesos termoquímicos en la primera etapa de los procesos dirigida al desprendimiento de la humedad contenida en la biomasa, de manera que la mayor parte de la energía generada sea energía útil.

Molienda:

Esta es una operación que se realiza fundamentalmente en biomasas lignocelulósicas que presenten una distribución de tamaño no acorde con el proceso de transformación a la que debe ser sometida.

La biomasa se muele para estar en congruencia con el sistema de alimentación que se vaya a emplear y con las condiciones de diseño del sistema de aprovechamiento energético a utilizar. Hay que tener en cuenta el tipo de biomasa a ser molida, por sus propiedades físicas; las materias biomásicas altamente fibrosas son muy difíciles de moler, teniéndose que buscar el molino más adecuado para ello.

De cualquier forma esta es una de las operaciones que si puede ser evitada debe hacerse, pues el molino es un equipo eminentemente consumidor de energía y aporta costos importantes a todos los procesos transformadores de la biomasa en energía.

Astillado:

Esta operación se realiza a los residuos agrícolas o forestales después que son cortados o colectados de forma primaria, generalmente para residuos forestales, restos de podas o limpieza de montes.

El astillado está encaminado a convertir en astillas unas maderas o materiales biomásicos cuyo transporte en bruto no sería económico o técnicamente factible. Generalmente se lleva a cabo de forma mecánica, existiendo ya equipos con una altísima eficiencia y alcance en la operación. Es del tipo de procesos que sería bueno obviar o al que se debe buscar alguna alternativa más económica.

Tamizado:

Tiene como objetivo llevar a la biomasa a una distribución de tamaño adecuada y que se corresponda con la que se espera según el diseño del sistema de aprovechamiento energético. Es de las operaciones que se realizan justo como paso previo inmediato a los procesos de transformación definitiva en energía, de forma general, los termoquímicos.

Se emplean distintos tipos de tamices, fundamentalmente mecánicos, por lo que debe realizarse un adecuado estudio de costos para no incurrir en errores económicos que vayan en detrimento del proceso de aprovechamiento global.

Peletizado:

Se emplean prensas de granulación similares a las utilizadas para preparar algunos tipos de piensos, aunque con modificaciones. El material se forma por extrusión hacia el exterior, a través de una matriz cilíndrica, con orificios donde el material se alimenta desde dentro y es aprisionado por un sistema de rodillos.

La compactación se puede hacer de forma natural o mediante el empleo de aditivos que no contengan elementos químicos contaminantes. En cualquier caso la materia prima debe tener determinadas condiciones de granulometría y humedad reducida. Para una misma máquina peletizadora y el mismo tipo de materia prima, el rendimiento varía en función principalmente del diámetro del producto final y de la utilización o no de aditivos.

El resultado del proceso de peletizado es un producto combustible llamado pellets, que son pequeños cilindros entre 7 y 20 mm de diámetro y de 25 a 60 mm de longitud. Es un producto muy manejable y limpio, que se puede servir a granel o envasado. Resulta muy apropiado para pequeñas instalaciones domésticas individuales o colectivas de madera o carbón y además es muy fácilmente automatizable. En los países desarrollados, sobre todo los de clima frío, son muy populares para calefacción y otros menesteres domésticos.

Briqueteado:

En este proceso se usan prensas de pistón que actúan mediante compresión, empleando volantes de inercia para conseguir elevadas presiones. Se obtienen como producto final las briquetas, que son similares a los pellets en su forma cilíndrica, pero de mayor tamaño, ya que el diámetro puede variar entre 50 y 130 mm y la longitud entre 50 y 300 mm. Al igual que los pellets, su densidad es alta, pudiendo oscilar entre 1000 y 1300 kg/m3.

La compactación se realiza de forma natural, ya que la compresión produce una elevación de la temperatura y la baquelización del producto en la superficie. El producto final obtenido se presenta en el mercado embalado en cajas de cartón o bolsas de plástico haciendo fácil y limpio su manejo. Va destinado a su utilización en chimeneas, cocinas de leña, etc., en sustitución de la madera o el carbón. Sus características le permiten la comercialización a través de los mismos canales que los habituales para cualquier otro producto de consumo doméstico diario, siendo esta una importante ventaja competitiva frente a las otras alternativas.

La fabricación de briquetas, en muchos casos, constituye una salida favorable para las industrias de la madera que valorizan de esta forma los residuos y comercializan un producto más.

4.3. Procesos de extracción.

Como se ha podido apreciar en capítulos anteriores, existen numerosas especies vegetales que producen en su metabolismo hidrocarburos o compuestos afines, de elevado poder calorífico, que se pueden utilizar directamente como combustibles. Estos compuestos se pueden obtener a través de un proceso de extracción directa, aunque en la actualidad no está completamente definido el esquema de operación, debido a que está condicionado a cada tipo de especie digital. No obstante, los ensayos realizados en laboratorios indican que un proceso general de extracción directa podría ser el que aparece en la figura 4.1.

En general, las plantas cortadas se secan y se muelen hasta obtener partículas pequeñas, que se someten a extracción con acetona u otro disolvente similar. Extracciones posteriores con hexano y benceno permiten obtener un aceite negro con propiedades similares a los crudos, formados por hidrocarburos y un residuo rico en proteínas e hidratos de carbono, que puede ser utilizado como materia prima para la producción de etanol por fermentación.

Figura 4.1 Extracción de hidrocarburos a partir de biomasa vegetal.

Según, la especie vegetal a procesar, varía el tratamiento previo, los disolventes utilizados y las diferentes fracciones obtenidas al final de cada operación. De ahí que las investigaciones que se llevan a cabo para intentar optimizar el proceso en cuanto a rendimiento y economía estén encaminadas, principalmente, a determinar los disolventes adecuados en cada caso y su máxima recuperación con vistas a su reciclado.

4.4. Procesos termoquímicos.

Se basan en la descomposición térmica de la biomasa. Se somete la biomasa a altas temperaturas, teniendo lugar transformaciones químicas de la misma, dando lugar a productos combustibles o directamente a energía para la producción de electricidad u otro tipo de energía útil. Actualmente son los más utilizados por su mayor viabilidad técnica y económica.

Dependiendo de las condiciones en las que se produzca el proceso, de la composición de la atmósfera imperante y del nivel de temperatura, éste se va a regir por unos principios u otros, y se generarán unos productos u otros. Los procesos a través de los cuales ocurre la transformación química de la biomasa a partir de su degradación térmica, son: la combustión, la gasificación y la pirólisis.

4.4.1. Combustión.

Se produce en atmósfera oxidante, normalmente de aire u oxígeno, dando lugar a productos gaseosos derivados de la reacción de oxidación, que puede variar si esta ocurre de forma completa o incompleta. También se suelen generar productos sólidos (cenizas), que proceden del contenido de sales inorgánicas del combustible.

4.4.2. Gasificación.

Es una combustión incompleta, que ocurre en una atmósfera baja en oxidante, siempre en proporciones inferiores a las necesidades estequiométricas. En este caso se origina como producto un gas combustible con poder calorífico pobre (alrededor de 4.000 kJ/Nm3), sobretodo cuando se usa aire como agente gasificante. El gas estará compuesto principalmente por dióxido y monóxido de carbono, hidrógeno y metano. Todos estos componentes proceden de la desvolatilización del combustible y de la oxidación parcial de sus compuestos.

4.4.3. Pirólisis.

Es el proceso a través del cual la biomasa se degrada térmicamente en ausencia total de un oxidante (oxígeno). En dependencia de la velocidad y la temperatura de la reacción, se obtienen diferentes productos además de los gaseosos; desde el carbón vegetal (pirólisis lenta de 300º a 500º C), hasta aceites y líquidos piróleñosos (pirólisis rápida de 800º a 1.200º C).

4.5. Procesos bioquímicos.

Se desarrollan por el crecimiento de microorganismos, que degradan la materia orgánica al nutrirse de ella, originando unos productos de interés energético, que pueden ser líquidos, sólidos y/o gaseosos.

Este tipo de proceso presenta grandes posibilidades, debido a la gran variedad de microorganismos, enzimas y microbios, entre las que se encuentran actualmente, la producción de biocombustibles líquidos (bioetanol), y de productos químicos (ácidos orgánicos, alcoholes, cetonas y polímeros de diferente naturaleza). Por ejemplo, las fermentaciones anaerobias de residuos varios para dar lugar al biogás y la fermentación aerobia de residuos varios para dar lugar al compost.

Para que estos procesos se puedan llevar a cabo es preciso que la biomasa tenga un alto contenido de humedad (( 50 %).

4.5.1. Fermentación alcohólica.

4.5.2. Digestión anaerobia.

4.5.3. Fermentación aerobia.

Estos procesos también están relacionados con reacciones de degradación o digestión química, generalmente por hidrólisis, de los componentes de la biomasa: poliazúcares (almidón, celulosa, hemicelulosa) y lignina, para derivar en compuestos más simples como los monosacáridos en el caso de los primeros, muy importante en la obtención de productos energéticos (bioetanol) y derivados fenólicos de la lignina, muy apreciados en la industria del plástico y las resinas.

Otro ejemplo de proceso químico es la transesterificación de aceites vegetales, que consiste en la reacción de estos productos con alcoholes como el metanol y etanol, para dar lugar a estéres, denominados genéricamente biogasóleos y biodiesel, por poderse utilizar en motores diesel en sustitución del gasóleo.

4.6. Tecnologías en fase comercial.

Dentro de los procesos termoquímicos, la gasificación, que en un futuro puede ser la tecnología alternativa a la combustión para la obtención de electricidad a partir de biomasa, ha alcanzado ya un desarrollo tecnológico industrial térmicamente hablando, con cierta aplicación eléctrica a escala comercial para gasificadores pequeños de lecho fijo y de corrientes paralelas (capacidad 500 kWe).

La pirólisis, como proceso, posee una tecnología establecida comercialmente en cuanto a la obtención de carbón vegetal; y se encuentra en la etapa de planta piloto en la parte de obtención de aceites para usarlos como combustibles (Canadá y Estados Unidos).

En una etapa semindustrial con distintas plantas de demostración comercial en Europa (Austria, Francia, etc.) y Estados Unidos se encuentra el proceso de transenterificación de aceites de semillas vegetales, aunque se espera mucho más en cuanto su optimización.

Los procesos de fermentaciones de la biomasa tanto para la obtención de gases combustibles (biogás) como para el compost, ya están desarrollados en el ámbito comercial, existiendo un amplio desarrollo tecnológico y cientos de plantas trabajando con adecuados niveles de eficiencia. Ahora bien, de los procesos de degradación química de los polímeros de la biomasa tan sólo la digestión para producción de papel y algún otro como la hidrólisis con bases de la lignina para producir vainillina o la hidrólisis ácida del almidón, han logrado alcance comercial.

Con una gran diferencia, la principal aplicación energética de la biomasa vegetal es mediante la combustión directa o con transformaciones físicas de los materiales de origen forestal o agrícola, o bien los residuos generados en las industrias de transformación de los mismos.

Una de las principales utilizaciones de la biomasa es como combustible en las instalaciones industriales. Los equipos disponibles en el mercado actualmente cubren una amplia gama de necesidades, con un rendimiento satisfactorio. Estos equipos pueden funcionar con distintos tipos de combustibles (líquidos, granulares, sólidos, etc.) y generar todos los fluidos térmicos que la industria requiera (aire, gases calientes, vapor, agua caliente, aceite térmico, etc.), sin que la biomasa genere problemas en los sistemas de producción.

Otra de las aplicaciones es la calefacción en el sector doméstico. Existen en el mercado diferentes equipos (estufas, calderas, cocinas) de nuevo diseño y con alto rendimiento, que coexisten con las chimeneas y hogares tradicionales, los cuales siguen utilizando biomasa como combustible, fundamentalmente, en el medio rural, en los países y zonas donde existe tal necesidad.

Como tratamientos de la biomasa, ya en fase comercial, es de gran interés la densificación de la misma mediante la fabricación de briquetas y pellets a partir de material residual de origen forestal y agrícola. Estos productos son aplicables en la industria y en el sector doméstico y destacan por su fácil manipulación y sus propiedades beneficiosas para la conservación del medio ambiente.

Dentro de las tecnologías en fase comercial, también son importantes, las relativas a la extracción del residuo del monte o campo, con equipos móviles de trituración o astillado "in situ".

El otro apartado de tecnologías en fase comercial son las referidas a la valorización de los residuos sólidos urbanos, pues por sus características diferenciales de composición y estructura, además de tecnologías de aprovechamiento, requieren un tratamiento independiente.

4.7. Tecnologías en fase de desarrollo.

Los procesos de tratamiento más importantes, que no han alcanzado un grado de desarrollo tecnológico suficiente o que no se encuentran generalizados comercialmente son:

• Gasificación:

Las instalaciones con alta eficiencia y capacidad superiores a 10 MWe, empleando ciclos combinados o avanzados, están todavía en fase demostrativa. Además de la gasificación catalítica para la síntesis de metanol y amoniaco.

• Pirólisis:

La parte del proceso de hidrogenación de los aceites piroleñosos con vistas a la producción de gasolina sintética para su uso en vehículos.

En la tabla 4.2, se muestra una idea generalizada del estado actual de las tecnologías que se emplean para el aprovechamiento energético de los distintos tipos de biomasa.

Respecto a la última tecnología mencionada, es decir, la producción y consumo de biocombustibles, orientados a su aplicación en el sector transporte, existe un grado de utilización avanzado en determinados países, esto es debido a que se ha desarrollado una política intensa en su aplicación.

En Brasil, por ejemplo, se consumen anualmente del orden de 12.000 millones de litros de alcohol, lo cual representa un 20% del consumo de los combustibles líquidos que demanda el país. Aproximadamente 4,2 millones de coches (40% del total) utilizan etanol puro, en motores especiales, y el resto consume mezclas con un contenido entre el 12% y el 22% de alcohol.

En EE.UU, así mismo, se consumen anualmente 3.500 millones de litros de alcohol, procedentes de la transformación de 10 millones de toneladas de cereales. Aproximadamente 10 millones de vehículos queman una mezcla de un 10% de alcohol.

Tabla 4.2 Estado actual de las tecnologías de transformación de las biomasas.

Sin embargo las políticas que han conducido a la situación en uno y otro país son distintas. En el caso de Brasil se ha tratado de mejorar sustancialmente la balanza energética; mientras que en EE.UU, la motivación principal ha sido resolver el problema de los excedentes agrícolas.

Aspectos medioambientales sobre el uso de la Biomasa.

• Selección de cultivos y efectos ambientales.

• Residuos agrarios y sus ventajas medioambientales.

• Biocombustibles.

• Estudios de impacto medioambiental.

6. LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL EN LA GENERACIÓN DE VAPOR

6.1. Principales fuentes de contaminación.

La actividad relativa a la preservación del medio ambiente y la salud del hombre, toma cada día más importancia en el mundo de hoy, por ello resulta imprescindible dedicar, en este texto, un epígrafe al análisis de los efectos contaminantes de las calderas, a las regulaciones existentes al efecto y a los métodos para reducir dicha contaminación.

En una caldera constituyen efluentes contaminantes: los gases producto de la combustión, las cenizas de parrilla y de ceniceros y las aguas de las extracciones de fondo. Podría incluirse también como elementos alteradores del medio el ruido y el calor.

Las cenizas, tanto de parrilla como de ceniceros, pueden utilizarse como materia prima de diferentes procesos, dándoles así un empleo útil. Las sales de las agua de las extracciones de fondo, siempre que se manipulen adecuadamente, no constituyen un elemento contaminante; pero los gases producto de la combustión sí constituyen elementos altamente contaminantes y es esta la razón por la que este estudio se centrará en ellos.

Los principales elementos nocivos que van con los gases de la combustión son:

• Oxidos de azufre:

Los óxidos de azufre que se forman durante el proceso de quemado de un combustible son el SO2 y, en menor medida, el SO3. Sus cantidades dependen del contenido de azufre en el combustible. Los carbones, en términos generales, son los más contaminantes y en orden descendente, le siguen el aceite combustible pesado (fuel-oil), el aceite combustible ligero (gas oil) y el gas. La biomasa solo contiene trazas de azufre.

Los efectos nocivos más importantes de estos óxidos son:

• Afectaciones en las vías respiratorias de los seres humanos y animales.

• Formación de lluvias ácidas con graves consecuencias ecológicas.

Para tener una idea clara de la magnitud de estas emisiones, téngase presente que solo los Estados Unidos, lanzan anualmente a la atmósfera una cantidad de SO2 superior a los 23 millones de toneladas, y de ellas más del 80 por ciento emitidas por calderas.

Cuba, país pequeño y con un limitado desarrollo energético e industrial, emite anualmente cantidades del orden de las 100 000 toneladas.

• Monóxido de carbono:

El monóxido de carbono –gas incoloro e inodoro- es el resultado de una combustión incompleta de los reactantes de los combustibles orgánicos, por ello la magnitud que se emite a la atmósfera, depende esencialmente de la calidad con que se efectúe el proceso de combustión.

Los efectos nocivos más importantes del CO son:

• Afectaciones a la capacidad respiratoria de personas y animales

• Creación de stress psicológico y alteración de las habilidades motoras.

• Oxidos nitrosos:

Los óxidos nitrosos (NOx) son el resultado de la combustión del nitrógeno del combustible y del aire. Este término incluye un alto número de especies gaseosas, pero las más significativas, según las cantidades emitidas son: el dióxido de nitrógeno (NO2) gas amarillo-carmelitoso y el óxido nitroso (NO). De acuerdo al nivel de nocividad el más peligroso de los dos resulta el NO2.

La cantidad de NOx formada, depende de la cantidad de oxígeno y nitrógeno disponibles durante la combustión, la temperatura, el nivel de mezclado que se alcance y el tiempo de la reacción química.

Los efectos perjudiciales más relevantes de los NOx son:

• Creación de desórdenes respiratorios en seres humanos y animales.

• Reducción de la visibilidad por adsorción del espectro visible para el hombre.

• Afectaciones a las plantas por lluvias ácidas.

• Aceleración de la corrosión y la degradación material.

• Contribución a la formación del smog sobre las ciudades.

• Se le asocia también con la formación de ozono en las zonas bajas de la atmósfera, el cual resulta un tóxico para el hombre.

• Se le atribuyen también propiedades cancerígenas.

Las emisiones de NOx están en órdenes elevadísimos. En los Estados Unidos están por encima de los 2 millones de toneladas anuales, siendo las calderas responsables del 48 % de dichas emisiones. Los NOx formados por la oxidación – a altas temperaturas- del nitrógeno del aire, reciben el nombre de NOx térmicos. :La temperatura a partir de la cual se intensifica la oxidación del nitrógeno es de 1 200 oC. Los NOx formados a través de reacciones químicas del nitrógeno presente en el combustible, durante el proceso de quemado de este, reciben el nombre de NOx del combustible. En general, la formación de NOx se ve favorecida por las medidas adoptadas para favorecer la combustión, por ello, su control conlleva un compromiso entre los factores que incrementan la eficiencia de la combustión y los que reducen la formación de NOx.

• Particulados.

El término particulado incluye un conjunto de materias orgánicas e inorgánicas que, en forma sólida o líquida, acompañan a los gases formando una suspensión. El tamaño de estas partículas está en el rango de 1 a 100 ( aunque pueden encontrarse también partículas menores.

La magnitud de la emisión de particulados depende del modo de combustión, de la aerodinámica de la instalación y de la existencia o no de sistemas de limpieza de gases.

Las principales afectaciones que causan son:

• Alteraciones de la capacidad respiratoria de personas y animales.

• Reducción de la visibilidad.

• Alteración de las propiedades de los suelos cultivables.

• Intensificación de los efectos negativos del SO2.

• Contribución a la formación del smog.

La emisión total de particulados en Estados Unidos está en el orden de los 8 millones de toneladas anuales, pero las calderas solo contribuyen con un 11 % del total.

• Compuestos orgánicos volátiles:

Los compuestos orgánicos volátiles (COV) están formados por sustancias gaseosas a base de carbono e hidrógeno y son principalmente hidrocarburos aromaticos olefínicos y parafínicos. Además, incluyen aldehidos, cetonas e hidrocarburos halogenados. Sus principales efectos perjudiciales son:

• Contribución a la formación del smog fotoquímico.

• Creación de problemas respiratorios e irritación en los ojos.

• Daños a las plantas y reducción de la visibilidad.

La emisión de COV en países como Estados Unidos está en el orden de los 22 millones de toneladas anuales, pero las calderas solo participan en menos de un 1 %.

6.2. Regulaciones sobre emisiones contaminantes.

Las regulaciones sobre las emisiones contaminantes son distintas en cada país y en ocasiones dentro de un mismo país las hay diferentes por regiones.

Por otro lado, hay países que tienen regulaciones mínimas y en algunos aún no existen. El grado de restricción que se imponga mediante las regulaciones toma en cuenta varios factores, entre otros: el deterioro ambiental existente, las condiciones poblacionales, el hecho de que se trate de una instalación ya existente o que sea nueva, el tipo de combustible, el modo de combustión y los compromisos internacionales del país.

Las regulaciones se pueden establecer para ciertas condicionales, como son:

• Concentración máxima instantánea.

• Concentración máxima promedio para un cierto tiempo.

• Concentración a nivel de chimenea.

• Concentración a nivel de respiración del hombre.

• Cantidades totales máximas en un período de tiempo.

En la tabla A-13 de los anexos pueden verse las regulaciones establecidas para diferentes países. En dicha tabla pueden apreciarse algunas de las consideraciones apuntadas anteriormente

Las diferencias en las regulaciones para plantas nuevas y ya existentes pueden valorarse en el cuadro siguiente:

En el caso de Cuba la regulación de las emisiones está establecida en la NC 93-02-202: 87, en la que se dan los límites, abajo apuntados, para máxima concentración admisible (CMA), como promedio diario, a la altura de la chimenea.

6.3. Métodos de reducción de las emisiones contaminantes

La selección de las vías para la reducción de las emisiones contaminantes toma en cuenta diferentes factores, tales como:

• La naturaleza de la emisión contaminante y su magnitud.

• Las exigencias impuestas por las regulaciones existentes.

• El rendimiento de las diferentes tecnologías disponibles para ser aplicadas, así como su demanda de productos químicos y energía.

• Los costos inversionistas, de operación y mantenimiento.

Las diferentes tecnologías con que se cuenta en la actualidad se relacionan seguidamente:

• Reducción del SO2

• Scrubber húmedo: Lavado de los gases con spays de agua y participación de otras sustancias (cal, soda ash, óxido de magnesio, etc.).

• Scrubber seco: los gases son rociados con una solución acuosa de cal apagada para eliminar el SO2. El agua está en una cantidad tal que se evapora toda en el equipo

• Lecho fluidizado: Empleo de inertes absorvedores del azufre en el lecho.

• Inyección neumática del horno: El horno es inyectado neumáticamente con sustancias tales como cal, dolomita o cal hidratada.

• Reducción del CO

Las técnicas para la reducción del CO son propiamente todas las desarrolladas para lograr una combustión eficiente y ya han sido tratadas anteriormente.

• Reducción de los NOx

– Quemadores de bajo NOx

Se trata de quemadores de sólidos, líquidos o gases, en los que mediante el diseño aerodinámico se reduce el pico de temperatura de la llama. También puede hacerse una oxidación por partes del combustible, suministrando el aire por etapas y con un enfriamiento intermedio. Otra técnica se basa en el mezclado previo del gas y el aire.

– Lecho fluidizado.

El empleo del lecho fluidizado con superficies de enfriamiento sumergidas, permite el mantenimiento de la temperatura en valores tan bajos, que logra una significativa reducción de los NOx.

– Inyección de agentes químicos.

La reducción de los NOx a N2 y H2O, puede conseguirse inyectando amoniaco o urea en el horno, por encima de la zona de los quemadores a valores de temperatura de los gases de 760 a 1 093 oC.

• Reducción de particulados.

– Precipitadores electrostáticos.

Este dispositivo está dotado de electrodos alimentados por una fuente de potencia de alto voltaje, que atrapan las partículas sólidas, cuando por ellos pasan los gases.

– Filtros fábricas.

En este caso, los gases se dividen en un alto número de corrientes paralelas mediante una placa perforada; cada corriente se hace entrar en un tubo de material filtrante -generalmente un tejido de fibra de vidrio– dicho tubo tiene cerrada su salida, lo que obliga a los gases a atravesar sus paredes y filtrarse. Cada cierto tiempo el filtro se limpia mediante un contralavado y vibraciones mecánicas.

– Colectores mecánicos.

Los colectores, mecánicos basan su principio de trabajo para separar las partículas de la corriente de gases, en los cambios bruscos de la dirección de dicha corriente. Los tipos más conocidos son los llamados ciclones.

– Scrubber húmedo.

Estos dispositivos son similares a los utilizados para captar el SO2.

La contaminación ambiental que provocan los generadores de vapor, junto con la producida por el transporte, constituye una de las afectaciones ecológicas más graves que provoca el hombre, por lo que debe ser enfrentada con alta responsabilidad, tanto durante el diseño como durante la explotación de estos equipos.

BIBLIOGRAFÍA.

• 1. Alvarez, A.; "El potencial agrícola de la caña de azúcar en Cuba como fuente productora de biomasa energética"; ATAC (Asociación de Técnicos Azucareros de Cuba), Dpto Agronomia, MINAZ (Ministerio del Azúcar); Nº1, Cuba, 1997.

• 2. Carrasco, J. G.; IER-CIEMAT, "Tecnologías de transformación de la biomasa para usos no alimentarios"; Curso "La biomasa: fuente de energía y productos para la agricultura y la industria"; 1996.

• 3. Dpto. Investigación y nuevas fuentes (Ministerio de Industria y Energía), España; Curso "La biomasa como fuente de energía"; 1981.

• 4. Fernández, J. G.; E.T.S Ingenieros Agrónomos, Madrid; "La biomasa como fuente de energía y productos no alimentarios"; Curso "La biomasa: fuente de energía y productos para la agricultura y la industria."; 1996.

• 5. Friedrich, F. J.; "La Energía de la Biomasa"; 1984.

• 6. Fuentes Alternativas de Energía, "Evaluación preliminar de su potencial y su posible aprovechamiento"; Comisión Nacional de Energía, Octubre; 1991.

• 7. Hernández, C. et al; "Manual de la biomasa", IDAE; 1993.

• 8. Informe anual del MINAGRI (Ministerio de la Agricultura-Cuba), 1995.

• 9. Informe anual del MINAZ (Ministerio del Azúcar-Cuba), 1995.

• 10. Proyecto COSPE. "Energización de una comunidad rural de forma sustentable". Grupo de Biomasa del CETER, 1997.

• 11. Informe anual del CITMA (Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente), Ciudad Habana, Cuba, 1997.

• 12. Roque, P.; Ponce, F.; López, P.; Rubio, A. y Pérez, R.; "Demostration BIG/GT/CC plant working on sugar cane biomass. General Considerations."; Proceedings of the Third Biomass Conference of the Americas, Making a business from Biomass; Volumen 2, pag. 1379-1388; 1997.

Autor:

MSc. Javier Fernández Rey

Centro de Inmunología Molecular

Ciudad Habana, Cuba