Métodos de estimación de la biomasa potencial

Resumen

El panorama energético de la biomasa va tomando un mayor auge ante el vaticinado agotamiento de los combustibles fósiles, estos constituyen todavía la fuente de energía más empleada mundialmente para generar electricidad. Respecto a la fuente existen tres tipos de biomasas; la natural, la residual y los cultivos energéticos. La combustión es el método termo-químico de transformación de la biomasa más utilizado a nivel mundial; aunque posee una tecnología comercial bien establecida tiene por resolver aún los problemas medioambientales y sus aplicaciones básicamente se enmarcan en el suministro de calor. La pirólisis y la gasificación son procesos termo-químicos que han recibido especial atención, en la actualidad, por la variedad de aplicaciones, productos que generan, y en el caso de la pirólisis, además, porque puede convertir directamente la biomasa en productos sólidos, líquidos y gaseosos de variados usos. El principal problema, en ambos procesos, es que la escala está aún muy lejos de ser comercial lo que los hace muy costosos. La evaluación de biomasa residual potencial y disponible se realiza en dos campos: el agrícola y el forestal. En el caso de la biomasa agrícola se divide en biomasa de cultivos herbáceos y biomasa de poda de cultivos leñosos. Se encuentran dos métodos de evaluación con relaciones por unidad de superficie y por unidad de producto producido.

Palabras clave: estimación, potencial, biomasa, evaluación.

Introducción

En la actualidad los combustibles fósiles constituyen la fuente de energía más usada mundialmente para generar electricidad, según datos publicados por Exxon Mobil, en el año 2010 la energía que demandó esta actividad provino en un 67% de los combustibles fósiles, en un 20% de fuentes renovables de energía y en un 13% de la energía nuclear [1].

En Cuba los combustibles fósiles son la fuente de energía más usada en la generación de electricidad, en el año 2009 representó el 96% de la energía consumida para este fin, el restante 4% de las fuentes energéticas para producir electricidad lo constituyeron la biomasa con un 2,9%, y otras fuentes renovables de energía incluyendo la hidráulica, eólica y solar [2].

Si se tiene en cuenta, por una parte los patrones de consumo de energía para la generación de electricidad descritos anteriormente, y por otra, que a la quema de combustibles fósiles se asocia la emisión de grandes cantidades de gases perjudiciales para el medioambiente y la salud humana, en alguna medida se explica por qué esta actividad es frecuentemente considerada como una de las más contaminantes en la mayoría de los países.

La biomasa tiene un gran potencial como fuente renovable de energía, tanto para los países más ricos como para el mundo en desarrollo, representa el 35% del consumo de energía primaria en los países en desarrollo, elevando el total mundial a 14%.

Gran parte de la energía de biomasa se produce a partir de la madera y sus residuos (64%), seguido por los residuos sólidos urbanos (24%), los residuos agrícolas (5%) y los gases de vertedero (5%) [3-5]. Muchos tipos de biomasa pueden ser cultivados para el propósito expreso de la producción de energía, entre ellos están: la caña de azúcar, maíz, remolacha, granos, algas marinas y muchos otros [6]. Existe un factor que determina cuando un cultivo es adecuado para el uso energético, los buenos cultivos energéticos tienen un rendimiento muy alto de materia seca por unidad de tierra (toneladas MS/ha). Un alto rendimiento reduce la necesidad de tierra y disminuye el costo de producir energía a partir de biomasa [7].

La biomasa es hoy el principal recurso energético renovable, el que más se aprovecha en Cuba. Su utilización sostenible para la generación eléctrica puede contribuir a desarrollar un sistema energético distribuido con participación significativa de las fuentes renovables e impactos positivos en el entorno y la economía local [8].

La biomasa constituye algo más del 99 % de la energía renovable total en Cuba, y continuará dominando en el futuro, debido a las grandes cantidades de residuos de industrias como la del azúcar, la madera, el café, el arroz y otras fuentes como las leñas, el biogás y las plantaciones de oleaginosas no comestibles [2].

El incremento de la generación de electricidad con bagazo y otros residuos cañeros, llegando a autoabastecerse de electricidad y entregar excedentes a la red, así como, priorizar, en función de su potencialidad y significación estratégica, el estudio y desarrollo de las nuevas tecnologías tendientes a elevar al máximo la generación de electricidad. Igualmente el programa cubano contempla el uso de otras biomasas combustibles no cañeras que se manifiestan localmente con un variado potencial, siendo el más significativo la cáscara de arroz y en menor medida el aserrín y la viruta, los conos de pino, el afrecho de café, las cáscaras de coco y otras.

Dentro de las biomasas, la caña de azúcar es uno de los cultivos con mayor capacidad para convertir la energía solar en biomasa. Si se toma en cuenta sólo el bagazo y la paja, en los cañaverales se almacena alrededor del equivalente a una tonelada de petróleo por cada tonelada de azúcar que se puede producir, por lo que el bagazo constituye uno de los materiales lignocelulósicos más prometedores entre los recursos no maderables, por su accesibilidad, cuantía y calidad [9].

La Oficina Nacional de Estadísticas refleja en el Anuario Estadístico que las principales fuentes de biomasa para la producción de energía se encuentran concentradas en el bagazo de

caña (incluyendo la paja de caña) y las leñas; representando estas alrededor de 1 249 700 TEP (99,6 % del total) [2]. Estas cifras se refieren a la oferta de estos recursos de biomasa pero dista de ser un estimado del potencial existente.

La disponibilidad de la fuente apropiada, aspectos económicos relacionados con la cosecha, almacenamiento y transportación, y las opciones tecnológicas para convertir el combustible son elementos fundamentales para el éxito de un proyecto vinculado con el uso de la biomasa. Las razones principales para el fracaso de proyectos energéticos de biomasa son los cambios en el suministro de combustible o la demanda y cambios en la calidad de combustible [10].

Las evaluaciones de biomasa suelen responder a la necesidad de conocer la cantidad existente o utilizable de un recurso. Mientras que las producciones agrícolas (granos, frutas, hortalizas, etc.) o los recursos forestales (superficies forestales, estado del monte, etc.) son objeto de observación y recuento en estadísticas e inventarios sectoriales, la biomasa por el momento no es objeto de tal recuento.

Las evaluaciones de recursos son una parte fundamental en el estudio de viabilidad de una planta de biomasa, y ello requiere conocer bien las potencialidades de generación de biomasa según su naturaleza, sea ésta primaria o secundaria. Estas evaluaciones deben permitir conocer los recursos potenciales y/o utilizables en una zona proporcionando información válida de acuerdo al nivel de detalle deseable. Las evaluaciones de recursos deben servir para conocer el tamaño o capacidad de producción de energía de una zona, o para la toma de decisión de la ubicación de una planta [11].

El objetivo del presente informe es presentar los métodos de estimación de la biomasa potencial, haciendo énfasis en la diferenciación de acuerdo al tipo de biomasa.

Biomasa, procesos de transformación y usos

1.1- Panorama energético mundial.

Desde la década del 70 la comunidad científica internacional avizoró una crisis energética, "…Hoy estamos en presencia de una crisis energética, los yacimientos de petróleo se están agotando y la humanidad está en la búsqueda de nuevas fuentes de energía…"[12]. La creciente preocupación mundial sobre el uso excesivo de los combustibles fósiles y sus efectos económicos y medioambientales han conducido a considerar la biomasa como fuente de combustible y se considera por mucho, la forma de energía solar indirecta de más alta calidad. La desaparición de los combustibles fósiles no tiene por qué ser un cataclismo. La pintoresca idea de que la «vida sin petróleo» nos conducirá inevitablemente a la muerte de millones de personas, y que para los supervivientes será un retorno a los tiempos medievales, simplemente no tiene sentido [13].

Se han establecido estrategias para enfrentar las consecuencias del uso de combustibles fósiles como fuentes principales de energía primaria. Las estrategias de ahorro de energía trazadas son:

Aumento de la exergía del portador de energía.

Uso de fuentes renovables de energía, es la solución más lógica para esta problemática.

La biomasa ha sido la base del suministro energético de la humanidad durante siglos y es considerada la fuente renovable de energía con mayor potencial para contribuir a las necesidades de energía de la sociedad moderna, tanto para países desarrollados como para economías en vías de desarrollo. Actualmente, representa alrededor del 12-15 % de la energía que se consume a nivel mundial y el 35 % del consumo en los países del tercer mundo [14].

1.2- Consideraciones generales sobre biomasa.

1.2.1- Concepto de biomasa.

Se define como el conjunto de materia orgánica renovable que ha tenido su origen inmediato como consecuencia de un proceso biológico, comprende tanto a los productos de origen vegetal como a los de origen animal, así como de cualquier transformación natural o artificial de las mismas.

1.2.2- Estructura química y componentes básicos de la biomasa.

La estructura química y los componentes orgánicos básicos de la biomasa son extremadamente importantes en el desarrollo de los procesos para la producción de combustibles derivados y otros productos químicos. La biomasa, en general, se define como cualquier material de hidrocarburos, que consiste principalmente en carbono (C), hidrógeno (H2), oxígeno (O2) y nitrógeno (N2). Un análisis típico del rendimiento de la madera seca presenta 52% de C; 6,3% de H2; 40,5% de O2 y 0,4% de N2.

La mayor parte de los componentes orgánicos de la biomasa se clasifican en celulosas (C6H10O5)x, hemicelulosas tales como el xilano (C5H8O4)m y ligninas [C9H10O3 (OCH3)0,9–1,7]n [15]. La celulosa se da en diversas formas y una gran parte proviene de los desechos domésticos e industriales [16]. Las fibras de celulosa proporcionan fuerza a la madera y comprenden aproximadamente entre 40-50% en peso de madera seca. La celulosa es un compuesto de unidades de homopolisacárido ?-D-glucopiranosa unidas por enlaces (1-4)-glicosídicos. La celulosa es insoluble en la mayoría de los solventes y tiene una baja accesibilidad a la hidrólisis ácida y enzimática [17].

La hemicelulosa, es una mezcla de varios monosacáridos polimerizados tales como la glucosa, manosa, galactosa, xilosa, arabinosa, ácido 4-O-metil glucurónico y residuos de ácido D galacturónico [18]. Las hemicelulosas están presentes, principalmente, en los bosques caducifolios como pentosanos y en bosques de coníferas casi en su totalidad como hexosanos, sufren descomposición térmica muy fácilmente [19]. Las hemicelulosas presentan menor peso molecular que las celulosas. El número de repetición de los monosacáridos es aproximadamente 150, en comparación con el número en las celulosas (5 000 – 10 000) [18].

La lignina es un polímero aromático sintetizado a partir de precursores de fenilpropanoides [19]. Las unidades químicas básicas del fenilpropano de la lignina (principalmente siringil, guaiacil y fenol p-hidroxi) se unen entre sí por una serie de enlaces para formar una matriz muy compleja con grupos funcionales, tales como el hidroxilo, metóxilo y el carbonilo [20]. Las maderas blandas suelen contener más lignina que las maderas duras [21].

El contenido de lignina en base seca tanto en maderas blandas y duras va generalmente desde 20% a 40% en peso y del 10% al 40% en peso en diferentes especies herbáceas como el bagazo, mazorcas de maíz, cáscara de maní, cáscara de arroz y pajas [15].

1.2.3-Tipos de biomasa.

Se pueden considerar tres grandes grupos de biomasa respecto a la fuente [22-24]:

1. Biomasa natural: La sostenibilidad de su explotación está dada porque el ritmo de extracción de biomasa no sea superior a la tasa de regeneración natural del ecosistema, lo que podría llevar a cabo una rápida degradación de los ecosistemas naturales. Ejemplo puede ser las selvas tropicales.

Las principales fuentes de biomasa natural para energía en Cuba son los bosques y las áreas cubiertas de marabú. El país reporta una cubierta boscosa del 25,7%, que abarca un área de 2 825,9 miles de hectáreas distribuidas en las tres regiones: Occidente, Oriente y Centro, por orden de importancia. La capacidad de extracción sostenible de leña de los bosques ascendía

en el 2007 a 977,2 Mt mientras que el uso de leña reportada ese año es de 508 Mt. Las áreas cubiertas por marabú (arbusto invasor que cubre rápidamente aéreas no cultivadas) ascendían a 1 649,1 mil hectáreas de las cuales 740,3 mil se reportan como infestación intensa o pesada y 554,6 mil con infestación media.

Teniendo en cuenta la extensión de esta superficie y las dificultades para su erradicación, el estimado de capacidad de producción anual de biomasa para energía se realiza sobre la hipótesis de que se corta esta área de marabú en un plazo de 20 años y que el rendimiento promedio de biomasa es de 32 t/ha. Bajo estos supuestos se calcula que es posible producir anualmente 2 646 Mt [25].

2. Biomasa residual: Proviene de actividades agrícolas, ganaderas y forestales, subproductos agroalimentarios y madereros, así como los residuos sólidos urbanos y biodegradables. Este es el caso de residuos como el bagazo, la paja de caña, la cáscara de arroz, las excretas de animales, etc. [22-23].

La generación de electricidad en la industria azucarera es resultado de la cogeneración eléctrica que se practica en los mismos, por este motivo solo se realiza durante el período de zafra. El combustible que se utiliza con este fin es el bagazo que se obtiene durante la molienda de la caña de azúcar. La electricidad bruta producida por la industria azucarera en el 2008 asciende a 534 GWh (412 GWh en el 2007), con un indicador de generación de 33,8 kWh/t caña molida (32,5) si se considera un índice de entrega al SEN del 18% del total generado se puede estimar que la electricidad aportada fue de 96 GWh (74 GWh) [25].

3. Cultivos energéticos: Se obtienen con el objetivo de su aprovechamiento energético y se caracterizan por una gran producción de materia por unidad de tiempo y con mínima atención al cultivo. Ellos son ya una realidad en algunos países como Brasil y los Estados Unidos, por ejemplo, están las plantaciones energéticas forestales o las plantaciones de caña de azúcar destinadas a la producción de etanol para ser usado en mezclas con gasolina. En Cuba su mayor exponente es la caña energética [22-23].

Desde inicio de los años 90, en el país se realiza como una de las actividades de la silvicultura cubana, el establecimiento de plantaciones energéticas. Entre el 2000 y el 2009 según datos de la ONE (Oficina Nacional de Estadísticas) asciende a 38,9 miles de hectáreas. Las áreas proyectadas para el fomento de estas plantaciones energéticas hasta el año 2015 ascienden 87,9 mil hectáreas y su potencial puede llegar a las 300 mil hectáreas en la medida que se reemplazan parcialmente con estas plantaciones áreas que se liberen de marabú. El potencial de producción de este tipo de biomasa se estima con turnos de corte cada 7 años y tasas anuales de incremento de la biomasa de 12 t/ha/año como promedio [25].

Hasta ahora, el principal incremento en la utilización de la biomasa como fuente de energía se basa en las biomasas de tipo residual, pero en la actualidad son los cultivos energéticos los que se vislumbran como una posible alternativa para solucionar, en parte, los problemas energéticos y económicos del sector agrícola.

Las ventajas del uso de la biomasa para la producción de biocombustibles se centran en el impacto positivo en las economías locales, al completarse localmente el ciclo de producción comercialización y uso. Además de la versatilidad para satisfacer demandas de diferentes servicios energéticos tanto en la producción de electricidad, calor y frío.

La mayor complejidad radica precisamente en la necesidad de implementar todos los eslabones de la cadena tecnológica de producción de biomasa, conversión en biocombustibles y cambios tecnológicos en los equipos de uso final [25].

En el país, las principales fuentes de biomasa para la producción de energía se encuentran concentradas en el bagazo de caña (incluyendo la paja de caña); representando éstas alrededor de 1 249 700 TEP (80 % del total) [2].

1.3- La biomasa como combustible.

Las preocupaciones medioambientales pueden ayudar económicamente a la biomasa haciéndola un combustible competitivo. Al contrario de los combustibles fósiles, la biomasa es renovable y no contribuye al efecto invernadero. Su transformación no libera más dióxido de carbono que el que la planta absorbió durante su ciclo biológico. Contiene pequeñas cantidades de azufre, produciendo emanaciones disminuidas de dióxido de azufre. Además, poseen bajas temperaturas de combustión, lo cual ayuda a reducir las emisiones de NOx. Sin embargo, a menos que la biomasa sea usada de forma eficiente, moderna y limpia, los beneficios medioambientales sólo se comprenderán parcialmente, y no en absoluto [9].

Se han realizado numerosos estudios para evaluar la contribución de la biomasa al suministro de energía global futuro, los cuales difieren significativamente en sus conclusiones. Estudios que Berndes resumió abordan el uso global futuro de la biomasa con fines energéticos, encontrando conclusiones divergentes. Los mismos arrojaron que el potencial energético de la biomasa depende tanto de la competencia entre los recursos biomásicos como de la competencia entre las tecnologías de energía alternativas y de energía primaria.

Las valoraciones de recursos más optimistas reportan un potencial futuro de bioenergía de tamaño similar, o aún mayor, que el consumo actual de energía primaria global. Sin embargo, también hay valoraciones de potenciales de bioenergía más bajos, que estiman para el año 2050 unos 47 EJ/a, diez veces menor que los estimados más altos de 450 EJ/a. Además, la demanda futura puede ser alta aún en ausencia de políticas dirigidas a mitigar el cambio climático. Por otro lado, la cantidad total de residuos de los sectores alimenticio y forestal son sustanciales en un contexto global, y se estima para el año 2100 un potencial de alrededor de 270 EJ/a [9, 26].

El uso de la biomasa cañera en Cuba para la generación de electricidad fuera de zafra está condicionada por dos factores principales: la tecnología de generación de electricidad y la disponibilidad de biomasa. La tecnología utilizada para la generación de electricidad en la industria azucarera cubana se basa en turbinas de contrapresión y en calderas con una presión de trabajo como promedio de 1,9 MPa. Por este motivo para poder generar fuera de zafra es necesario cerrar el ciclo de vapor usando equipos del proceso con superficies de transferencia de calor como los tachos y evaporadores para la condensación del vapor [25].

1.4- Procesos de transformación de la biomasa.

La conversión de estas biomasas en combustible permite la producción de tres tipos de biocombustibles:

Biocombustibles sólidos: Por ejemplo astillas de madera, briquetas, pellets, etc.

Biocombustibles líquidos: En este grupo se incluyen los productos de la pirólisis, el etanol y el biodiesel.

Biocombustibles gaseosos: Los más comunes son el biogás producto de la digestión anaeróbica de residuales orgánicos y el gas pobre o de madera obtenido a partir de la gasificación termoquímica de la biomasa.

Para la obtención de estos productos existen varias rutas de conversión termo-química de biomasa, como la pirólisis, la gasificación y la combustión, ver Figura 1.1. Los productos de los procesos termo-químicos se dividen en una fracción volátil formada por gases, vapores y componentes líquidos y un residuo sólido rico en carbono [15].

Figura 1.1- Procesos termo-químicos de conversión de biomasa. Fuente: Ref. [21]

1.4.1- Pirólisis de biomasa.

La pirólisis se remonta a por lo menos el antiguo Egipto cuando se hicieron, por pirólisis, el alquitrán para calafatear los barcos y algunos agentes para embalsamar. En la década de los 80, los investigadores encontraron que el componente líquido de la pirólisis podría aumentar mediante pirólisis rápida, donde se calienta la materia prima biomasa a un ritmo acelerado y los vapores producidos se condensan también rápidamente [27]. Aunque todavía la pirólisis está en fase de desarrollo, en el escenario energético actual, ha recibido especial atención, ya que puede convertir directamente la biomasa en productos sólidos, líquidos y gaseosos por descomposición térmica en ausencia de oxígeno [28].

Principios de la pirólisis de biomasa.

La pirólisis de biomasa es una vía prometedora para la producción de sólidos (char), líquidos (tar) y productos gaseosos como posibles fuentes alternativas de energía [27]. Para describir la cinética de la pirólisis de biomasa se propone un mecanismo de dos pasos de reacción:

Este modelo indica la descomposición de biomasa en sustancias volátiles, gases y carbón. Los volátiles y gases pueden reaccionar además con el carbón para producir distintos tipos de sustancias volátiles, gases y carbón de composiciones diferentes [16]. El objetivo de la pirólisis es la optimización de los combustibles de alto valor a partir de biomasa por medios térmicos y catalíticos. El proceso se ajusta para favorecer la producción de carbón, de biocombustible (combustible pirolítico), gas o metanol con una eficiencia del 95,5% de combustible con respecto a la alimentación [17].

Dependiendo de las condiciones de funcionamiento, el proceso de pirólisis se divide en tres subclases: pirólisis convencional, pirólisis rápida y pirólisis flash.

1.4.2- Gasificación de biomasa.

Principios de la gasificación de biomasa.

La gasificación de biomasa es un tratamiento térmico, de gran resultado en la producción de productos gaseosos y pequeñas cantidades de char y cenizas. La gasificación se lleva a cabo a altas temperaturas con el fin de optimizar la producción de gas. La gasificación de biomasa, en general, se presenta por la reacción:

El primer paso del proceso, suponiendo un proceso de gasificación utilizando biomasa como materia prima, es la descomposición termo-química de compuestos de celulosas, hemicelulosas y ligninas con la producción de volátiles y char [29].

1.4.3- Combustión de biomasa.

La combustión es una tecnología comercial bien establecida con aplicaciones en la mayoría de los países industrializados y subdesarrollados. Su desarrollo se concentra en resolver los problemas medioambientales [30].

La combustión es la reacción química en la que se combinan el O2 del aire con los elementos oxidantes del combustible para dar lugar a un desprendimiento de calor. Es posible generar calor y vapor mediante la combustión de biomasa o biogás. El calor puede ser el producto principal para aplicaciones en cocción y calefacción, o puede ser un subproducto de la generación de electricidad en ciclos combinados de electricidad y vapor [24].

La utilización de las tecnologías que funcionen a través de la combustión muestra ventajas sobre el resto de las tecnologías, sobre todo en los países subdesarrollados debido a que se puede utilizar con diferentes combustibles y es menos compleja su utilización y control. Por otro lado tienen como desventaja que la utilización de la combustión de la biomasa, en diversos dispositivos, se da de manera incompleta e incontrolada y genera por lo tanto una gran cantidad de partículas y gases contaminantes como pueden ser además de las emanaciones de CO2, las de monóxido de carbono (CO), óxidos de azufre, óxidos nitrosos, entre otras sustancias con efectos negativos sobre la salud [31].

Estimación de la biomasa potencial

2.1-Potencial de biomasa con fines energéticos.

Cuba es, en Latinoamérica, uno de los países que la economía depende en gran medida del desarrollo de la agricultura. Ligada a esta actividad, en distintos procesos se trata de llevar a cabo conjuntamente la generación de energía, tanto calor como electricidad a partir del uso de la biomasa. La biomasa se transforma por combustión en una caldera para obtener energía en forma de calor para posteriormente mediante procesos tecnológicos generar vapor. El vapor se utiliza para el funcionamiento tanto de turbogeneradores como de los procesos tecnológicos, por ejemplo, en los centrales azucareros para la obtención de azúcar, o simplemente para la cocción de alimentos.

Históricamente, la producción de energía eléctrica en Cuba ha tenido como soporte principal la utilización de centrales termoeléctricas que consumen actualmente alrededor del 40% de los combustibles derivados del petróleo, para generar más del 80% de la electricidad total producida en el país [32]. Una de las alternativas viables para cambiar esta dependencia de los combustibles importados es logrando el aprovechamiento de las fuentes renovables de energía, donde va a tener un papel fundamental la explotación de tecnologías mucho más baratas y que no dañen el medioambiente. A partir de este análisis, sólo la utilización de la biomasa como fuente de energía representa una alternativa potencial y real para la disminución del consumo de portadores energéticos convencionales en la generación de electricidad. En Cuba se cuenta con un gran potencial para poder desarrollar el uso de la biomasa, el gran problema está en que no se aprovecha la capacidad del potencial existente debido a diversos factores como pueden ser las dificultades que existen en la agricultura (siembra de plantación y las plagas) y la explotación máxima y eficiente de las tierras cultivadas.

2.2- Características de la biomasa como combustible.

Las propiedades de la biomasa se pueden dividir en físicas, químicas y térmicas. Existen multitud de posibles propiedades y análisis a realizar. A continuación (ver Tabla 2.1) se describen las principales [11].

Tabla 2.1- Parámetros físicos, químicos y energéticos de la biomasa. Fuente [11].

2.3- Estimación de la biomasa potencial.

Se estima que en Cuba la mayor cantidad de biomasa se encuentra tanto en los campos cultivados como en los que no se han explotado todavía, la otra parte se encuentra en las áreas protegidas, donde por cuestiones medioambientales y de patrimonio no es posible su utilización. Por ejemplo, una gran cantidad de biomasa se encuentra en los campos donde la principal cuantía de las tierras pertenece a cooperativas y empresas estatales, la otra parte se encuentra repartida entre los agricultores que por cuenta propia se encargan de sembrar las tierras que el estado le ha facilitado en usufructo.

Las parcelas que se encuentran sin producir también cuentan con un gran potencial de biomasa ya que estas están habitadas por poblaciones de marabú, una planta que aunque se utiliza para hacer carbón ha infestado los campos. Otro ejemplo se encuentra en la Ciénaga de Zapata donde se cuenta con un área boscosa abundante pero si se utiliza esa área para la tala de árboles se pondría en peligro la fauna que habita ese lugar, lo cual llevaría a la extinción de disímiles especies algunas de ellas endémicas.

El país cuenta con una gran área disponible para la explotación de la biomasa, pero es necesario llevar a cabo el análisis para poder detectar dónde es que están ocurriendo las mayores pérdidas y cómo se están desaprovechando las áreas con que se cuenta para la explotación de los distintos tipos de cultivos.

La evaluación de la biomasa residual potencial y disponible se ha realizado en dos campos: agrícola y forestal. A su vez, la biomasa agrícola se ha dividido en dos grupos: biomasa de cultivos herbáceos y biomasa de poda de cultivos leñosos. El estudio de evaluación de cada una de las biomasas se ha dividido en tres partes:

1. Estimación de la biomasa potencial. La biomasa potencial es aquella que se genera o es posible generar en una zona.

2. Estimación de la biomasa disponible. La biomasa disponible es la parte de la biomasa potencial que es posible utilizar en unas condiciones determinadas.

3. Revisión y generación de resultados.

Con respecto al segundo punto, estimación de la biomasa disponible, es importante aclarar desde el principio una serie de cuestiones: En el caso de la biomasa agrícola la biomasa

disponible se estima descontando de la biomasa potencial aquella que ya está siendo utilizada con otros fines (agrícolas, ganaderos, industriales, etc.). Se puede suponer que un aumento del precio que se está dispuesto a pagar haría que en principio hubiera más biomasa disponible, ya que a dicho precio los actuales suministradores de biomasa optarían por la venta al cliente que más paga. Sin embargo ello llevaría, muy posiblemente, a una reacción de los actuales consumidores del residuo (por ejemplo, ganaderos en el caso de la paja de cereal), que podrían, en muchos casos, superar las capacidades de pago por tonelada de biomasa de una planta de valorización energética. Así, dicha biomasa no ha sido considerada disponible.

La biomasa residual forestal se genera en los tratamientos silvícola y cortes finales a las que son sometidas las masas forestales. Los residuos pueden ser ramas, hojas, madera de árboles malformados, matorral, e incluso fustes de tamaño pequeño, según la intervención forestal que se esté llevando a cabo. La disponibilidad de biomasa forestal no hace referencia a cuestiones de precio, sino que en este caso la disponibilidad es función de criterios medioambientales (explotación racional y sostenible de los bosques), técnico-económicos (capacidad de acceder a una masa forestal para su tratamiento) o relacionados con políticas forestales (interés de promover unos tipos de intervenciones, por ejemplo, orientadas a la prevención de incendios). Por último, es necesario comentar, tanto en el caso de la biomasa agrícola, como forestal, la dificultad de encontrar datos fiables al respecto (utilizaciones actuales, políticas forestales, etc.), lo que hace que los valores de biomasa disponible presentados deban ser tomados como una aproximación [33].

Las evaluaciones de recursos son una parte fundamental en el estudio de viabilidad de una planta de biomasa, y ello requiere conocer bien las potencialidades de generación de biomasa según su naturaleza, sea ésta primaria o secundaria. Las evaluaciones de recursos deben permitir conocer los recursos potenciales y/o utilizables en una zona proporcionando información válida de acuerdo al nivel de detalle deseable. Las evaluaciones de recursos deben servir para conocer el tamaño o capacidad de producción de energía de una zona, o para la toma de decisión de la ubicación de una planta.

Existen métodos de evaluación con relaciones RRS y RRP. La RRS (t/ha año) es la relación de residuo por unidad de superficie y la RRP (t/año / t/año) es la relación de residuo por unidad de producto producido. La RRS tiene la ventaja de ser más sencilla de obtener por conversaciones con los agricultores o por medidas de campo. Basta con conocer las superficies dedicadas a un cultivo para obtener una aproximación del residuo potencial. Sin embargo las RRS están sometidas a una gran variabilidad.

Se trata de metodologías más extendidas en el campo de la evaluación de recursos. Partiendo de datos de hectáreas (terreno agrícola o forestal) y multiplicando por la RRS se puede estimar la cantidad de biomasa producida en dicha área (generalmente en base anual). Si el dato conocido es la producción (agrícola, forestal o de producto final en una industria) se puede hallar la cantidad de biomasa, multiplicando dicha producción por la RRP.

Dado que para el uso de una RRS o RRP adecuada se necesita de un ingente esfuerzo de muestreo para cada especie, suele ser aceptado el uso de relaciones promedios obtenidos de la bibliografía [11].

Las metodologías de estimación del potencial de biomasa se adecuan al tipo de biomasa, estas pueden ser: estimación de la biomasa residual agrícola herbácea, estimación de la biomasa residual agrícola leñosa y la estimación de la biomasa residual forestal. En los siguientes epígrafes se presenta cada una de estas metodologías de estimación más detalladamente.

2.3.1- Estudio de la biomasa residual agrícola herbácea potencial.

Para realizar el estudio de la biomasa residual agrícola herbácea potencial se utiliza la

Mínima unidad superficial sobre la que existe información estadística agrícola (superficies y rendimientos agrícolas). La cuantificación del residuo generado en la actividad agrícola se realiza por medio de relaciones que relacionan la producción de grano con la generación de biomasa, llamadas RRP.

La utilización de la RRP es el método más extendido para la estimación de existencias de biomasa herbácea. Para cuantificar la biomasa herbácea se parte de la superficie y el rendimiento por cultivo y se halla la producción media de cultivo en un período de años. Las relaciones RRP son muy variables, según la fuente consultada, varían según la especie, la variedad, la temporada de cosecha y el tipo de maquinaria utilizada [33].

En los residuos herbáceos normalmente el grano o fruto es el producto principal que se recolecta anualmente mientras que el resto de la planta se suele considerar residuo o subproducto. La forma más usual de estimar el residuo es mediante el uso de índices superficiales o del tipo residuo/producto.

Para la estimación de estos índices se pueden emplear varios métodos que se detallan a continuación:

Muestreo previo a la cosecha:

Recogida de planta completa en parcelas de muestreo

Separación de la paja y el grano

Humedad: secado en estufa

Muestreo tras la cosecha:

Muestreo de secciones de línea de paja

Medida de la distancia entre línea

Muestreo de la producción total de parcelas:

Pesaje del residuo total (pacas de paja)

Humedad: secado en estufa

2.3.2- Estimación de la biomasa residual agrícola leñosa.

Este tipo de biomasa mayormente se encuentra en el territorio euroasiático y sudamericano, en este tipo de biomasa se considera la obtenida en la poda de los cultivos leñosos. Éstos, por su similitud para algunos procesos son agrupados en los siguientes grupos: olivo, vid, frutal seco (almendro y avellano) y frutal dulce (manzano, peral, albaricoquero, ciruelo y cerezo).

2.3.2.1- Estimación de la biomasa residual agrícola leñosa potencial de poda.

La cuantificación del residuo generado en las podas de cultivos plurianuales leñosos se realiza por medio de relaciones que relacionan la superficie agrícola con la generación de biomasa, llamadas RRS. Las relaciones RRS, son usualmente utilizadas en estudios de evaluación de biomasa para la estimación de la generación de residuos de poda. Para cuantificar la biomasa leñosa se parte de la superficie media cultivada por unidad de superficie y cultivo, multiplicando por la RRS correspondiente. Por lo que, para cada cultivo:

2.3.2.2- Biomasa residual agrícola leñosa de poda disponible.

Para la biomasa agrícola de cultivos leñosos actualmente el tratamiento más común de los restos de poda es el triturado. El segundo tratamiento más común es el apilado y quema en el campo. Después se encuentra la recogida y posterior retirada. Para el aprovechamiento de estos recursos los agricultores lo han señalado como una alternativa para el ahorro de tiempo de trabajo y costos asociados al uso o contratación de maquinaria (picadora) y además al consumo de combustible. Las normativas medioambientales van a terminar por prohibir la quema de residuos de operaciones agrícolas, promoviendo bien su uso como abono o acondicionador de suelos, o su retirada para valorización energética. Por ello la recogida de la poda con fines energéticos, si bien no se está realizando en la actualidad a gran escala, parece que puede ser una alternativa factible a corto plazo. La disponibilidad de biomasa residual agrícola leñosa de restos de poda, evaluada mediante contactos con cooperativas agrícolas, ha resultado ser muy alta (90%). Únicamente en algunos casos como la calefacción individual (para la que se utilizan los restos de poda de ramas de mayor grosor) o el uso para asados (para las que se usan restos de sarmientos de vid), el residuo tiene un valor por el uso dado. En el resto de los casos, la gestión de estos residuos supone una carga extra para el agricultor, que no genera ningún valor añadido.

2.3.3- Estimación de la biomasa residual forestal.

Se considera como masas potenciales para aprovechar la biomasa residual forestal aquellas cuya especie principal son del género Pinus, Quercus, Fagus o Populus, se contabiliza sólo la biomasa residual de los pies pertenecientes a alguno de esos géneros. Es decir, no se tiene en cuenta el tipo de tratamiento silvícola aplicado a las masas forestales (que determina si el residuo generado son ramas o si además se pueden tomar fustes de árboles de clases diametrales pequeñas o madera de árboles dañados o defectuosos). La biomasa corresponde, pues, con la biomasa acumulada en las ramas de los árboles.