Estudio sobre la biomasa forestal como fuente energética

1. os referiremos únicamente a los
más importantes que son leñas,
astillas, pelets y briquetas. Pueden
obtenerse a partir de residuos en cultivos
como los que se aprecian en la fotografía 3.
Sus propiedades energéticas se recogen en
la tabla 1.
Leñas y astillas
La leña es la “parte de los árboles y arbustos
que, hecha trozos, se destina a uso energé-
tico”, está compuesta sobre todo por
madera y corteza; también puede contener
en pequeñas cantidades hojas, flores y fru-
tos que no se han separado del tronco o de
las ramas (fotografía 4).
En inglés se denomina “firewood” (madera
de fuego). En francés se emplea “bois de
feu” (madera de fuego), aunque a veces
emplean la palabra “bois” (madera) sóla-
mente, para distinguirlo del carbón vegetal al
que llaman “charbon”.
Alrededor de 1.400 millones de hombres en el
mundo dependen energéticamente de la bio-
masa como única fuente de energía. Ade-
más, las leñas con fines energéticos eran a
nivel mundial el principal uso de la madera
(Institut des Resources Mondiales de Francia,
1992). Pasados catorce años los datos no
han sufrido modificaciones importantes, tal
como se recoge en la tabla 2.
En los países desarrollados la llegada del
carbón y de los combustibles derivados del
petróleo produjo un abandono a los apro-
vechamientos de biomasa, lo que ha con-
ducido a que la inflamabilidad de los bosques
sea grande. Sin embargo, en España, apa-
rece un rebrote en su uso ocasionado por los
altos precios del crudo y la no disponibli-
dad del gas natural.
La principal diferencia entre las leñas y las
astillas es la homogeneidad del tamaño de
ellas: las leñas son más heterogéneas mien-
tras que las astillas tienen tamaño homogéneo
y son más pequeñas pues se obtienen por
fraccionado (astillado) de las leñas.
La forma de las leñas y astillas influye en la
combustión: cuanto más grueso y más
denso es un biocombustible más tarda en
arder. La forma de los trozos del biocom-
bustible también influye en el peso del esté-
reo y en la superficie específica. Esta última
es importante al ser la combustión una
reacción química en la que la superficie de
contacto se da entre el combustible y el
comburente (generalmente aire). El aspecto
viene fijado principalmente por su forma y
color y es muy variable. Cuando la biomasa
BIOMASA
Biomasa forestal: fuente energética
Los recursos forestales tienen usos muy diversos entre los que ocupan un
lugar preeminente el energético. El Plan de Energías Renovables 2005-2010
de España del IDAE contempla ese uso. Los principales biocombustibles
sólidos forestales son leñas, astillas, pelets, briquetas, carbón vegetal,
cáscara de piñón (fotografía 1), piña, serrín, recortes, virutas, virutillas y
mezcla de diversos residuos leñosos o de industrias de la madera.
FRANCISCO MARCOS MARTÍN Y M. ÁNGEL NÚÑEZ. ETSI DE MONTES. MADRID.
MARZO06
FRANCISCO MARCOS MARTIN ES MIEMBRO
DEL CONSEJO ASESOR DE ENERGETICA XXI.
1. Cáscara de piñón. Autor: Francisco
Marcos.
3. Cultivo energético de chopo en
Cabrerizos (Salamanca). Los chopitos en
dos años pueden llegar a tener 6 metros de
altura. Autor: FM.
4. Leñas de encina, de calidad, ya
troceadas, para ser vendidas como tales.
Provincia de Zamora. Autor: FM.
6. Leñas de encina. Se observa como al
secarse la encina se producen fendas de
secado, lo que hace que la encina tenga
pocos usos industriales. Provincia de
Zamora. Autor: FM.
N
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2. BIOMASA
MARZO06
7. Pelets de madera. Autor: FM. 8. Pelets de paja de cereales, de mayor
friabilidad y, por tanto, menor calidad que
los de madera. Autor: FM.
procede de árboles urbanos o cercanos a
carreteras tiene un color negruzco debido a
las partículas contaminantes expulsadas por
los vehículos y que se han adherido a la
corteza.
Se denomina estéreo a una agrupación de
biomasa que ocupa un metro cúbico de
volumen aparente. A la relación entre lo que
ocupan realmente las leñas (volumen real o
sólido) y un estéreo (volumen aparente) se le
denomina coeficiente de apilado. Es decir:
Volumen real o sólido / metro cúbico apa-
rente = coeficiente de apilado.
La humedad es muy importante desde el
punto de vista del aprovechamiento ener-
gético, pues es la que más influye en el
poder calorífico de los biocombustibles,
junto a la especie. Puede medirse en base
seca o en base húmeda. Si denominamos h
la humedad en base seca y H la humedad en
base húmeda, las fórmulas para obtener h y
H son:
h = (Ph - P0) / P0 H = (Ph - P0) / Ph
donde Ph es el peso húmedo, es decir el
peso a la humedad h y P0 es el peso de esa
misma leña después de haber sido secada en
estufa a 103±2ºC hasta haber perdido toda
su humedad.
Como P0 < Ph ,entonces H < h, siendo H =
h / (1+h) , h = H / (1-H). La humedad es
importante en el transporte. Cuando trans-
portamos biomasas húmedas transportamos
agua. La biomasa más húmeda, a igualdad de
otras circunstancias, siempre es más barata.
Cuando se compre biomasa han de conside-
rarse dos variables: el peso y su humedad. Si
sólo se considera el peso, se corre el peligro de
comprar agua.
Se denomina peso del estéreo a lo que pesa
un metro cúbico aparente. A veces, la medi-
ción de biomasa se realiza en los Servicios
Forestales mediante el estéreo. El peso del
estéreo es función de la forma y dimensiones
de la biomasa apilada. Cuanto menos rugo-
sidades y nudos tenga la biomasa forestal,
menos cónica y más homogénea en
tamaño, mayor será su valor. Es difícil tomar
cifras fijas para este concepto. Se emplean
valores medios en función de la especie y de
las dimensiones de los residuos, que varían
entre 250 dm3
reales/m3
aparentes para
leñas con corteza de longitud 0,2 metros y de
diámetro 7 cm para el Eucaliptus globulus, y
800 dm3
/m3
aparentes para leñas con corteza
de longitud igual a 1,20 m y un diámetro de
16 cm. para Pinus sylvestris. A partir de
estos datos y del peso específico de la
madera con corteza (c.c), al 20% de hume-
dad en base seca, se presentan en la tabla 3
los valores siguientes para el peso del esté-
reo, en kg/estéreo.
Estos datos están medidos con humedad
del 20% en base seca. Tras el instante de la
corta, en que los residuos tienen hasta un
80% de humedad en base seca, la madera
va perdiendo agua en función del tiempo y
de las condiciones ambientales, influyendo
también las condiciones de apilado. Ante la
imposibilidad de considerar todos estos fac-
tores, se toma este valor del 20% como
medio de la humedad que puede presentar
una pila de residuos tras varias semanas de
apilado en unas condiciones ambientales
medias españolas. Cuanto mayor es la
humedad menor es el poder calorífico. El
motivo de esta influencia es doble: cuanto
más humedad tiene la madera menos
materia seca hay por unidad de masa y
menor es el calor suministrado; además,
mayor es la cantidad de agua que hay que
evaporar y como esta evaporación consume
calor, el calor utilizable es menor.
Pelets y briquetas
Como leñas y astillas son poco densas, para
facilitar el transporte y abaratar sus costes de
almacenaje y transporte se fabrican los
pelets y briquetas, que tienen densidades
mayores que leñas y astillas. La diferencia
entre pelets y briquetas radica en su
tamaño. Los pelets suelen ser de madera o
residuos leñosos (fotografía 7), aunque
también pueden ser de paja de cereales
(fotografía 8) o cualquier mezcla de resi-
duos lignocelulósicos (Ortiz, 1996).
Si suponemos que pelets y briquetas tienen
TABLA 1
TABLA 2
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3. BIOMASA
calderas de alimentación automática como la
de la figura 9.
La densidad se calcula en función de la den-
sidad de la madera y de la corteza:
donde mm y mc son masas de madera y cor-
TABLA 3
9. Estufa de pelets de madera. Gentileza
del fabricante.
siempre forma cilíndrica, diremos que
cuando el diámetro es mayor a los 2,5-3 cm
es briqueta (Marcos, 1994), en caso con-
trario es pélet. El menor tamaño permite
que los pelets sean utilizados en estufas o
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4. BIOMASA
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teza y db, dm y dc densidades de biomasa,
madera y corteza.
A veces lo que se conoce es el porcentaje en
corteza de una biomasa, en este caso:
donde pc es el tanto por uno en corteza.
La variable química más importante a la
hora de definir un biocombustible sólido
forestal es su poder calorífico. De forma
aproximada, conociendo la composición
química de un combustible puede cono-
cerse su poder calorífico empleando la fór-
mula de Dulong-Petit:
PCI = 8100 c + 2500 s + 34000 (h -
o/8)
donde PCI es medido en kcal/kg, c, s, h y o
son el tanto por uno en masa de carbono,
azufre, hidrógeno y oxígeno. Si se aplica
esta fórmula directamente hay dos errores;
el primero debido a la inexactitud de la
misma y el segundo debido a los errores
cometidos al realizar el análisis químico ele-
mental. Safizadeh (1982) señala como com-
posición química media de la biomasa fores-
tal (en masa) la que recoge la tabla 4.
Una fórmula para calcular el poder calorífico
en función de la humedad es la propuesta
por Marcos (2001):
PCI = (PCS0/(1+H)) - 665*(0,54+H)/(1+H)
donde PCS0 es el poder calorífico superior
anhidro y H la humedad en peso húmedo.
Estudios más detallados relacionados con las
fórmulas del poder calorífico de la biomasa
forestal pueden verse en Arola (1976),
Hough (1969), Dumon (1982), Kollman
(1959), Gimeno y Marcos (varias). En la
tabla 5 se recogen algunos datos.
Diversas son las variables que condicionan la
obtención de biomasa forestal en el monte:
pendiente, resistencia y rugosidad del
terreno, distancia media de transporte, den-
sidad de vías de saca, densidad de la masa,
disponibilidad o interés social por utilizar un
grado de mecanización más o menos alto.
Estas variables dificultan la obtención de un
precio fijo de la astilla y su variabilidad es
alta.
El precio de los principales biocombustibles
sólidos forestales depende de:
- El lugar donde se compran. En terrenos
cercanos al monte las leñas pueden resul-
tar hasta gratuitas, basta ir al monte y
recogerlas. En las zonas cercanas a las
grandes ciudades el precio de las leñas es
muy variable y puede oscilar entre los 15
c /kg y los 42 c /kg
- La cantidad y la forma en que se compran.
A mayor cantidad y sin envasar el precio es
menor.
- La calidad de los mismos que viene dada
por su PCS0, densidad (D), contenido en
materia mineral (M), humedad (Hh) y fria-
bilidad (FR). Marcos (2001) propuso el
índice de calidad de los pelets con la fór-
mula siguiente:
ICPM = (K1. PCS0 + K2 . D + K3 .
(1-M)) / ((1-Hh). FR)
Situación actual del uso de la biomasa
forestal con fines energéticos
Podemos preguntarnos ¿Por qué la biomasa
forestal no se utiliza en mayor medida con fines
energéticos? Algunas respuestas pueden ser:
1.- La dificultad de evaluar la cantidad de bio-
masa y de energía disponible. Los inven-
tarios de biomasa adolecen de datos claros.
TABLA 5
10. Probeta para determinar el poder
calorífico de un pélet. Autor: FM.
TABLA 4
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5. BIOMASA
MARZO06
¿A qué humedad se mide la biomasa?
¿Esa humedad está medida en base
húmeda o en base seca? Se define hume-
dad en base húmeda a la humedad referida
al peso húmedo y humedad en base seca
a la humedad referida al peso seco. A
bajas humedades los valores de estas dos
humedades difieren poco; pero a altas
humedades son bastante diferentes. ¿Qué
fórmulas se utilizan para pasar de volu-
men de madera a masa de madera?
¿Cuánto pesa un estéreo? O más allá
¿Algunos de los que han escrito y publicado
sobre la biomasa sabían lo que era un
estéreo? ¿De qué depende el peso de un
estéreo? ¿Qué fórmula del poder calorí-
fico se usa, la del poder calorífico inferior o
la de poder calorífico superior? ¿Por qué no
se reduce todo a poder calorífico superior
anhidro (como hemos recomendado en
múltiples ocasiones) y no se refiere toda la
masa disponible a masa seca, al cero por
ciento de humedad? ¿Somos conscientes
de que la energía que absorbe la madera
cuando se seca es dependiente total-
mente del grado de humedad de la
misma, porque el agua no está de la
misma forma unida a la madera a distintas
humedades? Nosotros aconsejamos el uso
del poder calorífico superior anhidro.
Recomendamos, en trabajos de precisión
las fórmulas que hemos desarrollado en
estos años (Marcos, 1997). ¿Por qué no se
exige en todos los trabajos una claridad de
datos? ¿No será mejor hacer menos tra-
bajos pero hacerlos bien hechos y, sobre
todo, por personas que conozcan el
mundo real de los aprovechamientos
forestales madereros?
2.- La dificultad de cuantificar los costes de la
saca de los residuos cuando estos proceden
de operaciones selvícolas. No cuesta lo
mismo extraer la biomasa cercana a una vía
de saca que extraerla cuando nos alejamos
de ella. El factor distancia de transporte es
variable e incide proporcionalmente en los
costes de extracción.
3.- La dificultad de gestionar en períodos de
tiempo cortos (4 años dura un mandato
electoral) ecosistemas de vida tan amplios
como los forestales. El realizar un plan de
aprovechamiento de leñas ha de hacerse
con al menos 5 años de continuidad en los
aprovechamientos de las mismas, para
que los industriales que transformen sus
equipos de combustión tengan asegurado
el suministro de combustible.
4.- El escaso apoyo a la investigación básica,
sin pedir resultados a corto plazo que con-
vierte al investigador en un rellenador de
papeles e instancias sin un reconocimiento
expreso de la “xiloenergética” como una
línea específica de trabajo. El trabajo mal
hecho nunca dará frutos buenos; se dice
que el que “siembra vientos cosecha tem-
pestades”. Algunas personas llevadas más
de la buena intención que de sus conoci-
mientos han reflejado datos nada ajustados
a la realidad, exentos de contraste y publi-
cados y repetidos, copiados por unos y
otros.
5.- La falta de preparación de los técnicos que
manejan estos temas. Algunos de los que
hay están llevados de muy buena intención
pero que desconocen o bien el mundo
forestal o bien el mundo energético. Los
ingenieros de Montes, especializados en
temas energéticos pueden y deben ser
parte activa en el desarrollo de la xiloe-
nergética moderna en España. Se precisan
cursos especializados, a nivel nacional,
donde se forme y actualicen los gestores en
temas tan delicados como son los aprove-
chamientos energéticos forestales, en los
que las cuestiones técnicas se relacionan
con cuestiones sociales pues los montes se
encuentran ubicados en zonas habitadas
por personas que dependen de ellos. Para
que un aprovechamiento xiloenergético de
monte salga rentable debe salir rentable no
sólo para el que aprovecha las astillas sino
también para el que las obtiene y procesa.
A modo de epílogo
Hace ya 59 años, Antonio Martínez Blanco,
catedrático de Termodinámica, en la inaugu-
ración del curso académico 1947-48 en la
Escuela Especial de Ingenieros de Montes de
Madrid terminaba su sugestiva charla titulada
“La matemática, el monte, la energía” con
estas palabras: “Si supiésemos captar la
(energía solar) que recibe el desierto del
Sahara... ¿Cómo captar, si no todo, al menos
una parte del calor que una superficie grande
recibe del sol? ... Estas condiciones las llena
perfectamente el árbol... Hecho patente el
importantísimo papel, el decisivo papel que el
futuro reserva al monte en el mundo entero,
voy a terminar, recordándoles que cuando en
las noches del crudo invierno, cómodamente
sentados y ante una taza de café, leáis una
novela agradable o escuchéis la música o
cantos de lejanos artistas, traída por la radio a
vuestros oídos, tengáis presente que lo
debéis en gran parte a la síntesis vegetal, al
árbol, en definitiva. El calor que alimenta la cal-
dera central de vuestra casa para disfrutar de
grata temperatura, es calor radiado por el sol
hace millones de años. El árbol, captándolo
entonces, lo almacenó en madera con tanto
interés en guardarlo, que permitió transfor-
marle en piedra, para reservarlo así todo el
tiempo necesario a que vosotros lo disfrutaseis.
La luz que os alumbra, la energía que hace
funcionar vuestra radio trayendo a vuestros
oídos esa música agradable y lejana, es
fuerza eléctrica, calor del sol captado por el
agua al convertirse en vapor en lejanos
mares, que más adelante, en el tiempo y en el
espacio, producirán lluvias en las alturas, ori-
gen de la energía eléctrica. En estas noches
tened para los artífices armonizadores de ello
un recuerdo, y pensad, pensad bien que lo
debemos todo a la Providencia, por dignarse
hacer factible esta armonía con la creación de
ellos y del sol” (1947).
Bibliografía y páginas web consulta-
das
- Arola R.A. 1976. Wood fuels. How
fuels. How do they stack up? For.
Prod. Res. Soc. FPRS Proceedings
Number 76-14. Atlanta. Georgia.
p.39.
- Dumon R. 1982. Valorisation energe-
tique du bois et de la biomasse.
Masson. Paris.
- Gimeno Pérez C. 1989. Estudio de los
poderes caloríficos del género
Quercus en España. Tesis doctoral
inédita. ETSI de Montes. Madrid.
- Hough W. 1969. Caloric value of
some forest fuels of the Southern
United States. USDA For. Serv. Res.
Note SE-120. Asheville. North
Carolina. p. 1-5.
- Marcos Martín F. 1989 El carbón
vegetal, propiedades y obtención.
Mundi-Prensa. Madrid.
- Marcos Martín F. 1994. Pelets y bri-
quetas. Rev. Asociación de
Investigación de Técnica de las
Industrias de la Madera y Corcho.
Madrid. nº 171:54-62.
- Marcos Martín F. 1997.Nueva fórmula
para la determinación del poder calo-
rífico frente a la humedad. I Congr.
For. Hispano Luso - Irati 97. Navarra.
- Marcos Martín F. 1999. Otros aprove-
chamientos forestales. Ed. Fernando
Martín Asín. Madrid.
- Marcos Martín F. 2001.
Biocombustibles sólidos de origen
forestal. AENOR. Madrid
- Martínez Blanco A. 1947. La matemá-
tica, el monte y la energía. ETSI
Montes. Madrid.
- Ortiz L., Miguez J.L., Granada E.
(1996). Briquetting Biomass, current
situation lf Spanish market.
Bioenergy´96.
- Safizadeh. 1982. Introduction to
pyrolysis of biomass. Journal of Anal.
and Applied Pyrolisis. Amsterdam,
pp. 283-305.
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