paulownia BIOMASA canalorinoquia@agropaucol.com

1. 3.er
Trimestre 2009 - N.o
98
77
Bernardo Latorre Monteagudo1,
Juan Rafael Ruano Martínez2
1 Universidad Politécnica de Valencia. E.T.S.I.
Agrónomos. Laboratorio de Biocombustibles.
(E.T.S.I. Montes, UPM). Ingeniero de Montes.
blatorre@tragsa.es
2 Universidad Politécnica de Valencia. E.T.S.I.
Agrónomos. Dpto. de Producción Vegetal.
Ingeniero de Montes. Camino de Vera s/n.
46071. Valencia. rruano@prv.upv.es
Se estudian las principales características energéticas de la
biomasa de Paulownia sp. obtenida de varios cultivos energéticos situa-
dos en Moncada y Villar del Arzobispo (Valencia). Concretamente se
estudian la humedad, poder calorífico y principales variables de
combustibilidad. El objetivo pretendido es llegar a presentar la
influencia que varios clones de la especie Paulownia pueden tener
como fuente de materia bioenergética y fijador de CO2, convirtiéndose
en una alternativa para el desarrollo rural sostenible.
RESUMEN
Caracterización energética
de la biomasa de
Paulownia sp. procedente
de plántulas cultivadas
de una savia
Caracterización energética
de la biomasa de
Paulownia sp. procedente
de plántulas cultivadas
de una savia
Foto 1.- Elevada capacidad de rebrote de cepa de la especie (MEZZALIRA, G. 2005)

2. INTRODUCCIÓN
La especie Paulownia es poco co-
nocida en la flora española, aunque
su cultivo se está generalizando ca-
da vez más en la Península. El géne-
ro Paulownia pertenece a la familia
Scrophulariaceae (SAN MIGUEL, A.
1985), la cual tiene poca importan-
cia económica, usándose práctica-
mente solo como ornamental y me-
dicinal. La única especie de dicha
familia con interés económico y que
se cultiva comercialmente es la es-
pecie Paulownia. Los manuscritos
más antiguos encontrados sobre ella
datan del S. III a.C. y del S. XI, y ha-
cen referencia a esta planta como
ornamental en su país de origen,
China (ZHU ZHAO-HUA et al.
1986). El nombre del género es en
honor de la duquesa Anna Pavlovna
(1795-1865), hija del Zar Pablo I de
Rusia. En Japón también es una
planta muy extendida, hasta el pun-
to de utilizarla en sus divisas mone-
tarias (Foto 2).
El objetivo principal del estudio
es presentar la importancia que va-
rios clones de Paulownia sp. pueden
tener en el campo bioenergético;
dada la escasa bibliografía referente
a dicho campo, se ha decidido ca-
racterizar energéticamente la espe-
cie. Se piensa que el estudio de ca-
racterización energética puede ayu-
dar a que dicho vegetal forme parte
del conjunto de especies que con-
forman el campo de la bioenergía,
campo que se perfila como una ac-
tividad alternativa para el sector
agroforestal. Los problemas por los
que atraviesa el sector podrían ser
mitigados, ya que los cultivos desti-
nados a la producción de biomasa
con fines energéticos representan
una alternativa para las tierras agrí-
colas que puedan quedar margina-
das para cultivos agroalimentarios
tradicionales como consecuencia de
la aplicación de la PAC (Política
Agraria Común).
Los cultivos energéticos de carác-
ter agrícola, ricos en azúcares, acei-
tes o almidón, se están empleando
ya de forma creciente, principal-
mente para la producción de bio-
combustibles líquidos enfocados al
transporte, como el biodiésel y el
bioetanol. La biomasa agroforestal
resulta adecuada para estas aplica-
ciones, aunque sus usos se centran
en la producción de calor y electri-
cidad en centrales de distintos tipos
(combustión, pirólisis y gasifica-
ción). Como consecuencia de lo an-
terior y teniendo en cuenta que la
demanda de biomasa agroforestal
puede aumentar considerablemente
en los próximos años, es por lo que
puede ser una buena alternativa a
cultivos marginales.
La buena adaptación de la planta
a los suelos y la climatología exis-
tentes en algunas zonas de la Penín-
sula, fundamenta el cultivo de Pau-
lownia sp. a gran escala con el fin
de producir biomasa energética. La
elevada productividad, capacidad
de rebrote de cepa (Foto 1), ausen-
cia de enfermedades y menores ne-
cesidades hídricas y de cuidados
culturales que otras especies bioe-
nergéticas, conforman los argumen-
tos principales para el empleo de
cultivos energéticos de Paulownia
sp. como base para el suministro de
biomasa a plantas de generación
eléctrica. Se estima preciso remar-
car que la especie citada, durante
los 2-3 primeros años, se caracteriza
por su oquedad en el fuste, lo que
reduce la posibilidad de establecer
turnos de apeo muy cortos.
MATERIAL Y MÉTODOS
En base al objetivo fijado en el es-
tudio, a continuación se detalla tan-
to la metodología como el material
empleado para desarrollar la carac-
terización energética de los princi-
pales clones de Paulownia sp. Para
ello se ensayan los parámetros co-
rrespondientes a la humedad, poder
calorífico y principales variables de
combustibilidad de las muestras to-
madas en campo.
Como se cita anteriormente, se ha
experimentado con muestras de ma-
dera, tomadas a una altura que osci-
la entre 0,3 y 1,3 metros (Foto 3). Se
ensayan los principales clones que
se comercializan en España: Paulow-
nia elongata, P. elongata x fortunei y
P. tomentosa. La totalidad de los en-
sayos energéticos se han efectuado
en el Laboratorio de Biocombusti-
bles (Cátedra de Termodinámica y
Motores de E.T.S.I. Montes, UPM).
Las plantaciones de las que se obtu-
vo la biomasa para este estudio de
caracterización energética, están si-
tuadas en los municipios de Monca-
da (UTM. X: 723778; Y: 4384953) y
Villar del Arzobispo (UTM. X:
688191; Y: 4395929), pertenecientes
a la provincia de Valencia.
En la Tabla 1 se muestran las prin-
cipales propiedades de los biocom-
bustibles sólidos que condicionan su
comportamiento energético (MAR-
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Propiedad Unidad de medida
Humedad %
Densidad kg/dm3
Composición química %
Poderes Caloríficos kcal/kg, kJ/kg
Tabla 1.- Principales propiedades que condicionan el aprovechamiento
energético de los biocombustibles sólidos forestales (MARCOS, F. 2007)
Foto 2.- Paulownia sp. como estandarte asiático
(ZHU ZHAO-HUA et al. 1986)
Densidad (kg/dm3)
Hum. 10% Hum. 15% Hum. 12%
0,290 0,260-0,330 0,240
Tabla 2.- Densidad de la madera de Paulownia sp. (GONZÁLEZ et al. 2003)

3. COS, F. 2007). Desde el punto de
vista energético, la humedad es una
propiedad física que influye sobre
otras variables físicas y químicas.
Junto a la especie, es la propiedad
que más incide en el poder calorífi-
co. Se estima oportuno reseñar que
transportar biomasa húmeda supone
transportar agua innecesariamente.
Se puede medir en base húmeda y
base seca. En los ensayos correspon-
dientes a la obtención de humedad y
poder calorífico, se ha utilizado bio-
masa proveniente de madera y corte-
za (diferente composición química).
Teniendo en cuenta que las hojas
provocan una combustión defectuo-
sa, ya que están compuestas por ele-
mentos perjudiciales que suelen apa-
recer como cenizas, se apartan las
hojas y ramas menores en el suelo,
para que se incorpore como materia
orgánica. Para obtener la humedad
de las muestras que se desean ensa-
yar se ha seguido la metodología tra-
dicional utilizada por los investiga-
dores del Laboratorio de Biocombus-
tibles. La densidad de la madera de-
pende de la humedad. Se mide de-
terminando la masa por pesadas y el
volumen por inmersión en agua o
métodos geométricos. En el presente
estudio no se han efectuado ensayos
de densidad, pero dada la importan-
cia que supone, se han extraídos da-
tos bibliográficos (Tabla 2), con ob-
jeto de tener referencia de uno de
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Foto 3.- Biomasa empleada en los ensayos de caracterización energética (P. tomentosa)
Elemento químico (%)
C H S O N
49,50 6,40 0,02 44,40 0,24
Tabla 3.- Composición química de la Paulownia sp. (KASAMAKI, P. 2007)
Foto 4.- Conexión de la probeta en el obús. Labo-
ratorio de Biocombustibles. ETSI. Montes.
Madrid
Foto 5.- Bomba calorimétrica (modelo IKA C
4000). Laboratorio de Biocombustibles. ETSI.
Montes. Madrid

4. 3.er
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los parámetros más importantes que
conforman las propiedades físicas de
los biocombustibles sólidos y que
condicionan el comportamiento
energético.
El poder calorífico es una propie-
dad que adquiere una gran relevan-
cia en el estudio del comportamien-
to energético de los biocombusti-
bles sólidos de origen forestal y de
cualquier combustible en general.
Se calcula mediante ensayos en
bomba calorimétrica (Fotos 4 y 5).
Obtenido el poder calorífico supe-
rior en bomba calorimétrica y la hu-
medad según el método tradicional,
se obtiene el poder calorífico supe-
rior anhidro y poder calorífico infe-
rior, que es el que se emplea como
referencia comparativa en estudios
relacionados a otros biocombusti-
bles sólidos. Los materiales emplea-
dos en laboratorio para obtener el
poder calorífico y humedad han si-
do: bomba calorimétrica adiabática
automática (modelo IKA C 4000),
microprocesador Minichiller para
calentar o enfriar el agua que traba-
ja en la bomba, martillo de tritura-
ción, hilo clavecín (alambre de igni-
ción), ácido benzoico, botellas de
oxígeno industrial, estufa de 2 kW
(200 ºC), balanzas de 0,1 g y de
0,0001 g de precisión.
Para realizar los ensayos de pode-
res caloríficos se emplea la Norma
española UNE 23103:1978. Deter-
minación del calor de combustión
de los materiales de construcción
mediante bomba calorimétrica. Esta
norma regula este tipo de ensayo,
determinando el poder calorífico al
que denomina calor de combustión,
normaliza el ensayo y el método de
cálculo que debe emplearse.
La composición química elemen-
tal de la Paulownia sp. puede depen-
der de la época de corta y si es dura-
men o albura. La primera variación
aparece sobre todo en maderas que
contengan resinas, gomas, taninos,
mucílagos y otros extractos cuyos
contenidos varían con la época de
corta (MARCOS et al. 2006). Los da-
tos correspondientes a la composi-
ción química elemental (Tabla 3) se
han obtenido de la bibliografía exis-
tente (KASAMAKI, P. 2007).
Las principales variables de com-
bustibilidad que se van a medir en el
presente estudio son el porcentaje
de cenizas, el cual está relacionado
con el contenido de cloratos; no se
produce de forma sistemática, pero
a medida que aumentan las cenizas,
aumentan los cloratos, y como es
obvio, el cloro es un elemento co-
rrosivo, extremo que afecta a la vida
útil y por consiguiente al rendimien-
to de la caldera. Finalmente se estu-
dia el tiempo (s) y temperatura de
combustión (ºC), para ello se sigue el
ensayo normalizado según la norma
ISO 1182:02. Ensayos de reacción al
fuego para productos de construc-
ción. Ensayo de no combustibilidad.
Para realizar los ensayos (5 probetas
por clon) se ha precisado una balan-
za de 0,0001 g de precisión, horno
ISO de combustibilidad (450 ºC),
termopares cromel-alumel y registra-
dor multicanal electrónico de papel
continuo.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En el apartado que nos ocupa se
van a presentar los resultados obte-
nidos (Tabla 4), así como su discu-
sión, en los diferentes ensayos rea-
lizados en el estudio, acorde con
la metodología aplicada para su
desarrollo.
La humedad de corta es baja, lle-
gando a alcanzar valores del 46% en
base seca. Cuando se realizan los
ensayos de poder calorífico en labo-
ratorio, la humedad es menor, entre
28-30% en base húmeda. Por razo-
nes económicas es conveniente re-
ducir la humedad de la biomasa de
Paulownia sp. hasta, como mínimo,
el 25% en base húmeda.
La composición química elemen-
tal de la madera de Paulownia sp.,
según trabajos realizados en el Cen-
tro de Investigaciones Energéticas,
Medioambientales y Tecnológicas
(CIEMAT) por P. KASAMAKI (2007),
es la que se recoge en la Tabla 3. Te-
niendo en cuenta los datos citados
se puede afirmar que la biomasa de
Paulownia sp. contiene muy poco
Hum Ph (%) Hum Ps (%)
Clon Madera Corteza Madera Corteza
P. elongata 30,16 29,45 43,53 41,76
P. elongata x fortunei 28,46 28,76 39,82 41,09
P. tomentosa 30,84 31,24 44,78 45,79
PCS0 (kcal/kg)
Madera Corteza
P. elongata 4225,14 4327,10
P. elongata x fortunei 4211,06 4328,19
P. tomentosa 4378,88 4409,57
Cenizas (%)
P. elongata 1,88
P. elongata x fortunei 2,09
P. tomentosa 1,98
Tabla 4.- Resultados obtenidos en los ensayos de caracterización energética (elaboración propia)

5. azufre y nitrógeno (elementos res-
ponsables del origen de cenizas fusi-
bles). Según la bibliografía consulta-
da, la madera de Paulownia sp. tiene
una densidad que oscila entre
0,240-0,330 kg/dm3, para una hu-
medad de medida (base húmeda) de
10-15%. Analizando los resultados,
la densidad es baja si la compara-
mos con otras especies como el cho-
po y el eucalipto.
Para obtener el poder calorífico se
ensayaron 6 probetas por cada clon
estudiado, obteniendo valores (para
PCS0) comprendidos entre 4.200-
4.400 kcal/kg, donde el valor pro-
medio es de 4.272 kcal/kg (Gráfico
1). El valor esperado, teniendo en
cuenta la composición química de
la madera de Paulownia sp. y apli-
cando la fórmula de Dulong-Petit ci-
tada por KOLLMANN (modelo em-
pírico), es de PCS0= 8.100 c +
34.000 (h-o/8) + 2.500 s = 4.322,8
kcal/kg (donde c, h, o y s son el tan-
to por uno en carbono, hidrógeno,
oxígeno y azufre). Las citas de KA-
SAMAKI (2007) dan valores del po-
der calorífico superior de 4.300
kcal/kg. En el Gráfico 2 se represen-
ta la relación entre el poder calorífi-
co inferior obtenido, referido a sus
humedades en base húmeda, resul-
tando satisfactorio el dato referido a
R2, teniendo en cuenta que el tama-
ño de la muestra (nº de probetas) no
es elevado. Por último los valores re-
feridos al poder calorífico inferior
oscilan entre 3.800-4.000 kcal/kg.
No es objetivo específico del estudio
comparar las características energéti-
cas de la especie estudiada con re-
sultados obtenidos en diferentes es-
pecies forestales, pero sí se cree
conveniente citarlos con el objeto de
situar energéticamente la especie es-
tudiada, dada la escasa bibliografía
que existe al respecto. Es por ello
por lo que en el Gráfico 3 se puede
observar que los PCI obtenidos son
ligeramente superiores a los obteni-
dos con especies que actualmente se
están ensayando en el norte de la
Península (ORTIZ, L.; ALONSO, B.;
2005).
El análisis de cenizas (%) nos
permite determinar con suficiente
precisión la cantidad de residuos
acumulados en las calderas tras la
combustión de la biomasa. La ma-
yoría de los cultivos energéticos ge-
nera un porcentaje de cenizas que
oscilan entre un 3-5%, dato que la
Paulownia sp., a pesar de conside-
rarse cultivo energético, no supera,
como se puede comprobar en la Ta-
bla 4. Los resultados obtenidos se
sitúan en torno al 2%. Según KASA-
MAKI (2007) oscilan entre 1,1-
1,5%. En el Gráfico 4 se pueden
apreciar los resultados obtenidos
tras realizar el mismo ensayo con
biomasa de diferentes cultivos ener-
géticos (ORTIZ, L.; ALONSO, B.;
2005).
El tiempo de combustión ha sido
variable, dependiendo fundamental-
mente de la humedad de la probeta
ensayada. A mayor humedad mayor
tiempo de combustión. El tiempo
medio de combustión se sitúa entre
10 y 20 segundos, con un valor pro-
medio de 15 segundos. La tempera-
tura de combustión ha sido en todos
los ensayos superior a los 240 ºC e
inferior a los 275 ºC, permaneciendo
el horno a una temperatura de 425
ºC en la mitad de los ensayos y a
450 ºC en la otra mitad de los ensa-
yos.
CONCLUSIONES
A tenor de los resultados obteni-
dos en el estudio experimental y
analítico de caracterización energé-
tica de biomasa procedente de Pau-
lownia sp. durante el primer periodo
de crecimiento, se establecen las si-
guientes conclusiones:
La humedad obtenida en los en-
sayos resulta muy baja, lo que po-
dría inducir a afirmar que reducir la
humedad de la biomasa de Paulow-
nia sp. no cuesta en exceso. Pero es-
ta conclusión sería errónea, debido
a que reducir la humedad de bioma-
sa en pequeñas cantidades no supo-
ne un esfuerzo elevado, pero habría
que realizar la comprobación con
cantidades mayores. En cuanto al
tiempo de combustión, remarcar que
a la humedad recibida, el tiempo
que tarda en arder es bajo.
En cuanto a los ensayos sobre el
poder calorífico de la biomasa, se
han obtenido resultados satisfacto-
rios, debido a que el promedio del
poder calorífico inferior (PCI) de los
diferentes clones ensayados se sitúa
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Grafico 1.- Poder Calorífico Superior de los diferentes clones de Paulownia sp. (elaboración propia)
Gráfico 2.- Relación entre Poder Calorífico Inferior y % Humedad en base húmeda (elaboración propia)

6. ligeramente sobre los resultados ob-
tenidos en especies muy consolida-
das en el campo de los biocombusti-
bles (Pinus pinaster, Pinus radiata,
Eucalyptus globulus, etc.). El clon P.
tomentosa posee el mayor poder ca-
lorífico de los clones ensayados; le
siguen los clones P. elongata y P.
elongata x fortunei.
Los porcentajes de cenizas obte-
nidos han sido bajos. Dicho resulta-
do indica que la cantidad de resi-
duos generados tras la combustión
es muy baja; consecuentemente, el
rendimiento de la caldera no se verá
afectado.
Los principales inconvenientes
extraídos durante el proceso de estu-
dio descrito se fundamentan en los
resultados referidos a la baja densi-
dad de la madera, a las humedades
indicadas y a la peculiaridad de
contener oquedades en el fuste du-
rante los primeros años de creci-
miento.
Por último, tras realizar los ensa-
yos de caracterización energética y
analizar los resultados obtenidos, se
puede afirmar que la biomasa gene-
rada por los diferentes clones ensa-
yados de la especie puede ser apta
para su utilización en el campo de la
bioenergía, específicamente como
biocombustible sólido. No obstante,
y a pesar de los resultados obteni-
dos, sería necesario continuar inves-
tigando sobre la especie, con el ob-
jeto de que el cultivo de Paulownia
sp. se considere como una posible
alternativa para el desarrollo rural
sostenible. ``
3.er
Trimestre 2009 - N.o
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82
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