El documento describe las diferentes formas de aprovechar la energía de la biomasa. La biomasa se puede convertir en energía a través de procesos termoquímicos como la combustión o gasificación, o procesos bioquímicos como la fermentación o digestión anaerobia. La biomasa producida por cultivos energéticos o residuos se puede utilizar para generar calor, electricidad, biocombustibles u otros usos energéticos a través de diferentes instalaciones e infraestructuras.

1. E NERGÍA de la B IOMASA Paloma Román Gómez

2. 1. EL SOL FUENTE DE ENERGÍA Es la estrella más cercana a la Tierra En su interior se producen constantemente reacciones de fusión nuclear que desprenden energía. Los átomos de hidrógeno, (elemento más abundante), se combinan entre sí para formar átomos de helio y energía, que fluye desde el interior hasta la superficie solar y desde allí es irradiada al espacio en todas las direcciones. Parte de la energía irradiada es transportada en forma de ondas electromagnéticas (fotones), que se desplazan en el vacío a 300 000 km /s, tardando unos ocho minutos en recorrer los 150 millones de Km. que separan el sol de la tierra.

3. 2. FORMAS DE CAPTACIÓN CAPTACIÓN TÉRMICA CAPTACIÓN FOTÓNICA PASIVA (Arquitectura solar) ACTIVA (Baja media y alta temperatura ) CAPTACIÓN FOTOQUÍMICA CAPTACIÓN FOTOVOLTAICA BIOMASA FOTOQUÍMICA El primer paso para el aprovechamiento de la Energía solar es su captación

4. 3. ENERGÍA SOLAR FOTOQUÍMICA Utiliza la energía solar en producir productos energéticamente útiles. Procedimientos: - La producción de biomasa - La fotoquímica industrial.

5. 4. BIOMASA La biomasa es el conjunto de toda la materia viva existente en la tierra. Desde el punto de vista energético, es el conjunto de la materia orgánica, de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial, que son capaces de suministrarnos una energía útil.

6. 5. FOTOSÍNTESIS la biomasa puede considerarse como energía solar almacenada. Esta energía se obtiene mediante la fotosíntesis que realizan las plantas (utilizan la luz solar para convertir el anhídrido carbónico atmosférico, el agua y otras sustancias simples, en materia orgánica). El resto de organismos vivos obtienen esta energía mediante la dieta.

7. 6. EFICIENCIA DE LA FOTOSÍNTESIS La fotosíntesis es un proceso muy poco eficiente. De la energía que llega a un cultivo, sólo del 5 al 6%, es convertida en biomasa. La eficiencia de la conversión fotosintética varía entre: - 0,5 y 1,3 % en las zonas templadas. - 0,5 y 2,5 % en los cultivos subtropicales.

8. 7. CICLO DE LA BIOMASA

9. 7. CICLO DE LA BIOMASA La biomasa producida por los ecosistemas naturales puede ser explotada con fines energéticos. La presión que se ejerza sobre la biomasa natural debe ser siempre menor que la capacidad de regeneración del ecosistema. Pero es necesario que una gran parte de la biomasa, incluso residual, sea respetada para que el ecosistema no pierda su capacidad de autorregeneración.

10. 8. BIOMASA CON FINES ENERGÉTICOS La biomasa, constituida por materia vegetal o animal puede ser convertida en combustible. BIOMASA RESIDUAL BIOMASA DE CULTIVOS ENERGÉTICOS BIOMASA PARA FINES ENERGÉTICOS

11. 8.1. PROCEDENCIA DE LA BIOMASA RESIDUAL La biomasa residual esta formada por residuos o subproductos, de origen orgánico, procedentes de distintas actividades, como: Agrícolas, ganaderas y forestales. Procesos de las industrias agroalimentarias. Procesos de transformación de la madera. Residuos biodegradables, correspondientes a efluentes ganaderos, efluentes de aguas residuales, lodos de depuradoras, etc. Parte de los Residuos Sólidos Urbanos o RSU (la parte correspondiente a los restos de alimentos, madera, papel, etc.). Los excedentes agrícolas. Los materiales de derribos y restos procedentes de actividades no energéticas (desmontes, excavaciones, etc.).

12. 8.1.BIOMASA DE ORIGEN RESIDUAL

13. 8.2 BIOMASA DE CULTIVOS ENERGÉTICOS Los cultivos energéticos son cultivos que se realizan para su aprovechamiento energético. Las características más relevantes de este tipo de cultivos son: - Su alta producción por unidad de superficie y año - La limitación de los cuidados al cultivo TIPOS DE CULTIVOS ENERGÉTICOS NO AGRÍCOLAS AGRÍCOLAS ALGAS Cardos, Pitas, Palma de Brasil, Palma de coco Caña de azúcar, cebada, mandioca, sorgo dulce Plantas acuáticas

14. 9. PROCESOS DE CONVERSIÓN DE BIOMASA EN ENERGÍA PROCESOS DE CONVERSIÓN TERMOQUÍMICOS BIOQUÍMICOS Transformaciones de la materia orgánica por acción del calor Transformaciones de la materia orgánica por acción de bacterias y hongos COMBUSTIÓN GASIFICACIÓN CARBONIZACIÓN La Biomasa se mezcla con el oxígeno del aire produciendo energía calorífica y otros productos Combustión incompleta de la biomasa por escasez de O2. Se producen gases como: CO, H2, CH4 Transformación de la biomas por acción del calor en ausencia de oxígeno. Se obtienen: Gases, Hidrocarburos complejos, carbón vegetal, alquitranes, cenizas. LICUEFACCIÓN Carbonización que se realiza en ambiente reductor a elevadas presiones y temperaturas. Se obtiene metanol y gasolina. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA DIGESTIÓN ANAEROBIA Conversión de los hidratos de carbono de la biomasa en alcohol, por la acción de microorganismos en ambiente anaerobio. Se obtiene etanol y CO2 Conversión de los hidratos de carbono de la biomasa en alcohol, por la acción de bacterias en ambiente anaerobio. Se realiza en digestores. Se obtiene biogás.

15. 10. APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA El tipo de aprovechamiento depende del tratamiento empleado en la extracción de la energía de la biomasa. En general: - La biomasa sólida se puede destinar a aplicaciones térmicas convencionales - La biomasa en forma líquida se destina a su utilización en motores de vehículos - Los derivados gaseosos de la biomasa se emplean en la producción de electricidad, generalmente, en sistemas de cogeneración.

16. 10.1. USOS DE LA BIOMASA Aplicando los diferentes procesos de conversión, la biomasa se puede transformar en diferentes formas de energía: Calor y vapor: es posible generar calor y vapor mediante la combustión de biomasa o biogás. El calor puede ser el producto principal para aplicaciones en calefacción y cocción, o puede ser un subproducto de la generación de electricidad en ciclos combinados de electricidad y vapor. Combustible gaseoso: el biogás producido en procesos de digestión anaeróbica o gasificación puede ser usado en motores de combustión interna para generación eléctrica, para calefacción y acondicionamiento en el sector doméstico, comercial e institucional y en vehículos modificados.

17. 10.1. USOS DE LA BIOMASA Biocombustibles: la producción de biocombustibles como el etanol y el biodiesel tiene el potencial para reemplazar cantidades significativas de combustibles fósiles en muchas aplicaciones de transporte. En Europa su producción está incrementándose y se están comercializando mezclados con derivados del petróleo. Electricidad: la electricidad generada a partir de los recursos biomásicos no libera dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera, por lo que se considera “energía verde”. Cogeneración (calor y electricidad): la cogeneración se refiere a la producción simultánea de vapor y electricidad, la cual se aplicaría en muchos procesos industriales que requieren las dos formas de energía.

18. 11. INSTALACIONES PARA EL APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA Las instalaciones de aprovechamiento de la biomasa son muy variadas y complejas y además están diseñadas en función de múltiples factores como: • Tipo de materia utilizada. • Tratamiento a que se la somete. • Producto a conseguir. • Tecnología aplicada. • Tamaño de la instalación. • Utilización del producto elaborado.

19. 11.1. ESQUEMA DEL PROCESO DE COMBUSTIÓN

20. 11.2. GASIFICACIÓN

21. 11.3. PLANTA DE COGENERACION MEDIANTE BIOMASA

22. 11.4. DIGESTOR TIPO GRANJA Y APLICACIONES

23. 11.5. FUNCIONAMIENTO DE UN DIGESTOR DE CARGA CONTINUA Los residuos orgánicos son introducidos de forma continua en la cámara del digestor. El digestor se mantiene enterrado para que su temperatura sea más estable. Si es preciso se calienta ligeramente hasta los 35º C, mediante un circuito de agua caliente. Instalación muy sencilla, que utiliza materia orgánica diversa, especialmente excrementos animales y residuos vegetales, y los convierte en gas mediante una digestión anaerobia.

24. 11.5. APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA: Funcionamiento de un digestor de carga continua Los lodos se agitan continuamente para facilitar su fermentación. Las corrientes térmicas facilitan la agitación, y provocan que los componentes más ligeros suban a la superficie y los más pesados se depositen en el fondo. La propia agitación hace, que los residuos pesados, vayan subiendo a la superficie, una vez digeridos, de manera que convertidos en lodos, se pueden utilizar como fertilizantes.

25. 11.5. APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA: Funcionamiento de un digestor de carga continua El proceso de digestión va produciendo gas metano, que se acumula en el deposito superior. Este gas se puede utilizar posteriormente para quemar y producir calor para calefacción o para producir energía eléctrica quemándolo en una turbina. Una vez iniciado el proceso y mantenido de forma continua el oxígeno prácticamente desaparece de la cámara de digestión, por lo que el proceso es totalmente anaerobio. Para acelerar el proceso de digestión se suelen utilizar fermentos orgánicos.

26. 12. VENTAJAS Permite eliminar residuos orgánicos e inorgánicos, al tiempo que les da una utilidad. Es una fuente de energía renovable. Es una fuente de energía no contaminante. Disminución de las emisiones de CO2. El balance neto de CO2 es nulo cuando se utiliza la biomasa ya que si en un momento se emite este gas, anteriormente fue fijado en forma vegetal o animal y por tanto retirado de la atmósfera. Los cultivos que se desarrollan para este fin, sobre todo si son arbóreos, ponen grandes cantidades de carbono fuera de la atmósfera. Esto constituye una nueva ventaja de contar con la biomasa; es el procedimiento más rentable y lógico de abatir el exceso de C02 de la atmósfera y por tanto es el único medio fácil de fijar el C02 del aire y reducir el efecto invernadero. No emite contaminantes sulfurados o nitrogenados, ni apenas partículas sólidas. La disminución del tamaño y número de vertederos. Puede ofrecer una nueva oportunidad al sector agrícola al sustituir los cultivos energéticos a cultivos excedentarios en el mercado de alimentos.. Puede provocar un aumento económico en el medio rural. Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles.

27. 13. DESVENTAJAS La incineración puede resultar peligrosa, al producir la emisión de sustancias tóxicas. Por ello se deben utilizar filtros y realizar la combustión a temperaturas mayores a los 900 ºC. La producción de biomasa en los países pobres, impulsada por las grandes multinacionales energéticas, puede suponer el abandono de zonas de cultivo para dedicarlas a la producción energética, lo que puede suponer un incremento del hambre en el tercer mundo. El mantenimiento de la fertilidad de las zonas naturales, en las que extraemos biomasa, puede disminuir si no se mantiene un equilibrio razonable. La generalización de los cultivos energéticos puede provocar un aumento de los problemas crónicos asociados a la agricultura: incremento de la demanda de agua, uso indiscriminado de fertilizantes, uso masivo de insecticidas, destrucción de zonas naturales, etc.

28. 14. DISTRIBUCIÓN La biomasa para producir biogás y bioalcohol es utilizada por: EEUU, Canadá, China y Brasil La biomasa por combustión es utilizada en: África y América latina En España: