Biomasa forestal fuente_energetica

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Estudio sobre la biomasa forestal como fuente energética

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Biomasa forestal fuente_energetica

  1. 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 www.energuia.com
  2. 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 www.energuia.com
  3. 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 www.energuia.com
  4. 4. BIOMASA MARZO06 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 www.energuia.com
  5. 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. www.energuia.com

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