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Fuentes de Energía Renovables

Energía Biomasa

ciclo de la biomasa

Como una de las fuentes de energía renovables que ha estado ganando popularidad en los últimos años. La energía biomasa surgió como una alternativa para dar uso a desechos agropecuarios y forestales; sin embargo se planta hoy en día como una alternativa rentable para la generación de energía eléctrica y otros fines.

¿Qué es la Biomasa?

pellets de biomasa
Los “pellets” son concentraciones de material usados como combustible.

La biomasa ecológicamente hablando tiene la siguiente definición: “La biomasa es la cantidad de materia acumulada en un individuo, un nivel trófico, una población o un ecosistema.”

Sin embargo, en términos energéticos -que es lo que a nosotros nos interesa- la biomasa es concebida como la masa útil que es producida por las plantas mediante el proceso de fotosíntesis. En este proceso las plantas convierten la energía solar en energía química contenida en forma de materia orgánica. Esta materia orgánica que contiene energía química es entonces lo que nosotros los vinculados al mundo de la energía conocemos como “biomasa“. La cual se puede utilizar directamente quemándose o convirtiéndola en algún tipo de combustible.

¿Qué es la Energía Biomasa?

combustion de biomasa
La biomasa contiene energía química en su interior que se aprovecha mediante la combustión

La energía biomasa o energía de la biomasa es la energía química contenida en la materia orgánica como parte del proceso de fotosíntesis. Como es sabido las plantas utilizan la fotosíntesis para convertir energía solar en materia orgánica; esta materia contiene enlaces químicos cuya energía puede ser aprovechada a través de un proceso de combustión.

Por otro lado también puede ser convertida en biocombustibles como biogás o biodiesel mediante algunos procesos adicionales. Obteniéndose así una mayor concentración de energía debido a poderes caloríficos altos.

Cómo funciona la Enegía Biomasa

Uso en la Vida Diaria

A todos nos parece familiar el uso de la biomasa para las funciones básicas en la vida cotidiana de humanos y animales. Toda la comida que consumimos contiene biomasa, tanto animales como vegetales y sus productos derivados. La energía en estas comidas es lo que sostiene la vida en todos los organismos vivos. Se menciona esto pues el uso primordial de la biomasa para sustentar la vida en el planeta, sin embargo no se ahondará más en este tema debido a que en este artículo trataremos a la biomasa como una fuente de producción de energía.

Combustión Directa de la Biomasa

La mayor parte de la biomasa en forma sólida puede ser quemada (combustionada con oxígeno del aire). El proceso de combustión resulta en la generación de calor (energía térmica) de la misma forma que cuando se quema carbón. La cantidad de calor generado por la quema de biomasa depende del material que se esté quemando, pues tienen poder calorífico variable. El calor obtenido de la quema de biomasa puede ser utilizado para calefacción, cocina, y para calentar agua.

En muchos casos es también utilizado para hervir agua en una caldera y generar vapor, el cual luego es llevado a una turbina para generar electricidad -de manera similar a las plantas termoeléctricas de carbón. Sin embargo, la biomasa requiere de algunos procesos previos antes de ser quemada, como el secado y la compactación.

Biocombustibles

Carbón Vegetal

Además de agua,  la madera normalmente contiene químicos que se volatilizan cuando son calentados. Durante la combustión de la madera en presencia de aire, muchos de estos compuestos volátiles se oxidan y contribuyen a la liberación de calor. Sin embargo, cuando la madera es calentada en ausencia de oxígeno, estos compuestos volátiles son extraídos de la madera en un proceso llamado pirólisis. La masa restante una vez pasado el proceso de pirólisis es llamada “carbón vegetal”.

Este carbón vegetal tiene una cantidad de energía por unidad de masa (poder calorífico) mayor al material original. No obstante, se necesitan entre 4 y 10 kg de madera para hacer 1 kg de carbón vegetal, lo cual no es muy eficiente. Además, si los elementos volátiles no son recolectados y utilizados, se convierten en emisiones de efecto invernadero.

Bioetanol y Biodiesel

Los combustibles líquidos producidos a partir de biomasa son utilizados generalmente mezclados en pequeños porcentajes con combustibles fósiles. Existen dos tipos principales de estos combustibles:

Bioetanol

El método más común para producir alcohol a partir de la biomasa es a través del proceso de fermentación, el cual es un proceso biológico anaeróbico en donde los azúcares son convertidos en alcohol por la acción de microorganismos como la levadura. Este alcohol es utilizado como aditivo a la gasolina. Los residuos agrícolas utilizados para producir bioetanol son principalmente maíz en el hemisferio norte y caña de azúcar en el hemisferio sur.

Biodiesel
biodiesel
El biodiesel B20 indica un 20% de contenido de biodiesel.

El biodiesel es normalmente producido a partir de aceites vegetales o grasas animales. Este proceso implica el uso de un catalizador y alcohol- El catalizador es normalmente hidróxido de sodio el cual es disuelto en alcohol metílico.

Este compuesto es utilizado actualmente como un aditivo al petróleo, con porcentajes de entre 2 y 20%. También puede ser usado de forma pura, sin embargo tiene efectos diferentes al diesel común en algunos motores.

Biogas

energia biomasa biodigestor
Funcionamiento de un biodigestor casero

La biomasa es convertida en un compuesto llamado biogás mediante el proceso de digestión anaerobia, la cual convierte materia orgánica en metano. Ejemplos de procesos naturales son la produccion de gas de relleno sanitario en la mayoría de ciudades del mundo.

La biomasa también puede ser convertida en biogás mediante condiciones controladas como las de un biodigestor. Los insumos utilizados para este proceso son generalmente desperdicios animales como el excremento. Dentro del biodigestor coexisten bacterias las cuales descomponen la materia orgánica en ausencia de oxígeno y excretan metano.

El biogas, al tener una composición similar a la del gas natural, puede ser utilizado para los mismos fines: cocinar, calor industrial o incluso generar energía eléctrica.

Planta de Biomasa

Una planta de biomasa sirve para generar vapor y electricidad a partir de la quema de este recurso. Generalmente se utiliza la biomasa como tal, sin embargo algunas plantas utilizan digestores para quemar biogás.

Una planta de biomasa consta de las siguientes partes:

planta de biomasa
Esquema de una planta de biomasa

Almacén de Biomasa

El almacén de biomasa es utilizado para guardar el recurso recolectado hasta su posterior ingreso al quemador o al biodigestor.

Quemador de Biomasa

caldera de biomasa
Caldera de biomasa con su quemador de parrilla

El quemador es el lugar donde se da el proceso de combustión y conversión de la biomasa en energía térmica. Necesita ser hermético y tener la mayor eficiencia posible.

Caldera de Biomasa

En la caldera de biomasa el agua es convertida en vapor gracias al calor otorgado por la combustión de la biomasa. Normalmente constan de varias etapas para poder llevar el vapor hasta la condición de sobrecalentamiento, para que su estado sea óptimo antes de entrar a la turbina.

turbina de biomasa
Generador eléctrico (color verde) acopado a turbina de vapor (color gris)

Turbina a Vapor

Es el elemento encargado de convertir la energía térmica del vapor en energía mecánica. Normalmente tienen varias etapas para aprovechar el vapor a diferentes presiones. Van acopladas al generador a través de un eje.

Generador de Electricidad

El generador recibe la energía mecánica de la turbina a través del eje y la convierte en energía eléctrica. Algunas veces va acoplado con un multiplicador de velocidad dependiendo de la velocidad de giro del eje de la turbina.

Para qué sirve la Biomasa

La biomasa tiene varias aplicaciones, sus aplicaciones energéticas son:

biodigestor casero
Partes de un biodigestor casero
  • Convertida en biodiesel o bioetanol, puede ser utilizada como aditivo al petróleo y a la gasolina respectivamente. De esta manera permite un ahorro de estos combustibles fósiles, los cuales son recursos no renovables.
  • Puede ser utilizada directamente como combustible para generar energía eléctrica a través de una caldera y una turbina de vapor, como se explicó anteriormente.
  • De forma casera, puede utilizarse un biodigestor para convertir desechos de granja en biogás. Este biogás se puede usar a su vez para cocinar o para calefacción.

Además de su uso energético, la biomasa es la base de la cadena trófica y es utilizada también como abono en todo el mundo.

Energía Biomasa Ventajas y Desventajas

Ventajas de la Energía Biomasa

  • Es una energía renovable, debido a que el recurso se obtiene constantemente de desechos agrícolas e incluso de rellenos sanitarios urbanos.
  • Si se utiliza de forma correcta, previene emisiones de metano a la atmósfera, el cual es transformado en dióxido de carbono. Esto es importante debido a que el metano es un gas de efecto invernadero 20 veces más potente que el CO2.
  • La energía biomasa permite, entre otras cosas, el aprovechamiento de los residuos agropecuarios de los granjeros en sus mismas localidades. Brindándoles gas para cocinar y calefacción, ahorrándoles costos.

    biogas casero
    Uso del biogás en una granja

Desventajas de la Energía Biomasa

  • La principal desventaja es que, si no se utilizan de manera adecuada, los biodigestores pueden liberar grandes cantidades de metano. Y este, como ya se explicó, es 20 veces más dañido que el CO2, el cual es el producto final del proceso.
  • Por otro lado, la biomasa tiene una restricción en cuanto a su uso y es la cantidad de residuos orgánicos disponibles para quemar. Si se quiere utilizar a mayor escala se necesitaría depredar grandes cantidades de terreno, lo cual no es recomendable. Es por ello que este tipo de energía tiene una importante restricción en cuento a capacidad se refiere.

¿La biomasa es renovable?

ciclo de la biomasa
El ciclo de la biomasa indica cómo el CO2 retorna hacia las plantas

Existe un debate sobre si la energía biomasa es realmente una energía renovable, para el Banco Interamericano de Desarrollo y para muchos otros países la biomasa si es considerada una fuente de energía renovable por los siguientes motivos:

  • La biomasa utilizada para generar energía eléctrica y calor está conformada por desechos agrícolas o industriales. Tales como el bagazo de la caña de azucar.
  • Si bien el uso de la biomasa produce emisiones de CO2, estas son consideradas como “emisiones cero”. Debido a que todo el CO2 retorna al bosque de donde se tomó esta biomasa y por lo tanto, es absorbido por las plantas, formando un ciclo.
  • El CO2 emitido en el aprovechamiento de los gases de rellenos sanitarios es mucho menos contaminante que estos gases propiamente dichos.

Sin embargo, el uso creciente de la biomasa podría implicar problemas en el futuro, tal como declara Alejandro González, responsable del área de clima y energía de Amigos de la Tierra: “Si queremos usar la biomasa como fuente de energía renovable, tenemos que entender que tiene un alcance limitado y solo puede considerarse sostenible dentro de unos límites razonables y sin ejercer presión sobre los usos del suelo o los bosques. Por tanto, la vía para su utilización pasa primero por la eficiencia y el ahorro energético para minimizar nuestras necesidades energéticas. Por ejemplo, son necesarias políticas públicas de rehabilitación de viviendas para minimizar las necesidades energéticas y de calefacción, que además van a conseguir ahorros energéticos muy significativos”.

Como conclusión podríamos decir que la energía biomasa puede ser considerada renovable si el recurso se obtiene solamente de residuos forestales y agrarios, de manera sostenible.

Ejemplos de Energía Biomasa

central de biomasa paramonga
La central de cogeneración de Paramonga utiliza bagazo como combustible
central petramás
La central de Huaycoloro utiliza el gas de relleno sanitario como fuente de energía

Energía Biomasa
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