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I.E.S. JAIME GIL de BIEDMA
BIOMASA
I.E.S. JAIME GIL de BIEDMA
INTRODUCCIÓN
TIPOS DE APROVECHAMIENTO
MÉTODOS DE CONVERSIÓN EN ENERGÍA
VENTAJAS
DESVENTAJAS
ENLACES
BIOMASA
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La biomasa es la energía solar convertida por la vegetación en materia orgánica; esa energía la podemos recuperar por combustión directa o transformando la materia orgánica en otros combustibles.
INTRODUCCIÓN
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TIPOS DE APROVECHAMIENTO
- Bosques
- Residuos agrícolas y forestales
- Cultivos energéticos
- Tradicionales
- Acuáticos
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La única biomasa realmente explotada en la actualidad para fines energéticos es la de los bosques.
Para cubrir parte de la demanda energética sólo puede constituir una opción razonable en países donde la densidad territorial de dicha demanda es muy baja, así como también la de la población (Tercer mundo).
En España (por lo demás, país deficitario en madera ) sólo es razonable contemplar el aprovechamiento energético de los desechos de la corta y saca y de la limpia de las explotaciones forestales (leña, ramaje, follaje, etc.), así como de los residuos de la madera . En este sentido, la oferta energética subyacente a las leñas ha sido evaluada en 2.500.000tep.
BOSQUES
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Constituyen otra fuente importante de bioenergía, aunque no siempre sea razonable darles este tipo de utilidad.
En España sólo parece recomendable el uso a tal fin de la paja de los cereales en los casos en que el retirarla del campo no afecte apreciablemente a la fertilidad del suelo, y de las deyecciones y camas del ganado, cuando el no utilizarlas sistemáticamente como estiércol no perjudique las productividades agrícolas.
Siguiendo este criterio , en España se ha evaluado una hipotética oferta energética de 3.700.000 tep procedentes de paja de cereales.
RESIDUOS AGRÍCOLAS Y GANADEROS.
Consiste en cultivar vegetales con un mayor aprovechamiento energético.
Esta opción no es muy rentable y es muy discutida la conveniencia de los cultivos o plantaciones con fines energéticos, no sólo por su rentabilidad en si mismos, sino también por la competencia que ejercerían con la producción de alimentos y otros productos necesarios, (madera, etc.). Las dudas aumentan en el caso de las regiones templadas, donde la asimilación fotosintética es inferior a la que se produce en zonas tropicales.
En España se ha estudiado de modo especial la posibilidad de ciertos cultivos energéticos, especialmente sorgo dulce y caña de azúcar, en ciertas regiones de Andalucía donde ya hay una tradición en el cultivo de estas plantas de elevada asimilación fotosintética.
CULTIVOS ENERGÉTICOS.
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No obstante, el problema de la competencia entre los cultivos clásicos y los cultivos energéticos no se plantearía en el caso de otro tipo de cultivo energético: los cultivos acuáticos. Una planta acuática particularmente interesante desde el punto de vista energético sería el jacinto de agua , que posee una de las productividades de biomasa más elevadas del reino vegetal ( un centenar de toneladas de materia seca por hectárea y por año).
Podría recurrirse también a ciertas algas microscópicas (microfitos), que tendrían la ventaja de permitir un cultivo continuo. Así, el alga unicelular Botryococcus braunii, en relación a su peso produce directamente importantes cantidades de hidrocarburos.
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MÉTODOS DE TRANSFORMACIÓN DE LA BIOMASA
Distinguimos dos grandes grupos de transformaciones:
- Transformaciones térmoquímicas
- Combustión
- Pirólisis
- Transformaciones biológicas
- Fermentación alcohólica
- Fermentación metánica
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Estos métodos se basan en la utilización del calor como fuente de transformación de la biomasa. Están bien adaptados al caso de la biomasa seca, y ,en particular, a los de la paja y de la madera.
Distinguimos dos métodos:
- Combustión
- Pirólisis
MÉTODOS TERMOQUÍMICOS.
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LA COMBUSTIÓN
Lo que comunmente llamamos quema de la biomasa (o hablando más cientificamente la oxidación de ésta por el oxígeno del aire), libera simplemente agua y gas carbónico y calor, que puede servir para la calefacción doméstica o para la producción de calor industrial.
BIOMASA + O2 CO2 + H2O + CALOR
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La planta de biomasa construida en Sangüesa representa una experiencia inédita en el sur de Europa en el aprovechamiento de la paja para producción de energía.
Conectada a red en julio de 2002, tras dos años de construcción, la planta estará operativa durante 8.000 horas al año y producirá 200 GWh, cifra próxima al 6% del consumo eléctrico de Navarra.
Consumirá 160.000 toneladas de paja de cereal anuales y el suministro regular de combustible estará garantizado mediante la promoción de equipos de recogida y empacado y la firma de contratos a largo plazo con proveedores.
PLANTA COMBUSTIÓN DE PAJA
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La paja es transportada hasta la planta en pacas, que se depositan en un almacén. Estas pacas se conducen hasta la caldera mediante una cinta transportadora.
Un sistema de corte desmenuza la paja antes de caer a un extremo de la parrilla, ubicada en la caldera, donde es quemada.
La combustión calienta el agua que circula por las paredes de la caldera, hasta convertirla en vapor.
A partir de este momento se produce un triple proceso concatenado:
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO
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El vapor, tras pasar por un sobrecalentador, mueve una turbina que, conectada a un generador, propicia la producción de electricidad.
El vapor de agua que ha pasado por la turbina, ya a menor presión y temperatura, se lleva hasta un condensador, refrigerado por el agua. Merced a ese descenso térmico, el vapor se convierte de nuevo en agua, y este líquido se trasladará en circuito cerrado hasta las paredes de la caldera iniciándose de nuevo el proceso.
La combustión de la paja produce inquemados, que se depositan en el fondo de la caldera, y cenizas, resultado de filtrar y depurar los gases que finalmente se emiten por la chimenea de la planta. Los residuos son aprovechados para la producción de fertilizantes.
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Combustión incompleta de la biomasa en ausencia de oxigeno, a unos 500 grados centígrados.
Se utiliza desde hace mucho tiempo para producir carbón vegetal. Aparte de este, la pirólisis lleva a la liberación de un gas pobre, mezcla de monóxido y dióxido de carbono, de hidrógeno y de hidrocarburos ligeros. Este gas, de débil poder calórico, puede servir para accionar motores diesel, o para producir electricidad, o para mover vehículos.
LA PIRÓLISIS.
BIOMASA + CALOR CO2 + CO + H2 + CXHY
Una variante de la pirólisis, llamada pirólisis flash, llevada a 1000 grados centígrados en menos de un segundo, tiene la ventaja de asegurar una gasificación casi total de la biomasa.
De todas formas, la gasificación total puede obtenerse mediante una oxidación parcial de los productos no gaseosos de la pirólisis.
Las instalaciones en la que se realizan la pirólisis y la gasificación de la biomasa reciben el nombre de gasógenos.
El gas pobre producido puede utilizarse directamente como se indica antes, o bien servir la base para la síntesis de un alcohol muy importante, el metanol, que podría sustituir las gasolinas para la alimentación de los motores de explosión (carburol).
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TRANSFORMACIONES BIOLÓGICAS
Fermentación alcohólica
Fermentación metánica
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Es una técnica empleada desde muy antiguo con los azúcares, que puede utilizase también con la celulosa y el almidón, a condición de realizar una hidrólisis previa (en medio ácido) de estas dos sustancias.
Pero la destilación, que permite obtener alcohol etílico prácticamente anhidro, es una operación muy costosa en energía. En estas condiciones la transformación de la biomasa en etanol y después la utilización de este alcohol en motores de explosión, tienen un balance energético global dudoso.
A pesar de esta reserva, ciertos países (Brasil, E.U.A.) tienen importantes proyectos de producción de etanol a partir de biomasa con un objetivo energético (propulsión de vehículos)
LA FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
Es la digestión anaerobia de la biomasa por bacterias. Es idónea para la transformación de la biomasa húmeda (mas del 75% de humedad relativa).En los fermentadores, o digestiones, la celulosa es esencialmente la sustancia que se degrada en un gas, llamado comunmente biogas.
El biogas puede obtenerse de dos formas:
Extrayendo y canalizando el gas formado en los vertederos sellados.
En biodigestores cuyo problema principal consiste en la necesidad de calentar el equipo, para mantenerlo en la temperatura optima de 30-35 grados centígrados. No obstante, el empleo de éstos es un camino prometedor hacia la autonomía energética de las explotaciones agrícolas, por recuperación de las deyecciones y camas del ganado.
LA FERMENTACIÓN METÁNICA
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Con el termino biogas se designa a la mezcla de gases resultantes de la descomposición de la materia orgánica realizada por acción bacteriana en condiciones anaerobias.
El metano, principal componente del biogas, es el gas que le confiere las características combustibles al mismo.
El valor energético del biogas por lo tanto estará determinado por la concentración de metano - alrededor de 20 – 25 MJ/m3, comparado con 33 – 38MJ/m3 para el gas natural.
BIOGAS
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Metano, CH4 40 – 70 % volumen
Dióxido de carbono, CO2
30 – 60 % volumen
Sulfuro de hidrógeno, H2S
0 – 3 % volumen
Hidrógeno, H2 0 - 1 % volumen
Los principales componentes del biogas son el metano (CH4) y el dióxido de carbono (CO2). Aunque la composición del biogas varia de acuerdo a la biomasa utilizada, su composición aproximada se presenta a continuación:
COMPONENTES DEL BIOGAS
El biogas se produce en un recipiente cerrado o tanque denominado biodigestor el cual puede ser construido con diversos materiales como ladrillo y cemento, metal o plástico. El biodigestor, de forma cilíndrica o esférica posee un ducto de entrada a través del cual se suministra la materia orgánica (por ejemplo, estiércol animal o humano, las aguas sucias de las ciudades, residuos de matadero) en forma conjunta con agua, y un ducto de salida en el cual el material ya digerido por acción bacteriana abandona el biodigestor.
BIODIGESTOR
BIODIGESTOR
TUBERIA CONDUCCIÓN BIOGAS
DEPOSITO ACUMULADOR BIOGAS
FILTROS ACIDO SUFÍDRICO
(Oxidos de hierro, cal viva o apagada...)
MOTORES
GENERADORES
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BIODIGESTORES DE UNA GRANJA PORCINA
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La utilización de biodigestores ofrece grandes ventajas para el tratamiento de los desechos orgánicos de las explotaciones agropecuarias, pues además de disminuir la carga contaminante de las mismas, extrae gran parte de la energía contenida en el material sin afectar (o inclusive mejorando) su valor fertilizante y controlando de manera considerable los malos olores.
El uso del biogas para la generación de electricidad da un valor adicional al empleo de biodigestores en las empresas agropecuarias.
VENTAJAS DE LOS BIODIGESTORES
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Generación de electricidad a partir de la captación del biogas generado en un vertedero sellado
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VENTAJAS
Es renovable indefinidamente, al contrario de las energías extraídas de la tanatomasa (carbón; petróleo).
Es fácil de almacenar, al contrario de las energías eólica y solar.
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DESVENTAJAS
Opera con enormes volúmenes combustibles que hacen su transporte caro y constituyen un argumento en favor de una utilización local y sobre todo rural.
Su rendimiento, expresado en relación a la energía solar incidente sobre las mismas superficies, es muy débil (0,5 % a 4 %, contra 10 % a 30 % para las pilas solares fotovoltaicas), aunque las superficies terrestres y acuáticas, de que pueden disponer no tienen comparación con las que pueden cubrir, por ejemplo, los captadores solares.
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ENLACES
www.fisicaysociedad.es/pdfs/biomasa
