Libro De Biomasa
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BIOMASA
[LA FUENTE RENOVABLE DE ENERGIA-BIOMASA]
BIOMASA COMO ALTERNATIVA ECOLOGICA Y TECNOLOGIA
Autor: Padilla, Shearly
BIOMASA
[LA FUENTE RENOVABLE DE ENERGIA-BIOMASA]
CONTENIDO INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………..3 BIOMASA………………………………………………………………………………………….5 Factores Geográficos………………………………………………………6 Factores Energéticos………………………………………………………7 Disponibilidad del Recurso………………………………………………7 TIPOS DE BIOMASA…………………………………………………………………………..8 BIOMASA Natural…………………………………………………………..8 Biomasa Residual…………………………………………………………..8 Cultivos Energéticos……………………………………………………….8 CARACTERISTICAS DE LA BIOMASA……………………………………………………9 PROCESOS DE CONVERSIÓN…………………………………………………………….11 FORMAS DE ENERGIA……………………………………………………………………...13 COMBUSTIÓN Y EMISIONES……………………………………………………………..16 APLICACIONES………………………………………………………………………………..17 COSTOS DE LA BIOMASA………………………………………………………………….21 LA BIOMASA EN VENEZUELA…………………………………………………………….23 Etanol como combustible en Venezuela……………………….…24 Etanol como combustible en Colombia……………………………25 Etanol como combustible en USA……………………………..……26 Etanol como combustible en Brasil………………………………...26 EFECTOS AMBIENTALES DE LA BIOMASA…………………………………………..28 VENTAJAS Y DESVENTAJAS………………………………………………………………32 GLOSARIO………………………………………………………………………………………35 CONCLUSIONES………………………………………………………………………..…….37 BIBIOGRAFIA………………………………………………………………………………..…38
BIOMASA
[LA FUENTE RENOVABLE DE ENERGIA-BIOMASA]
INTRODUCCIÓN La
creciente
demanda
energética
y
el
impacto
medioambiental de determinadas centrales eléctricas han fomentado la investigación de nuevas fuentes de energía. Los pronósticos de distintos analistas especializados indican que el consumo energético en el mundo, en particular la electricidad continuará incrementándose. Los combustibles fósiles tienen muchas ventajas, la principal su bajo costo y facilidad de transporte, pero también grandes desventajas en términos de contaminación y efectos ambientales. El Dióxido de Carbono (CO2) que inevitablemente se genera al quemar combustibles fósiles, es actualmente considerado como una de las fuentes que contribuye al calentamiento global, el cual puede traer consecuencias desastrosas como sequias e inundaciones. La sustitución de los combustibles fósiles está resultando una gran ventaja como consecuencia de los extensos estudios para crear alternativas ecológicas de calidad y primer nivel. Si bien sabemos, un grave problema es el calentamiento global producto de los gases invernaderos (Vapor de agua, Dióxido de carbono, metano, óxidos de Nitrógeno, ozono, clorofluorocarbonos) la cual se ve reflejado como por ejemplo en el humo generado por los motores de combustión interna de los automóviles o bien provenientes de la industria, quien contiene estos gases en proporciones definidas. Pero, si el calentamiento global es un problema, otro muy grave sería el agotamiento de la existencia de gases combustibles derivados del petróleo. El petróleo es la fuente no renovable de energía que contribuye a la producción de gases necesarios para nuestra sobrevivencia, ya que nos permite gozar de los diversos servicios como electricidad, agua y otros.
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La Biomasa representa esa alternativa ecológica que nos permite combatir la problemática mundial de energía a presente y futuro. Se considera una energía limpia, la energía verde y es una fuente de energía procedente, en último lugar, del sol, y es renovable siempre que se use adecuadamente. La biomasa incluye la madera, plantas de crecimiento rápido, algas cultivadas, restos de animales, etc. El siguiente trabajo pretende fundar consciencia en el individuo, criticar los estudios que se han venido desarrollando en el mundo para fomentar la biomasa como alternativa energética y establecer criterios para continuar creando metodologías de estudios.
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I. En
los
últimos
años,
BIOMASA el
tema
de
interés
que
ha
conmocionado al mundo, viene dado por la problemática socio-económica y tecnológica originado por la disminución del porcentaje en riquezas minerales presentes en la naturaleza, principalmente una fuente de energía no renovable como es el oro negro y bien conocido con el nombre de petróleo. Esta problemática se debe a la cantidad limitada de dicho mineral, que en el futuro pudiera ocasionar como por ejemplo, desabastecimiento de combustible y la ejecución de reglamentos drásticos en el consumo de algunos servicios básicos. Este recurso no renovable otorga a los pueblos la posibilidad de gozar con un desarrollo tecnológico de primer nivel ya que es de utilidad primordial para la dinámica supervivencia cotidiana de los individuos en su entorno. Es aquí, donde el bienestar del pueblo se ve afectado ya que “sin petróleo no es posible el disfrute del los servicios básicos y por ello el ahorro circunstancial de energía”. En lo económico el dinero es un elemento fundamental para poder obtener dicho recurso y que afecta a naciones cuyos territorios no cuentan con la accesibilidad física del mismo y modificaría en gran aspecto la visión que se tiene de los conceptos oferta-demanda. De acuerdo con los fundamentos, la relación de la oferta siempre está por encima de la demanda pero; esta relación pasaría ser lo contrario “oferta por debajo de la demanda”. Para poder combatir esta problemática, la investigación ha servido de herramienta para dar a conocer una fuente de energía de mayor potencial por la compleja característica de ser renovable, depende de la materia de los seres vivos cuyas propiedades son biológicas y es denominada BIOMASA. La Biomasa se define como la energía almacenada en las plantas y animales, es decir, se encuentra en fuentes naturales y tiene como características ser inagotable ya que cumple con ciclos de [BIOMASA]
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recirculación y aprovechamiento. Este ciclo puede observarse en las plantas cuando al realizar la fotosíntesis utilizan la energía del sol para formar
sustancias
orgánicas.
Luego,
los
animales
incorporan
y
transforman esas sustancias al alimentarse de vegetales, siendo el material producto de esta transformación residuos de carácter energético. La biomasa libera su energía, a menudo en la forma de calor, y el carbón se oxida nuevamente a dióxido de carbono para restituir el que fue absorbido durante el crecimiento de la planta. Esencialmente, el uso de la biomasa para la energía es la inversa de la fotosíntesis. La biomasa puede utilizarse directamente (por ejemplo combustión de madera para la calefacción y cocinar) o indirectamente convirtiéndola en un combustible líquido o gaseoso (ej: etanol a partir de cosechas del azúcar o biogás de la basura animal). La energía neta disponible en la biomasa por combustión es de alrededor de 8MJ/kg para la madera verde, 20MJ/kg para la materia vegetal seca en horno, 55MJ/kg para el metano; en comparación con cerca de 23 a 30MJ/kg para el carbón. La eficiencia del proceso de la conversión se determina cuánto la energía real puede ser utilizada en forma práctica. El país europeo que consume mayor biomasa es Francia y los factores con condicionan el consumo se describen a continuación: FACTORES GEOGRAFICOS Este se debe a las condiciones climáticas que presenta la región por ser de temperaturas muy bajas, y la biomasa es aprovechada para acondicionar el ambiente mediante la producción de calefacción emitida por la combustión de madera como por ejemplo.
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FACTORES ENERGETICOS El que sea rentable o no, es un factor importante que depende del costo y el mercado energético en el momento. DISPONIBILIDAD DEL RECURSO En primer grado el más importante ya que define el grado de accesibilidad que se tiene al producto y la temporalidad del mismo a los medidos en intervalo de tiempo de consumo. Estos factores definirán el nivel de utilidad que se le pude otorgar a este recurso renovable, fundamentado en las necesidades básicas del ser humano para su existencia. Posición de la Biomasa entre las fuentes de energía. Al contrario de las energías extraídas del carbón y petróleo, la energía derivada de la biomasa es renovable indefinidamente. Al contrario de las energías eólica y solar, la de la biomasa es fácil de almacenar. En cambio, opera con enormes volúmenes combustibles que hacen su transporte oneroso y constituyen un argumento a 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), pero las superficies, terrestres y acuáticas, de que puede disponer no tienen comparación con las que pueden cubrir, por ejemplo, los captadores solares.
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II.
TIPOS DE BIOMASA
II.a Biomasa Natural Es la que se produce en los espacios silvestres (ecosistemas) sin la intervención de humana. El 40% de la biomasa se produce en los océanos. En la explotación de esta biomasa cabe vigilar el hecho de no explotar los recursos por encima de la tasa de renovación del ecosistema ya que éste se vería afectado. II.b Biomasa Residual Comprenden los residuos generados en las actividades de agricultura, ganadería y las forestales. La biomasa residual se divide en dos clases: Seca y Húmeda. La residual seca comprende el producto de las actividades que no se compone de agua en su materia orgánica. La residual Humedad tiene la gran propiedad de ser biodegradable. Por ejemplo las aguas residuales urbanos e industriales, además de los residuos ganaderos. II.c Cultivos Energéticos Este es el factor que hay que estudiar en primer lugar para determinar el acceso y la temporalidad del recurso.
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III. CARACTERISTICAS DE LA BIOMASA La factibilidad técnica y económica se mide de acuerdo al estado físico, composición físico-químico, contenido de humedad (H.R), porcentajes de cenizas, poder calorífico, densidad aparente, recolección, transporte y manejo. Estado físico. Corresponde en gran parte a la correlación
existente entre las propiedades climáticas y la composición de la materia, definido si ésta es encontrado en líquido, solido o gaseoso. Se tiene el caso de las aguas negras como un residuo urbano que coexiste como estado liquido, también se puede mencionar las cascaras y pulpas de frutas y vegetales como materia sólida. He aquí la evaluación de rentabilidad, ya que en algunos casos el tratar un residuo solido será más costoso que un líquido o viceversa. Composición Fisicoquímico. La composición química de
un residuo se conocerá de acuerdo al tratamiento que se le aplique. Será posible que se genere la presencia de gases comunes y útiles como fuente de energía. Por ejemplo, la combustión como tratamiento de la madera producirá altos porcentajes de monóxido de carbono cuando este sea incompleto. Pero la característica física influye en el tratamiento previo que sea necesario aplicar. Contenido de Humedad (HR). Define el porcentaje de
agua presente en la materia y puede tener una influencia negativa en el tratamiento del mismo, reflejándose en elevados costos de producción.
Este
tratamiento
puede
ser:
Acondicionamiento
mediante proceso térmico de suministro de calor. Se prefiere que la materia tenga un contenido inferior al 30%.
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Porcentajes de Cenizas. Define la cantidad de materia
solida no combustible. Las cenizas de la cascarilla de arroz es aplicable en la fabricación de filtros de carbón activado, usados principalmente para la extracción de aire en ambientes como laboratorios clínicos y farmacéuticos. Poder calorífico. Un elevado contenido de humedad en la
materia, disminuye el poder de combustión del mismo, porque un alto porcentaje de calor se perdería al evaporar el agua. Densidad Aparente. Define la relación peso-volumen de
la materia. Esta característica es muy evaluada ya que la influencia del volumen es notorio al momento de establecer las características del transporte del mismo. De aquí deriva el término densificación la cual contribuye a compactar la biomasa para facilitar su traslado. Recolección,
Transporte
y
Manejo.
Son
factores
determinantes en la en los costos de inversión y operación para la conversión de energía. Deberá evaluarse la eficiencia del traslado de la materia prima hasta la ubicación de la planta y de esta forma criticar la variable tiempo y su influencia sobre la producción. Además, la recolección como pre tratamiento de la biomasa para su transporte ayudara a tener un control de las cantidades para satisfacer la demanda.
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IV.
PROCESOS DE CONVERSIÓN
El proceso de Combustión Directa la combustión directa es una reacción química en la que un elemento (combustible) se combina con otro (comburente, generalmente oxígeno en forma de O2 gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un óxido; la combustión es una reacción exotérmica que produce:
calor al quemar
luz al arder. Para extraer la energía de la biomasa son aplicados los
sistemas de combustión directa para generar calor. Este se puede aprovechar en la producción de vapor, pero no es tan eficiente ya que un alto porcentaje de calor se pierde durante el proceso. Para evitar el mismo queda la iniciativa de hacer más eficaz la teoría, implementando metodologías y procedimientos; alternativas que en el futuro puedan contribuir a sostenerla. El proceso Termo-Químico corresponde al procedimiento de tratar la biomasa alterando su composición físico-químico. Variar la densidad y el poder calorífico es el objetivo para obtener productos combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. El proceso básico se llama Pirolisis o Carbonización que consiste en someter a la biomasa altas temperaturas (alrededor de 500ºC) sin presencia de oxigeno. Se utiliza para producir carbón vegetal y también para obtener combustibles líquidos semejantes a los hidrocarburos. Este proceso incluye:
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Producción de Carbón Vegetal. En este proceso la biomasa se quema buscando que la combustión no sea completa. Para ello, debe restringirse la cantidad de aire. El resultado es un carbón solido con alta densidad energética y no produce humo. La fuente principal es la madera, también se usa la cascara de coco. Gasificación. Es otro tipo de pirolisis que consiste en quemar la biomasa con una mayor proporción de oxigeno a elevadas temperaturas con el objeto de optimizar el llamado “gas pobre” compuesto por monóxido de carbono, hidrogeno y metano, con proporciones menores de dióxido de carbono y nitrógeno. Es utilizado en la generación de calor y electricidad aplicable a motores de combustión interna y turbinas. En
los
procesos
bioquímicos
se
aprovechan
las
características biológicas y químicas de la biomasa y los más comunes son: la digestión anaeróbica, combustibles alcohólicos, biodiesel. La primera corresponde a los desechos de animales y consta en colocar los mismos en contenedor cerrado, dejándose fermentar para producir una mezcla de gas metano y dióxido de carbono. También, el procesar la biomasa se puede obtener combustibles alcohólicos como el etanol que se produce al fermentar azucares y metanol por la destilación destructiva de la madera. El biodiesel se compone de ácidos grasos y esteres alcalinos obtenidos de aceites vegetales, grasa animal y grasas recicladas. Luego se combinan con combustibles alcohólicos (etanol o metanol) para formar etil o metilo ester.
Es utilizado, típicamente,
como aditivo del diesel en proporción del 20%. Su ventaja es reducir las emisiones, el humo negro y el olor.
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V.
FORMAS DE ENERGIA
Calor y Vapor. La combustión de biomasa o de biogás puede utilizarse para generar calor y vapor. El calor puede ser producto principal, en usos como calefacción y, subproducto en la producción de electricidad en centrales combinadas de calor y energía. El vapor generado por la biomasa puede utilizarse para accionar turbinas de vapor en la producción de energía eléctrica, o como calor en procesos industriales, y para mantener flujo de agua caliente. Combustible Gaseoso. Los biogases producidos de la digestión o de la pirolisis anaerobia tienen un número de aplicaciones. Pueden ser utilizados en motores de combustión interna para accionar turbinas para la producción eléctrica, puede utilizarse para producir calor para necesidades comerciales y domésticas, y en vehículos especialmente modificados como un combustible. Biocombustibles. Los combustibles de origen biológico pueden sustituir parte del consumo en combustibles fósiles tradicionales, como el petróleo o el carbón. Los biocombustibles más usados y desarrollados son el bioetanol y el biodiesel. El bioetanol, también llamado etanol de biomasa, se obtiene a partir de maíz, sorgo, caña de azúcar, remolacha o de algunos cereales como trigo o cebada. En 2006, Estados Unidos fue el principal productor de bioetanol (36% de la producción mundial), Brasil representa el 33,3%, China el 7,5%, la India el 3,7%, Francia el 1,9% y Alemania el 1,5%. La producción total de 2006 alcanzó 55 mil millones de litros. El biodiesel, se fabrica a partir de aceites vegetales, que pueden ser ya usados o sin usar. En este último caso se suele usar raps, canola, soja, los cuales son cultivados para este propósito. El principal [BIOMASA]
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productor de biodiesel en el mundo es Alemania, que concentra el 63% de la producción. Le sigue Francia con el 17%, Estados Unidos con el 10%, Italia con el 7% y Austria con el 3%. Otras alternativas como son el Biopropanol y Biobutanol son menos populares, pero no pierde importancia la investigación en estas áreas debido al alto precio de los combustibles fósiles y su eventual término. Electricidad. La generación de energía eléctrica utilizando como combustible biomasa herbácea, como ocurre con la leñosa, también puede hacerse empleando cultivos de biomasa o bien empleando residuos de los cultivos tradicionales agrícolas. Los residuos de biomasa herbácea para obtener energía eléctrica son los procedentes de los cultivos agrícolas tradicionales (trigo, cebada, avena, centeno,…). En diferentes países del Centro de Europa existen varias instalaciones que queman paja de cereales únicamente o paja de cereales mezclada con otras biomasas (normalmente astillas). Entre los residuos de la industria alimenticia cabe destacar todos los residuos originados en las fábricas de aceite de oliva, de la industria de zumos, de la industria de café, de alcachofa, las cáscaras de almendra, piñón o avellana o los residuos de la industria arrocera donde el residuo es la cáscara de arroz. Este tipo de residuos es muy variable en su tamaño, forma, humedad, densidad, composición química y poder calorífico y, por tanto, su caracterización energética hay que hacerla individualmente. Co-Generación. es el procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil (vapor, agua caliente sanitaria, hielo, agua fría, aire frío, por ejemplo). La ventaja de la cogeneración es su mayor eficiencia energética ya que se aprovecha tanto el calor como la energía mecánica o eléctrica de un único proceso, [BIOMASA]
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en vez de utilizar una central eléctrica convencional y para las necesidades calor una caldera convencional. Al generar electricidad mediante una dinamo o alternador, movidos por un motor térmico o una turbina, el aprovechamiento de la energía química del combustible es del 25% al 40% solamente, y el resto debe disiparse en forma de calor. Con la cogeneración se aprovecha una parte importante de la energía térmica que normalmente se disiparía a la atmósfera o a una masa de agua y evita volver a generarla con una caldera. Además evita los posibles problemas generados por el calor no aprovechado. La eficiencia de la planta se puede medir mediante unos coeficiente: el FUE, factor de uso de energía, que es el cociente de la energía eléctrica generada, mas el calor útil, entre el calor aportado al MCIA. Y el RCE, relación calor/electricidad, que es el cociente entre el calor útil o aprovechable, y la potencia eléctrica generada por el MCIA. el 1º es el más importante ya que nos da una idea de el rendimiento global de la instalación. Este procedimiento tiene aplicaciones tanto industriales como en ciertos grandes edificios en los que el calor puede emplearse para calefacción, para refrigeración (mediante sistemas de absorción) y preparación de agua caliente sanitaria como por ejemplo grandes superficies de ventas, ciudades universitarias, hospitales, etc. Aunque es difícil acoplarlo a viviendas particulares, es posible realizar instalaciones cuando son grandes. Un ejemplo, es la calefacción de distrito.
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VI.
COMBUSTIÓN Y EMISIONES
La biomasa consiste principalmente, en carbono y oxigeno. También contiene hidrogeno, un poco de nitrógeno, azufre y agua dependiendo de su humedad relativa. La combustión es completa cuando se quema todo el carbono para generar “CO2”, mientras que la combustión es incompleta cuando existe déficit de aire resultando “CO” como producto de la reacción. El monóxido de carbono ocasiona serios problemas para la salud del consumidor y también contribuyen al calentamiento global por ser un gas invernadero. Combustión incompleta. Una combustión se considera una combustión incompleta cuando parte del combustible no reacciona completamente porque el oxígeno no es suficiente. Cuando una sustancia orgánica reacciona con el oxígeno de manera incompleta formando además de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) otros subproductos de la combustión los cuales incluyen también hidrocarburos no quemados, como Carbono (C), Hidrógeno (H) y monóxido de carbono (CO). En altas concentraciones los resultados de la combustión pueden ser letales. Esta reacción puede ser balanceada. Combustión completa. La combustión completa es cuando todo el carbono de la materia orgánica quemada se transforma en CO2. Se puede reconocer por la llama azul producida por la incineración del material. Las sustancias combustibles del combustible se queman hasta el máximo grado posible de oxidación. En consecuencia, no habrá sustancias combustibles en los humos. En los productos de la combustión se puede encontrar N2, CO2, H2O y SO2.
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VII. APLICACIONES Sector Domestico. En zonas rurales se emplea la leña para cocinar, estas se derivan de los arboles en campos agrícolas y bosques. De manera informal, algunas familias utilizan el mercado de la leña como fuente de ingreso. El uso de la leña es visto como la principal causa de desforestación, pero no es así. La causa principal ha sido la tala comercial y la conversión de bosques en espacios agrícolas. Estimulado por la preocupación de la deforestación y con el fin de reducir el consumo de leña, se desarrollaron programas para mejorar la eficiencia de las estufas pero no se ha logrado conseguir este gran impacto. A su vez, estas pueden brindar beneficios como por ejemplo conveniencia, reducción del humo, ahorro de tiempo, salud y seguridad. Industrias. La biomasa es una fuente de energía esencial para el sostenimiento de la industria. Esta, es aprovechada en la generación de calor requerido para el proceso de secado en productos agrícolas y producción de cal y ladrillos en Centroamérica. También su aplicabilidad se ve reflejada en los procesos de cogeneración. La Cogeneración corresponde a la generación simultánea de calor y electricidad, y se usas en industrias que requieren de las dos formas de energía como el procesamiento de café y azúcar. En muchos casos el excedente de electricidad es vendido a otros usuarios o a la red eléctrica, aunque en varios países industrializados la biomasa es utilizada, a gran escala, para la red eléctrica interconectada.
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Hornos Industriales. Los hornos industriales de Centroamérica consisten en una cámara de combustión de biomasa (leña, aserrín, cascarilla de café, arroz, etc.). El horno quemador de cascarilla de arroz es utilizado como fuente de generación de calor para el aire de procesos en las secadoras de granos. El horno produce aire caliente en condiciones amigables con el ambiente y elimina el consumo de combustible fósiles como coque gas natural o diesel. Un prototipo se observa en la figura 1a definiendo el potencial de la tecnología innovadora impuesta por la empresa colombiana Super Bix:
Fuente: SUPER BIX, 2006 Figura 1a. Horno quemador de biomasa (Cascarilla de Arroz) Serie TEO IV.
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Fuente: SUPER BIX, 2006 Figura 1b. Vista frontal de Horno quemador de biomasa (Cascarilla de Arroz) Serie TEO IV.
Calderas. Las calderas que operan con base en la combustión de biomasa se usan en el secado de granos, madera y otros. Estos equipos están dotados de una cámara de combustión en su parte inferior en la que se quema el combustible; los gases de la combustión pasan a través del intercambiador de calor transfiriéndolo al agua. En algunas calderas se usan inyectores especiales para alimentar biomasa en forma de polvo a veces, junto a algún otro tipo de combustible liquido.
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Sector Comercial. Muchos restaurantes y pequeños negocios, sobre todo en áreas rurales, utilizan leña para aplicaciones similares a las domesticas, por ejemplo, para preparación de comidas y panaderías. Los equipos, generalmente, son de mayor calidad que las estufas domesticas; sin embargo aun se pueden mejorar. Por lo común, no existe información disponible sobre las cantidades de biomasa consumida por el sector comercial, pues muchos negocios operan de manera informal. Se puede decir que, en comparación con el sector domestico e industrial, el consumo es mucho menor, sin embargo, la biomasa es una fuente importante para este sector.
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VIII. COSTOS DE LA BIOMASA El precio de la electricidad de biomasa es muy variable dependiendo de la disponibilidad y el tipo de combustible y los gastos de transporte. Los costes de capital son similares a las de las plantas de combustibles fósiles. Los costos de la energía pueden ser tan bajos como $0.02 de dólar por kilovatio-hora al quemar biomasa con carbón en una central eléctrica convencional, pero aumentará a $0.03-0.05 dólares por kilovatio-hora en una planta dedicada de energía de biomasa. Los costos aumentan a $ 0.04-0.09 por kilovatio-hora para una planta de cogeneración, pero la recuperación y utilización del calor residual hace el proceso mucho más eficiente. El mayor problema para las nuevas plantas de energía de biomasa es encontrar un socio fiable y materia prima concentrada que esté disponible a nivel local; manteniendo los costos de transporte bajos, implica mantener a las plantas de energía de biomasa vinculadas a los combustibles disponibles a nivel local y bastante pequeñas, lo que aumenta el coste de capital por Megavatio. A continuación se puede observar los costos por conversión de algunos insumos:
INSUMO
COSTOS UNITARIOS
Aceite Vegetal 300 US$/Ton Metanol 0,35 US$/Kg Soda Caustica 0,50 US$/Kg Acido Sulfúrico 0,30 US$/Kg Agua de Enfriamiento 0,09 US$/m3 Vapor (4 kg/cm2 ) 0,01 US$/Kg Energía Eléctrica 0,04 US$/kWh Mano de obra (1) Amortización (2) TOTAL
COSTO DE PRODUCCIÓN (US$/M3 Biodiesel) 273 US$/M3 Biodiesel 31,5 US$/M3 Biodiesel 4,5 US$/M3 Biodiesel 2,5 US$/M3 Biodiesel 1,6 US$/M3 Biodiesel 3,10 US$/M3 Biodiesel 1,8 US$/M3 Biodiesel 30 US$/M3 Biodiesel 16,7 US$/M3 Biodiesel 364,70 US$/M3 Biodiesel
Fuente: CYTED, 2005 TABLA 1. Costos por Conversión de algunos insumos. [BIOMASA]
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NOTA: (1) Respecto de mano de obra directa, su incidencia es poco significativa respecto del costo operativo, ya que la planta del tamaño analizado (módulo de 1.000 l/día) podría ser operada con una dotación por turno de un técnico (químico para control de la reacción y análisis de materias primas y de productos con nociones de electromecánica para tareas de mantenimiento general de la planta y operación de la caldera, estimado a U$S 500 mensuales) y un operario calificado para movimiento de materiales y servicios generales (estimado a U$S 250 mensuales). A éstos habrá que sumarle el personal administrativo y de comercialización solo si se prevé abastecer a terceros en lugar de emplear el biocombustible “tranqueras adentro”. NOTA: (2) Se estima una amortización directa contable típica a 10 años, para una inversión total estimada en equipos de U$S 50.000, con 300 días / año de operación efectiva (se restan domingos y un día / mes para limpieza y mantenimiento general).
Fuente:
Fuente: BUN-CA, 2002 Tabla 2. Costos de inversión estimada para algunos procesos de conversión. [BIOMASA]
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IX.
LA BIOMASA EN VENEZUELA
Para marzo del 2008 en Venezuela se estaba construyendo al menos cuatro plantas para producir etanol a base de yuca y caña de azúcar. La empresa estatal de energía (PDVSA) posee una empresa subsidiaria que ya está trabajando en cuatro plantas en cuatro diferentes estados. La compañía estimaba comenzar con la producción durante 2010. Recientemente, el Presidente Hugo Chávez, introdujo un objetivo del 7% en todas las mezclas y aclaró que su gobierno no se opone a la producción de biocarburantes en tanto y en cuanto éstos no provengan de fuentes alimenticias, aseguró que por cada acre de caña de azúcar para producir biocombustible, su Gobierno plantará dos acres de productos alimenticios. Esto significaría que serían requeridas 36 millones de acres de tierra para ser convertidos en comida, basándose en el consume de los 780.000 barriles de combustible utilizado cada día en Venezuela. La producción nacional actual es de 250.000 litros diarios de etanol para licores e industria farmacéutica. El consumo de etanol 2.912 millones LPD. Etanol (Combustible) El
etanol
puede
utilizarse
como
combustible
para
automóviles, bien solo, o mezclado en cantidades variables con gasolina para reducir el consumo de derivados del petróleo. El combustible resultante se conoce como gasohol (en algunos países, "alconafta"). Dos mezclas comunes son E10 y E85, con contenidos de etanol del 10% y 85%, respectivamente. El etanol también se utiliza cada vez más como añadido para oxigenar la gasolina estándar, reemplazando al metil tertbutil éter (MTBE). Este último es responsable de una considerable contaminación del suelo y del agua subterránea. También puede utilizarse como combustible en las celdas de combustible. El etanol que proviene de los campos de cosechas (bioetanol) está sujeto a una fuerte polémica: para unos se perfila como un recurso energético potencialmente [BIOMASA]
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sostenible que puede ofrecer ventajas medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los combustibles fósiles, mientras que para otros es el responsable de grandes deforestaciones y del aumento del precio de los alimentos, al suplantar selvas y terrenos agrícolas para su producción, dudando además de su rentabilidad energética. El etanol se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en cosechas de maíz y caña de azúcar, entre otros. Sin embargo, los actuales métodos de producción de bioetanol utilizan una cantidad significativa de energía en comparación con la energía obtenida del combustible producido. Por esta razón, no es posible sustituir enteramente el consumo actual de combustibles fósiles por bioetanol.
Figura 2. Ubicación de la producción de Etanol en Venezuela. Etanol como combustible en Venezuela: Solo como aditivo para la gasolina sin plomo (aquella preparada sin la adición de Tetraetilo de Plomo) llamada comúnmente gasolina verde, actualmente Venezuela importa el etanol de Brasil, sin embargo se están construyendo plantas de obtención de etanol a partir de
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la caña de azúcar, y el maíz; para no depender de las importaciones, desde Brasil.
Fuente: BioTimes, 2007 Figura 3. Etapas de la conversión de biomasa en etanol. Etanol como combustible en Colombia: El programa para etanol como combustible de Colombia comenzó en 2002, año en que el gobierno aprobó una ley que obligaba al enriquecimiento en oxígeno de la gasolina. Esto se hizo inicialmente para reducir las emisiones de monóxido de carbono de los coches. Regulaciones más recientes eximieron al etanol elaborado a partir de biomasa de algunos impuestos que gravan la gasolina, haciendo así más barato el etanol que la gasolina. Esta tendencia se vio reforzada cuando los precios del petróleo subieron a principios de 2004, y con él el interés en combustibles renovables (al menos para los coches). En Colombia el precio de la gasolina y del etanol es controlado por el gobierno.
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Complementariamente a este programa para el etanol, existe un programa para el biodiesel, para oxigenar combustible diesel, y para producir un combustible renovable a partir del aceite vegetal. Etanol como combustible en USA: Estados Unidos es el mayor productor mundial de etanol, con 4,86 mil millones de galones líquidos producidos en 2006, seguido por Brasil con una producción de 4,49 mil millones de galones. EE.UU. junto con Brasil destila 70% de la producción mundial de etanol, y en 2007 produjeron el 88% del etanol utilizado como combustible en el mundo. Casi la totalidad del etanol estadounidense es producido a partir de maíz, que es menos eficiente que el etanol producido a partir de caña de azúcar. Además, en 2007 un 25% de la producción nacional de maíz fue desviada para producir etanol como combustible, lo que ha sido criticado y considerado como uno de los factores que influyeron en la crisis alimentaria mundial de 2007 a 2008, cambiando alimentos por combustibles. Otra crítica del uso del etanol en los Estados Unidos es su disponibilidad. Apenas 600 gasolineras, de un total de 200.000, tienen surtidores E85. Para solucionar esta deficiencia habría que seguir una estrategia amplia para la adopción de surtidores para que la disponibilidad fuese satisfactoria. Etanol como combustible en Brasil: Brasil es el segundo mayor productor de etanol del mundo, el mayor exportador mundial, y es considerado el líder internacional en materia de biocombustibles y la primera economía en alcanzar un uso sostenible de los biocombustibles. Juntos, Brasil y los Estados Unidos encabezan la producción de etanol, siendo responsables en 2006 por el 70% de la producción [BIOMASA]
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mundial y casi el 90% del etanol utilizado como combustible. En 2006 la producción brasileña fue de 16,3 mil millones de litros, la cual representa el 33,3% de la producción mundial de etanol y el 42% del etanol utilizado como combustible a nivel mundial. La proyección de la producción total para 2008 se estima en 26,4 mil millones de litros. La industria brasileña de etanol tiene más de 30 años de historia y utiliza como insumo agrícola la caña de azúcar, emplea modernos equipos, ha desarrollado su propia tecnología, los residuos de la caña son utilizados como para producir energía en el proceso de destilación, por lo cual el precio del etanol brasileño es muy competitivo, y consigue un relativamente alto balance energético (razón energía generado/energía usada en el proceso) que varía entre 8,3 y 10,2 dependiendo del uso de las mejores prácticas.
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X.
EFECTOS AMBIENTALES DE LA BIOMASA
El interés medioambiental de la biomasa reside en que, siempre que se obtenga de una forma renovable y sostenible, es decir que el consumo no vaya a más velocidad que la capacidad del bosque, la tierra, etcétera, para regenerarse, es la única fuente de energía que aporta un balance de CO2 favorable, de manera que la materia orgánica es capaz de retener durante su crecimiento más CO2 del que se libera en su combustión. El aprovechamiento de la biomasa como fuente de energía ofrece un amplio rango de beneficios ambientales: puede contribuir a mitigar el cambio climático y el efecto invernadero, reducir la lluvia ácida, prevenir la erosión de los suelos y la contaminación de las fuentes de agua, reducir la presión provocada por la basura urbana, enriquecer el hábitat de la vida silvestre y ayudar a mantener la salud humana y estabilidad de los ecosistemas. Cambio climático: la actividad humana, principalmente el uso de combustibles
fósiles,
emite
millones
de
toneladas
de
los
denominados “gases de efecto invernadero” a la atmósfera. Estos incluyen el dióxido de carbono y el metano, entre otros, y contribuyen a modificar el clima global. El metano que escapa de los rellenos sanitarios y de las aguas residuales de procesos industriales, agrícolas y urbanos, puede ser minimizado al convertirlo en energía térmica, eléctrica o mecánica. Todas las cosechas,
incluyendo
las
plantaciones
energéticas,
capturan
carbono a través de las plantas mientras crecen, produciendo un balance natural de carbono en los suelos. Cuando se quema biomasa, el dióxido de carbono liberado es absorbido por la siguiente cosecha en crecimiento; este se denomina un “ciclo cerrado de carbono”. De hecho, la cantidad de carbono secuestrado puede ser mayor que la del liberado durante la combustión debido [BIOMASA]
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a que muchos de los cultivos energéticos son permanentes: al utilizar solo una parte de la planta las raíces, además de estabilizar los suelos, secuestran carbono en su regeneración año tras año. Lluvia ácida: la lluvia ácida es causada, principalmente, por las emanaciones de sulfuro y óxido de nitrógeno de la combustión de hidrocarburos y causa la muerte de cultivos y la contaminación de las aguas; además de ser nocivo para la vida humana y silvestre. Dado que la biomasa no tiene contenido de sulfuro, su conversión en energía no produce lluvia ácida. Erosión de suelos y contaminación de agua: los cultivos y plantaciones energéticas ayudan a estabilizar los suelos, lo cual reduce la erosión y la pérdida de nutrientes. Los procesos de digestión anaeróbica reducen la contaminación del agua debido a que se usan desechos animales y agrícolas antes de que penetren en los suelos y lleguen a los ríos. La combustión de los desechos de aserrío puede evitar que el aserrín y las astillas producidas en los aserraderos contaminen los ríos que deben alimentar, luego, los procesos agrícolas aguas abajo. Contaminación por basura urbana: el aprovechamiento de los residuos urbanos y agrícolas reduce el volumen de los rellenos sanitarios y la generación del gas metano. Esto permite convertir un producto contaminante en energía libre de emanaciones nocivas para el ambiente. Hábitat silvestre: los cultivos energéticos son hábitat de todo tipo de vida silvestre; por ejemplo los árboles ofrecen posibilidades para que la vida acuática florezca, al proveer sombra y estabilizar los cauces de ríos y las orillas de los lagos. Ciertas plantaciones energéticas pueden ofrecer refugio para aves y otros animales, [BIOMASA]
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especialmente si son planificados apropiadamente; además, pueden ser un soporte vital para bosques centenarios que albergan hábitats no sustituibles. Observando el impacto ambiental del etanol tenemos que: Contaminación del aire: el etanol es una fuente de combustible que arde formando dióxido de carbono y agua, como la gasolina sin plomo convencional. Para cumplir la normativa de emisiones se requiere la adición de oxigeno para reducir emisiones del monóxido de carbono. El aditivo metil tert-butil éter actualmente se está eliminado debido a la contaminación del agua subterránea, por lo tanto el etanol se convierte en un atractivo aditivo alternativo. Como aditivo de la gasolina, el etanol al ser más volátil (VOCs), se lleva consigo gasolina, lanzando así más compuestos orgánicos volátiles. El uso de etanol puro en lugar de gasolina en un vehículo aumenta las emisiones totales del dióxido de carbono, por cada kilómetro, en un 6%. Si de algún modo se reduce la emisión total, pudiera deberse al proceso agrícola que se necesita para crear el biofuel que produce ciertas emisiones del CO. Considerando el potencial del etanol para reducir la contaminación, es igualmente importante considerar el potencial de contaminación del medio ambiente que provenga de la fabricación del etanol. En 2002, la supervisión de las plantas del etanol reveló que lanzaron VOCs en una tasa mucho más alta que la que se había divulgado anteriormente. Se producen VOCs cuando el puré fermentado de maíz se seca para venderlo como suplemento para la alimentación del ganado. Se pueden unir a las plantas oxidantes termales u oxidantes catalíticos para consumir los gases peligrosos.
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Efectos del etanol en la agricultura: los ecologistas han hecho algunas objeciones a muchas prácticas agrícolas modernas, incluyendo algunas prácticas útiles para hacer el bioetanol más competitivo.
Los
efectos
sobre
los
campos
afectarían
negativamente a la producción para consumo alimentario de la población. Recurso renovable: el etanol puede convertirse en una opción interesante a medida que la humanidad se acerque al fin de otras fuentes como el petróleo o el gas natural. Pero para ser considerado un recurso, el balance energético debe ser positivo. En los debates aún abiertos, sus detractores advierten del uso de pesticidas y fertilizantes, aun cuando la cantidad de pesticidas utilizados varía mucho dependiendo de si el maíz va dirigido a las personas o a los motores, siendo la primera opción en la que se hace un uso más intenso de éstos. Plomo: en el pasado, cuando los granjeros destilaban su propio etanol, utilizaban a veces los radiadores como parte del alambique. Los radiadores contenían a menudo plomo, que contaminaba el etanol. El plomo pasaba al aire al quemarse el combustible contaminado, generando problemas de salud (saturnismo). Sin embargo ésta era una fuente de plomo menos importante que el tetra etilo de plomo que se empleaba como aditivo corriente de la gasolina, como antidetonante (hoy prohibido en la mayoría de los países). Hoy día, el etanol para uso como combustible se produce casi exclusivamente en plantas construidas ad-hoc, evitando así cualquier remanente de plomo.
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XI.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Ventajas. La captura del metano de los desechos agrícolas y los rellenos sanitarios, y la sustitución de derivados del petróleo, ayudan a mitigar el efecto invernadero y la contaminación de los acuíferos. Los combustibles biomásicos contienen niveles insignificantes de sulfuro y no contribuyen a las emanaciones que provocan “lluvia ácida”. La combustión de biomasa produce menos ceniza que la de carbón mineral y puede usarse como insumo orgánico en los suelos. La conversión de los residuos forestales, agrícolas y urbanos para la generación de energía reduce significativamente los problemas que trae el manejo de estos desechos. La biomasa es un recurso local que no está sujeto a las fluctuaciones de precios de la energía, provocadas por las variaciones en el mercado internacional de las importaciones de combustibles. En países en desarrollo, su uso reduciría la presión económica que impone la importación de los derivados del petróleo. El uso de los recursos de biomasa puede incentivar las economías rurales, creando más opciones de trabajo y reduciendo las presiones económicas sobre la producción agropecuaria y forestal.
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Las
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plantaciones
energéticas
pueden
reducir
la
contaminación del agua y la erosión de los suelos; así como a favorecer el mantenimiento de la biodiversidad. Desventajas. Por su naturaleza, la biomasa tiene una baja densidad relativa de energía; es decir, se requiere su disponibilidad en grandes volúmenes para producir potencia, en comparación con los combustibles fósiles, por lo que el transporte y manejo se encarecen y se reduce la producción neta de energía. La clave para este problema es ubicar el proceso de conversión cerca de las fuentes de producción de biomasa, como aserraderos, ingenios azucareros y granjas, donde los desechos de aserrío, el bagazo de caña y las excretas de animales están presentes. Su
combustión
incompleta
produce
materia
orgánica,
monóxido de carbono (CO) y otros gases. Si se usa combustión a altas temperaturas, también se producen óxidos de nitrógeno. A escala doméstica, el impacto de estas emanaciones sobre la salud familiar es importante. La producción y el procesamiento de la biomasa pueden requerir importantes insumos, como combustible para vehículos y fertilizantes, lo que da como resultado un balance energético reducido en el proceso de conversión. Es necesario minimizar el uso de estos insumos y maximizar los procesos de recuperación de energía. Aún
no
existe
una
plataforma
económica
y
política
generalizada para facilitar el desarrollo de las tecnologías de biomasa, en cuanto a impuestos, subsidios y políticas que cubren, [BIOMASA]
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por lo general, el uso de hidrocarburos. Los precios de la energía no compensan los beneficios ambientales de la biomasa o de otros recursos energéticos renovables. El potencial calórico de la biomasa es muy dependiente de las variaciones en el contenido de humedad, clima y la densidad de la materia prima.
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GLOSARIO
Alcoholes: se
denomina
así
aquellos
hidrocarburos
saturados, o alcanos que contienen un grupo hidroxilo (-OH) en sustitución de un átomo de hidrógeno enlazado de forma covalente.
Biogás: es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica.
Canola: (Brassica napus), es una planta de cultivo de la familia de las Brassicaceae con flores de color amarillo brillante. Se cultiva por todo el mundo para producir forraje, aceite vegetal para consumo humano y biodiesel.
Comburente: se denomina comburente a la sustancia que participa en la combustión oxidando al combustible (y por lo tanto siendo reducido por este último). El comburente más habitual es el oxígeno, que se encuentra normalmente en el aire con una concentración porcentual en volumen aproximada del 21%.
Fermentación: es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto
orgánico.
Estos
productos
finales
son
los
que
caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.
Hidrólisis: es una reacción química del agua con una sustancia. Entre las sustancias que pueden sufrir esta reacción se encuentran numerosas sales, que al ser disueltas en agua, sus iones constituyentes se combinan con los iones hidronio u oxonio, H3O+ o bien con los iones hidroxilo, OH-, o ambos. Dichos iones proceden de la disociación o auto protolisis del agua. Esto produce
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un desplazamiento del equilibrio de disociación del agua y como consecuencia se modifica el valor del pH.
Poder Calorífico: es la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación (quedan excluidas las reacciones nucleares, no químicas, de fisión o fusión nuclear, ya que para ello se usa la fórmula E=mc²).
Reacción Exotérmica: se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprende calor, es decir con una variación negativa de entalpía.
Soja: (Glycine max), es una especie de la familia de las leguminosas (Fabaceae) cultivada por sus semillas, de alto contenido en aceite y proteína. El grano de soja y sus subproductos (aceite y harina de soja, principalmente) se utilizan en la alimentación humana y del ganado.
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CONCLUSIONES
La Biomasa es una alternativa ecológica que debe ser manejada con inteligencia y mucha conciencia, siendo éste el gran reto de los países para el futuro.
A medida que crece la conciencia sobre el calentamiento global,
los
combustibles
biológicos
podría tener
un
futuro
prometedor.
La recolección de la materia prima es un desafío logístico y deberán desarrollarse procedimientos metodológicos para lograr la eficiencia del mismo.
La biotecnología puede contribuir al decrecimiento del desempleo en el mundo, ya que es posible la creación de empresas formales y de esta manera, poder eliminar en lo absoluto el comercio informal.
En América Central, la biomasa es la fuente de energía domestica y representa el 80 % del consumo total.
El etanol ha sido el sustituto del combustible fósil en Brasil. Recordemos que el nivel auto detonante de un combustible se mide a partir del la cantidad de octanos presente en la estructura molecular, y el etanol cumple con esa propiedad.
Algunos procesos de producción de biocombustibles son más eficientes que otros en cuanto al consumo de recursos y a la contaminación ambiental.
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BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Biomasa
BUN-CA. Manual de Energía Renovable. Costa Rica, 2002.
http://www.bun-ca.org/nuevo/index.php
http://www.miliarium.com/Monografias/Energia/E_Renovabl es/Biomasa/Biomasa.asp Martín, F. Generación de energía eléctrica a mediano y largo
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http://bioenergy.novozymes.com/
http://es.wikipedia.org/wiki/Etanol_como_combustible_en_B rasil
http://www.biotimes.com/EN/Pages/default.aspx
[LA FUENTE RENOVABLE DE ENERGIA-BIOMASA]
BIOMASA COMO ALTERNATIVA ECOLOGICA Y TECNOLOGIA
Autor: Padilla, Shearly
BIOMASA
[LA FUENTE RENOVABLE DE ENERGIA-BIOMASA]
CONTENIDO INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………..3 BIOMASA………………………………………………………………………………………….5 Factores Geográficos………………………………………………………6 Factores Energéticos………………………………………………………7 Disponibilidad del Recurso………………………………………………7 TIPOS DE BIOMASA…………………………………………………………………………..8 BIOMASA Natural…………………………………………………………..8 Biomasa Residual…………………………………………………………..8 Cultivos Energéticos……………………………………………………….8 CARACTERISTICAS DE LA BIOMASA……………………………………………………9 PROCESOS DE CONVERSIÓN…………………………………………………………….11 FORMAS DE ENERGIA……………………………………………………………………...13 COMBUSTIÓN Y EMISIONES……………………………………………………………..16 APLICACIONES………………………………………………………………………………..17 COSTOS DE LA BIOMASA………………………………………………………………….21 LA BIOMASA EN VENEZUELA…………………………………………………………….23 Etanol como combustible en Venezuela……………………….…24 Etanol como combustible en Colombia……………………………25 Etanol como combustible en USA……………………………..……26 Etanol como combustible en Brasil………………………………...26 EFECTOS AMBIENTALES DE LA BIOMASA…………………………………………..28 VENTAJAS Y DESVENTAJAS………………………………………………………………32 GLOSARIO………………………………………………………………………………………35 CONCLUSIONES………………………………………………………………………..…….37 BIBIOGRAFIA………………………………………………………………………………..…38
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[LA FUENTE RENOVABLE DE ENERGIA-BIOMASA]
INTRODUCCIÓN La
creciente
demanda
energética
y
el
impacto
medioambiental de determinadas centrales eléctricas han fomentado la investigación de nuevas fuentes de energía. Los pronósticos de distintos analistas especializados indican que el consumo energético en el mundo, en particular la electricidad continuará incrementándose. Los combustibles fósiles tienen muchas ventajas, la principal su bajo costo y facilidad de transporte, pero también grandes desventajas en términos de contaminación y efectos ambientales. El Dióxido de Carbono (CO2) que inevitablemente se genera al quemar combustibles fósiles, es actualmente considerado como una de las fuentes que contribuye al calentamiento global, el cual puede traer consecuencias desastrosas como sequias e inundaciones. La sustitución de los combustibles fósiles está resultando una gran ventaja como consecuencia de los extensos estudios para crear alternativas ecológicas de calidad y primer nivel. Si bien sabemos, un grave problema es el calentamiento global producto de los gases invernaderos (Vapor de agua, Dióxido de carbono, metano, óxidos de Nitrógeno, ozono, clorofluorocarbonos) la cual se ve reflejado como por ejemplo en el humo generado por los motores de combustión interna de los automóviles o bien provenientes de la industria, quien contiene estos gases en proporciones definidas. Pero, si el calentamiento global es un problema, otro muy grave sería el agotamiento de la existencia de gases combustibles derivados del petróleo. El petróleo es la fuente no renovable de energía que contribuye a la producción de gases necesarios para nuestra sobrevivencia, ya que nos permite gozar de los diversos servicios como electricidad, agua y otros.
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La Biomasa representa esa alternativa ecológica que nos permite combatir la problemática mundial de energía a presente y futuro. Se considera una energía limpia, la energía verde y es una fuente de energía procedente, en último lugar, del sol, y es renovable siempre que se use adecuadamente. La biomasa incluye la madera, plantas de crecimiento rápido, algas cultivadas, restos de animales, etc. El siguiente trabajo pretende fundar consciencia en el individuo, criticar los estudios que se han venido desarrollando en el mundo para fomentar la biomasa como alternativa energética y establecer criterios para continuar creando metodologías de estudios.
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I. En
los
últimos
años,
BIOMASA el
tema
de
interés
que
ha
conmocionado al mundo, viene dado por la problemática socio-económica y tecnológica originado por la disminución del porcentaje en riquezas minerales presentes en la naturaleza, principalmente una fuente de energía no renovable como es el oro negro y bien conocido con el nombre de petróleo. Esta problemática se debe a la cantidad limitada de dicho mineral, que en el futuro pudiera ocasionar como por ejemplo, desabastecimiento de combustible y la ejecución de reglamentos drásticos en el consumo de algunos servicios básicos. Este recurso no renovable otorga a los pueblos la posibilidad de gozar con un desarrollo tecnológico de primer nivel ya que es de utilidad primordial para la dinámica supervivencia cotidiana de los individuos en su entorno. Es aquí, donde el bienestar del pueblo se ve afectado ya que “sin petróleo no es posible el disfrute del los servicios básicos y por ello el ahorro circunstancial de energía”. En lo económico el dinero es un elemento fundamental para poder obtener dicho recurso y que afecta a naciones cuyos territorios no cuentan con la accesibilidad física del mismo y modificaría en gran aspecto la visión que se tiene de los conceptos oferta-demanda. De acuerdo con los fundamentos, la relación de la oferta siempre está por encima de la demanda pero; esta relación pasaría ser lo contrario “oferta por debajo de la demanda”. Para poder combatir esta problemática, la investigación ha servido de herramienta para dar a conocer una fuente de energía de mayor potencial por la compleja característica de ser renovable, depende de la materia de los seres vivos cuyas propiedades son biológicas y es denominada BIOMASA. La Biomasa se define como la energía almacenada en las plantas y animales, es decir, se encuentra en fuentes naturales y tiene como características ser inagotable ya que cumple con ciclos de [BIOMASA]
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recirculación y aprovechamiento. Este ciclo puede observarse en las plantas cuando al realizar la fotosíntesis utilizan la energía del sol para formar
sustancias
orgánicas.
Luego,
los
animales
incorporan
y
transforman esas sustancias al alimentarse de vegetales, siendo el material producto de esta transformación residuos de carácter energético. La biomasa libera su energía, a menudo en la forma de calor, y el carbón se oxida nuevamente a dióxido de carbono para restituir el que fue absorbido durante el crecimiento de la planta. Esencialmente, el uso de la biomasa para la energía es la inversa de la fotosíntesis. La biomasa puede utilizarse directamente (por ejemplo combustión de madera para la calefacción y cocinar) o indirectamente convirtiéndola en un combustible líquido o gaseoso (ej: etanol a partir de cosechas del azúcar o biogás de la basura animal). La energía neta disponible en la biomasa por combustión es de alrededor de 8MJ/kg para la madera verde, 20MJ/kg para la materia vegetal seca en horno, 55MJ/kg para el metano; en comparación con cerca de 23 a 30MJ/kg para el carbón. La eficiencia del proceso de la conversión se determina cuánto la energía real puede ser utilizada en forma práctica. El país europeo que consume mayor biomasa es Francia y los factores con condicionan el consumo se describen a continuación: FACTORES GEOGRAFICOS Este se debe a las condiciones climáticas que presenta la región por ser de temperaturas muy bajas, y la biomasa es aprovechada para acondicionar el ambiente mediante la producción de calefacción emitida por la combustión de madera como por ejemplo.
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FACTORES ENERGETICOS El que sea rentable o no, es un factor importante que depende del costo y el mercado energético en el momento. DISPONIBILIDAD DEL RECURSO En primer grado el más importante ya que define el grado de accesibilidad que se tiene al producto y la temporalidad del mismo a los medidos en intervalo de tiempo de consumo. Estos factores definirán el nivel de utilidad que se le pude otorgar a este recurso renovable, fundamentado en las necesidades básicas del ser humano para su existencia. Posición de la Biomasa entre las fuentes de energía. Al contrario de las energías extraídas del carbón y petróleo, la energía derivada de la biomasa es renovable indefinidamente. Al contrario de las energías eólica y solar, la de la biomasa es fácil de almacenar. En cambio, opera con enormes volúmenes combustibles que hacen su transporte oneroso y constituyen un argumento a 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), pero las superficies, terrestres y acuáticas, de que puede disponer no tienen comparación con las que pueden cubrir, por ejemplo, los captadores solares.
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II.
TIPOS DE BIOMASA
II.a Biomasa Natural Es la que se produce en los espacios silvestres (ecosistemas) sin la intervención de humana. El 40% de la biomasa se produce en los océanos. En la explotación de esta biomasa cabe vigilar el hecho de no explotar los recursos por encima de la tasa de renovación del ecosistema ya que éste se vería afectado. II.b Biomasa Residual Comprenden los residuos generados en las actividades de agricultura, ganadería y las forestales. La biomasa residual se divide en dos clases: Seca y Húmeda. La residual seca comprende el producto de las actividades que no se compone de agua en su materia orgánica. La residual Humedad tiene la gran propiedad de ser biodegradable. Por ejemplo las aguas residuales urbanos e industriales, además de los residuos ganaderos. II.c Cultivos Energéticos Este es el factor que hay que estudiar en primer lugar para determinar el acceso y la temporalidad del recurso.
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III. CARACTERISTICAS DE LA BIOMASA La factibilidad técnica y económica se mide de acuerdo al estado físico, composición físico-químico, contenido de humedad (H.R), porcentajes de cenizas, poder calorífico, densidad aparente, recolección, transporte y manejo. Estado físico. Corresponde en gran parte a la correlación
existente entre las propiedades climáticas y la composición de la materia, definido si ésta es encontrado en líquido, solido o gaseoso. Se tiene el caso de las aguas negras como un residuo urbano que coexiste como estado liquido, también se puede mencionar las cascaras y pulpas de frutas y vegetales como materia sólida. He aquí la evaluación de rentabilidad, ya que en algunos casos el tratar un residuo solido será más costoso que un líquido o viceversa. Composición Fisicoquímico. La composición química de
un residuo se conocerá de acuerdo al tratamiento que se le aplique. Será posible que se genere la presencia de gases comunes y útiles como fuente de energía. Por ejemplo, la combustión como tratamiento de la madera producirá altos porcentajes de monóxido de carbono cuando este sea incompleto. Pero la característica física influye en el tratamiento previo que sea necesario aplicar. Contenido de Humedad (HR). Define el porcentaje de
agua presente en la materia y puede tener una influencia negativa en el tratamiento del mismo, reflejándose en elevados costos de producción.
Este
tratamiento
puede
ser:
Acondicionamiento
mediante proceso térmico de suministro de calor. Se prefiere que la materia tenga un contenido inferior al 30%.
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Porcentajes de Cenizas. Define la cantidad de materia
solida no combustible. Las cenizas de la cascarilla de arroz es aplicable en la fabricación de filtros de carbón activado, usados principalmente para la extracción de aire en ambientes como laboratorios clínicos y farmacéuticos. Poder calorífico. Un elevado contenido de humedad en la
materia, disminuye el poder de combustión del mismo, porque un alto porcentaje de calor se perdería al evaporar el agua. Densidad Aparente. Define la relación peso-volumen de
la materia. Esta característica es muy evaluada ya que la influencia del volumen es notorio al momento de establecer las características del transporte del mismo. De aquí deriva el término densificación la cual contribuye a compactar la biomasa para facilitar su traslado. Recolección,
Transporte
y
Manejo.
Son
factores
determinantes en la en los costos de inversión y operación para la conversión de energía. Deberá evaluarse la eficiencia del traslado de la materia prima hasta la ubicación de la planta y de esta forma criticar la variable tiempo y su influencia sobre la producción. Además, la recolección como pre tratamiento de la biomasa para su transporte ayudara a tener un control de las cantidades para satisfacer la demanda.
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IV.
PROCESOS DE CONVERSIÓN
El proceso de Combustión Directa la combustión directa es una reacción química en la que un elemento (combustible) se combina con otro (comburente, generalmente oxígeno en forma de O2 gaseoso), desprendiendo calor y produciendo un óxido; la combustión es una reacción exotérmica que produce:
calor al quemar
luz al arder. Para extraer la energía de la biomasa son aplicados los
sistemas de combustión directa para generar calor. Este se puede aprovechar en la producción de vapor, pero no es tan eficiente ya que un alto porcentaje de calor se pierde durante el proceso. Para evitar el mismo queda la iniciativa de hacer más eficaz la teoría, implementando metodologías y procedimientos; alternativas que en el futuro puedan contribuir a sostenerla. El proceso Termo-Químico corresponde al procedimiento de tratar la biomasa alterando su composición físico-químico. Variar la densidad y el poder calorífico es el objetivo para obtener productos combustibles sólidos, líquidos o gaseosos. El proceso básico se llama Pirolisis o Carbonización que consiste en someter a la biomasa altas temperaturas (alrededor de 500ºC) sin presencia de oxigeno. Se utiliza para producir carbón vegetal y también para obtener combustibles líquidos semejantes a los hidrocarburos. Este proceso incluye:
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Producción de Carbón Vegetal. En este proceso la biomasa se quema buscando que la combustión no sea completa. Para ello, debe restringirse la cantidad de aire. El resultado es un carbón solido con alta densidad energética y no produce humo. La fuente principal es la madera, también se usa la cascara de coco. Gasificación. Es otro tipo de pirolisis que consiste en quemar la biomasa con una mayor proporción de oxigeno a elevadas temperaturas con el objeto de optimizar el llamado “gas pobre” compuesto por monóxido de carbono, hidrogeno y metano, con proporciones menores de dióxido de carbono y nitrógeno. Es utilizado en la generación de calor y electricidad aplicable a motores de combustión interna y turbinas. En
los
procesos
bioquímicos
se
aprovechan
las
características biológicas y químicas de la biomasa y los más comunes son: la digestión anaeróbica, combustibles alcohólicos, biodiesel. La primera corresponde a los desechos de animales y consta en colocar los mismos en contenedor cerrado, dejándose fermentar para producir una mezcla de gas metano y dióxido de carbono. También, el procesar la biomasa se puede obtener combustibles alcohólicos como el etanol que se produce al fermentar azucares y metanol por la destilación destructiva de la madera. El biodiesel se compone de ácidos grasos y esteres alcalinos obtenidos de aceites vegetales, grasa animal y grasas recicladas. Luego se combinan con combustibles alcohólicos (etanol o metanol) para formar etil o metilo ester.
Es utilizado, típicamente,
como aditivo del diesel en proporción del 20%. Su ventaja es reducir las emisiones, el humo negro y el olor.
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V.
FORMAS DE ENERGIA
Calor y Vapor. La combustión de biomasa o de biogás puede utilizarse para generar calor y vapor. El calor puede ser producto principal, en usos como calefacción y, subproducto en la producción de electricidad en centrales combinadas de calor y energía. El vapor generado por la biomasa puede utilizarse para accionar turbinas de vapor en la producción de energía eléctrica, o como calor en procesos industriales, y para mantener flujo de agua caliente. Combustible Gaseoso. Los biogases producidos de la digestión o de la pirolisis anaerobia tienen un número de aplicaciones. Pueden ser utilizados en motores de combustión interna para accionar turbinas para la producción eléctrica, puede utilizarse para producir calor para necesidades comerciales y domésticas, y en vehículos especialmente modificados como un combustible. Biocombustibles. Los combustibles de origen biológico pueden sustituir parte del consumo en combustibles fósiles tradicionales, como el petróleo o el carbón. Los biocombustibles más usados y desarrollados son el bioetanol y el biodiesel. El bioetanol, también llamado etanol de biomasa, se obtiene a partir de maíz, sorgo, caña de azúcar, remolacha o de algunos cereales como trigo o cebada. En 2006, Estados Unidos fue el principal productor de bioetanol (36% de la producción mundial), Brasil representa el 33,3%, China el 7,5%, la India el 3,7%, Francia el 1,9% y Alemania el 1,5%. La producción total de 2006 alcanzó 55 mil millones de litros. El biodiesel, se fabrica a partir de aceites vegetales, que pueden ser ya usados o sin usar. En este último caso se suele usar raps, canola, soja, los cuales son cultivados para este propósito. El principal [BIOMASA]
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productor de biodiesel en el mundo es Alemania, que concentra el 63% de la producción. Le sigue Francia con el 17%, Estados Unidos con el 10%, Italia con el 7% y Austria con el 3%. Otras alternativas como son el Biopropanol y Biobutanol son menos populares, pero no pierde importancia la investigación en estas áreas debido al alto precio de los combustibles fósiles y su eventual término. Electricidad. La generación de energía eléctrica utilizando como combustible biomasa herbácea, como ocurre con la leñosa, también puede hacerse empleando cultivos de biomasa o bien empleando residuos de los cultivos tradicionales agrícolas. Los residuos de biomasa herbácea para obtener energía eléctrica son los procedentes de los cultivos agrícolas tradicionales (trigo, cebada, avena, centeno,…). En diferentes países del Centro de Europa existen varias instalaciones que queman paja de cereales únicamente o paja de cereales mezclada con otras biomasas (normalmente astillas). Entre los residuos de la industria alimenticia cabe destacar todos los residuos originados en las fábricas de aceite de oliva, de la industria de zumos, de la industria de café, de alcachofa, las cáscaras de almendra, piñón o avellana o los residuos de la industria arrocera donde el residuo es la cáscara de arroz. Este tipo de residuos es muy variable en su tamaño, forma, humedad, densidad, composición química y poder calorífico y, por tanto, su caracterización energética hay que hacerla individualmente. Co-Generación. es el procedimiento mediante el cual se obtiene simultáneamente energía eléctrica y energía térmica útil (vapor, agua caliente sanitaria, hielo, agua fría, aire frío, por ejemplo). La ventaja de la cogeneración es su mayor eficiencia energética ya que se aprovecha tanto el calor como la energía mecánica o eléctrica de un único proceso, [BIOMASA]
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en vez de utilizar una central eléctrica convencional y para las necesidades calor una caldera convencional. Al generar electricidad mediante una dinamo o alternador, movidos por un motor térmico o una turbina, el aprovechamiento de la energía química del combustible es del 25% al 40% solamente, y el resto debe disiparse en forma de calor. Con la cogeneración se aprovecha una parte importante de la energía térmica que normalmente se disiparía a la atmósfera o a una masa de agua y evita volver a generarla con una caldera. Además evita los posibles problemas generados por el calor no aprovechado. La eficiencia de la planta se puede medir mediante unos coeficiente: el FUE, factor de uso de energía, que es el cociente de la energía eléctrica generada, mas el calor útil, entre el calor aportado al MCIA. Y el RCE, relación calor/electricidad, que es el cociente entre el calor útil o aprovechable, y la potencia eléctrica generada por el MCIA. el 1º es el más importante ya que nos da una idea de el rendimiento global de la instalación. Este procedimiento tiene aplicaciones tanto industriales como en ciertos grandes edificios en los que el calor puede emplearse para calefacción, para refrigeración (mediante sistemas de absorción) y preparación de agua caliente sanitaria como por ejemplo grandes superficies de ventas, ciudades universitarias, hospitales, etc. Aunque es difícil acoplarlo a viviendas particulares, es posible realizar instalaciones cuando son grandes. Un ejemplo, es la calefacción de distrito.
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VI.
COMBUSTIÓN Y EMISIONES
La biomasa consiste principalmente, en carbono y oxigeno. También contiene hidrogeno, un poco de nitrógeno, azufre y agua dependiendo de su humedad relativa. La combustión es completa cuando se quema todo el carbono para generar “CO2”, mientras que la combustión es incompleta cuando existe déficit de aire resultando “CO” como producto de la reacción. El monóxido de carbono ocasiona serios problemas para la salud del consumidor y también contribuyen al calentamiento global por ser un gas invernadero. Combustión incompleta. Una combustión se considera una combustión incompleta cuando parte del combustible no reacciona completamente porque el oxígeno no es suficiente. Cuando una sustancia orgánica reacciona con el oxígeno de manera incompleta formando además de dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) otros subproductos de la combustión los cuales incluyen también hidrocarburos no quemados, como Carbono (C), Hidrógeno (H) y monóxido de carbono (CO). En altas concentraciones los resultados de la combustión pueden ser letales. Esta reacción puede ser balanceada. Combustión completa. La combustión completa es cuando todo el carbono de la materia orgánica quemada se transforma en CO2. Se puede reconocer por la llama azul producida por la incineración del material. Las sustancias combustibles del combustible se queman hasta el máximo grado posible de oxidación. En consecuencia, no habrá sustancias combustibles en los humos. En los productos de la combustión se puede encontrar N2, CO2, H2O y SO2.
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VII. APLICACIONES Sector Domestico. En zonas rurales se emplea la leña para cocinar, estas se derivan de los arboles en campos agrícolas y bosques. De manera informal, algunas familias utilizan el mercado de la leña como fuente de ingreso. El uso de la leña es visto como la principal causa de desforestación, pero no es así. La causa principal ha sido la tala comercial y la conversión de bosques en espacios agrícolas. Estimulado por la preocupación de la deforestación y con el fin de reducir el consumo de leña, se desarrollaron programas para mejorar la eficiencia de las estufas pero no se ha logrado conseguir este gran impacto. A su vez, estas pueden brindar beneficios como por ejemplo conveniencia, reducción del humo, ahorro de tiempo, salud y seguridad. Industrias. La biomasa es una fuente de energía esencial para el sostenimiento de la industria. Esta, es aprovechada en la generación de calor requerido para el proceso de secado en productos agrícolas y producción de cal y ladrillos en Centroamérica. También su aplicabilidad se ve reflejada en los procesos de cogeneración. La Cogeneración corresponde a la generación simultánea de calor y electricidad, y se usas en industrias que requieren de las dos formas de energía como el procesamiento de café y azúcar. En muchos casos el excedente de electricidad es vendido a otros usuarios o a la red eléctrica, aunque en varios países industrializados la biomasa es utilizada, a gran escala, para la red eléctrica interconectada.
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Hornos Industriales. Los hornos industriales de Centroamérica consisten en una cámara de combustión de biomasa (leña, aserrín, cascarilla de café, arroz, etc.). El horno quemador de cascarilla de arroz es utilizado como fuente de generación de calor para el aire de procesos en las secadoras de granos. El horno produce aire caliente en condiciones amigables con el ambiente y elimina el consumo de combustible fósiles como coque gas natural o diesel. Un prototipo se observa en la figura 1a definiendo el potencial de la tecnología innovadora impuesta por la empresa colombiana Super Bix:
Fuente: SUPER BIX, 2006 Figura 1a. Horno quemador de biomasa (Cascarilla de Arroz) Serie TEO IV.
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Fuente: SUPER BIX, 2006 Figura 1b. Vista frontal de Horno quemador de biomasa (Cascarilla de Arroz) Serie TEO IV.
Calderas. Las calderas que operan con base en la combustión de biomasa se usan en el secado de granos, madera y otros. Estos equipos están dotados de una cámara de combustión en su parte inferior en la que se quema el combustible; los gases de la combustión pasan a través del intercambiador de calor transfiriéndolo al agua. En algunas calderas se usan inyectores especiales para alimentar biomasa en forma de polvo a veces, junto a algún otro tipo de combustible liquido.
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Sector Comercial. Muchos restaurantes y pequeños negocios, sobre todo en áreas rurales, utilizan leña para aplicaciones similares a las domesticas, por ejemplo, para preparación de comidas y panaderías. Los equipos, generalmente, son de mayor calidad que las estufas domesticas; sin embargo aun se pueden mejorar. Por lo común, no existe información disponible sobre las cantidades de biomasa consumida por el sector comercial, pues muchos negocios operan de manera informal. Se puede decir que, en comparación con el sector domestico e industrial, el consumo es mucho menor, sin embargo, la biomasa es una fuente importante para este sector.
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VIII. COSTOS DE LA BIOMASA El precio de la electricidad de biomasa es muy variable dependiendo de la disponibilidad y el tipo de combustible y los gastos de transporte. Los costes de capital son similares a las de las plantas de combustibles fósiles. Los costos de la energía pueden ser tan bajos como $0.02 de dólar por kilovatio-hora al quemar biomasa con carbón en una central eléctrica convencional, pero aumentará a $0.03-0.05 dólares por kilovatio-hora en una planta dedicada de energía de biomasa. Los costos aumentan a $ 0.04-0.09 por kilovatio-hora para una planta de cogeneración, pero la recuperación y utilización del calor residual hace el proceso mucho más eficiente. El mayor problema para las nuevas plantas de energía de biomasa es encontrar un socio fiable y materia prima concentrada que esté disponible a nivel local; manteniendo los costos de transporte bajos, implica mantener a las plantas de energía de biomasa vinculadas a los combustibles disponibles a nivel local y bastante pequeñas, lo que aumenta el coste de capital por Megavatio. A continuación se puede observar los costos por conversión de algunos insumos:
INSUMO
COSTOS UNITARIOS
Aceite Vegetal 300 US$/Ton Metanol 0,35 US$/Kg Soda Caustica 0,50 US$/Kg Acido Sulfúrico 0,30 US$/Kg Agua de Enfriamiento 0,09 US$/m3 Vapor (4 kg/cm2 ) 0,01 US$/Kg Energía Eléctrica 0,04 US$/kWh Mano de obra (1) Amortización (2) TOTAL
COSTO DE PRODUCCIÓN (US$/M3 Biodiesel) 273 US$/M3 Biodiesel 31,5 US$/M3 Biodiesel 4,5 US$/M3 Biodiesel 2,5 US$/M3 Biodiesel 1,6 US$/M3 Biodiesel 3,10 US$/M3 Biodiesel 1,8 US$/M3 Biodiesel 30 US$/M3 Biodiesel 16,7 US$/M3 Biodiesel 364,70 US$/M3 Biodiesel
Fuente: CYTED, 2005 TABLA 1. Costos por Conversión de algunos insumos. [BIOMASA]
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NOTA: (1) Respecto de mano de obra directa, su incidencia es poco significativa respecto del costo operativo, ya que la planta del tamaño analizado (módulo de 1.000 l/día) podría ser operada con una dotación por turno de un técnico (químico para control de la reacción y análisis de materias primas y de productos con nociones de electromecánica para tareas de mantenimiento general de la planta y operación de la caldera, estimado a U$S 500 mensuales) y un operario calificado para movimiento de materiales y servicios generales (estimado a U$S 250 mensuales). A éstos habrá que sumarle el personal administrativo y de comercialización solo si se prevé abastecer a terceros en lugar de emplear el biocombustible “tranqueras adentro”. NOTA: (2) Se estima una amortización directa contable típica a 10 años, para una inversión total estimada en equipos de U$S 50.000, con 300 días / año de operación efectiva (se restan domingos y un día / mes para limpieza y mantenimiento general).
Fuente:
Fuente: BUN-CA, 2002 Tabla 2. Costos de inversión estimada para algunos procesos de conversión. [BIOMASA]
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IX.
LA BIOMASA EN VENEZUELA
Para marzo del 2008 en Venezuela se estaba construyendo al menos cuatro plantas para producir etanol a base de yuca y caña de azúcar. La empresa estatal de energía (PDVSA) posee una empresa subsidiaria que ya está trabajando en cuatro plantas en cuatro diferentes estados. La compañía estimaba comenzar con la producción durante 2010. Recientemente, el Presidente Hugo Chávez, introdujo un objetivo del 7% en todas las mezclas y aclaró que su gobierno no se opone a la producción de biocarburantes en tanto y en cuanto éstos no provengan de fuentes alimenticias, aseguró que por cada acre de caña de azúcar para producir biocombustible, su Gobierno plantará dos acres de productos alimenticios. Esto significaría que serían requeridas 36 millones de acres de tierra para ser convertidos en comida, basándose en el consume de los 780.000 barriles de combustible utilizado cada día en Venezuela. La producción nacional actual es de 250.000 litros diarios de etanol para licores e industria farmacéutica. El consumo de etanol 2.912 millones LPD. Etanol (Combustible) El
etanol
puede
utilizarse
como
combustible
para
automóviles, bien solo, o mezclado en cantidades variables con gasolina para reducir el consumo de derivados del petróleo. El combustible resultante se conoce como gasohol (en algunos países, "alconafta"). Dos mezclas comunes son E10 y E85, con contenidos de etanol del 10% y 85%, respectivamente. El etanol también se utiliza cada vez más como añadido para oxigenar la gasolina estándar, reemplazando al metil tertbutil éter (MTBE). Este último es responsable de una considerable contaminación del suelo y del agua subterránea. También puede utilizarse como combustible en las celdas de combustible. El etanol que proviene de los campos de cosechas (bioetanol) está sujeto a una fuerte polémica: para unos se perfila como un recurso energético potencialmente [BIOMASA]
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sostenible que puede ofrecer ventajas medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los combustibles fósiles, mientras que para otros es el responsable de grandes deforestaciones y del aumento del precio de los alimentos, al suplantar selvas y terrenos agrícolas para su producción, dudando además de su rentabilidad energética. El etanol se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en cosechas de maíz y caña de azúcar, entre otros. Sin embargo, los actuales métodos de producción de bioetanol utilizan una cantidad significativa de energía en comparación con la energía obtenida del combustible producido. Por esta razón, no es posible sustituir enteramente el consumo actual de combustibles fósiles por bioetanol.
Figura 2. Ubicación de la producción de Etanol en Venezuela. Etanol como combustible en Venezuela: Solo como aditivo para la gasolina sin plomo (aquella preparada sin la adición de Tetraetilo de Plomo) llamada comúnmente gasolina verde, actualmente Venezuela importa el etanol de Brasil, sin embargo se están construyendo plantas de obtención de etanol a partir de
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la caña de azúcar, y el maíz; para no depender de las importaciones, desde Brasil.
Fuente: BioTimes, 2007 Figura 3. Etapas de la conversión de biomasa en etanol. Etanol como combustible en Colombia: El programa para etanol como combustible de Colombia comenzó en 2002, año en que el gobierno aprobó una ley que obligaba al enriquecimiento en oxígeno de la gasolina. Esto se hizo inicialmente para reducir las emisiones de monóxido de carbono de los coches. Regulaciones más recientes eximieron al etanol elaborado a partir de biomasa de algunos impuestos que gravan la gasolina, haciendo así más barato el etanol que la gasolina. Esta tendencia se vio reforzada cuando los precios del petróleo subieron a principios de 2004, y con él el interés en combustibles renovables (al menos para los coches). En Colombia el precio de la gasolina y del etanol es controlado por el gobierno.
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Complementariamente a este programa para el etanol, existe un programa para el biodiesel, para oxigenar combustible diesel, y para producir un combustible renovable a partir del aceite vegetal. Etanol como combustible en USA: Estados Unidos es el mayor productor mundial de etanol, con 4,86 mil millones de galones líquidos producidos en 2006, seguido por Brasil con una producción de 4,49 mil millones de galones. EE.UU. junto con Brasil destila 70% de la producción mundial de etanol, y en 2007 produjeron el 88% del etanol utilizado como combustible en el mundo. Casi la totalidad del etanol estadounidense es producido a partir de maíz, que es menos eficiente que el etanol producido a partir de caña de azúcar. Además, en 2007 un 25% de la producción nacional de maíz fue desviada para producir etanol como combustible, lo que ha sido criticado y considerado como uno de los factores que influyeron en la crisis alimentaria mundial de 2007 a 2008, cambiando alimentos por combustibles. Otra crítica del uso del etanol en los Estados Unidos es su disponibilidad. Apenas 600 gasolineras, de un total de 200.000, tienen surtidores E85. Para solucionar esta deficiencia habría que seguir una estrategia amplia para la adopción de surtidores para que la disponibilidad fuese satisfactoria. Etanol como combustible en Brasil: Brasil es el segundo mayor productor de etanol del mundo, el mayor exportador mundial, y es considerado el líder internacional en materia de biocombustibles y la primera economía en alcanzar un uso sostenible de los biocombustibles. Juntos, Brasil y los Estados Unidos encabezan la producción de etanol, siendo responsables en 2006 por el 70% de la producción [BIOMASA]
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mundial y casi el 90% del etanol utilizado como combustible. En 2006 la producción brasileña fue de 16,3 mil millones de litros, la cual representa el 33,3% de la producción mundial de etanol y el 42% del etanol utilizado como combustible a nivel mundial. La proyección de la producción total para 2008 se estima en 26,4 mil millones de litros. La industria brasileña de etanol tiene más de 30 años de historia y utiliza como insumo agrícola la caña de azúcar, emplea modernos equipos, ha desarrollado su propia tecnología, los residuos de la caña son utilizados como para producir energía en el proceso de destilación, por lo cual el precio del etanol brasileño es muy competitivo, y consigue un relativamente alto balance energético (razón energía generado/energía usada en el proceso) que varía entre 8,3 y 10,2 dependiendo del uso de las mejores prácticas.
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X.
EFECTOS AMBIENTALES DE LA BIOMASA
El interés medioambiental de la biomasa reside en que, siempre que se obtenga de una forma renovable y sostenible, es decir que el consumo no vaya a más velocidad que la capacidad del bosque, la tierra, etcétera, para regenerarse, es la única fuente de energía que aporta un balance de CO2 favorable, de manera que la materia orgánica es capaz de retener durante su crecimiento más CO2 del que se libera en su combustión. El aprovechamiento de la biomasa como fuente de energía ofrece un amplio rango de beneficios ambientales: puede contribuir a mitigar el cambio climático y el efecto invernadero, reducir la lluvia ácida, prevenir la erosión de los suelos y la contaminación de las fuentes de agua, reducir la presión provocada por la basura urbana, enriquecer el hábitat de la vida silvestre y ayudar a mantener la salud humana y estabilidad de los ecosistemas. Cambio climático: la actividad humana, principalmente el uso de combustibles
fósiles,
emite
millones
de
toneladas
de
los
denominados “gases de efecto invernadero” a la atmósfera. Estos incluyen el dióxido de carbono y el metano, entre otros, y contribuyen a modificar el clima global. El metano que escapa de los rellenos sanitarios y de las aguas residuales de procesos industriales, agrícolas y urbanos, puede ser minimizado al convertirlo en energía térmica, eléctrica o mecánica. Todas las cosechas,
incluyendo
las
plantaciones
energéticas,
capturan
carbono a través de las plantas mientras crecen, produciendo un balance natural de carbono en los suelos. Cuando se quema biomasa, el dióxido de carbono liberado es absorbido por la siguiente cosecha en crecimiento; este se denomina un “ciclo cerrado de carbono”. De hecho, la cantidad de carbono secuestrado puede ser mayor que la del liberado durante la combustión debido [BIOMASA]
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a que muchos de los cultivos energéticos son permanentes: al utilizar solo una parte de la planta las raíces, además de estabilizar los suelos, secuestran carbono en su regeneración año tras año. Lluvia ácida: la lluvia ácida es causada, principalmente, por las emanaciones de sulfuro y óxido de nitrógeno de la combustión de hidrocarburos y causa la muerte de cultivos y la contaminación de las aguas; además de ser nocivo para la vida humana y silvestre. Dado que la biomasa no tiene contenido de sulfuro, su conversión en energía no produce lluvia ácida. Erosión de suelos y contaminación de agua: los cultivos y plantaciones energéticas ayudan a estabilizar los suelos, lo cual reduce la erosión y la pérdida de nutrientes. Los procesos de digestión anaeróbica reducen la contaminación del agua debido a que se usan desechos animales y agrícolas antes de que penetren en los suelos y lleguen a los ríos. La combustión de los desechos de aserrío puede evitar que el aserrín y las astillas producidas en los aserraderos contaminen los ríos que deben alimentar, luego, los procesos agrícolas aguas abajo. Contaminación por basura urbana: el aprovechamiento de los residuos urbanos y agrícolas reduce el volumen de los rellenos sanitarios y la generación del gas metano. Esto permite convertir un producto contaminante en energía libre de emanaciones nocivas para el ambiente. Hábitat silvestre: los cultivos energéticos son hábitat de todo tipo de vida silvestre; por ejemplo los árboles ofrecen posibilidades para que la vida acuática florezca, al proveer sombra y estabilizar los cauces de ríos y las orillas de los lagos. Ciertas plantaciones energéticas pueden ofrecer refugio para aves y otros animales, [BIOMASA]
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especialmente si son planificados apropiadamente; además, pueden ser un soporte vital para bosques centenarios que albergan hábitats no sustituibles. Observando el impacto ambiental del etanol tenemos que: Contaminación del aire: el etanol es una fuente de combustible que arde formando dióxido de carbono y agua, como la gasolina sin plomo convencional. Para cumplir la normativa de emisiones se requiere la adición de oxigeno para reducir emisiones del monóxido de carbono. El aditivo metil tert-butil éter actualmente se está eliminado debido a la contaminación del agua subterránea, por lo tanto el etanol se convierte en un atractivo aditivo alternativo. Como aditivo de la gasolina, el etanol al ser más volátil (VOCs), se lleva consigo gasolina, lanzando así más compuestos orgánicos volátiles. El uso de etanol puro en lugar de gasolina en un vehículo aumenta las emisiones totales del dióxido de carbono, por cada kilómetro, en un 6%. Si de algún modo se reduce la emisión total, pudiera deberse al proceso agrícola que se necesita para crear el biofuel que produce ciertas emisiones del CO. Considerando el potencial del etanol para reducir la contaminación, es igualmente importante considerar el potencial de contaminación del medio ambiente que provenga de la fabricación del etanol. En 2002, la supervisión de las plantas del etanol reveló que lanzaron VOCs en una tasa mucho más alta que la que se había divulgado anteriormente. Se producen VOCs cuando el puré fermentado de maíz se seca para venderlo como suplemento para la alimentación del ganado. Se pueden unir a las plantas oxidantes termales u oxidantes catalíticos para consumir los gases peligrosos.
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Efectos del etanol en la agricultura: los ecologistas han hecho algunas objeciones a muchas prácticas agrícolas modernas, incluyendo algunas prácticas útiles para hacer el bioetanol más competitivo.
Los
efectos
sobre
los
campos
afectarían
negativamente a la producción para consumo alimentario de la población. Recurso renovable: el etanol puede convertirse en una opción interesante a medida que la humanidad se acerque al fin de otras fuentes como el petróleo o el gas natural. Pero para ser considerado un recurso, el balance energético debe ser positivo. En los debates aún abiertos, sus detractores advierten del uso de pesticidas y fertilizantes, aun cuando la cantidad de pesticidas utilizados varía mucho dependiendo de si el maíz va dirigido a las personas o a los motores, siendo la primera opción en la que se hace un uso más intenso de éstos. Plomo: en el pasado, cuando los granjeros destilaban su propio etanol, utilizaban a veces los radiadores como parte del alambique. Los radiadores contenían a menudo plomo, que contaminaba el etanol. El plomo pasaba al aire al quemarse el combustible contaminado, generando problemas de salud (saturnismo). Sin embargo ésta era una fuente de plomo menos importante que el tetra etilo de plomo que se empleaba como aditivo corriente de la gasolina, como antidetonante (hoy prohibido en la mayoría de los países). Hoy día, el etanol para uso como combustible se produce casi exclusivamente en plantas construidas ad-hoc, evitando así cualquier remanente de plomo.
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XI.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Ventajas. La captura del metano de los desechos agrícolas y los rellenos sanitarios, y la sustitución de derivados del petróleo, ayudan a mitigar el efecto invernadero y la contaminación de los acuíferos. Los combustibles biomásicos contienen niveles insignificantes de sulfuro y no contribuyen a las emanaciones que provocan “lluvia ácida”. La combustión de biomasa produce menos ceniza que la de carbón mineral y puede usarse como insumo orgánico en los suelos. La conversión de los residuos forestales, agrícolas y urbanos para la generación de energía reduce significativamente los problemas que trae el manejo de estos desechos. La biomasa es un recurso local que no está sujeto a las fluctuaciones de precios de la energía, provocadas por las variaciones en el mercado internacional de las importaciones de combustibles. En países en desarrollo, su uso reduciría la presión económica que impone la importación de los derivados del petróleo. El uso de los recursos de biomasa puede incentivar las economías rurales, creando más opciones de trabajo y reduciendo las presiones económicas sobre la producción agropecuaria y forestal.
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Las
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plantaciones
energéticas
pueden
reducir
la
contaminación del agua y la erosión de los suelos; así como a favorecer el mantenimiento de la biodiversidad. Desventajas. Por su naturaleza, la biomasa tiene una baja densidad relativa de energía; es decir, se requiere su disponibilidad en grandes volúmenes para producir potencia, en comparación con los combustibles fósiles, por lo que el transporte y manejo se encarecen y se reduce la producción neta de energía. La clave para este problema es ubicar el proceso de conversión cerca de las fuentes de producción de biomasa, como aserraderos, ingenios azucareros y granjas, donde los desechos de aserrío, el bagazo de caña y las excretas de animales están presentes. Su
combustión
incompleta
produce
materia
orgánica,
monóxido de carbono (CO) y otros gases. Si se usa combustión a altas temperaturas, también se producen óxidos de nitrógeno. A escala doméstica, el impacto de estas emanaciones sobre la salud familiar es importante. La producción y el procesamiento de la biomasa pueden requerir importantes insumos, como combustible para vehículos y fertilizantes, lo que da como resultado un balance energético reducido en el proceso de conversión. Es necesario minimizar el uso de estos insumos y maximizar los procesos de recuperación de energía. Aún
no
existe
una
plataforma
económica
y
política
generalizada para facilitar el desarrollo de las tecnologías de biomasa, en cuanto a impuestos, subsidios y políticas que cubren, [BIOMASA]
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por lo general, el uso de hidrocarburos. Los precios de la energía no compensan los beneficios ambientales de la biomasa o de otros recursos energéticos renovables. El potencial calórico de la biomasa es muy dependiente de las variaciones en el contenido de humedad, clima y la densidad de la materia prima.
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GLOSARIO
Alcoholes: se
denomina
así
aquellos
hidrocarburos
saturados, o alcanos que contienen un grupo hidroxilo (-OH) en sustitución de un átomo de hidrógeno enlazado de forma covalente.
Biogás: es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica.
Canola: (Brassica napus), es una planta de cultivo de la familia de las Brassicaceae con flores de color amarillo brillante. Se cultiva por todo el mundo para producir forraje, aceite vegetal para consumo humano y biodiesel.
Comburente: se denomina comburente a la sustancia que participa en la combustión oxidando al combustible (y por lo tanto siendo reducido por este último). El comburente más habitual es el oxígeno, que se encuentra normalmente en el aire con una concentración porcentual en volumen aproximada del 21%.
Fermentación: es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto
orgánico.
Estos
productos
finales
son
los
que
caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.
Hidrólisis: es una reacción química del agua con una sustancia. Entre las sustancias que pueden sufrir esta reacción se encuentran numerosas sales, que al ser disueltas en agua, sus iones constituyentes se combinan con los iones hidronio u oxonio, H3O+ o bien con los iones hidroxilo, OH-, o ambos. Dichos iones proceden de la disociación o auto protolisis del agua. Esto produce
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un desplazamiento del equilibrio de disociación del agua y como consecuencia se modifica el valor del pH.
Poder Calorífico: es la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación (quedan excluidas las reacciones nucleares, no químicas, de fisión o fusión nuclear, ya que para ello se usa la fórmula E=mc²).
Reacción Exotérmica: se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprende calor, es decir con una variación negativa de entalpía.
Soja: (Glycine max), es una especie de la familia de las leguminosas (Fabaceae) cultivada por sus semillas, de alto contenido en aceite y proteína. El grano de soja y sus subproductos (aceite y harina de soja, principalmente) se utilizan en la alimentación humana y del ganado.
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CONCLUSIONES
La Biomasa es una alternativa ecológica que debe ser manejada con inteligencia y mucha conciencia, siendo éste el gran reto de los países para el futuro.
A medida que crece la conciencia sobre el calentamiento global,
los
combustibles
biológicos
podría tener
un
futuro
prometedor.
La recolección de la materia prima es un desafío logístico y deberán desarrollarse procedimientos metodológicos para lograr la eficiencia del mismo.
La biotecnología puede contribuir al decrecimiento del desempleo en el mundo, ya que es posible la creación de empresas formales y de esta manera, poder eliminar en lo absoluto el comercio informal.
En América Central, la biomasa es la fuente de energía domestica y representa el 80 % del consumo total.
El etanol ha sido el sustituto del combustible fósil en Brasil. Recordemos que el nivel auto detonante de un combustible se mide a partir del la cantidad de octanos presente en la estructura molecular, y el etanol cumple con esa propiedad.
Algunos procesos de producción de biocombustibles son más eficientes que otros en cuanto al consumo de recursos y a la contaminación ambiental.
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BIBLIOGRAFIA
http://es.wikipedia.org/wiki/Biomasa
BUN-CA. Manual de Energía Renovable. Costa Rica, 2002.
http://www.bun-ca.org/nuevo/index.php
http://www.miliarium.com/Monografias/Energia/E_Renovabl es/Biomasa/Biomasa.asp Martín, F. Generación de energía eléctrica a mediano y largo
plazo. Madrid, 2006.
http://bioenergy.novozymes.com/
http://es.wikipedia.org/wiki/Etanol_como_combustible_en_B rasil
http://www.biotimes.com/EN/Pages/default.aspx
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