Biomasa

1. Biomasa

2. CLAVES PARA UNA BUENA DIGESTION ANAEROBIA • PH • ALCALINIDAD • NUTRIENTES • TOXICOS E INHIBIDORES

3. Introducción • La biomasa es toda sustancia orgánica renovable de origen tanto animal como vegetal. La energía de la biomasa proviene de la energía que almacenan los seres vivos. • Los vegetales al realizar la fotosíntesis, utilizan la energía del sol para formar sustancias orgánicas. Después los animales incorporan y transforman esa energía al alimentarse de las plantas.

4. Los productos de dicha transformación, que se consideran residuos, pueden ser utilizados como recurso energético.

5. Historia • Desde principios de la historia de la humanidad, la biomasa ha sido una fuente energética esencial para el hombre. • Ya en la Edad de Piedra, los primeros hombres se calentaron junto al fuego y cocieron su presa de caza sobre él.

6. Hasta la revolución industrial, la biomasa ha servido para cubrir las necesidades de calor e iluminación tanto en la vida cotidiana como en las distintas industrias.

7. Primeros usos • Cocinar. • Calefacción. • Elaboración de cerámica. • Producción de metales. • Alimentación de las maquinas de vapor.

8. En los usos mas sofisticados como la producción de metales y la alimentación de maquinas de vapor, progresivamente se requirió de una mayor cantidad de energía en un espacio cada vez mas reducido. Esto promovió el uso del carbón como combustible sustitutivo a mediados del siglo XVIII.

9. Desde ese momento se empezaron a utilizar fuentes energéticas con un mayor poder calorífico, y el uso de la biomasa declinó hasta mínimos históricos. • Sin embargo, algunos países pobres obtienen el 90% de su energía de la leña y otros biocombustibles.

10. BIOMASA Y SUS TIPOS

11. Se distinguen varios tipos de biomasa, según la procedencia de las sustancias empleadas

12. Biomasa vegetal, relacionada con las plantas en general (troncos, ramas, tallos, frutos, restos y residuos vegetales, etc.)

13. La biomasa animal, obtenida a partir de sustancias de origen animal (grasas, restos, excrementos, etc.)

14. Otra forma de clasificar los tipos de biomasa se realiza a partir del material empleado como fuente de energía: • NATURAL • RESIDUAL • FOSIL • BIOMASA SECA Y HUMADA • CULTIVOS ENERGETICOS

15. NATURAL • La biomasa natural es la que se produce en la naturaleza sin intervención humana. Por ejemplo, las podas naturales de los bosques.

16. Caldera de combustión de biomasa en una central térmica de 2 MW en Lübeck,Alemania.

17. RESIDUAL • La biomasa residual es el subproducto o residuo generado en las actividades agrícolas (poda, rastrojos, etc.), silvícolas y ganaderas, así como residuos de la industria agroalimentaria (alpechines, bagazos, cáscaras, vinazas, etc.) y en la industria de transformación de la madera (aserraderos, fábricas de papel, muebles, etc.), así como residuos de depuradoras y el reciclado de aceites.

18. Briquetas obtenidas a partir de residuos de madera de haya, preparadas para combustión en calderas y chimeneas.

19. FOSIL • Es aquella que procede de la biomasa obtenida hace millones de años y que ha sufrido grandes procesos de transformación hasta la formación de sustancias de gran contenido energético como el carbón, el petróleo, o el gas natural

20. BIOMASA SECA Y HUMEDA • Según la proporción de agua en las sustancias que forman la biomasa, también se puede clasificar en:

21. Biomasa seca: madera, leña, residuos forestales, restos de las industria maderera y del mueble, etc. • Biomasa húmeda: residuos de la fabricación de aceites, lodos de depuradora, purines, etc.

22. CULTIVOS ENERGETICOS

23. CULTIVOS ENERGÉTICOS Son plantaciones de crecimiento rápido que se realizan con el propósito especifico de producir energía .

24. CULTIVOS ENERGÉTICOS • Estos tienen como premisa la obtención de forma rentable de la máxima cantidad neta posible de energía lo que significa que los balances de energía y económico del producto deben ser positivos.

25. EL CULTIVO Y LA MANIPULACIÓN • Estos deben ser compatibles con las características de la zona de producción • No deben requerir para su cultivo maquinaria ni útiles diferentes a los de los cultivos tradicionales. • Ser cultivos vivaces , con capacidad rebrotadora.

26. Presentar una alta resistencia : - Soportar con mínimos cuidados la competencia de malas hierbas y el ataque de plagas. - Deben poseer una alta eficiencia fotosintética.

27. CULTIVOS ENERGÉTICOS • El cultivo de estas plantas para el aprovechamiento energético es bastante discutido. En primer lugar porque la rentabilidad de estos cultivos no es muy grande. Y en segundo lugar, por la posible competencia que podrían ejercer sobre los cultivos tradicionales.

28. Aplicacionesde la biomasa

29. La gran variedad de biomasas existentes unidas al desarrollo de distintas tecnologías de transformación de éstas en energía (Combustión directa,Pirólisis, Gasificación, Fermentación, Digestión anaeróbica,...) permiten plantear una gran cantidad de posibles aplicaciones entre las que destacan la producción de energía térmica, electricidad, biocombustibles y gases combustibles.

31. Producción de Energía Térmica • Aprovechamiento convencional de la biomasa natural y residual.  Los sistemas de combustión directa son aplicados para generar calor, el cual puede ser utilizado directamente, como por ejemplo, para la cocción de alimentos o para el secado de productos agrícolas. Además, éste se puede aprovechar en la producción de vapor para procesos industriales y electricidad.  • Los procesos tradicionales de este tipo, generalmente, son muy ineficientes porque mucha de la energía liberada se desperdicia y pueden causar contaminación cuando no se realizan bajo condiciones controladas.

32. Producción de Energía Eléctrica • Obtenida minoritariamente a partir de biomasa residual (restos de cosecha y poda) y principalmente a partir de cultivos energéticos leñosos, de crecimiento rápido (Álamo o Chopo , Sauce, Eucalipto, Coníferas, Plátano,...) y herbáceos (Cardo lleno , Miscanto, Caña de Provenza, Euforbias, Chumberas,...). • También se utiliza el biogás resultante de la fermentación de ciertos residuos (lodos de depuradora, Residuos Sólidos Urbanos…) para generar electricidad.  

33. Cardo lleno Miscanto Chumberas Euforbias

34. El rendimiento neto de la generación de electricidad en las plantas de biomasa es bajo, del orden del 20% referido a su poder calorífico inferior. Ello se debe fundamentalmente al pequeño tamaño de la planta de producción. La caldera tiene un rendimiento moderado al quemar un combustible de alto contenido en humedad, y su consumo en servicios auxiliares es alto, por encima del 8% de la producción total de electricidad en salida de alternador. • Una posibilidad de incrementar el rendimiento energético en el uso de la biomasa, es la cogeneración de calor y electricidad

35. La condensación del vapor supone una evacuación de calor cercano a la mitad de la energía contenida en la biomasa; la recuperación de parte de ese calor de condensación en forma de vapor de baja temperatura o agua caliente, para usos industriales o domésticos, supone un aumento de la eficiencia energética. Para ello se puede disponer de una turbina de contrapresión o bien hacer una extracción de vapor con volumen significativo en la zona de baja presión de la turbina. Se instalan los intercambiadores de calor adecuados y se pueden obtener rendimientos globales de entre un 40 y un 60%. • La gasificación es una alternativa con mejores rendimientos que la combustión en calderas. El empleo de motores diesel o de turbinas de gas para quemar el gas producido puede elevar el rendimiento a valores por encima del 30%, sin embargo ésta es una opción se usa muy poco.

36. Producción de Biocombustibles • Existe la posibilidad, ya legislada, de alimentar los motores de gasolina con bioalcoholes (obtenidos a partir de Remolacha, Maíz, Sorgo dulce, Caña de azúcar, Patata,....) y los motores diesel con bioaceites (obtenidos a partir de, Girasol, Soja o soya,...).

37. Producción de gases combustibles • Aplicación poco utilizada actualmente. Consiste en la descomposición de la biomasa en un digestor para obtener un gas, cuyo compuesto combustible es básicamente metano, pero también contienen nitrógeno, vapor de agua y compuestos orgánicos. • El proceso es adecuado para tratar a la biomasa húmeda • El gas obtenido es de bajo poder calorífico, pero útil en aplicaciones térmicas en el entorno ganadero o agrícola, suministrando luz y calor.

38. En el caso de instalaciones de mayor tamaño, se puede llegar a colocar motores diesel de hasta varios cientos de kilovatios de potencia para la generación de electricidad; existen ya ejemplos industriales de ello. • La producción de gas se puede controlar adecuándola a la demanda; incluso puede hacerse que durante varias horas el digestor se mantenga embotellado, sin producir gas, durante los períodos en los que no exista consumo energético.

39. Otra posibilidad para la producción de gas es el empleo de un gasificador, que inyecta aire u oxígeno y vapor de agua. Opera a elevada temperatura, entre 800 y 1200ºC, con lo cual la cinética de las reacciones es más alta. El gas contiene CO, H2, pequeñas concentraciones de metano, nitrógeno y vapor de agua. Tiene un poder calorífico medio. • Existen varias alternativas de gasificación • El lecho fijo sirve para tratar pequeñas cantidades de biomasa. • Ellecho fluido tratan mayores cantidades, siendo éstos utilizados para la generación de electricidad.

40. Al problema operativo de la gasificación, se une el de la producción de alquitranes y otros compuestos orgánicos pesados. Esto hace posible la combustión del gas en equipos industriales, calderas y hornos o en motores diesel para generación eléctrica, pero dificulta la extensión a turbinas de gas en sistemas eléctricos de alta eficiencia. La alternativa es purificar el gas, pero es caro.    

41. BIODIESEL

43. El biodiésel es un biocarburante (nombre genérico de los biocombustibles para automoción) líquido producido a partir de los aceites vegetales y grasas animales, siendo la colza, el girasol y la soja las materias primas más utilizadas para este fin.

44. Las propiedades del biodiésel son prácticamente las mismas que las del gasóleo de automoción. Además, presenta un punto de inflamación superior. Por todo ello, el biodiésel puede mezclarse con el gasóleo.

45. Cualquier materia que contenga triglicéridos puede utilizarse para la producción de biodiésel (girasol, colza, soja, aceites de fritura usado, sebo de vaca,...).

46. Proceso Discontinuo Es el método más simple para la producción de Diesel. Se trata de reactores con agitación, donde el reactor puede estar sellado o equipado con un condensador de reflujo. Las condiciones de operación más habituales son a temperaturas de 65ºC, aunque rangos de temperaturas desde 25ºC a 85ºC también han sido publicadas. El catalizador más común es el NaOH.

47. Proceso Continuo Una variación del proceso discontinuo es la utilización de reactores continuos del tipo tanque agitado, los llamados CSTR del inglés, ContinuousStirredTank Reactor. Este tipo de reactores puede ser variado en volumen para permitir mayores tiempos de residencia y lograr aumentar los resultados de la reacción.

48. Un elemento esencial en el diseño de los reactores CSTR es asegurarse que la mezcla se realiza convenientemente para que la composición en el reactor sea prácticamente constante

49. La glicerina subproducto del biodiésel • En la síntesis del biodiésel, se forman entre el aceite y el alcohol, ésteres en una proporción aproximada del 90% más un 10% de glicerina. La glicerina representa un subproducto muy valioso que de ser refinada a grado farmacológico puede llegar a cubrir los costos operativos de una planta productora

50. Ventajas