Todo sobre energia de biomasa

¿Qué es la biomasa?

La biomasa es todo material biológico derivado de los organismos vivos. Una definición más científica del término biomasa sería:

– Según la Real Academia de la Lengua Española: es la materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía.

– Según la especificación técnica europea (CEN/TS 14588): la biomasa es todo material de origen biológico excluyendo aquellos que han sido englobados en formaciones geológicas sufriendo un proceso de mineralización.

Habitualmente pensamos en la biomasa como fuente de energía. Por eso, se considera el sentido de material a base de plantas, pero el significado de biomasa se puede igualmente aplicar tanto a los materiales de origen animal como de origen vegetal.

Los tipos de biomasa

La biomasa se puede obtener de diversas fuentes. A continuación, veamos los tipos de biomasa más frecuentes:

Biomasa natural

La biomasa natural es aquella que se genera en los ecosistemas naturales, sin ningún tipo de intervención por parte del ser humano. La leña o las ramas son un ejemplo de este tipo de biomasa.

Cuando la biomasa natural es creada de forma intencionada por el hombre da lugar al siguiente tipo de biomasa

Biomasa forestal

La biomasa forestal se define como la materia orgánica que existe en un determinado ecosistema forestal (bosque), tanto por encima como por debajo del suelo y se suele clasificar en Natural y Residual Seca.

La biomasa forestal es generada de forma planificada por el hombre y tiene un destino. La leña de toda la vida, los pellets, la astilla triturada, la astilla de corte, proveniente de cualquier parte del árbol, constituyen la biomasa forestal con mejor empleo. La obtención de este tipo de biomasa la encontraremos en:

Bosques: por ejemplo los restos de tala y poda de árboles y arbustos. Las operaciones de prevención de incendios en los bosques genera gran cantidad de residuos que es una excelente fuente de biomasa.

Cultivos especiales: son cultivos de árboles con el objetivo de producir energía. Algunas de las especies habituales en este tipo de cultivos son: el sauce, chopo y eucalipto.

La biomasa lignocelulósica de origen vegetal, está constituida por tejidos de los vegetales cuyas células presenta una pared celular constituida a su vez por un entramado de microfibrillas de celulosa formando capas recubiertas de hemicelulosa y sobre las que se deposita la lignina.

Esta pared celular permite crear y sostener la estructura de las plantas para captar la radiación solar, confiriéndoles una mayor resistencia mecánica y a posibles patógenos. Es por esto por lo que es tan difícil su aprovechamiento para la obtención de compuestos derivados de la biomasa. Se requieren de métodos de tratamiento o fraccionamiento para poder acceder a ellos pero ninguno de ellos es capaz de aislar completamente cada componente sin modificarlo o degradarlo en al menos una parte.

Para un mejor entendimiento de lo que es la biomasa lignocelulósica y poder aprovecharla, se deben conocer cuáles son los componentes principales de las paredes celulares y estos a su vez, se pueden dividir en tres fracciones orgánicas con las siguientes composiciones representativas en peso seco: 20% -50% de celulosa, 15% -35% de hemicelulosa y 10% -30% de lignina. Además, también contiene cantidades más pequeñas de otros componentes minoritarios; proteínas (3-10%), lípidos (1.5%), azúcares solubles, denominados extractivos y minerales (10.5%), que en los análisis químicos se estiman como cenizas.

Biomasa residual

Residuos de Agricultura: por ejemplo los procedentes de restos de poda, tallos, rastrojo, desbroce, cáscaras, pulpa, caña de azúcar, etcétera. El poder calorífico de esta materia es de 15 MJ/kg en base seca. El principal inconveniente de los residuos agrícolas es su coste de producción, recolección y transporte a la planta de biomasa.

Residuos de ganadería: por ejemplo los purines del ganado porcino y las gallinazas del ganado avícola. Actualmente está limitado debido a su carácter contaminante.

Residuos industriales: por ejemplo fangos procedentes de depuradoras, lejía de fabricación de papel, papel, cartón, aceites,… en general esta materia biológica tiene un poder calorífico similar a la madera. Los aceites tienen un poder calorífico parecido al petróleo debido a su naturaleza de hidrocarburo. Las industrias que generan gran cantidad de residuos industriales habitualmente la reutilizan y la energía obtenida la emplean en autoconsumo.

Los residuos sólidos urbanos: son residuos que producen los habitantes y son normalmente trasladados a vertederos. Su poder calorífico oscila entre 3,4 y 6,7 MJ/kg en base seca.

La composición de la biomasa residual es variada. Tiene una parte inerte (vidrio, metales, cerámica, cenizas y escorias), y otra parte biológica (resto de comida, textiles, madera, cartón, papel,…).

¿Cómo funciona la energia de biomasa?

La generación de energía de biomasa se alcanza mediante dos tipos de procesos:

Térmicos: estos son la combustión, gasificación y pirólisis.

Bioquímicos: destacan la digestión anaerobia y la fermentación alcohólica.

Combustión

La combustión es un proceso térmico oxidativo, donde se origina calor derivado de la combustión total de la biomasa en presencia de oxígeno.. En esta reacción se libera dióxido de carbono, cenizas, vapor de agua y calor. Es lo que tradicionalmente se conoce como quemar algún producto La biomasa forestal con forma de pellets, astillas o productos compactados son quemados en calderas, obteniendo así energía calórica.

Gasificación

El proceso de gasificación es un tipo de combustión parcial donde hay poca cantidad de oxígeno. Estas condiciones producen elementos gaseosos que almacenan la mayor cantidad de energía propia de la biomasa. Estos biogases se pueden usar en motores de combustión interna en distintas calidades: Gas pobre o de síntesis.

El biogas es un subproducto de la biomasa que se utiliza en las depuradoras de agua residual desde hace mucho tiempo para reducir el volumen de los fangos y generar energía de autoconsumo.

Pirólisis

La pirólisis es otra forma de combustión donde el oxígeno está ausente. Requiere de una aportación de energía grande, la cual se obtiene de la biomasa en sí misma. Con este procedimiento se obtienen hidrocarburos gaseosos, óxidos de carbono compuestos hidrogenados, alquitranes, cenizas, etc.

Procesos bioquímicos

La biomasa puede obtenerse en la segunda fase de tratamientos de generación. Gran parte de los remanentes sólidos urbanos, las fracciones orgánicas y residuos de las plantas de tratamiento de agua son sometidos a metanización. Se emplea digestión anaerobia (libre de aire) para obtener gases con alto contenido de metano que se usan en motores de combustión.

Por otro lado, otros subproductos, cultivos y residuos son sometidos a fermentación alcohólica, obteniéndose etanol que, al mezclarlo con gasolina, forma biocombustible.

Aprovechamiento de la energia de biomasa en España

Además del bienestar que genera a los ciudadanos el bosque es fuente de biomasa forestal que puede producir energía renovable para los vecinos y favorecer el mantenimiento de los bosques.

Según la Asociación Española de Valorización Energética de la Biomasa (Avebiom), la producción de pellet en España tiene todavía un amplio margen de crecimiento. Sólo se utiliza un 35% de los recursos de biomasa que se generan anualmente, lo que representa en torno a 50 millones de metros cúbicos.

Este bajo aprovechamiento de la biomasa provoca una excesiva acumulación de madera en el monte. España tiene más de 28 millones de hectáreas forestales, con unas existencias de más de 1.100 millones de metros cúbicos de biomasa (madera, leñas, etc.). Si comparamos estos datos con la media europea nos encontramos aproximadamente unos treinta puntos por debajo de la media.

Sólo en el País Vasco existen más de 400.000 ha arboladas, repartidas a partes iguales entre bosques de frondosas y coníferas o entre bosques de origen natural y plantaciones forestales. El pino radiata, con cerca de 135.000 ha, domina entre las coníferas de plantación y el haya, con 55.000 ha, es la frondosa de origen natural más extendida.

Se calculan unas existencias totales en nuestros bosques de 62.600.000 m3 con un crecimiento anual de 3.500.000 m3/año de los que se da aprovechamiento anual a 1.200.000 m3/año quedando en nuestros montes un incremento neto anual 2.300.000 m3/año.

Datos de expobiomasa

Los datos ofrecidos en el evento nacional del sector de la biomasa más importante de España, Expobiomasa, apuntan que la producción de este combustible sigue en aumento.

Al cierre de 2021 operaban en España 497.556 estufas y calderas de pellets, son 74.655 más que el año anterior. Las ventas de equipos de uso doméstico, hasta 50kW de potencia, se han incrementado un 40,3%. Son los datos aportados por www.observatoriobiomasa.es que gestiona la Asociación Española de la Biomasa.

El uso de biomasa, y en especial de pellets, es uno de los sistemas de calefacción preferidos en el ambito rural español. Une el uso de una energía mucho más económica que las convencionales como son la electricidad, el gas fósil o el gasóleo a las ventajas de usar una energía renovable de origen natural y local. El uso de pellets colabora directamente en la gestión forestal sostenible porque aprovecha la biomasa de los bosques españoles y contribuye directamente a reducir el riesgo de incendios forestales.

Esta cifra récord de ventas en 2021, está siendo sobrepasada por las previsiones de venta de estufas y calderas domésticas de pellets en España durante el presente año. La razón, pues que pesar de que el precio del pellet está aumentando de forma considerable a causa de los costes de fabricación y transporte, el ahorro es mucho mayor que antes debido a que los combustibles fósiles, como el gas o el gasóleo, y la electricidad han multiplicado sus precios debido a dependencia internacional de los mismos.

Grandes instalaciones de biomasa en España

Andalucía lidera el sector de la biomasa eléctrica con 17 instalaciones de biomasa, que suman 164,2 MW, el 30% del total nacional. A esta energía se suma la proveniente de las trece plantas de biogás existentes que aportan 15,2 MW.

En Huelva está situada la planta de biomasa de ENCE que tiene el honor de ser la planta de biomasa más grande de España.

Castilla León también cuenta con grandes instalaciones de biomasa como son: Valencia de Don Juan, Briviesca, Alcazar de San Juan, Almazan y Talosa. Todas ellas construida por Acciona energía.

En Castilla La Mancha también podemos encontrar magnificas plantas de generación de energía con biomasa, como son: Mohorte, Pinasa, Villarta de San Juan, y Corduente.

Otras plantas de biomasa destacadas son: Sanguesa (Navarra), Miajadas (Caceres), y Utiel (Valencia).

La composición de la biomasa

La composición de la biomasa se puede dividir en base seca (ausencia de humedad) y en base húmeda (con presencia de humedad). Atendiendo a la composición de la biomasa podemos clasificarla en biomasa primaria y biomasa secundaria.

La biomasa primaria puede ser:

Biomasa amilacea: en su composición predomina el almidón que es un polímero de la glucosa.

Biomasa azucarada: se caracteriza porque en su composición destaca los azúcares monosacáridos como la fructosa y la glucosa.

Biomasa leñosa: es aquella donde la composición principal está formada por celulosa. Habitualmente está formada por un 75% de celulosa y un 25% de lignina.

La biomasa secundaria es la que se obtiene a partir de transformaciones naturales posteriores. En la biomasa secundaria pueden predominar los compuestos orgánicos, las sales inorgánicas, o minerales como el nitrógeno, azufre, fósforo, y cloro.

¿Qué pasa cuando la biomasa es un problema?

Como todo en la vida, por defecto o por exceso cualquier cosa puede plantear problemas. En el caso de la biomasa, si no se consume puede provocar inconvenientes por su lenta degradación.

En estos casos, una alternativa es recurrir a tratamientos biológicos para la reducción de la biomasa. Este tipo de tratamientos utilizan diferentes tipos de hongos y bacterias para reducir la cristalinidad de la biomasa y facilitar los procesos de conversión a productos finales o a la reducción de volumen.

El tratamiento de la biomasa con microorganismos se muestra como una técnica prometedora, ya que cuenta con varias ventajas: no necesita de reactivos químicos que comprometan el medio ambiente, y tienen bajo costo energético.

Los microorganismos más utilizados son los hongos, que según su mecanismo de degradación de la biomasa leñosa se pueden identificar como, hongos de pudrición blanca, parda o blanda. Los dos últimos tienen grandes efectos sobre la celulosa. Sin embargo, solo los hongos de pudrición blanca tienen capacidad de degradar la lignina.

Varios hongos de la pudrición blanca como Phanerochaete chrysosporium, Ceriporia lacerata, Cyathus stercolerus, Ceriporiopsis subvermispora, Pycnoporus cinnarbarinus y Pleurotus ostreaus se han examinado en diferentes biomasa forestal mostrando una alta eficiencia de deslignificación.

El tratamiento biológico también se extiende al reino procariota, pero la degradación bacteriana de la biomasa es un proceso lento, ya que carecen de enzimas potentes en la degradación de la lignina y celulosa. Actualmente, los tratamientos biológicos son lentos, y requieren de un riguroso control del crecimiento microbiano. No obstante, las líneas de investigación están abiertas y continúan aportando nuevas soluciones.