Diseño de un proyecto de cultivo y explotación sostenible de madera para pelletización con destino al abastecimiento energético de Leticia (Amazonas)

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(1)DISEÑO DE UN PROYECTO DE CULTIVO Y EXPLOTACIÓN SOSTENIBLE D E MADERA PARA PELLETIZACIÓN CON DESTINO AL ABASTECIMIENTO ENERGÉTICO D E LETICIA (AMAZONAS). PROYECTO DE GRADO. Autor: Daniel Herrera Villegas 200522345. Asesor: Fidel Torres Profesor Asociado. Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad de los Andes. Bogotá, Mayo de 2010 1.

(2) AGRADECIMIENTOS. Agradezco a todas las personas que hicieron parte de este trabajo. Entre ellas se encuentran Jaime Loboguerrero, gestor de la idea del proyecto. Fidel Torres, quien me ayudó con toda su dedicación. Cesar Polanco, quien brindó su asesoría incondicionalmente. A todos ellos, muchas gracias.. 2.

(3) DEDICATORIA. Dedico este trabajo de grado a mi Padre, Rafael Herrera; a mi tía María Lucía Villegas; y a mi hermano, Juan Pablo.. 3.

(4) Tabla de contenido 1.. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 9. 2.. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA........................................................................................... 10. 3.. ANTECED ENTES ................................................................................................................ 11 3.1. Plantas de generación de energía a partir de la biomasa en el mundo.......................... 11. 3.2. Plantas de generación de energía a partir de la biomasa en América ........................... 13. 3.2.1. Honduras .......................................................................................................... 13. 3.2.2. Paraná, Brasil .................................................................................................... 14. 3.2.3. Piratini, Brasil .................................................................................................... 14. 3.2.4. Cabrero, Chile ................................................................................................... 14. 3.3 4.. 5.. Resumen de los proyectos en curso ........................................................................... 15. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................. 17 4.1. Pelletización de madera y utilización de biomasa como combustib le ........................... 17. 4.2. Antecedentes sobre trabajos de investigación ............................................................ 18. 4.3. Optimización en la producción y el manejo de los recursos forestales.......................... 19. 4.4. Información legal del proyecto .................................................................................. 20. 4.5. Proyectos futuros ..................................................................................................... 21. DESARROLLO DEL PROBLEMA ........................................................................................... 22 5.1. Conceptos relevantes................................................................................................ 22. 5.1.1. Pell et de madera ............................................................................................... 22. 5.1.2. Biomasa Leñosa ................................................................................................ 22. 5.1.3. Humedad.......................................................................................................... 22. 5.2. Proceso de Producción.............................................................................................. 23. 5.2.1. Almacenamiento de materia prima .................................................................... 24. 5.2.2. Secado.............................................................................................................. 24. 5.2.3. Triturado .......................................................................................................... 25. 5.2.4. Pell etización...................................................................................................... 25. 5.2.5. Enfriamiento ..................................................................................................... 25. 5.2.6. Almacenamiento ............................................................................................... 26. 5.2.7. Empaque .......................................................................................................... 26. 5.2.8. Despacho.......................................................................................................... 26. 5.2.9. Diagrama de proceso......................................................................................... 26 4.

(5) 5.3. Consideraciones sobre la materia prima..................................................................... 27. 5.3.1 5.4. Características del Amazonas .................................................................................... 27. 5.5. Cosecha sostenible del bosque natural ...................................................................... 28. 5.6. Estudio sobre las especies a utilizar ........................................................................... 28. 5.6.1. Especies utilizadas en el mundo ......................................................................... 28. 5.6.2. Eucaliptos ......................................................................................................... 29. 5.6.3. Coníferas .......................................................................................................... 30. 5.6.4. Otras especies................................................................................................... 31. 5.7. Proceso de selección de las especies definitivas (autóctonas e introducidas)................ 31. 5.7.1 5.8 6. 7. Residuos industriales ......................................................................................... 27. Descripción detallada de las especies ................................................................. 32. Especies definitivas................................................................................................... 35. CÁLCULOS ....................................................................................................................... 37 6.1. Nomenclatura .......................................................................................................... 37. 6.2. Parámetros .............................................................................................................. 38. 6.3. Procedimiento.......................................................................................................... 38. 6.3.1. Cálc ulo del requerimiento de volumen ............................................................... 38. 6.3.2. Cálc ulo del área óptima por especie en cada periodo (Problema de Optimización) 41. ESTUDIO DE FACTIBILIDAD................................................................................................ 46 7.1. Costos...................................................................................................................... 46. 7.1.1. Costo de la tierra............................................................................................... 46. 7.1.2. Costo de sie mbra .............................................................................................. 46. 7.1.4. Costo de producción (explotación de la cosecha maderera)................................. 48. 7.1.5. Costo de transporte........................................................................................... 49. 7.2. Planta de pelletización .............................................................................................. 50. 7.2.1. Maquinaria ....................................................................................................... 51. 7.2.2. Resumen de la maquinaria requerida ................................................................. 56. 7.3. Inversión .................................................................................................................. 57. 7.4. Cálculo de la tasa de descuento ................................................................................. 57. 7.5. Ingresos ................................................................................................................... 59. 7.6. Costo de producción de pellets.................................................................................. 60. 7.7. Ventas ..................................................................................................................... 60 5.

(6) 7.8 8. Valor Presente Neto del Proyecto .............................................................................. 60. ANÁLISIS DE R ESULTADOS ................................................................................................ 61 8.1. Razonamiento del valor del proyecto ......................................................................... 61. 8.2. Escenarios alternos ................................................................................................... 61. 9. 8.2.1. Escalonada del precio del petróleo ..................................................................... 62. 8.2.2. Imposición de un decreto gubernamental........................................................... 63. 8.2.3. Enfoque tradicional del uso de desperdicios de la industria maderera .................. 63. CONCLUSIONES................................................................................................................ 66. 10. BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................. 69. 1.. ANEXO 1 ‐ R EVISIÓN DE LOS ASPECTOS LEGALES ................................................................ 72 1.1. Decreto 1791 de 1996............................................................................................... 72. 1.2. Decreto 2811 de 1974............................................................................................... 73. 1.3. Ley 99 de 1993 ......................................................................................................... 74. 2.. ANEXO 2 ‐ R ESULTADOS DEL MODELO DE OPTIMIZACIÓN .................................................. 75. 3.. ANEXO 3 ‐ ESTUDIO DE FAC TIBILIDAD................................................................................ 76 3.1. Costo de la tierra ...................................................................................................... 76. 3.2. Costo de establecimiento y siembra........................................................................... 76. 3.3. Costo de explotación ................................................................................................ 76. 3.4. Costo de mantenimiento........................................................................................... 77. 3.4.1. Años 2 y 3 ......................................................................................................... 77. 3.4.2. Años 4 y 5 ......................................................................................................... 77. 3.5. Costo de transporte .................................................................................................. 78. 3.6. Flujo de costos total.................................................................................................. 78. 3.7. Ventas ..................................................................................................................... 79. 3.8. Flujo de caja (final).................................................................................................... 79. 3.9. Valor presente neto (VPN) del proyecto ..................................................................... 80. 6.

(7) Índice de Tablas Tabla 1 ‐ Plantas generadoras de energía en Canadá ................................................................. 11 Tabla 2 ‐ Plantas generadoras de energía en Alemania .............................................................. 12 Tabla 3 ‐ Plantas generadoras de energía en Europa .................................................................. 12 Tabla 4 ‐ Plantas generadoras de energía en EEUU .................................................................... 13 Tabla 5 ‐ Poder calorífico contra contenido de humedad ........................................................... 23 Tabla 6 ‐ Poder calorífico y humedad en diferentes procesos de secado ..................................... 23 Tabla 7‐ Parámetros de la Amazonía......................................................................................... 28 Tabla 8 ‐ Clasificación y parámetros de especies utilizadas en plantaciones industria les .............. 29 Tabla 9 ‐ Características de las especies candidatas ................................................................... 32 Tabla 10 ‐ Aspectos generales de la s especies finales................................................................. 36 Tabla 11 ‐ Valores de los parámetros a utili zar .......................................................................... 38 Tabla 12 ‐ Valores iniciales del proceso iterativo........................................................................ 39 Tabla 13 ‐ Porcentajes de área por especie finales..................................................................... 45 Tabla 14 ‐ Precio de la tierra en el Amazonas ............................................................................ 46 Tabla 15 ‐ Costos de siembra por especie incluyendo ajustes e incentivos .................................. 47 Tabla 16 ‐ Costos de mantenimiento por año incluyendo ajustes e incentivos ............................. 48 Tabla 17 ‐ Costos de explotación ($COP/m3 ) por densidad y tipo de geografía............................. 48 Tabla 18 ‐ Valor neto del costo de explotación .......................................................................... 48 Tabla 19 ‐ Costo del transporte animal...................................................................................... 50 Tabla 20 ‐ Densidad de la madera recién cortada por especie .................................................... 50 Tabla 21 ‐ Parámetros de la jornada laboral .............................................................................. 51 Tabla 22 ‐ Requerimiento de la capacidad de producción........................................................... 51 Tabla 23 ‐ Principales fabricantes de maquinaria para plantas de pelletización............................ 51 Tabla 24 ‐ Validación de la capacidad de la empacadora ............................................................ 56 Tabla 25 ‐ Volumen real por bolsa empacada ............................................................................ 56 Tabla 26 – Resumen de la maquinaria requerida (cantidad, marca y modelo).............................. 57 Tabla 27 ‐ Parámetros utilizados en el cálculo del WACC............................................................ 58 Tabla 28 ‐ WACC para diferentes estructuras de financiación ..................................................... 59 Tabla 29 ‐ Cálculo del precio de venta por tonelada................................................................... 59 Tabla 30 ‐ Cálculo de la inversión en diesel para generar 10 MW................................................ 62 Tabla 31‐ Precio de venta de las maderas utilizadas en el proyecto ............................................ 64 Tabla 32 ‐ Volumen útil de madera y desperdicios (1) ................................................................ 65 Tabla 33 ‐ Volumen útil de madera y desperdicios (2) ................................................................ 65 Tabla 34 ‐ Área a cultivar por especie por periodo ..................................................................... 75 Tabla 35 ‐ Costos de establecimiento y siembra por periodo ...................................................... 76 Tabla 36 ‐ Costo de explotación................................................................................................ 76 Tabla 37 ‐ Costo de mantenimiento para los años 2 y 3.............................................................. 77 Tabla 38 ‐ Costo de mantenimiento para los años 4 y 5.............................................................. 77 Tabla 39 ‐ Costo de transporte ................................................................................................. 78 Tabla 40 ‐ Flujo de costos total ................................................................................................. 78 Tabla 41 ‐ Descripción de los ingresos....................................................................................... 79 7.

(8) Tabla 42 ‐ Flujo de caja por periodo .......................................................................................... 80. Índice de Ilustraciones Ilustración 1 ‐ Esquema del proceso de producción ................................................................... 24 Ilustración 2 ‐ Diagrama del proceso de pelletizació n................................................................. 26 Ilustración 3 ‐ Dinámica del proceso de cálculo ......................................................................... 39 Ilustración 4 ‐ Dinámica del proceso de siembra y explotación ................................................... 41 Ilustración 5 ‐ Astillador (Wood chimper).................................................................................. 52 Ilustración 6 ‐ Especificaciones técnicas de los diferentes modelos de Astilla dores ...................... 52 Ilustración 7 – Trituradora........................................................................................................ 53 Ilustración 8 ‐ Especificaciones técnicas de los diferentes modelos de trituradoras...................... 53 Ilustración 9 ‐ Secador de tambor rotatorio............................................................................... 53 Ilustración 10 ‐ Molino de pelletización..................................................................................... 54 Ilustración 11 ‐ Especificaciones técnicas de los diferentes modelos de molinos de pelletización.. 54 Ilustración 12 ‐ Diferentes vistas del enfriador .......................................................................... 55 Ilustración 13 ‐ Especificaciones técnicas de los diferentes modelos de enfriadores .................... 55 Ilustración 14 – Empacadora .................................................................................................... 56 Ilustración 15 ‐ Precio de venta por m 3 de diferentes maderas brasileras.................................... 64. Índice de Cuadros Cuadro 1 ‐ Industria y proyectos en curso ................................................................................. 16 Cuadro 2 ‐ Información general ................................................................................................ 18 Cuadro 3 ‐ Trabajos de investigación ........................................................................................ 19 Cuadro 4 ‐ Información sobre los aspectos legales..................................................................... 20 Cuadro 5 ‐ Proyectos futuros.................................................................................................... 21 Cuadro 6 ‐ Descripción y VPN de los diferentes escenarios......................................................... 67 Cuadro 7 ‐ Consideraciones positivas y negativas de los dife rentes escenarios ............................ 68. 8.

(9) 1.. INTRODUCCIÓN. La fuente principal de energía en el mundo de hoy proviene principalmente de los hidrocarburos. Aunque el petróleo ha sido el principal impulsor del desarrollo de la humanidad en general durante el siglo pasado, hoy en día surge una polémica en torno al futuro de la energía y la manera de generarla, teniendo en cuenta políticas que incluyan la explotación y el desarrollo sostenible de los recursos. En la actualidad vemos cómo toma cada vez más fuerza el tema de las energías renovables, impulsado principalmente por la preocupación ante el agotamiento del petróleo y los efectos devastadores que su explotación ha tenido sobre el medio ambiente. Ante esta problemática se ha oído hablar de varias alternativas. Entre las más comunes se encuentra el uso de la energía eólica y la energía sola r. Pero, ¿qué tanto se hablado de la utilización de la biomasa para la generación de energía? ¿Puede llegar a ser la explotación sostenible del bosque natural una práctica importante en la generación de energía para el resto de siglo y los años venideros? Y ¿Qué tan interesante y alentadora puede llegar a ser esta propuesta para un inversionista en términos de rentabilidad? Estas son algunas de las preguntas que surgen en torno a esta alternativa de generación de energía renovable, que tímidamente ha ido apareciendo dentro del portafolio de opciones para la sustitución de las formas tradicionales de generación por modos amigables con el ambiente. La Amazonía colombiana y en especial Leticia generan su energía eléctrica a partir de la quema de combustibles tales como fuel oil , diesel y gasolina, que son comprados en el exterior y son transportados para ser utilizados en plantas generadoras de poblaciones de la región. En este trabajo se propone desarrollar una fuente de energía renovable a partir de la cosecha de madera para producir pell ets que puedan reemplazar el programa actual de importación de hidrocarburos (Loboguerrero, 2009). La madera verde tiene un poder calorífico de 8MJ/kg, pero al secarla y compactarla su poder calorífico asciende a unos 16MJ/kg. La selva natural puede producir cerca de 25 toneladas de madera verde por hectárea por año, que al ser procesadas en la planta pelletizadora se pueden convertir en 12 toneladas de un material compacto con el doble de su capacidad calorífica.. 9.

(10) 2. DESCRIPCIÓN D EL PROBLEMA La energía eléctrica de Leticia (Amazonas) proviene de la quema de combustibles fósiles que deben ser importados desde países vecinos y por los cuales se paga una cuantiosa suma de dinero. Actualmente, la región no es viable económicamente y debe ser subsidiada por el estado, ya que el aprovechamiento que se le da a los recursos naturales que poseen no le es suficiente para hacer de ésta una región emprendedora y auto sostenible. No obstante, la Amazonía es un territorio rico en recursos naturales, que goza de fuentes hídricas suficientes, suelo fértil para ciertas aplicaciones, biodiversidad, y a su vez es un atractivo turístico importante para el país, en donde se deben explorar alternativas que impulsen el desarrollo y la generación de empleo. El problema consiste en el diseño de un proyecto para la generación de energía para Leticia a partir de la cosecha del bosque por medio de pla ntaciones forestales de tamaño industrial, que aprovechen la riqueza del suelo, la disponibilidad de fuentes hídricas y la energía solar, con el fin de cultivar madera que será posteriormente pelletizada para incrementar su poder calorífico y para finalmente ser quemada en un planta generadora de energía. Como se trata de un proyecto para el desarrollo sostenible , es necesario estudiar cuidadosamente las alternativas que existen en cuanto a las especies a ser cultivadas, analizando su productividad en términos de crecimiento volumétrico anual y su sostenibilidad, para garantizar un impacto mínimo sobre el nicho ecológico, mientras se asegura que su aplicabilidad perdure en el largo plazo. Una vez definidas las especies a ser cultivadas se debe calcular la demanda anual de madera en volumen, con base en los requerim ientos energéticos de la planta generadora. Posteriormente se determinará el requerimiento de área que requiere el proyecto para cosechar el volumen de madera verde requerido anualmente. Para determinar los valores óptimos correspondientes al área a explotar por especie en cada periodo se realizará un modelo de optimización que minimice una función de costos sujeta principalmente a la restricción de la satisfacción de la demanda anual de madera en volumen. Posteriormente se realizará una investigación para determinar el costo global del proyecto, conformado por los flujos de caja calculados año tras año, y así determinar por medio de un costo de capital adecuado, el valor presente del proyecto y las posibles alternativas de financiación.. 10.

(11) 3. ANTECEDENTES 3.1 Plantas de generación de energía a partir de la biomasa en el mundo En el mundo existen diferentes tecnologías que permiten generar energía de diferentes fuentes. Entre las más tradicionales se encuentran las termoeléctricas quemando carbón, gas u otros combustibles; las hidroeléctricas y las nucleares. Dado el interés que se ha generado sobre las nuevas formas producir energía de manera amigable con el ambiente, han surgido formas como la eólica, geotérmica, solar, entre otras. Una de las formas que más in terés ha despertado en la historia reciente es la generación de energía a partir de la biomasa, quemando principalmente desechos de la agricultura, bagazo de caña, residuos de la industria maderera y madera en general. En esta parte se presentará un recuento de todas las plantas a nivel mundial que generan energía a partir de la biomasa, particularmente a través de la quema de madera(Power plants aroud the World, 2003). En la Tabla 1 se muestran las plantas generadoras de energía en Canadá. Nombre Planta Edmundston Mill‐3 Senneterr e Skookumchuk Mill. Estado Operador Configuración New Brunswick Fraser Papers Inc 1 X 44.5 MW Quebec Boralex 1 X 34.6 MW CHP British Columbia Tembec Inc 1 X 43 MW CHP Tabla 1 ‐ Plant as generadoras de energía en Canadá. Año de operación 1997 2002 2002. Alemania ha sido un gran precursor de este tipo de tecnologías y actualmente cuenta con más de 20 plantas generadoras de energía a partir de la biomasa, como se muestra en la Tabla 2. Nombre Planta BVA Hagen‐ Kabel Recklinghausen. Localidad NW. Operador BVA Hagen‐Kabel GmbH. Configuración 1 X 20 MW CHP. Año de operación 2005. NW. 1 X 16.5 MW CHP. 2004. Siegerland. NW. 1 X 16.8 MW CHP. 2006. Wicker Baden‐Baden Bischofferode Ilmenau Lunen Silbitz Feldberg Königs‐ Wusterhausen Machlin Brunsbüttel Flohr Grossaitingen BHKW Herbrechtingen Ulm. HE SN SN TH TH TH MV BB. Biomasse Heizkraftwerk Recklinghausen Biomasse Heizkraftwerk Sieger land GmbH & Co KG Biomasse Rhein‐Main GmbH BioTherm Baden GmbH & Co KG Stadtwerk e Leipzig GmbH STEAG Saar Energie GmbH Biomassekraftwerk Lünen (BMK) Plambeck Neue Energie Energi econtracting Heidelberg AG MVV Energie AG. 1 X 14.8 MW 1 X 5.2 MW CHP 1 X 20 MW 1 X 5.1 MW CHP 1 X 20 MW 1 X 5.6 MW 1 X 5 MW CHP 1 X 20 MW. 2003 2006 2006 2005 2006 2002 1998 2003. Mitteldeutsche Energie AG NovusEnergy BHKW Flohr GmbH STEAG Saar Energie GmbH Biomasseheizkraftwerk Herbrechtingen GmbH Fernwar me Ulm GmbH. 1 X 10 MW 1 X 7.5 MW CHP 1 X 7.5 MW CHP 1 X 5.1 MW CHP 1 X 15.7 MW CHP. 2003 2008 2005 2002 2004. 1 X 9.6 MW. 2004. MV SH RP BY BW BW. 11.

(12) Werl Neustrelitz. SL MV. SFW GmbH 1 X 500 kW CHP Stadtwerk e Neustrelitz GmbH 1 X 6.5 MW CHP Tabla 2 ‐ Plant as generadoras de energía en Alemania. 2003 2006. De igual forma hay otros países europeos que se han interesado por el montaje de este tipo de plantas. Entre ellos se encuentran Suiza, Austria, Finlandia, Dinamarca, Suecia, Italia, Portugal, Escocia, entre otros (ver Tabla 3). Nombre Planta Amel Balcas Dél‐Nyírségi Mortagua Radauti Rodao Santa Maria. País Belgium Northern Ireland Hungary Portugal Romania Portugal Portugal. Stevens Croft Western Wood Crotone Cutro San Marco Strongoli. Scotland Wales Italia Italia Italia Italia. DBM Zrt Enenova SC Holzindustrie Schweighofer srl EDP Producao Bioelectrica Central Biomassa Terras de Santa Maria E.ON UK Renewabl es Ltd Eco2 Ltd Biomasse Italia SpA Euroenergy Group Bioenergie SpA Biomasse Italia SpA. Terni Hovinsaari Rebuild Jakobstad Kokkola Myllykoski Savonlinna‐3 FeuerWerk Linz Mitte Amstetten. Italia Finlandia. Gruppo EnerTAD Kotkan Energia Oy. 1 X 10 MW 1 X 17 MW. 1996 2001. Finlandia Finlandia Finlandia Finlandia Austria Austria Austria. 1 X 240 MW 1 X 20 MW CHP 1 X 12 MW 1 X 17 MW CHP 1 X 8.76 MW CHP 1 X 8.9 MW CHP 1 X 5 MW CHP. 2002 2001 2004 2005 2005 2006 2003. Kleindöttingen Assens Mabjerg Eldaran. Alholmens Kraft Kokkolan Voima Oy Vattenfall Oy Pohjolan Voima Oy Binderholz GmbH Linz AG SWH‐Strom und Warme aus Holz Heizwerke Proma Energi e AG Assens Fjernvarme Amba Dong Energy A/S E.ON Sveri ge AB. Suiza 1 X 1.6 MW CHP Dinamarca 1 X 5.15 MW CHP Dinamarca 1 X 28 MW Västergötland 1 X 2 MW CHP (Suecia) Ostergotland E.ON Sveri ge AB 1 X 11 MW, 1 X 89 (Suecia) MW Västergötland Katrinefors Kraftvarme AB 1 X 9.5 MW CHP (Suecia) Vastergotland Trollhattan Ener gi 1 X 3.65 MW CHP (Suecia) Gävleborg Rottneros AB 1 X 28 MW (Suecia) Tabla 3 ‐ Plant as generadoras de energía en Europa. Handelo Katrinefors Lextorp Vallviks Bruk. Operador Renogen SA Balcas Timber Ltd. Configuración 1 X 5.3 MW CHP 1 X 2.7 MW CHP. Año de operación 2005 2009. 1 X 20 MW 1 X 9 MW 1 X 5 MW CHP 1 X 11 MW CHP 1 X 10.75 MW. 1999 2009 2007 2009 2007. 1 X 52 MW 1 X 13.8 MW 2 X 10 MW 1 X 16.5 MW 2 X 10 MW 1 X 40 MW. 2009 2001 2003 2002 2003 2002. 1999 1993 2007 1983 2002 2006 2007 N/A. Asimismo Estados Unidos cuenta con diversas plantas generadoras de energía en gran parte de su territorio, principalmente en el estado de California, como lo enseña la Tabla 4:. 12.

(13) Nombre Planta Burney. Estado California. Operador North American Energy Servic es. Fairhaven Hayfork Lincoln Honey Lake Martell Mt Lassen Oroville Rio Bravo Fresno. California California California California California California California. Rio Bravo Rocklin. California. Sierra Power SPI Anderson SPI Lincoln. California California California. DG Power Fairhaven Sierra Pacific Industries HL Power Wheelabrator Technologies Covanta Energy Covanta Energy Constellation Energy Generation Group Constellation Energy Generation Group Sierra Power Co Sierra Pacific Industries Sierra Pacific Industries. Tracy Woodland Ashland Greenville Jonesboro Livermore Falls Rumford Cogen Sherman West Enfield Alexandria. California California Maine Maine Maine Maine Maine Maine Maine New Hampshire Michigan North Carolina New York. Cadillac Craven County Niagara Biomass. Configuración 1 X 28.4 MW CHP 1 X 18 MW 1 X 7.5 MW 1 X 36 MW 1 X 20 MW 1 X 11.4 MW 2 X 9 MW 1 X 28 MW. Año de operación 1986 1986 1989 1989 1985 1985 1988 1989. 1 X 28 MW. 1986 1998 2005 1990. Sierra Pacific Industries Woodland Biomass Power Ltd Boralex New Ener gy Capital Corp Covanta Energy Corp Boralex MeadWestvaco Wheelabrator Technologies Covanta Energy Corp Indeck Energy S ervices. 1 X 7.5 MW CHP 1 X 4 MW CHP 1 X 18.4 MW CHP 1 X 23 MW 1 X 28 MW 1 X 39.6 MW 1 X 16 MW 1 X 24.5 MW 1 X 39.6 MW 1 X 102 MW 1 X 17.5 MW 1 X 24.5 MW 1 X 16 MW. 1989 1993 1985 1987 1992 1990 1986 1987 1987 1993. NRG Energy Inc CMS Generation Co. 1 X 40 MW 1 X 50 MW. 1990 1991. Minnesota Power. 1 X 52 MW CHP. 1987. Tabla 4 ‐ Plant as generadoras de energía en EEUU. 3.2 Plantas de generación de energía a partir de la biomasa en América 3.2.1. Honduras. Hace parte del programa de iniciativa e implementación conjunta de EEUU (USIJI), que incentiva al sector privado a concentrar sus esfuerzos en prácticas que disminuyan la emisión de gases de efecto invernadero y que su vez promuevan iniciativas que apoyen el desarrollo sostenible. El proyecto consiste en el montaje de una planta de generación de energía a partir de la biomasa de 30 MW en Honduras, desarrollado por la Nations Energy Corp., empresa afiliada de la Tucson Eletric Power Company(FAO, 1997). El proyecto, conocido con el nombre de Biomasa‐Generación, es de participación limitada y regido y organizado bajo las leyes hondureñas; esta misma organización tendrá el control de la planta. Toda la energía producida será vendida a la Empresa Nacional de Energía Eléctrica. El costo total. 13.

(14) del proyecto es de $US 55 millones, con más de $US 15 millones en equity y $US 40 millones de deuda, financiados principalmente por el BID. Según Roberto Pérez, director de desarrollo de negocios de la Nations Energy Corp., éste es el primer proyecto de generación de energía a partir de la quema de madera en todo centro América. Adicionalmente el gobierno hondureño confía en que este sea el prototipo de un portafolio de proyectos de trabajo conjunto con el sector privado de sistemas de generación de energías renovables(Forest Energy Forum). 3.2.2. Paraná, Br asil. La electrificadora AREVA y su divis ión T&D construyó 2 pla ntas generadoras de energía a partir de la biomasa, y su respectiva integración con la red electrificadora del país en el estado de Paraná, Brasil. Paraná es ideal para la construcción de este tipo de proyectos, ya que está en una región dedicada casi en su totalidad hacia la industria maderera, y por tanto los residuos pueden ser dirigidos hacia la planta y aprovechados allí en la generación de energía. La generación de la energía está a cargo de 2 plantas de 12.3 MW cada una, que se surten con el aserrín, las cortezas y los desperdicios de las fábricas de muebles del sector. Este proyecto hace parte del programa PROINFA, que consiste en lograr para el que 2022, un 10% del total de su energía se produzca a partir de energías renovables(Transmission & Distribution, 2005). 3.2.3. Piratini, Brasil. El objetivo principal del proyecto es contribuir a la creciente demanda de energía del Brasil, y a la vez ayudar en el proyecto de energías renovables y a la obtención de energía a través del ciclo neutro del carbono. El combustible de la planta generadora proviene de los residuos maderables del aserradero de Piratini, que usualmente se queman o se desechan sin aprovechamiento alguno. El proyecto operado por Coa Estadual Energia Eletrica RS, cuenta con capacidad de generación de 10 MW y se encuentra en operación desde 2001. Éste fue desarrollado por parte de la Companhia Geral de Distribuicao Electrica en un trabajo conjunto con Koblitz Ltda(Koblitz, 2008). 3.2.4. Cabrero, Chile. La compañía europea AREVA Koblitz invirtió US $21 millones en la construcción de una planta generadora de 11.0 MW de capacidad in stalada en la localidad de Cabrero, en la provincia de Biobío en Chile. Su combustible es la biomasa que proviene de los residuos madereros de la compañía de fabricación de muebles e interiores Masisa, lí der en el mercado de éste país. La construcción comenzó en agosto de 2008, y actualmente consiste de una caldera con capacidad de 70 ton/hr de capacidad, una tolva dosificadora de 2500 m3, un precipitador ele ctrostático para limpieza de gases, una turbina, un cuarto de maquinas, un generador de condensadores y un par. 14.

(15) de torres de enfriamiento. La construcción terminó el 19 de diciembre de 2009(Chile: AREVA KOBLITZ successfully finali zes biomass project, 2009). 3.3 Resumen de los proyectos en curso El Cuadro 1 presenta un resumen de toda la información consultada sobre los proyectos que hay actualmente en curso y todo lo referente a la industria de pelletización y generación de energía a partir de la biomasa. Autor. Título. Información. Fuente. Fecha. AMANDUS KAHL GmbH & Co. KG. Plantas granuladoras para madera KAHL. Producció n de plantas granuladoras de madera marca KAHL. Diferentes tamaños y capacidades de procesamiento por hora. Descripción de los productos de entrada, principales repuestos, reciclaje de materiales y otros productos de la industria de producción de pellets.. www.akahl.de. 1/05/2007. Krushna Mahapatra, Leif Gustavsson & Reinhard Madlener. Bioenergy Innovations The Case of Wood Pellet Systems in Sweden. Alternativas de calentamiento de hogares en invierno, para reemplazar los tradicionales combu stibles fósiles. Crecimiento del mercado de pellets en Suecia debido a las políticas de energía, la abundancia de la materia prima y el crecimiento del mercado de pellets. También explica el estancamiento. Technology Analysis and Strategic Management. Routledge Taylor & Francis Inc.. 1/01/2007. Dan Emerson. Biomass Pellets Provide Low‐Cost System for Home Heating. Cuenta sobre una compañía granjera en Minnesota que utiliza los residuos orgánicos de sus fincas y de su industria como combu stible renovable para sus fogones, hornos y estufas.. BioCycle National Conference. JG Press, Inc.. 1/02/2004. IEA Energy Technology Essentials. Biomass for Power Generation and CHP. Ofrece una descrip ción de los proces os de combu stión de los sistemas de generación de potencia con biomasa y sus costos, el estado actual de los proyectos, su potencial y sus restricciones. Se muestra un diagrama que reúne todos las materias primas disponibles (desechos, madera), los procesos (co mbustión, gasificació n) y los posibles productos (H2O, vapor). www.iea.org/Textbase /techno/essentials.ht m. 1/01/2007. FAO. Bio‐Gen Bio mass Power Generation Project, Honduras. Proyecto de una planta de generación de energía eléctrica con capacidad de 30 megavatios. Habla de una inversión de 55 $US por parte de una firma americana y un trabajo conjunto co n el gobierno hondureño para continuar con una serie de proyecto de las mismas características (energías renovables).. http://www.fao.org/d ocrep/W6400E/w6400 e04.htm. N/A. N/A. Biomass Power Plants. Página web que contiene nombre, imágenes, ubicación y descripció n de todas las plantas de generación de energía en el mundo. Está organizada de acuerdo al tipo de combustible, y una de estas categorías es biomasa (también hay hidroeléctricas, nucleares, eólicas, termoeléctricas, geotérmicas, etc.).. http://www.industcar ds.com/ biomass‐ elsewhere.htm. 4/02/2010. 15.

(16) N/A. Brazil: AREVA T&D to Build Biomass Power Plants. Artículo que cuenta sobre la construcción de 2 plantas de generación de energía en Paraná, Brasil; El abastecimiento de las 2 plantas de 12.3 MW será a partir de los desechos producidos por las empresas madereras del sector. Según el artículo, las plantas se habrían puesto en funciona miento en 2006.. http://tdworld.com/su bstations/power_brazi l_areva_td/. 1/04/2005. LIPSIA. Pellets in LIPSIA ‐ Business Plan. Completa informació n del proceso de producció n, características del negocio, análisis de estrategia organizacional, estudio de la demanda, maquinaria, etc.. No publicado. C. Polanco. 1/01/2006. Luis Ortiz Torres. Los Biocom bustibles Sólidos Densificados. Comparación entre pellets y otras fuentes de energía en cuanto a poder calorífico, humedad, etc. Industria productora de pellets de acuerdo a tipo de tecnología (anular o planta), marca de maquinaria, localización, etc.. No publicado. C. Polanco. 3/07/2007. AREVA. Chile: AREVA KOBLITZ success fully finalizes biomass project. Noticia de la puesta en marcha de la planta generadora de energía deAREVA en Cabrero Chile. http://areva.com/EN/ news‐7873/chile‐ areva‐koblitz‐ successfully‐finalizes‐ biomass‐proje c.html. 18/12/2009. N/A. KOBLITZ ‐ PIRATINI ENERGIA S. A. BIOMASS POWER PLANT. Presentación del proyecto de la Piratiní Energía S. A. ‐ Biomass Power Plant. http://cdm.un fccc.int/ UserManagement/File Storage/MVWHOZ3GF 9X1N7IAPQSDLTJ5EY4 R20. 1/09/2001. Henan Kingman M&E. Maquinaria Henan Kingman M&E. Listado de todas las maquinas y los equipos para la planta de pelletización, con especifica ciones técnicas, imágenes y descripciones. http://www.woodpell etline.com/co mplete‐ wood‐pellet‐line.htm. 11/05/2010. ITTO. Tropical Timber Market Report. Muestra un reporte de los precios actuales de las maderas tropicales comerciales.. http://www.itto.int/. 15/05/2010. J C Bartlett & Asstes Ltd. DELIVERED LOG COST GUIDE. Informe de la investigación realizada para la determinación de los costos de explotación dentro de una plantación maderera.. N/A. N/A. Cuadro 1 ‐ Industria y proyectos en curso. 16.

(17) 4. MARCO TEÓRICO 4.1 Pelletización de madera y utilización de biomasa como combustible El Cuadro 2 presenta un resumen organizado de toda la bibliografía consultada sobre los aspectos generales del proceso de pelletización de madera, las especies madereras cultivables, y la utilización de biomasa en el mundo como fuente de generación de energía. Autor Zia Haq. Título Biomass for Electricity Generation. Información Examina todos los asuntos relacionados con el uso de biomasa para la generación de energía eléctrica. Disponibilidad de madera verde en EEUU a un precio muy favorable. 20 millones de toneladas de madera verde, capaz de producir 3 giga vatios de capacidad puede conseguirse por menos de $1.25 por millones de Btu.. Fuente US Energy Information Administration. Independent Statistics and Analysis. Fecha 13/05/2002. National Renewable Energy Laboratory. Lessons Learned from Existing Biomass Power Plants. Es una compilación de la informa ción recolectada de diferentes plantas de generación de energía a partir de la biomasa y combustibles afines. Contiene informa ción clasificada por cada una de las plantas que incluye el tipo de combu stible utilizado, capacidad de la planta, historia, diagrama de flujo, equipos, reseñas de la experiencia, desempeño medioa mbiental, información e conó mica y demás cosas aprendidas.. http://www.doe.gov/ bridge. 1/02/2000. OIMT – Serie de políticas forestales. Directrices de la OIMT para el establecimiento y la ordenación sostenible de bosques tropicales implantados Directrices de la OIMT para la conservación de la diversidad biológica en los bosques tropicales de producció n Directrices de la OIMT para la restauración, ordenación y rehabilitación de bosques tropicales secundarios y degradados ENCOURAGING INDUSTRIAL FOREST PLANTATIONS IN THE TROPICS STATUS OF TROPICAL forest management. Políticas forestales y legislación de la administración de bosques implantados. http://www.itto.int/. 1/01/1993. Informe de la OIMT para la conservación de la diversidad biológica en los bosque naturales utilizados para producción de madera industrial en la región tropical. http://www.itto.int/. 2/01/1993. Informe sobre la restauración de bosques naturales que han sido tocados por el hombre.. http://www.itto.int/. 1/01/2002. Informe de la OIMT con todos los valores de MAI de las especies por país en cada región del mundo.. http://www.itto.int/. 1/08/2009. Informe del estado actual de la administración de la cosecha del bosque tropical. http://www.itto.int/. 1/01/2006. OIMT – Serie de políticas forestales. OIMT – Serie de políticas forestales. OIMT. OIMT. 17.

(18) Jean Gerard, Daniel Guibal, Daniel Fouquet. Technological characteristics of 245 tropical species. Pagina web con todas las especies maderables de uso comercial provenientes de las regiones tropicales. Para cada especie hay una ficha disponible con toda la informació n técnica y de interés general. http://tropix.cirad.fr/a merica/america.html. 1/08/2009. Cuadro 2 ‐ Información general. La mayoría de la información proviene de la OIMT, que es la Organización Internacional de Maderas Tropicales. Esta organización presenta valiosa información para todo lo referente al proyecto en su página de internet, con resultados sobre investigaciones, foros y congresos de expertos en el tema del manejo de recursos forestales y maderas tropicales comerciales. 4.2 Antecedentes sobre trabajos de investigación Otro de los grandes temas consultados dentro de la revisión bibliográfica fue el de los trabajos de investigación realizados sobre la biomasa, la pelletización y la generación de energía. A continuación en el Cuadro 3 se presenta un resumen de los artículos revisados. Autor M. Stahl, K. Granström, J. Berghel, R. Renström. Título Industrial processes for biomass drying and their effects on the quality properties of wood pellets. Información Estudio sobre la importancia del secado de la biomasa y su influencia sobre la calidad de los pellets. Dependencia sobre la temperatura ambiente, condicione s atmosféricas, y tiempo.. Fuente Science Direct. Biomass & Energy. Fecha 1/08/2003. TadW. Patzek & David Pimentel. Thermodynamics of Energy Production fro m Biomass. Análisis sobre la biomasa de regiones tropicales, impacto ambiental sobre la producción industrial de biomasa, caracterización de la biomasa (volumen, densidad, contenido de humedad), pro ducción de pellets de madera, electricidad proveniente de generadoras de energía con quema de madera, plantaciones de caña de azúcar para etanol, etc.. Taylor & Francis Inc. Critical Reviews in Plant Sciences. 1/01/2005. N/A. Wood pellet production costs under Austrian and in comparison to Swedish framework conditions. Comparación entre las diferentes formas de trabajo con pellets y sus formas de combustible de acuerdo a la producción en diferentes países europeos (Austria y Suecia).. Fuel and Energy Abstracts. 1/05/2005. N/A. Cost of Electricity Generation by Biomass‐based Power Stations. Análisis del costo de la energía proveniente de programas de energías renovables enla India. El estudio desafía la creencia tradicional de que las energías renovables resultan más costosas que las provenientes de las energías tradicionales.. http://www.desipowe r.com/eco nomi cs/cost _electricity.htm. N/A. Andreas Jansen. Solid Biomass Processes. Presentación acerca de la generación de energía a partir de la biomasa, comparándola contra otras fuentes de energía, como el biogás.. www.german‐ profec.com. 1/01/2009. Martín Lázzaro. Análisis de las opciones de aprovechamiento Energético de la biomasa forestal residual. Aprovechamiento de residuos forestales de biomasa. Características de tipos de biomasa combu stibles, con énfasis en pellets.. No publicado. C. Polanco. 18.

(19) Luis Ugalde and Osvaldo Pérez. Mean Annual Volume Increment Of Selected Industrial Forest Plantation Species. Informació n sobre todas las especies de árboles cultivables industrialmente, por región geográfica y especie.. http://www.fao.org/D OCREP/004/AC121E/A C121E00.HTM. 1/04/2001. Cuadro 3 ‐ Trabajos de investigación. 4.3 Optimización en la producción y el manejo de los recursos forestales Existe una gran cantidad de literatura sobre la optimización aplicada en el manejo de la cadena de suministro del sector forestal. En agosto de 2003 se publicó un artículo sobre el problema de decidir cuándo y dónde utilizar los residuos forestales para convertirlos en combustible (Gunnarsson, Rönnqvist, & Lundgren, 2003). Éste artículo determina cómo estos residuos deben transportase y almacenarse para el abastecimiento de la demanda de las plantas generadoras. También se incluye en el modelo la decisión sobre si es necesario o no subcontratar aserraderos y/o plantaciones adicionales. El problema también considera el flujo de producto dentro de la cadena productiva, para determinar los canales a utilizar, en un horizonte de planeación de un año dividido en periodos mensuales. El artículo comie nza con la explicación detallada de la cadena de suministro con una representación coherente de lo que el problema representa. Después plantea un modelo matemático, en donde se explican todas las variables, constantes, parámetros, etc. que son utilizadas. El resultado es un modelo de optimización lineal complejo que arroja los valores óptimos de flujo de producto dentro del sistema. Más tarde, (Carlsson & Ronnqvist, 2004) plantean la importancia de mantener un flujo coherente y adecuado de material dentro de la cadena de suministro de explotación maderera. Para ello utiliza un caso de estudio de la empresa forestal más grande de Suecia conocida como SÖDRA, que reúne todas las etapas de una cadena de suministro maderera completa. El caso de estudio se enfoca particularmente en la célula AB de la compañía, responsable de la producción de pulpa para la producción de papel. Luego se describen todas las operaciones que se llevan a cabo dentro de la cadena productiva y todas las herramientas util izadas en su planeación. Al final pla ntea un modelo de optimización que determina el flujo adecuado de material dentro de la cadena con una presentación ilustrativa de los resultados. Este estudio resulta muy conveniente para equili brar los flujos de materia prima dentro de una empresa que ya se encuentra en funcionamiento y que lleva años operando, cuyas plantaciones y aserraderos se encuentran activos. Su intención es optimizar el flujo de material dentro de la cadena suministro, razón por la cual no se considera pertinente para efectos del proyecto en cuestión, ya que su objetivo en un principio difiere de lo que este modelo plantea. Por último, (Chauhan, Frayret, & LeBel, 2009) reali zan un estudio sobre una cadena de producción forestal de 2 escalones: uno correspondiente a los bloques de siembra maderera y el segundo que modela los aserraderos. En él se definen las demandas de cada tipo de producto en cada 19.

(20) aserradero. Por ejemplo, se establece el requerimiento que hace un aserradero de un tronco de una especie conocida, de diámetro y longitud especificas, para un periodo en particular. El modelo valora los costos de cosecha y de transporte dentro de una función objetivo que minimiza el costo total dentro del horizonte de planeación. La respuesta que arroja es la cantidad de productos de cada tipo y especie que cada bloque de cosecha debe producir, para suplir la demanda del segundo escalón (aserraderos). Su aplicabilidad resulta relevante para proyectos forestales de producción exclusiva de varios tipos madera. Sin embargo el interés de este proyecto no radica en el abastecimiento de una demanda tan específica; este proyecto fija simplemente una demanda de volumen de madera a suplir, sin especificaciones que limiten los tamaños y geometrías de troncos o la configuración de los mismos. 4.4 Información legal del proyecto Como se trata de un proyecto que piensa utilizar los recursos naturales del país, todo debe hacerse dentro del marco legal. Por esto es importante consultar toda la información ju rídica y legal correspondiente al uso y explotación de recursos naturales que rige en Colombia. En el Cuadro 4 se muestra en resumen de la bibliografía consultada. Autor Presidente de la República de Colombia. Título DECRETO 1791 DE 1996. Información Informació n de los trámites burocráticos a seguir para presentar proyectos de plantaciones forestales. Fuente http://www.alcaldiab ogota.gov.co/sisjur/no rmas/Norma1.jsp?i=1 296 http://www.alcaldiab ogota.gov.co/sisjur/no rmas/Norma1.jsp?i=1 551. Fecha 4/10/1996. Presidente de la República de Colombia. DECRETO 2811 DE 1974. Se dicta el Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente.. Presidente de la República de Colombia. LEY 99 DE 1993. Se crea el Ministerio del Medio Ambiente, se reordena el Sector Público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se organiza el Sistema Nacional Ambiental, SINA, y se dictan otras disposiciones.. http://www.alcaldiab ogota.gov.co/sisjur/no rmas/Norma1.jsp?i=2 97. 22/12/1993. Ministerio de Agricultura. Certificado de Incentivo Forestal. Establece el costo promedio nacional de establecimiento y siembra, y de mantenimiento por hectárea sembrada de bosque; fija el monto máximo de subsidio que otorga el gobierno para incentivar la reforestación.. http://www.minagricu ltura.gov.co/02compo nentes/06com_03 d_ci f.aspx. 30/10/2009. Ministerio de Agricultura. RESOLUCIONES QUE DETERMINAN LAS ESPECIES FORESTALES BENEFICIARIAS DEL CIF. Presenta un listado de las especies consideradas como autóctonas de ntro del CIF.. http://www.minagricu ltura.gov.co/02compo nentes/06com_03 d_ci f.aspx. 31/10/1994. 18/12/1974. Cuadro 4 ‐ Información sobre los aspectos legales. 20.

(21) 4.5 Proyectos futuros Por último, se consultó información sobre los proyectos referentes a la pelletización y a la generación de energía a partir de la biomasa que están pensados para un futuro pero que aun no se han puesto en marcha, lo que representa una incógnita hacia futuro. La intención ha sido mirar las tendencias que hay actualmente en el mundo y lo que se está pensando para el futuro en materia de pelletización, generación de energías renovables y utilización de biomasa. El Cuadro 5 presenta un resumen de los artículos consultados y analizados. Autor Gerardo Soto, Miguel Núñez. Título Fabricación de pellets de carbonilla, usando aserrín de Pinus radiata (d. Don), como material aglomerante. Información Se utilizó carbonilla de carbón vegetal y aserrín de Pinus radiata (D. Don) para fabricar pellets, con similares características en peso, volumen y densidad, manteniendo como úni ca variable, la cantidad de aserrín y carbonilla en cada pellet. Utilizando una prensa de tornillo manual, se obtiene una ganancia energética de 24,25% con respecto a un pellet de 100 % de aserrín. Fuente Maderas. Ciencia y tecnología. Fecha 12/05/2008. Jaime Lobo‐ Guerrero. ACOHIDRÓGENO: Proyecto Leticia, Energías renovables. Descripción del Proyecto de Grado actual. Diseño de un proyecto de generación de energía eléctrica para Leticia (Amazonas), a partir de la biomasa para reemplazar los combustibles fósiles.. N/A. 1/09/2009. Suani T. Coelho, Marly F. Bolognini. Policies To Improve Biomass‐ Electricity Generation In Brazil. Proyectos de generación de energía eléctrica a partir de la biomasa. Beneficios de estas políticas ante sistemas tradicionales como combu stibles fósiles y termoeléctricas de carbón.. Elsevier Publ. The World Renewable Energy Congress V – 19‐25. 25/08/1998. Federico Moyano. Beneficios económi cos y ambientales mediante el aprovechamiento de residuos biomásicos de la foresto‐industria argentina. Bioenergía Sostenible: Un marco para la toma de decisiones. Aprovechamiento de residuos de la industria forestal Argentina; descripción de 4 tipos de proyectos diferentes como alternativas para el aprovechamiento de los residuos (incluid o proyecto de pelletización, entre otros).. No publicado. C. Polanco. 3/07/2007. Informació n general sobre la bioenergía, perspectivas, impactos, contexto, implicacio nes para diferentes sectores. No publicado. C. Polanco. N/A. ONU ‐ Energía. Cuadro 5 ‐ Proyectos futuros. 21.

(22) 5. DESARROLLO D EL PROBLEMA 5.1 Conceptos relevantes 5.1.1. Pellet de madera. El pellet de madera es un tipo de combustible sólido hecho a partir de aserrín compactado, que incrementa la densidad normal de la madera seca y reduce su contenido de humedad hasta un 8%. Usualmente se produce como un subproducto de la industria productora de carpintería maderera, a partir de los residuos que inevitablemente quedan luego de los diferentes procesos de aserrado. Como combustibles son muy eficientes por su alta densidad, el alto poder calorífi co y su geometría, lo que permite transportarlos largas distancias a un menor costo y que sean dosificados efectivamente durante su combustión. El pellet se fabrica dentro de un equipo especial que fuerza las partículas de madera a tomar una geometría particular. Durante este proceso, la temperatura se eleva por cizallamiento y la biomasa libera un polímero amorfo que actúa como aglutinante conocido como lignina. En este punto, la lignina supera su punto de transición vítrea y reduce la viscosidad, liberándose desde el interior de las partículas de madera. Al enfriarse, la li gnina vuelve a sobrepasar su punto de transición vítrea solidificándose nuevamente, logrando la cohesión de las partículas que conforman el pellet, adoptando definitivamente la geometría deseada. El contenido de humedad es un factor clave en la preservación del pellet ya que si se pasa de cierto punto la lignina puede perder su cohesión y las partículas de madera pueden absorber nuevamente la humedad lo que incrementaría su volumen, haciendo que se pierda por completo la geometría optada durante su producción. 5.1.2. Biomasa Leñosa. La biomasa leñosa tiene excelentes propiedades como combustible, ya que puede quemarse a 1000 – 1100 °C, con contenidos de ceniza inferiores al 0.5%. Sin embargo, la corteza tiene un contenido de ceniza superior al 2%. Los biocombustibles leñosos tienen buenas propie dades (Lázzaro, 2007), ya que generalmente se producen a partir de madera pura (sin corteza) y con bajos niveles de impurezas, tales como resinas, aceites, etc. 5.1.3. Humedad. La humedad, considerada como el contenido de agua dentro de la madera, es un aspecto de suma importancia, ya que a la hora de convertir la biomasa en energía, ésta reduce significativamente el poder calorífico de la madera, pues gran parte de la energía se debe invertir en la evaporación de. 22.

(23) la madera. En la Tabla 5 se muestra la relación entre el contenido de humedad y el poder calorífico correspondiente. Contenido de Poder calorífico humedad % (kWh/kg) 10 4,65 20 4,15 30 3,55 40 2,95 50 2,30 60 1,80 70 1,10 80 0,60 Tabla 5 ‐ Poder calorífico contra contenido de humedad. Por esta razón resulta atractivo pensar en ciertos procesos de secado de la madera, con miras a reducir su humedad e incrementar a la par su poder calorífico. En la Tabla 6 se muestran los resultados que traen diferentes procesos de secado en cuanto al poder calorífico y al contenido de humedad. Estado de la biomasa Humedad % Poder calorífico (kWh/kg) Sin humedad 0 5,2 Secado bajo techo 8‐10 4,7 Secado al air e libre (en 15 4,3 rollos, varios años) Secado al air e libre (en 30 3,4 rollos, un verano) Recién cortada 40‐60 2,8‐1,6 Tabla 6 ‐ Poder calorífico y humedad en diferentes procesos de secado. Cabe destacar que en el proceso de secado al aire libre, la madera tiende a reducir su contenido de humedad incluso en épocas de lluvia, ya que la corteza es impermeable y no permite que el agua lluvia la penetre, impidiendo así una elevación en el contenido de humedad. Sin embargo, en condiciones de secado al aire libre normales, la madera está expuesta al ataque de bacterias y hongos bajo el proceso de descomposición natural, lo que puede reducir dramáticamente su poder calo rífico y su calidad. 5.2 Proceso de Producción El proceso de pell etización es un proceso industrial sencillo que consta de una pequeña serie de pasos para transformar madera seca en forma de astillas y aserrín en pellets sólidos y estable geométricamente (ver Ilustración 2). No obstante, este proceso requiere de una elevada inversión de capital representada en maquinaria de alta calidad que garantice un producto final conforme a ciertos requerimientos técnicos. A continuación se muestran los pasos del proceso de producción de pellets(Lipsia, 2006).. 23.

(24) Ilustración 1 ‐ Esquema del proceso de producción. 5.2.1. Almacenamiento de materia prima. La materia prima será almacenada en un área destinada especialmente para este propósito, con diferentes zonas. En un lado se tendrá un sector descubierto para el secado de madera verde (troncos de madera enteros con corteza) al aire libre. Por otra parte se tendrá una bodega cubierta para almacenamiento de madera entera, astillas, viruta y aserrín. En el área de almacenamiento se llevará a cabo un minucioso estudio del estado y las condiciones del inventario de materia prima, con datos precisos sobre el día de llegada, el tipo de madera, su contenido de humedad y su fecha de producción programada, entre otras. 5.2.2. Secado. Esta etapa consiste en la reducción de la humedad contenida en la materia prima con el fin de incrementar el poder calorífico del pellet y evitar el transporte de agua en los eslabones siguientes del proceso (algo conocido como flete falso). Este proceso tiene varias alternativas, pero la más común es forzar la materia prima a través de un horno con flujo de aire caliente continuo y contracorriente, obtenido a través de la combustión de la biomasa de menor tamaño. El tránsit o a través del horno se hace con la ayuda de un tornillo sinfín. Otro tipo de proceso tie ne que ver con un secador centrífugo neumático en donde el material húmedo se transporta neumáticamente a través de un tubo aspirador hacia una cabeza secadora ubicada dentro de una cámara de combustión. Al final de este proceso, el material en tránsito se somete a un proceso de depuración con el fin de separar el material de mayor tamaño del ultra fino para permitir que este último sirva para la combustión dentro del horno.. 24.

(25) 5.2.3. Triturado. En este proceso se disminuye el tamaño del materia y al mismo tiempo se homogeniza, permitiendo que el tamaño de partícula sea similar. Esto incide favorablemente sobre el posterior proceso de pelletización, ya que una partícula homogénea permite estabilidad en el proceso de alimentación y reduce el desgaste en los componentes de la máquina (eliminando las vibraciones exageradas). Este proceso se lleva dentro de un molino de martillo y dependiendo de la materia prima, este proceso puede hacerse antes del proceso de secado. 5.2.4. Pelletización. El proceso de pelletización consiste en aplicarle presión a la materia prima por medio de unos rodillos cilíndricos que se encuentran dentro de una matriz metálica. Las partículas de madera tienen una humedad que oscila entre un 8% y un 10%, y su tamaño geométrico es de unos 0.5 cm. La pelletización no requiere del uso de ningún material aglutinante ya que la madera li bera un polímero amorfo llamado lignina que cumple esta labor. La li gnina actúa como un material termoplástico con un punto de transición vítrea que varía en un amplio rango dependiendo de diversos factores (tratamiento térmico, contenido de humedad o método de extracción, entre otros). Durante el proceso de pelletización la temperatura se eleva superando el punto de transición vítrea de la lignina, lo que reduce la viscosidad y hace que se libere desde el interior de las partículas de madera hacia la superficie. Una vez ocurrido este procero y cuando las partículas de madera han tomado su forma de pellets, se reduce una vez más la temperatura para sobrepasar una vez más el punto de transición vítrea de la lignina para que ésta se solidifique nuevamente y se dé la cohesión de las partículas para que conserven la geometría que habían adoptado en el proceso. Existen 2 tipos de tecnologías diferentes para el proceso de pelletización que se diferencian por la forma geométrica de la cavidad interior: la pelletizadora de matriz anular y la pelletizadora de matriz plana. El proceso anular de pelletización se lleva a cabo por medio de un sistema de rodillos cilíndricos que rotan dentro de una matriz de cavidad circular que gira aplicando presión sobre la viruta de madera que hay dentro, forzando la biomasa a través de un orificio con un diámetro específico para que tome esa geometría. Ya estando dentro del cilindro la biomasa se compacta al máximo, lo que genera el incremento en la temperatura debido a la fricción, permitiendo que la lignina reduzca su viscosidad y haciendo que actúe como aglutinante. La velocidad de rotación de la matriz anular determina la longitud del pellet. 5.2.5. Enfriamiento. 25.

(26) El proceso de enfriamiento debe realizarse en forma de shock térmico para hacer que la lignina se solidifique rápidamente y así que se asegure la consistencia y geometría del pellet, que son frágiles y vulnerables en esta etapa del proceso. Los pellets se enfrían a través de un proceso continuo de intercambio de calor dentro de una cámara por donde circula aire frío. El aire que entra a temperatura ambiente sale del proceso a una temperatura alrededor de los 90°C. 5.2.6. Almacenamiento. El almacenamiento debe hacerse en condiciones controladas de temperatura y humedad. Si la humedad supera ciertos límites, los pellets podrían deformarse perdiendo su consistencia, y por tanto, su utilidad. 5.2.7. Empaque. Este proceso puede variar de acuerdo a la finalidad del producto terminado. Es decir, cuando el pellet va a ser transportado hacia países europeos para utilizarse en los sistemas de cale facción, éste debe ser empacado en bolsas plásticas selladas de tamaños estándar. Sin embargo, para una finalidad como la del proyecto en cuestión el empaque puede hacerse en bolsas más grandes en detrimento de la facilidad en el manejo. Lo importante de esta etapa en el proceso de producción es que una vez empacado y sellado, el pellet está asilado del entorno y protegido, lo que le imposibilita su contacto con la humedad nuevamente, asegurando su estabilidad geométrica y el poder calorífico establecido. 5.2.8. Despacho. El producto terminado se encuentra almacenado en una bodega a la espera de ser despachado hacia el cliente final. 5.2.9. Diagrama de proceso Almacenamiento materia prima. S ecado natural. Pelletización. S ecado. Triturado. Despacho. Empaque. Enfriamiento. Tamizado. Almacenamiento producto terminado. Ilustración 2 ‐ Diagram a del proceso de pelletización. 26.

(27) 5.3 Consideraciones sobre la materia prima La materia prima para el proceso de producción de pelle ts proviene de la industria maderera y puede ser aserrín, viruta y astillas. Es ideal tener un tipo de madera blanda, ya que ésta es más fácil de compactar por su alto contenido de lignina, en comparación con la madera dura. A nivel económico, el costo de compactar madera blanda (como pino y araucaria) es 30 o 40 % inferior al de compactar madera dura (como cedro y eucalipto). 5.3.1. Residuos industriales. Las plantas de pelletización de madera se han montado en lugares cercanos a los centros de producción de materiales provenientes de plantaciones forestales industriales. Se nutren principalmente de los residuos que producen los aserraderos, entre los que se encuentran el aserrín, el polvo de madera y la viruta, entre otros. Este tipo de industria asegura unos costos de materia prima considerablemente bajos, pero crea una enorme dependencia sobre la industria primaria ya que son sus desperdicios los que van a ser utilizados en un proceso productivo secundario. 5.4 Características del Amazonas La selva amazónica es un vasto territorio de más de 7 millones de kilómetros cuadrados pertenecie nte a nueve países entre los que se encuentran Brasil, Perú, Colombia, Venezuela, Ecuador, Bolivia, Guyana, Surinam y la Guayana francesa. Actualmente, el Amazonas representa cerca de la mitad del total de selva tropical en el mundo. El Río Amazonas es el río más largo del mundo con 6.400 km y tiene cerca de un quinto del total del flujo másico de agua mundial. Durante la temporada l uviosa, la cuenca del río cubre cerca de 350.000 km 2 (existen partes en las que el río tiene más de 190 km de lado a lado), mientras en la temporada seca su cubrimiento es de 110.000 km2 . El Amazonas representa una importante reserva de bio diversidad, ya que contiene la mayor colección de especies vivientes en todo el mundo. Cuenta con más de 3 millones de especies de insectos, decenas de miles de plantas y más de 2 mil especies de pájaros y mamíferos. A la fecha se han clasificado científicamente más de 40.0 00 plantas, 3.000 peces, 1.294 pájaros, 427 mamíferos, 428 anfibios y 378 reptiles. Los expertos estiman que un kilómetro cuadrado puede haber más de 75.000 especies de árboles y 150.000 especies de plantas. En total, un kilómetro cuadrado puede contener cerca de 100.000 toneladas de material vegetal vivo. Se ha estimado que en promedio puede haber 400 toneladas de biomasa por hectárea, lo que representa una importante fuente de energía acumulada dentro de la celulosa vegetal. El área de interés está a una altura comprendida entre los 75 y los 130 msnm. Toda la región está dominada por un clima húmedo ecuatorial sin oscilaciones climáticas significativas. La temperatura media mensual es de 26°C. Las precipitaciones son abundantes durante todo el año y 27.

(28) se superan fácilmente los 2.500 mm anuales. Una parte de esta precipitación proviene de los vientos procedentes del océano atlántico, mientras la mayoría proviene del reciclaje de agua evaporada y transpirada por la vegetación de la propia cuenca. La Tabla 7 resume los parámetros más relevantes de la región Amazónica: Altura sobre el nivel del mar 75 a 130 m Precipitación anual 2500 mm/año Temper atura m edia 26 °C Territorio 7000000 km^2 Longitud Río Amazonas 6400 km Contenido de biomasa 400 ton/ha Tabla 7‐ Par ámetros de la Amazonía. 5.5 Cosecha sostenible del bosque natural Como se trata de un proceso cuya finalidad es generar energía en una región geográfica de alternativas limitadas, no resulta conveniente que el proceso dependa de los desperdicios de la industria maderera local. Las fluctuaciones de la demanda en los aserradores se extenderían en efecto látigo sobre la producción de pellets, y ésta sobre la generación de energía, con consecuencias devastadoras sobre el abastecimiento energético local. Por esta razón el proyecto será diseñado inicialmente sin considerar el aprovechamiento de los desperdicios de la industria maderera. De esta manera se diseñará un esquema de abastecimiento diferente, pensando en la cosecha del bosque natural por medio de plantaciones industriales, tal como se hizo en el proyecto de Honduras descrito anteriormente. Pensando en la implementación de un área dedicada a la sie mbra y cosecha del bosque, se requiere evaluar las posibles especies que pueden ser candidatas para cultivarse de manera industrial en la región geográfica en cuestión, basándose en términos de productividad y sostenibilidad. 5.6 Estudio sobre las especies a utilizar 5.6.1. Especies utilizadas en el mundo. Actualmente, los pinos y los eucaliptos son las especies que dominan las plantaciones industriales de bosque natural en las zonas tropicales (Pimentel, 2005). La productividad de las plantaciones forestales tropicales ha crecido sobre manera en el mediano plazo, ya que ha pasado de 10 12 m ⁄ ha año a 25 30 m ⁄ ha año . La Tabla 8 muestra una clasificación por especie y región geográfica tropical (incluyendo el país), incluyendo su productivid ad y tiempo de rotación: Especie Eucaliptos. Región Sur América África. País Brasil Burundi Congo Ruanda Suráfrica. Rotación (años) 8‐10 8 7 8 8‐10. MAI*. ⁄ 18‐20 1‐2 30 8.5 18‐20. ñ. 28.