ESTUDIO DE SOLUCIONES INTEGRALES EN LA RECOGIDA, TRATAMIENTO, LOGÍSTICA Y COMERCIALIZACIÓN DE COMBUSTIBLES BIOMÁSICOS EN EXTREMADURA EN EL
MARCO DEL PROYECTO DE COOPERACIÓN
TRANSFRONTERIZO
ESPAÑA-PORTUGAL ALTERCEXA, PARA EL APOYO AL CAMBIO CLIMÁTICO A TRAVÉS DEL FOMENTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES EN EXTREMADURA, ALENTEJO Y CENTRO. Número de Expediente: 10E2042CT025 JUNTA DE EXTREMADURA CONSEJERÍA DE INDUSTRIA, ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTE. Dirección General de Evaluación y Calidad Ambiental.
Trabajo realizado por NOVOTEC CONSULTORES S.A.
Autores: Javier Osuna de la Cerda, Emilio Cancho Rubio, Javier Cuenca Torres, María Soledad Reina del Valle
ÍNDICE
1.
Introducción... 6
2.
Estado del arte en la logística, aprovisionamiento, ingeniería, I+D+I,
maquinaria y equipamiento relacionado con la biomasa agrícola o forestal... 9
2.1. Tipos de biomasa. Tecnologías y aplicaciones...9
2.1.1. Tipos de biomasa ...9
2.1.2. Usos y aprovechamientos de la biomasa sólida...28
2.2. Equipamiento y maquinaria para la recogida y tratamiento de la biomasa ...40
2.2.1. Biomasa forestal leñosa ...40
2.2.2. Biomasa herbácea ...57
2.3. Listado de empresas de logística, proveedores de maquinaria y potenciales empresas de aprovisionamiento...64
2.3.1. Listado de empresas de logística ...64
2.3.2. Listado de proveedores de maquinaria ...73
2.3.3. Listado de empresas de aprovisionamiento...78
3.
Diagnóstico del potencial energético de la Biomasa de Extremadura. ... 85
3.1. Residuos Agrícolas ...86
3.2. Cultivos energéticos...95
3.3. Residuos Forestales ...96
4.
Producción y aprovechamiento actual de biomasa a nivel internacional
(UE). ...105
4.1. Estado actual de la biomasa en la UE (Biomasa, biogás y biocombustibles) ... 105
4.2. Puntos fuertes y puntos débiles en Europa. ... 109
4.3. Problemas y soluciones. ... 111
5.1.2. Ejemplos de logística y procesado... 118
5.1.3. Ejemplos en I+D+i: Implantación en industria e investigación de la Gasificación de biomasa. ... 119
6.
Situación actual en Extremadura, previsiones a corto y medio plazo. ....121
6.1. Agentes Implicados en el sector. ... 121
6.1.1. Logística/Ingeniería. ... 121
6.1.2. Productores... 124
6.1.3. I+D+I... 128
6.1.4. Plantas de Biomasa... 131
6.1.5. Proyectos en Funcionamiento en Extremadura. ... 135
6.2. Diagnóstico de la situación. ... 139
6.2.1. Conclusiones de las entrevistas... 139
6.2.2. Futuros proyectos e instalaciones. ... 145
7.
Soluciones integrales para favorecer la logística y comercialización de
biomasa en Extremadura. ...150
7.1. Introducción... 150
7.2. Otros puntos de vista. Conclusiones de desde distintos foros... 157
7.3. Metodología para la implementación de un mercado de la biomasa en Extremadura. 163 7.4. Identificación y localización del número de centros de logística. Estimación del volumen gestionado... 169
8.
Análisis de las diferentes soluciones viables, actuaciones públicas y
privadas, que pueden favorecer la creación de un mercado maduro de la
biomasa en Extremadura a nivel doméstico e industrial. ...185
8.1. Estudio de viabilidad para la creación de empresas ... 185
8.1.1. Operador Logístico de Biomasa... 185
8.1.3. Planta de Generación de Electricidad ... 259
8.1.4. Resumen, conclusiones y posibilidades de las instalaciones estudiadas ... 271
8.2. Potencial de crecimiento del sector y generación de empleo... 283
8.3. Identificación de barreras en la creación de una red logística de biomasa en Extremadura así como soluciones potenciales... 286
8.4. Participación de la administración local y regional en la creación del mercado de la biomasa. Posibles pilares a la hora de trazar un plan de acción de la biomasa. ... 290
9.
Conclusiones. ...293
10.
Bibliografía. ...297
ANEXO I. Listado de empresas del sector de logística de la biomasa que operan
a nivel nacional. ...300
ANEXO II. Listado de empresas productoras o potenciales productoras de
biomasa en el Alentejo, Portugal. ...309
ANEXO III. Residuos de Matadero ...329
ANEXO IV. Tablas de potenciales forestales. ...335
ANEXO V. Precio y mercado en Europa comparado con España...345
ANEXO VI. Listado de la legislación que puede afectar al sector de la biomasa a
la hora de un desarrollo del mismo...351
1.
Introducción
El concepto de biomasa ha sido definido de diferentes formas, unas veces haciendo referencia a la naturaleza de la materia y otras al origen de la misma.
Entre las diversas definiciones se encuentran las siguientes.
“Masa de materia orgánica, no fósil, de origen biológico"(Diccionario de la Energía, Consejo Mundial de la Energía).
"Fracción biodegradable de los productos, residuos y residuos de la agricultura (incluido sustancias vegetales y animales), forestales incluidos sus industrias, así como la fracción biodegradable de los residuos industriales y municipales" (Directiva 2001/77/EC sobre Promoción de electricidad producida por fuentes de energías renovables en el mercado interno de electricidad).(Directiva 2003/30/CE relativa al fomento del uso de biocarburantes u otros combustibles renovables en el transporte)
"Material de origen biológico excluyendo la materia incluida en las formaciones geológicas y transformadas fósiles"(Propuesta CEN TS 14588 Terminología).
El uso de la biomasa como recurso energético, en lugar de los combustibles fósiles comúnmente utilizados, supone unas ventajas medioambientales de primer orden, como son.
- Disminución de las emisiones de azufre. - Disminución de las emisiones de partículas.
- Emisiones reducidas de contaminantes como CO, HC y NOX.
- Ciclo neutro de CO2, sin contribución al efecto invernadero.
- Reducción del mantenimiento y de los peligros derivados del escape de gases tóxicos y combustibles en las casas.
- Reducción de riesgos de incendios forestales y de plagas de insectos. - Aprovechamiento de residuos agrícolas, evitando su quema en el terreno. - Posibilidad de utilización de tierras de barbecho con cultivos energéticos.
- Independencia de las fluctuaciones de los precios de los combustibles provenientes del exterior (no son combustibles importados).
- Mejora socioeconómica de las áreas rurales.
Aunque la disponibilidad de la biomasa es abundante, la recogida, tratamiento y el suministro aún no está organizado en muchos casos, siendo necesario promover un verdadero mercado de la biomasa a nivel regional y nacional.
En Europa han sido los biocombustibles sólidos los pioneros del mercado de la biomasa, procedentes de industrias forestales locales o de residuos generados en el aprovechamiento y cuidado de masas forestales.
El Plan de Energías Renovables 2005-2010 (PER) establece para España un potencial de recursos de biomasa entorno a los 19.000 ktep. de los cuales, más de 13.000 ktep corresponden a la biomasa residual y casi 6.000 ktep. a cultivos energéticos. Según lo previsto en el Plan, el 12,1% del consumo global de energía en 2010 será abastecido por fuentes renovables, contribuyendo a la producción del 30,3% del consumo bruto de electricidad, contando la biomasa con una importante participación para alcanzar este objetivo.
Por lo que se refiere a las aplicaciones eléctricas de la biomasa, el objetivo de crecimiento en el periodo 2005-2010 se situaba en 1.695 MW, y en lo que respecta a la biomasa térmica, el objetivo de incremento hasta el 2010 asciende a 582,5 ktep. En este periodo se ha registrado un modesto avance, motivado por barreras que aún no han sido completamente salvadas y que se identificaban ya en el propio Plan, como son el desarrollo de un mercado maduro de la biomasa, un incremento sensible de la retribución a la electricidad generada con biomasa o el desarrollo de normativa referente a combustibles e instalaciones; además de aquellas inherentes al propio aprovechamiento de la biomasa tales como los costes de acopio, tratamiento y transporte, seguridad del suministro, empleo de la tecnología más adecuada para cada tipo de material, etc.
En consecuencia la biomasa supone un sector económico de una enorme y creciente importancia estratégica para el desarrollo de las energías renovables dentro de un modelo económico sostenible. Pero, junto a sus posibilidades, la biomasa adolece de importantes problemas que deben resolverse, y que se basan en la creación de un mercado sólido que alcance toda la cadena de valor para cada posible aprovechamiento.
Considerando que Extremadura cuenta con un potencial energético latente a partir de biomasa, basado en la disponibilidad de un extenso territorio, además de un sector agrícola con una importante participación en nuestro modelo económico, es fundamental propiciar líneas de negocio que puedan aprovechar estas capacidades, potenciando el intercambio de experiencias entre empresas ya consolidadas y las nuevas.
Los aspectos claves y que se deben considerar para una correcta implantación del mercado de la biomasa son los siguientes.
- Asegurar el suministro: Contar con una red eficiente y continuada de combustibles biomásicos, tanto procedentes de cultivos energéticos como de residuos o
- Desarrollo de logística, tratamiento y pretratamiento de la biomasa. Estandarización de los tipos de biocombustibles aplicables a diferentes tecnologías.
- Desarrollo de tecnologías de co-generación más eficientes.
- Generalización del uso de biocombustibles como fuente de calefacción y refrigeración, tanto en el ámbito doméstico como en el industrial.
2.
Estado del arte en la logística, aprovisionamiento, ingeniería, I+D+I,
maquinaria y equipamiento relacionado con la biomasa agrícola o
forestal.
Con objeto de conocer los distintos tipos de biomasa existente, la tecnología y logística para el aprovechamiento de la misma se realiza en los siguientes apartados un recorrido por el estado del arte, de forma que finalmente sea posible conocer las tecnologías existentes aplicables a la región.
2.1. Tipos de biomasa. Tecnologías y aplicaciones
La biomasa, como energía renovable, permite acumular la energía que se ha fijado durante el periodo de crecimiento de la planta. A través de distintos procesos de transformación, esta energía se libera, obteniendo calor, electricidad o energía mecánica.
Una de las características de la biomasa como fuente de energía renovable es la gran heterogeneidad de recursos aprovechables, lo que hace que existan diferencias para cada proyecto de aprovechamiento de biomasa, en cuanto a la logística, aprovisionamiento y el aprovechamiento energético.
2.1.1. Tipos de biomasa
En función de su origen diferenciamos distintos tipos de biomasa, como son.
Biomasa natural: es la disponible en los ecosistemas silvestres, cuya presencia no ha sido provocada por actividad humana con fines industriales.
Biomasa residual procedente de actividad antropogénica: biomasa procedente del desarrollo principal de diferentes actividades. Entre las que se encuentran.
- Forestal, es aquella generada durante el aprovechamiento de madera y tratamiento silvícola de las masas vegetales, así como los residuos de industrias forestales, tanto de primera como segunda transformación de la madera.
- Agrícola, constituida por restos de cosechas y residuos procedentes de las mismas, así como aquellos procedentes de la industria procesadora de productos agrícolas. - Ganadera, como deposiciones, deshechos y despojos animales, etc.
- Fracción biodegradable de los residuos municipales.
En España, los principales desarrollos en el área de biomasa se han centrado en el uso de residuos industriales, tanto forestales como agrícolas.
Dado que el objeto del presente apartado es realizar un estudio sobre el desarrollo de la tecnología existente para el aprovechamiento de la biomasa agrícola y forestal, nos centraremos en este tipo de biomasas a la hora de definirlas.
Las principales características de los distintos tipos de biomasa se describen a continuación así como el tratamiento y logística necesaria para el aprovechamiento de la misma.
2.1.1.1. Biomasa residual procedente de aprovechamientos forestales
La biomasa residual forestal en el ámbito del presente estudio abarca tanto los residuos producidos en el monte, de los tratamientos y aprovechamientos de las masas vegetales, así como los residuos producidos en las industrias forestales de primera y segunda transformación de la madera.
Residuos forestales procedentes del monte
Nos referimos en este caso a los residuos generados en las operaciones de limpieza, poda, corta de las masas forestales. Particularmente en la Estrategia para el uso energético de la biomasa forestal residual se define biomasa forestal residual como “La producida durante la realización de cualquier tipo de tratamiento silvícola o aprovechamiento final en masas forestales, sin considerar fustes ni ramas con diámetros mayores a 7 cm en punta delgada”. Estos residuos pueden utilizarse para usos energéticos dadas sus excelentes características como combustibles. Con la maquinaría apropiada se puede astillar o empacar para mejorar las Ilustración 1: Biomasa residual procedente de los aprovechamientos forestales. Fuente: elaboración propia
APROVECHAMIENTOS FORESTALES
BIOMASA EXTRAÍDA
RESIDUOS FORESTALES RESIDUOS INDUSTRIALES
INDUSTRIA 1ª TRANSFORMACIÓN
INDUSTRIA 2ª TRANSFORMACIÓN
condiciones económicas del transporte al obtener un producto más manejable y de tamaño homogéneo.
TABLA 1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL APROVECHAMIENTO DE LOS RESIDUOS FORESTALES COMO BIOMASA
Entre los distintos tipos de residuos forestales la corteza de eucalipto es la que presenta un mayor contenido en humedad y por tanto menor poder calorífico inferior.
Uno de los factores más importantes en el aprovechamiento de residuos forestales como biomasa es la OPTIMIZACIÓN ECONÓMICA, para ello es necesario.
- Planificar las operaciones a realizar
- Organizar el trabajo de la maquinaria para alcanzar un número de horas suficientes que reduzca el coste fijo horario. (en sistemas de aprovisionamiento europeos se están realizando turnos de 24 horas)
Conveniencia del astillado in situ /compactado (astillado en planta).
- Depende del equipamiento disponible
- Compactación permite mayor flexibilidad en el transporte a planta y el uso de medios de transporte comunes.
Fuente: Sanz Fernández et al., 2003.
La generación de biomasa tiene su origen en distintas operaciones de aprovechamiento forestal y como consecuencia se trata de un material heterogéneo, siendo éstas operaciones las siguientes.
Podas, clareos, selección de rebrotes. Tratamientos realizados en montes cuyo aprovechamiento principal es la madera, se generan ramas de podas, árboles y pies enfermos y material procedente del estrato subarbustivo.
Leñas procedentes de trasmochos y pies no maderables. Se trata de ramas y troncos de pies malformados o enfermos.
Cortas finales. Actuaciones sobre masas forestales destinadas a ser cortadas para su aprovechamiento final y provocar la regeneración de la superficie, con un importante objetivo económico. En estos casos el material está compuesto por ramas, despuntes, hojas y acículas.
Aperturas de vías y cortafuegos. En estas operaciones se obtienen fustes, tocones, ramas y estrato subarbustivo.
Desbroce sobre el matorral. Suponen un coste importante, motivo por el cual se llevan a cabo tan sólo de forma puntual.
El aprovechamiento de estos residuos conlleva una serie de dificultades que se resumen en la siguiente tabla.
TABLA 2. INCONVENIENTES ASOCIADOS AL
APROVECHAMIENTO DE RESIDOS FORESTALES DEL MONTE
Dispersión de terrenos Difícil accesibilidad
Variedad en tamaño y composición
Aprovechamiento de estos para otros fines (tableros, papeleras, etc.) Presencia de impurezas
Alto grado de humedad
Fuente: Elaboración propia.
Para realizar el aprovechamiento energético de estos residuos forestales se requiere contar con adecuados sistemas de extracción, selección, acopio y posterior tratamiento.
En lo que respecta al trabajo realizado en monte para la extracción de los residuos forestales diferenciamos las siguientes etapas.
Preparación del los restos de corta. Un aspecto fundamental en la optimización del proceso de recogida radica en la situación inicial de partida de los residuos forestales.
- Restos de corta extendidos por la parcela. Las ramas se localizan de forma dispersa por el monte, esta situación es la que corresponde a la mayoría de las explotaciones cuando no se establece una metodología de trabajo específica. Esta situación es la más desfavorable puesto que los equipos de recogida alcanzan un rendimiento muy bajo.
- Restos agrupados en pequeños montones. Este estado se da en aprovechamientos madereros realizados manualmente, siguiendo una metodología adecuada de trabajo o bien en explotaciones con equipos mecanizados de desramado y tronzado (cabezales procesadores).
- Restos de corta agrupados en montones a pie de pista. En este caso, los restos de corta se recogen mediante un camión forestal o autocargador, y se van apilando en grandes montones cerca de pista, de esta forma se facilita la reducción del contenido de humedad.
Recogida y extracción de los residuos forestales. La recogida mecánica debe permitir la recogida selectiva de distintos materiales, la maquinaria a emplear debe ser apropiada para el acceso a zonas forestales y con desniveles elevados y a su vez debe permitir reducir el impacto ambiental.
La forma en la que se realice esta recogida es un aspecto crucial para la optimización de la recogida. En el caso de que se prepare la recogida de los restos, agrupándolos durante la corta, esta operación puede alcanzar rendimientos sensiblemente mayor que en el caso de encontrarse los restos extendidos por la parcela donde se realizó la corta.
Otra de las mayores dificultades en cuanto al transporte de la biomasa radica en su baja densidad aparente, por lo que para optimizar ésta se utilizan una serie de tecnologías destinadas a reducir la granulometría del material, para ello se suele o bien astillar el material in situ o bien comprimirlo formando unidades más compactas y apilables.
Independientemente del método de extracción utilizado para la biomasa maderable, las tecnologías existentes para extraer los residuos forestales, son tres principalmente.
- Extracción previo astillado con astilladora transportable, mediante un tractor autocargador se van recogiendo y concentrando los residuos repartidos por la parcela. Estos se van apilando a los lados de la pista forestal en una zona de acopio o cargadero. La máquina astilladora va montada sobre camiones que se van desplazando por la pista forestal para realizar el astillado mediante posición fija en la zona de acopio o cargadero, mediante una grúa cargadora con pinzas, la propia astilladora coloca el material en la plataforma de alimentación. Estas máquinas poseen un sistema continuo de descarga, de forma que a medida que se produce la astilla estas se van descargando a una cuba que después será transportada mediante un camión a la planta energética o de tratamiento de la biomasa. Este sistema es recomendable en aquellas explotaciones con buena accesibilidad, de baja pendiente y poco abrupta. En casos de terrenos abruptos o con elevadas pendientes la concentración de material se realiza mediante sistemas de extracción por cable, de forma que para la concentración de residuos estos se atan al cable mediante distintos dispositivos, además de esto se requirieren buenas infraestructuras viarias en el monte.
concentración previa de los residuos. Estas astilladotas poseen un depósito propio, con lo cual poseen cierta autonomía y no necesitan realizar la descarga inmediata del material. Una vez lleno el depósito (de unos 15 a 20 m3) la astilladora debe desplazarse hasta un contenedor de acopio que se sitúan en las pistas forestales, para que una vez llenos sean cargados mediante camiones hasta la planta de transformación o planta energética.
- Extracción previo empacado. Las empacadoras forestales son máquinas autónomas que se encargan de recoger los residuos forestales previamente concentrados mediante un tractor autocargador en un lateral de la pista forestal o en el cargadero. La alimentación de las empacadoras se realiza mediante una pinza adaptada a la propia maquinaria, que deposita el material en el dispositivo de compresión, concentrando el material formando pacas cuadradas o cilíndricas que serán apiladas y dispuestas en pilas a los lados de la pista forestal a la espera de ser cargadas en un camión convencional que las llevará a una planta de transformación. Esto permite utilizar astilladotas convencionales, empleadas habitualmente para triturar los restos de residuos, instaladas en las plantas de transformación de forma permanente.
Almacenamiento y transporte. La zona de almacenamiento del residuo debe ser lo más llana posible, amplia para posibilitar la maniobrabilidad de maquinaria y estar lo suficientemente limpia de forma que se evite cargar tierras o piedras con la biomasa. Para un trasporte rentable se debe optimizar la densidad aparente tal y como hemos visto en el apartado anterior. Los vehículos de transporte deben ser versátiles para permitir una mayor operatividad en la carga. Separación y descontaminación. Los residuos forestales al ser recogidos poseen impurezas que deben ser separadas antes de su aprovechamiento, como metales, piedras, plásticos, tierra y otros productos.
La maquinaria más comúnmente utilizada para la separación de materiales son las Cribas. Las cribas son máquinas fijas o semifijas (en ese caso, remolcadas generalmente por una cabeza tractora de camión), cuyo principal fin es clasificar los materiales por granulometría y, en algunos casos, mediante criterios adicionales, como la separación de materiales metálicos, materiales ligeros aspirables, materiales rodantes como piñas, piedras… etc.
El cribado es una operación esencial para obtener un material acabado con buen aspecto o para garantizar un producto homogéneo para los siguientes procesos de transformación.
El uso forestal de los sistemas de cribado está restringido al postratamiento de materiales pretriturados que tienen abundantes impurezas duras –clavos u otros elementos metálicos, grandes piedras, etc.- que dañarían los órganos de tratamiento de astilladoras e incluso trituradoras. Por ello, frecuentemente se encuentran en los parques de materia prima de las industrias de trituración. Las diversas salidas de los materiales ya clasificados se producen
generalmente a través de cintas transportadoras. Los equipos remolcados también pueden usarse en cargaderos de monte, requiriendo mucho espacio.
Clasificación y transformación. Los residuos forestales pueden ser directamente aprovechados energéticamente tras el astillado y cribado o bien llevadas a plantas para su transformación, con el objeto de mejorar su rendimiento y obtener un producto de características físicas normalizadas, siendo las operaciones generalmente que se llevan a cabo las siguientes.
En lo que respecta al aprovechamiento de residuos forestales en Extremadura en la actualidad existen varias empresas que actúan o podrían actuar como proveedores de este tipo de biomasa, entre ellas caben destacar las siguientes (aunque más adelante se comentarán algunas en más profundidad): RECIMAEX, Explotaciones forestales MARLE y AEEFOR.
Explotaciones forestales MARLE, nos indica que en este sentido han tenido alguna experiencia en Extremadura pero de forma muy puntual.
AEEFOR, la asociación extremeña de empresas forestales, posee una capacidad de generación de residuos forestales entre sus asociados en torno a 250.000-300.000 Tm/año, en la actualidad estos residuos forestales son astillados en monte, para su incorporación como abono en el terreno, no realizándose por el momento ningún tipo de valorización de los mismos. En estos últimos años se han puesto en contacto con la asociación varios promotores de proyectos para el aprovechamiento energético de biomasa pero hasta el momento no se han obtenido resultados o no se han llegado a convenios. Entre los puntos débiles existentes en este mercado, desde el punto de vista de Aeefor, se encuentra el encarecimiento de la biomasa debido a los costes asociados al transporte y en ocasiones a la necesidad de realizar inversiones importantes en maquinaria para ciertos montes que debido a la orografía poseen restricciones de acceso.
Residuos industriales procedentes de la industria forestal
Aserraderos. Los principales residuos generados en estas industrias son cortezas, serrines, virutas, costeros y leñas. Estos residuos suelen ser aprovechados para otros usos como fabricación de derivados de madera como en el caso de serrines o como materia prima para la fabricación de tableros en el caso de los costeros y leñas. Estos residuos a su vez pueden utilizarse con fines energéticos para autoconsumo de la propia industria maderera, por ejemplo en secaderos de madera, industrias de pasta de celulosa, etc. En el caso de virutas, astillas y costeros estos se pueden utilizar para la producción de calor, mientras que todos ellos (cortezas, serrines, virutas, costeros y leñas), triturados, secados y compactados pueden utilizarse para la elaboración de pélets
Segunda transformación. Como consecuencia de la fabricación de muebles, utensilios y otros productos de madera se generan tacos, virutas y serrines, que pueden ser aprovechados energéticamente, no obstante estos residuos suelen ser utilizados también como materia prima para la elaboración de tableros, así como en explotaciones agropecuarias.
Otros residuos de madera. Se trata de envases y embalajes de madera como palés. Cuando estos se rompen o entran en desuso, constituyen un residuo susceptible de ser valorizado. En la actualidad en Extremadura existen varias empresas como RECIMAEX y BIOMEX que están utilizando estos residuos para su aprovechamiento aunque de momento no con fines energéticos. En el caso de RECIMAEX, los restos de envases de madera se trituran y se venden principalmente a empresas de segunda transformación de la madera, mientras que en BIOMEX se utilizan conjuntamente con restos de podas para la elaboración de sustrato animal (bases
para cuadras, granjas, etc.). En el apartado 2.3.1. Se incluye un listado de empresas gestoras de este tipo de residuos.
La ventaja principal de los residuos industriales frente a los residuos forestales, es que éstos se encuentran muy localizados, por lo que mediante un sistema logístico adecuado pueden ser concentrados con mayor facilidad, siendo los costes de extracción y transporte menor.
No se tiene constancia de la existencia de aprovechamiento energético de residuos procedentes de la industria de transformación de la madera en Extremadura.
En la siguiente tabla se muestran los posibles residuos generados por las industrias forestales y los posibles destinos de la biomasa.
TABLA 3. BIOMASA RESIDUAL PROCEDENTE DE LA INDUSTRIA FORESTAL
TIPO DE RESIDUO DESTINO
Residuos procedentes de aserraderos
Fuste Industria del tablero
Corteza Aplicaciones energéticas
Sustratos vegetales
Serrín blanco (de coníferas, eucalipto o mezcla) Fabricación de productos derivados de la madera
Serrín rojo (de frondosas o especies tropicales) Aplicaciones energéticas
Costeros y leñas Industrias de tablero y derivados de madera
Biomasa procedente de la industria del tablero y chapa
Corteza Aplicaciones energéticas
Polvo de lijado Aplicaciones energéticas
Biomasa procedente de la industria de la celulosa
Corteza Aplicaciones energéticas
TABLA 3. BIOMASA RESIDUAL PROCEDENTE DE LA INDUSTRIA FORESTAL
TIPO DE RESIDUO DESTINO
Serrines y virutas Aplicaciones energéticas
Industria de tableros derivados de la madera Cama animal en explotaciones agropecuarias
Tacos y recortes Aplicaciones energéticas
Biomasa residual en industria de palés, envases y embalajes
Serrines y virutas Aplicaciones energéticas
Industria de tablero derivados de la madera
Tacos y recortes Aplicaciones energéticas
Residuos de madera urbana
Residuos voluminosos Aplicaciones energéticas Tableros y partículas
Fuente: Velázquez Martín. 2006.
Los residuos procedentes de la industria forestal (industria de transformación de la madera) pueden ser aprovechados energéticamente bien mediante la combustión directa, o bien mediante su acondicionamiento o transformación.
Las principales etapas que tienen lugar en el proceso de transformación de la biomasa forestal tanto de la procedente del monte como la que procede de la industria de transformación de la madera son el astillado, secado natural, secado forzado, molienda y densificación.
En la siguiente figura se muestran las distintas etapas que pueden tener lugar en el proceso de transformación de la biomasa, observándose que en función de la aplicación a la que se destine o la calidad del producto que se desee obtener será necesario aplicar o no distintas etapas.
Secado natural. Consiste en aprovechar las condiciones climatológicas naturales para el deshidratado de los residuos. Este secado puede hacerse bien directamente en la zona de producción del residuo, en monte para el caso de residuos forestales o bien tras haberlos convertido en astillas.
Durante el proceso de secado natural se producen una serie de procesos termogénicos debidos a la acción de las células vivas de la madera, a la actividad biológica de microorganismos bacterias y hongos) y a fenómenos de oxidación química e hidrólisis ácida de los componentes de la celulosa.
Por este motivo en las pilas realizadas para el secado natural se alcanzan temperaturas que dan lugar a fenómenos de autocombustión, que se ven favorecidos cuando los residuos poseen una gran cantidad de cortezas o cuando sobre la superficie se forman costras de hielo o se acumulan materiales finos que obturan los huecos e impiden el intercambio de calor con la atmósfera.
Durante el almacenamiento de pilas de astillas de madera para favorecer el secado natural se registra una pérdida de madera que suele estar comprendida entre el 0,5 %-1% por mes en climas fríos y templados y el 0,75- 3% por mes en climas cálidos y húmedos (Ortiz et al., 2003).
TABLA 4. RECOMENDACIONES PARA EL SECADO EN PILAS DE ASTILLAS
Hacer pilas de no más de 40-50 m3, evitando el apelmazamiento del material.
Evitar la presencia de finos que impiden la entrada de aire en la pila.
Controlar la temperatura en el interior de la pila, y voltear el material cuando se registren temperaturas superiores a 60 ºC.
Fuente: Ortiz et al., 2003.
Secado forzado. Cuando la humedad conseguida con el secado natural no es la deseada para procesar el material o no se disponen de las condiciones adecuadas, como en aquellos lugares muy húmedos, es necesario aplicar el secado forzado.
Los equipos utilizados para el secado forzado se clasifican en secaderos directos (la transferencia de calor es por contacto directo) y secaderos indirectos (la transferencia de calor se realiza mediante una pared de retención).
Los equipos para el secado de biomasa pueden ser de tipo “trommel” o neumáticos, estos últimos se basan en el arrastre de residuos mediante un flujo térmico durante un recorrido que extrae la humedad del material y suelen utilizarse para biomasa de granulometría fina o que requieren una ligera deshidratación.
Los secaderos tipo “trommel” se basan en un cilindro que gira y facilita el contacto entre la biomasa y los gases secantes se utilizan para biomasa con granulometría gruesa o con humedad elevada.
Para que el proceso de secado forzado sea viable en aplicaciones energéticas directas es necesario que se aumente el rendimiento de combustión, puesto que este proceso es caro. En la actualidad se someten a secado artificial aquellos materiales de mayor valor añadido, como aquella biomasa destinada a elementos densificados, como pélets y briquetas.
Reducción granulométrica. Este es un proceso esencial para el aprovechamiento energético, tanto para la combustión directa como para la producción de elementos densificados.
Para la producción de elementos densificados es necesario conseguir una partícula de mayor tamaño y más homogénea, por lo que se someten las astillas a un proceso de molienda.
Densificación. Para la obtención de productos combustibles de alto poder calorífico y homogéneo en cuanto a tamaño y composición, se suele someter la biomasa a procesos de compactación con objeto de obtener productos densificados. Esto permite realizar un sistema de alimentación automatizado, además de mejorar la rentabilidad en los costes en relación con el transporte y almacenamiento.
En Extremadura existe una empresa dedicada a la fabricación de productos densificados de la biomasa, concretamente pélets, se trata de la empresa Biomasas de Extremadura, BIOMEX, cuyo proceso puede consultarse en el epígrafe 4.1.1.
2.1.1.2. Biomasa residual de cultivos agrícolas.
Se distinguen en este apartado los residuos de cultivos agrícolas tradicionales, cuyo destino final es la producción de alimento. Dentro de los residuos agrícolas con potencial aprovechamiento como combustible, se diferencian los residuos procedentes de cultivos leñosos, de los residuos procedentes de cultivos herbáceos, siendo sus características distintas y por tanto su logística y modo de aprovisionamiento.
Residuos procedentes de cultivos leñosos. Se trata de los restos de poda, arranque y cosecha de árboles frutales, vid, olivos, etc. El tratamiento de estos residuos es similar al definido para los residuos forestales, siendo uno de los factores más importantes la reducción del volumen con objeto de optimizar los costes del transporte. Estos residuos presentan el inconveniente de que su generación es muy estacional, coincidiendo con los distintos periodos de tratamiento agrícola, y por otro lado la parcelación y diferentes propietarios hacen que para obtener una cantidad importante de este recurso haya que contar con multitud de ellos. Estos motivos hacen que sean necesarias instalaciones de acopio de la biomasa, de tal forma que hagan posible disponer de cantidades importantes distribuidas a lo largo del año.
Residuos procedentes de cultivos herbáceos. Estos proceden de la cosecha de cultivos como cebada, trigo, maíz, etc. Su principal característica es la estacionalidad de la recolección según el cultivo, por lo que en este caso son también necesarios centros de acopio para asegurar la disponibilidad de la biomasa.
El almacenamiento de esta biomasa requiere de un gran volumen y de condiciones de seguridad, dado que el almacenamiento de la paja presenta peligro de incendios. Es por ello por lo que cuando se usan en centrales eléctricas como biomasa suelen situarse alejadas de
acopio, para que tanto el transporte desde los puntos de origen hasta la planta de aprovechamiento energético de la biomasa sean rentables.
TABLA 5. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL APROVECHAMIENTO DE LOS RESIDUOS AGRÍCOLAS COMO BIOMASA
Necesidad de la existencia de zonas intermedias de acopio
Importante papel de las cooperativas o empresas de servicios agrícolas.
- Necesidad de grandes superficies de trabajo para que la actividad sea económicamente rentable.
- Dificultad para adquirir la maquinaria para triturar los restos de poda por un solo agricultor.
- Necesidad de gestionar el almacenamiento y el transporte hasta la planta Fuente: Elaboración propia.
2.1.1.3. Biomasa residual de industrias agroalimentarias
Los residuos agroindustriales se generan en industrias de procesado de materias primas como industrias de frutos secos (cáscara de almendras, piñas, etc.), producción de aceite (hueso de aceituna, orujillo, orujo, etc.), industrias conserveras, industria arrocera (cáscara de arroz), azucareras, etc.
Los residuos procedentes de industrias agroalimentarias son muy variables en cuanto a su tamaño, composición, densidad, humedad, poder calorífico por lo que su estudio hay que realizarlo individualmente.
En muchos casos estos residuos son utilizados como fuente de energía térmica en la propia industria, como por ejemplo en extractoras y almazaras.
Entre los residuos agroindustriales utilizados como biomasa con aprovechamiento energético, destacan los siguientes.
Frutos secos. Los principales residuos procedentes de las industrias de procesado de frutos secos son la cáscara de almendras, piñas, piñones. Se trata de una biomasa de elevada densidad energética y una baja humedad. El Poder calorífico inferior de este tipo de biomasa (en adelante PCI), entendido éste como la energía realmente aprovechable, una vez evaporada el agua producida en la combustión, se sitúa en torno a 4.300 Kcal/Kg. en base seca.
Residuos procedentes del olivar.
- Orujo. Se trata de un subproducto del proceso de obtención del aceite de oliva, como consecuencia del centrifugado o prensado de la aceituna. El orujo generado en las almazaras es almacenado en balsas para su posterior procesado, denominado repaso. El orujo repasado se utiliza para la generación de energía eléctrica previo proceso de secado, dado su alto contenido en humedad.
- Orujillo. El orujo una vez secado y sometido a un proceso de extracción de aceite, se transforma en orujillo, con menor contenido en humedad que el orujo, en torno al 10%. Se utiliza para la generación de energía térmica en industrias y para generación de energía eléctrica. Es comúnmente empleado en las extractoras como aporte térmico para el secado del orujo, así como para calderas de generación de vapor para el proceso.
- Hueso de aceituna. Se considera un combustible con unas características excepcionales debido fundamentalmente a una elevada densidad y bajo contenido en humedad. Se ha utilizado fundamentalmente en calderas de las propias extractoras o almazaras. Últimamente se está comenzando a comercializar para el sector doméstico.
- Celulosa del olivar. Aunque en menor medida, a las almazaras suele llegar restos de ramas de los olivares. Al lavarlas se produce un rechazo con una concentración de celulosa significativa. Empresas como Troil están buscando salidas y soluciones para su valorización como combustible biomásico.
Azucareras. Existen plantas que aprovechan el bagazo, que es un residuo procedente del proceso de producción del azúcar que se usa como combustible.
Conservas vegetales. Debido a su contenido en celulosa los residuos procedentes de industrias de elaboración de conservas vegetales como pueden ser las tomateras, constituyen una importante fuente de biomasa.
Cáscara de arroz. La cascarilla de arroz se suele acumular en industrias arroceras y se puede utilizar tanto para fines energéticos por combustión como gasificación.
Residuos de industrias vinícolas. Como consecuencia de la obtención del vino se genera un residuo sólido el orujo de uva,
constituido por los hollejos (pieles y pulpa), raspones (restos de ramificaciones de racimos) y semillas de uva. Este subproducto se destina fundamentalmente para la obtención de alcohol vínico. La aplicación energética tradicional del orujo de uva es en las calderas de las destilerías, una vez extraído el alcohol y desecado hasta un 20%-30% de humedad, con un PCI variable entre las 2.000 y 2.500 Kcal/Kg.
2.1.1.4. Cultivos energéticos
Los cultivos energéticos son aquellos cultivos implantados y explotados con el único objetivo de obtener biomasa. Estos al igual que los residuos pueden ser cultivos forestales o agrícolas. Los cultivos energéticos deben poseer unas características tales que permitan su adaptación en terrenos marginales, poseer unos altos niveles de productividad de biomasa, requerimiento de maquinaria convencional, que no contribuyan a degradar el medio ambiente, etc.
TABLA 6. CARACTERÍSTICAS DESEABLES DE LOS CULTIVOS ENERGÉTICOS
Altos niveles de productividad de biomasa con bajos costos de producción. Rentables al agricultor.
Balance energético positivo. Deben producir más energía de la que se invierte en su cultivo y preparación para combustible biomásico
Requerimiento de maquinaria agrícola o forestal convencional
Adaptadas a condiciones edafo-climáticas de la zona
Posibilidad de desarrollo en terrenos marginales
Que no posea un interés elevado para el aprovechamiento alimentario
Que no contribuyan a la degradación del medio ambiente
Fuente: Elaboración propia.
Existen distintos tipos de cultivos energéticos según la finalidad de éstos, distinguiéndose. - Cultivos oleaginosos para la producción de aceite transformable en biodiesel. - Alcoholígenos, para la producción de bioetanol a partir de fermentación de
azúcares.
- Lignocelulósicos, para la producción de biocombustibles sólidos para la generación de energía térmica o eléctrica.
Debido a que el presente estudio está dirigido a los combustibles sólidos biomásicos nos centraremos en los cultivos lignocelulósicos.
Especies forestales. Dentro de las especies leñosas utilizadas como cultivos energéticos se encuentran las mismas que han sido cultivadas para la industria maderera, papelera, etc. Entre estas destacan sauces, eucaliptos, chopos, especies del género Quercus. El tratamiento de estas especies para aprovechamiento energético es muy similar al de la biomasa procedente de residuos forestales.
Una especie que se está desarrollando como cultivo energético en la actualidad con buenos resultados es la paulownia. Se trata de un árbol caducifolio que puede alcanzar 20-30 metros
grisáceo fisurada y hojas de enorme tamaño. El primer año las hojas pueden alcanzar hasta 60 cm. de anchura, reduciéndose el tamaño de las hojas conforme pasan los años hasta un tamaño de 12 cm. Las hojas están dispuestas en par opuestas, anchamente cordado-ovalado, acuminadas, largamente pecioladas cubiertas de un fino y suave tormento. Son de color verde algo oscuro. Las flores se forman en otoño, en panículas de 10 a 30 cm. de longitud, y permanecen cerradas hasta primavera. Son de unos 5 cm. de longitud, acampanadas, con 5 lóbulos de color violeta pálido. El fruto es una cápsula leñosa, dehiscente de forma ovoide puntiaguda con diminutas semillas.
Una característica del género es su rápido crecimiento y desarrollo, uno de los de mayor producción de biomasa. Durante los primeros años, su crecimiento es espectacular, llegando a alcanzar hasta 5 metros de altura durante el primer año. El inicio del crecimiento dependiendo de las zonas es desde febrero a abril y es máximo desde finales de primavera y verano.
La paulownia se puede cultivar en gran variedad de suelos, tanto en suelos pobres y degradados como en suelos ricos. Su limitación se encuentra en aquellos suelos que se encharquen y con un porcentaje superior al 20% de Arcilla, prefiriendo suelos sueltos y profundos. La paulownia tiene un potente sistema radicular con una raíz pivotante que puede alcanzar hasta una profundidad de 9 metros. Climatológicamente la paulownia resiste temperaturas hasta 45 ºC y en periodo de reposo soporta hasta temperaturas de -17 ºC, requiere una precipitación media anual de 800 mm, centrada en el periodo vegetativo.
A día de hoy se está investigando en la localidad de Talayuela esta especie para diversos usos, entre ellos su destino como cultivo energético. Más adelante se ampliará la información cuando se comente la I+D+i sobre biomasa en la región.
Especies agrícolas. Entre las especies herbáceas utilizadas como cultivos energéticos se encuentran las especies que han sido cultivadas tradicionalmente para otros usos como los cereales, la colza, el girasol y de nuevas especies que se están introduciendo para este uso específico, como la colza etíope (Brassica carinata A. Braun), el Sorgo (Sorghum bicolor L.) y el cardo (Cynara cardunculus L.).
Colza. Brassica napus L.
La colza es una planta crucífera cuyo cultivo tradicional se realizaba para la obtención de semilla oleaginosa. En los últimos años esta especie se ha ido expandiendo como cultivo bioenergético por su calidad para la producción de biodiesel.
El aprovechamiento del cereal con fines energéticos posee una doble vertiente, por un lado se aprovecha la paja para la producción de biomasa sólida y por otro lado el grano se utiliza para la producción de etanol.
Una de las ventajas del cultivo de cereal, es la alta tradición del mismo a nivel nacional, por lo que las técnicas de cultivo y recolección están muy desarrolladas. No obstante, en la actualidad la recolección del cultivo con fines energéticos (siega de la planta entera y posterior empacado) posee unos costes mayores que la recolección del grano.
Sorgo (Sorghum sp.)
Se trata de una gramínea de origen tropical, que tradicionalmente se ha cultivado para la obtención de grano o forraje. Entre las variedades de sorgo destinadas a fines energéticos se encuentra el sorgo papelero o el sorgo para fibra. El aprovechamiento de esta variedad es apto tanto para la obtención de biocarburantes a partir del grano, como para el aprovechamiento como biomasa sólida con fines térmicos o eléctricos.
Constituye una de las especies con mayor proyección respecto a su aplicación energética, aunque los rendimientos obtenidos son muy variables en función de la zona de cultivo.
Colza etíope (Brassica carinata A.Braun)
Es una crucífera que posee alto potencial productivo y muy resistente en condiciones de sequía. Al ser la torta del grano tóxica para la alimentación animal genera menos ingresos que otros cultivos.
Posee gran aptitud para integrarse en la rotación cerealista, mejorando el rendimiento del cereal. Es una especie recomendable para un ciclo rotacional consistente en brasita, cereal y leguminosa.
Cardo (Cynara cardunculus L.).
El cardo es una especie perenne, con un ciclo de reproducción de biomasa aérea anual. El cardo no necesita riego ya que es una especie de secano, adaptada a condiciones climatológicas de veranos secos y calurosos, por lo que los costes de mantenimiento serán bajos.
La producción de cardo oscila sobre las 18 toneladas de materia al año por hectárea. Pataca (Helianthus tuberosus L)
La pataca, es una planta de regadío, rústica y resistente al frío, por lo que es apta para ocupar tierras de regadío como alternativa a la remolacha. Sus tubérculos, en el suelo, son capaces de
Con el cultivo de la pataca, en España, llegan a obtenerse 60-80 toneladas de tubérculos por hectárea y año y de 8 a 10 toneladas de materia seca de tallos.
2.1.2. Usos y aprovechamientos de la biomasa sólida
El aprovechamiento de la biomasa con fines energéticos posee varias vertientes por un lado la producción de energía térmica, bien para producir calor o agua caliente sanitaria a partir de la combustión directa de la biomasa, energía eléctrica a partir de la generación de vapor y los biocombustibles utilizados en los medios de transporte. En este estudio nos centraremos en los aprovechamientos a partir de biomasa sólida, considerando los usos tanto a nivel doméstico como industrial. En apartados posteriores (3.2.3 y 4.2.2) podemos consultar distintas iniciativas llevadas a cabo en Extremadura, relacionadas con el aprovechamiento energético a partir de biomasa.
2.1.2.1. Producción de energía térmica
La mayor parte del consumo de biomasa para generar energía térmica se produce en las mismas industrias que generan el residuo, como por ejemplo almazaras y extractoras de aceite, aunque otras industrias que consumen biomasa para producir energía térmica son las cementeras, industrias cerámicas, envasadoras de aceite, secaderos de madera, industrias cárnicas.
Por otro lado se encuentra el uso doméstico y residencial de las calderas de biomasa, bien como calefacción o para la producción de agua caliente sanitaria. Asimismo es de destacar también la implantación de estos equipos en el sector terciario y en edificios públicos.
Entre los residuos utilizados para la generación de energía térmica se encuentran los residuos forestales, agrícolas y de industrias agrícolas, en ocasiones se utilizan estos residuos tratados, transformados en pélets, briquetas o astillas, lo que encarece el producto.
En Extremadura existen algunas calderas en funcionamiento para producir energía térmica, como en el balneario “El Raposo” (Badajoz) que tiene instalada una caldera de biomasa de 220 Kw., instalaciones deportivas como la piscina municipal de Miajadas (Cáceres), edificios públicos como es el caso de varios colegios de la provincia de Badajoz que contarán con calderas de biomasa para el sistema de calefacción, así como iniciativas de cooperativas agrícolas como por ejemplo la sociedad cooperativa “La Milagrosa” en Monterrubio de la Serena (Badajoz), que posee una caldera de biomasa que cubre las necesidades térmicas del proceso productivo.
2.1.2.2. Producción de energía eléctrica
Gran parte de la producción de energía eléctrica a partir de biomasa tiene lugar en las propias industrias que generan los residuos, siendo menor el número de centrales eléctricas a partir de biomasa. Esto se debe fundamentalmente a que estas instalaciones demandan gran cantidad de combustible, por lo que necesitan que exista un suministro en cantidad y de calidad de manera continuada.
En la actualidad existen en España varias centrales eléctricas a partir de biomasa. Los combustibles más utilizados los residuos procedentes del olivar como la cooperativa cordobesa Oleícola El Tejar, los residuos forestales como la planta de 2,5 MW en Allariz (Orense), residuos agrícolas este es el caso de la planta de 25 MW en Sangüesa (Navarra) de Acciona y la planta de 16 MW en Miajadas (Cáceres) de Acciona.
2.1.2.3. Cogeneración
Se refiere a la generación simultánea de energía térmica y energía eléctrica y/o mecánica. Se utiliza generalmente en industrias que requieren las dos formas de energía. En ocasiones se utiliza el calor y electricidad en el proceso y la energía eléctrica excedente generada se vende, estando disponible por tanto para otros usuarios.
Tal es el caso de Viñaoliva en Almendralejo que utiliza parte de la biomasa generada en el proceso de obtención de alcohol vínico para la obtención de energía térmica y vapor para el proceso de secado del orujo y destilación.
2.1.2.4. Características de la biomasa sólida para su aprovechamiento energético.
Entre las características físico-químicas de los biocombustibles sólidos destacan las siguientes. Humedad.
El contenido en humedad de los combustibles biomásicos es muy variable (desde un 10% a un 40% en base húmeda), por lo que en muchos casos es necesario un secado previo a su utilización. El contenido en humedad afecta enormemente tanto al funcionamiento de los equipos y rendimientos de los procesos, como a la cantidad y calidad de los productos obtenidos.
Tamaño y forma de las partículas.
Hay una gran variedad de tamaños de partícula que pueden presentarse. La forma de los productos también varía (polvo, hojas, trozos de madera), lo cual dificulta su manejo, transporte, transformación y conversión energética.
Densidad
La densidad de la biomasa se puede establecer de 2 formas siguientes: Densidad real y densidad aparente.
La densidad aparente es la relación entre el peso y el volumen aparente de una partida de madera.
Cuanto menor sea la densidad aparente que tiene la biomasa mayor será el coste de su transporte. Es necesario por tanto conseguir productos más compactos y fácilmente utilizables. La heterogeneidad de la biomasa y el tipo de aprovechamiento determina el tipo de tratamiento para su uso.
o
Secado natural o forzadoo
Astillado, triturado o moliendao
Densificación: pélets, briquetas o empacado Poder caloríficoEl poder calorífico de un combustible es la cantidad de energía desprendida en la reacción de combustión, referida a la unidad de masa de combustible. Puede ser medido seco o saturado con vapor de agua; y neto o bruto. (Bruto significa que el agua producida durante la combustión ha sido condensada en líquido, liberando así su calor latente; Neto significa que el agua permanece como vapor). La convención general es llamarle seco ó bruto.
El poder calorífico superior permite conocer la energía contenida en la biomasa estudiada incluyendo aquella que se consumirá en evaporar el agua producida en la combustión.
La energía realmente aprovechable, una vez evaporada el agua producida en la combustión, se denomina poder calorífico inferior y se obtiene a través de fórmulas empíricas que relacionan el poder calorífico superior con la composición del biocombustibles utilizado.
TABLA 7. PODERES CALORÍFICOS PARA DISTINTOS TIPOS DE BIOMASA
Tipo de biomasa PCS
(Kcal/Kg)
PCI (según contenido en humedad (Kcal/Kg.)
Tipo de biomasa Humedad (%) PCI Humedad (%) PCI
Leñas y maderas Coníferas Frondosas 4.950 4.600 20 20 3.590 3.331 40 40 2.550 2.340 Serrines y virutas Coníferas Frondosas autóctonas Frondosas tropicales 4.880 4.630 4.870 15 15 15 3.790 3.580 3.780 35 35 35 2.760 2.600 2.760 Cortezas Coníferas Frondosas 5.030 4.670 20 20 3.650 3.370 40 40 2.650 2.380 Vid Sarmientos Ramilla de uva Orujo de uva 4.560 4.440 4.820 20 25 25 3.280 2.950 3.240 40 50 50 2.310 1.770 1.960 Aceite Hueso Orujillo 4.960 4.870 15 15 3.860 3.780 35 35 2.810 2.760 Cáscara de frutos secos Almendra Avellana Piñón Cacahuete 4.760 4.500 4.930 4.250 10 10 10 10 3.940 3.710 4.060 3.480 15 15 15 15 3.690 3.470 3.830 3.260 Paja de cereales 4.420 10 30 3.630 2.700 20 3.160 Cascarillas de arroz Girasol Residuos de campo 4.130 4.060 10 10 3.337 3.310 15 15 3.150 3.090 Fuente: VVAA. 1992.
Para garantizar un buen funcionamiento del mercado de la biomasa, es necesario conocer el origen de la misma y sus características concretas. En España la normalización de la biomasa es realizada por AENOR mediante el comité técnico 164- Biocombustibles sólidos-.
En la actualidad, las normas referentes a biocombustibles sólidos son desarrolladas por el AEN/CTN 164 y entre ellas se encuentran.
- Especificación Técnica CEN/TS 14778 Biocombustibles sólidos. Muestreo.
- Norma experimental UNE 164001:2005 EX Biocombustibles sólidos. Método para la determinación del poder calorífico.
En estas especificaciones, se definen una serie de parámetros de calidad según el tipo de biocombustibles sólido del que se trate. Ello permite disponer de una herramienta común para el buen entendimiento entre productores, comercializadores, compradores, así como para los fabricantes de equipos.
En la Especificación Técnica CEN/TS 14961 Biocombustibles sólidos. Especificaciones y clases de combustibles, se describen las propiedades de cada tipo de combustible, entre las que se incluyen propiedades normativas y voluntariamente propiedades informativas. Las propiedades descritas en las especificaciones técnicas son las siguientes.
TABLA 8. ESPECIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS
PROPIEDADES DESCRIPCIÓN
Origen y fuente Se especifica según el apartado 6.1 y la tabla 1 de la norma UNE-CEN/TS 14961, en la que se distinguen los principales grupos de biocombustibles, como biomasa leñosa, biomasa herbácea, biomasa de frutos y conjuntos y mezclas.
Forma comercializada Existen distintas formas y tamaño de comercialización de los biocombustibles sólidos, ver apartado 2.1.2.5.del presente documento.
Esto influye en la forma de manipulación, almacenamiento, así como en sus propiedades de combustión.
Dimensiones (mm) Se suelen expresar en diámetro y longitud y si no es adecuado se pueden utilizar otros formatos pero deben quedar claramente indicados.
Humedad (% en masa según se recibe)
Contenido de cenizas (% en masa en base seca)
Aditivo (% en base seca)
Se debe indicar si se añade cualquier tipo de aditivo al combustible, señalando tipo y cantidad.
Nitrógeno (% en base seca)
El nitrógeno es obligatorio sólo para biomasa tratada químicamente.
N o rm a ti v a s
Otros Específicos según el tipo de biomasa
Poder calorífico inferior (MJ/Kg. según se recibe) o densidad energética (Kwh./m3 )
Densidad aparente según se recibe (Kg./m3 suelto)
Cloro, Cl (% en base seca)
Azufre, S (% en masa en base seca)
Resistencia mecánica (masa que queda después del tratamiento, masa en base seca, % en masa)
In fo rm a ti v a s Otras especificaciones de dimensiones
Se debe indicar la cantidad máxima permitida de finos y partículas gruesas de combustible.
Otros macro y microelementos
Propiedades que son específicas para el biocombustibles sólido real y que se considera que contiene información útil.
2.1.2.5. Presentación de los combustibles sólidos biomásicos comercializados
Los combustibles sólidos suelen suministrarse de varias formas y tamaños, siendo los más comúnmente empleados los siguientes.
Entre los formatos de biocombustibles sólidos más empleados en el ámbito doméstico destacan los pélets, las astillas, las briquetas y trozas.
Los pélets de biomasa son un biocombustible estandarizado a nivel internacional. Se conforman como pequeños cilindros procedentes de la compactación de serrines y virutas molturadas y secas, provenientes de serrerías, de otras industrias, o se producen a partir de astillas y otras biomasas de diversos orígenes. Poseen un diámetro menor o igual a los 25 mm. Su constitución compacta y su reducido tamaño permiten la automatización de la alimentación de las calderas de biomasa mediante un sistema de tornillo sin fin. Presentan una mejor combustión debido a su alta densidad, mayores facilidades para su transporte y comercialización y menor espacio para su almacenamiento. Estas características permiten utilizar el pélet como una buena alternativa al gasóleo de calefacción.
Las astillas de madera, son trozos pequeños de forma irregular procedente de la fragmentación de la biomasa forestal de entre 5 mm a 100 mm de longitud. Su calidad depende fundamentalmente de la materia prima de la que proceden, de su recogida y de la tecnología de astillado. La astilla procedente de los aprovechamientos forestales es totalmente natural, y no contiene ningún tipo de aditivo, constituyendo un biocombustible limpio de cara a la emisión de gases contaminantes. Tiene una baja densidad y una superficie específica muy superior a la de la leña, lo que disminuye el tiempo de inicio de la combustión. El proceso de secado es caro, pero aumenta el poder calorífico.
TABLA 9.DIMENSIONES DE LAS ASTILLAS CLASE FRACCIÓN PRINCIPAL FRACCIÓN
FINA FRACCIÓN GRUESA P16 3,15 mm ≤ P ≤ 16 mm < 1 mm Max. 1% > 45 mm, todo < 85 mm P45 3,15 mm ≤ P ≤ 45 mm < 1 mm Max. 1 % > 63 mm P63 3,15 mm ≤ P ≤ 63 mm < 1 mm Max. 1 % > 100 mm P100 3,15 mm ≤ P ≤ 100 mm < 1 mm Max. 1 % > 200 mm
Las briquetas están constituidas por biomasa comprimida, bien de aserrín, desechos agrícolas, o carbón vegetal que se compactan mediante alta presión. Su tamaño y forma son variables, poseen entre un 20 y un 10 % de humedad
Las trozas, se corresponden con trozos de madera de frondosas o coníferas o mezcla de ambas, el único tratamiento que poseen es el corte. La humedad es variable requiriendo un proceso de secado antes de su uso hasta alcanzar un porcentaje en humedad en torno al 20 %.
Pélets Briquetas
Astillas Trozas
Ilustración 5.
Entre los biocombustibles procedentes de residuos agroindustriales, destacan el orujo y orujillo tanto de aceituna como de uva, así como cáscara de frutos secos, a continuación se muestran las principales características de los mismos.
El Orujo de aceituna se produce en el proceso de centrifugación y prensado de la aceituna para la fabricación de aceites, asimismo en el proceso de obtención del vino, tras el prensado se obtienen un subproducto que es el orujo de uva.
TABLA 10. CARACTERÍSTICAS DE LOS ORUJOS
Parámetros Orujo de Uva Orujo de aceituna
Humedad (%) -- 60-65%
Cenizas (% m.d.) < 3 --
Poder calorífico superior (MJ/Kgd) -- --
Poder calorífico inferior (MJ/Kgd) 16,7 17,5-19
Fuente: Especificación técnica de la norma UNE-CEN/TS 14971:2005.
El orujillo es biomasa residual procedente de procesos agroindustriales, existiendo en el mercado el orujillo de aceituna procedente de la extracción de aceite de orujo y el orujillo de uva, que se obtiene tras someter al orujo de uva a un proceso químico. A continuación se describen las características típicas de esta biomasa.
TABLA 11. CARACTERÍSTICAS DE LOS ORUJILLOS
Parámetros Orujillo de Uva Orujillo de aceituna
Humedad (%) -- 10%-20%
Cenizas (% m.d.) 9,5 De 2 a 7
Poder calorífico superior (MJ/Kgd) -- 21,4
Poder calorífico inferior (MJ/Kgd) 19 17,5 a 19
Orujillo de aceituna Orujillo de uva
Ilustración 6.
Las cáscaras de frutos secos más utilizadas son las de almendra, avellana y piñón, siendo sus características las siguientes.
TABLA 12. CARACTERÍSTICAS CÁSCARAS DE FRUTOS SECOS
Parámetros Cáscaras de almendra, avellana y piñón
Cenizas (% m.d.) 0,95-3
Poder calorífico inferior (MJ/Kgd) 17,5-19
Fuente: Especificación técnica de la norma UNE-CEN/TS 14971:2005.
Cáscara De almendra Cáscara de piñón
Biocombustibles procedentes de cultivos herbáceos, suelen presentarse principalmente como pacas de paja o paja picada. La paja se caracteriza por tener una baja densidad energética, por lo que son necesarias grandes cantidades de combustible para su aprovechamiento.
TABLA 13. CARACTERÍSTICAS BIOCOMBUSTIBLES DE PAJA
Parámetros Paja de trigo, centeno y cebada (valor típico)
Cenizas (% m.d.) 5
Poder calorífico superior (MJ/Kgd) 19,8
Poder calorífico inferior (MJ/Kgd) 18,5
Fuente: Especificación técnica de la norma UNE-CEN/TS 14971:2005.
Pacas de paja
Combustibles tradicionales, leña, madera y cortezas.
TABLA 14. CARACTERÍSTICAS DE MADERAS
Parámetros (valores típicos) Maderas de coníferas Madera de frondosas Cenizas (% m.d.) 0,3 0,3
Poder calorífico superior (MJ/Kgd) 20,05 20,2
Poder calorífico inferior (MJ/Kgd) 19,2 19
Nota: Valores típicos para materiales leñosos vírgenes sin madera de corteza, hojas ni acículas. Fuente: Especificación técnica de la norma UNE-CEN/TS 14971:2005.
TABLA 15. CARACTERÍSTICAS DE CORTEZAS
Parámetros (valores típicos) Corteza de maderas de coníferas Corteza de madera de frondosas Cenizas (% m.d.) 4 5
Poder calorífico superior (MJ/Kgd) 21 21
Poder calorífico inferior (MJ/Kgd) 20 20
2.2. Equipamiento y maquinaria para la recogida y tratamiento de la biomasa
Para estudiar el equipamiento y maquinaria existente para el aprovechamiento de biomasa, realizaremos un recorrido por las distintas tecnologías asociadas a cada uno de los residuos identificados previamente, diferenciando para cada uno de ellos las distintas etapas de recogida, tratamiento y transporte.
2.2.1. Biomasa forestal leñosa
En la actualidad, los inconvenientes asociados a estos residuos, son la dispersión, la ubicación en terrenos de difícil accesibilidad, la variedad de tamaños y composición, el aprovechamiento para otros fines (fábricas de tableros o industrias papeleras), las impurezas (piedra, arena, metales) o el elevado grado de humedad han impedido su utilización general.
Las principales características que, en general, definen la obtención de biomasa procedente de los residuos forestales son.
- Mecanización complicada. - Es necesario el astillado.
- La disponibilidad en condiciones adecuadas exige pretratamientos según el residuo. - La limpieza, el astillado y el transporte incrementan el precio final de la biomasa. 2.2.1.1. Máquinas para la corta de árboles y recolección de matorral
a) Motosierras
En el caso de las intervenciones sobre la fracción arbolada, la maquina empleada por excelencia para la realización de podas y clareos es la motosierra. Para los trabajos en el monte se recomienda la utilización de motosierras para madera fuerte que presenta características adecuadas fundamentalmente en cuanto a potencia, relación peso/potencia y longitud de la espada.
Se aplica en los casos de extracción de bajos volúmenes, cuando el aprovechamiento es selectivo.
No suele ser usada en grandes explotaciones, ya que el corte no suele ser del todo recto, lo que dificulta posibles usos futuros de la madera. A pesar de ello existen accesorios que consisten en armazones metálicos o guías de corte, que fijan la sierra y hacen que realice un corte recto y limpio.
El desrame debe hacerse antes del corte y se realizará hasta la altura de los hombros aproximadamente.
Ilustración 9. Desramado con motosierra
Ilustración 10. Troceo con motosierra
b) Procesadoras
La característica principal de esta maquinaria es que permite además de apear los árboles, procesarlos de forma que se puede trocear la parte maderable, desramarlos y despuntarlos y con ello se facilita el posterior manejo de los residuos, ya que estos quedan amontonados en el monte para su posterior tratamiento, bien sea astillado o empacado.
Los elementos de los que están constituidos son.
- Cabezal de corte y despunte, que generalmente es una espada de motosierra que gira alrededor de uno de sus extremos.
- Sistema de alimentación por rodillos. - Garras de desramado.
Ilustración 11. Procesadora
c) Multitaladoras
Estas se utilizan para el apeo y apilado de árboles, siendo capaz de apear más de un pie a la vez. Este tipo de maquinaria es interesante para masas de pequeños diámetros, densas y con pies agrupados.
No resultan rentables para la corta de árboles pequeños siendo en ese caso más favorable el uso de motosierras.
El principal inconveniente que presenta esta maquinaria es que no es posible el tronzado ni el desramado, por lo que en la actualidad se están desarrollado multitaladoras combinadas (multitaladoras-astilladoras y multitaladoras-empacadoras).