¿Qué es la biomasa? Conoce ventajas y desventajas

Comprender cómo es posible transformar los residuos orgánicos en energía eléctrica, la llamada biomasa.

Biomasa

La biomasa es toda materia orgánica de origen vegetal o animal que se utiliza con el fin de producir energía, como carbón vegetal, leña, bagazo de caña de azúcar, entre otros. Al tratarse de una fuente de energía dispersa y de baja eficiencia, utilizada tradicionalmente en países menos desarrollados, existe una cierta falta de datos sobre la representatividad de esta fuente de energía para la matriz energética mundial. Sin embargo, según un informe de la ANEEL, alrededor del 14% de la energía consumida en el mundo proviene de esta fuente y, según otro estudio del Jornal Brasileiro de Pneumologia, el 90% de los hogares de las regiones rurales de los países pobres utilizan energía de la quema de biomasa ( madera, carbón vegetal, estiércol animal o desechos agrícolas), especialmente en África subsahariana y Asia.

El uso de biomasa en plantas termoeléctricas es cada vez más común y se está utilizando para llegar a zonas no cubiertas por la red de suministro eléctrico, como comunidades rurales aisladas. También es cada vez más común el uso de sistemas de cogeneración, que combinan la generación de energía eléctrica a través de la biomasa con la producción de calor, aumentando la eficiencia energética de los sistemas de producción.

¿Qué es la cogeneración?

La biomasa, como el carbón o la leña, es lo que mueve gran parte de los generadores termoeléctricos. Independientemente del tipo de combustible y del motor, estos generadores pierden la mayor parte de la energía contenida en el combustible en forma de calor. En promedio, la energía de biomasa perdida al medio ambiente en forma de calor representa del 60% al 70% de la energía total del combustible. Por lo tanto, la eficiencia del generador es aproximadamente del 30% al 40%.

Como muchos edificios e industrias requieren calefacción (para el ambiente interno o para calentar el agua), se desarrolló un sistema de cogeneración, a través del cual el calor producido en la generación de electricidad se incorpora al proceso de producción en forma de vapor. La principal ventaja de este sistema es el ahorro de combustible para el proceso de calentamiento. Así, aumenta la eficiencia energética del sistema, llegando hasta el 85% de la energía de biomasa del combustible.

Biomasa en Brasil

Actualmente, el recurso con mayor potencial para ser utilizado como biomasa en la generación de electricidad en el país es el bagazo de caña de azúcar. El sector del azúcar y el alcohol genera una gran cantidad de residuos, que se pueden utilizar como biomasa, principalmente en sistemas de cogeneración. Otras variedades vegetales con gran potencial para la producción de electricidad son el aceite de palma, que tiene una productividad media anual por hectárea cuatro veces superior a la de la caña de azúcar, burití, babasú y andiroba. Aparecen como alternativas para el suministro de energía eléctrica en comunidades aisladas, especialmente en la región amazónica.

Cuando se produce etanol a partir de la caña de azúcar, aproximadamente el 28% de la caña se transforma en bagazo. Este bagazo es una biomasa comúnmente utilizada en plantas de producción de vapor a baja presión, que se utiliza en turbinas de contrapresión en equipos de extracción (63%) y en generación eléctrica (37%). La mayor parte del vapor de baja presión que sale de las plantas se utiliza para el proceso y calentamiento del jugo (24%) y en el aparato de destilación. En promedio, cada dispositivo requiere unos 12 kWh de electricidad, valor que pueden aportar los propios residuos de biomasa. Otros residuos agrícolas con alto potencial para ser utilizados como biomasa en la producción de electricidad son las cáscaras de arroz, anacardos y cáscaras de coco.

Rutas de conversión de biomasa

Las fuentes de biomasa se pueden clasificar en: hortalizas leñosas (madera), hortalizas no leñosas (sacáridos, celulósicos, almidonados y acuáticos), residuos orgánicos (agrícolas, industriales, urbanos) y biofluidos (aceites vegetales). Las rutas de conversión de biomasa son diversas, y es gracias a estas tecnologías de conversión que es posible obtener diversas variedades de biocombustibles como etanol, metanol, biodiesel y biogás. Los principales procesos de conversión de biomasa son:

Combustión directa

Materiales como la madera y todas las variedades de residuos orgánicos (agrícolas, industriales y urbanos) pueden ser sometidos a combustión para generar energía. El proceso de combustión consiste en transformar la energía química existente en estas fuentes de biomasa en calor. A efectos energéticos, la combustión directa de biomasa se realiza en hornos y estufas. A pesar de la practicidad, el proceso de combustión directa tiende a ser bastante ineficaz. Además, los combustibles que se pueden utilizar en el proceso generalmente tienen alta humedad (20% o más en el caso de leña) y baja densidad energética, lo que dificulta su almacenamiento y transporte.

Gasificación

Es una tecnología aplicada a los residuos orgánicos urbanos e industriales y la madera. La gasificación consiste en convertir fuentes de biomasa sólida en gases a través de reacciones termoquímicas, involucrando vapor caliente y aire u oxígeno en cantidades inferiores a las mínimas para la combustión. La composición del gas resultante es una mezcla de monóxido de carbono, hidrógeno, metano, dióxido de carbono y nitrógeno, por lo que estas proporciones varían según las condiciones del proceso, especialmente en relación con el aire u oxígeno que se utiliza en la oxidación. . El combustible generado a partir de la combustión de esta biomasa es más versátil (se puede utilizar en motores de combustión interna y también en una turbina de gas) y limpio (se pueden eliminar compuestos como el azufre durante el proceso) que las versiones de combustible sólido. Además,es posible producir gas sintético a partir de la gasificación, que se puede aplicar en la síntesis de cualquier hidrocarburo.

Pirólisis

La pirólisis, también conocida como carbonización, es el proceso más antiguo de convertir una fuente de biomasa (generalmente madera) en otro combustible (carbón vegetal) con una densidad de energía dos veces mayor que la del material fuente. Los residuos orgánicos de origen agrícola también se someten con frecuencia a pirólisis; en este caso, los residuos deben compactarse previamente. El método consiste en calentar el material en un ambiente en el que hay "casi ausencia" de aire. La pirólisis también produce gas combustible, alquitrán y piro-madera, materiales muy utilizados en el sector industrial. El resultado del proceso varía mucho de la condición del material original (cantidad y humedad). Para la producción de una tonelada de carbón vegetal, se pueden necesitar de cuatro a diez toneladas de leña.

Transesterificación

Es un proceso químico que convierte la biomasa de los aceites vegetales en un producto intermedio, a partir de la reacción entre dos alcoholes (metanol y etanol) y una base (hidróxido de sodio o potasio). Los productos de la transesterificación de este tipo de biomasa son la glicerina y el biodiesel, combustible que presenta condiciones similares al diesel y puede ser aplicado en motores de combustión interna, para uso vehicular o estacionario.

Digestión anaeróbica

Al igual que la pirólisis, la digestión anaeróbica debe tener lugar en un entorno con "casi ausencia" de oxígeno. La biomasa original se descompone por la acción de las bacterias, al igual que ocurre de forma natural con casi todos los compuestos orgánicos. Los desechos orgánicos, como el estiércol animal y los desechos industriales, pueden tratarse mediante digestión anaeróbica (la que se produce en ausencia de oxígeno) en biodigestores. La acción de las bacterias provoca el calentamiento necesario para que se produzca la descomposición, sin embargo, en regiones o épocas de frío, puede ser necesaria la aplicación de calor adicional. El producto final de la digestión anaeróbica es el biogás, que se compone esencialmente de metano (50% a 75%) y dióxido de carbono. El efluente generado se puede utilizar como fertilizante.

Fermentación

Es un proceso biológico que se lleva a cabo por acción de microorganismos (generalmente levaduras) que convierten los azúcares presentes en fuentes de biomasa, como caña de azúcar, maíz, remolacha y otras especies vegetales, en alcohol. El resultado final de la fermentación de biomasa es la producción de etanol y metanol.

Aplicabilidad de la biomasa

La biomasa es considerada una fuente de energía renovable y se ha utilizado para reemplazar combustibles fósiles, como el petróleo y el carbón, para generar electricidad en plantas termoeléctricas y para emitir una menor cantidad de gases contaminantes en comparación con los no renovables. Sin embargo, a pesar de no ser un combustible fósil, según un estudio, la quema de biomasa es una de las fuentes más grandes del mundo de gases tóxicos, material particulado y gases de efecto invernadero.

En el caso de la quema de grandes superficies, ya sean bosques, sabanas u otro tipo de vegetación, la emisión de azufre provoca cambios en el pH del agua de lluvia, contribuyendo a la aparición de lluvia ácida. Las emisiones de metano y dióxido de carbono contribuyen a la intensificación del efecto invernadero, y el mercurio conduce a la contaminación de los cuerpos acuáticos y permite la formación de metilmercurio, una sustancia nociva para la salud humana.

La exposición recurrente y prolongada al material generado por el proceso de combustión de biomasa en interiores (estufas de leña, chimeneas, etc.) se ha asociado con un aumento de las infecciones respiratorias agudas en los niños, que se considera una de las principales causas de mortalidad. países en desarrollo. Además, también se asocia con un aumento de enfermedades pulmonares obstructivas crónicas, neumoconiosis (enfermedad causada por inhalación de polvo), tuberculosis pulmonar, cataratas y ceguera. En el caso de la quema de paja de caña, la población residente en el entorno del cultivo de la caña de azúcar está expuesta al polvo de la biomasa quemada durante aproximadamente seis meses a lo largo del año.

Por ello, el Consejo Nacional de Medio Ambiente (Conama) establece límites de emisión de contaminantes atmosféricos provenientes de procesos de generación de calor por combustión externa de biomasa de caña de azúcar, lo que permite regular las emisiones y mitigar los impactos socioambientales asociados con la quema de biomasa.

La biomasa también ofrece la posibilidad de ser producida a partir de una amplia variedad de materiales, brindando flexibilidad y seguridad al mercado, a diferencia de los propios combustibles fósiles, principalmente petróleo. Otro punto es que, al utilizar residuos orgánicos agrícolas, industriales y urbanos para producir electricidad, están recibiendo un destino más “sostenible” que la simple eliminación. Según un estudio, la mayoría de los residuos agrícolas en Brasil son maíz, soja, arroz y trigo, siendo los dos primeros las materias primas más utilizadas para la producción de biodiesel.

Brasil tiene condiciones favorables para la producción de energía a partir de biomasa, como la existencia de grandes áreas agrícolas, que se pueden utilizar para la producción de biomasa, y recibe intensa radiación solar durante todo el año. Sin embargo, existe preocupación por la producción de biocombustibles de primera generación, que utilizan directamente la materia prima vegetal. En este caso, los biocombustibles podrían combatir situaciones de competencia por la tierra cultivable con el sector agrícola, poniendo en riesgo la seguridad alimentaria de la población. Otro tema relacionado con grandes extensiones de tierra es el tema de la conservación del medio ambiente. Además de competir con la agricultura, los biocombustibles podrían terminar ejerciendo presión sobre áreas destinadas a la conservación ambiental.