Universidad Politécnica de Zacatecas
Ingenieria en Energía
Seminario de Ingeniería en Energia de la Biomasa
INVESTIGACION
Metodos de Caracterización del Recurso Biomásico
Docente: Verónica Avila Vasquez
Alumnos:
Salvador Esqueda
Oscar Herrera
INDICE
- OBJETIVO
- INTRODUCCIÓN
- DESARROLLO
LA BIOMASA Y SUS FORMAS
LOS RESIDUOS COMO FUENTE DE ENERGIA
TIPOS DE RESIDUOS
- CONCLUCIONES
- Objetivo
- Introducción
las clasificaciones mas generales de la biomasa como la biomasa natural, la biomasa residual, los cultivos energéticos y el excedente agrícola. y sus sub clasificaciones y la importancia de cada uno de estos sectores en la producción de la biomasa como recurso energético
- Desarrollo
producción mundial de biomasa vegetal
Como se ha visto hasta ahora, como consecuencia de la actividad fotosintética de los vegetales, se forma una masa viviente que hemos denominado "biomasa". Sin embargo es transformada posteriormente en los distintos niveles de seres vivos que conocemos. Por tanto se puede hablar de "biomasa vegetal" cuando ésta se produce directamente como consecuencia de la fotosíntesis, mientras que aquella biomasa que producen los seres que no son capaces de elaborar los productos químicos solo con la ayuda de la energía solar, es decir, que utilizan en su alimentación la biomasa vegetal, la podríamos denominar "biomasa animal".
Existen disimiles aspectos que pueden servirnos para clasificar la Biomasa en sus diversas formas. La mas general la acabamos de mostrar. A continuación diversas maneras de hacerlo.
Según el compuesto o grupo de compuestos preponderantes en la biomasa vegetal, ésta recibe diversos calificativos. Por ser los hidratos de carbono los compuestos más abundantes de la biomasa vegetal, la designación del tipo de biomasa se realiza principalmente atendiendo a la forma en que se encuentran prioritariamente estos compuestos. Así se tiene:
a) Biomasa natural. Se produce en ecosistemas
naturales. La explotación intensiva de este recurso no es compatible con la
protección del medio ambiente.
b) Biomasa residual. Es la biomasa originada como
residuo al emplearse ésta con otros fines, incluye:
·
Residuos forestales y
agrícolas.
·
Residuos de industrias
forestales y agrícolas.
·
Residuos sólidos urbanos.
·
Residuos biodegradables, con
altos contenidos de humedad (efluentes ganaderos, lodos de depuradoras, aguas
residuales urbanas, etc.)
·
c) Cultivos energéticos. Son
los cultivos vegetales realizados con el único objetivo de ser aprovechados
energéticamente. Se caracterizan por la gran producción de materia viva por
unidad de tiempo y con el condicionante de minimizar los cuidados al cultivo.
d) Excedentes agrícolas. Son los excedentes
agrícolas que no se emplean en la alimentación humana, que pueden ser
considerados como biomasa y pueden aprovecharse para, por ejemplo, la
elaboración de biocombustibles líquidos.
Los Residuos como Fuente de Energia
En la actualidad, y con el desarrollo de las
civilizaciones industrial y post-industrial, los residuos aparecen cada vez con
mayor pujanza en la vida diaria del hombre. Así, a medida que la sociedad
avanza y obtiene mayores objetivos de producción y de renta, los residuos
pueden llegar a ser, como de hecho ya sucede, un problema creciente por su
magnitud y sus consecuencias. Por todo ello, la lucha contra la contaminación,
la protección del entorno físico y la defensa del medio ambiente se están
convirtiendo en aspectos fundamentales a tener en cuenta en la política de los
países que pretenden el bienestar de sus habitantes.
Es de sobra conocido el hecho de que se producen
diariamente grandes cantidades de desperdicios, tanto en las ciudades como en
las zonas rurales. Teniendo en cuenta que la mayor parte de estos residuos son
de carácter orgánico y constituyen la denominada "Biomasa Residual",
se puede llegar a comprender el hecho de que estas grandes cantidades de
residuos, que no se aprovechan y que contaminan el ambiente, puedan constituir
un enorme potencial para la producción de energía. La Biomasa residual ofrece,
pues, unas perspectivas muy amplias de aprovechamiento, ya que se produce de
forma continua y creciente como consecuencia de la actividad humana y su
eliminación esta constituyendo ya un importante problema.
Esta Biomasa residual presenta un inmenso potencial
si se revisan algunas cifras. Si se considera de forma conjunta toda la
actividad humana, se puede estimar aproximadamente que se producen unas 2 t de
residuos de todo tipo por habitante al año, con un poder energético de unos 9000
kWh al año, equivalente a unos 800 l de gasolina. Por otro lado, y con respecto
a las basuras urbanas, es de destacar que cerca de la mitad de su peso esta
constituido por materia orgánica, y su producción media por habitante y año
oscila entre los 600 y 800 kg, con un valor energético de unos 2500 kWh/año.
Obsérvese que una familia media, en los países desarrollados, gasta al año solo
en electricidad unos 3000 kWh.
A todas luces, el tratamiento de la Biomasa
residual deviene una gran reserva de fuente de energía, que empleada
convenientemente, debe aportar varias ventajas al esquema energético de
cualquier país. A continuación se citan algunos ejemplos:
·
Los residuos forman parte de un tipo
de Biomasa que ya existe (no hay que producirla) y cuya eliminación es un
problema grave y de solución costosa.
·
En muchos casos, la biomasa residual
esta concentrada en lugares determinados (basureros) por lo que, si se utiliza
cerca del sitio de acumulación genera unos costos de transportación muy
reducidos.
·
La utilización de los residuos para
producir energía presenta como sistema de eliminación unas ventajas de carácter
ambiental, como son una considerable reducción de su volumen, eliminación de
plagas, incendio forestales y olores, mejoras del paisaje y reducción de la
contaminación del aire, agua y suelo.
·
Algunos métodos de aprovechamiento de
la biomasa residual presentan la ventaja adicional de generar productos ricos
en nutrientes y, por tanto, susceptibles de ser utilizados como fertilizantes
para fines agrícolas, lo que supone un ahorro de consumo de energía, materias
primas y divisas.
Todo esto hace que el tratamiento de la biomasa
residual no solo sea necesario, sino que podría convertirse en una actividad de
un gran interés económico y, fundamentalmente, social, debido a los beneficios
que generaría su aprovechamiento.
·
Tipos de Residuos.
En general, se pueden definir los residuos como
"aquellos materiales generados en las actividades de producción,
transformación y consumo que no han alcanzado en el contexto en que son
generados, ningún valor económico".
Se siguen varios criterios para clasificar los
distintos tipos de residuos, entre los que cabe destacar la naturaleza de su
origen (agrarios, industriales, urbanos) o los tipos de materiales que los
constituye (orgánicos, plásticos, metálicos, etc.). Sin embargo, y teniendo en
cuenta que nuestro interés aquí se centra en los residuos orgánicos, por ser
biomasa, se pueden considerar tres grandes sectores de actividades que los
producen:
·
1. Sector Agrario
Los residuos agrarios tienen lugar como
consecuencia de actividades agrícolas (pajas, tallos, restos de cosechas,
residuos de poda, etc.), actividades forestales (residuos de talas, clareos de
monte, etc.) y actividades ganaderas (estiércoles, purines).
·
2. Sector Industrial
Los residuos industriales se originan en las
industrias de transformación de actividades primarias (cascaras, restos de
mataderos, serrín, etc.).
·
3. Sector Urbano
Los residuos urbanos se generan en los núcleos de
población, como consecuencia de una actividad de consumo (basuras, aguas
residuales).
A continuación pasaremos a analizar cada uno de los
tipos de biomasa residual mencionados como fuente de energía.
·
Residuos Agrarios.
Se puede denominar residuo agrícola a la
"planta o la porción de ella cultivada que es preciso separar para obtener
el fruto o para facilitar el cultivo propio o posterior".
Ahora bien, una gran cantidad de los residuos
agrícolas quedan en el suelo en forma de raíces, hojas o frutos no
aprovechables y no son utilizables como fuente energética, ya que se incorporan
al terreno y contribuyen a mejorar considerablemente las propiedades físicas y
biológicas del suelo y, en menos grado, a aumentar su contenido en nutrientes.
Otra parte de estos residuos la integran los tallos
y en general, las partes aéreas de las plantas que es preciso separar para
facilitar la recolección o las labores agrícolas. Gran parte de ellos son
consumido por la ganadería.
Por ultimo, existe una gran cantidad de residuos
con potencial interés industrial y energético, que localmente pueden tener alguna
utilidad, pero cuya eliminación constituye un problema en las labores de
explotación agrícola. Esta ultima categoría de residuos, que son los que nos
interesan aquí, se produce principalmente en los siguientes cultivos:
·
Cereales granos, originando pajas.
·
Frutales, cuya poda brinda una fuente
considerable de material combustible.
·
Algunos cultivos industriales, como
textiles y oleaginosas, que dejan como residuos los tallos.
·
Forestales.
El monte supone un medio considerable de
transformación de la energía solar. Sin embargo, el hombre no utiliza
íntegramente toda la riqueza que suministra el monte y desperdicia una parte
considerable en forma de ramas, cortezas, aserrín, etc. Este menor aprovechamiento
energético se ha acusado en los últimos años con la aparición de combustibles
gaseosos derivados del petróleo. El relativo bajo precio y, sobre todo, la
comodidad de su uso, han originado un descenso en el consumo de los residuos de
madera como fuente de energía en los países desarrollados.
Realmente, son estos residuos los que, durante
siglos, han constituido la fuente energética más importante de la Humanidad.
Los residuos forestales estan constituidos por
ramas, cortezas, virutas, serrin, hojas, tocones y raices. Según los valores
medios internacionales para varias especies, las diferentes partes del arbol se
distribuyen en:
·
Tronco: 67%
·
Ramas: 16%
·
Hojas: 3%
·
Tocones: 14%
Por otro lado, los residuos que se producen en el
bosque se dividirán en dos grandes grupos, para facilitar su estudio:
·
Residuos de corte y elaboración de
madera.
·
Residuos de tratamiento selvícola.
Respecto al primer grupo, hay que destacar la
producción de ramas, teniendo en cuenta que aquellas de diámetro inferior a 7.5
cm en la actualidad no reportan ninguna utilidad y representan un residuo que
hay que eliminar del bosque para evitar la propagación de incendios y plagas.
Esto sucede en mayor cuantía en los países que tienen una alta población
boscosa.
·
Ganaderos.
Tradicionalmente, los residuos producidos por el
ganado constituían la única fuente de nutrientes para los suelos agrícolas. Con
la aparición de los fertilizantes sintéticos, lamentablemente los estiércoles
dejan de utilizarse en gran numero de explotaciones, pues empieza a haber una
separación entre agricultura y ganadería.
Con el desarrollo de la tecnología las
explotaciones ganaderas han ido transformándose y han ido tendiendo a grandes
explotaciones intensivas. Estas verdaderas industrias agrarias no necesitan
suelos para cultivar, pues alimentan al ganado con piensos compuestos y, por
otra parte, al no tener suelo de cultivo, se corta la vía de reciclado de estos
residuos ganaderos, difíciles de eliminar y que pueden afectar a los suelos, a
los cursos de agua y a la estética del paisaje, creando además malos olores.
Aquí es donde puede contemplarse la inclusión de la
tecnología energética, que podría atender a las necesidades locales de la
granja o explotación ganadera.
Al tratarse de residuos con alto contenido de
humedad, no es conveniente para su tratamiento utilizar procesos termoquímicos,
por su bajísimo rendimiento en este caso. Sin embargo, la tecnología de la
digestión anaerobia, proceso de tipo bioquímico que se discutirá mas adelante,
presenta grandes ventajas para su aplicación a este tipo de biomasa por varios
motivos:
·
Se trata de residuos localizados.
·
Los residuos tienen gran cantidad de
agua.
·
Aportan alto contenido de nutrientes
para el crecimiento bacteriano.
·
El efluente del proceso mejora notablemente
la concentración de nutrientes (nitrógeno y fósforo) respecto al residuo
original, lo que supone una gran ventaja para su utilización posterior en la
agricultura.
Este ultimo punto permite recalcar que la obtención
de energía (en forma de gas combustible) por medio de digestión anaerobia no
supone la eliminación de estos residuos y privación de emplearlos en el medio
agrícola, sino que, por el contrario, el residuo ganadero, una vez digerido, se
encuentra enriquecido en elementos fertilizantes.
Así pues, la potencialidad energética de estos
residuos hace necesaria su cuantificación. Este dato se basa en el denominado
"peso vivo", es decir, en el peso de los animales que integran la
cabaña ganadera, al que se aplica el coeficiente de rendimiento de estiércol
por kg. de peso vivo anualmente.
·
Residuos
Industriales.
Es muy amplio el numero de sectores industriales
que generan residuos orgánicos; sin embargo, en muchos de aquellos, la
producción real es muy escasa, ya que, por lo general, dichos residuos se
utilizan como subproductos o aporte energético y, cuando no tienen utilidad y
proceden de pequeñas industrias, se incorporan frecuentemente a los residuos
sólidos urbanos.
Por estos motivos solo se consideran de interés
como fuente de energía los residuos de sectores industriales que, en principio:
pueden generar mayor cantidad de residuos de naturaleza orgánica, en los que su
eliminación supone un costo adicional en la empresa, que su valor sea escaso y
se encuentran distribuidos en todo el territorio nacional.
Las industrias que cumplen aproximadamente estas
condiciones, son las siguientes:
·
Conservas vegetales.
·
Producción de aceites.
·
Producción de vinos.
·
Frutos secos.
·
Residuos Urbanos.
Los núcleos de población producen diariamente
grandes cantidades de residuos, que se pueden considerar incluidos dentro de
dos grandes grupos: los residuos sólidos urbanos y las aguas
residuales urbanas.
El tratamiento y eliminación de estos residuos
constituye día a día un problema más agobiante debido a su incesante
crecimiento, a medida que aumenta la población y el nivel de vida de la misma.
Por ello, hace tiempo ya que se ha comenzado a estudiar una amplia gama de
soluciones posibles a este problema, dentro de la cual destacan aquellos
métodos de tratamiento que permitan la obtención de energía y el reciclaje de
productos útiles.
En este aspecto es de destacar que, al contrario de
los residuos agrarios, que se producen de forma dispersa, los residuos urbanos
se caracterizan por su carácter localizado, por lo que parece evidente que sean
los más aptos para un tratamiento a gran escala, debido a la menor incidencia
del factor transporte en el costo de los procesos de transformación.
·
Residuos Sólidos Urbanos.
Se denominan "residuos sólidos urbanos" a
aquellos materiales resultantes de un proceso de fabricación, transformación,
utilización, consumo o limpieza, cuando su poseedor o productor los destina al
abandono. La composición de estos residuos es función de varios factores, entre
los que destacan el nivel de vida de la población, el periodo estacional, tipo
de hábitat y clima, pero puede darse una composición media estimada que se
refleja en la siguiente tabla, con datos de origen español:
Materia
orgánica..................................... 55%
Papel y
cartón......................................... 18%
Plasticos..................................................
4%
Vidrio......................................................
3%
Metales....................................................
4%
Otros.......................................................
16%
|
El primer problema que originan los residuos
sólidos urbanos cuya gestión no es correcta, es el de los posible riesgos
contra la salud. Otro punto importante es el deterioro del suelo y muy
especialmente el de la potencial contaminación de las aguas subterráneas y, en
muchos casos, incluso de las superficiales.
La producción de incendios, ya sea por
autoinflamacion de las basuras o, porque se queman para reducir su volumen, con
la consiguiente emisión de humos, son fenómenos conocidos, que no por
frecuentes son menos importantes.
El correctos tratamiento de los residuos sólidos
urbanos implica dos fases: recogida y transporte, y aprovechamiento o
eliminación. Una vez que se ha efectuado la recogida y se ha transportado a los
lugares adecuados, fase más costosa de la gestión de las basuras, es necesario
dar un destino final a las mismas. En el caso actual de la crisis energética,
la tecnología en este aspecto aporta infinidad de soluciones, entre las que son
de destacar su tratamiento por métodos termoquímicos para producir calor o
combustibles diversos.
·
Aguas Residuales Urbanas.
Se denominan "aguas residuales urbanas" a
los líquidos procedentes de la actividad humana que llevan en su composición
gran parte de agua y que, generalmente, son vertidos a los ríos o al mar. Su
composición es tanto inorgánica (sales, arenas, etc.) como orgánicas
(materiales biodegradables), y su fracción sólida contiene una cantidad de
biomasa residual.
La presión social actual a favor de una mayor
calidad de vida, sobre todo en los países desarrollados, y de la defensa del
medio ambiente ha exigido en los últimos años la necesidad de depurar esta agua
residual para evitar grandes perjuicios a los cauces receptores. Este proceso
de depuración consiste, esencialmente, en un tratamiento primario de separación
de la materia en suspensión seguido, generalmente, de un tratamiento biológico
con oxigeno, obteniéndose al final del mismo un agua depurada.
Sin embargo, estos procedimientos generan unos
fangos (primarios y biológicos) que contienen toda la materia orgánica que
estaba presente en el agua residual, por lo que poseen una alta carga
contaminante. Su concentración media en materia orgánica oscila alrededor del
5%, y se producen a razón de unos 2 litros/habitante-día, lo que supone una generación
de biomasa residual de 36.5 kg/hab-año.
Por tanto, el proceso de depuración de un agua
residual no debe considerarse completo, simplemente por haber obtenido un agua
depurada. Es presido además, eliminar los lodos generados, con un costo lo mas
reducido posible y sin un impacto ambiental negativo apreciable.
El tratamiento de estos lodos con vistas a su
aprovechamiento energético que es mas conocido y utilizado en todo el mundo en
numerosas plantas de depuración de aguas residuales, es la digestión anaerobia
para producir gas combustible. Aunque hasta hace pocos años este proceso tenia
como función primordial la reducción de la materia sólida de los lodos y no la
producción de gas (que, por lo general, no se utilizaba), a partir de la crisis
energética son cada día más numerosas las plantas que recuperan dicho gas y lo
utilizan como fuente de energía (térmico o eléctrico).
- conclusiones
