Biomasa
La biomasa es el grupo de materiales de diversos orígenes y con características muy diferentes, que han tenido su origen en el proceso biológico de organismos recientemente vivos como las plantas, los residuos de aprovechamientos forestales y cultivos agrícolas, residuos de podas de jardines, residuos de industrias agroforestales, cultivos con fines energéticos, combustibles líquidos derivados de productos agrícolas, desechos metabólicos (el estiércol); residuos de origen animal o humano, etc. Según la Especificación Técnica Europea CEN/TS 14588, la biomasa es todo material de origen biológico, excluyendo aquellos que han sido englobados en formaciones geológicas, sufriendo un proceso de mineralización (IDAE, 2007)
Recurso de origen natural susceptible a la transformación en energía y que ha sido utilizada como fuente de energía por el hombre desde el descubrimiento del fuego hasta hoy día (CEN, 2003). La energía que contiene la biomasa es energía solar almacenada a través de la fotosíntesis, proceso por el cual algunos organismos vivos, como las plantas, utilizan la energía solar para convertir los compuestos inorgánicos que asimilan (como el CO2) en compuestos orgánicos (IDAE, 2007). La biomasa puede
ser obtenida de un sin número de posibles fuentes tanto naturales, como las provenientes de los procesos de obtención de diversas materias primas y productos de consumo masivo; los principales generadores de biomasa se muestran en la siguiente imagen:
32 Tipos de biomasa
La biomasa abarca una gran variedad de formas y presentaciones que se producen de manera natural, gracias a la fotosíntesis y a los procesos derivados de la cadena alimenticia; por lo tanto, la misma se genera de un sinfín de fuentes, muchas de las cuales son de fácil acceso o control para el ser humano, que las utiliza de diferentes maneras; pero más específicamente los tipos de biomasa que se pueden considerar para la obtención de energía son (Fernández, 2008)
Tabla 1. Tipos de biomasa (Salinas y Gasca, 2009).
Fuentes de Biomasa residual con fines energéticos
Debido a múltiples factores como lo es el agotamiento de las materias primas no renovables, así como la creciente conciencia ambiental ha motivado el uso de la biomasa para la producción de energía. Pero es notable que las investigaciones se centraron en primera instancia en el desarrollo de los biocombustibles de primera generación, pero la producción de estos, genera como consecuencia el alza del costo de los insumos agrícolas y la competencia con la producción de alimentos. Teniendo en cuenta lo anterior, la tendencia actual es hacia la investigación en los biocombustibles de segunda generación, que permiten la transformación de la biomasa lignocelulósica (obtenida a partir de residuos forestales o de cultivos, maderas
33 de bajo precio o serrín) en energía. La transformación de la madera en biocombustibles puede llevarse a cabo por vías biológicas o químicas (Faba, L. & Díaz, E. & Ordóñez, S.; 2014).
Imagen 2. Producción de biocombustibles de primera y segunda generación (Serrano, J. & Luque, R.; 2011).
Biomasa natural
Se refiere a la biomasa que es generada de forma natural, sin ningún tipo de intervención humana es decir q es la madera procedente de los bosques y ecosistemas utilizada para la calefacción y cocción de los alimentos para el hombre, aunque este tipo de biomasa no es recomendado utilizarlo en alta demanda, ya que podría conllevar la destrucción de los ecosistemas que la producen, y que constituyen una reserva de un valor incalculable. (Fernández J., 2011)
Biomasa residual
Es la materia orgánica que se genera como efecto de cualquier proceso en que se consuma biomasa, es decir, se genera a partir de las explotaciones agrícolas, forestales o ganaderas, así como los residuos de origen orgánico generados en las
34 industrias y en los núcleos urbanos. La utilización de biomasas residuales es, en principio, atractiva, pero limitada: en general, es más importante la descontaminación que se produce al eliminar estos residuos que la energía que se puede generar con su aprovechamiento (Fernández J., 2011).
Cultivos energéticos
Hace referencia a aquellas semillas que se siembran con la finalidad de producir biomasa para su posterior transformación en biocombustibles, (biomasa primaria), en vez de sembrarlo como alimentos, así como sucede actualmente en países como Brasil y Estados Unidos, que enfocan la producción de caña de azúcar y maíz, respectivamente, a la obtención de bioetanol (Fernández J., 2011).
Clasificación de la biomasa residual
La biomasa residual es factible clasificarla según cual sea su obtención, es decir, depende si fue adquirida del sector agrícola como residuos de los elementos sembrados, del sector pecuario en cuanto los residuos orgánicos de animales y por último los residuos sólidos urbanos extraídos de las plazas de mercado y de la poda de zonas verdes.
Sector agrícola
La biomasa residual obtenida en este sector es aquella que se extrae a partir los subproductos que se generan durante los procesos de recolección y transformación de las cosechas como (cascararilla de arroz, bagazo de caña, entre otros)
Sector pecuario
La biomasa residual obtenida de este sector es aquella extraída a partir de los diferentes residuos de los animales, ya que, su poder energético es obtenido por medio de la conversión indirecta del proceso fotosintético, es decir por la ingesta de semillas, plantas o vegetales. Los residuos resultantes de este sector provienen bien sea de
35 animales vivos y sus procesos primarios, es decir su estiércol, o de animales muertos y su proceso industrial representado en piel, pezuñas y huesos (Ramírez L., 2017). Sector de los residuos solidos
La cantidad de biomasa residual obtenida de este sector es aquella generada por los centros urbanos, la cual es proveniente de las diferentes actividades y están constituidos por cantidades considerables de residuos como: papel, madera, carbón vegetal, alimentos y residuos vegetales provenientes de la poda de zonas verdes, los cuales constituyen su fracción orgánica. Cuando esta fracción orgánica se descompone, los residuos generan compuestos volátiles como el metano y el dióxido de carbono, que contribuyen a aumentar el efecto invernadero. Por su composición fisicoquímica se considera que los RSU poseen un considerable valor energético (Rojas, E. & Ruiz, D.; 2018).
Uso de la Biomasa
La energía generada a partir de la transformación de la biomasa, se libera cuando se rompen los enlaces de los compuestos orgánicos en el proceso de combustión, desarrollando, así como productos finales dióxido de carbono y agua. Teniendo en cuenta lo anterior, los productos con fines energéticos generados a partir de la biomasa se denominan biocombustibles, los cuales son clasificados según su estado físico, en cuanto los biocombustibles en estado sólido se utilizan frecuentemente para fines térmicos y eléctricos, y los biocombustibles en estado líquido conocidos también como biocarburantes utilizados para la automoción (Fernández J, 2008).
Biocombustibles
Los denominados biocombustibles son aquellos combustibles que se obtienen de biomasa. En la actualidad se ha utilizado este término para denominar al grupo de productos energéticos y materias primas de tipo renovable que se generan en la interacción y procesamiento de materias primas de tipo orgánico, formado a partir de procesos biológicos. Por lo tanto, no están incluidos dentro de este grupo los combustibles fósiles o los productos orgánicos derivados de ellos. En el presente es
36 posible diferenciar los diferentes tipos de biomasa utilizados para la obtención de los biocombustibles (Salinas y Gasca, 2009).
Los biocombustibles son aquellos biocarburantes entre los cuales se encuentran: alcoholes, éteres, ésteres y otros productos químicos originados a partir de compuestos orgánicos de base celulósica (biomasa) sustraídos de plantas silvestres o de cultivo. Los componentes utilizados para la elaboración de biocombustibles actualmente proceden normalmente de trigo, maíz, azúcar o semillas oleaginosas (Salinas y Gasca, 2009).
Tabla 2. Tipos de biocombustibles (Salinas y Gasca, 2009).
Los biocombustibles en la actualidad que se encuentran más desarrollados y que son los más usados son: el bioetanol, el biodiesel, el biopropanol y el biobutanol, debido a que, son una fuente de energía alternativa que aparece en la actualidad como solución a los altos precios de los hidrocarburos, la reducción de emisiones de CO2 ayudando
de esta manera al detenimiento del calentamiento global, como fuente energética para áreas geográficas que no es factible el acceso a la energía eléctrica por fuentes tradicionales; como es el caso de esta investigación que plantea evaluar el potencial energético de la biomasa residual que es generada en las zonas no interconectadas del pacifico colombiano, con el fin de proponer la biomasa como una fuente alternativa de energía que permita por medio de las diferentes rutas tecnológicas aprovechar su potencial energético para transformarlo en energía eléctrica para subsanar en parte las necesidades de esta población (Salinas y Gasca, 2009).
37 Procesos de obtención de biocombustibles
Tabla 3. Procesos de obtención de biocombustibles (Salinas y Gasca, 2009).
La biomasa abarca una gran variedad de formas y presentaciones que se producen de manera natural, gracias a la fotosíntesis y a los procesos derivados de la cadena alimenticia; por lo tanto, la misma se genera de un sinfín de fuentes, muchas de las cuales son de fácil acceso o control para el ser humano, que las utiliza de diferentes maneras; pero más específicamente los tipos de biomasa que se pueden considerar para la obtención de energía son (Fernández, 2008):
Biocombustibles sólidos
Dentro del grupo de los biocombustibles sólidos, los más importantes son los de tipo primario, constituidos por materias lignocelulósicas procedentes del sector agrícola o forestal y de las industrias de transformación que producen residuos de dicha naturaleza. La paja y los restos de poda de vid, olivo y frutales, la leña, las cortezas y los restos de podas y aclareos de las masas forestales son materia típica para elaboración de biocombustibles sólidos de origen agrario (Fernández, J., 2011). También las cáscaras de frutos secos y huesos de aceituna y otros frutos, los orujillos procedentes de la extracción del aceite de orujo en las almazaras y los restos de las industrias del corcho, la madera y el mueble, constituyen una buena materia prima para la fabricación de biocombustibles sólidos (Fernández, J., 2011).
38 Otro grupo de biocombustibles sólidos lo constituye el carbón vegetal, que resulta de un tratamiento térmico con bajo contenido en oxígeno de la biomasa leñosa, pero al ser el resultado de una alteración termoquímica de la biomasa primaria, debe ser considerado de naturaleza secundaria. Aunque una parte importante de la biomasa se utiliza directamente, como por ejemplo la leña en hogares y chimeneas, la utilización energética moderna de los biocombustibles sólidos requiere un acondicionamiento especial. Las formas más generalizadas de utilización de este tipo de combustibles son astillas, serrín, pellets y briquetas (Fernández, J., 2011).
Biocombustibles líquidos
Los llamados biocombustibles líquidos son aquellos productos obtenidos mediante la transformación de materias primas de origen vegetal y presentan determinadas características físico-químicas similares a las de los combustibles convencionales derivados del petróleo. Aunque en algunos países europeos son conocidos como “biocarburantes” y se deja la denominación genérica de biocombustible para los productos procedentes de la biomasa que se utilicen en aplicaciones térmicas (incluida la producción de electricidad) y que constituyen el grupo de los biocombustibles sólidos. Una de las aplicaciones en la cual se utiliza esta serie de productos de origen biológico es como combustibles de sustitución de los derivados del petróleo o como aditivos de éstos para su uso en motores. Se pueden utilizar tanto en los motores de explosión de encendido por chispa (ciclo Otto), como en los de combustión interna por compresión (ciclo Diésel). (Fernández, J. & Lucas, H. & Ballesteros, M.; 2011).
Biocombustibles Gaseosos
Entre los biocombustibles gaseosos que se pueden obtener a partir de la biomasa están el gas de gasógeno, el biogás y el hidrógeno (Fernández, J., 2011, pág. 8).
39 Transformación energética de la biomasa
La biomasa residual en Colombia es abundante en la medida que se toma dicha materia como desperdicio o basura, debido a que no está siendo utilizada de la manera adecuada, debido a que la biomasa se caracteriza por ser una energía renovable, ya que su contenido energético procede en última instancia de la energía solar fijada por los vegetales en el proceso fotosintético. La energía que se puede obtener a través de los procesos de transformación de la biomasa se logra al romper los enlaces de los compuestos orgánicos en el proceso de combustión, dando como productos finales dióxido de carbono y agua. Por este motivo, los productos procedentes de la biomasa que se utilizan para fines energéticos se denominan biocombustibles que pueden ser de tipo sólido, líquido y gaseoso, los cuales tienen como fin la obtención de energía térmica, eléctrica y biocarburantes para la autocomoción mediante procesos de transformación de la energía, por lo tanto es necesario determinar los procesos de transformación de biomasa en energía, el tipo de biomasa utilizada y existente, por último y menos importante el tipo de aprovechamiento que se puede obtener. Teniendo en cuenta lo anterior, en la siguiente figura se relacionarán algunos procesos de transformación de algunos tipos de biomasas residuales (Fernández, J., 2011).
40 Otra manera de clasificar la biomasa residual es según el contenido de humedad que posea, ya que, a partir del tipo de biomasa, se realiza la selección del proceso y tecnología utilizada para la conversión de la biomasa (J. Arauzo, 2014).
Biomasa residual seca: se incluyen en este grupo los subproductos sólidos no
utilizados en las actividades agrícolas, en las forestales y en los procesos de las industrias agroalimentarias y de transformación de la madera y que, por tanto, son considerados residuos. Algunos ejemplos de este tipo de biomasa son la cáscara de almendra, el orujillo, las podas de frutales, el serrín, etc. (Nogués F & Herrer J., 2002).
Biomasa residual húmeda: son los vertidos denominados biodegradables: las aguas
residuales urbanas e industriales y los residuos ganaderos (principalmente purines) (Nogués F & Herrer J., 2002).
En la siguiente imagen se ilustra los procesos de conversión de biomasa según su contenido de humedad.
41 Imagen 4. Procesos para la transformación de biomasa según su contenido de humedad (J. Arauzo, 2014).
Proceso de transformación de un biocombustible en energía eléctrica
El proceso de transformación de la biomasa residual en energía eléctrica se realiza a partir de dos procesos de conversión, el primero es transformar la biomasa residual en un biocombustible (que puede ser sólido, líquido o gaseoso), y el segundo, en transformar el biocombustible en energía eléctrica, como se ilustra en la siguiente imagen (Rojas, E. & Ruiz, D.; 2018).
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