Energía de la biomasa: tipos de biomasa y su aprovechamiento energético (página 2)

Cuando se piensa en las energías
alternativas para sustituir a los combustibles de origen
fósil, generalmente lo primero que se tiene en cuenta es
la posibilidad de utilizar la energía
solar, ya que la cantidad total de energía que recibe
la Tierra
procedente del Sol supera en mas de 10000 veces la demanda
energética total de la Humanidad.

Si bien esta cantidad de energía solar es considerable,
se observa que su dispersión es muy alta, con lo que el
principal problema a resolver, si se quiere utilizar la
energía solar, es establecer sistemas que la
concentren y transformen en otro tipo que sea de fácil
utilización para la actividad humana.

Hasta ahora la mayoría de los sistemas desarrollados
por el hombre con
este fin, si bien han representado un notable esfuerzo
investigador, adolecen de la falta de unas perspectivas
económicamente rentables para aprovechar la energía
solar en forma masiva. Precisamente por esto se esta intentando
volver al modelo
básico ya citado de captación y acumulación
de energía solar, seleccionado por la Naturaleza a
lo largo de un proceso
evolutivo de 3000 millones de años, manteniendo la vida en
la Tierra hasta
nuestros días: la fijación de la energía
solar por las plantas
verdes.

Esta forma de energía es la única fuente
renovable que se almacena automáticamente, lo que
distingue de la energía solar directa, la eólica u
otras que han de concentrarse y almacenarse artificialmente, a
menudo con no pocas dificultades. Así pues, la materia
orgánica constituye energía solar almacenada. Se
llamara a partir de ahora "energía de la biomasa" y es
precisamente la que se libera cuando se quema madera y la
que proporciona alimento a los animales y al
hombre.

• Origen de la Biomasa: La Fotosíntesis.

La energía que puede obtenerse a partir de la biomasa
proviene del sol, que gracias al proceso de la fotosíntesis, es aprovechada por las
plantas verdes a través de reacciones
químicas en las células
vivas, para tomar dióxido de carbono del
aire y
transformarlo en sustancias orgánicas, según una
reacción del tipo:

[1.1]

La energía solar se transforma entonces en
energía química, que se
acumula en los enlaces de los diferentes compuestos
orgánicos (polisacáridos, grasas, etc.)
y es incorporada y transformada por el reino animal, incluido el
hombre. También los animales pueden servir como un paso
intermedio para la transmisión de energía a otros
animales (carnívoros).

Situándonos a nivel de los vegetales para comprender
como se forma la materia orgánica. Las plantas, que
convierten la energía solar, constituyen verdaderas
fábricas silenciosas que trabajan utilizando un mecanismo
electroquímico para producir la biomasa, resultado de una
operación inicial de captación de la energía
solar que les permite obtener, fijar y almacenar al carbono
contenido en el gas
carbónico del aire. Estas fábricas, situadas
preferentemente en el campo, muy descentralizadas, cubren las dos
terceras partes de la superficie emergida de nuestro planeta. No
debe olvidarse también, la gran producción de biomasa acuática que
tiene lugar mediante el mismo fenómeno.

La originalidad de este proceso es que "toma prestadas" del
medio ambiente
natural la energía (fotones de luz) y las
materias primas consumidas (carbono, hidrógeno, nitrógeno, potasio y
fósforo). Estos materiales
son, en general, renovables salvo cuando, para mejorar la
eficacia del
proceso, se recurre a cultivos industriales que impliquen el
aporte de energía fósil (por ejemplo, invernaderos
calentados por gas-oil) y el aporte de materia orgánica
(compost) o inorgánica (fertilizantes) al terreno de
cultivo.

En cuanto a los "equipos" empleados por la planta, se trata de
materiales internos sintetizados "in situ": pigmentos captadores
de fotones, aceptores de hidrógeno, portadores de
electrones, acumuladores de energía química,
etc.

La acción
de construir un "edificio ordenado" (de macromoléculas de
glucosa,
principalmente) a partir de elementos suministrados en "desorden"
por la naturaleza (carbono, hidrógeno, oxígeno) exige, de acuerdo a las leyes de la
termodinámica, cantidades muy importante de
energía (673 kcal/mol de glucosa obtenida) de las cuales,
la mayor parte es "desechada" a la atmósfera. Pero, a
pesar de que el rendimiento termodinámico de la fotosíntesis es realmente bajo, la
operación resulta "rentable", debido a la gratuidad de la
energía solar y de la "utilidad" de los
productos
finales (principalmente alimentos).

De hecho, estas reacciones son más o menos completas en
función
de ciertos factores limitantes, entre otros, la intensidad
luminosa, la presión
parcial del dióxido de carbono, la temperatura y
la disponibilidad de agua. Otro
factor de variación de los rendimientos de la
fotosíntesis es el "equipo" de pigmentos y enzimas de las
diferentes especies vegetales, lo que explica la
composición variable de los tejidos vegetales
en azúcares y proteínas,
en materias celulósicas o en lignina.

Los componentes principales de la biomasa (hidratos de
carbono, lípidos y
prótidos), se encuentran en una proporción relativa
variable según la naturaleza de dicha biomasa.

En general, en los vegetales la materia orgánica
está constituida en su mayoría por hidratos de
carbono, principalmente en forma de compuestos
lignocelulósicos, o amiláceos, o en menor grado por
lípidos y compuestos orgánicos nitrogenados
(proteínas principalmente).

Las moléculas básicas, formadas en el proceso
fotosintético de formación de los diferentes tipos
de compuestos orgánicos, son los carbohidratos,
aunque también se forman proteínas y grasas, siendo
el rendimiento energético medio que se puede establecer
para la formación de cada uno de los principales grupos de
compuestos el siguiente:

Esto quiere decir que los compuestos que se producen con menor
eficacia energética son las proteínas y los que lo
hacen con mayor son los carbohidratos. Por otra parte, se sabe
que los compuestos proteicos tienen un valor
económico bastante más elevado que la biomasa
hidrocarbonada, aunque los contenidos calóricos sean
similares.

• La eficacia del proceso
  fotosintético.

En todo proceso de conversión energética un
importante factor a considerar es el rendimiento con que este
tiene lugar, o sea, la fracción del total de
energía incidente (energía solar) que queda
convertida en la forma de energía de interés
(energía de la biomasa).

Teniendo en cuenta las ecuaciones que
gobiernan la fotosíntesis, se puede obtener el valor
teórico del rendimiento fotosintético, que resulta
ser, aproximadamente, de un 30%. Ahora bien, del total de la
radiación
solar que llega a la Tierra, solo algo mas del 40% es
fotosintéticamente activa. Además, solo el 70% de
esta es absorbida por las hojas, ya que el resto suele ser
reflejada, con lo cual, la eficacia máxima teórica
de este proceso será alrededor de:

Eficacia máxima teórica = (0.3 x 0.4 x 0.7) x
100 ( 8%

Ahora bien, en todas las plantas se producen perdidas de
energía debidas a la respiración del vegetal (estimadas en cerca
de un 40%) lo que lleva a que el rendimiento máximo
teórico de transformación de la energía
solar en la biomasa no llega al 5%.

Figura 1. 1 Eficacia de la conversión de
la energía solar a biomasa.

No obstante todo lo expuesto hasta ahora, la realidad es que
los valores
mas altos que se encuentran de hecho en condiciones optimas de
campo son del orden del 3%. Y a menudo estas cifras corresponden
a periodos cortos de crecimiento y cuando se derivan los valores
medios para el
año completo, se encuentran valores del orden del 1% como
media para el caso de plantas de cosecha anual.

Podemos hacernos un cuestionamiento a todas luces
lógico, sería rentable un proceso que solo tiene un
rendimiento real de un 1%?

Aunque el rendimiento del proceso fotosintético pueda
parecer bajo, se ha de considerar que los sistemas vivos que
captan y convierten la energía solar se encuentran, como
ya se ha dicho anteriormente, ampliamente distribuidos sobre
tierras y agua del planeta, cubriendo una enorme superficie y
representando, pues, el único tipo de colector solar que,
hoy por hoy, esta repartido por toda la Tierra, operando a gran
escala.

El que la superficie colectora sea tan extensa determina que,
pese a la baja eficacia, la cantidad de energía almacenada
anualmente por fotosíntesis sea inmensa; de hecho, unas 10
veces masque el total de energía que consume actualmente
la Humanidad. Otro dato interesante a tener en cuenta a este
respecto, es que el contenido energético de las reservas
de biomasa que se encuentran acumuladas en la biosfera, es
aproximadamente equivalente a la almacenada en las reservas
comprobadas de combustibles fósiles.

Tabla 1.1 Producción mundial de biomasa
vegetal.

• La Biomasa y sus formas.

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:

• ? Biomasa lignocelulósica: aquella donde
  predominan las celulosas de hemicelulosas, holocelulosa y
  lignina.

• ? Biomasa amilácea: aquella en que los
  hidratos de carbono predominantes se encuentran en forma de
  polisacáridos de reserva tales como almidón o
  inulina.

• ? Biomasa azucarada: aquella cuyo principal
  componente hidrocarbonado está constituido por
  azúcares, ya sean monosacáridos (glucosa o
  fructuosa principalmente) o disacáridos tales como la
  sacarosa.

• ? Biomasa energética: incluye los materiales
  de origen biológico que no pueden ser empleados con
  fines alimenticios o industriales.

De acuerdo con esto, todos los productos agrarios empleados
para la alimentación humana y animal, así como los
combustibles fósiles (que han sufrido un profundo cambio
estructural en su primitiva estructura
biológica), están excluidos del término
"Biomasa".

El hombre también transforma la materia de las plantas
por procedimientos
artificiales para obtener bienes de
consumo
(alimentos, muebles, etc.). Todo este proceso da lugar a
elementos utilizables directamente o como materia prima,
pero también a subproductos que, tienen la posibilidad de
encontrar aplicación en el campo energético.

En dependencia de si la biomasa ha sido sometida a
transformaciones realizadas por el hombre o no, se puede dividir
en:

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.

• Ventajas e inconvenientes de la utilización
  de la biomasa.

a.- Ventajas.

La biomasa como fuente portadora de energía, con todas
sus características peculiares, presenta varios rasgos que
la hacen atractiva para su empleo,
comparándola con los combustibles fósiles
tradicionales.

A continuación se intentará brindar una idea de
las ventajas que tiene la biomasa con relación a los
demás combustibles.

• *  Energía Renovable.

Es una fuente inagotable en cuanto proviene de la
energía solar en su totalidad. Lo que confiere la
garantía de disponibilidad constante y segura del
combustible.

• *  Aprovechamiento completo.

Ya sea de una forma u otra, con un método u
otro de aprovechamiento o transformación (proceso
físico, químico, termoquímico,
biológico), cualquier tipo de biomasa (sólida o
líquida) se puede aprovechar completamente hasta este
momento. Existen tantas tecnologías y procesos de
transformación que pueden satisfacer todas las exigencias
y necesidades domésticas y de la industria.

• *  No requiere nuevas
  tecnologías.

La biomasa fue el primer combustible que usó el hombre
en la búsqueda de mejorar sus condiciones de vida. Existen
numerosas tecnologías que permite su transformación
y aprovechamiento; desde las más simples que no requieren
grandes inversiones ni
recientes adelantos tecnológicos, hasta sistemas ideados
para y con actualizadas tecnologías punta.

Como fuente de energía alternativa en la actualidad,
con un futuro previsible y obligado en la escena
energética mundial, cobra fuerza para
los países subdesarrollados sin la acusiante necesidad de
disponer de avanzadas tecnologías y recientes adelantos
tecnológicos.

• *  Reduce el deterioro medioambiental.

Es conocido que el origen inicial de los compuestos
orgánicos oxidados en los procesos de aprovechamiento de
la energía contenida en la biomasa, se debe a la
captación de la energía del sol por las plantas; y
que la base de todo el proceso fotosintético y de
producción de dichos compuestos es la fijación del
dióxido de carbono disponible en el aire y el
desprendimiento de oxígeno, aportándolo a la
atmósfera y enriqueciéndola de esta manera en este
componente. Todo este fenómeno trae como consecuencia que
el dióxido de carbono que se desprende en los procesos de
aprovechamiento de los materiales biomásicos no aumenta
los niveles de esta sustancia que fue absorbida con anterioridad,
sino que envía a la atmósfera una sustancia que fue
extraída de ésta; de esta forma se puede decir que
el balance de CO2 se cierra.

Incluso, si se realiza un buen análisis y un exhaustivo estudio, se puede
comenzar a disminuir la cantidad de CO2 presente en la
atmósfera, si el balance de este compuesto es negativo, de
manera que las plantas absorban más CO2 que el que se
llegase a producir por la generación de energía a
partir de los distintos combustibles, biomásicos o no.

Esta característica tan ventajosa e única de la
biomasa, y de las energías renovables en general, es muy
importante por lo mucho que aporta al cuidado y
preservación del medio ambiente.

• *  Proporciona puestos de trabajo.

Según cálculos realizados por varios organismos
internacionales y de diversos países, el uso y
explotación de las fuentes
renovables de energía, la biomasa en específico,
intensifica la creación de empleo con relación a
las fuentes energéticas tradicionales. Ya se ha dado como
un dato, anteriormente, que por cada 1.000 tep generadas a partir
de las fuentes renovables de energía se crean 4,6 puestos
de trabajo, 3,3
más que con las fuentes tradicionales de
energía.

Esta característica es muy importante tenerla en cuenta
en un mundo, sobretodo en los países desarrollados, donde
se han generado elevadas tasas de desempleo que
tanto malestar está creando en la parte de la sociedad
aquejada por este mal, y tantos problemas
económicos trae para toda la sociedad actual.

• *  Ahorra divisas y
  disminuye la dependencia energética del
  exterior.

Con la garantía de poder disponer
del combustible autóctono, según los planes y
políticas de las administraciones, se
reduce la dependencia energética con relación a las
fuentes de energías que no son propias y que siempre
están sometidas a los vaivenes del mercado
internacional. Al cultivar y explotar la biomasa en su
territorio, el país está tendiendo a mejorar y
equilibrar la balanza
comercial al tener asegurado el abastecimiento de la fuente
energética en sí mismo, sin tener que estar
supeditado al exterior. Cuestión esta muy importante para
tantos países en la actualidad, sobretodo los
países subdesarrollados, en primer lugar Cuba, donde no
se debe olvidar el bloqueo económico y energético
al que actualmente está sometida y la alta
repercusión que en su desarrollo
industrial tiene.

b.- Inconvenientes.

Como es lógico, no todas van a ser ventajas para la
biomasa, en comparación con los combustibles
fósiles, por lo que también habrá
algún inconveniente.

Para analizar los inconvenientes propios de la biomasa se
deberían tener en cuenta los diferentes tipos de biomasa.
No obstante, dado el objetivo de este trabajo de tesis, nos
centraremos en la denominada biomasa vegetal, tanto la que se
produce mediante cultivos energéticos como la que se
genera como residuo del aprovechamiento de la biomasa vegetal
alimentaria o industrial.

• *  Dispersión.

Para disponer de las cantidades de energías suficientes
para cumplir ciertos objetivos, o
simplemente para aprovechar toda la producción de un
cultivo determinado o de la producción residual de cierta
industria hacen falta grandes volúmenes de biomasa
vegetal, por ende amplias plantaciones y extensas superficies de
tierra. Además de que seguramente se tendrá la
necesidad de disponer de distintos tipos de biomasa vegetal para
obtener, mediante su mezclado, los requerimientos
energéticos básicos. Esta característica es
muy difícil de contrarrestar dada las peculiaridades de la
biomasa vegetal. Otros tipos de biomasa residual como la
industrial, agroganadera, etc., no tienen este inconveniente,
estando concentrado en las zonas de producción y
facilitándose su consumo "in situ".

Debe tenerse en cuenta para comprender mejor este
inconveniente de la biomasa vegetal su baja densidad, lo que
junto a esta posible dispersión, hace que en muchos casos
no sea rentable se aprovechamiento energético,
fundamentalmente, por los costos en
transporte.

• *  Producción estacional.

Dada la variedad de cultivos que presenta la biomasa vegetal,
en sus diferentes formas, es obvio la disponibilidad de la
materia prima de manera estacional (en época de
recolección).

En este acápite es importante poder disponer de
tecnologías de aprovechamiento energético de la
biomasa capaces de utilizar indistintamente diferentes tipos de
biocombustibles sin grandes diferencias en el rendimiento
energético. Además de lo que se podría
alcanzar en materia de almacenamiento y
obtención de nuevas especies más resistentes o con
nuevas cualidades, a partir de la ingeniería
genética y la biotecnología.

Una forma de absorber este inconveniente en las instalaciones
de obtención de energía a partir de biomasa vegetal
es mediante la instalación de varias tolvas de
alimentación al combustor, que mezclando la
proporción adecuada de cada tipo de biomasa disponible en
cada estación del año, permita mantener estable la
potencia
térmica del sistema.

• *  Baja densidad energética.

Es una de sus características físicas más
importantes de la biomasa y que influye en el diseño
de las instalaciones para su aprovechamiento y en el transporte
de la materia prima, pudiendo llegara ser el factor que la haga
no competitiva comparada con otros tipos de combustibles.

Existen varios procesos para intentar resolver este
acápite en caso de que sea el factor decisivo. Todos los
procesos se basan en la compactación de la biomasa, como
por ejemplo, el briqueteado, el pelletizado, etc. Estos presentan
también el inconveniente de aumentar los costos del
combustible final; por tanto el análisis económico
dará luz sobre la viabilidad del empleo de este tipo de
procesos de densificación de la biomasa.

• *  Necesidad de acondicionamiento o
  transformación para su utilización.

Hay casos en los que es imprescindible aplicar ciertos
tratamientos a la biomasa, acondicionarla y transformarla de
manera que esté en condiciones de que sea factible su uso.
Procesos como el molido, el tamizado, el secado, etc., suelen ser
necesarios, aumentando en algunos casos los costos de
operación a la instalación, si bien en otros es
rentable su empleo como es el caso del secado mediante el
calor sensible
de los humos de un proceso de combustión.

Muchas veces es imposible obviar alguno de los procesos de
acondicionamiento de la biomasa, por lo que el estudio
económico dirá cual y hasta que punto es rentable
asumirlos.

• *  Costo de recolección, transporte y
  almacenamiento.

Esta peculiaridad es como un compendio de varias de las
anteriores que redundan en el aumento de los costos de
operación al emplear una instalación que funcione
con material biomásico.

El hecho de proceder la biomasa vegetal, en la mayoría
de los casos, de cultivos o en otros de materiales residuales, ya
sean en la cosecha, ya sea en el mismo proceso industrial,
implica tener la necesidad de recoger, recolectar e incluso
cosechar para lograr acopiar las cantidades suficientes de
combustible, esto hace que los costos por concepto de
recolección aumenten con relación a otras fuentes
de energía cuando se trata +de cultivos energéticos
y sean nulos cuando son cultivos alimentarios o procesos
industriales los que generan la biomasa.

La baja densidad lleva a que el costo por
transporte aumente, ya que hay que gastar más para lograr
el mismo suministro energético que con otro tipo de
combustibles. Si se quiere aliviar este problema, se puede hacer
aumentando la densidad de la biomasa, en ciertos casos esta etapa
de compactación de la biomasa puede mayores gastos por
conceptos de utilización de procesos de
compactación que siempre son consumidores de
energía, y llegar a hacer prohibitiva su
utilización como fuente de energía.

En cuanto al almacenamiento, dada las características
antes mencionadas, fundamentalmente, la estacionalidad y su baja
densidad, hay que destinar un amplio espacio para poder mantener
almacenado el combustible a emplear durante el período de
consumo.

Todas estas cuestiones se deben analizar detallada y
comparativamente para cada una de las instalaciones, asumiendo
distintas variantes y posibilidades en aras de encontrar cual es
el modelo más económico y que garantice la rentabilidad
de la instalación.

Los Residuos como fuente
de Energía.

• Introducción.

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
ingentes 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 y
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.

• Agrícolas.

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, serrín, 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.

Es considerable también la producción de
corteza, serrín y viruta, originados en la
elaboración de tableros, tanto a partir de troncos como de
ramas. Las hojas, tocones y raíces también
representan una cantidad apreciable de biomasa residual
susceptible de aprovechamiento.

Por otra parte, son considerables los residuos que se producen
en los tratamientos selvícolas: limpias de los bosques
naturales que se realizan para aumentar el rendimiento del bosque
y evitar la propagación de incendios y clareos que se
efectúan en montes repoblados. Se distinguen dentro de
estos residuos los de madera de sierra, madera de industria y
leña para astilla.

• 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:

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).

• Biomasa en Cuba.

La situación que atraviesa Cuba, a partir de la
desaparición de los países socialistas del Este de
Europa, hace
evidente la necesidad de introducir cambios profundos en la
economía del país para adecuarla a
las nuevas condiciones imperantes. La esfera energética
constituye uno de los principales elementos desencadenantes del
período especial en tiempo de paz, que comenzó al
cesar en forma brusca e irreversible el suministro, seguro y
económico, de combustible procedente de la extinta
Unión Soviética (en 1989 dicho suministro
representaba casi el 70% de las fuentes de energía
requeridas por Cuba ese año).

Cuba es un país de pocos recursos
energéticos convencionales. Cuenta con yacimientos de
turba, no explotados, y de petróleo. Estos últimos se
encuentran en varias regiones del país, y, hasta ahora, la
producción máxima de petróleo
que ofrecen es de 1,5 millones de toneladas al año.

Es por ello que, para satisfacer las necesidades
energéticas, la economía se ve obligada a adquirir
en el mercado internacional grandes cantidades de combustible, lo
que origina grandes gastos en divisa. A su vez, el agravamiento
de la situación económica ha provocado una
reducción en la capacidad de adquisición de la
moneda libremente convertible, pudiéndose comprar
solamente el 50 % del petróleo que normalmente se
consumía, a pesar de que el 40 % de los gastos de importación se destinan a ese fin.

Por todo lo anterior, el Estado
cubano tiene entre sus prioridades la búsqueda y
explotación de fuentes no convencionales de
energía, que cubran las necesidades energéticas en
sectores donde sea factible su aplicación, entre ellas la
biomasa.

Por otro lado, en el mundo contemporáneo cobran a
diario mayor importancia las preocupaciones ecológicas
vinculadas con la obtención de energía, en
particular, la procedente de los combustibles fósiles;
haciéndose eco de las mismas, Cuba ha incluido nuevos
preceptos en la Constitución de la
República, contentivos de los compromisos y tareas que
guiarán los esfuerzos del país para resguardar al
entorno de acciones
capaces de poner en riesgo el derecho
de las generaciones futuras a un ambiente sano.

Tal como se planteó anteriormente, la materia prima que
sirve como fuente de energía renovable proveniente de la
biomasa es, fundamentalmente, de tipo residual. La inmensa
mayoría de la biomasa que se puede aprovechar en Cuba es
generada en la industria de producción de azúcar,
o en otras ramas de la agricultura, como son la arrocera, la del
café,
cítricos, entre otras, que se comentarán
continuación.

• Los Residuos en nuestro país.

• Industria azucarera.

En el caso de Cuba, la agroindustria de la caña de
azúcar constituye la mayor reserva estratégica de
biomasa por su carácter renovable y su considerable
volumen anual; por eso, junto a su papel como primera fuente de
ingresos para
la economía emparejada con el Turismo, puede resultar
decisiva en el tránsito hacia el desarrollo
sustentable del país. Las condiciones de
período especial en los años noventa han impuesto,
además, serias limitaciones a los recursos convencionales,
materia prima y alimentos. En estas tres esferas, la biomasa
agroindustrial cañera puede representar un aporte sensible
al desarrollo
económico del país dentro de los acuerdos
existentes para la conservación y cuidado del medio
ambiente.

La caña de azúcar, materia prima para la
producción de azúcar, de numerosos derivados y
alimento animal, tiene la característica de ser una de las
plantas que más eficientemente aprovecha la energía
solar, produciendo como biomasa un potencial energético
considerable en forma de residuos susceptibles de ser empleados
como combustible.

El bagazo de caña de azúcar, el residuo
más utilizado en esta industria, que cubre casi el 27 % de
la demanda energética actual del país,
continuará jugando un papel central en la
satisfacción de dicha demanda. En cifras generales, en una
zafra de 8 millones de toneladas de azúcar se muelen
más de 70 millones de toneladas de caña y
produciéndose más de 20 millones de toneladas de
bagazo; de éstas, unos 2 millones se utilizan como
alimento animal y la producción de derivados, mientras el
resto es utilizado por la propia industria azucarera para la
producción de vapor y la electricidad que requiere su
funcionamiento.

De los 5,5 millones de toneladas de residuos de la cosecha,
que se producen fundamentalmente en forma de paja, se destinan
más de un millón de toneladas al alimento del
ganado vacuno, quedando algo más de 4 millones de
toneladas de paja-combustible disponible en los más de 700
centros de acopio y limpieza existentes en todo el país,
equivalentes a más de 700 mil toneladas de petróleo
combustible. En su gran mayoría, este potencial se quema
sin provecho.

Se desarrollan diversas experiencias con el objetivo de
aprovechar todo el potencial que encierra los residuos de la
cosecha que se acumulan en los centros de acopio. Por ejemplo, se
buscan formas de comprimir la paja en pacas o briquetas, y
mediante la pirólisis convertirlas en carbón o
gases
combustibles, para satisfacer las necesidades energéticas
de los propios centros de acopio, y como sustitutos de los medios
convencionales de obtención de energía.

Entre los portadores energéticos cañeros,
destaca el bagazo, en el que se encuentra la potencialidad
fundamental para sustituir el
petróleo importado que se destina a la
producción de azúcar refino y otros derivados de la
producción azucarera, así como a la
generación térmica de electricidad. Una forma
bastante aproximada de ver lo que significa usar el bagazo como
combustible para la generación de electricidad en nuestro
país es, estableciendo una relación entre el valor
calórico del petróleo y el bagazo, que por cada 5
toneladas de bagazo que se quema se puede sustituir 1 tonelada de
petróleo importado.

En el presente trabajo, más adelante, será
estudiado con más profundidad el bagazo como combustible,
con todas las características y propiedades que son
importantes para su utilización con fines
industriales.

En Cuba, la biomasa obtenida como subproducto de la industria
azucarera, constituye el mayor recurso desde todos los puntos de
vista. Tomando en cuenta que en una tonelada de caña
fresca, aproximadamente, el 32% es de bagazo integral y el 28% de
paja y cogollo de caña (Residuo agrícola
cañero, RAC), las cuales son las biomasas más
importantes que se procesan, secundadas por otros residuos
biológicos, por ejemplo, las mieles finales y la cachaza;
que al igual que las primeras o en combinación con estas,
pueden ser utilizadas con fines energéticos, de alimento
animal o con el fin de producir otros productos derivados de la
caña de azúcar.

Por ejemplo, en la provincia Santiago de Cuba, se produce del
4-5 % de todo el azúcar obtenido en el país, y sus
51 centros de acopio y limpieza, tienen una capacidad promedio de
3.000 toneladas de caña al día. En cada uno de
ellos se recolecta cerca de 15 toneladas de residuos por
día, entre bagazo, paja y cogollo de caña, como
cifras reales teniendo en cuenta unas cuantas pérdidas que
tienen lugar desde el campo hasta el centro de acopio,
según datos del MINAZ (Ministerio del Azúcar de
Cuba), siendo su consumo energético de unos 3.600
kW-día. Con la aplicación de una tecnología
adecuada, se podría obtener, por cada 2,8-3kg de residuos,
de 4,7-8 kW de energía calorífica, aproximadamente,
lo que equivale a obtener de manera aproximada, 1 kW de energía
eléctrica, por lo que sólo con los residuos
obtenidos se satisfarían las necesidades
energéticas del centro, utilizándose el sobrante de
la energía en los sistemas de bombeo para el riego de las
plantaciones cañeras o en la producción de
electricidad para el consumo de una población rural.

Para la industria azucarera, en cuanto al proceso productivo,
con excepción del tallo limpio -contentivo del jugo
azucarado- el resto constituyen materias indeseadas, denominadas
residuos agrícolas cañeros (RAC), los cuales
presentan gran interés con fines energéticos y en
calidad de
alimento animal, entre otras.

La composición de los distintos elementos varía
en dependencia de la edad, clima, variedad, métodos de
siembra, cultivo, cosecha y con el rendimiento agrícola,
lo que provoca que para las investigaciones
sea necesario analizar las condiciones propias de cada
territorio. Asumiendo para Cuba rendimientos agrícolas
promedios de 60 ton/ha, se ha logrado obtener por cada tonelada
de caña fresca cosechada un total de masa seca de 609 kg,
que consiste en: 329 kg de tallo, 92 kg de cogollo, 188 kg de
hojas secas y 391 kg de líquido, entre jugos y agua.
Típicamente se producen 320 kg de bagazo y 280 kg de paja
y cogollo por cada tonelada de caña fresca.

Debido a esta abundancia de residuos se pensó en la
utilización de la biomasa cañera obtenida en
grandes cantidades en los procesos agroindustriales, para su uso
como materia prima energética, con vista a su
aprovechamiento para la generación de vapor, ya sea con el
objetivo de producir electricidad o con fines industriales. En el
análisis de estos residuos se constató que en
estado
natural, presenta ciertas características que requieren
tenerse en cuenta para su empleo con fines energéticos,
como son:

• 1. Polimorfismo.

• 2. Elevado contenido de humedad.

• 3. Elevado contenido de volátiles.

• 4. Baja densidad.

• 5. Poco contenido de carbono fijo.

• 6. Biodegradabilidad.

• 7. Bajo poder calórico.

• 8. Carácter temporal de la
  producción.

• 9. Alto contenido de cenizas.

• 10. Dificultad en su manipulación.

Dichas características influyen en la eficiencia de
algunos procesos para la utilización de biomasa como
combustible, siendo necesario adoptar una serie de medidas
capaces de contrarrestarlo. Los aspectos fundamentales que no
deben dejarse de analizar con profundidad son su alto contenido
de humedad y su bajo poder calórico como consecuencia de
lo anterior.

El RAC está compuesto esencialmente por cogollo y paja
verde y/o seca con diferentes grados de humedad. El grado de
humedad de la paja de caña a lo largo del tiempo, mediante
su secado natural en la finca de cultivo, dependerá del
momento de su recogida. De acuerdo con esto es conveniente el
secado natural de los residuos en la propia finca antes de su
recolección, con el objetivo de no utilizar energía
en eliminar la humedad y ahorrar costes en el proceso de su
recogida y transporte.

El calor de combustión de los residuos agrícolas
cañeros variará igualmente con el contenido de
humedad que estos presenten. Si se parte del poder
calorífico inferior (PCI) de la materia seca, que es de
3.828 kcal/kg., y se toma en cuenta que el calor de
vaporización del agua es de unas 540 kcal/kg,

La variación del calor de combustión con la de
humedad del residuo puede observarse en la siguiente tabla.

Estos datos permiten observar con claridad y nitidez de forma
simple como el contenido de humedad influye notablemente en el
valor calórico de la materia prima y, por ende, en la
eficiencia del proceso.

Según los trabajos realizados por instituciones
y organismos varios, el potencial a obtener del tratamiento
anaerobio de los residuales de la industria azucarera,
fundamentalmente los residuos líquidos de la
producción de torulas, destilerías, los residuales
líquidos del ingenio, la cachaza, etc., es equivalente a
más de 160.000 toneladas de petróleo.

• Agricultura

Respecto a la agricultura, son muchos los sectores o ramas que
tributan materias primas como fuentes de energías
renovables. Entre las más importantes están: la
producción
de café, la producción de arroz, la de
cítricos, plátanos, entre otros.

A partir de los resultados de los trabajos realizados y
consultados en Cuba, se confirma la posibilidad de utilizar los
residuos de las más de 350 despulpadoras de café
que existen en el país con el objetivos de obtener
biogás, equivalente a más de 1.400 toneladas de
petróleo combustible en cada cosecha y utilizar el residuo
digerido como pienso animal, o como abono orgánico. Se
generaliza el uso del afrecho de café (cáscara del
grano) como combustible en las secadoras clasificadoras.

En el proceso de beneficio del café se obtienen
cantidades de aproximadamente 6.700 toneladas de residuos
anualmente (MINAGRI, Ministerio de la Agricultura de Cuba). En un
centro de beneficio con capacidad para 10 toneladas diarias se
consumen cerca de una tonelada de petróleo al día
por concepto de los sistemas de tostado y secado del café
y alrededor de 700 kW-día de la red nacional; también
en este se recolectan entre 1,5 y 1,9 toneladas de residuos
diarios que podrían aportar alrededor de 1.000
kW-día, utilizando tecnologías adecuadas,
pudiéndose por lo tanto abastecerse casi completamente de
la energía que necesita. En la actualidad estos residuales
no se aprovechan y en general se botan o se venden a algunos
pobladores que lo emplean como combustible doméstico.

Por otra parte, la potencialidad de la producción de
arroz radica en la cáscara y en la paja de arroz, como
residuos fundamentales de la cosecha; en la que se producen,
normalmente, alrededor de unas 80.000 toneladas de cáscara
de arroz anualmente, de las cuales, sólo se utiliza una
pequeña parte como combustible en las fábricas de
arroz precocido.

La producción de arroz en Cuba, en el año 1997
se estimó en 180.000 toneladas (MINAGRI), de las cuales el
39 % se produce en la zona oriental del país,
obteniéndose cerca de 36.000 toneladas de cáscara
de arroz, que no se aprovechan en esta zona; por lo general la
queman sin provecho alguno. Estudios realizados por
técnicos e investigadores de varias universidades cubanas,
sobre la utilización de la paja de arroz como potencial
energético, demuestran que la misma puede autoabastecer al
sector industrial. Una forma que se plantea para su
aprovechamiento es el uso de tecnologías avanzadas que
normalmente tienen la ventaja de ser sistemas más
compactos y fáciles de operar.

La paja de arroz prácticamente no se emplea como
combustible dada las condiciones de mecanización de la
cosecha, las características del terreno donde se planta
el arroz y porque la práctica hace que este material se
emplee como fertilizante.

Se prevén algunas soluciones que lleven a la
sustitución del diesel que se consume en los secaderos de
arroz por la utilización de la cáscara de arroz
como combustible.

Referente a la cosecha de cítricos, saltan a la vista
algunas propuestas interesantes para aprovechar las podas de los
árboles
y otros frutales como materia prima para la producción de
carbón o astillas de madera para su consumo en cocinas,
hornos, calderas, etc.
Algo parecido sucede con relación al plátano y es
la posibilidad del aprovechamiento, mediante la digestión
anaerobia, de los desperdicios del plátano, tallos, etc.,
para la producción de biogás

• Industria pecuaria.

Existen tres grandes vertientes dentro de la rama pecuaria que
concentran la mayoría del potencial de energía
aprovechable, que son, el sector porcino, la ganadería
vacuna y la avícola.

En el sector porcino, se estima, que los residuos susceptibles
de degradación constituyen un potencial que asciende a
más de 40.000 toneladas de petróleo equivalentes
anuales. Derivado de estudios desarrollados se calcula que cada
cebadero de 11.000 animales pueden dar la energía
necesaria para su alumbrado, el bombeo de agua y para la caldera
de la planta de pienso líquido, obteniéndose a su
vez un residuo sólido para la lombricultura, piscicultura
o abono orgánico.

En cuanto al sector vacuno, los cambios en el tratamiento de
la alimentación de las reses, pasando de un tiempo de
permanencia en la granja o vaquería alto al pastoreo
intensivo que implica mayor tiempo de permanencia del animal
fuera, debido a la reducción de piensos, también
originan cambios en el modo de aprovechar la energía
provenientes de las excretas de los animales. Allí donde
se logre recolectar unos 8 kg de excreta por pieza, es posible la
instalación de un digestor de biogás, que
permitiría producir la energía necesaria para el
ordeño mecánico, la iluminación y la refrigeración de la leche por
períodos de 6 horas.

En el sector avícola, en una granja de 40.000 gallinas
ponedoras se puede lograr la energía necesaria para la
iluminación de las naves y para el calentamiento de los
pollitos, además de producir pienso para los animales.

• Recursos forestales.

La producción de leña en el país, tanto
para su uso directo como combustible, como para la
producción de carbón, es del orden de los 2,5
millones de m3 estéreos (no compactados); de ello, 0,7
millones de m3 proceden de áreas no boscosas, o sea, de la
eliminación de las cortinas rompe vientos, limpiezas de
vasos de embalses, áreas marginales, etc.

El monto global de la producción de carbón
asciende a 2 millones de sacos al año. Según
trabajos consultados, el potencial de los bosques actuales es de
unos 3 millones de m3 estéreos de leña anuales, si
se efectúan todas las actividades silvícolas sin
perjudicar el estado de los montes, por lo que se podrían
producir 5,3 millones de sacos de carbón.

Se han estado plantando varias miles de hectáreas de
cultivos energéticos con rendimiento estimado de 120 m3
estéreos por hectárea, a partir de los 5
años. Dentro del programa para el
desarrollo de las energías renovables en el país,
se han tomado varias acciones como la reconstrucción de
bosques degradados y el desarrollo de 160 000 ha de bosques
energéticos.

Los Cultivos
Energéticos.

3.1. Introducción.

El cultivo de cosechas atendiendo al valor que poseen como
combustible, es decir, teniendo en cuenta su potencial
energético como cuestión más importante, es
lo que se conoce como "cultivos energéticos".
Recientemente, y como consecuencia de la crisis
energética. Se ha empezado a considerar seriamente la
posibilidad de producir biomasa vegetal transformable en
energía, conociéndose esta nueva faceta como
"Agroenergética", sobre la que, por falta de datos
experimentales, existen toda una vía de interrogantes
acerca de su alcance desde el punto de vista económico e
impactos social y ecológico.

La Agroenergética es un nuevo enfoque del cultivo de la
Tierra en el que se pretende utilizar cultivos vegetales para
fijar la mayor cantidad posible de energía solar y
acumularla en la biomasa vegetal para ser aprovechada con fines
energéticos.

Actualmente solo se obtienen pequeñas cantidades de
energía procedentes de esta fuente; el conocer su
rentabilidad económica y energética debe ser objeto
de investigación para que se pueda llevar a
cabo esta actividad de forma masiva en un futuro no muy
lejano.

Según el destino de los productos obtenidos en los
cultivos vegetales cabe considerar tres aspectos dentro de la
Agricultura o cultivo racional de la Tierra:

Aspecto Agroalimentario: Cuando los productos obtenidos (en
general una parte de la biomasa producida) son destinados a
satisfacer las necesidades alimentarias de la población o
de los animales.

Aspecto Agroindustrial: Cuando los productos obtenidos tienen
un empleo únicamente industrial no alimenticia, como por
ejemplo las fibras o los fármacos de origen vegetal.

Aspecto Agroenergético: Cuando la totalidad de la
biomasa cosechada se emplea con fines energéticos
(producción de energía), bien directamente, o bien,
después de su transformación, en combustible
líquido, sólido o gaseoso.

Los aspectos agroalimentario y agroindustrial son los que han
predominado desde que la agricultura se realiza de forma
organizada y consciente, de forma tal que todos los avances
técnicos han sido pensados y aplicados para potenciar los
dos aspectos anteriormente mencionados. Las avances en la
fitotécnia de los cultivos, en la genética
de las plantas, etc., no han sido vertidos a optimizar la
obtención de combustible como objetivo primordial hasta
ahora.

El progresivo agotamiento de las reservas de combustible
fósil y el consiguiente encarecimiento de los crudos, han
hecho que se pase a considerar la posibilidad de utilizar como
fuente de energía alternativa a la biomasa vegetal
producida intensamente en las tierras no dedicadas a los cultivos
agroindustriales, lo que cual ha dado nacimiento a esta nueva
faceta de la agricultura que se denomina Agroenergética, y
que puede considerarse como una de las modalidades del
aprovechamiento de la energía solar.

3.2. Balance de Energía en cultivos
energéticos.

Un aspecto muy importante dentro de las consideraciones de los
cultivos energéticos, es el balance de energía.
Cuando se realiza un cultivo de este tipo, además de la
energía solar, indispensable para el desarrollo de los
vegetales, aunque gratuita, se necesita una buena cantidad de
energía proveniente de diversas fuentes externas, desde
el trabajo
muscular a la energía eléctrica, pasando por el
petróleo y sus derivados. En el análisis del
balance energético de la producción agrícola
hay que tener en cuenta estos dos tipos de fuente de
energía (solar por un lado y convencional por otro) de
forma separada, como integrantes de las magnitudes
energéticas de entrada del proceso productivo.

Para realizar un balance energético se ha de tener una
visión global de la producción de los ecosistemas
agrarios como integrantes de la acción productora y
consumidora de la biosfera. No se pueden tener en cuenta
únicamente los análisis económicos de las
diversas explotaciones agrarias, ya que los precios de los
productos y de los elementos consumidos son muy variantes,
incluso estando en condiciones físicas muy similares, ya
que se ven en muchas ocasiones afectados por subsidios o precios
protegidos en países con cierto desarrollo en este tipo de
aplicaciones. La ventaja que presenta un análisis
energético ante un análisis económico que
tome como unidad de medida un sistema monetario, es la
invariabilidad de los datos energéticos en el tiempo
frente a las fluctuaciones de valor de las monedas, incluso en
periodos relativamente cortos.

Al realizar balances energéticos en varias facetas de
la agricultura, no extrañaría un resultado neto
negativo, es decir, un consumo de energía en el cultivo y
recolección mayor que el que se produce como biomasa (sin
contabilizar la solar, por supuesto) y a pesar de ello, puede
resultar enormemente rentable desde el punto de vista
económico. Esto es debido a que se ha aumentado la nobleza
y calidad de la energía, aunque haya disminuido su
cantidad, de ahí que la mayoría de los productos
agrícolas no se valoren por su contenido
energético, sino por la calidad de la biomasa producida.
Así pues, la empresa no suele
inventariar energéticamente son económicamente,
aunque el balance puede ser positivo en ambos casos.

En cambio, cuando se analiza un cultivo energético, es
necesario tener en cuenta que éste debe aportar más
energía que la que recibe del agricultor, siendo entonces
una premisa del cultivo energético, que su balance
energético siempre sea positivo.

La realización de un balance energético de una
explotación agraria debe acometerse teniendo en cuenta las
entradas y salidas en una misma unidad de medida (preferentemente
en J) para tener una idea mejor de las partidas que intervienen y
poder realizar la comparación de manera
homogénea.

La estimación del consumo energético en el
proceso de producción lleva a la asignación de un
equivalente energético para cada uno de los siguientes
componentes:

• El trabajo humano, considerando el agricultor como una
  máquina que consume biomasa del propio proceso.
  Obsérvese que la asignación de un valor
  energético a cada hora de la vida del agricultor en el
  medio rural, como máquina destinada a trabajar en el
  cultivo energético, puede ser muy variable porque
  influyen muchos factores.

• El trabajo de animales de labor, que se utilizan
  sólo en ciertas épocas, pero que hay que
  mantenerlos todo el año.

• Los abonos y productos químicos, en los que hay que
  considerar además de su energía interna, la
  energía consumida en su fabricación, transporte
  y aplicación.

• Las semillas. Cuando se utilizan semillas cosechadas en la
  producción normal, el consumo energético debido
  a ellas sería el equivalente a su energía
  interna. En el caso de semillas híbridas o
  seleccionadas, habría que considerar la energía
  gastada en su producción.

• La maquinaria agrícola, en la que hay que valorar
  aperos de labranza, tractores, motores y
  otras máquinas, de los que no sólo hay
  que valorar su consumo de combustible, sino también
  los gastos energéticos de su fabricación,
  conservación y mantenimiento.

• El material de construcción, al que se puede asignar
  valores fijos preestablecidos.

• El material de instalación y funcionamiento del
  riego con la valoración energética de los
  embalses y canales implicados en el mismo.

Por otra parte, la valoración del contenido
energético de la biomasa producida por los cultivos
energéticos, se debe hacer por evaluación
de la combustión completa de una bomba
calorimétrica, ya que el valor así obtenido es
realmente su energía interna, y no el que dan las tablas
dietéticas, que solo tienen en cuenta la energía
aprovechable por un organismo vivo.

La tabla 1 muestra un
intento de comparación de la energía aproximada de
ciertos productos agrícolas y la energía
convencional consumida en su producción. Obsérvese,
no obstante, que el valor correspondiente de la energía
interna no es el que la planta en cuestión puede
suministrar realmente, ya que los procesos de
transformación de biomasa en energía útil
(calor, electricidad) suelen tener rendimientos realmente bajos
(entre un 30 y un 40%).

Tabla 1. Consumos energéticos y
energía interna de algunos productos agrícolas.

Los rendimientos que se obtienen en la conversión de la
biomasa en energía o en otro tipo de combustible; a
través de los diferentes procesos físicos,
químicos o biológicos que se tratarán
más adelante en el curso; pueden oscilar entre el 20 y el
70%.

Si asignáramos a la biomasa un valor calorífico
medio de 4000 kcal de materia seca, una hectárea de
terreno que produjera 20000 kg de materia seca al año,
produciría una cantidad de energía análoga a
la contenida en unos 8000 l de gasolina lo cual podría
equivaler a una potencia de unos 10 kW durante todo el
año.

Si quisiéramos utilizar la biomasa para proporcionar
energía a una industria que necesite una potencia de unos
1000 kVA por ejemplo, suponiendo que el rendimiento en la
transformación de la biomasa en energía
eléctrica sea de un 35%, tendríamos necesidad de ir
disponiendo a lo largo del año de biomasa producida en una
superficie de una 300 ha. Para producir una cantidad de
energía equivalente a la que produce una central de 100 MW
se necesitaría disponer de una superficie de cultivo de
unas 30000 ha, suponiendo la producción media anterior
(20000 kg ha-1) y el mismo tipo de transformación.

El método de las "plantaciones de energía" no
parece indicado para abastecer de energía a los grandes
centros de demanda. Para estos fines parece más adecuado
acudir a las centrales convencionales térmicas o
hidroeléctricas. La agroenergética parece estar
más indicada para suministrar energía a
núcleos agroindustriales de no muy alta demanda
energética, y en los que iría asociada a cada
industria una superficie de cultivo adecuada para proporcionar
emergía y alimento a todo el complejo agroindustrial.

3.3. Selección
de cultivos y efectos ambientales.

Existen en diversos países diferentes planes
relacionados con los cultivos energéticos, que más
adelante tocaremos brevemente. A modo de orientación, un
cultivo que tenga 10 Tm/ha de biomasa seca, daría una
energía anual equivalente a la suministrada por una
potencia instalada de 5 kW. Si se desarrollasen cultivos
energéticos de alta eficacia en la producción de
biomasa, se podría duplicar o triplicar esta cifra,
llegando a producciones comparables a las que tienen en la
actualidad los cultivos más productivos, como lo es la
caña de azúcar.

Los cultivos más susceptibles a ser empleados en
determinado momento deben cumplir con la premisa general de
obtener la máxima cantidad posible de energía neta
compatible con las condiciones del suelo y climatológicas
de cada zona.

La Agricultura, al modificar considerablemente los ecosistemas
naturales, es una de las actividades que puede influir
negativamente en el equilibrio
ecológico de la biosfera en determinada zona. Por tanto,
el impacto ambiental de los cultivos energéticos debe ser
de especial atención en su análisis global. La
práctica agrícola reduce ostensiblemente el
número de especies vegetales, por lo que se reduce la
estabilidad de cualquier ecosistema y
lo hace más vulnerable a los cambios del medio ambiente.
Por otra parte el empleo de maquinaria pesada y de abonos
químicos y productos fitosanitarios de forma masiva,
produce, en muchos casos, efectos desastrosos desde el punto de
vista ecológico.

Por todo ello los cultivos energéticos también
ocasionarán necesariamente alteraciones del medio
ambiente, pero es de esperar que sea en menos magnitud que otras
tendencias agrícolas como las alimentarias o industriales.
Por varias razones como son:

• Los cultivos energéticos se implantarían en
  zonas marginales de escasa productividad
  natural, en las que los cultivos protegerían el suelo
  contra la erosión y aumentarían su
  contenido en materia orgánica.

• Como son cultivos pocos exigentes en labores
  fitosanitarias serían más nobles con el suelo y
  éste no sufriría tanto.

• Podría aumentarse la variabilidad de las especies
  al no ser necesaria la monoespecificidad de los cultivos, con
  lo que también aumentaría la estabilidad del
  ecosistema agroenergético y como consecuencia
  éste tendría una mayor aptitud para mantener
  una elevada productividad ante las posibles variaciones
  climáticas del año agrícola.

• La reutilización de los residuos del proceso de
  producción y transformación de la biomasa en el
  mismo tratamiento al cultivo haría mejorar el balance
  de materia orgánica en el suelo.

A continuación se estudiará una serie de
cultivos que se pueden aprovechar con fines energéticos.
Se dividirá el estudio en los siguiente tipos de
cultivos:

• Cultivos tradicionales.

• Cultivos poco frecuentes.

• Cultivos acuáticos.

• Cultivos de plantas productoras de combustibles
  líquidos.

Las plantas que se citarán no son las únicas
candidatas a ser empleadas para la producción de
energía como objetivo esencial de su existencia. La
íntima adaptación de la especie a unas
circunstancias climáticas concretas, es una de los
factores más importantes para maximizar la productividad.
Por eso, ante cada circunstancia debe ensayarse con las especies
autóctonas o introducidas que se sospeche tendrá
mejor y mayor acomodación al medio. Después se
puede comenzar un estudio para seleccionar, desde el punto de
vista genético, la que brinde mayor cantidad posible de
biomasa recolectable.

3.4. Cultivos tradicionales.

Los cultivos tradicionales son aquellos que el hombre ha
venido utilizando desde hace mucho tiempo, no solo para obtener
alimentos sino también para obtener productos para ser
usados industrialmente.

Tratándose de utilizar algunos de estos cultivos con
fines energéticos, es necesario distinguir aquellos que
puedan destinarse exclusivamente a la producción de
energía por haber decaído su interés en su
ámbito tradicional, de los que puedan ser competitivos con
la producción de alimentos. La viabilidad de estos
últimos podría ser muy discutible, ya que esta
competitividad
tendería a ofrecer más dificultades que ventajas de
cara al futuro, salvo que se usen como materia prima
energética los excedentes de la cosecha.

Existen diferencias de objetivos entre los cultivos
agroenergéticos y los agroindustriales o
agroalimentarios:

• En los cultivos agroalimentarios, el objetivo final es
  obtener alimentos de buena calidad, mientras que en los
  agroenergéticos se trata de la obtención de la
  mayor cantidad de biomasa transformable en
  energía.

• Las especies que se cultivan con fines energéticos
  pueden ser distintas a las que se cultivan con fines
  alimentarios o industriales, dándose casos de
  plantaciones poliespecíficas en una misma superficie
  de cultivo.

• En los cultivos agroalimentarios se suele utilizar
  solamente una parte de la biomasa producida, mientras que en
  los agroenergéticos interesa toda la biomasa producida
  que sea económicamente recolectable.

• Tanto el marco de plantación como la época
  de recolección puede variar para una misma especie,
  según que se enfoque hacia el punto vista
  agroalimentario o agroenergético.

Al grupo de cultivos tradicionales con posibilidades de
aprovechamiento energético pertenecen, entre otras
especies familiares, la caña de azúcar, trigo,
cebada, maíz,
sorgo dulce o azucarero, remolacha, yuca (mandioca), papa
(patata), boniato (batata), pataca, nabo, aguacate, girasol,
alcachofa, arroz, etc. Todas estas especies tienen
determinadas exigencias climáticas, así como la
necesidad de terrenos fértiles y agua, por lo que,
inevitablemente, su cultivo significa una gran competencia con
los cultivos alimentarios. En un plano ideal, los cultivos
agroenergéticos debería ubicarse en terrenos
marginales; sin embargo, el concepto de marginalidad es
relativo y, exceptuando las zonas desérticas donde
ningún vegetal puede ser cultivado, los límites
del aprovechamiento de la tierra están dados por la
economía.