Energía de la biomasa: tipos de biomasa y su aprovechamiento energético (página 3)

La caña de azúcar
(Saccharum afficinarum) es la especie agroenergética
ideal para los climas que permitan su cultivo, pudiéndose
obtener cosechas de 40 a 65 Tm/ha de peso seco cada año.
Se estima que su rendimiento energético oscila entre 3700
y 13000 l de etanol por hectárea y año.

La caña de azúcar suministra no sólo los
azúcares transformables en alcohol, sino
también el bagazo, residuo celulósico cuyo
aprovechamiento en la fase de producción del alcohol permite cubrir
prácticamente las necesidades energéticas del
proceso
mediante su combustión (su poder
energético es de unos 6.2 MJ/kg).

La cebada (Hordeum vulgare) y el trigo (Triticum
sativum) son cultivos que, junto con la caña de
azúcar, son los más populares bajo el punto de
vista de la obtención de la energía, ya que su
fermentación a alcohol es conocida y
practicada hace cientos de años. Hoy día, las
destilerías pueden orientarse en países con
excedentes en estos cereales, a la producción de alcohol
para su uso industrial, aunque su rentabilidad
pueda ser, en principio algo dudosa.

La cebada pertenece a la familia
Poaceae. Las cebadas cultivadas se distinguen por el
número de espiguillas que quedan en cada diente del
raquis. Si queda solamente la espiguilla intermedia, mientras
abortan las laterales, tendremos la cebada de dos carreras
(Hordeum distichum); si aborta la espiguilla central,
quedando las dos espiguillas laterales, tendremos la cebada de
cuatro carreras (Hordeum tetrastichum); si se
desarrollan las tres espiguillas tendremos la cebada de seis
carreras (Hordeum hexastichum).-Hojas: la cebada es una
planta de hojas estrechas y color verde
claro. La planta de cebada suele tener un color verde más
claro que el del trigo y en los primeros estadios de su desarrollo la
planta de trigo suele ser más erguida.

-Raíces: el sistema radicular
es fasciculado, fibroso y alcanza poca profundidad en
comparación con el de otros cereales. Se estima que un 60%
del peso de las raíces se encuentra en los primeros 25 cm
del suelo y que las
raíces apenas alcanzan 1,20 m. de profundidad.

-Tallo: el tallo es erecto, grueso, formado por unos seis u
ocho entrenudos, los cuales son más anchos en la parte
central que en los extremos junto a los nudos. La altura de los
tallos depende de las variedades  y oscila desde 0.50 cm. a
un metro.

-Flores: las flores tienen tres estambres y un pistilo de dos
estigmas. Es autógama. Las flores abren después de
haberse realizado la fecundación, lo que tiene importancia para
la conservación de los caracteres de una variedad
determinada.

-Fruto: el fruto es en cariópside, con las glumillas
adheridas, salvo en el caso de la cebada desnuda.

El sorgo dulce o azucarero (Sorghum bicolor) es una
planta parecida al maíz, pero
no posee mazorca, sino semillas agrupadas y, al igual que la
caña de azúcar, es capaz de rebrotar, permitiendo
cortes sucesivos sin necesidad de sembrar continuamente. Sus
rendimientos en peso fresco pueden llegar a ser hasta 112
Tm/ha-año. El sorgo necesita, además, menores
cantidades de agua para su
desarrollo, si se compara con la caña de azúcar, lo
que hace posible su cultivo en un área geográfica
mucho más extensa. Su plantación está muy
extendida en Indonesia y se considera que podría ser un
cultivo predominante en Estados Unidos
para producir energía en forma de alcohol. Se ha llegado a
obtener de 3000 a 4000 l/ha-año de etanol de esta
planta.

En esta línea también se encuentra el
maíz de tallo azucarado (Zea mays), del que se
pretende el doble aprovechamiento del almidón de la
semilla y del azúcar del tallo. Se han obtenido
rendimientos de 2.4 Tm/ha-año de azúcar procedente
del tallo.

La remolacha (Beta vulgaris), tanto azucarera como
forrajera ha sido considerada por Nueva Zelanda como la materia prima
con mayores posibilidades para la obtención del alcohol
como combustible para automóviles. La remolacha azucarera
puede tener rendimientos de hasta 56 Tm/ha-año de biomasa
fresca y producir 4000 l de etanol por hectárea y
año.

La yuca o mandioca (Manihot esculenta) es otro de los
cultivos tradicionales de los que se conocen varios proyectos para su
transformación en alcohol por fermentación
(Brasil y
Sudáfrica). Es un componente básico de la dieta de
muchos de nuestros países tropicales subdesarrollados y,
por tanto, su uso como cultivo energético debe ser
estudiado. Presenta la ventaja de ser cultivo continuo (frente a
la caña de azúcar, que sólo produce seis
meses al año) y, por consiguiente evita las paradas de las
destilerías. A partir de 1 Tm de yuca se pueden obtener
180 l de etanol.

Los cítricos poseen, en general, en sus cáscaras
una pequeña porción de un aceite
denominado "citrolina", que tiene la misma potencia
energética que el gasoil (44 MJ/kg), al que puede
reemplazar. Sus posibilidades están centradas en el
posible aprovechamiento de los subproductos de la industria de
cítricos, porque de otra manera carece de viabilidad.

El girasol (Heliantus anuus) posee unas semillas que
producen un aceite, actualmente usado como alimento, en la
fabricación de jabones y pinturas, como lubricante, etc.,
y además la fibra residual se aprovecha para hacer papel.
En Sudáfrica, a escala piloto,
esta especie ha sido considerada para obtener el combustible para
hacer mover los tractores.

Cabe destacar dentro de los cultivos tradicionales las
plantaciones forestales, con objeto de producir grandes
cantidades de biomasa para ser convertida en energía,
principalmente por métodos
termoquímicos.

La manipulación de especies forestales en plantaciones
energéticas difiere de la que tradicionalmente se hace en
las explotaciones madereras. Para fines energéticos son
preferibles especies de crecimiento rápido con altas
densidades de plantación, sometiéndolas a podas
intensivas y cosechando su producción en ciclos cortos,
generalmente en períodos menores a 5 años. De esta
forma se evita que una gran parte de la energía fijada se
pierda en procesos
metabólicos implicados en la formación de la
lignina.

Los rendimientos de estos cultivos suelen oscilar entre los 11
y 27 Tm7ha-año de materia seca,
con un poder energético superior a los 20 MJ/kg pudiendo
ascender con cuidados especiales hasta valores entre
36 y 45 Tm/ha-año.

Entre las plantaciones forestales que han sido consideradas
más adecuadas para cultivos energéticos, las
más importantes parecen ser las de eucalipto
(mirtáceo), álamo (salicáceo),
sauce (salicíneo) y acacia (leguminoso),
destacando el primero de ellos por su resistencia a las
plagas y su facilidad de adaptación a diversas condiciones
climáticas. Además, la abundancia de sus especies
(se conocen más de 600) es tal, que con toda seguridad se
podrá encontrar alguna que se acomode o adapte mejor a las
condiciones de marginalidad de
terrenos concretos. El eucalipto presenta también la
particularidad de que sus hojas contienen aceites hidrocarbonados
(eucaliptol, entre otros) que constituyen alrededor del 3.5% de
su masa seca, y que podrían ser extraídos para su
uso directo como combustibles de motores.

3.5. Cultivos poco frecuentes.

Desde que surgió la idea de desarrollar los cultivos
energéticos, se han iniciado diversos proyectos de
prospección de especies silvestres en todo el mundo,
algunas de ellas ya se cultivaban pero no con fines
energéticos.

La principal ventajas de este tipo de especie sería su
adaptabilidad a las condiciones de marginalidad de los terrenos
donde ubicarse o áreas no aprovechables para fines
alimenticios o industriales, con lo que se evitaría la
competencia
mencionada anteriormente. En principio, se ha centrado la
atención en especie de alta
producción de biomasa en condiciones de suelo y clima
desfavorables (suelos salinos,
pobres, áridos) y con vistas a un aprovechamiento total de
la biomasa producida (azúcares fermentables y residuos
leñosos o celulósicos utilizables como combustibles
sólidos).

Dentro de este tipo de cultivos se están ensayando, por
ejemplo en España,
tres especies de cardos: Onopordum nervosum (toba), O.
illyricum y O. acanthum. Todos ellos presentan un gran
desarrollo, lográndose ejemplares de hasta 4 m y siendo
normal un desarrollo de 2.5 y 3 m. Estas especies tendrían
un aprovechamiento basado fundamentalmente en la
utilización como combustible de su celulosa,
aunque no se descarta la utilización de los
azúcares directamente fermentables. Aunque hay
discrepancias entre varias fuentes, se
considera que su rendimiento están en torno a las 20
Tm/ha-año de materia seca.

La pataca o tupinambo (Heliantus tuberosus) es una
planta que posee tallos de dos clases: unos subterráneos o tubérculos, formados
por acumulación de sustancias de reserva (alrededor de 20%
de materia seca, casi en su totalidad hidratos de carbono), y
unos tallos aéreos, que pueden alcanzar alturas de hasta 3
m. Tolera fuertes calores y sequías intensas y se adapta
bien a todo tipo de suelos. La siembra es anual y los
rendimientos están alrededor de las 50 Tm/ha-año de
tubérculos y de 6 Tm/ha-año de materia seca
correspondiente a los tallos.

Las chumberas o tuneras (opuntia ficus-índica)
crecen espontáneamente en terrenos marginales de Europa, EE.UU,
Australia, India y
Africa. Se trata
de una planta arborescente que se reproduce por esquejes, tiene
tallos y ramas aplanadas, asemejando grandes hojas carnosas
articuladas, provistas de hojas transformadas en espinas y sus
grandes flores originan frutos comestibles (higos chumbos). Tanto
los tallos como los frutos poseen una elevada proporción
de azúcares, que se podrían utilizar como materia
prima para su fermentación a alcohol.

Se recomienda su recolección cada dos años,
labor que puede ser mecanizada, obteniéndose rendimientos
de hasta 100 Tm/ha en cada cosecha, ya que el cultivo es de alta
densidad (3800
plantas/ha).

Existen otras especies que han sido objeto de algún
ensayo o
experimentación en algún punto del planeta del que
se tienen algunas referencias que se muestran en la tabla 2.

Tabla 2. Algunas otras especias que se conocen
y sus particularidades.

3.6. Cultivos acuáticos.

Los océanos cubren aproximadamente el 70% de la
superficie de la Tierra;
desde el punto de vista de la captación de la energía
solar poseen entre 5 a 10 veces más superficie
potencialmente productiva que la tierra. Hasta
el momento no se ha abordado con suficiente extensión y
profundidad la creación de cultivos en explotaciones
marinas, sin embargo el crecimiento de la población y la demanda
creciente de alimentos y
productos
energéticos, han vuelto en gran medida la atención
científica hacia esta posible forma de obtención de
biomasa.

El cultivo de plantas marinas por excelencia es el de las
Algas. Entre las especies de algas económicamente
explotadas se encuentran Macrocystis, Nerocystis y Alaria
que, al no tener sus células
envoltura lignocelulósica, se favorece el tratamiento a su
materia orgánica. Macrocystis pyrifera es especialmente
interesante por su productividad
vinculada a una alta eficacia
fotosintética. Puede alcanzar hasta 46 cm de longitud,
pudiéndose obtener en una explotación en forma de
"granja marina" un rendimiento aproximado de 76 Tm/ha-año
de materia seca, que posee un potencial energético de unos
10.8 MJ/kg. Este cultivo rebrota después de cada corte por
lo que hay que sembrar anualmente. Se debe explotar en granjas
marinas debido a que sino se hace muy difícil su
recolección posterior.

También hay que destacar entre las algas el cultivo de
las algas unicelulares, principalmente de los géneros
Chlorella, Scenedesmus y Spirulina. Desde hace muchos
años se ha considerado el gran valor
potencial de las mismas para la producción de alimentos,
teniéndose hay día unos conocimientos muy completos
acerca de la fisiología, nutrición,
crecimiento, reproducción, etc. de estos
microorganismos. Aunque su importancia radica en su alto
contenido en proteínas
(alrededor del 50% de la materia seca en muchas especies), se ha
pensado en utilizar el resto de la biomasa como fuente
energética. La productividad de estos vegetales
está alrededor de las 100 Tm/ha-año, pudiendo
alcanzar la Chlorella valores hasta de 125 Tm/ha-año.

Actualmente se utilizan algas unicelulares en grandes bolsas
de tratamiento de aguas residuales, donde se reproducen con gran
facilidad, generando una considerable cantidad de biomasa que
puede ser cosechada y transformada en metano por
digestión anaerobia.

La planta acuática que quizás haya recibido
más atención en los últimos años es
el jacinto de agua (Eichornia crassipes), especie de agua
dulce de origen tropical, cuyo crecimiento es óptimo entre
los 26 y 28º C y nulo si la temperatura
del agua baja a los 10º C. En condiciones térmicas y
nutritivas adecuadas, su crecimiento y consiguiente
reproducción vegetativa son extraordinariamente
rápidos: una mata aumenta al día su peso fresco en
un 10%, duplicándose el número de individuos cada
12 o 15 días. Su productividad media se estima superior a
las 30 Tm/ha-año en peso seco (del 6 al 8% del peso
fresco), habiéndose obtenido en algunos casos rendimientos
de hasta 150 Tm/ha-año de materia seca.

Una característica interesante del jacinto de agua es
su capacidad de depuración de aguas residuales de todo
tipo, ya que tanto la materia orgánica como las sales
inorgánicas quedan absorbidas por la planta y retenidos en
sus tejidos, quedando
el agua libre
de los mismos. Las plantas empleadas como descontaminantes no se
pueden usar posteriormente como alimento animal pero si pueden
ser utilizadas como materia prima en la producción de
energía. Debido a su alto contenido en agua, el empleo
más indicado para ese fin es la producción de
metano por digestión anaerobia (se registran la
obtención de hasta 400 m3 de biogás por tonelada de
materia seca, con un contenido de metano del 60%).

No obstante todas las cuestiones favorables cabe destacar que
el jacinto de agua es la plaga acuática más
importante en aguas dulces y puede ocasionar daños
importantes. Daños de tipo físico
(obstrucción de vías de agua), como de tipo
biológico (destrucción de la fauna
piscícola). Por ello, es recomendable la máxima
precaución en el posible uso de esta planta, ya que los
intentos de su eliminación por cualquier tipo de procedimiento han
sido infructuosos después que la especie se ha implantado
en un hábitat
favorable.

3.7. Cultivos de plantas productoras de combustibles
líquidos.

La mayor parte de los vegetales almacena su energía
básicamente en forma de hidratos de carbono
(azúcares, almidón, celulosa). Existen otros, en
cambio, que,
presentando una gran fracción de residuo leñoso,
producen sustancias que, con un tratamiento sencillo, pueden ser
usadas como combustibles, por sus propiedades parecidas a los
derivados del
petróleo, en los motores de combustión interna
o diesel. Son las plantas productoras de combustibles
líquidos.

El cultivo de estas especies en la actualidad resultan muy
interesante, por lo que a continuación se dará una
relación de algunas de las especies que se podrían
utilizar para la producción de energía.

La palma africana (Elaeis guineensis) presenta una gran
posibilidad potencial si se consideran las enormes áreas
lluviosas de África y
América
del Sur, cuyas condiciones son excelentes para su
producción. Sus frutos (dátiles) se pueden
recolectar durante todo el año y sometidos a
cocción y prensado proporcionan un aceite, constituido
fundamentalmente por triglicéridos. Sus residuos (racimos
de los frutos) se pueden fermentar a biogás o someter a
combustión. La planta tiene pocas enfermedades y resiste
suelos muy ácidos; se
inicia la producción a los 4 años y tiene una vida
productiva de 30 años, dando una 5 Tm de aceite por
hectárea y año.

La palma babasu (Orbignya martiana) crece solo en
Brasil, ya que sus frutos (nueces) son muy pesados, lo que ha
impedido su propagación natural. Esta planta no agota los
suelos y se podrían poblar con ella las sabanas
empobrecidas del trópico. Es decir, al no usar suelos
agrícolas y no ser su fruto utilizado como alimento, no
compite como cultivo alimentario.

Las nueces sirven como fuente de aceite desde hace mucho
tiempo pero
también podrían, a través de la
pirólisis (destilación seca), generar gas de síntesis,
metanol y coque. Se han registrado rendimientos de hasta 30
Tm/ha-año de nueces, lo que representa 4.5 Tm de coque,
6.5 Tm de gas de síntesis y 4.5 de metanol. Ello equivale
a unas 9 tep en valor energético.

La palma de coco (Cocos nucifera) produce los cocos,
que pueden ser pronto una fuente de energética en muchos
países tropicales, dado su alto rendimiento de materia
seca, en torno a las 20 Tm/ha-año. El aprovechamiento
integral de esta especie lleva, por un lado, a la
obtención de aceite de coco, copras (médula del
coco) y fibras, y por otro, a la conversión de los
residuos en gas de síntesis, por medio de la tecnología de la
gasificación.

Así, en Filipinas (mayor productor de cocos del mundo)
la industria del coco puede satisfacer una proporción
considerable de sus propias necesidades energéticas por el
aprovechamiento de sus residuos. Con 5 kg de desechos se produce
suficiente energía para un motor de 1 CV
funcionando una hora, a mitad de coste que con combustible
convencional, por lo que una fábrica que transforma 2000
cocos/hora en aceite, produce desechos suficientes para alimentar
una central eléctrica de 1500 kW.

La tabaiba o planta de la tusa (Euphorbia lathyris) es
una planta de más de un metro de altura, que se encuentra
dispersa en muchas partes del mundo, siendo propia de los climas
mediterráneos templados. Su tallo contiene una
emulsión líquida lechosa, llamada "látex"
que contiene azúcares y sustancias hidrocarbonadas y sus
semillas son ricas en aceites. El interés de
esta planta como fuente de energía es, pues, evidente,
más cuando se trata de una especie que, probablemente
pueda ser cultivada con menos agua que ningún otro cultivo
agrícola utilizado actualmente, por lo que no
ocuparía tierras productoras de alimentos, cumpliendo
así con uno de los criterios más importantes para
los cultivos energéticos.

Según las referencias, parece que la vida óptima
de la planta para su producción energética es de 15
meses, con una densidad de plantación e unas 36000
unidades por hectáreas. Se habla de rendimientos de 23
Tm/ha-año. En la figura 1 se muestra la
distribución esencial de la tabaiba y sus
posibilidades energéticas.

Figura 1. Componentes energéticos de la
tabaiba.

La jojoba (Simmondsia chinensis) es un arbusto
silvestre de tamaño medio que crece en zonas
desérticas de México y
EE.UU. Constituye una de las plantas del desierto que ha
despertado mayor interés en los últimos
años; es un árbol de alrededor de 2 m de altura que
da su primera cosecha de semillas después de unos 5
años, proporcionando luego una cosecha anual, pero se
requiere unos 10 años para potenciar en la planta su
máxima capacidad productora, pudiendo durar más de
120 años de una forma íntegra. En pleno
período productivo se han obtenido en California hasta 200
kg de aceite por hectárea y año, pero como la
jojoba puede crecer en tierras donde no crece otra cosa, con solo
una productividad del 10% de la indicada ya sería
considerada rentable.

El alga elástica (Botrycoccus braurii) es una
alga unicelular que tiene un período verde de desarrollo y
una fase de roja de inactividad, en la cual, el 75% de la planta
seca puede estar constituido por un aceite hidrocarbonado
utilizable para producir combustible líquido. Crece en
agua dulce y se multiplica a una velocidad 5
veces superior a cualquier otra planta. Es muy abundante en
Australia y desecada parece un material elástico y
resinoso.

El membrillo negro (Croton sonderianus) crece extensamente en
el norte de Brasil y por su poder invasor se considera como mala
hierba, ya que incluso se adapta bien a las estaciones de
sequía prolongada.

Una extracción total de la planta mediante
destilación con vapor proporciona 1% de aceite esencial,
semejante al gasoil. De hecho, los motores diesel funcionan bien
sin ninguna modificación con este aceite. La resina
restante de la destilación tiene valor potencial como
combustible después de su pirólisis.

El tártago o ricino (Ricinus communis) es
particularmente importante en zonas Brasil, Tailandia, India y
EE.UU. Crece espontáneamente hasta una altura media de 2
m, admite aguas salobres y no requiere ningún cuidado
especial. El fruto globuloso posee tres semillas, a partir de las
que se extrae un aceite por prensado mecánico y posterior
extracción de este jugo con disolvente. Se obtiene
alrededor del 55 de aceite respecto al peso de las semillas. Este
aceite es el conocido aceite de ricino, importante materia prima
para la industria de plásticos,
pinturas, fibras sintéticas y otros productos. Sin
embargo, su composición hidrocarbonada permitiría
su uso como combustible, transformándose en biogás
por fermentación anaerobia o sometiéndolo a
procesos termoquímicos.

La copaiba (Copaífera langsdorfii), en Brasil,
ha proporcionado un aceite, usado como combustible para
lámparas. Con una perforación de 3 cm en su tronco,
a 1m del suelo, se extrae el aceite contenido en sus vasos
longitudinales, siendo la producción de unos 20 litros por
árbol cada 6 meses, repitiéndose la
operación en la perforación taponada. El aceite ha
sido usado en motores diesel de automoción durante todo un
año como único combustible trabajando con
resultados satisfactorios.

El árbol de caucho (Hevea brasiliensis) ha sido
muy estudiado y sometido a mejoras genéticas para aumentar
su rendimiento en caucho. El
caucho es el resultado de la coagulación por el contacto
con el aire del
látex de esta planta, que se extrae del árbol por
simple sangrado, siendo su contenido de hidrocarburo de un
10%.

Este árbol crece solo en zonas tropicales
húmedas y no es explotable hasta los 5 o 6 años,
después de los cuales se pueden obtener rendimientos de
caucho algo superiores a las 2 Tm/ha-año. Aunque el factor
de mayor importancia económica actual de esta especie es
el procesado del látex para obtener diversos productos,
contenido en hidrocarburos
puede hacer que se convierta en un importante cultivo
energético en el futuro.

El guayule (Parthenium argentatum) es un arbusto que
alcanza de 60 a 70 cm de altura que crece de forma natural en las
zonas desérticas norteamericanas. La planta se muele (a
los 3 años de vida) y se extrae con disolvente una especie
de caucho que tiene un rendimiento de más de un 20% del
peso seco de la planta (800 kg/ha-año).

3.8. Estado actual
del desarrollo de la agroenergética en el mundo.

3.9. Consideraciones finales sobre los cultivos
energéticos.

Se han comentado varias especies susceptibles de ser empleadas
como productoras de energía. La integración de este tipo de cultivos en el
sistema económico de un país depende de diversos
factores, principalmente agrícolas. No obstante desde el
punto de vista social cabría citar diversos aspectos que
resultarían positivos por la implantación de esta
nueva faceta de la agricultura,
resumidos en los siguientes puntos:

• Pueden liberar, en parte, a un país de su
  dependencia energética exterior, lo que
  produciría una inclinación favorable de su
  balanza de
  pagos.

• No necesita de nuevas
  tecnologías, basta aplicar racionalmente los
  conocimientos científicos y técnicos actuales
  con criterios adecuados a las nuevas circunstancias.

• Permite utilizar las tierras abandonadas, con su
  consiguiente revalorización.

• Podría evitar la emigración hacia las
  grandes urbes, fomentando un desarrollo más
  equilibrado de la ordenación del territorio.

• Facilita la mejora de la calidad del
  medio
  ambiente, debido al uso de combustibles más
  limpios.

• Los cultivos y la industria correspondiente requiere mano
  de obra rural generando empleo.

Hay que seguir de cerca la posibilidad de competencia de los
cultivos energéticos con los agroalimentarios. Es
necesario, partiendo de la premisa básica de realizar
cultivos energéticos de especies que no sean usadas como
alimento, utilizar terrenos inservibles para los cultivos
alimentarios.

Existen ciertos inconvenientes que deben no perderse de
vista:

• El país debe disponer de suficiente terrenos
  marginales para los cultivos energéticos.

• El agua podría ser una limitante para la
  implantación de un cultivo dado.

• Deben tener apoyo de todas las instituciones vinculadas a estos temas.

Procesos de
transformación de la Biomasa en Energía.

4.1. Introducción.

La idea de aprovechar la biomasa con fines energéticos
no es nada nueva. Desde los tiempos más antiguos, el hombre ha
venido utilizando como combustible desde la leña hasta el
excremento de ganado desecado. En la medida de que el grado de
desarrollo de algunos países ha ido aumentando estos
combustibles tradicionales se han ido sustituyendo por otros
convencionales como el carbón, el
petróleo, etc., no siendo así en la
mayoría de los países subdesarrollados en los que
llega a cubrir en más de un 90% de las necesidades
energéticas en algunos de éstos.

De forma general, algunas propiedades de la biomasa tal y como
se obtiene directamente de la cosecha o de los residuos, como
puede ser la baja densidad física y
energética y la alta humedad, no permiten su empleo en
esas condiciones, por lo que se necesitan ciertos procesos de
tratamiento para adecuarlas a las condiciones de
explotación con aceptable eficiencia.

A partir de esos procesos de tratamiento se generan
combustibles que pueden sustituir en mejores condiciones a los
combustibles fósiles sólidos (carbón),
líquidos (petróleo) o gaseosos (gas natural), y
que presentan, en general, las siguientes
características:

• Alto contenido energético por unidad de volumen.

• Facilidad de transporte
  y almacenamiento.

• Buena combustión.

Ya en el capítulo 1 se mencionaron las ventajas que
tiene la ventaja con relación a los demás
combustibles convencionales. Es bueno destacar, en este momento,
que en la mayoría de los casos es interesante transformar
la biomasa en combustibles sólidos, líquidos o
gaseosos cerca de los centros de producción, para evitar
los gastos en
transporte.

Algunos combustibles pueden extraerse de la biomasa
directamente por extracción (plantas productoras de
hidrocarburos), pero es más frecuente someter la biomasa a
distintas manipulaciones, que pueden dividirse de acuerdo a la
naturaleza de
los procesos implicados. En la tabla 4.1, los procesos de
transformación de la biomasa en energía.

Tabla 4.1 Procesos de transformación de la biomasa en
energía.

Como se puede observar en la tabla 4.1, la biomasa con alto
grado de humedad puede transformarse mediante procesos
bioquímicos generando una buena variedad de
subproductos con un nivel de aplicación determinado en
cada caso.

Los procesos termoquímicos de conversión
se basan en someter a la biomasa a la acción
de altas temperaturas y pueden dividirse en 3 amplias
categorías, dependiendo de que el calentamiento se lleve a
cabo con exceso de aire (combustión), en presencia
de cantidades limitadas de aire (gasificación) o en
ausencia total del mismo (pirólisis).

Antes de pasar a ver estos procesos de transformación
de la biomasa en energía es indispensable pasar revista a los
procesos que en muchos casos hay que aplicarle a la misma para
garantizar propiedades físicas mínimas que permiten
la explotación de la materia prima con eficiencias
energéticas adecuadas.

4.2. Procesos físicos de
pretransformacion energética.

Consistentes en la alteración de las propiedades
físicas del material. Están asociadas a fases
primarias de transformación, dentro de lo que se suele
denominar etapa de acondicionamiento y preparación del
material biomásico.

No ocasionan, de forma general, cambios en la
composición química de la biomasa
y están destinados fundamentalmente a lograr acondicionar
el material en cuestión para su mejor utilización
en los procesos posteriores a los que será sometido.

Dentro de este tipo de procesos se pueden mencionar: el
secado (como uno de los procesos más importantes en
la biomasa), la molienda, el astillado, el
tamizado y la compactación, que como
tratamiento de mayor grado de elaboración y que por tanto
supone un interesante incremento de valor añadido,
admisible por el mercado al cual
van dirigidos, merece mencionar a los más representativos
como son el pelletizado y el briqueteado.

Secado:

Es un proceso que para la mayoría de los casos en los
que a la biomasa se le aplicará uno de los procesos
termoquímicos y ésta tiene un contenido de humedad
medianamente elevado (más de un 30%), es
prácticamente de obligatoria aplicación.

El secado puede ser natural, aprovechando la energía de
Sol, o artificial o forzado, empleando algún otro elemento
como agente calefactor. En el caso del que se realiza de manera
natural se expone a la biomasa a la intemperie siempre que su
contenido de humedad sea mayor que el contenido del aire ambiente, por
transferencia de materia tenderá al equilibrio con
el medio entregando cierta cantidad de agua en forma de vapor al
mismo. Debe tenerse bien claro hasta que valor llegará el
contenido de humedad después de logrado el equilibrio don
el medio ambiente.

El secado artificial o forzado suele realizarse en secadores
que emplean algún agente caloportador (humos producto de la
combustión, vapor de agua exhausto, etc.). En este caso
hay que tener en cuenta que es un proceso que puede introducir
costos y
pérdidas desde el punto s de vista económica y hay
que definir previamente como se asumirá el secado, que
agente emplear y de qué manera. Existen infinidad de
secadores en el mercado que habría que estudiar para su
selección. La tecnología del
diseño
de estos equipos también está a mano de forma que
puede ser acometida. En el CETER existe cierta experiencia con
este tema con trabajos realizados para secar bagazo de
caña.

El secado es importante ya que evita perder energía en
la aplicación de los procesos termoquímicos en la
primera etapa de los procesos dirigida al desprendimiento de la
humedad contenida en la biomasa, de manera que la mayor parte de
la energía generada sea energía útil.

Molienda:

Esta es una operación que se realiza fundamentalmente
en biomasas lignocelulósicas que presenten una
distribución de tamaño no acorde con el proceso de
transformación a la que debe ser sometida.

La biomasa se muele para estar en congruencia con el sistema
de alimentación que se vaya a emplear y con
las condiciones de diseño del sistema de aprovechamiento
energético a utilizar. Hay que tener en cuenta el tipo de
biomasa a ser molida, por sus propiedades físicas; las
materias biomásicas altamente fibrosas son muy
difíciles de moler, teniéndose que buscar el molino
más adecuado para ello.

De cualquier forma esta es una de las operaciones que
si puede ser evitada debe hacerse, pues el molino es un equipo
eminentemente consumidor de
energía y aporta costos importantes a todos los procesos
transformadores de la biomasa en
energía.

Astillado:

Esta operación se realiza a los residuos
agrícolas o forestales después que son cortados o
colectados de forma primaria, generalmente para residuos
forestales, restos de podas o limpieza de montes.

El astillado está encaminado a convertir en astillas
unas maderas o materiales
biomásicos cuyo transporte en bruto no sería
económico o técnicamente factible. Generalmente se
lleva a cabo de forma mecánica, existiendo ya equipos con una
altísima eficiencia y alcance en la operación. Es
del tipo de procesos que sería bueno obviar o al que se
debe buscar alguna alternativa más económica.

Tamizado:

Tiene como objetivo
llevar a la biomasa a una distribución de tamaño
adecuada y que se corresponda con la que se espera según
el diseño del sistema de aprovechamiento
energético. Es de las operaciones que se realizan justo
como paso previo inmediato a los procesos de
transformación definitiva en energía, de forma
general, los termoquímicos.

Se emplean distintos tipos de tamices, fundamentalmente
mecánicos, por lo que debe realizarse un adecuado estudio
de costos para no incurrir en errores económicos que vayan
en detrimento del proceso de aprovechamiento global.

Peletizado:

Se emplean prensas de granulación similares a las
utilizadas para preparar algunos tipos de piensos, aunque con
modificaciones. El material se forma por extrusión hacia
el exterior, a través de una matriz
cilíndrica, con orificios donde el material se alimenta
desde dentro y es aprisionado por un sistema de rodillos.

La compactación se puede hacer de forma natural o
mediante el empleo de aditivos que no contengan elementos
químicos contaminantes. En cualquier caso la materia prima
debe tener determinadas condiciones de granulometría y
humedad reducida. Para una misma máquina peletizadora y el
mismo tipo de materia prima, el rendimiento varía en
función
principalmente del diámetro del producto final y de la
utilización o no de aditivos.

El resultado del proceso de peletizado es un producto
combustible llamado pellets, que son pequeños
cilindros entre 7 y 20 mm de diámetro y de 25 a 60 mm de
longitud. Es un producto muy manejable y limpio, que se puede
servir a granel o envasado. Resulta muy apropiado para
pequeñas instalaciones domésticas individuales o
colectivas de madera o
carbón y además es muy fácilmente
automatizable. En los países desarrollados, sobre todo los
de clima frío, son muy populares para calefacción y
otros menesteres domésticos.

Briqueteado:

En este proceso se usan prensas de pistón que
actúan mediante compresión, empleando volantes de
inercia para conseguir elevadas presiones. Se obtienen como
producto final las briquetas, que son similares a los
pellets en su forma cilíndrica, pero de mayor
tamaño, ya que el diámetro puede variar entre 50 y
130 mm y la longitud entre 50 y 300 mm. Al igual que los pellets,
su densidad es alta, pudiendo oscilar entre 1000 y 1300
kg/m3.

La compactación se realiza de forma natural, ya que la
compresión produce una elevación de la temperatura
y la baquelización del producto en la superficie. El
producto final obtenido se presenta en el mercado embalado en
cajas de cartón o bolsas de plástico
haciendo fácil y limpio su manejo. Va destinado a su
utilización en chimeneas, cocinas de leña, etc., en
sustitución de la madera o el carbón. Sus
características le permiten la comercialización a través de los
mismos canales que los habituales para cualquier otro producto de
consumo
doméstico diario, siendo esta una importante ventaja
competitiva frente a las otras alternativas.

La fabricación de briquetas, en muchos casos,
constituye una salida favorable para las industrias de la
madera que valorizan de esta forma los residuos y comercializan
un producto más.

4.3. Procesos de extracción.

Como se ha podido apreciar en capítulos anteriores,
existen numerosas especies vegetales que producen en su metabolismo
hidrocarburos o compuestos afines, de elevado poder calorífico, que se pueden utilizar
directamente como combustibles. Estos compuestos se pueden
obtener a través de un proceso de extracción
directa, aunque en la actualidad no está completamente
definido el esquema de operación, debido a que está
condicionado a cada tipo de especie digital. No obstante, los
ensayos
realizados en laboratorios indican que un proceso general de
extracción directa podría ser el que aparece en la
figura 4.1.

En general, las plantas cortadas se secan y se muelen hasta
obtener partículas pequeñas, que se someten a
extracción con acetona u otro disolvente similar.
Extracciones posteriores con hexano y benceno permiten obtener un
aceite negro con propiedades similares a los crudos, formados por
hidrocarburos y un residuo rico en proteínas e hidratos de
carbono, que puede ser utilizado como materia prima para la
producción de etanol por fermentación.

Figura 4.1 Extracción de hidrocarburos a
partir de biomasa vegetal.

Según, la especie vegetal a procesar, varía el
tratamiento previo, los disolventes utilizados y las diferentes
fracciones obtenidas al final de cada operación. De
ahí que las investigaciones
que se llevan a cabo para intentar optimizar el proceso en cuanto
a rendimiento y economía estén encaminadas,
principalmente, a determinar los disolventes adecuados en cada
caso y su máxima recuperación con vistas a su
reciclado.

4.4. Procesos termoquímicos.

Se basan en la descomposición térmica de la
biomasa. Se somete la biomasa a altas temperaturas, teniendo
lugar transformaciones químicas de la misma, dando lugar a
productos combustibles o directamente a energía para la
producción de electricidad u
otro tipo de energía útil. Actualmente son los
más utilizados por su mayor viabilidad técnica y
económica.

Dependiendo de las condiciones en las que se produzca el
proceso, de la composición de la atmósfera imperante y
del nivel de temperatura, éste se va a regir por unos
principios u
otros, y se generarán unos productos u otros. Los procesos
a través de los cuales ocurre la transformación
química de la biomasa a partir de su degradación
térmica, son: la combustión, la gasificación
y la pirólisis.

4.4.1. Combustión.

Se produce en atmósfera oxidante, normalmente de aire u
oxígeno, dando lugar a productos gaseosos
derivados de la reacción de oxidación, que puede
variar si esta ocurre de forma completa o incompleta.
También se suelen generar productos sólidos
(cenizas), que proceden del contenido de sales inorgánicas
del combustible.

4.4.2. Gasificación.

Es una combustión incompleta, que ocurre en una
atmósfera baja en oxidante, siempre en proporciones
inferiores a las necesidades estequiométricas. En este
caso se origina como producto un gas combustible con poder
calorífico pobre (alrededor de 4.000 kJ/Nm3), sobretodo
cuando se usa aire como agente gasificante. El gas estará
compuesto principalmente por dióxido y monóxido de
carbono, hidrógeno y metano. Todos estos componentes
proceden de la desvolatilización del combustible y de la
oxidación parcial de sus compuestos.

4.4.3. Pirólisis.

Es el proceso a través del cual la biomasa se degrada
térmicamente en ausencia total de un oxidante
(oxígeno). En dependencia de la velocidad y la temperatura
de la reacción, se obtienen diferentes productos
además de los gaseosos; desde el carbón vegetal
(pirólisis lenta de 300º a 500º C), hasta
aceites y líquidos piróleñosos
(pirólisis rápida de 800º a 1.200º
C).

4.5. Procesos bioquímicos.

Se desarrollan por el crecimiento de microorganismos, que
degradan la materia orgánica al nutrirse de ella,
originando unos productos de interés energético,
que pueden ser líquidos, sólidos y/o gaseosos.

Este tipo de proceso presenta grandes posibilidades, debido a
la gran variedad de microorganismos, enzimas y
microbios, entre las que se encuentran actualmente, la
producción de biocombustibles líquidos (bioetanol),
y de productos químicos (ácidos orgánicos,
alcoholes,
cetonas y polímeros de diferente naturaleza). Por ejemplo,
las fermentaciones anaerobias de residuos varios para dar lugar
al biogás y la fermentación aerobia de residuos
varios para dar lugar al compost.

Para que estos procesos se puedan llevar a cabo es preciso que
la biomasa tenga un alto contenido de humedad (( 50 %).

4.5.1. Fermentación
alcohólica.

4.5.2. Digestión anaerobia.

4.5.3. Fermentación aerobia.

Estos procesos también están relacionados con
reacciones de degradación o digestión
química, generalmente por hidrólisis, de los
componentes de la biomasa: poliazúcares (almidón,
celulosa, hemicelulosa) y lignina, para derivar en compuestos
más simples como los monosacáridos en el caso de
los primeros, muy importante en la obtención de productos
energéticos (bioetanol) y derivados fenólicos de la
lignina, muy apreciados en la industria del plástico y las
resinas.

Otro ejemplo de proceso químico es la
transesterificación de aceites vegetales, que consiste en
la reacción de estos productos con alcoholes como el
metanol y etanol, para dar lugar a estéres, denominados
genéricamente biogasóleos y biodiesel, por poderse
utilizar en motores diesel en sustitución del
gasóleo.

4.6. Tecnologías en fase
comercial.

Dentro de los procesos termoquímicos, la
gasificación, que en un futuro puede ser la
tecnología alternativa a la combustión para la
obtención de electricidad a partir de biomasa, ha
alcanzado ya un desarrollo tecnológico industrial
térmicamente hablando, con cierta aplicación
eléctrica a escala comercial para gasificadores
pequeños de lecho fijo y de corrientes paralelas
(capacidad 500
kWe).

La pirólisis, como proceso, posee una tecnología
establecida comercialmente en cuanto a la obtención de
carbón vegetal; y se encuentra en la etapa de planta
piloto en la parte de obtención de aceites para usarlos
como combustibles (Canadá y Estados Unidos).

En una etapa semindustrial con distintas plantas de
demostración comercial en Europa (Austria, Francia, etc.)
y Estados Unidos se encuentra el proceso de
transenterificación de aceites de semillas vegetales,
aunque se espera mucho más en cuanto su
optimización.

Los procesos de fermentaciones de la biomasa tanto para la
obtención de gases
combustibles (biogás) como para el compost, ya
están desarrollados en el ámbito comercial,
existiendo un amplio desarrollo tecnológico y cientos de
plantas trabajando con adecuados niveles de eficiencia. Ahora
bien, de los procesos de degradación química de los
polímeros de la biomasa tan sólo la
digestión para producción de papel y algún
otro como la hidrólisis con bases de la lignina para
producir vainillina o la hidrólisis ácida del
almidón, han logrado alcance comercial.

Con una gran diferencia, la principal aplicación
energética de la biomasa vegetal es mediante la
combustión directa o con transformaciones físicas
de los materiales de origen forestal o agrícola, o bien
los residuos generados en las industrias de transformación
de los mismos.

Una de las principales utilizaciones de la biomasa es como
combustible en las instalaciones industriales. Los equipos
disponibles en el mercado actualmente cubren una amplia gama de
necesidades, con un rendimiento satisfactorio. Estos equipos
pueden funcionar con distintos tipos de combustibles
(líquidos, granulares, sólidos, etc.) y generar
todos los fluidos térmicos que la industria requiera
(aire, gases calientes, vapor, agua caliente, aceite
térmico, etc.), sin que la biomasa genere problemas en
los sistemas de
producción.

Otra de las aplicaciones es la calefacción en el sector
doméstico. Existen en el mercado diferentes equipos
(estufas, calderas,
cocinas) de nuevo diseño y con alto rendimiento, que
coexisten con las chimeneas y hogares tradicionales, los cuales
siguen utilizando biomasa como combustible, fundamentalmente, en
el medio rural, en los países y zonas donde existe tal
necesidad.

Como tratamientos de la biomasa, ya en fase comercial, es de
gran interés la densificación de la misma mediante
la fabricación de briquetas y pellets a partir de material
residual de origen forestal y agrícola. Estos productos
son aplicables en la industria y en el sector doméstico y
destacan por su fácil manipulación y sus
propiedades beneficiosas para la conservación del medio
ambiente.

Dentro de las tecnologías en fase comercial,
también son importantes, las relativas a la
extracción del residuo del monte o campo, con equipos
móviles de trituración o astillado "in situ".

El otro apartado de tecnologías en fase comercial son
las referidas a la valorización de los residuos
sólidos urbanos, pues por sus características
diferenciales de composición y estructura,
además de tecnologías de aprovechamiento, requieren
un tratamiento independiente.

4.7. Tecnologías en fase de
desarrollo.

Los procesos de tratamiento más importantes, que no han
alcanzado un grado de desarrollo tecnológico suficiente o
que no se encuentran generalizados comercialmente son:

• Gasificación:

Las instalaciones con alta eficiencia y capacidad superiores a
10 MWe, empleando ciclos combinados o avanzados, están
todavía en fase demostrativa. Además de la
gasificación catalítica para la síntesis de
metanol y amoniaco.

• Pirólisis:

La parte del proceso de hidrogenación de los aceites
piroleñosos con vistas a la producción de gasolina
sintética para su uso en vehículos.

En la tabla 4.2, se muestra una idea generalizada del estado
actual de las tecnologías que se emplean para el
aprovechamiento energético de los distintos tipos de
biomasa.

Respecto a la última tecnología mencionada, es
decir, la producción y consumo de biocombustibles,
orientados a su aplicación en el sector transporte, existe
un grado de utilización avanzado en determinados
países, esto es debido a que se ha desarrollado una
política
intensa en su aplicación.

En Brasil, por ejemplo, se consumen anualmente del orden de
12.000 millones de litros de alcohol, lo cual representa un 20%
del consumo de los combustibles líquidos que demanda el
país. Aproximadamente 4,2 millones de coches (40% del
total) utilizan etanol puro, en motores especiales, y el resto
consume mezclas con un
contenido entre el 12% y el 22% de alcohol.

En EE.UU, así mismo, se consumen anualmente 3.500
millones de litros de alcohol, procedentes de la
transformación de 10 millones de toneladas de cereales.
Aproximadamente 10 millones de vehículos queman una mezcla
de un 10% de alcohol.

Tabla 4.2 Estado actual de las tecnologías
de transformación de las biomasas.

Sin embargo las políticas
que han conducido a la situación en uno y otro país
son distintas. En el caso de Brasil se ha tratado de mejorar
sustancialmente la balanza energética; mientras que en
EE.UU, la
motivación principal ha sido resolver el problema de
los excedentes agrícolas.

Aspectos
medioambientales sobre el uso de la Biomasa.

• Selección de cultivos y efectos
  ambientales.

• Residuos agrarios y sus ventajas
  medioambientales.

• Biocombustibles.

• Estudios de impacto medioambiental.

6. LA
CONTAMINACIÓN AMBIENTAL EN LA GENERACIÓN DE
VAPOR

6.1. Principales fuentes de contaminación.

La actividad relativa a la preservación del medio
ambiente y la salud del hombre, toma
cada día más importancia en el mundo de hoy, por
ello resulta imprescindible dedicar, en este texto, un
epígrafe al análisis de los efectos contaminantes de
las calderas, a las regulaciones existentes al efecto y a los
métodos para reducir dicha contaminación.

En una caldera constituyen efluentes contaminantes: los gases
producto de la combustión, las cenizas de parrilla y de
ceniceros y las aguas de las extracciones de fondo. Podría
incluirse también como elementos alteradores del medio el
ruido y el
calor.

Las cenizas, tanto de parrilla como de ceniceros, pueden
utilizarse como materia prima de diferentes procesos,
dándoles así un empleo útil. Las sales de
las agua de las extracciones de fondo, siempre que se manipulen
adecuadamente, no constituyen un elemento contaminante; pero los
gases producto de la combustión sí constituyen
elementos altamente contaminantes y es esta la razón por
la que este estudio se centrará en ellos.

Los principales elementos nocivos que van con los gases de la
combustión son:

• Oxidos de azufre:

Los óxidos de azufre que se forman durante el proceso
de quemado de un combustible son el SO2 y, en menor medida, el
SO3. Sus cantidades dependen del contenido de azufre en el
combustible. Los carbones, en términos generales, son los
más contaminantes y en orden descendente, le siguen el
aceite combustible pesado (fuel-oil), el aceite combustible
ligero (gas oil) y el gas. La biomasa solo contiene trazas de
azufre.

Los efectos nocivos más importantes de estos
óxidos son:

• Afectaciones en las vías respiratorias de los seres
  humanos y animales.

• Formación de lluvias ácidas con graves
  consecuencias ecológicas.

Para tener una idea clara de la magnitud de estas emisiones,
téngase presente que solo los Estados Unidos, lanzan
anualmente a la atmósfera una cantidad de SO2 superior a
los 23 millones de toneladas, y de ellas más del 80 por
ciento emitidas por calderas.

Cuba, país pequeño y con un limitado desarrollo
energético e industrial, emite anualmente cantidades del
orden de las 100 000 toneladas.

• Monóxido de carbono:

El monóxido de carbono –gas incoloro e inodoro-
es el resultado de una combustión incompleta de los
reactantes de los combustibles orgánicos, por ello la
magnitud que se emite a la atmósfera, depende
esencialmente de la calidad con que se efectúe el proceso
de combustión.

Los efectos nocivos más importantes del CO son:

• Afectaciones a la capacidad respiratoria de personas y
  animales

• Creación de stress
  psicológico y alteración de las habilidades
  motoras.

• Oxidos nitrosos:

Los óxidos nitrosos (NOx) son el resultado de la
combustión del nitrógeno del combustible y del
aire. Este término incluye un alto número de
especies gaseosas, pero las más significativas,
según las cantidades emitidas son: el dióxido de
nitrógeno (NO2) gas amarillo-carmelitoso y el óxido
nitroso (NO). De acuerdo al nivel de nocividad el más
peligroso de los dos resulta el NO2.

La cantidad de NOx formada, depende de la cantidad de
oxígeno y nitrógeno disponibles durante la
combustión, la temperatura, el nivel de mezclado que se
alcance y el tiempo de la reacción química.

Los efectos perjudiciales más relevantes de los NOx
son:

• Creación de desórdenes respiratorios en
  seres humanos y animales.

• Reducción de la visibilidad por adsorción
  del espectro visible para el hombre.

• Afectaciones a las plantas por lluvias ácidas.

• Aceleración de la corrosión y la degradación
  material.

• Contribución a la formación del smog sobre
  las ciudades.

• Se le asocia también con la formación de
  ozono en las zonas bajas de la atmósfera, el cual
  resulta un tóxico para el hombre.

• Se le atribuyen también propiedades cancerígenas.

Las emisiones de NOx están en órdenes
elevadísimos. En los Estados Unidos están por
encima de los 2 millones de toneladas anuales, siendo las
calderas responsables del 48 % de dichas emisiones. Los NOx
formados por la oxidación – a altas temperaturas-
del nitrógeno del aire, reciben el nombre de NOx
térmicos. :La temperatura a partir de la cual se
intensifica la oxidación del nitrógeno es de 1 200
oC. Los NOx formados a través de reacciones
químicas del nitrógeno presente en el
combustible, durante el proceso de quemado de este, reciben el
nombre de NOx del combustible. En general, la formación de
NOx se ve favorecida por las medidas adoptadas para favorecer la
combustión, por ello, su control conlleva
un compromiso entre los factores que incrementan la eficiencia de
la combustión y los que reducen la formación de
NOx.

• Particulados.

El término particulado incluye un conjunto de materias
orgánicas e inorgánicas que, en forma sólida
o líquida, acompañan a los gases formando una
suspensión. El tamaño de estas partículas
está en el rango de 1 a 100 ( aunque pueden encontrarse
también partículas menores.

La magnitud de la emisión de particulados depende del
modo de combustión, de la aerodinámica de la
instalación y de la existencia o no de sistemas de
limpieza de gases.

Las principales afectaciones que causan son:

• Alteraciones de la capacidad respiratoria de personas y
  animales.

• Reducción de la visibilidad.

• Alteración de las propiedades de los suelos
  cultivables.

• Intensificación de los efectos negativos del
  SO2.

• Contribución a la formación del smog.

La emisión total de particulados en Estados Unidos
está en el orden de los 8 millones de toneladas anuales,
pero las calderas solo contribuyen con un 11 % del total.

• Compuestos orgánicos volátiles:

Los compuestos
orgánicos volátiles (COV) están formados
por sustancias gaseosas a base de carbono e hidrógeno y
son principalmente hidrocarburos aromaticos olefínicos y
parafínicos. Además, incluyen aldehidos, cetonas e
hidrocarburos halogenados. Sus principales efectos perjudiciales
son:

• Contribución a la formación del smog
  fotoquímico.

• Creación de problemas respiratorios e
  irritación en los ojos.

• Daños a las plantas y reducción de la
  visibilidad.

La emisión de COV en países como Estados Unidos
está en el orden de los 22 millones de toneladas anuales,
pero las calderas solo participan en menos de un 1 %.

6.2. Regulaciones sobre emisiones contaminantes.

Las regulaciones sobre las emisiones contaminantes son
distintas en cada país y en ocasiones dentro de un mismo
país las hay diferentes por regiones.

Por otro lado, hay países que tienen regulaciones
mínimas y en algunos aún no existen. El grado de
restricción que se imponga mediante las regulaciones toma
en cuenta varios factores, entre otros: el deterioro ambiental
existente, las condiciones poblacionales, el hecho de que se
trate de una instalación ya existente o que sea nueva, el
tipo de combustible, el modo de combustión y los
compromisos internacionales del país.

Las regulaciones se pueden establecer para ciertas
condicionales, como son:

• Concentración máxima instantánea.

• Concentración máxima promedio para un cierto
  tiempo.

• Concentración a nivel de chimenea.

• Concentración a nivel de respiración del hombre.

• Cantidades totales máximas en un período de
  tiempo.

En la tabla A-13 de los anexos pueden verse las regulaciones
establecidas para diferentes países. En dicha tabla pueden
apreciarse algunas de las consideraciones apuntadas
anteriormente

Las diferencias en las regulaciones para plantas nuevas y ya
existentes pueden valorarse en el cuadro siguiente:

En el caso de Cuba la
regulación de las emisiones está establecida en la
NC 93-02-202: 87, en la que se dan los límites,
abajo apuntados, para máxima concentración
admisible (CMA), como promedio diario, a la altura de la
chimenea.

6.3. Métodos de reducción de las emisiones
contaminantes

La selección de las vías para la
reducción de las emisiones contaminantes toma en cuenta
diferentes factores, tales como:

• La naturaleza de la emisión contaminante y su
  magnitud.

• Las exigencias impuestas por las regulaciones
  existentes.

• El rendimiento de las diferentes tecnologías
  disponibles para ser aplicadas, así como su demanda de
  productos químicos y energía.

• Los costos inversionistas, de operación y mantenimiento.

Las diferentes tecnologías con que se cuenta en la
actualidad se relacionan seguidamente:

• Reducción del SO2

• Scrubber húmedo: Lavado de los gases con spays de
  agua y participación de otras sustancias (cal, soda
  ash, óxido de magnesio, etc.).

• Scrubber seco: los gases son rociados con una
  solución acuosa de cal apagada para eliminar el SO2.
  El agua está en una cantidad tal que se evapora toda
  en el equipo

• Lecho fluidizado: Empleo de inertes absorvedores del
  azufre en el lecho.

• Inyección neumática del horno: El horno es
  inyectado neumáticamente con sustancias tales como
  cal, dolomita o cal hidratada.

• Reducción del CO

Las técnicas
para la reducción del CO son propiamente todas las
desarrolladas para lograr una combustión eficiente y ya
han sido tratadas anteriormente.

• Reducción de los NOx

– Quemadores de bajo NOx

Se trata de quemadores de sólidos, líquidos o
gases, en los que mediante el diseño aerodinámico
se reduce el pico de temperatura de la llama. También
puede hacerse una oxidación por partes del combustible,
suministrando el aire por etapas y con un enfriamiento
intermedio. Otra técnica se basa en el mezclado previo del
gas y el aire.

– Lecho fluidizado.

El empleo del lecho fluidizado con superficies de enfriamiento
sumergidas, permite el mantenimiento de la temperatura en valores
tan bajos, que logra una significativa reducción de los
NOx.

– Inyección de agentes químicos.

La reducción de los NOx a N2 y H2O, puede conseguirse
inyectando amoniaco o urea en el horno, por encima de la zona de
los quemadores a valores de temperatura de los gases de 760 a 1
093 oC.

• Reducción de particulados.

– Precipitadores electrostáticos.

Este dispositivo está dotado de electrodos alimentados
por una fuente de potencia de alto voltaje, que atrapan las
partículas sólidas, cuando por ellos pasan los
gases.

– Filtros fábricas.

En este caso, los gases se dividen en un alto número de
corrientes paralelas mediante una placa perforada; cada corriente
se hace entrar en un tubo de material filtrante -generalmente un
tejido de fibra de vidrio– dicho
tubo tiene cerrada su salida, lo que obliga a los gases a
atravesar sus paredes y filtrarse. Cada cierto tiempo el filtro
se limpia mediante un contralavado y vibraciones
mecánicas.

– Colectores mecánicos.

Los colectores, mecánicos basan su principio de
trabajo para
separar las partículas de la corriente de gases, en los
cambios bruscos de la dirección de dicha corriente. Los tipos
más conocidos son los llamados ciclones.

– Scrubber húmedo.

Estos dispositivos son similares a los utilizados para captar
el SO2.

La contaminación ambiental que provocan los
generadores de vapor, junto con la producida por el transporte,
constituye una de las afectaciones ecológicas más
graves que provoca el hombre, por lo que debe ser enfrentada con
alta responsabilidad, tanto durante el diseño
como durante la explotación de estos equipos.

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Autor:

MSc. Javier Fernández Rey

Centro de Inmunología Molecular

Ciudad Habana, Cuba