Métodos de estimación de la biomasa potencial

Resumen

El panorama energético de la biomasa va tomando
un mayor auge ante el vaticinado agotamiento de los combustibles
fósiles, estos constituyen todavía la fuente de
energía más empleada mundialmente para generar
electricidad. Respecto a la fuente existen tres tipos de
biomasas; la natural, la residual y los cultivos
energéticos. La combustión es el método
termo-químico de transformación de la biomasa
más utilizado a nivel mundial; aunque posee una
tecnología comercial bien establecida tiene por resolver
aún los problemas medioambientales y sus aplicaciones
básicamente se enmarcan en el suministro de calor. La
pirólisis y la gasificación son procesos
termo-químicos que han recibido especial atención,
en la actualidad, por la variedad de aplicaciones, productos que
generan, y en el caso de la pirólisis, además,
porque puede convertir directamente la biomasa en productos
sólidos, líquidos y gaseosos de variados usos. El
principal problema, en ambos procesos, es que la escala
está aún muy lejos de ser comercial lo que los hace
muy costosos. La evaluación de biomasa residual potencial
y disponible se realiza en dos campos: el agrícola y el
forestal. En el caso de la biomasa agrícola se divide en
biomasa de cultivos herbáceos y biomasa de poda de
cultivos leñosos. Se encuentran dos métodos de
evaluación con relaciones por unidad de superficie y por
unidad de producto producido.

Palabras clave: estimación, potencial,
biomasa, evaluación.

Introducción

En la actualidad los combustibles fósiles
constituyen la fuente de energía más usada
mundialmente para generar electricidad, según datos
publicados por Exxon Mobil, en el año 2010 la
energía que demandó esta actividad provino en un
67% de los combustibles fósiles, en un 20% de fuentes
renovables de energía y en un 13% de la energía
nuclear [1].

En Cuba los combustibles fósiles son la fuente de
energía más usada en la generación de
electricidad, en el año 2009 representó el 96% de
la energía consumida para este fin, el restante 4% de las
fuentes energéticas para producir electricidad lo
constituyeron la biomasa con un 2,9%, y otras fuentes renovables
de energía incluyendo la hidráulica, eólica
y solar [2].

Si se tiene en cuenta, por una parte los patrones de
consumo de energía para la generación de
electricidad descritos anteriormente, y por otra, que a la quema
de combustibles fósiles se asocia la emisión de
grandes cantidades de gases perjudiciales para el medioambiente y
la salud humana, en alguna medida se explica por qué esta
actividad es frecuentemente considerada como una de las
más contaminantes en la mayoría de los
países.

La biomasa tiene un gran potencial como fuente renovable
de energía, tanto para los países más ricos
como para el mundo en desarrollo, representa el 35% del consumo
de energía primaria en los países en desarrollo,
elevando el total mundial a 14%.

Gran parte de la energía de biomasa se produce a
partir de la madera y sus residuos (64%), seguido por los
residuos sólidos urbanos (24%), los residuos
agrícolas (5%) y los gases de vertedero (5%) [3-5].
Muchos tipos de biomasa pueden ser cultivados para el
propósito expreso de la producción de
energía, entre ellos están: la caña de
azúcar, maíz, remolacha, granos, algas marinas y
muchos otros [6]. Existe un factor que determina cuando un
cultivo es adecuado para el uso energético, los buenos
cultivos energéticos tienen un rendimiento muy alto de
materia seca por unidad de tierra (toneladas MS/ha). Un alto
rendimiento reduce la necesidad de tierra y disminuye el costo de
producir energía a partir de biomasa
[7].

La biomasa es hoy el principal recurso energético
renovable, el que más se aprovecha en Cuba. Su
utilización sostenible para la generación
eléctrica puede contribuir a desarrollar un sistema
energético distribuido con participación
significativa de las fuentes renovables e impactos positivos en
el entorno y la economía local [8].

La biomasa constituye algo más del 99 % de la
energía renovable total en Cuba, y continuará
dominando en el futuro, debido a las grandes cantidades de
residuos de industrias como la del azúcar, la madera, el
café, el arroz y otras fuentes como las leñas, el
biogás y las plantaciones de oleaginosas no comestibles
[2].

El incremento de la generación de electricidad
con bagazo y otros residuos cañeros, llegando a
autoabastecerse de electricidad y entregar excedentes a la red,
así como, priorizar, en función de su potencialidad
y significación estratégica, el estudio y
desarrollo de las nuevas tecnologías tendientes a elevar
al máximo la generación de electricidad. Igualmente
el programa cubano contempla el uso de otras biomasas
combustibles no cañeras que se manifiestan localmente con
un variado potencial, siendo el más significativo la
cáscara de arroz y en menor medida el aserrín y la
viruta, los conos de pino, el afrecho de café, las
cáscaras de coco y otras.

Dentro de las biomasas, la caña de azúcar
es uno de los cultivos con mayor capacidad para convertir la
energía solar en biomasa. Si se toma en cuenta sólo
el bagazo y la paja, en los cañaverales se almacena
alrededor del equivalente a una tonelada de petróleo por
cada tonelada de azúcar que se puede producir, por lo que
el bagazo constituye uno de los materiales
lignocelulósicos más prometedores entre los
recursos no maderables, por su accesibilidad, cuantía y
calidad [9].

La Oficina Nacional de Estadísticas refleja en el
Anuario Estadístico que las principales fuentes de biomasa
para la producción de energía se encuentran
concentradas en el bagazo de

caña (incluyendo la paja de caña) y las
leñas; representando estas alrededor de 1 249 700 TEP
(99,6 % del total) [2]. Estas cifras se refieren a la
oferta de estos recursos de biomasa pero dista de ser un estimado
del potencial existente.

La disponibilidad de la fuente apropiada, aspectos
económicos relacionados con la cosecha, almacenamiento y
transportación, y las opciones tecnológicas para
convertir el combustible son elementos fundamentales para el
éxito de un proyecto vinculado con el uso de la biomasa.
Las razones principales para el fracaso de proyectos
energéticos de biomasa son los cambios en el suministro de
combustible o la demanda y cambios en la calidad de combustible
[10].

Las evaluaciones de biomasa suelen responder a la
necesidad de conocer la cantidad existente o utilizable de un
recurso. Mientras que las producciones agrícolas (granos,
frutas, hortalizas, etc.) o los recursos forestales (superficies
forestales, estado del monte, etc.) son objeto de
observación y recuento en estadísticas e
inventarios sectoriales, la biomasa por el momento no es objeto
de tal recuento.

Las evaluaciones de recursos son una parte fundamental
en el estudio de viabilidad de una planta de biomasa, y ello
requiere conocer bien las potencialidades de generación de
biomasa según su naturaleza, sea ésta primaria o
secundaria. Estas evaluaciones deben permitir conocer los
recursos potenciales y/o utilizables en una zona proporcionando
información válida de acuerdo al nivel de detalle
deseable. Las evaluaciones de recursos deben servir para conocer
el tamaño o capacidad de producción de
energía de una zona, o para la toma de decisión de
la ubicación de una planta [11].

El objetivo del presente informe es presentar los
métodos de estimación de la biomasa potencial,
haciendo énfasis en la diferenciación de acuerdo al
tipo de biomasa.

Biomasa, procesos
de transformación y usos

1.1- Panorama energético mundial.

Desde la década del 70 la comunidad
científica internacional avizoró una crisis
energética, "…Hoy estamos en presencia de una crisis
energética, los yacimientos de petróleo se
están agotando y la humanidad está en la
búsqueda de nuevas fuentes de
energía…"[12]. La creciente
preocupación mundial sobre el uso excesivo de los
combustibles fósiles y sus efectos económicos y
medioambientales han conducido a considerar la biomasa como
fuente de combustible y se considera por mucho, la forma de
energía solar indirecta de más alta calidad. La
desaparición de los combustibles fósiles no tiene
por qué ser un cataclismo. La pintoresca idea de que la
«vida sin petróleo» nos conducirá
inevitablemente a la muerte de millones de personas, y que para
los supervivientes será un retorno a los tiempos
medievales, simplemente no tiene sentido [13].

Se han establecido estrategias para enfrentar las
consecuencias del uso de combustibles fósiles como fuentes
principales de energía primaria. Las estrategias de ahorro
de energía trazadas son:

Aumento de la exergía del portador de
energía.

Uso de fuentes renovables de energía, es la
solución más lógica para esta
problemática.

La biomasa ha sido la base del suministro
energético de la humanidad durante siglos y es considerada
la fuente renovable de energía con mayor potencial para
contribuir a las necesidades de energía de la sociedad
moderna, tanto para países desarrollados como para
economías en vías de desarrollo. Actualmente,
representa alrededor del 12-15 % de la energía que se
consume a nivel mundial y el 35 % del consumo en los
países del tercer mundo [14].

1.2- Consideraciones generales sobre biomasa.

1.2.1- Concepto de biomasa.

Se define como el conjunto de materia orgánica
renovable que ha tenido su origen inmediato como consecuencia de
un proceso biológico, comprende tanto a los productos de
origen vegetal como a los de origen animal, así como de
cualquier transformación natural o artificial de las
mismas.

1.2.2- Estructura química y componentes
básicos de la biomasa.

La estructura química y los componentes
orgánicos básicos de la biomasa son extremadamente
importantes en el desarrollo de los procesos para la
producción de combustibles derivados y otros productos
químicos. La biomasa, en general, se define como cualquier
material de hidrocarburos, que consiste principalmente en carbono
(C), hidrógeno (H2), oxígeno (O2) y
nitrógeno (N2). Un análisis típico del
rendimiento de la madera seca presenta 52% de C; 6,3% de H2;
40,5% de O2 y 0,4% de N2.

La mayor parte de los componentes orgánicos de la
biomasa se clasifican en celulosas (C6H10O5)x, hemicelulosas
tales como el xilano (C5H8O4)m y ligninas [C9H10O3
(OCH3)0,9–1,7]n [15]. La celulosa se da en diversas
formas y una gran parte proviene de los desechos
domésticos e industriales [16]. Las fibras de
celulosa proporcionan fuerza a la madera y comprenden
aproximadamente entre 40-50% en peso de madera seca. La celulosa
es un compuesto de unidades de homopolisacárido
?-D-glucopiranosa unidas por enlaces (1-4)-glicosídicos.
La celulosa es insoluble en la mayoría de los solventes y
tiene una baja accesibilidad a la hidrólisis ácida
y enzimática [17].

La hemicelulosa, es una mezcla de varios
monosacáridos polimerizados tales como la glucosa, manosa,
galactosa, xilosa, arabinosa, ácido 4-O-metil
glucurónico y residuos de ácido D
galacturónico [18]. Las hemicelulosas están
presentes, principalmente, en los bosques caducifolios como
pentosanos y en bosques de coníferas casi en su totalidad
como hexosanos, sufren descomposición térmica muy
fácilmente [19]. Las hemicelulosas presentan menor
peso molecular que las celulosas. El número de
repetición de los monosacáridos es aproximadamente
150, en comparación con el número en las celulosas
(5 000 – 10 000) [18].

La lignina es un polímero aromático
sintetizado a partir de precursores de fenilpropanoides
[19]. Las unidades químicas básicas del
fenilpropano de la lignina (principalmente siringil, guaiacil y
fenol p-hidroxi) se unen entre sí por una serie de enlaces
para formar una matriz muy compleja con grupos funcionales, tales
como el hidroxilo, metóxilo y el carbonilo [20].
Las maderas blandas suelen contener más lignina que las
maderas duras [21].

El contenido de lignina en base seca tanto en maderas
blandas y duras va generalmente desde 20% a 40% en peso y del 10%
al 40% en peso en diferentes especies herbáceas como el
bagazo, mazorcas de maíz, cáscara de maní,
cáscara de arroz y pajas [15].

1.2.3-Tipos de biomasa.

Se pueden considerar tres grandes grupos de biomasa
respecto a la fuente [22-24]:

1. Biomasa natural: La sostenibilidad de su
explotación está dada porque el ritmo de
extracción de biomasa no sea superior a la tasa de
regeneración natural del ecosistema, lo que podría
llevar a cabo una rápida degradación de los
ecosistemas naturales. Ejemplo puede ser las selvas
tropicales.

Las principales fuentes de biomasa natural para
energía en Cuba son los bosques y las áreas
cubiertas de marabú. El país reporta una cubierta
boscosa del 25,7%, que abarca un área de 2 825,9 miles de
hectáreas distribuidas en las tres regiones: Occidente,
Oriente y Centro, por orden de importancia. La capacidad de
extracción sostenible de leña de los bosques
ascendía

en el 2007 a 977,2 Mt mientras que el uso de leña
reportada ese año es de 508 Mt. Las áreas cubiertas
por marabú (arbusto invasor que cubre rápidamente
aéreas no cultivadas) ascendían a 1 649,1 mil
hectáreas de las cuales 740,3 mil se reportan como
infestación intensa o pesada y 554,6 mil con
infestación media.

Teniendo en cuenta la extensión de esta
superficie y las dificultades para su erradicación, el
estimado de capacidad de producción anual de biomasa para
energía se realiza sobre la hipótesis de que se
corta esta área de marabú en un plazo de 20
años y que el rendimiento promedio de biomasa es de 32
t/ha. Bajo estos supuestos se calcula que es posible producir
anualmente 2 646 Mt [25].

2. Biomasa residual: Proviene de actividades
agrícolas, ganaderas y forestales, subproductos
agroalimentarios y madereros, así como los residuos
sólidos urbanos y biodegradables. Este es el caso de
residuos como el bagazo, la paja de caña, la
cáscara de arroz, las excretas de animales, etc.
[22-23].

La generación de electricidad en la industria
azucarera es resultado de la cogeneración eléctrica
que se practica en los mismos, por este motivo solo se realiza
durante el período de zafra. El combustible que se utiliza
con este fin es el bagazo que se obtiene durante la molienda de
la caña de azúcar. La electricidad bruta producida
por la industria azucarera en el 2008 asciende a 534 GWh (412 GWh
en el 2007), con un indicador de generación de 33,8 kWh/t
caña molida (32,5) si se considera un índice de
entrega al SEN del 18% del total generado se puede estimar que la
electricidad aportada fue de 96 GWh (74 GWh)
[25].

3. Cultivos energéticos: Se obtienen con el
objetivo de su aprovechamiento energético y se
caracterizan por una gran producción de materia por unidad
de tiempo y con mínima atención al cultivo. Ellos
son ya una realidad en algunos países como Brasil y los
Estados Unidos, por ejemplo, están las plantaciones
energéticas forestales o las plantaciones de caña
de azúcar destinadas a la producción de etanol para
ser usado en mezclas con gasolina. En Cuba su mayor exponente es
la caña energética [22-23].

Desde inicio de los años 90, en el país se
realiza como una de las actividades de la silvicultura cubana, el
establecimiento de plantaciones energéticas. Entre el 2000
y el 2009 según datos de la ONE (Oficina Nacional de
Estadísticas) asciende a 38,9 miles de hectáreas.
Las áreas proyectadas para el fomento de estas
plantaciones energéticas hasta el año 2015
ascienden 87,9 mil hectáreas y su potencial puede llegar a
las 300 mil hectáreas en la medida que se reemplazan
parcialmente con estas plantaciones áreas que se liberen
de marabú. El potencial de producción de este tipo
de biomasa se estima con turnos de corte cada 7 años y
tasas anuales de incremento de la biomasa de 12 t/ha/año
como promedio [25].

Hasta ahora, el principal incremento en la
utilización de la biomasa como fuente de energía se
basa en las biomasas de tipo residual, pero en la actualidad son
los cultivos energéticos los que se vislumbran como una
posible alternativa para solucionar, en parte, los problemas
energéticos y económicos del sector
agrícola.

Las ventajas del uso de la biomasa para la
producción de biocombustibles se centran en el impacto
positivo en las economías locales, al completarse
localmente el ciclo de producción comercialización
y uso. Además de la versatilidad para satisfacer demandas
de diferentes servicios energéticos tanto en la
producción de electricidad, calor y
frío.

La mayor complejidad radica precisamente en la necesidad
de implementar todos los eslabones de la cadena
tecnológica de producción de biomasa,
conversión en biocombustibles y cambios
tecnológicos en los equipos de uso final
[25].

En el país, las principales fuentes de biomasa
para la producción de energía se encuentran
concentradas en el bagazo de caña (incluyendo la paja de
caña); representando éstas alrededor de 1 249 700
TEP (80 % del total) [2].

1.3- La biomasa como combustible.

Las preocupaciones medioambientales pueden ayudar
económicamente a la biomasa haciéndola un
combustible competitivo. Al contrario de los combustibles
fósiles, la biomasa es renovable y no contribuye al efecto
invernadero. Su transformación no libera más
dióxido de carbono que el que la planta absorbió
durante su ciclo biológico. Contiene pequeñas
cantidades de azufre, produciendo emanaciones disminuidas de
dióxido de azufre. Además, poseen bajas
temperaturas de combustión, lo cual ayuda a reducir las
emisiones de NOx. Sin embargo, a menos que la biomasa sea usada
de forma eficiente, moderna y limpia, los beneficios
medioambientales sólo se comprenderán parcialmente,
y no en absoluto [9].

Se han realizado numerosos estudios para evaluar la
contribución de la biomasa al suministro de energía
global futuro, los cuales difieren significativamente en sus
conclusiones. Estudios que Berndes resumió abordan el uso
global futuro de la biomasa con fines energéticos,
encontrando conclusiones divergentes. Los mismos arrojaron que el
potencial energético de la biomasa depende tanto de la
competencia entre los recursos biomásicos como de la
competencia entre las tecnologías de energía
alternativas y de energía primaria.

Las valoraciones de recursos más optimistas
reportan un potencial futuro de bioenergía de
tamaño similar, o aún mayor, que el consumo actual
de energía primaria global. Sin embargo, también
hay valoraciones de potenciales de bioenergía más
bajos, que estiman para el año 2050 unos 47 EJ/a, diez
veces menor que los estimados más altos de 450 EJ/a.
Además, la demanda futura puede ser alta aún en
ausencia de políticas dirigidas a mitigar el cambio
climático. Por otro lado, la cantidad total de residuos de
los sectores alimenticio y forestal son sustanciales en un
contexto global, y se estima para el año 2100 un potencial
de alrededor de 270 EJ/a [9, 26].

El uso de la biomasa cañera en Cuba para la
generación de electricidad fuera de zafra está
condicionada por dos factores principales: la tecnología
de generación de electricidad y la disponibilidad de
biomasa. La tecnología utilizada para la generación
de electricidad en la industria azucarera cubana se basa en
turbinas de contrapresión y en calderas con una
presión de trabajo como promedio de 1,9 MPa. Por este
motivo para poder generar fuera de zafra es necesario cerrar el
ciclo de vapor usando equipos del proceso con superficies de
transferencia de calor como los tachos y evaporadores para la
condensación del vapor [25].

1.4- Procesos de transformación de la
biomasa.

La conversión de estas biomasas en combustible
permite la producción de tres tipos de
biocombustibles:

Biocombustibles sólidos: Por ejemplo astillas de
madera, briquetas, pellets, etc.

Biocombustibles líquidos: En este grupo se
incluyen los productos de la pirólisis, el etanol y el
biodiesel.

Biocombustibles gaseosos: Los más comunes son el
biogás producto de la digestión anaeróbica
de residuales orgánicos y el gas pobre o de madera
obtenido a partir de la gasificación termoquímica
de la biomasa.

Para la obtención de estos productos existen
varias rutas de conversión termo-química de
biomasa, como la pirólisis, la gasificación y la
combustión, ver Figura 1.1. Los productos de los procesos
termo-químicos se dividen en una fracción
volátil formada por gases, vapores y componentes
líquidos y un residuo sólido rico en carbono
[15].

Figura 1.1- Procesos
termo-químicos de conversión de biomasa. Fuente:
Ref. [21]

1.4.1- Pirólisis de biomasa.

La pirólisis se remonta a por lo menos el antiguo
Egipto cuando se hicieron, por pirólisis, el
alquitrán para calafatear los barcos y algunos agentes
para embalsamar. En la década de los 80, los
investigadores encontraron que el componente líquido de la
pirólisis podría aumentar mediante pirólisis
rápida, donde se calienta la materia prima biomasa a un
ritmo acelerado y los vapores producidos se condensan
también rápidamente [27]. Aunque
todavía la pirólisis está en fase de
desarrollo, en el escenario energético actual, ha recibido
especial atención, ya que puede convertir directamente la
biomasa en productos sólidos, líquidos y gaseosos
por descomposición térmica en ausencia de
oxígeno [28].

Principios de la pirólisis de
biomasa.

La pirólisis de biomasa es una vía
prometedora para la producción de sólidos (char),
líquidos (tar) y productos gaseosos como posibles fuentes
alternativas de energía [27]. Para describir la
cinética de la pirólisis de biomasa se propone un
mecanismo de dos pasos de reacción:

Este modelo indica la descomposición de biomasa
en sustancias volátiles, gases y carbón. Los
volátiles y gases pueden reaccionar además con el
carbón para producir distintos tipos de sustancias
volátiles, gases y carbón de composiciones
diferentes [16]. El objetivo de la pirólisis es la
optimización de los combustibles de alto valor a partir de
biomasa por medios térmicos y catalíticos. El
proceso se ajusta para favorecer la producción de
carbón, de biocombustible (combustible pirolítico),
gas o metanol con una eficiencia del 95,5% de combustible con
respecto a la alimentación [17].

Dependiendo de las condiciones de funcionamiento, el
proceso de pirólisis se divide en tres subclases:
pirólisis convencional, pirólisis rápida y
pirólisis flash.

1.4.2- Gasificación de biomasa.

Principios de la gasificación de
biomasa.

La gasificación de biomasa es un tratamiento
térmico, de gran resultado en la producción de
productos gaseosos y pequeñas cantidades de char y
cenizas. La gasificación se lleva a cabo a altas
temperaturas con el fin de optimizar la producción de gas.
La gasificación de biomasa, en general, se presenta por la
reacción:

El primer paso del proceso, suponiendo un proceso de
gasificación utilizando biomasa como materia prima, es la
descomposición termo-química de compuestos de
celulosas, hemicelulosas y ligninas con la producción de
volátiles y char [29].

1.4.3- Combustión de biomasa.

La combustión es una tecnología comercial
bien establecida con aplicaciones en la mayoría de los
países industrializados y subdesarrollados. Su desarrollo
se concentra en resolver los problemas medioambientales
[30].

La combustión es la reacción
química en la que se combinan el O2 del aire con los
elementos oxidantes del combustible para dar lugar a un
desprendimiento de calor. Es posible generar calor y vapor
mediante la combustión de biomasa o biogás. El
calor puede ser el producto principal para aplicaciones en
cocción y calefacción, o puede ser un subproducto
de la generación de electricidad en ciclos combinados de
electricidad y vapor [24].

La utilización de las tecnologías que
funcionen a través de la combustión muestra
ventajas sobre el resto de las tecnologías, sobre todo en
los países subdesarrollados debido a que se puede utilizar
con diferentes combustibles y es menos compleja su
utilización y control. Por otro lado tienen como
desventaja que la utilización de la combustión de
la biomasa, en diversos dispositivos, se da de manera incompleta
e incontrolada y genera por lo tanto una gran cantidad de
partículas y gases contaminantes como pueden ser
además de las emanaciones de CO2, las de monóxido
de carbono (CO), óxidos de azufre, óxidos nitrosos,
entre otras sustancias con efectos negativos sobre la salud
[31].

Estimación
de la biomasa potencial

2.1-Potencial de biomasa con fines
energéticos.

Cuba es, en Latinoamérica, uno de los
países que la economía depende en gran medida del
desarrollo de la agricultura. Ligada a esta actividad, en
distintos procesos se trata de llevar a cabo conjuntamente la
generación de energía, tanto calor como
electricidad a partir del uso de la biomasa. La biomasa se
transforma por combustión en una caldera para obtener
energía en forma de calor para posteriormente mediante
procesos tecnológicos generar vapor. El vapor se utiliza
para el funcionamiento tanto de turbogeneradores como de los
procesos tecnológicos, por ejemplo, en los centrales
azucareros para la obtención de azúcar, o
simplemente para la cocción de alimentos.

Históricamente, la producción de
energía eléctrica en Cuba ha tenido como soporte
principal la utilización de centrales
termoeléctricas que consumen actualmente alrededor del 40%
de los combustibles derivados del petróleo, para generar
más del 80% de la electricidad total producida en el
país [32]. Una de las alternativas viables para
cambiar esta dependencia de los combustibles importados es
logrando el aprovechamiento de las fuentes renovables de
energía, donde va a tener un papel fundamental la
explotación de tecnologías mucho más baratas
y que no dañen el medioambiente. A partir de este
análisis, sólo la utilización de la biomasa
como fuente de energía representa una alternativa
potencial y real para la disminución del consumo de
portadores energéticos convencionales en la
generación de electricidad. En Cuba se cuenta con un gran
potencial para poder desarrollar el uso de la biomasa, el gran
problema está en que no se aprovecha la capacidad del
potencial existente debido a diversos factores como pueden ser
las dificultades que existen en la agricultura (siembra de
plantación y las plagas) y la explotación
máxima y eficiente de las tierras cultivadas.

2.2- Características de la biomasa como
combustible.

Las propiedades de la biomasa se pueden dividir en
físicas, químicas y térmicas. Existen
multitud de posibles propiedades y análisis a realizar. A
continuación (ver Tabla 2.1) se describen las principales
[11].

Tabla 2.1- Parámetros físicos,
químicos y energéticos de la biomasa. Fuente
[11].

2.3- Estimación de la biomasa
potencial.

Se estima que en Cuba la mayor cantidad de biomasa se
encuentra tanto en los campos cultivados como en los que no se
han explotado todavía, la otra parte se encuentra en las
áreas protegidas, donde por cuestiones medioambientales y
de patrimonio no es posible su utilización. Por ejemplo,
una gran cantidad de biomasa se encuentra en los campos donde la
principal cuantía de las tierras pertenece a cooperativas
y empresas estatales, la otra parte se encuentra repartida entre
los agricultores que por cuenta propia se encargan de sembrar las
tierras que el estado le ha facilitado en usufructo.

Las parcelas que se encuentran sin producir
también cuentan con un gran potencial de biomasa ya que
estas están habitadas por poblaciones de marabú,
una planta que aunque se utiliza para hacer carbón ha
infestado los campos. Otro ejemplo se encuentra en la
Ciénaga de Zapata donde se cuenta con un área
boscosa abundante pero si se utiliza esa área para la tala
de árboles se pondría en peligro la fauna que
habita ese lugar, lo cual llevaría a la extinción
de disímiles especies algunas de ellas
endémicas.

El país cuenta con una gran área
disponible para la explotación de la biomasa, pero es
necesario llevar a cabo el análisis para poder detectar
dónde es que están ocurriendo las mayores
pérdidas y cómo se están desaprovechando las
áreas con que se cuenta para la explotación de los
distintos tipos de cultivos.

La evaluación de la biomasa residual potencial y
disponible se ha realizado en dos campos: agrícola y
forestal. A su vez, la biomasa agrícola se ha dividido en
dos grupos: biomasa de cultivos herbáceos y biomasa de
poda de cultivos leñosos. El estudio de evaluación
de cada una de las biomasas se ha dividido en tres
partes:

1. Estimación de la biomasa potencial. La biomasa
potencial es aquella que se genera o es posible generar en una
zona.

2. Estimación de la biomasa disponible. La
biomasa disponible es la parte de la biomasa potencial que es
posible utilizar en unas condiciones determinadas.

3. Revisión y generación de
resultados.

Con respecto al segundo punto, estimación de la
biomasa disponible, es importante aclarar desde el principio una
serie de cuestiones: En el caso de la biomasa agrícola la
biomasa

disponible se estima descontando de la biomasa potencial
aquella que ya está siendo utilizada con otros fines
(agrícolas, ganaderos, industriales, etc.). Se puede
suponer que un aumento del precio que se está dispuesto a
pagar haría que en principio hubiera más biomasa
disponible, ya que a dicho precio los actuales suministradores de
biomasa optarían por la venta al cliente que más
paga. Sin embargo ello llevaría, muy posiblemente, a una
reacción de los actuales consumidores del residuo (por
ejemplo, ganaderos en el caso de la paja de cereal), que
podrían, en muchos casos, superar las capacidades de pago
por tonelada de biomasa de una planta de valorización
energética. Así, dicha biomasa no ha sido
considerada disponible.

La biomasa residual forestal se genera en los
tratamientos silvícola y cortes finales a las que son
sometidas las masas forestales. Los residuos pueden ser ramas,
hojas, madera de árboles malformados, matorral, e incluso
fustes de tamaño pequeño, según la
intervención forestal que se esté llevando a cabo.
La disponibilidad de biomasa forestal no hace referencia a
cuestiones de precio, sino que en este caso la disponibilidad es
función de criterios medioambientales (explotación
racional y sostenible de los bosques),
técnico-económicos (capacidad de acceder a una masa
forestal para su tratamiento) o relacionados con políticas
forestales (interés de promover unos tipos de
intervenciones, por ejemplo, orientadas a la prevención de
incendios). Por último, es necesario comentar, tanto en el
caso de la biomasa agrícola, como forestal, la dificultad
de encontrar datos fiables al respecto (utilizaciones actuales,
políticas forestales, etc.), lo que hace que los valores
de biomasa disponible presentados deban ser tomados como una
aproximación [33].

Las evaluaciones de recursos son una parte fundamental
en el estudio de viabilidad de una planta de biomasa, y ello
requiere conocer bien las potencialidades de generación de
biomasa según su naturaleza, sea ésta primaria o
secundaria. Las evaluaciones de recursos deben permitir conocer
los recursos potenciales y/o utilizables en una zona
proporcionando información válida de acuerdo al
nivel de detalle deseable. Las evaluaciones de recursos deben
servir para conocer el tamaño o capacidad de
producción de energía de una zona, o para la toma
de decisión de la ubicación de una
planta.

Existen métodos de evaluación con
relaciones RRS y RRP. La RRS (t/ha año) es la
relación de residuo por unidad de superficie y la RRP
(t/año / t/año) es la relación de residuo
por unidad de producto producido. La RRS tiene la ventaja de ser
más sencilla de obtener por conversaciones con los
agricultores o por medidas de campo. Basta con conocer las
superficies dedicadas a un cultivo para obtener una
aproximación del residuo potencial. Sin embargo las RRS
están sometidas a una gran variabilidad.

Se trata de metodologías más extendidas en
el campo de la evaluación de recursos. Partiendo de datos
de hectáreas (terreno agrícola o forestal) y
multiplicando por la RRS se puede estimar la cantidad de biomasa
producida en dicha área (generalmente en base anual). Si
el dato conocido es la producción (agrícola,
forestal o de producto final en una industria) se puede hallar la
cantidad de biomasa, multiplicando dicha producción por la
RRP.

Dado que para el uso de una RRS o RRP adecuada se
necesita de un ingente esfuerzo de muestreo para cada especie,
suele ser aceptado el uso de relaciones promedios obtenidos de la
bibliografía [11].

Las metodologías de estimación del
potencial de biomasa se adecuan al tipo de biomasa, estas pueden
ser: estimación de la biomasa residual agrícola
herbácea, estimación de la biomasa residual
agrícola leñosa y la estimación de la
biomasa residual forestal. En los siguientes epígrafes se
presenta cada una de estas metodologías de
estimación más detalladamente.

2.3.1- Estudio de la biomasa residual agrícola
herbácea potencial.

Para realizar el estudio de la biomasa residual
agrícola herbácea potencial se utiliza
la

Mínima unidad superficial sobre la que existe
información estadística agrícola
(superficies y rendimientos agrícolas). La
cuantificación del residuo generado en la actividad
agrícola se realiza por medio de relaciones que relacionan
la producción de grano con la generación de
biomasa, llamadas RRP.

La utilización de la RRP es el método
más extendido para la estimación de existencias de
biomasa herbácea. Para cuantificar la biomasa
herbácea se parte de la superficie y el rendimiento por
cultivo y se halla la producción media de cultivo en un
período de años. Las relaciones RRP son muy
variables, según la fuente consultada, varían
según la especie, la variedad, la temporada de cosecha y
el tipo de maquinaria utilizada [33].

En los residuos herbáceos normalmente el grano o
fruto es el producto principal que se recolecta anualmente
mientras que el resto de la planta se suele considerar residuo o
subproducto. La forma más usual de estimar el residuo es
mediante el uso de índices superficiales o del tipo
residuo/producto.

Para la estimación de estos índices se
pueden emplear varios métodos que se detallan a
continuación:

Muestreo previo a la cosecha:

Recogida de planta completa en parcelas de
muestreo

Separación de la paja y el grano

Humedad: secado en estufa

Muestreo tras la cosecha:

Muestreo de secciones de línea de paja

Medida de la distancia entre línea

Muestreo de la producción total de
parcelas:

Pesaje del residuo total (pacas de paja)

Humedad: secado en estufa

2.3.2- Estimación de la biomasa residual
agrícola leñosa.

Este tipo de biomasa mayormente se encuentra en el
territorio euroasiático y sudamericano, en este tipo de
biomasa se considera la obtenida en la poda de los cultivos
leñosos. Éstos, por su similitud para algunos
procesos son agrupados en los siguientes grupos: olivo, vid,
frutal seco (almendro y avellano) y frutal dulce (manzano, peral,
albaricoquero, ciruelo y cerezo).

2.3.2.1- Estimación de la biomasa residual
agrícola leñosa potencial de poda.

La cuantificación del residuo generado en las
podas de cultivos plurianuales leñosos se realiza por
medio de relaciones que relacionan la superficie agrícola
con la generación de biomasa, llamadas RRS. Las relaciones
RRS, son usualmente utilizadas en estudios de evaluación
de biomasa para la estimación de la generación de
residuos de poda. Para cuantificar la biomasa leñosa se
parte de la superficie media cultivada por unidad de superficie y
cultivo, multiplicando por la RRS correspondiente. Por lo que,
para cada cultivo:

2.3.2.2- Biomasa residual agrícola leñosa
de poda disponible.

Para la biomasa agrícola de cultivos
leñosos actualmente el tratamiento más común
de los restos de poda es el triturado. El segundo tratamiento
más común es el apilado y quema en el campo.
Después se encuentra la recogida y posterior retirada.
Para el aprovechamiento de estos recursos los agricultores lo han
señalado como una alternativa para el ahorro de tiempo de
trabajo y costos asociados al uso o contratación de
maquinaria (picadora) y además al consumo de combustible.
Las normativas medioambientales van a terminar por prohibir la
quema de residuos de operaciones agrícolas, promoviendo
bien su uso como abono o acondicionador de suelos, o su retirada
para valorización energética. Por ello la recogida
de la poda con fines energéticos, si bien no se
está realizando en la actualidad a gran escala, parece que
puede ser una alternativa factible a corto plazo. La
disponibilidad de biomasa residual agrícola leñosa
de restos de poda, evaluada mediante contactos con cooperativas
agrícolas, ha resultado ser muy alta (90%).
Únicamente en algunos casos como la calefacción
individual (para la que se utilizan los restos de poda de ramas
de mayor grosor) o el uso para asados (para las que se usan
restos de sarmientos de vid), el residuo tiene un valor por el
uso dado. En el resto de los casos, la gestión de estos
residuos supone una carga extra para el agricultor, que no genera
ningún valor añadido.

2.3.3- Estimación de la biomasa residual
forestal.

Se considera como masas potenciales para aprovechar la
biomasa residual forestal aquellas cuya especie principal son del
género Pinus, Quercus, Fagus o Populus, se contabiliza
sólo la biomasa residual de los pies pertenecientes a
alguno de esos géneros. Es decir, no se tiene en cuenta el
tipo de tratamiento silvícola aplicado a las masas
forestales (que determina si el residuo generado son ramas o si
además se pueden tomar fustes de árboles de clases
diametrales pequeñas o madera de árboles
dañados o defectuosos). La biomasa corresponde, pues, con
la biomasa acumulada en las ramas de los
árboles.