LA ENERGÍA DE LA BIOMASA
Introducción
Vicente J. Subiela
Contenido
 Conceptos básicos
 Tecnologías
 Situación
 UE, España
 El caso de Canarias
 Ventajas / Limitaciones
 Pensando en el futuro
Conceptos básicos 1
 El término “biomasa”
 Biología
 Energía
 3 BIO
 Biomasa: calor / electricidad
 Biogás: electricidad
 Biocarburantes: transporte
 Nuevos conceptos
 Biocombustibles
 Biocarburante, Agrocarburante
 Bioenergía
Conceptos básicos 2

Biomasa natural

Biomasa residual




Agrícola: restos de cultivos (paja)
Forestal: restos de podas
Ganadera: estiércoles de los diferentes tipos de ganado
Actividad humana
 Fracción orgánica de los RSU
 Lodos de EDAR
 Industrial
 Industrias agroalimentarias: aceitera, vinícola, láctea…
 Industrias transformadoras de la madera

Cultivos energéticos
 Herbáceos: girasol, millo y otros
 Leñosos: chopo, eucalipto, etc.

BIOMASA AGRUPA VARIOS RECURSOS DE ENERGÍA
Conceptos básicos 3
Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA (www.renovae.org)
Conceptos básicos 4
Generación de biomasa primaria:
CO2 + H2O (+ sol) -> (CH2O) + O2
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Conceptos básicos 4
La cadena de la biomasa:
Vegetales -> Animales -> Alimentos -> Residuos
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Conceptos básicos 5. Ciclo del C
Conceptos básicos 6
El mapa de la bioenergía
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Conceptos básicos 7
 Combustible
 Análisis elemental (C, H, O, ...)
 PCI / PCS (kcal / kg)
 Uso:
 Biomasa + Aire -> Gases + Cenizas + Calor
 Energía química -> Calor -> Trabajo
 Reacciones elementales
 C + ½ O2 = CO + 2.445 kcal/kg
 CO + ½ O2 = CO2 + 5.640 kcal/kg
 H2 + ½ O2 = H2O + 33.910 kcal/kg
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Conceptos básicos 8
Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA (www.renovae.org)
Conceptos básicos. RESUMEN
 Fuente heterogénea
 Origen: sol, a través de fotosíntesis
 Aplicación: combustión
 Calor
 Electricidad
 Transporte
 Varias aplicaciones y tecnologías
Ventajas / Inconvenientes
 Recurso endógeno
 Uso de residuos:
reducción impacto
ambiental
 Generación empleo
 Impulso Sector
Primario
 Mejor combustión
que fósiles
Fte. PIRCAN
 Dispersión de
generación
 Materia prima de
varios proveedores
 Mayor Logística
 Almacenamiento
 Inversión importante
 Tecnología mejorable
Conceptos básicos. DEBATE
 Balance nulo de CO2: SÍ / NO
Tecnologías 1. Proceso
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Tecnologías 2. Densificación
 Almacenamiento
 Briquetas
 D 50 – 130 mm
 Pellets
 D 8 – 12 mm
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Tecnologías 3. Combustión
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Tecnologías 4. Gasificación
 Combustión parcial de residuos
 Res For + Aire (defecto) -> Gases
 Gases: CO2, CO, H2, CH4, N2.. (pci = 1500 - 2500
kcal/kg)
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Tecnologías. Gasificación 2
 Etapas
 Pirólisis o descomposición térmica
 Biomasa -> sólido (char), líquido (alquitranes) y
gas
 Oxidación o combustión
 Reducción o gasificación
 Tipos de gasificadores
 Lecho móvil / Lecho fijo
Tecnologías 5. Pirólisis
 Biomasa + calor = Gas + Aceite + Cenizas
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Tecnologías 6. Digestión anaerobia
 Biomasa + bacterias (sin O2) = Metano
 Lodos, Residuos ganaderos
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Tecnologías. Digestión anaerobia 2
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Tecnologías. Digestión anaerobia 3
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Tecnologías. Digestión anaerobia 4
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Tecnologías. Digestión anaerobia 5
Parámetros a controlar
 pH, cercano a la neutralidad.
 Alcalinidad, capacidad tampón y evitar la
acidificación (> 1,5 g/l CaCO3)
 Potencial redox < -350 mV.
 Nutrientes para microorganismos.
 Evitar tóxicos e inhibidores
 Temperatura
 Ambiente: Psicrofílico
 35 ºC: mesofílico
 55 ºC: termofílico
 Agitación: homogeneización substrato
 Tiempo de retención
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Tecnologías 7. Fermentación alcohólica
 Biomasa + bacterias (sin O2) = Etanol
 Azúcares, Almidones, Celulosas
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Tecnologías 8. Esterificación
 Aceite vegetal + Metanol = Ester + Glicerina
 Ester - > Bio-diesel
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Tecnologías 9. Proceso biodiesel
Propiedades
Aceite de Colza
Éster Metílico
Aceite de Colza
Gasoil
Densidad a 15ºC
kg/l
0.916
0.883
0.84
31.8 bruto
36.4 semi-refinado
49 a 52.5
48 a 51.5
-
118
64
C.F.P.P. (* )
+20
-20
-21
Viscosidad (a 20ºC
cSt
77.8
7.5
4.2
P.C.S.
34.3
35.3
38.5
Número
Cetanos
de
Punto
inflamación
de
Fte. Informe ITC
Mj/l
Tecnologías. Proceso biodiesel 2
 El biodiesel: biocombustible líquido, producido a
partir de aceites vegetales o grasas animales:
 Aceite + Alcohol  Glicerina + Biodiesel
•Nº plantas en España:
•En operación: 12
•En proyecto & construcción: 26
•Capacidad productiva actual: 463.000 t/año.
•Producción estimada de aceites usados en Canarias:
 Operativa: febrero de 2005.
12.000 t/año
 Producción de 35.000 t/año.
Tecnologías. Proceso biodiesel 3
 Menos emisiones
 Baja toxicidad y biodegradables.
 Utilización de residuos orgánicos.
 Generación local de los combustibles.
 Balance nulo de CO2 : no emisión neta a
atmósfera.
 Alto poder de lubricación.
Tecnologías. Proceso biodiesel 4
Pretratamiento
Transesterificación
Separación
Glicerina
Biodiesel
Alcohol/Catalizador
Tecnologías. Proceso biodiesel 5
 Producción de 200 l/lote.
Tecnologías. Proceso biodiesel 6
Fte. Informe ITC
Tecnologías 10. Bio-gasolina
PROPIEDADES
GASOLINA
ETANOL
ETBE
Densidad a 15ºC kg/l
0.72 a 0.77
0.79
0.74
Volatilidad (tensión vapor) bar
0.7 a 0.8
1.54
0.3
Índice de octanage
MON
RON (*)
85
95
99
120
99
117
P.C.I. MJ/l
32.02
21.28
*
MON: Índice de octanos de motores
RON: Índice de octanos de investigación
Fte. Informe ITC
26.64
Tecnologías. COSTES
 Agrícolas / Forestales,
5 MW
 Inversión: 1.803
€/kW
 Explotación 5,42
c€/kWh
 Cultivos energéticos ,
5 MW
 Explotación 7,11
c€/kWh
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 Biogás, 2MW
 Inversión: 1.502 €/kW
 Explotación 2,51 c€/kWh
 Bioetanol, 200.000 m3/año
 Inversión: 159 M€
 Coste (sin B.I.): 60 c€/L
 Biodiesel, 50.000 t/año
 Inversión: 13 M€
 Coste (sin B.I.): 74,5 c€/L
Tecnologías 11. RESUMEN
 Forestales / Agrícolas: combustión
 Elevada carga orgánica + humedad: DA > Biogás
 Ganaderos, FORSU, Lodos,
 Cultivos energéticos: Biocarburantes
 Biodiesel
 Plantas oleaginosas
 Aceites vegetales usados
 ETBE (“bio-gasolina”)
 Muchas tecnologías implicadas
Fte. Informe ITC
Tecnologías. DEBATE
 Agrocarburantes SI/NO
 Competencia por el suelo con alimentos /
pastos
 Deforestación puede ser rentable!
 Demanda de agua / fertilizantes
 Regeneración natural del suelo
 Desarrollo del sector agrícola
 “Autoindependencia” energética
Fte. Informe ITC
Situación 1. Consumos UE
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Situación 2. RESIDUOS
FORESTALES
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Situación 3. RES. Agrícolas leñosos
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Situación 4. RES. Agrícolas herbáceos
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Situación 5. RES. Industrias
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Situación 6. Cultivos energéticos
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Situación. Evolución
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Situación. 2004 y Plan Fomento EERR.
Biomasa para electricidad: 344 MW ->2.039 MW
Biomasa para co-combustión: 0 MW -> 722 MW
Biomasa para calor: 3.487 ktep -> 4.070 ktep
Biogás para electricidad: 141 MW -> 235 MW
Biocarburantes: 228 ktep -> 2.200 ktep
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Situación 2004 y Plan Fomento EERR.
Solar fotovoltaica
0%
Biogás
1%
Solar termoeléctrica
0%
Eólica
31%
Hidráulica > 50MW
40%
R.S.U.
Co-combustión 2%
0%
Centrales de biomasa Biomasa
4%
4%
Hidráulica (10 - 50 MW)
9%
Hidráulica (< 10 MW)
9%
Producción total 2004: 60.096
GWh
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Situación 2004 y Plan Fomento EERR.
Solar fotovoltaica
Biogás
1%
1%
Solar termoeléctrica
1%
Eólica
38%
Hidráulica > 50MW
22%
Hidráulica (10 - 50 MW)
6%
Hidráulica (< 10 MW)
6%
R.S.U.
1%
Co-combustión
4%
Centrales de biomasa
8%
Biomasa
12%
Producción estimada total 2010: 102.259
GWh
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Situación: DEBATE
 Plan 2010 viable
 Incremento Bioenergía en energía primaria /
secundaria  ahorro
 Apoyos suficientes?
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Canarias 1. Agrícolas
T a b la 2 . P ro d u cció n e stim a d a d e re sid u o s p ro ce d e n te d e
to m a te ra y p la ta n e ra (a ñ o 2 0 0 0 )
Is la
G R A N C A N A R IA
T E N E R IF E
LANZARO TE
5 0 .4 7 0
1 3 0 .0 0 0
1 6 .7 0 0
FUERTEVENTURA
1 .0 0 0
E L H IE R R O
3 .0 0 0
LA PALM A
4 0 .0 0 0
LA G O MERA
1 0 .0 0 0
T O T A L IS L A S
Fte. Informe ITC
t/a ñ o
2 5 1 .1 7 0
Canarias 2. Forestales
Tabla 4. Generación de residuos forestales (año 2000)
Isla
Gran Canaria
Tenerife
Lanzarote
Fuerteventura
El Hierro
La Palma
La Gomera
Total Islas
Fte. PIRCAN
t/año
16.500
48.700
0
0
6.800
34.200
11.900
118.100
Canarias 3. Ganaderos
Tabla 7. Generación anual de residuos ganaderos por especie
Isla
GRAN CANARIA
TENERIFE
LANZAROTE
FUERTEVENTURA
EL HIERRO
LA PALMA
LA GOMERA
TOTAL ISLAS
Fte. PIRCAN
Vacuno
(t/año)
70.730
14.381
730
0
0
0
0
85.841
Porcino
(t/año)
42.883
16.258
0
0
0
2.613
0
61.754
Avícola
(t/año)
41.752
50.902
0
0
0
0
0
92.654
Canarias 4. FORSU
Tabla 8. Generación de la fracción orgánica de RSU (t/año)
Isla
GRAN CANARIA
235,103
167.613
TENERIFE
149,718
119.827
LANZAROTE
35,517
21.035
FUERTEVENTURA
19,909
27.705
1,901
1.201
12,710
7.495
4,797
3.058
459,655
347.934
EL HIERRO
LA PALMA
LA GOMERA
TOTAL ISLAS
Fte. PIRCAN
PIRCAN (1999)
Consejería de
Política Territorial y
Medio Ambiente
(2001)
Canarias 5. Lodos
Tabla 9. Generación de lodos de depuradora
Isla
Producción
t/año
GRAN CANARIA
9.633
24%
TENERIFE
7.500
29%
LANZAROTE
2.900
22%
FUERTEVENTURA
1.053
22%
EL HIERRO[1]
LA PALMA
LA GOMERA
TOTAL ISLAS
[1]
sequedad
Actualmente existen dos plantas depuradoras, pero ninguna está en operación.
Fte. PIRCAN
0
-
8.242
3%
626
33%
29.954
Canarias 6. Resumen
Tabla 16. Comparación de resultados de potencial energético
TIPO DE BIOMASA
Potencial
teórico bruto
(tep/año)
Potencial
teórico viable
(tep/año)
Objetivo Plan de
Fomento 2010
(tep/año)
Residual agrícola
50.234
7.535
1.399
Residual forestal
43.697
6.555
0
1
ND
7.246
93.931
14.090
8.645
5.270
801
19.315
752
Industrias agrícolas y forestales
Total biomasa residual
Residual ganadera
Fracción orgánica RSU
Fte. PIRCAN
ND
Canarias 7. Resumen
Tipo de tecnología
Biomasa empleada
Situación en Canarias (Ver PIRCAN)
Digestión
anaerobia:
producción de biogás
Residual agrícola
Residual ganadera
Industria agroalimentaria
Lodos EDAR
Fracción orgánica de los RSU
Planta en operación de 30 kW en hotel de Fuerteventura
Instalaciones no operativas en EDAR de gran tamaño
Planta de 2 MW en Zonzamas (Lanzarote) (operativa para el
2004)
Planta en Salto del Negro (Gran Canaria) (prevista en el
PIRCAN)
Posibilidades de plantas pequeñas en Gran Canaria y Tenerife
para los residuos ganaderos
Producción de compost
Residual agrícola
Residual ganadera
Lodos EDAR
Fracción orgánica de los RSU
Planta prevista en Fuerteventura para 25.000 t/año
Planta prevista en Gran Canaria para 100.000 t/año
Planta prevista en Tenerife para 200.000 t/año
Planta prevista en La Gomera para 5.000 t/año
Planta prevista en La Palma para 15.000 t/año
Planta prevista en El Hierro para 2.000 t/año
Gasificación: producción de
gas de síntesis
Residual forestal
Residual de industrias forestales
Lodos EDAR
Experiencia en pequeña planta piloto (10 kW?), actualmente
no operativa.
Fermentación
alcohólica:
Producción de bioetanol
Producción de éter (derivado
del bioetanol)
Cultivos energéticos
Residual agrícola
Potencial por analizar
Producción de biodiesel
Cultivos energéticos
Aceites orgánicos
Potencial por analizar
Biogás acumulado en vertederos
Instalaciones previstas: Arico, Tenerife (2 x 670 kW), Salto
del Negro y Juan Grande (Gran Canaria) y Zonzamas
(Lanzarote)
Extracción
vertedero
de
Fte. PIRCAN
gas
de
Canarias 8. DEBATE
 El problema del agua y del suelo
 El sector primario en progresivo declive
 85 % alimentos importados
 Incremento de generación de residuos
 Generación de biomasa residual limitada
y muy dispersa
 Gran dependencia energética
Fte. PIRCAN
Futuro 1. Plan Fomento Biomasa.
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Futuro 2. Plan Fomento Biogás.
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Futuro 3. Plan Fomento Biocarburantes.
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Futuro 4. Plan Fomento. Electricidad
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Futuro 5. Plan Fomento. Medidas
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Futuro 6. Innovación tecnológica
Biomasa
 Producción
 Caracterización física y energética
 Promoción cultivos energéticos
 Mejora recogida y suministro
 Aplicación
 Mejora sistemas de manejo y alimentación
 Desarrollo nuevas calderas, gasificadores, sistemas
limpieza gases
 Adaptación de turbinas y motores de gas
 Sistemas de climatización con biomasa
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Futuro 7. Innovación tecnológica
Biogás
 Mejora eficiencia en producción,
depuración y limpieza
 Sistemas de codigestión
 Inyección de biogás en red de GN
 Avances en instalaciones de pequeña
producción de residuos
 Mejoras en rendimiento de motores
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Futuro 8. Biocarburantes
 Producción
 Mejora tec. En recogida, acondimionamiento,
transporte, almacenamiento
 Bioetanol: selección de nuevas variedades
vegetales adecuadas
 Biodiésel: búsqueda y selección de especies
oleaginosas más adaptadas a las características
locales
 Aplicación
 Producción a partir de lignocelulósicos, semillas,
grasas animales
 Experiencias de demostración de larga duración
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Futuro. RESUMEN
 Importante incrementos (reales?)
 Importancia de los cultivos energéticos
(38 %) (Biodiesel !)
 Biogás a partir de FORSU y lodos
 Muchas cuestiones técnicas por
desarrollar para mejorar la producción
y uso los recursos bioenergéticos
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CONCLUSIONES
 Gran heterogeneidad
 Recursos (forestales, agrícolas, industriales, urbanos, cultivos…)
 Aplicaciones (calefacción, cogeneración, electricidad, transporte)
 Tecnologías (gasificación, digestión, fermentación,
esterificación...)
 Factores afectados (sociales, ambientales, económicos)
 Muchas administraciones implicadas (MA, Agricultura…)
 El problema del suministro y del almacenamiento
 Costes todavía elevados
 el pb de la escala
 Primas insuficientes
 Importancia del biodiesel y de los residuos orgánicos de
origen urbano
 Debate social (competencia con alimentos)
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PROBLEMA 1
Una granja esta formada por 500 vacas y 1000 gallinas. Calcular:
1. La producción diaria de biogás en metros cúbicos
2. ¿Cuánta energía (en MJ) se produce diariamente?
3. Si ese biogás se quema en un motor, ¿cuánta electricidad diaria
se puede producir? (Considerar un rendimiento del 18%)
4. Calcular la potencia del motor suponiendo que se emplea 16
hrs./día.
5. Si la electricidad generada se emplea en poner en marcha una
desaladora de ósmosis inversa, de un consumo de 5 kWh/m3;
valorar la producción diaria de agua dulce.
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PROBLEMA 2
¿Cuántos metros cuadrados de remolacha tendría que
cultivar un agricultor para accionar su vehículo (con un
consumo anual de gasolina de aproximadamente 2000 l)
con etanol?
DATOS:
Concentración de etanol en el combustible mezcla: 20%
Contenido de azúcar de la remolacha: 15 %
Cosecha: 10 t de remolachas/ha
Producción de etanol: 450 litros por cada tonelada de
glucosa (azúcar)
Fte. www.idae.es
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El papel de los bosques como sumideros de CO2. El caso …