Bioenergía o energía de la biomasa, una energía renovable pero no limpia

La humanidad ha utilizado durante miles de años la bioenergía o energía de biomasa como fuente principal de energía, la cual está siendo ahora implementada a gran escala. La biomasa se trata de una energía renovable, pero no es limpia. En este artículo, os la explicamos al completo, desde cómo se obtiene hasta sus ventajas e inconvenientes.

¿Qué es la biomasa?

El término “biomasa” puede hacer referencia a la materia total de los seres vivos de un lugar determinado, expresada en peso por unidad de área o de volumen; o a la materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, acumulada en un individuo, nivel trófico, población o ecosistema, la cual es utilizable como fuente de energía; y esta segunda acepción es la que nos incumbe en este artículo.

Así pues, una parte de la energía que llega a la Tierra procedente del Sol, es absorbida por las plantas, a través de la fotosíntesis, y convertida en biomasa con un mayor contenido energético, la cual puede ser transferida al resto de la cadena trófica si las plantas son ingeridas por un herbívoro.

En la directiva del Parlamento Europeo de 2009, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, se define esta biomasa como la “fracción biodegradable de los productos, desechos y residuos de origen biológico procedentes de la agricultura (incluidas las sustancias de origen vegetal y de origen animal), de la silvicultura y de las industrias conexas, incluidas la pesca y la acuicultura, así como la fracción biodegradable de los residuos industriales y municipales”, la cual es materia prima para la producción de bioenergía en sus diferentes formas: energía eléctrica, energía térmica y biocombustibles.

La biomasa incluye todo tipo de materias vegetales, grasas y otros despojos de procedencia animal, materia orgánica contenida en aguas residuales y todo deshecho de origen biológico.

Entre las formas de biomasa más destacables por su aprovechamiento energético destacan los combustibles energéticos (caña de azúcar, remolacha, etc.) y los residuos (agrícolas, forestales, ganaderos, urbanos, lodos de depuradora y computadoras, plantas). No obstante, la biomasa agrícola, de madera, residuos y estiércol continúa siendo la fuente principal de energía y materia útil en países poco industrializados.

Cabe indicar que el stock o cantidad almacenada calculada de biomasa terrestre, es de unos 2000Gt. Sin embargo, una utilización “sostenible” de la biomasa para el uso energético, no debería recurrir a este stock, sino al flujo anual de la producción de biomasa. En general, con lo que desechamos en forma de basura, ya tendríamos muchísima energía a nuestra disposición.

Tipos de biomasa

Según la procedencia de sus sustancias, se distinguen dos tipos principales de biomasa:

• Biomasa natural: Esta puede ser vegetal o animal. Pueden ser desechos de agricultura (huesos de aceituna, cáscaras de frutos secos, restos de poda de vid…), restos de madera, o grasas y excrementos de animales, incluso se está investigando el uso de algas. Hay que tener en cuenta que parte de la madera aprovechada para generar energía de biomasa, son desechos y restos de la explotación de madera para otros fines. Así, se queman ramas, árboles muertos y tocones, así como las partes de las plantas de las que extraemos alimento pero que no son comestibles. Los “cultivos energéticos” son otra forma de biomasa consistente en cultivos o plantaciones que se hacen con fines exclusivamente energéticos, es decir, para aprovechar su contenido de energía. Entre este tipo de cultivos tenemos, por ejemplo, árboles como los chopos u otras plantas específicas. Y por otro lado, también se engloba dentro de la energía de biomasa, los biocombustible o biocarburantes, ya que se produce con materia orgánica. Para ello, se utilizan plantas que tienen azúcares, los cuales pueden ser fermentados para producir un alcohol denominado bioetanol (para sustituir a la gasolina), o bien plantas que producen aceite, lo que permite crear biodiesel (para sustituir al gasóleo).

• Biomasa Residual: Es aquella que corresponde a los residuos de paja, serrín, estiércol, residuos de mataderos, basuras urbanas, lodos de depuradoras, etc. En concreto, el gas de los purines y estiércoles de animales, así como el de la descomposición de residuos orgánicos, es muy valorado para generar Biogás o energía biogás, para producir calor o electricidad, en las denominadas plantas de valorización energética de biogás.

Por otra parte, según la proporción de agua en las sustancias que forman la biomasa, también se puede hacer la siguiente clasificación de la biomasa:

• Biomasa seca: incluye la madera, leña, residuos forestales, restos de las industrias madereras y del mueble, etc.
• Biomasa húmeda: incluye residuos de la fabricación de aceites, lodos de depuradora, purines, etc.

Esto tiene mucha importancia respecto del tipo de aprovechamiento y los procesos de transformación a los que puede ser sometida la biomasa para obtener energía.

¿Qué es la energía de la biomasa o bioenergía?

La energía de la biomasa es la que se obtiene de la materia orgánica mediante su combustión o transformación en otros combustibles, como alcohol, metano o aceite, para ser aprovechada como fuente energética en forma de calor o electricidad. Este proceso también se conoce como bioenergía, el cual comienza con el almacenamiento de la energía en las plantas a través de la fotosíntesis, y forma parte de la bioenergética, la cual se encarga del estudio de los procesos de absorción, transformación y entrega de energía en los sistemas biológicos.

Técnicamente, la energía de la biomasa se considera renovable, ya que el uso de las plantas para su quema puede ser repuesto con nuevos cultivos, siempre y cuando se tome la precaución de establecer un equilibrio entre el crecimiento de  la biomasa y las deducciones por el uso de su energía. Sin embargo, como hemos dicho, la obtención de la energía de biomasa se realiza mediante quema directa, lo que ocasiona la emisión de gases contaminantes y de efecto invernadero, como el CO₂ y el óxido de nitrógeno, a la atmósfera.

¿Cómo se produce la biomasa y la energía de la biomasa?

La biomasa es formada en algún proceso biológico o mecánico. Generalmente, se obtiene de las sustancias que constituyen los seres vivos o sus restos y residuos.

El aprovechamiento de la energía de la biomasa se puede hacer directamente, por ejemplo, por combustión, o indirectamente, por transformación en otras sustancias que pueden ser aprovechadas más tarde, como los combustibles.

En el caso de los combustibles, existen cuatro tipos de procesos para su obtención, según sean sólidos, líquidos o gaseosos:

1. Procesos termoquímicos: se basan en la descomposición térmica de la biomasa, en ausencia o carencia de oxígeno, a través de procesos como la combustión, pirólisis o gasificación. Como resultado, se obtienen productos tales como vapor de agua, syngas y bio-oil. En este caso, la energía contenida en la biomasa seca es más fácil de aprovechar con estos procesos para obtener calor para calefacciones o calderas, o electricidad.
2. Procesos mecánicos: consisten en la transformación física de la biomasa, con el objeto de producir combustibles homogéneos y de mayor densidad, como los pellets.
3. Procesos químicos: involucran reacciones químicas como la esterificación de ácidos grasos, que permite la transformación de grasas o aceites (animal y vegetal) en un combustible líquido conocido como biodiésel. Se usan más para la biomasa húmeda.
4. Procesos biológicos: consisten en la degradación de biomasa por acción de microorganismos o de enzimas. Como resultado, se puede obtener biogás, bioetanol u otros compuestos resultantes de la acción de bacterias o levaduras. También se realizan más con biomasa húmeda.

Además de estos procesos, en la actualidad, existen tecnologías comerciales ampliamente probadas, como la combustión directa o la digestión anaeróbica, así como otro número importante en etapas de investigación y desarrollo.

No obstante, cabe indicar que en todos estos procesos hay que analizar algunas características para asegurarse de que el combustible obtenido sea una fuente renovable de energía, tales como las emisiones de CO₂, emisiones de otros gases de efecto invernadero en fugas de la producción de biogás, los inputs indirectos de energía como la energía incorporada en el agua dulce utilizada, si la producción de combustibles es el mejor uso posible para un residuo concreto, considerar si ese es el mejor uso del suelo en el caso de utilizar cultivos, y la posible emisión de contaminantes sulfurados o nitrogenados, así como de partículas sólidas a la atmósfera, durante la combustión de los combustibles, como ocurre en la quema de maderas.

Usos de la biomasa y su energía

La humanidad ha utilizado durante miles de años la bioenergía de la biomasa (principalmente en forma de leña) como fuente de energía. A nivel doméstico, pequeños agricultores, indígenas y comunidades rurales utilizan hasta hoy biomasa en todo el mundo para generar la energía que requieren sus propias necesidades domésticas, de manera tradicional y localmente, obteniéndola en las cercanías de sus lugares de residencia.

A nivel industrial, la biomasa puede utilizarse para la obtención de energía eléctrica y térmica o calor, en forma de biomasa sólida, así como también para la obtención de biocombustibles para el transporte, en forma de biomasa líquida (agrocombustibles) y gaseosa (biogás).

Así, a través de la combustión de la biomasa sólida en calderas, se puede generar energía térmica y eléctrica para la producción de agua caliente, calefacción y electricidad. En estas calderas de biomasa, el material se quema poco a poco, lo que genera también cenizas que pueden ser usadas posteriormente como abono. Si se instala un acumulador, se puede almacenar el calor sobrante generado. Además, este tipo de calderas son mucho más eficientes medioambientalmente, seguras y económicas, ya que alcanzan un ahorro de hasta un 75% en comparación con las calderas tradicionales. Asimismo, tienen todas las ventajas de otras calderas: funcionamiento automático, autolimpieza, temporización, carga anual de combustible y alimentación desde un silo o depósito subterráneo.

Así pues, podemos encontrar instalaciones de biomasa de pequeño tamaño para uso doméstico (chimeneas u hogares de leña), de tamaño mediano (digestores de residuos ganaderos en granjas), o de gran tamaño (centrales térmicas que queman residuos agrícolas o forestales para obtener electricidad, o suministrar calefacción a un distrito o ciudad).

Por otra parte, los biocombustibles obtenidos a partir de la biomasa, son a menudo mezclados con otros combustibles en distintas proporciones, 5%, 10% o más, para su uso en el transporte. Como vimos, el biodiesel es un biocombustible líquido alternativo, producido a partir de aceites vegetales o grasas animales de primera o segunda generación (sin o con uso previo). El bioetanol, también llamado etanol de biomasa, es el principal producto obtenido de la fermentación y destilación del almidón contenido en materia orgánica como féculas, cereales y azúcares, previamente extraído por procesos enzimáticos. Y el biogás, también conocido como biometanol, es el producto gaseoso de la descomposición anaeróbica (descomposición sin oxígeno) de la materia orgánica.

¿Qué es una planta de biomasa y cómo funciona una central del biomasa?

Son muchos los países que optan por hacer uso de centrales de biomasa, siendo Europa el principal, con las cinco centrales más grandes del mundo en Inglaterra, Polonia y Finlandia.

Una planta o central de biomasa es el lugar en donde se realizan los procesos necesarios para la transformación de la materia orgánica o biomasa en energía. En el caso particular de la producción de energía eléctrica, la biomasa se puede emplear en centrales de producción eléctrica convencional como un sustituto de los combustibles no renovables empleados habitualmente (carbón, petróleo, gas natural, combustible nuclear).

De forma resumida, el funcionamiento de una central de biomasa es similar al de una central térmica: la biomasa se quema para calentar agua, se produce vapor a alta presión que mueve una turbina, y ésta mueve el generador que produce la energía eléctrica.

Así pues, la biomasa, previamente acondicionada, se lleva a la parrilla de la caldera para su combustión. A continuación, el calor producido hace que el agua que circula por las tuberías de la caldera se convierta en vapor de agua. Este vapor se expande en una turbina que acciona un generador eléctrico, donde se produce la energía eléctrica que, una vez elevada su tensión en los transformadores, se vierte a la red general mediante las líneas de transporte correspondientes. El vapor de agua proveniente de la turbina, es transformado en líquido en el condensador, y de ahí es enviado nuevamente al tanque de alimentación, cerrándose así el circuito principal del agua en la central.

Además del proceso convencional de combustión descrito, la energía presente en la biomasa también se puede aprovechar mediante las tecnologías de pirólisis y gasificación, para producir un gas energético que se emplea como sustituto del combustible convencional para la producción de electricidad.

En cuanto a la popularidad de las centrales de biomasa, Finlandia es el país con mayor consumo de energía de biomasa per cápita de Europa, con 1.490 toneladas de biomasa sólida, tiene un total de siete centrales: la planta AlholmensKraft, de 265MW ubicada en las instalaciones de la fábrica de papel UPM-Kymmene en Alholmen, Jakobstad, que entró en funcionamiento en el 2002 y suministra también 100MW de calor a la papelera y 60MW de calefacción urbana para los habitantes de Jakobstad;  la central de Toppila en Oulu, que es una de las mayores centrales en el mundo que utiliza turba como combustible y cuenta con una capacidad instalada de 210MW de energía eléctrica y 340MW de potencia térmica; la planta de Kymijärvi II, de 160MW de potencia, localizada en la ciudad de Lahti, que se basa en la gasificación y utiliza combustibles sólidos recuperados (CSR) como plástico, papel, cartón y madera, e inició su operación comercial en mayo de 2012 integrando un gasificador que convierte el combustible derivado de residuos en gas combustible; la planta de gasificación de biomasa de Vaasa, de 140MW y que inició su funcionamiento en marzo de 2013; la planta Wisapower que está localizada en las instalaciones de la fábrica de papel de UPM en Pietarsaari, Ostrobothnia, y también dispone de una capacidad de producción eléctrica de 140MW desde su puesta en marcha en 2004, la cual utiliza lejía negra como combustible primario; la planta de biomasa KaukaanVoima localizada en Lappeenranta,  que cuenta con una capacidad eléctrica instalada de 125MW y fue inaugurada en mayo de 2010; y la central de Seinäjoki, que cuenta con una potencia instalada también de 125MW y está localizada en la ciudad de Seinäjoki al sur de Ostrobotnia, y es la más antigua, ya que entró en funcionamiento en el año 1990, produciendo electricidad y calefacción urbana a partir de astillas de madera y turba como combustible principal.

Por otro lado, Reino Unido tiene la mayor planta de biomasa del mundo, y Polonia y Estados Unidos también tienen una cada uno. Así, la planta de biomasa de Ironbridge, localizada en SevernGorge, Reino Unido, con una capacidad de 740MW, utiliza las instalaciones de una antigua central eléctrica de carbón reconvertida desde el año 2013, en la que queman pellets de madera.

La planta de biomasa de Polaniec, con una potencia instalada de 205MW, está situada en el condado de Staszów, al sudeste de Polonia, y es la cuarta planta de energía de biomasa más grande del mundo. La planta entró en operación comercial en noviembre de 2012 y hace uso de subproductos agrícolas y residuos de madera para su funcionamiento.

Y la planta de biomasa Florida Crystals, en la ciudad de South Bay, en el estado de Florida (Estados Unidos), posee una capacidad instalada de 140MW y utiliza la fibra de caña de azúcar (bagazo) y madera urbana reciclada para la generación de electricidad, proveyendo de la energía necesaria para el procesamiento de la caña de azúcar, así como para el suministro de electricidad para alrededor de 60.000 hogares.

¿Cómo comprar biomasa para obtener bioenergía en casa?

A nivel doméstico, es fácil disponer de una caldera para quemar biomasa en casa. Si ya tenéis una, sabréis que podéis utilizar distintos tipos de biomasa, como madera, donde destacan los pellets de madera de pino, y cáscaras y huesos de frutos, como los huesos de aceitunas.

Si por el contrario, no tenéis una caldera de biomasa doméstica pero os estáis planteando adquirir una, debéis de saber que hay una gran variedad de estufas de biomasa para el hogar, como estufas de diseño rústico de bioetanol, lujosas y completas estufas de biomasa, estufas extraplanas pero de gran potencia, estufas de biomasa más compactas y económicas, estufas que queman orujo, cáscara y pellets; y hasta estufas de biomasa para ir de camping.

Asimismo, también podemos encontrar fácilmente piezas de repuesto para estufas de biomasa, como válvulas, portavainas, motores, cestas del quemador, etc., así como también aspiradores de cenizas, los cuales seguro que serán muy útiles.

Energía biomasa: ventajas y desventajas

Como todas las energías renovables ya vistas, la energía de biomasa presenta sus pros y contras, los cuales os contamos a continuación.

Entre las ventajas de la energía de biomasa tenemos que:

• Es una fuente de energía renovable, ya que se produce de forma continua.
• Su producción es barata.
• Ayuda a mantener limpios los bosques, por lo que ayuda a combatir plagas de insectos o plantas invasoras y a la prevención de incendios.
• Contribuye al reciclaje de residuos agrícolas y hasta urbanos.
• Ayuda también a evitar la proliferación de residuos que pueden contaminar el agua o el suelo, al usar residuos animales y vegetales.
• Sus gases emitidos contienen una baja proporción de compuestos de azufre, causantes de la lluvia ácida.
• Sus cenizas originadas como residuo, pueden reutilizarse como abono.
• La bioenergía de la biomasa ofrece un abastecimiento energético con recursos naturales autóctonos, reduciendo la dependencia de combustibles fósiles.
• Facilita el desarrollo económico local, así como fomenta el empleo directo e indirecto dentro de los sectores agrícolas o ganaderos.

Y dentro de los inconvenientes de la energía de biomasa, debemos indicar que:

• La energía de la biomasa no es una energía limpia, ya que produce contaminantes y gases de efecto invernadero, como el CO₂.
• También hay que tener cuidado de no sobreexplotarla para no sobrepasar sus tasa de renovación y que deje de ser sostenible.
• Todavía no existen infraestructuras para la producción y el transporte tan desarrolladas como en otros tipos de energías renovables.
• Muchas calderas de biomasa no tienen el mismo rendimiento que las usadas para producir energía a base de otros tipos de combustibles.
• Algunos de los residuos empleados como biomasa, tienen un alto contenido de humedad, por lo que se necesita realizar un secado previo que requiere infraestructuras especiales.
• En la bioenergía basada en cultivos, se necesitan grandes cantidades de plantas, y por tanto, también de terreno.
• Muchos de los cultivos destinados a la producción de energía son comestibles, lo cual encarece la dieta de los países más pobres, aumentando el problema del hambre en el mundo.
• Al subir los precios se financia la tala de bosques nativos que serán reemplazados por cultivos de productos con destino a biocombustible. Esta destrucción es la fuente más grande de emisiones de CO₂ en el planeta.
• La sobrexplotación a largo plazo de tiene muchos impactos negativos sobre las poblaciones locales, el suelo, el agua y el aire.

En definitiva, la biomasa es una de las energías renovables más antiguas que ha usado el hombre. Hoy en día sigue siendo importante, pero el hecho de que no sea limpia, ni muy eficiente, pone en duda su futuro como fuente de energía destacada.

Fuentes: Wikipedia Biomasa, Wikipedia Bioenergía, Sostenibilidad para todos, y Erenovable.com