BioenergíaLa bioenergía o energía de biomasa es un tipo de energía renovable procedente del aprovechamiento de la materia orgánica e industrial formada en algún proceso biológico o mecánico, generalmente es sacada de los residuos de las sustancias que constituyen los seres vivos (plantas, animales, entre otros), o sus restos y residuos. El aprovechamiento de la energía de la biomasa se hace directamente (por ejemplo, por combustión), o por transformación en otras sustancias que pueden ser aprovechadas más tarde como combustibles o alimentos.

En su más estricto sentido es un sinónimo de biocarburantes (combustibles derivados de fuentes biológicas). En su sentido más amplio abarca también la biomasa, el material biológico utilizado como biocombustible, así como la situación social, económica, científica y técnica relacionada con la utilización de fuentes de energía biológica. Hay una ligera tendencia a favor de la bioenergía en Europa, en comparación con los biocarburantes en América del Norte.

Origen de la energía de la biomasaUna 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 materia orgánica con un mayor contenido energético que las sustancias minerales. De este modo, cada año se producen 2x1011 toneladas de materia orgánica seca, con un contenido de energía equivalente a 68000 millones de tep (toneladas equivalentes de petróleo), que equivale aproximadamente a cinco veces la demanda energética mundial.2 A pesar de ello, su enorme dispersión hace que sólo se aproveche una mínima parte de la misma. 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)

Biomasa como energía alternativa

En todos estos procesos hay que analizar algunas características a la hora de enjuiciar si el combustible obtenido puede considerarse una fuente renovable de energía:

Emisiones de CO2 (dióxido de carbono). En general, el uso de biomasa o de sus derivados puede considerarse neutro en términos de emisiones netas si solo se emplea en cantidades a lo sumo iguales a la producción neta de

biomasa del ecosistema que se explota. Tal es el caso de los usos tradicionales (uso de los restos de poda como leña, cocinas de bosta, etc.) si no se supera la capacidad de carga del territorio. En los procesos industriales, puesto que resulta inevitable el uso de otras

fuentes de energía (en la construcción de la maquinaria, en el transporte de materiales y en algunos de los procesos imprescindibles, como el empleo de maquinaria agrícola durante el cultivo de materia prima), las emisiones producidas por esas fuentes se contabilizan como emisiones netas. En procesos poco intensivos en energía pueden conseguirse combustibles con emisiones netas significativamente menores que las de combustibles fósiles comparables. Sin embargo, el uso de procesos inadecuados (como sería la destilación con alambique tradicional para la fabricación de orujos) puede conducir a combustibles con mayores emisiones.

Hay que analizar también si se producen otras emisiones de gases de efecto invernadero. Por ejemplo, en la producción de biogás, un escape accidental puede arruinar completamente el balance cero de emisiones, puesto que el metano tiene un potencial 21 veces superior al dióxido de carbono, según el IPCC.

Tanto en el balance de emisiones como en el balance de energía útil no debe olvidarse la contabilidad de los inputs indirectos de energía, tal es el caso de la energía incorporada en el agua dulce empleada. La importancia de estos inputs depende de cada proceso, en el caso del biodiesel, por ejemplo, se estima un consumo de 20 kilogramos de agua por cada kilogramo de combustible: dependiendo del contexto industrial la energía incorporada en el agua podría ser superior a la del combustible obtenido.3

Si la materia prima empleada procede de residuos, estos combustibles ayudan al reciclaje. Pero siempre hay que considerar si la producción de combustibles es el mejor uso posible para un residuo concreto.

Si la materia prima empleada procede de cultivos, hay que considerar si este es el mejor uso posible del suelo frente a otras alternativas (cultivos alimentarios, reforestación, etc). Esta consideración depende sobre manera de las circunstancias concretas de cada territorio.

Algunos de estos combustibles (bioetanol, por ejemplo) no emiten contaminantes sulfurados o nitrogenados y casi no liberan partículas sólidas, pero otros sí (por ejemplo, la combustión directa de madera).

Biomasa y sus tipos

Se distinguen varios tipos de biomasa, según la procedencia de las sustancias empleadas, como la biomasa vegetal, relacionada con las plantas en general (troncos, ramas, tallos, frutos, restos y residuos vegetales,etc.); y la biomasa animal, obtenida a partir de sustancias de origen animal (grasas, restos, excrementos, etc.). Otra forma de clasificar los tipos de biomasa se realiza a partir del material empleado como fuente de energía.

Natural

Es aquella que abarca los bosques, árboles, matorrales, plantas de cultivo, etc. Por ejemplo, en las explotaciones forestales se producen una serie de residuos o subproductos, con un alto poder energético, que no sirven para la fabricación de muebles ni papel, como son las hojas y ramas pequeñas, y que se pueden aprovechar como fuente energética.

Los residuos de la madera se pueden aprovechar para producir energía. De la misma manera, se pueden utilizar como combustible los restos de las industrias de transformación de la madera, como los aserraderos, carpinterías o fábricas de mueble y otros materiales más. 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 loschopos u otras plantas específicas. A veces, no se suelen incluir en la energía de la biomasa que queda restringida a la que se obtiene de modo secundario a partir de residuos, restos, etc.

Los biocarburantes son combustibles líquidos que proceden de materias agrícolas ricas en azúcares, como los cereales (bioetanol) o de grasas vegetales, como semillas de colza o girasol de calabaza (biodiésel). Este tipo también puede denominarse como “cultivos energéticos”. El bioetanol va dirigido a la sustitución de la gasolina; y el [biodiesel] trata de sustituir al gasóleo. Se puede decir que ambos constituyen una alternativa a los combustibles tradicionales del sector del transporte, que derivan del petróleo.

Residual

Es aquella que corresponde a los residuos de paja, aserrín, estiércol, residuos de mataderos, basuras urbanas, etc. El aprovechamiento energético de la biomasa residual, por ejemplo, supone la obtención de energía a partir de los residuos de madera y los residuos agrícolas (paja, cáscaras, huesos...), las basuras urbanas,

los residuos ganaderos, como purines o estiércoles, los lodos de depuradora, etc. Los residuos agrícolas también pueden aprovecharse energéticamente y existen plantas de aprovechamiento energético de la paja residual de los campos que no se utiliza para forraje de los animales.

Los residuos ganaderos, por otro lado, también son una fuente de energía. Los purines y estiércoles de las granjas de vacas y cerdos pueden valorizarse energéticamente por ejemplo, aprovechando el gas (o biogás) que se produce a partir de ellos, para producir calor yelectricidad. Y de la misma forma puede aprovecharse la energía de las basuras urbanas, porque también producen un gas o biogas combustible, al fermentar los residuos orgánicos, que se puede captar y se puede aprovechar energéticamente produciendo energía eléctrica y calor en los que se puede denominar como plantas de valorización energética de biogas de vertedero.

Biomasa seca y húmeda

Según la proporción de agua en las sustancias que forman la biomasa, también se puede clasificar en:

Biomasa seca: madera, leña, residuos forestales, restos de las industrias madereras y del mueble, etc.

Biomasa húmeda: 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 se puede ser sometida para obtener la energía pretendida.

BIOMASA RESIDUAL SECA

Contraria a la biomasa natural, en este caso si hay intervención directa del hombre en su producción. Se trata de todos los residuos que se obtienen de las diferentes actividades agrícolas y forestales y que en muchos casos se les ha considerado como desperdicio o basura, pero que tienen la característica especial, de que es utilizada para la generación de energía, tanto térmica como eléctrica, por medio de su combustión.

La biomasa residual seca se puede dividir en 3 subgrupos: biomasa residual forestal, biomasa residual agrícola y residuos de industrias agroalimentarias o de  transformación de la madera. Dentro del primer subgrupo, se encuentran los restos de las principales actividades silvícolas (podas, raleos), hasta los restos de

ramas tras la corta final en los aprovechamientos forestales. En el caso de la biomasa residual agrícola, se pueden considerar los restos de los cultivos tales como el maíz, trigo, frijol, y arroz, entre otros, después de obtener el producto principal como lo es el grano; así como también los desombres de café y cacao, y las podas de frutales. En el último subgrupo se encuentran los restos de actividades agroalimentarias y forestales como lo son, la pulpa del beneficiado de café, el bagazo de la caña de azúcar, y la lepa y el aserrín en el caso de los aserraderos. 

Un aspecto a tomar muy en cuenta a la hora de trabajar con biomasa residual seca, es que la misma se encuentre lo más cerca posible de su lugar de utilización, ya que aspectos como el transporte de la misma, pueden convertirse en gastos extras que la hagan poco viable.

Aunque se le llame biomasa residual seca, ésta contiene cerca del 40% de humedad, lo que conlleva a una baja eficiencia en el proceso de obtención de energía, ya que se debe utilizar una buena cantidad de energía para reducir esta humedad hasta un 10% y a partir de allí, poder obtener la energía neta que se va a producir.

Los tratamientos que conlleva el aprovechamiento de este tipo de biomasa, empiezan con el secado de la misma, para su posterior astillado, triturado y tamiz, con lo cual se hace ingresar a una caldera en donde se incinera y produce el calor suficiente para la producción de vapor de agua. Este vapor, hace funcionar una turbina que se encuentra conectada a un generador eléctrico con el cual se genera electricidad. En muchos casos, la energía que se produce es solamente calórica, que se utiliza para calefacción de viviendas, para calefacción de agua domiciliar, para la cocción de alimentos, o para procesos industriales como la fundición de metales.

BIOMASA RESIDUAL HUMEDA

Se le denomina biomasa residual húmeda a todos aquellos flujos residuales de origen orgánico resultantes de la actividad humana o animal, los cuales se pueden dar en las ciudades (agua residual urbana), industrias (residuos industriales biodegradables) e instalaciones agropecuarias (residuos ganaderos). También se puede citar a los desechos sólidos urbanos (basura orgánica) que por su alto contenido de humedad son tratados mediante procesos biológicos. (Si a los desechos sólidos urbanos, se les da un tratamiento previo de secado, pasan a formar parte del grupo de la biomasa residual seca).

La biomasa residual húmeda, por su alto contenido de materia orgánica puede llegar a considerarse contaminante; ya que en su proceso de descomposición generan metano (CH4) y Dióxido de Carbono (CO2). La contaminación que este tipo de biomasa produce no es debida solamente a la generación de esos compuestos indicados anteriormente, sino que al momento de ser vertida a los ríos o lagos, los microorganismos que la descomponen, utilizan el oxígeno disuelto en los mismos afectando al resto del ecosistema acuático; además, por las altas concentraciones de Nitrógeno producto de la formación de metano, se puede dar un crecimiento elevado de algas, el cual contribuye también al consumo del oxígeno disuelto, causando la muerte de otros seres vivos. El proceso de degradación de la materia orgánica presente en la biomasa puede darse en presencia de oxígeno (degradación aerobia) o en total ausencia del mismo (degradación anaerobia). En este último caso, se da una gran cantidad de reacciones complejas, llevadas a cabo por diferentes especies de bacterias que producen al final dos productos principales: más microorganismos y gas, denominándosele a este último Biogás.

El biogás generado a partir de procesos de degradación de la materia orgánica de la biomasa residual húmeda se puede utilizar directamente como combustible en las industrias, o como combustible principal para la generación de energía eléctrica, al hacer funcionar las turbinas que se encuentran acopladas a generadores eléctricos.

Un caso práctico de la utilidad de este tipo de biomasa, es el proyecto de recuperación del vertedero de Valdemingómez en Madrid, España, en el cual, en una superficie de 110 hectáreas se formó una colina de 30 m de altura, acumulando 21.3 millones de toneladas de basura durante un período de 22 años. El proyecto consiste en la utilización del biogás generado en el vertedero, con lo cual se prevé la generación de 1,145 GWh (Giga watios hora) a lo largo de 16 años, con lo cual se puede cubrir el consumo del alumbrado público de toda la capital española.

En Guatemala se cuenta con el Relleno Sanitario de la zona 3, así como gran cantidad de grandes vertederos municipales o clandestinos en el interior de la república, de los que se puede aprovechar todo ese gas que se produce y que de otra forma, se va directamente a la atmósfera, contaminando el ambiente y generando enfermedades respiratorias.

CULTIVOS ENERGETICOS

Los cultivos energéticos son plantaciones de crecimiento rápido que se realizan con el propósito específico de producir energía en alguna de sus tipologías: térmica, eléctrica o mediante su transformación en biocarburantes. Tienen como premisa la obtención de forma rentable de la máxima cantidad neta posible de energía, lo que significa que los balances de energía y económicos netos del producto deben ser positivos. El cultivo y la manipulación deben ser compatibles con las características de la zona de producción, no deben requerir para su cultivo maquinaria ni útiles diferentes a los de los cultivos tradicionales. Ser especies perennes y vivaces, con capacidad rebrotadora, presentar una alta resistencia soportando con mínimos cuidados la competencia de malas hierbas y el ataque de plagas. Deben poseer una alta eficiencia fotosintética y un ciclo vegetativo lo más largo posibleLa producción de cultivos energéticos en España debe intentar maximizarse en paralelo a la consecución de los objetivos recogidos en el Plan de Energías Renovables 2005- 2010 (PER). En el caso concreto de los biocarburantes, el PER aspira a que cubran el 5,83% del mercado de carburantes en el año 2010. Para ello, se estima que podrían llegar a cultivarse en España algo más de 1,3 millones de hectáreas, de las que el 30% se destinaría a cultivos de colza para hacer biodiésel y el resto, básicamente, a cereales para la industria del bioetanol. El PER, dentro de sus propuestas de I+D, incluye el desarrollo de un Programa de Promoción de los Cultivos Energéticos que incluya la selección y mejora de especies, además del desarrollo de técnicas para el aprovechamiento de material lignocelulósico para la producción de biocarburantes.

BiocarburanteUn biocarburante o biocombustible es una mezcla de sustancias orgánicas que se utiliza como combustible en los motores de combustión interna. Deriva de la biomasa, materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía.

Para muchos autores,1 lo correcto para referirse a este tipo de combustibles es hablar de agrocombustibles, el prefijo "bio-" se utiliza en toda la UE para referirse a los productos agrícolas en cuya producción no intervienen productos de síntesis. La palabra biocombustible, por lo tanto, se presta a confusión y dota al término de unas connotaciones positivas de las que carece.

Para la obtención de los biocarburantes se pueden utilizar especies de uso agrícola tales como el maíz o la mandioca, ricas en carbohidratos, o plantas oleaginosas como la soja, girasol y palmas. También se pueden emplear especies forestales como el eucalipto y los pinos.

Al utilizar estos materiales se reduce considerablemente el dióxido de carbono que es enviado a la atmósfera terrestre ya que estos materiales lo van absorbiendo a medida que se van desarrollando, mientras que emiten una cantidad similar que los carburantes convencionales en el momento de la combustión.

En Europa, Argentina y Estados Unidos ha surgido diversa normativa que exige a los proveedores mezclar biocombustibles hasta un nivel determinado. Generalmente los biocombustibles se mezclan con otros combustibles en cantidades que varían del 5 al 10%.

Los combustibles de origen biológico pueden sustituir parte del consumo en combustibles fósiles tradicionales, como el petróleo o el carbón.

Los biocarburantes más usados y desarrollados son el bioetanol y el biodiésel.

El bioetanol, también llamado etanol de biomasa, por fermentación alcohólica de azúcares de diversas plantas como la caña de azúcar, remolacha o cereales. En 2006, Estados Unidos fue el principal productor de bioetanol (36% de la producción mundial), Brasil representa el 33,3%, China el 7,5%, la India el 3,7%, Francia el 1,9% y Alemania el 1,5%. La producción total de 2006 alcanzó 55 mil millones de litros.2

El biodiésel, se fabrica a partir de aceites vegetales, que pueden ser ya usados o sin usar.3 En este último caso se suele usar colza, canola, soja ojatrofa, los cuales son cultivados para este propósito. El principal productor de biodiésel en el mundo es Alemania, que concentra el 63% de la producción. Le sigue Francia con el 17%, Estados Unidos con el 10%, Italia con el 7% y Austria con el 3%.

Instalaciones de aprovechamiento de la energía de la biomasa

Podemos encontrar desde instalaciones 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, etc.).

Desventajas

Quizá el mayor problema que pueden generar estos procesos es la utilización de cultivos de vegetales comestibles (sirva como ejemplo el maíz, muy adecuado para estos usos), o el cambio de cultivo en tierras, hasta ese momento dedicadas a la alimentación, al cultivo de vegetales destinados a producir biocombustibles, que los países ricos pueden pagar, pero a costa de encarecer la dieta de los países más pobres, aumentando el problema del hambre en el mundo.

Su incineración puede resultar peligrosa y producir sustancias tóxicas. Por ello se deben utilizar filtros y realizar la combustión a temperaturas mayores a los 900 °C.

No existen demasiados lugares idóneos para su aprovechamiento ventajoso. Al subir los precios se financia la tala de bosques nativos que serán

reemplazados por cultivos de productos con destino a biocombustible.

La biomasa en Colombia gana viabilidad con la nueva ley de renovables

La biomasa en Colombia puede ser una gran oportunidad ante la nueva Ley de promoción de energías renovables. El nuevo contexto permitirá usar la biomasa residual y de cultivos energéticos para aportar calor de autoconsumo y hasta ofrecer electricidad renovable a la red.

El sector eléctrico en Colombia está mayormente dominado por generación de energia hidraulica (64% de la producción) y generación térmica (33%). No obstante, el gran potencial del país en nuevas tecnologias de energia renovable (principalmente eolica, solar y biomasa) apenas si ha sido explorado.

El sector eléctrico en Colombia está mayormente dominado por generación de energia hidraulica (64% de la producción) y generación térmica (33%). No obstante, el gran potencial del país en nuevas tecnologias de energia renovable (principalmente eolica, solar y biomasa) apenas si ha sido explorado.

El Marco Regulatorio para las Energías Renovables, consiste en reformas al Reglamento de la Ley General de Electricidad, que incentivará la generación de energía eléctrica utilizando recursos renovables en plantas conectadas a la red del distribuidor y sin condiciones de participar en el Mercado Mayorista de Electricidad.

Las centrales de biomasa para electricidad ya son muy viables comercialmente en todo el mundo

La ley de 2001 diseñada para promover energías alternas carece de disposiciones clave para lograr este objetivo, como, por ejemplo feed-in tariffs, y hasta ahora ha tenido muy poco impacto. Las grandes plantas de energía hidráulicay térmica dominan los planes de expansión actuales. La construcción de una línea de transmisión con Panama, que enlazará a Colombia con Centroamérica, ya está en marcha.

Algunos beneficios claros que prevé la ley de Colombia:

1. Fondo Nacional para financiar parcial o totalmente programas y proyectos con energías renovables

2.3. Se fijan incentivos a la investigación y desarrollo e inversión (hasta 50% de

la renta durante 5 años).4. Incentivo impositivo con el IVA (exclusión de IVA para equipos, maquinaria,

servicios nacionales o importados, etc)5. Incentivos arancerlarios en la importación de tecnología.6. Incentivos contable (depreciación acelerada de equipos).

Colombia tiene un gran potencial en biomasa de residuos agrícolas (banano, cascarilla de arroz, pulpa de café, y desperdicios de animales) pero se están realizando estudios con el bagazo de caña, puesto que este produce 1,5 millones

de toneladas anuales. También se está estudiando la cascarilla de arroz que produce 457.000 toneladas al año. El potencial energético de la biomasa anual está estimado cerca de los 16 GWh, mucho menos que el 0.1% de la producción eléctrica actual. El potencial está distribuido como sigue:

11,828 MWh/año de residuos agrícolas. 2,649 MWh/año de bioetanol. 698 MWh/año de los residuos de las zonas forestales naturales. 658 MWh/año de biodiesel. 442 MWh/año de los residuos de bosques plantados.

La biomasa residual y los “cultivos para energía”

En Colombia existen diversas zonas con potencial para aprovechamiento de residuos para calor y electricidad así como para producir pellets u otros materiales de interés. Literalmente, existen millones de hectáreas con alto potencial para una infinidad de alternativas incluyendo aquellos cultivos con sinergias para el sector azucarero como el pasto elefante pero también muchos cultivos leñosos de rápido crecimiento y plantaciones mixtas agroforestales de alta sostenibilidad que permiten la diversificación del riesgo empresario.

Utilizar biomasa sólida para generar calor y electricidad tiene enormes ventajas ya que el usuario puede “independizarse” de los precios de los combustibles y las tarifas que se esperan suban en casi todo el planeta. Por otra parte, los gobiernos, como en el caso de Colombia cada día tienden a dejar el subsidio a la energía fósil y le dan atención al fomento de las energías renovables. Entre ellas, una de las viables en América Latina es la biomasa.

La producción de electricidad con biomasa en Colombia requiere actualmente inversiones del orden de 1700 U$D por los cuales con la presente ley se podrán disminuir muy significativamente. En caso de realizarse co-generación (aplicación térmica y eléctrica) los beneficios son claramente mayores tanto en ahorro de emisiones como en menor costo de la electrcidad producida.