TEMA 3. TRANSFORMACIONES DE LA BIOMASA I....

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TEMA 3. TRANSFORMACIONES DE LA BIOMASA

ENERGÍA DE LA BIOMASA ÁREA DE ENERGÍAS RENOVABLES

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I. INTRODUCCIÓN

En este Tema se pretende comentar todos aquellos procesos necesarios para el aprovechamiento energético de la biomasa, desde que ésta se genera hasta que de ella se obtiene la energía mecánica, térmica y/o eléctrica.

Hay que decir que no todas las transformaciones tienen actualmente una viabilidad comercial similar, es decir, unas están más desarrolladas que otras, por lo que la aplicabilidad será mayor en unos casos que en otros, pero en cualquier caso se comentarán. Por tanto, la I+D+i es muy importante sobre todo en aquellos casos en los que haya cierto retraso frente a los otros.

Como se puede analizar a lo largo del presente Tema, las posibilidades que se tienen incluso para un mismo tipo de biomasa son múltiples y muy variadas, por lo que el análisis previo de la misma junto con la finalidad que se persigue, determinará el empleo y la instalación de una tecnología u otra.

II. OBJETIVOS

Los objetivos que se persiguen con este Tema son básicamente los siguientes:

• Conocer los diferentes procesos a los que se tiene que someter

la biomasa para su aprovechamiento energético.

• Para una misma finalidad, valorar la utilización de un sistema u otro en función de parámetros tan diversos como lo son el combustible de partida, el objetivo perseguido, etc.

• Dentro de una misma tecnología, conocer las diferentes alternativas que se tienen disponible y ver cuál de todas ellas se adapta más a las necesidades que se tienen.

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ÁREA DE ENERGÍAS RENOVABLES ENERGÍA DE LA BIOMASA

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III. CONVERSIONES

El conjunto de biomasas comentadas en el Tema anterior son muy heterogéneas, por lo que la tipología y el número de tratamientos a aplicar a cada una de ellas variará ostensiblemente. Además, en este capítulo se estudiarán todas aquellas operaciones que únicamente generan energía de manera directa o indirecta (independientemente que dentro de un tipo determinado existan más procesos que sean importantes, por lo que en este caso se comentarán únicamente de manera breve), así como las que son necesarias antes del aprovechamiento energético oportuno.

3.1. Clasificaciones

Los tipos de tratamientos que se van a considerar en este capítulo se pueden clasificar atendiendo a varios criterios, por lo que se intentará hacer un análisis lo más detallado posible.

3.1.1. Humedad

En primer lugar y partiendo de lo ya comentado en el Tema 1 en el apartado relativo a la clasificación de la biomasa por el contenido en humedad (<10% de humedad se considera biomasa seca y >10% de humedad se considera biomasa húmeda), las conversiones se podrían clasificar de la siguiente manera, reflejado en la tabla 3.1:

Humedad Proceso Producto

resultante Energía obtenida

Seca

Combustión Gas caliente,

carbón vegetal Térmica y/o

eléctrica

Gasificación Gas de síntesis Térmica y/o

eléctrica

Pirólisis Gas,

hidrocarburos, char Mecánica, térmica

y/o eléctrica Seca o

Húmeda Picado, astillado, pelletizado, etc.

Astillas, pellets, etc.

Térmica y/o eléctrica

Húmeda

Hidrólisis Poliazúcares Mecánica

Transesterificación Ésteres metílicos Mecánica, térmica

y/o eléctrica

Fermentaciones Etanol y biogás Mecánica, térmica

y/o eléctrica

Tabla 3.1. Conversiones según el grado de humedad. Fuente: Marcos Martín, F. y elaboración propia.

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Hay que decir que en ocasiones, en procesos termoquímicos como “combustión” y “gasificación”, la humedad de la materia prima es superior al 10% establecido, por lo que hay cierta movilidad independientemente de lo reflejado en la tabla 3.1 que sería la situación general.

3.1.2. Energía obtenida

Partiendo de la tabla 3.1, si se clasifican las conversiones en función de la energía generada (mecánica, térmica y/o eléctrica) y de manera más breve, la clasificación variaría de la siguiente manera reflejado en la tabla 3.2:

Energía obtenida

Proceso Producto


Mecánica Hidrólisis Poliazúcares Mecánica

Mecánica, térmica y/o

eléctrica


y/o eléctrica

Fermentaciones Etanol y biogás Mecánica, térmica

y/o eléctrica

Pirólisis Gas, hidrocarburos,

char Mecánica, térmica

y/o eléctrica

Térmica y/o eléctrica

Combustión Gas caliente, carbón

vegetal Térmica y/o

eléctrica


eléctrica Picado, astillado, pelletizado, etc.

Astillas, pellets, etc. Térmica y/o

eléctrica 3.1.3. Agente

Atendiendo a la naturaleza del agente principal sobre el que se produce la transformación oportuna, la clasificación que se tendría en este caso sería la mostrada en la tabla 3.3:

Tabla 3.2. Conversiones según el tipo de energía obtenida. Fuente: Elaboración propia.

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Agente Proceso Producto


Físicos Picado, astillado, pelletizado, etc.

Astillas, pellets, etc. Térmica y/o

eléctrica

Químicos Hidrólisis Poliazúcares Mecánica


y/o eléctrica

Biológicos Fermentaciones Etanol y biogás Mecánica, térmica

y/o eléctrica

Termoquímicos

Combustión Gas caliente, carbón

vegetal Térmica y/o

eléctrica


eléctrica

Pirólisis Gas, hidrocarburos,

char Mecánica, térmica

y/o eléctrica

A la vista de la clasificación susceptible de realizar sobre los

procesos de obtención de energía, se hará la oportuna descripción de todos y cada uno de ellos sobre la perspectiva del tipo de agente que produce la transformación.

a) Procesos físicos: son todos aquellos que se llevan a cabo en las

primeras etapas de transformación de la biomasa, para adecuarla al posterior aprovechamiento energético. La única finalidad de los mismos es homogeneizar el material de partida y permitir un mejor manejo del mismo, por lo que las características físico-químicas de la biomasa no cambian. En este caso, se incluyen operaciones como el picado, la molienda, el astillado, el pelletizado, el briquetado, etc. Generalmente y dependiendo del tipo de biomasa con el que se esté trabajando, se pueden emplear más de un proceso físico.

b) Procesos químicos: se trata de aquellas reacciones que tienen lugar en la biomasa como consecuencia de la degradación de los compuestos (caso de la hidrólisis ácida que degrada los hidratos de carbono complejos en más sencillos, como la celulosa o hemicelulosa en monosacáridos para luego generar bioetanol), la transformación de unos compuestos en otros mediante la presencia de unos productos (es el caso de la transesterificación que da lugar a los ésteres metílicos o biodiésel gracias a la reacción que tiene lugar con los aceites vegetales y alcoholes como el metanol o el etanol), y la

Tabla 3.3. Conversiones según el tipo de agente que produce la transformación. Fuente: Elaboración propia.

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extracción química de determinados compuestos frente al resto de la materia.

c) Procesos biológicos: tienen lugar bajo la presencia de microorganismos que actúan de manera directa sobre la biomasa. Al conjunto de estos procesos se les denomina “fermentaciones”, y pueden ser de varios tipos como la alcohólica (que es aquella que se produce para la obtención de bioetanol), anaeróbica (también conocida como “digestión anaerobia” que es aquella que genera biogás como consecuencia de la degradación de la biomasa en condiciones de ausencia de oxígeno), aeróbica (conocida con el nombre de “compostaje”, que aunque es un proceso que no genera energía de manera directa sí se emplea como complemento de determinados procesos por lo que es necesaria su descripción para entender en todo momento el proceso que se sigue con determinadas biomasas, y que consiste en la degradación de la materia orgánica por los microorganismos en condiciones de presencia de oxígeno, generando un producto conocido con el nombre de “compost” que es utilizado como mejorante y abono de los suelos). En este grupo también se puede encuadrar la hidrólisis enzimática, que es aquella que se produce gracias a la presencia de microorganismos.

d) Procesos termoquímicos: forman un grupo muy importante y se encuentran muy extendidos. Consisten en tratar térmicamente a la biomasa para generar energía eléctrica y/o térmica, controlando las condiciones de oxígeno en las que se llevan a cabo, ya que eso permitirá diferenciar entre combustión, gasificación y pirólisis.

De manera general e introductoria, los cincos procesos que

generan energía (en sus diversas vertientes), tienen unos valores de rendimiento que se reflejan en la tabla 3.4.

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Contenido energético respecto al de la biomasa de partida (%)

Combustible intermedio

Calor Electricidad o

trabajo mecánico Fermentación alcohólica 20-30 15-25 5-10

Digestión anaerobia 20-35 18-30 7-12 Combustión --- 65-95 20-35 Gasificación 65-80 60-75 22-28*

Pirólisis 70-80 60-70 22-30** *: En instalaciones pequeñas con motogeneradores. El rendimiento se incrementará ostensiblemente en grandes instalaciones con ciclos de generación avanzados. **: Los aceites utilizados en térmica convencional. El rendimiento sería muy superior de poder ser utilizados en motores o turbinas.

Por tanto, como el número de procesos es muy elevado, seguidamente se pasará a detallar cada uno de los grupos comentados con anterioridad, destacando las características más importantes de cada uno de ellos. Previamente en la tabla 3.5 se muestra el estado de desarrollo de cada uno de ellos actualmente.

Agente Proceso Estado Físicos --- Industrial

Químicos

Hidrólisis poliazúcares Industrial Hidrólisis lignina I+D+i aunque con demostración industrial

Extracción Industrial Transesterificación Industrial

Termoquímicos

Combustión Industrial, aunque con I+D+i sobre

desarrollo de tecnologías limpias

Gasificación Industrial en aplicaciones térmicas, pero con I+D+i en aplicaciones eléctricas y

sobre procesos catalíticos Pirólisis Con I+D+i a nivel industrial

Biológicos

Hidrólisis enzimática I+D+i aunque con demostración industrial Fermentación

alcohólica Industrial, aunque con I+D+i sobre nuevos procesos y microorganismos

Digestión anaerobia Industrial, aunque con I+D+i sobre nuevos procesos y microorganismos

Tabla 3.4. Rendimiento energético de los procesos de conversión de la biomasa más frecuentes.

Fuente: Carrasco García, J. 1996.

Tabla 3.5. Estado actual de la tecnología para cada uno de los procesos de conversión energética de la biomasa.

Fuente: Carrasco García, J. y elaboración propia.

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3.2. Procesos físicos

La biomasa tiene una serie de características que le hacen ser una materia prima susceptible de emplearse como combustible, pero a la vez presenta otras que deberían ser manifiestamente mejoradas para incrementar dicha susceptibilidad, como por ejemplo la gran heterogeneidad en tamaño, la baja densidad, la humedad, etc. Es por este motivo principal, por el que se hace imprescindible la realización de una serie de procesos que potencien la utilización de estos recursos autóctonos como fuente de energía.

El número de procesos que se encuentran en este grupo es elevado, por lo que a continuación se pasa a detallar de manera general lo más exhaustivamente cada uno de ellos, comenzando por los más generales y sencillos y terminando por los que requieren un mayor detenimiento y mayor complejidad, sin especificar para cada uno de los tipos de biomasa.

3.2.1. Transporte

Este proceso puede ir indistintamente antes o después en la cadena de manejo de la biomasa, en función de si ésta se ha secado o no lo ha hecho.

Hay que decir en este apartado, que la biomasa (sea del tipo que sea, agraria, antropogénica, etc.), generalmente es transportada desde el lugar de generación al lugar de transformación o de aprovechamiento, en vehículos autopropulsados más o menos específicos (caso por ejemplo de los RSU que se transportan en vehículos recolectores-compactadores o de los residuos ganaderos que se pueden transportar en cisternas distribuidoras).

Por lo que se refiere a los sistemas de transporte que existen en las industrias de transformación o en las plantas de generación de energía, estos pueden ser de varios tipos, que a continuación se comentan:

• Cintas o bandas transportadoras: se trata de elementos

adecuadas para el transporte de materiales gruesos a granel. Son idóneas para pendientes pequeñas, por lo que además pueden alcanzar importantes longitudes. Para casos especiales en los que la cinta transportadora tiene que superar fuertes pendientes se tienen cintas con nervios, de tal manera que el material no se cae de la misma, y para el caso de materiales pulverulentos se tienen cintas tubulares.

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• Transportadores de cadena: son adecuados para materiales con tendencia a atascarse por ser piezas grandes e irregulares. Son muy usados para la descarga de tolvas y pilas de almacenamiento. Aptos para el transporte horizontal o con pequeña inclinación.

• Transportadores de tornillo sinfín: este tipo de transportadores son aptos para materiales finos u homogéneos que no se atasquen fácilmente. Son sistemas que tienen la posibilidad de superar fuertes pendientes, por lo que las longitudes de los mismos pueden ser cortas-medias, y son muy usados para la alimentación de material desde silos o tolvas.

• Elevadores de cangilones: realizan un transporte vertical, salvo la diferencia de altura entre dos puntos, y son adecuados para materiales a granel.

• Transporte neumático: es un sistema adecuado para el transporte de materiales finos. Tienen total flexibilidad para el trazado (recto, curvo, etc.). Se compone de elementos como el ventilador o soplante, la tubería, el sistema de introducción del material y el sistema para separar el material del aire.

Figura 3.1. Transporte de biomasa forestal hasta la central de transformación. Fuente: www.kesh.com.

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3.2.2. Almacenamiento

En este caso se van a comentar los sistemas de almacenamiento más comunes para el caso de los diferentes tipos de biomasa.

• Tolvas: almacenan temporalmente el material durante horas,

por lo que están asociadas a una línea de producción de biocombustible sólido. Se encuentran abiertos por la parte superior, que es por donde se introduce el material, realizándose la descarga por la parte inferior, y tienen forma troncocónica o troncopiramidal invertidas. Son aptas para materiales no muy finos, ya que existe cierto riesgo de formación de bóvedas.

• Silos:

- cerrados:

▪ aéreos: son elementos que se emplean para el almacenamiento prolongado de la biomasa (material a granel de pequeña granulometría, generalmente de producto terminado para que tenga éste la mayor densidad posible y se aprovecha al máximo el almacenamiento del silo). Tienen forma cilíndrica o prismática, construido en materiales diversos, con un cono en la parte inferior que es por donde se produce la descarga del material. En los silos en ocasiones, existen ciertos problemas como son la formación de bóvedas, pero este problema se puede mitigar con elementos como el extractor-barredor, sistemas de cono vibrante, etc. La dosificación de la descarga de la biomasa se produce mediante tornillo sinfín, válvula rotativa, etc. Un elemento que hay que destacar en los silos, es que la biomasa que se almacene en los mismos, debe contener una humedad no superior al 15%, ya que se pueden producir fermentaciones que hagan explotar el silo.

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▪ subterráneos: sirven para almacenar los mismos

productos que en los aéreos, pero a nivel por debajo de la superficie del suelo, aunque donde se almacenan los residuos ganaderos en los lugares de generación se pueden encuadrar en este grupo, conociéndose con el nombre de “fosa”. Su uso está menos generalizado que los anteriores, aunque también para el caso de almacenamiento de biocombustibles sólidos se pueden emplear en los lugares de consumo final.

- abiertos:

▪ aéreos: son aquellos lugares que almacenan

temporalmente la biomasa antes de ser tratada. Están fabricados en hormigón armado o en ladrillo revestido y reforzados. Son muy habituales para el caso de los residuos agrícolas y/o forestales, así como para el caso de determinados residuos agroindustriales y/o forestales, en cualquier caso asociados a los lugares de generación de los mismos.

▪ subterráneos: son aquellos silos (también denominados “fosos”), empleados tanto para el caso

Figura 3.2. Almacenamiento de biomasa en forma de pellets para obtener energía térmica.

Fuente: www.oekofen.com.

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de los RSU o de los residuos ganaderos, y que se tienen en los lugares de generación del residuo (caso de los residuos ganaderos) o en las plantas de transformación o de generación de energía (tanto para los RSU como para los residuos ganaderos). Al igual que para el caso de los silos abiertos aéreos, son construidos generalmente en hormigón armado.

3.2.3. Secado

En este caso hay que diferenciar entre aquel secado que se produce de manera natural por las propias condiciones climáticas y el secado forzado, que tiene lugar en un lugar estanco más o menos cerrado con el consiguiente consumo de combustible.

3.2.3.1. Secado natural

Consiste en aprovechar las condiciones de temperatura y de humedad del ambiente, para que tenga lugar la pérdida de humedad de la biomasa que posibilite un manejo de la misma económicamente viable.

El secado natural se puede producir de la propia biomasa sin tratar previamente, aunque en el caso de la biomasa de origen agraria (agrícola leñosa y forestal) es posible también la realización de un astillado previo para que luego se produzca el secado natural de las astillas, todo ello dependiendo de si existen condicionantes que obliguen a realizar una operación antes que la otra.

Hay que tener en cuenta, que para planificar un correcto secado natural, de la biomasa preparada o sin preparar previamente, los parámetros que deben ser estudiados y analizados previamente son las temperaturas, la humedad, la dirección de vientos dominantes, las precipitaciones, el momento del año en el que se va a producir el secado y el lugar donde se va a llevar a cabo. Estos parámetros junto con otros de menor importancia como el tamaño de la biomasa, las cantidades a secar, la naturaleza de la biomasa, etc., son los que determinan que se produzca un secado natural adecuado.

En el caso de tener biomasa agraria almacenada en montones (con o sin tratar previamente), hay que extremar precauciones para no tener mucha cantidad almacenada junta, ya que en la base de las pilas, al tener biomasa con un cierto contenido en humedad y un bajo contenido en oxígeno, se pueden producir fermentaciones que deterioren el producto e incluso se incendien de manera natural (por

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lo que es recomendable hacer montones que no sobrepasen los 40-50 m3 de producto), así como un incremento en la temperatura de los mismos, por lo que la cantidad de energía que luego dicha biomasa proporcionaría sería más baja de lo que en un primer momento se cuantificó, lo que puede redundar en una merma económica importante. Además, la realización de los montones debe materializarse en función del contenido de humedad de la biomasa, ya que para el caso de biomasa húmeda hay que evitar en todo momento hacer montones apelmazados, ya que impediría una correcta pérdida de humedad, mientras que para el caso de la biomasa seca hay que formar montones apelmazados para que en el caso de que se produzcan lluvias se tengan infiltraciones en la biomasa y ésta se deteriore. Por tanto, el realizar un buen control de esta operación, permitiría obtener una pérdida de humedad importante y permitir su desecación con muy poco coste económico.

3.2.3.2. Secado forzado

La eliminación de humedad forzadamente por el consumo energético de un combustible, se produce gracias a la presencia de secadores. Es recomendable situar al finalizar la línea de secado forzado que se tenga en las instalaciones, un equipo enfriador que reduzca convenientemente la temperatura de la biomasa. Estos dispositivos se pueden clasificar de distintos modos, siguiendo diferentes criterios.

a) Al movimiento de la biomasa:

• Neumático: son aquellos en los que se produce el desplazamiento de la biomasa gracias a la existencia de una corriente de flujo térmico que permite el arrastre y el secado de las partículas biomásicas, por lo que éstas tienen que tener un tamaño pequeño para posibilitar dicha acción. Las biomasas más adecuadas para ser empleadas siguiendo este método son aquellas en las que el tamaño de partícula es pequeña y la cantidad de humedad a reducir es escasa. El desplazamiento que se produce en el interior del secador, tiene lugar como consecuencia de la depresión generada en el extremo de salida de la biomasa, por lo que el avance de la misma tiene lugar de manera natural. En este caso, las partículas de la biomasa que son secadas permanecen poco tiempo en el sistema, por lo que permite emplearse para aquellas biomasas fácilmente oxidables y sensibles al calor que no pueden estar expuestas durante

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mucho tiempo al secado, aunque si es necesario reducir algo más el contenido de humedad de la biomasa, lo que se hace es recircular el material para aumentar el tiempo de residencia del mismo.

• Rotatorio: es el adecuado para aquellas biomasas que tienen tanto un tamaño de partícula como un contenido de humedad mayor. Es ampliamente utilizado, ya que además de poder secar en continuo, al poder realizarlo en grandes cantidades permite una disminución de los costes unitarios. En este caso la biomasa se desplaza por la acción de la gravedad y del giro que tiene el secador como consecuencia de la ligera pendiente del mismo. De esta manera se permite el control absoluto de dicha operación. La clasificación de los secadores de este tipo es la siguiente:

- directos: se produce un secado por convección, en el que

hay un contacto directo entre la corriente de aire caliente y la biomasa a secar.

- indirectos: en este caso el secado que se produce es por conducción, ya que no hay un contacto directo debido a la separación existente por medio de un tubo o de una pared metálica.

- directos-indirectos: se trata de una situación intermedia entre las dos comentadas con anterioridad.

b) Si lo que se tiene en cuenta es el sentido del desplazamiento de la biomasa y el del flujo térmico, la clasificación que ahora se podría realizar sería la siguiente:

• Corrientes paralelas: se trata de aquel secador, como su propio nombre indica, en el que el avance de la biomasa y el flujo térmico tienen el mismo sentido, por lo que la biomasa se va secando progresivamente según va avanzando en el secador y por tanto cede esa humedad. Es un sistema bastante seguro por lo que se refiere a incendios.

• Contracorriente: el avance de la biomasa y el flujo térmico tienen sentidos contrarios. Tienen la particularidad que a menor contenido en humedad de la biomasa, para eliminar la misma cantidad de agua, el gasto energético es mayor. Presentan un riesgo de incendios mayor que el caso anterior.

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3.2.4. Recolección o recogida

Este proceso puede producirse antes o después del secado (fundamentalmente para el caso del secado forzado, no tanto para el secado natural), por lo que este proceso se puede realizar antes o después del secado.

3.2.4.1. Biomasa agraria (residual o no) 3.2.4.1.1. Agrícola

En este caso se trata de aquella biomasa que se generaba como consecuencia del cultivo de especies agrícolas tradicionales o bien alternativas con finalidad únicamente la producción de la mayor cantidad de biomasa aérea para luego ser empleada como combustible.

La cosechadora de cereales, es la máquina que siempre se emplea en el cosechado de estos cultivos, de tal manera que recoge el grano que se encuentra en la espiga y esparce o pica y esparce el resto de la biomasa aérea. Estas máquinas generalmente dejan a los residuos agrícolas hilerados, al disponer ya de elementos hileradores integrados en la propia cosechadora, que facilitan posteriormente la recogida de los mismos mediante el paso de una empacadora o rotoempacadora (dependiendo de si lo que se desea es la obtención de pacas rectangulares o cilíndricas, respectivamente, llegando en muchos casos éstas a pesos próximos a los 250-300 Kg y densidades comprendidas entre 125 y 175 Kg/m3). De esa manera se consigue aumentar la densidad de la biomasa y facilitar su transporte. La realización de un tipo de paca o de otro dependerá de la biomasa que se tenga, ya que por ejemplo para el caso del cultivo de cardo, que es una especie que presenta un tallo grueso, la realización de pacas prismáticas generaría un mayor desgaste a la empacadora y por tanto se reduciría la vida útil de la misma, siendo más lógico el empleo de rotoempacadoras, al igual que sucedería con la biomasa procedente de las podas de cultivos leñosos realizada en la mayoría de las ocasiones de manera manual, en el que la densidad de la paca es inferior a la de los cultivos herbáceos, ya que el tamaño de las fracciones es superior y no tan homogéneo como en los cereales. En ese caso, para los residuos leñosos de cultivos agrícolas puede ocurrir que se lleve a cabo un astillado previo hilerado del residuo (realizado el hilerado con una máquina acoplada a la parte trasera del tractor, amontonados con rastrillos, y astillado posterior con una máquina acoplada en la parte trasera del tractor) o apilado. El transporte que

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se realiza de estas pacas a la industria transformadora generalmente tiene dos fases: en una primera se extraen todas las pacas del terreno y se depositan de forma temporal en pajeros, de tal manera que en función de las necesidades de la industria energética o transformadora de la biomasa, estas pacas son transportadas desde dichos pajeros a la misma.

En ocasiones, tal y como se comentó en el Tema 2 cuando se habla de los diferentes tipos de cultivos energéticos, la recolección no sólo se realiza gracias a la cosechadora de cereales, sino que por ejemplo para el caso de la pataca, del sorgo azucarero e incluso del propio cardo (en función de la utilidad que se vaya a dar a su biomasa), es preciso realizar un picado de la misma, por lo que el tamaño de partícula que se obtiene en este momento es ya mucho más homogéneo que para el caso del cosechado. Al lado de la cosechadora-picadora debe ir un camión o tractor con remolque donde se vaya depositando la biomasa picada, que es el que conduce a la misma a las instalaciones de la industria para su posterior procesado.

3.2.4.1.2. Ganadero

Para el caso de los residuos ganaderos la recogida de los mismos se produce en el mismo lugar donde se generan, de forma generalmente automática mediante desagües y tuberías enterradas.

3.2.4.1.3. Forestal

El sistema empleado para la recolección de la biomasa forestal, depende del lugar de generación de los mismos, y sobre todo de los accesos y de la pendiente de los terrenos, que en ocasiones hace inaccesibles la entrada de maquinaria, e incluso del sistema logístico que se tenga proyectado para el aprovechamiento de estos recursos biomásicos. Lo comentado para el caso de los residuos agrícolas herbáceos o leñosos, de empacar la biomasa, es perfectamente válido también para el caso de los residuos forestales, realizándose en forma de pacas cilíndricas. El transporte a la industria se realiza por medio de camiones, que generalmente tienen una pluma y remolque o no, por lo que a pesar de utilizarse para el transporte de balas también se pueden emplear para el transporte de astillas de residuos forestales obtenidas en las propias explotaciones.

En ocasiones, la biomasa residual forestal generada se produce de forma dispersa cuando se realizan las labores de corta, poda, clareo,

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desbroce, etc., por lo que previamente a la recolección de los mismos es necesaria su acumulación oportuna. Este punto es muy importante, ya que dependiendo de la cantidad de biomasa generada de forma dispersa, los costes de extracción de la misma serán unos u otros, lo que haría viable su utilización en sistemas de producción de energía eléctrica o bien térmica.

Para el caso de aquellas máquinas (procesadoras forestales) que procesan toda la masa arbórea, las operaciones que realizan son completas hasta valorizar totalmente la biomasa. Se trata de máquinas que están perfectamente adaptadas a terrenos angostos, y cuyos elementos más destacados son los siguientes:

• Poseen una pinza para sujetar el tronco de los árboles e impedir

en todo momento que se produzcan vibraciones que afecten negativamente en las operaciones de corta y limpieza del árbol.

• Cuchilla de eje móvil que corta el tronco del árbol a la altura deseada.

• El sistema de desrame automático es un conjunto de cuchillas que cortan toda rama que sale del tronco del árbol.

• También poseen un sistema de rodillos giratorios descortezadores, perfectamente adaptables a la forma de los troncos de las diferentes especies forestales, y que en poco tiempo dejan a aquellos perfectamente limpios y aptos para ser troceados.

• La cuchilla que trocea el árbol permite, una vez girado el tronco 90º respecto a su posición inicial y descortezado, trocear el tronco en trozos más pequeños y más fácilmente manejables, que permanecen en el monte hasta que son extraídos oportunamente.

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3.2.4.2. Biomasa residual agroindustrial y forestal

En los casos de generación de estos tipos de biomasa, la recogida de la misma se produce de manera automática en los lugares de generación, al igual que lo comentado para el caso de los residuos ganaderos, ya que se trata de sistemas muy concentrados.

3.2.4.3. Biomasa residual antropogénica

Para el caso de este tipo de biomasa, habría que distinguir entre los lodos de depuradora y los RSU. Por lo que se refiere a los primeros, los lodos de depuradora se generan como consecuencia de los procesos de depuración de las aguas residuales. Éstas son conducidas a las EDAR desde los lugares de generación por medio de tuberías enterradas. Respecto a los RSU, independiente que se tenga instalado un sistema de recogida selectiva o no, la materia orgánica (que es aquella fracción catalogada como biomasa), es depositada en contenedores de un tamaño mayor o menor en función del lugar de generación, junto con otras fracciones que componen los RSU. Los vehículos recolectores-compactadores recogen dichos residuos y los

Figura 3.3. Procesadoras de biomasa forestal. Fuente: www.pezzolato.it.

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transportan a los lugares habilitados al efecto (plantas de transferencia o plantas de tratamiento), donde se producen las operaciones oportunas para su completa valorización.

3.2.5. Disgregación

Esta operación, como su propio nombre indica, consiste en la disgregación de las balas de residuos agrícolas o forestales que se producen en los lugares de generación del residuo, o incluso de las bolsas donde se tienen los RSU, de tal forma que al utilizarse la biomasa en la industria de transformación o en la planta de generación de energía, es necesario tener material suelto.

Para el caso de la biomasa residual agrícola y/o forestal, el equipo consta de uno o varios cilindros o discos de placas dentadas que reciben la paca y que se disponen en la parte superior e inferior de la misma moviéndose tanto vertical como horizontalmente, por lo que en último término lo que generan es la ruptura de la paca y la entrada de la biomasa disgregada en el proceso de alimentación de la planta. Como las balas van atadas con cinta o cuerdas, estos sistemas de disgregación tienen dispositivos de eliminación de las

Figura 3.4. Trómeles de apertura de bolsas de RSU. Fuente: Elaboración propia.

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mismas. Para el caso de los RSU los elementos de disgregación están incluidos en otros dispositivos como son los trómeles, presentes en las plantas de tratamiento y valorización.

3.2.6. Astillado

Los equipos que realizan el astillado en el monte son equipos robustos, y poseen una serie de elementos siguientes:

• Los sistemas de alimentación conducen la materia prima hasta

la boca del astillado, y mediante un movimiento lineal concentran la biomasa. La alimentación se realiza completamente manual.

• Existen dos rodillos de sujeción que sujetan la biomasa que se va a astillar, por lo que se adaptan perfectamente a ésta, y se introducen en la boca de astillado de manera perpendicular a las cuchillas que poseen estas máquinas. El movimiento de estos rodillos puede ser en el mismo sentido o en sentidos contrarios, por lo que se asegura en todo momento la no obstrucción y/o avería de la boca de alimentación por la acumulación de la materia prima.

• El sistema de corte es una parte muy importante de las astilladoras, ya que dependiendo de éstas el tipo, la forma y la calidad de las astillas variará en mayor o menor medida. Se trata de cuchillas muy resistentes al desgaste y giran a gran velocidad, y su montaje se puede realizar de la siguiente manera:

- sobre volante de inercia, también llamadas “astilladoras de

disco”: se trata de un tipo en el que las astillas se producen por impacto. Las cuchillas se colocan juegos de 3, 5 o más cuchillas tangencialmente sobre la superficie de aquél. Es necesario un adecuado mantenimiento (afilado de las cuchillas y correcta situación de las mismas sobre las que se sitúan de manera inicial). Se emplean también para el astillado de troncos.

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- sobre tambor rotatorio o conocidas como “astilladoras de tambor”: en este caso las astillas se generan por cizalladura, por lo que lo hace ser perfectamente válidos para materiales de difícil astillado por la propia composición de la biomasa, por el contenido de la humedad de la misma, etc. En este caso se emplean para materiales como ramajes, materiales desbrozados, etc.

- cuchillas especiales en forma helicoidal: las cuchillas se colocan sobre uno o dos conos que realizan el astillado en forma de hélice, produciéndose el rebanado de la biomasa que se emplea.

• Las astilladoras tienen sistemas de extracción de las astillas que

producen y lo hacen mediante un soplante que las conducen al lugar que se habilite al efecto por medio de una tubería de salida.

De manera general, las astilladoras generan un producto resultante

con una densidad importante, lo que lo hace fácilmente transportable al lugar de consumo o de transformación.

Figura 3.5. Astilladora remolcada de discos. Fuente: www.pezzolato.it.

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Por lo que respecta al sistema de accionamiento de las astilladoras, se tienen varias opciones:

• estáticas: son aquellas que se ubican de manera fija en una

planta industrial, accionadas por motores diésel o eléctricos, por lo que generalmente se emplean en aquellos lugares en los que la generación de residuos forestales es importante, como por ejemplo, las industrias forestales de la primera transformación, o bien plantas de procesado de los residuos a las que les llega la biomasa en forma de pacas circulares.

• semimóviles: son máquinas que poseen ruedas, y se pueden ubicar tanto en industrias forestales como en explotaciones que realizan operaciones de poda, corta, entresaca, etc., por lo que es por dicha razón por lo que pueden encontrarse en explotaciones forestales durante un tiempo importante.

• móviles: son máquinas que pueden desplazarse perfectamente a las explotaciones forestales. A su vez se pueden clasificar de la siguiente manera en función del sistema de propulsión:

Figura 3.6. Astilladora estática. Fuente: www.pezzolato.it.

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- remolcadas: son máquinas pequeñas que se enganchan a la toma de fuerza de los tractores agrícolas y/o forestales. Se trata de equipos relativamente pequeños, de reducido mantenimiento, por lo que se pueden conducir a explotaciones forestales que tengan fuertes pendientes o difícil acceso.

- autopropulsadas: son máquinas de mayor tamaño, con autonomía propia, por lo que su uso está sujeto a que haya caminos y/o pistas forestales por donde pueda circular. El acceso a lugares de fuertes pendientes queda reducido, con el límite máximo del 20-30% aproximadamente. En este caso, al tratarse de equipos más complejos, los costes de operación y mantenimiento son más elevados, por lo que su uso y compra está obviamente sujeto a la cantidad de biomasa en cantidad tratada. A estas máquinas se tiene la posibilidad el acoplarse elementos que posibilitan la realización de operaciones integrales con los recursos forestales. Es el caso de pluma para la recogida de la biomasa, contenedor de almacenamiento de las astillas de capacidad entre 8 y 15 m3, etc.

Figura 3.7. Astilladora de tambores autopropulsada. Fuente: www.pezzolato.it.

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En el caso que se produzcan astillas en la explotación forestal, el transporte de éstas a plantas se realiza en camiones con o sin pluma, pero sí con remolque con capacidad entre 40 y 50 m3.

3.2.7. Triturado

Los trituradores son máquinas que lo que hacen es trocear el material mediante martillos, garras o dientes, obteniendo elementos de menor densidad si se comparan con los elementos obtenidos por parte de las astilladoras, con aspecto desfibrado que lo hacen susceptibles de emplearse en la fabricación de compost, ya que tienen mucha superficie de ataque para los microorganismos, y tolerantes a materiales inertes como piedras o elementos metálicos. Al ser este tipo de máquinas voluminosas y de gran potencia, no se suelen llevar al monte y permanecen en un sitio fijo como pueden ser las industrias de procesado y transformación.

3.2.8. Molienda

Se trata de un proceso que requiere el gasto energético para homogeneizar la biomasa, generalmente agrícola leñosa o forestal, para luego ser empleada en procesos de conversión energética que requieran unos tamaños de partícula relativamente pequeños, y generalmente recomendado para valores de humedad de la misma por debajo del 50%. La molienda de la biomasa es completamente imprescindible por ejemplo cuando se lleva a cabo la fabricación de pellets y/o briquetas.

En este proceso, la presencia de inertes (piedras, metales, etc.) es muy importante, ya que pueden dañar los equipos generando costosas averías. Es por dicha razón, por lo que inicialmente se suelen colocar elementos seleccionadores de biomasa como cribas o tamices (según sea el caso), que retengan dichos inertes de mayor o menor tamaño, a la vez que también se retienen partículas de biomasa de un tamaño considerable que pueden provocar atascos en el equipo de molienda. Pero el mayor problema de los inertes no son la arena, gravilla o piedras, sino los elementos metálicos, ya que estos pueden generar chispas durante el proceso de molienda si no se retienen, y provocar el incendio de toda la biomasa.

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3.2.9. Cribado y Tamizado

Ambos sistemas consisten en la separación del material en función de la granulometría de los elementos que la forman. Para el caso de materiales de varios centímetros se habla de cribado y si por el contrario se trata de materiales de pocos milímetros se habla de tamizado. En cualquier caso, se trata de dos procesos que generalmente van de forma paralela a otros procesos, como el comentado anteriormente.

En el cribado, el equipo permite el paso de ramas y residuos que tengan un tamaño inferior a la distancia que existe entre los ejes de dos discos que es lo que conforma la luz de malla.

El tamizado consiste en la eliminación de partículas que tengan un tamaño superior al del paso de tamiz. Su ubicación en el proceso de pretratamiento y el tamaño del paso de tamiz variará dependiendo del tipo de biomasa que se tenga y del destino final de la misma.

El problema principal de los tamices es la obstrucción de los pasos de tamiz, por lo que en aquellos procesos que se empleen es recomendable la limpieza de los mismos periódicamente de manera manual (en aquellos casos en los que sea posible) o por medio de una corriente de aire.

3.2.10. Retención

Para el caso de retener elementos de polvo que se encuentran presentes en corrientes de aire, hay varios dispositivos que se pasan a comentar a continuación.

3.2.10.1. Ciclones

Se trata de un dispositivo fácil de construir, con pocos gastos de mantenimiento y de operación, en el que el polvo se separa hacia las paredes por la fuerza centrífuga con la que la corriente de aire entra en el ciclón y cae a la parte inferior, saliendo el aire limpio por la parte superior.

3.2.10.2. Filtros

Son unos elementos que poseen telas que retienen el polvo y sólo dejan pasar el aire limpio. Pueden separar partículas más pequeñas que los ciclones comentados con anterioridad, pero por el contrario

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son más difíciles de construir, necesitan un mayor mantenimiento. Los tipos más frecuentes de filtros son los de mangas y los de bolsas.

3.2.11. Densificación

Se trata de un proceso muy estudiado por el profesor Dr. D. Luis Ortiz Torres, en el que se distinguen dos operaciones que son prácticamente idénticas, con la única diferencia existente que los productos resultantes tienen diferentes tamaños.

En cualquiera de los procesos que a continuación se van a comentar, hay una serie de dispositivos que son comunes independientemente que se produzcan pellets o briquetas. Se trata de tolvas de alimentación de la pelletizadora o de la briquetadora, cuya función principal es la de ser elementos “pulmón” de almacenamiento de biomasa en el caso que se tenga una parada de los sistemas anteriores a la misma, por lo que se puede seguir densificando el material durante un tiempo determinado. El sistema de dosificación puede ser idéntico en el pelletizado o en el briquetado, al igual que la cámara de enfriado que es necesario para que el biocombustible sólido generado se pueda almacenar y/o manipular sin problema alguno, siendo empleados generalmente los secadores horizontales de tipo rotatorio directo, y únicamente los secadores verticales en aquellos casos en los que la pérdida de humedad sea reducida o bien para secar pellets y así reducir el número de elementos defectuosos y presencia de elementos finos que en definitiva reducirían la calidad final del producto. En ambos casos se tienen sistemas de compactación, que para el caso del pelletizado se trata de una pelletizadora y para el briquetado de una briquetadora. Finalmente, también se disponen de elementos de corte regulables, de tal manera que se obtienen longitudes variables para el caso de las briquetas y de los pellets en función de los nichos de mercado a donde se destinen.

3.2.11.1. Pelletizado

Se trata de un proceso en el que por medio de la presión de una serie de rodillos sobre una matriz de orificios con tamaños variables en función del tipo de pellet que se quiera obtener y que dependerá del nicho de mercado al que se dirija, la biomasa es compactada en forma de pellets.

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Para que se produzca

correctamente el fenómeno de pelletizado, la biomasa debe poseer un porcentaje en humedad entre el 8% y el 15% y un tamaño de partícula entre 0,5 y 1 cm. En aquellos casos en los que se emplee para pelletizar biomasa por debajo de los niveles de humedad comentados anteriormente, es preciso la adición de pequeñas cantidades de agua para facilitar la compactación.

Generalmente, cuando la materia primera entra en la pelletizadora, ha sufrido ya algún proceso de los comentados con anterioridad como el secado, la molienda, el cribado o tamizado, etc.

Los tipos de pelletizadoras que se pueden emplear son de varios tipos:

• De matriz anular: en estos casos la matriz tiene una forma

curva sobre la cual los rodillos se desplazan.

• De matriz plana: es aquella en la que los rodillos se desplazan horizontalmente sobre la misma. En este caso, la vida útil de la matriz es mayor que para el caso de la matriz anular, ya que tienen la característica principal de ser reversibles.

3.2.11.2. Briquetado

El briquetado es aquella operación similar al pelletizado en el que se produce la compactación de la biomasa gracias a la acción de unas máquinas denominadas “briquetadoras”, generando un biocombustible sólido conocido con el nombre de “briqueta”.

En el briquetado se generan elevadas presiones lo que provocan un incremento de la temperatura del producto resultante y una

Figura 3.8. Corte transversal de una pelletizadora.

Fuente: www.akahl.de.

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plastificación de la lignina presente habitualmente en la biomasa, de tal manera que no es necesario la adición de sustancias naturales y/o químicas que potencien este efecto.

Asimismo, al igual que lo comentado para el caso del pelletizado, la materia prima que se utilice para briquetar debe haber sufrido procesos físicos previos y tener unas características tanto de humedad como de tamaño de partícula similar a lo comentado para pelletizar.

Los tipos de briquetadoras existentes en el mercado son las siguientes:

• De pistón: en este caso el briquetado de la materia prima se

produce por impacto, es decir, por el golpeo sobre la biomasa de un pistón que se encuentra accionado por un volante de inercia, de tal forma que cuando se tiene el producto final se pueden ver perfectamente los diferentes discos que constituyen la briqueta y que corresponden a cada uno de los impactos necesarios para la formación de la misma. Es por el motivo comentado con anterioridad, por lo que las briquetas generadas con esta briquetadora tienen elevadas densidades.

• De tornillo: la densificación tiene lugar por extrusión, es decir, la biomasa sufre presión ejercida por un tornillo sinfín especial en cuanto al material que está fabricado (aleación de cromo-níquel, por ejemplo), que va avanzando progresivamente hasta llegar a una cámara que sufre un estrechamiento progresivo, por lo que la densidad de las briquetas fabricadas con este tipo tienen también una elevada densidad. En este caso el mantenimiento que se tiene que realizar sobre las briquetadoras es importante, ya que los elementos internos están expuestos a abrasión y por tanto a desgaste. Las briquetadoras de este tipo tienen la posibilidad de producir un orificio interior que sirve para favorecer la perfecta combustión de las briquetas.

• Hidráulicas y neumáticas: la briqueta es formada por la presión que se ejerce sobre la biomasa por medio de sistemas hidráulicos o neumáticos. Son válidas para briquetar biomasa de mala calidad y generar briquetas de reducida calidad, por lo que el coste de briquetado a priori puede ser reducido.

• De rodillos: estas briquetadoras disponen de dos rodillos que poseen rebajes por donde entra la biomasa a briquetar por la acción de un tercer rodillo. Es un tipo de briquetadora que se

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emplea cuando la briqueta que se desea obtener no tiene que tener una elevada densidad.

3.3. Procesos químicos

En este apartado se van a estudiar dos procesos que son empleados básicamente para la generación de biocarburantes.

3.3.1. Hidrólisis

La hidrólisis es aquel proceso en el que se produce la formación de compuestos sencillos a partir de compuestos complejos. Puede ser de dos tipos: ácida o enzimática. La hidrólisis ácida es un proceso químico por lo que está encuadrado dentro del apartado de “procesos químicos”, mientras que la hidrólisis enzimática está dentro del grupo de “procesos biológicos” que se comentarán más adelante.

Tal y como se verá en el siguiente Tema cuando se hable de los diferentes tipos de biocombustibles líquidos que se pueden producir a partir de la biomasa, el etanol puede ser obtenido a partir del azúcar existente en determinadas especies vegetales como la remolacha, la caña de azúcar, o cualquier otro que acumule directamente azúcares, a partir de compuestos amiláceos como los cereales en los que es necesario la realización de una hidrólisis; e incluso a partir de la biomasa lignocelulósica como los residuos agrícolas o los residuos forestales, tal y como se puede comprobar en la figura 3.9.

Recogida

Limpiezagrano

Acondicionamiento

TrituradoFiltrado

Molienda

Trituración

Licuefacción Cocción Sacarificación

1ª Hidrólisisácida

Separación L/S

2ª Hidrólisisácida

Fermentación

Fermentación

Fermentación

Fermentación

Destilación

Destilación

Destilación

Destilación

Preparación de la materiaprima Obtención del azúcar Fermentación Destilación

Figura 3.9. Diferenciación de procesos de producción de bioetanol. Fuente: Cerrillo, P. 2003.

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Para la obtención de bioetanol a partir de las materias primas comentadas anteriormente, se requiere la realización de una hidrólisis previa a la fermentación, de la forma que se muestra en la figura 3.10.

MaízTrigo

CebadaSorgo

ALMIDONES

Hidrólisis

RemolachaCaña de azúcar

MelazaAZÚCARES

Hidrólisis

CELULOSASMadera

Residuos de podasRSU

FermentaciónDestilación

Etanolhidratado Deshidratación ETANOL

En la actualidad la gran parte del bioetanol que se está produciendo es a partir de la biomasa azucarada y de la biomasa amilácea (granos de cereales), aunque la utilización de biomasa residual de origen lignocelulósico (aquella que posee celulosa, hemicelulosa y lignina), es una de las opciones más interesantes desde el punto de vista económico y social para la producción de biocombustibles líquidos sin problema alguno, a pesar del tratamiento ácido o enzimático que requiere que se produzca para la obtención de sacarosa que luego fermentará. En primer lugar, la cantidad de materias susceptibles de ser empleadas es elevada, siendo los precios unitarios de estas materias primas más bajos que los de origen amiláceo. Además, no se compite con el mercado alimentario como sucede por ejemplo con los granos de los cereales, ya que si estos se destinan al mercado energético para la producción de biocarburantes se retiran del mercado alimentario, con el consiguiente aumento de precios por la escasez de producto y los problemas de suministro que se pueden producir en países pobres.

Como los complejos de las celulosas (celulosa, hemicelulosa, lignina) no pueden ser fermentadas directamente, es necesario que se degraden a compuestos más sencillos por medio de hidrólisis, para así sufrir posteriormente una fermentación, necesaria para la

Figura 3.10. Proceso de producción de bioetanol. Fuente: García Camas, J. M. y García Laborda, J. A. 2006.

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obtención de bioetanol. A la vez, se eliminan todas aquellas sustancias que puedan inhibir o dificultar la fermentación. Las hidrólisis que tienen lugar son de tipo ácido (concentrada y a baja temperatura, diluida y a alta temperatura, así como enzimático que se verá dentro del grupo de procesos biológicos), y se pasan a describir a continuación.

Por lo que se refiere a la hidrólisis de tipo ácido concentrada, para que se lleve a cabo es preciso que se añada ácido sulfúrico entre un 70 y un 77% a la biomasa, que previamente ha sufrido un secado para conseguir tener una humedad de aproximadamente el 10%. La cantidad de ácido frente a biomasa necesaria es de 1:25, y es necesario que se lleve a cabo a una temperatura uniforme de 50 ºC. A continuación se añade agua a un 20-30% de la mezcla obtenida anteriormente, a la vez que se duplica la temperatura hasta los 100 ºC. Es en este caso cuando la sustancia obtenida en forma gelatinosa se prensa y se obtiene una mezcla de ácido y de azúcar, que posteriormente se separa. Este proceso, tiene la particularidad de tener muy buenos rendimientos de obtención de azúcares pero a un coste elevado, por lo que las plantas industriales de obtención de bioetanol no lo llevan a cabo.

La hidrólisis ácida diluida es un proceso también eficiente a la vez que simple. En primer lugar se mezcla una proporción de 0,7% de ácido sulfúrico con la hemicelulosa que constituye la biomasa y se aumenta la temperatura hasta llegar a los 190 ºC. Posteriormente se añade un 0,4% de ácido sulfúrico y se eleva la temperatura hasta llegar a los 215 ºC, de tal manera que los líquidos hidrolizados se neutralizan y recuperan para luego de ahí obtener el bioetanol.

3.3.2. Extracción

Este proceso consiste en separar determinados compuestos que se extraen de la biomasa gracias a la acción de compuestos químicos. Para ello es necesario que la materia prima esté molida y secada, por lo que la operación se realiza en varias etapas: en la primera de ellas la acetona es empleada como disolvente obteniéndose por una parte un extracto y por otra un refinado. Gracias a este proceso de extracción se obtiene un compuesto que tiene unas propiedades que son muy similares a las del petróleo, al estar formado por hidrocarburos y un residuo que contiene proteínas y carbohidratos por lo que se puede transformar a bioetanol también.

En la figura 3.11 se muestra a modo de ejemplo la extracción comentada con anterioridad de la biomasa.

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Extraccióncon acetona

Extracción conhexano

Extracción conbenceno

Secador

Separador

Separador

Separador

Residuo rico en proteínase hidratos de carbono

Extracto

Fase acetona

Fase hexano

Hexano

Acetona-agua

Benceno

Extracto

BIOMASA

Aceites

Polifenoles

Hidrocarburos

3.3.3. Transesterificación 3.3.3.1. Reacciones

La obtención de biodiésel y de glicerina, como producto secundario, se produce gracias a la reacción de transesterificación o alcohólisis a partir de un aceite vegetal con un alcohol de cadena corta (metanol principalmente, aunque puede ser realizado también con etanol, propanol o butanol), mediante la presencia de un catalizador.

El aceite vegetal puede tener diferentes orígenes, aunque lo más habitual es obtenerlo por extracción (previo calentamiento de las semillas) o por presión a partir de la semillas de especies oleaginosas (como el girasol, la colza, la colza etíope, el cardo, la soja, etc.), consiguiéndose un subproducto muy apreciado en el mercado de alimentación animal como son las tortas oleaginosas, al proceder a la separación entre el aceite y el resto, ya que es un producto rico en proteínas con lo que se facilita una disminución de los costes de extracción. En el Tema siguiente se detallarán algo más en profundidad las fuentes de aceite vegetal.

Figura 3.11. Proceso de extracción de la biomasa. Fuente: Lomas Esteban, J. L. et. al. 2001.

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Como los motores no funcionan directamente con aceites vegetales, es preciso su transformación a ésteres, de tal manera, que las moléculas grandes y ramificadas lineales (que constituyen los aceites vegetales), de elevada viscosidad y de alta proporción de carbono, pasen a ser de cadena lineal, pequeñas, con menor viscosidad y porcentaje de carbono, y de características físico-químicas similares a las del gasóleo de automoción.

Los aceites vegetales e incluso grasas animales, están constituidos fundamentalmente por triglicéridos y junto al alcohol adecuado (metanol generalmente), se obtiene la glicerina como subproducto y el éster (metiléster o éster metílico al emplearse metanol), que ya puede utilizarse como biocarburante. Se tiene la particularidad que la glicerina y el éster no son miscibles, es decir, no se agrupan, por lo que el rendimiento de la reacción comentada con anterioridad es cercana al 100%. Pero dicha reacción de transesterificación, que se lleva a cabo por la presencia de un catalizador, no se produce toda ella a la vez, sino que está formada por un conjunto de tres reacciones reversibles y seguidas, que esquemáticamente son las siguientes:

• Triglicérido + Metanol ↔ Éster metílico + Diglicérido

• Diglicérido + Metanol ↔ Éster metílico + Monoglicérido

• Monoglicérido + Metanol ↔ Éster metílico + Glicerina

Una vez que se ha obtenido ya el éster metílico, se produce la

decantación para la separación de la glicerina. Hay que realizar también una purificación para conseguir la total eliminación del catalizador usado en la fase anterior (con la finalidad de mejorar la velocidad de reacción y el rendimiento final, aunque sin él la reacción no se podría llevar a cabo), para así evitar los depósitos no deseables en el proceso de combustión de los motores diésel.

Seguidamente, se produce la evaporación bajo vacío del metiléster producido, para así recuperar lo poco que quede de metanol y de agua.

Finalmente, la glicerina completamente refinada se evapora, neutraliza y decanta, para separar los ácidos grasos y estar libre de todo resto de metanol. La glicerina obtenida anteriormente, si lo que se pretende es tener una ligera mayor rapidez en la amortización de la industria, es necesaria una destilación para tener un producto de mayor calidad, ya que la obtenida es de baja calidad comercial, aunque se tendría un ligero incremento de costes para conseguir

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unos mejores ingresos. El destino de este producto podría ser la industria cosmética, la alimentaria, la farmacéutica, e incluso la energética).

A la vista de los pasos seguidos, el proceso es relativamente sencillo, pero hay que decir, que para obtener un biodiésel de calidad es preciso tener controladas absolutamente todas las variables de proceso, como por ejemplo el exceso de metanol, la desactivación del catalizador, la temperatura, etc.

3.3.3.2. Catalizadores

Se ha comentado con anterioridad que la reacción de transesterificación precisa de catalizadores, y estos pueden ser de varios tipos: desde ácidos homogéneos (caso del ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico o el ácido fosfórico), hasta ácidos heterogéneos (zeolitas, resinas sulfónicas, etc.), básicos homogéneos (hidróxido sódico o potásico), básicos heterogéneos (óxidos de calcio o magnesio, entre otros), e incluso enzimáticos del tipo lipasas. De todos los comentados, los que más se usan a nivel comercial son los catalizadores homogéneos básicos, por ser los más eficientes y los que permiten operar en las condiciones mejores, ya que si se emplearan catalizadores ácidos serían necesarias temperaturas elevadas y tiempos de reacción largos.

La única particularidad de los catalizadores básicos empleados, es que obligan a que los triglicéridos tengan la menor cantidad posible de ácidos grasos libres, para que con ellos no se formen jabones (por reacción de saponificación) bajo la presencia imprescindible del agua que pueda llevar el aceite, disminuyendo la cantidad de éster metílico producido y por tanto el rendimiento de la reacción de transesterificación. Por dicho motivo, se recomienda antes de comenzar con dicha reacción evaporar todo el agua que pueda contener el aceite y eliminar los posibles ácidos grasos libres mediante una reacción de saponificación (en la que se haga reaccionar el ácido graso con el catalizador básico en presencia de agua, formándose también jabón), o una reacción de esterificación (en la que el ácido graso bajo la presencia de un catalizador ácido forma el éster metílico correspondiente). Por tanto las dos reacciones comentadas con anterioridad tienen la siguiente expresión:

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• Reacción de saponificación: (en presencia de agua)

- Ácido graso + Hidróxido potásico → Jabón potásico + Agua

• Reacción de neutralización: (en presencia de catalizador ácido)

- Ácido graso + metanol → Éster metílico + Agua

3.3.3.3. Variables

A la transesterificación, como reacción química que es condicionada por la presencia de un catalizador, le condicionan una serie de variables, que a continuación se pasa a comentar.

• Acidez y humedad. La cantidad de ácidos grasos y de humedad

en la muestra inicial, son dos parámetros que determinan la viabilidad del proceso de transesterificación. Como máximo el contenido de ácidos grasos no debe superar el 3%. Por lo que respecta al contenido en agua de la muestra inicial, ésta reacciona con los catalizadores formando jabones. En el caso que se emplean aceites vegetales de bajo coste, estos pueden contener una cantidad importante de ácidos grasos. Para la elaboración de ésteres metílicos, la esterificación se debe realizar en dos etapas: en una primera los ácidos grasos, por la presencia de un catalizador ácido, pasan a ser ésteres metílicos, mientras que en la segunda etapa se realiza la transesterificación con un catalizador alcalino y completar así la reacción.

• Tipo de catalizador y concentración: como se ha comentado anteriormente, hay varios tipos de catalizadores. En función del tipo de materia prima a partir de la cual se quiera obtener ésteres metílicos, el tipo de catalizador será uno u otro. Es el caso por ejemplo del uso de catalizadores ácidos para aquellos casos en los que haya una cantidad importante de ácidos grasos libres y de alta humedad. Aceites con un 1% de catalizador han dado muy buenos resultados. Respecto a los catalizadores enzimáticos, dan buenos resultados tanto con humedad como sin ella de la materia prima, aunque el coste de los mismos es superior al de los catalizadores tradicionales.

• Relación molar de alcohol/aceite y tipo de alcohol: afectan de forma directa sobre la eficiencia de la reacción química. Para que en la reacción de transesterificación, el equilibrio se encuentre desplazado totalmente a la derecha, es preciso que

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haya un exceso de alcohol (del orden de 6:1 para que haya conversión total). La existencia de etanol en lugar de metanol dificulta la reacción, y mientras que se lleva a cabo la reacción, se forma una emulsión que es inestable para el primer caso y estable para el primero.

• Efecto del tiempo de reacción y temperatura: la conversión aumenta conforme lo hace el tiempo de reacción y la temperatura.

3.3.3.4. Procesos

Tal y como se ha podido mencionar con anterioridad, la reacción de transesterificación que tiene lugar se produce desglosada en tres reacciones, debido a que la materia prima inicial está formada por triglicéridos que se van transformando a diglicéridos, monoglicéridos, hasta llegar a glicerina.

Seguidamente se pasarán a detallar los diferentes procesos a partir de los cuales se obtiene biodiésel: esterificación de los ácidos grasos y transesterificación de los triglicéridos, tanto en régimen continuo como en discontinuo. Hay que de decir de manera general, que los sistemas discontinuos se realizan en aquellas plantas en las que la producción de biodiésel es pequeña, mientras que los sistemas continuos se tendrán en las plantas industriales de gran capacidad.

a) Transesterificación en régimen discontinuo: se trata del método

más sencillo por el que se produce biodiésel. Tiene lugar en reactores con agitación, en los que las temperaturas del proceso más habituales son 65 ºC, aunque también se puede llevar a cabo desde los 25 ºC hasta los 85 ºC. Los catalizadores más empleados son los hidróxidos sodicos o potásicos, y es necesario para que actúen convenientemente que en el interior del reactor se produzca una rápida agitación y se mezcle el catalizador, el triglicérido y el alcohol. El tiempo de reacción de este proceso suele estar comprendido entre 20 minutos y una hora. En la figura 3.12 se muestra un esquema del proceso comentado en este punto.

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Reactor

Catalizador

Alcohol

Aceite

Separación

Agua

Alcohol

Lavado

Separación

Acondicionamiento

Separación

Purificación

BIODIÉSEL

Ácidosgrasos

GlicerinaSales

Alcohol+Agua

Alcohol+Agua

Glicerinacruda

b) Transesterificación en régimen continuo: se pueden emplear

reactores del tipo “tanque agitado”, que permiten mayores tiempos de residencia y mejoran los resultados finales de la reacción. Es preciso que se tenga una mezcla lo más adecuada posible, para que así la composición en el reactor sea constante. Asimismo también se pueden utilizar reactores tubulares o de flujo pistón, y se debe al empleo de mezclas intensas en las que se favorece la reacción de esterificación, teniendo en este caso tiempos de residencia entre 6 y 10 minutos. El reactor puede estar sometido a temperaturas y presiones elevadas para conseguir efectividades mayores en el proceso de conversión. En la figura 3.13 se presenta el esquema de este proceso llevado a cabo en un reactor de flujo pistón.

Figura 3.12. Proceso de transesterificación en régimen discontinuo. Fuente: García Camas, J. M. y García Laborda, J. A. 2006.

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Mezcla ycalentador

Triglicéridos

Alcohol

Catalizador

Reactor 1 Alcohol

Separador Reactor 2

Glicerol AlcoholAlcohol

Éster

Glicerol

c) Esterificación: en el caso de suministros de aceites con hasta

un 30% de ácidos grasos libres, el proceso más común de tratamiento es la esterificación con un catalizador ácido del tipo ácido sulfúrico, de tal manera que se puede reducir el porcentaje anteriormente mencionado hasta el 1%. También se puede realizar un calentamiento del catalizador y del alcohol, para que el primero pueda absorber el agua que se forma en la reacción, aunque este proceso puede tener algún inconveniente por la reacción que se puede producir entre el propio catalizador y el alcohol. En la figura 3.14 se muestra el esquema de una planta con este proceso.

Alcohol

Catalizador(Ácido)

Aceite Acondicionamiento Purificación BIODIÉSEL

Alcohol

Sales

Figura 3.13. Proceso de producción continua de biodiésel mediante reactores de flujo pistón.

Fuente: García Camas, J. M. y García Laborda, J. A. 2006.

Figura 3.14. Procero de esterificación. Fuente: García Camas, J. M. y García Laborda, J. A. 2006.

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d) Proceso combinado de esterificación-transesterificación: consiste en refinar los ácidos grasos mediante la adición del catalizador ácido, de tal manera que el producto resultante se separa mediante centrifugación. Los aceites que se han refinado son secados y se someten posteriormente a transesterificación. El esquema del proceso de esterificación-transesterificación se muestra en la figura 3.15.

Alcohol

Catalizador(Ácido)

Aceite

Reactoresterificación

Acondicionamiento/Separador

Alcohol

Catalizador(Ácido)

Reactortransesterificación

Separación

Sales

Alcohol

BIODIESEL

Agua/Catalizador

3.4. Procesos termoquímicos 3.4.1. Combustión 3.4.1.1. Introducción

La combustión es un proceso termoquímico asociado a una reacción química con la que se produce un desprendimiento de calor. El compuesto que arde se denomina “combustible”, mientras que el que produce la combustión se denomina “comburente”, que generalmente es el aire.

La reacción química que determina este proceso viene dado de la siguiente manera:

Combustible (C+ H2+ S) + Aire (O2+N2) → Humos (CO2+H2O+SO2+N2) + Calor

Figura 3.15. Proceso de producción de biodiésel mediante esterificación/transesterificación. Proceso de catálisis ácida. Fuente: García Camas, J. M. y García Laborda, J. A. 2006.

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3.4.1.2. Clasificación

En función del estado de equilibro de la reacción anterior, se puede realizar una clasificación de la combustión de la siguiente manera:

a) combustión completa: los estados de equilibrio se encuentran

desplazados totalmente hacia la derecha, y se produce cuando se ha suministrado la cantidad de aire necesaria para oxidar todos los compuestos del combustible. El carbono se oxida a CO2, el hidrógeno a H2O y el azufre a SO2.

b) combustión incompleta: es el caso cuando se tienen compuestos parcialmente oxidados, como por ejemplo CO y material sin quemar totalmente. Se puede producir tanto con exceso de aire, como con defecto de aire, como con el aire estequiométrico. Se trata de evitar en todo momento combustiones de este tipo, ya que además de generar una pérdida de energía importante, los efectos medioambientales de emisión de partículas contaminantes son importantes.

c) combustión estequiométrica: es aquella situación en la que se produce la combustión de la biomasa con la cantidad justa de oxígeno para poderla llevar a cabo. La cantidad de oxígeno necesaria se determina a partir del análisis elemental de la biomasa.

A la vista de la clasificación realizada anteriormente y de la

experiencia industrial que se tiene de este proceso, se puede decir que la cantidad real de aire necesaria para tener una combustión óptima es siempre mayor que la cantidad teórica. A la relación que se produce entre ambas cantidades se denomina “porcentaje de exceso de aire” o “coeficiente de exceso de aire”, y ésta depende del tipo de combustible que se vaya a quemar, ya que para el caso de biomasas que tengan oxígeno en su composición, la cantidad de este elemento es menor que para otro combustible que no tenga oxígeno. Para el caso de llevarse a cabo combustiones estequiométricas, el coeficiente de exceso de aire es 1; si hay defecto de aire, el coeficiente es inferior a 1; y si hay exceso de aire es porque el coeficiente es inferior a 1.

Como lo que se pretende es tener una combustión estequiométrica, asociado a este concepto se tienen otros que a continuación se comentan.

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• Poder comburívoro: es la cantidad de aire seco, medido en condiciones normales, mínimo necesario para una combustión completa y estequiométrica de la unidad de combustible. Depende del tipo de biomasa que se combustione.

• Poder fumígeno: es la cantidad de productos de la combustión que se producen en la combustión estequiométrica de la unidad de combustible. A la vista que las biomasas tienen porcentajes de humedad determinados, se tienen poderes fumígenos húmedos y secos.

3.4.1.3. Sistemas de combustión

La combustión de la biomasa se producirá de manera paulatina, pasando previamente por una serie de etapas que a continuación se detallan:

• El combustible se introduce en la cámara de combustión y se

produce el secado de la biomasa.

• A partir de 150 ºC hasta los 250 ºC se produce una reacción lenta con los volátiles.

• A partir de los 275 ºC la reacción anterior se acelera y se libera ya calor como consecuencia de la liberación y posterior ignición de los volátiles desprendidos de la biomasa como si fueran auténticos gases.

Hay que destacar que los sistemas de combustión difieren unos de

otros en una serie de particularidades que a continuación se comentan:

• del punto donde se produce la entrada de la biomasa en la

cámara de combustión.

• de las características propias de la biomasa que se va a quemar (modo de introducción del combustible, tamaño de partícula, etc.).

• de la temperatura del aire primario que es aquel necesario a partir del cual se produce la combustión de la biomasa.

• del tiempo de residencia de la biomasa.

• de la temperatura media en la que se produce la reacción de combustión.

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A pesar de lo dicho con anterioridad, todas las instalaciones tienen unos sistemas que son comunes, y que son los siguientes:

• Almacenamiento del combustible (en silos, en nave, al aire

libre, etc.). Es recomendable el almacenamiento de biomasa para dos días de funcionamiento de la instalación energética a plena carga.

• Transporte y dosificación desde el lugar de almacenamiento al equipo de combustión (mediante cinta transportadora, por tornillo sinfín, sistemas neumaticos, etc.).

• Equipos de combustión (quemador de tornillo, quemador ciclónico) y cámara de combustión.

• Caldera (de vapor o pirotubular, de agua o acuotubular, de fluido térmico como aceite, de parrillas, de lecho fluido).

• Recuperadores de calor (economizadores que son aquellos dispositivos que aprovechan los gases de escape para calentar el agua de alimentación al sistema; precalentadores que aprovechan la energía térmica de los gases para realizar un precalentamiento del aire de combustión, etc.). La utilización de estos sistemas provoca una mejora ostensible del rendimiento de la instalación en varios puntos porcentuales. Siempre que se pueda la utilización de precalentadores de aire es preferible emplearlos en detrimento de los economizadores, ya que son más económicos, los precalentadores no trabajan a presión, y la utilización de aire primario caliente produce una combustión completa y por tanto mayor cantidad de energía extraída de la biomasa. Lo comentado anteriormente no conduce a una exclusión de ambos sistemas en una única instalación, aunque obviamente aumentaría la inversión de la planta.

• Depuración de gases (filtros de mangas, ciclones o multiciclones, precipitadotes electrostáticos, sistemas scrubbers, etc.).

• Extracción de las cenizas (con válvulas rotativas con sistemas de descarga automática, mediante tornillos sinfín con apoyo manual).

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1: Caldera. 2: Depósito de pellets. 3: Caseta. 4: Chimenea. 5: Suelo caseta.

3.4.1.4. Tipos de calderas

La clasificación que se puede realizar de estos sistemas, atiende a varios criterios.

1) En función del material que constituye la caldera:

a) De fundición: la transmisión de calor tiene lugar en el hogar, el área de intercambio es pequeña y los rendimientos bajos, con poca pérdida de carga en los humos y por dicho motivo suelen ser de tiro manual.

b) De acero: para combustibles líquidos o gaseosos y al tener una mayor superficie de contacto, el rendimiento es mejor.

c) Murales: de diseño reducido y compacto. Generalmente no se emplean para quemar gas procedente de biomasa, aunque son perfectamente válidas. Generalmente proporcionan calefacción y agua caliente sanitaria.

Figura 3.16. Central térmica con biomasa en forma de pellets. Fuente: www.oekofen.com.

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2) En función de la aplicación a la que se destinen:

a) Usos domésticos: para generar calefacción, agua caliente sanitaria o ambas.

b) Generación de energía eléctrica: se trata de aquellas calderas que se emplean en plantas industriales para la producción de electricidad.

c) Plantas de cogeneración: son las llamadas “calderas de recuperación”, y aprovechan los gases de escape calientes.

d) Industriales: para la generación de vapor o agua sobrecalentada.

3) En función del combustible que utilizan:

a) Calderas de combustibles sólidos.

b) Calderas de combustibles líquidos.

c) Calderas de combustibles gaseosos.

Figura 3.17. Instalación integral doméstica con biomasa en forma de pellets para la obtención de calefacción y ACS.

Fuente: www.pelletsworld.com.

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4) En función del fluido caloportador:

a) Calderas de agua.

b) Calderas de agua sobrecalentada: son necesarias bombas para aumentar la presión.

c) Calderas de vapor: en este caso se necesita que la calidad del agua empleada sea muy buena, ya que podría producir deterioros de la caldera y reducción de la vida útil de la misma.

d) Calderas de aceite térmico.

5) En función del fluido que transfiere el calor, se tienen dos tipos:

a) Pirotubulares: los gases son los que fluyen por el interior de los tubos. Existen ciertas limitaciones en cuanto a producción de vapor y presión de funcionamiento. Válidas para medianas producciones y bajas presiones, aunque son muy utilizadas por la forma que tienen, el rendimiento que tienen, los bajos costes de utilización, etc.

Figura 3.18: Caldera pirotubular de biomasa sólida. Fuente: www.biochamm.com.br.

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b) Acuotubulares: en estas el agua circula por el interior de los tubos que posee la caldera. En este caso no existe limitación alguna como sucedía para las pirotubulares. Se suelen emplear en aquellos casos en los que no se pueden utilizar calderas pirotubulares. Generan mayores cantidades de vapor a mayor presión y es por dicho motivo por lo que suelen emplear en las instalaciones de producción de energía eléctrica con biomasa de cierta potencia. Tienen un precio superior a las pirotubulares a igualdad de condiciones.

6) En función de la forma en la que se produce la combustión de la biomasa, se tiene lo siguiente:

a) Caldera de parrillas: son las más habituales, y se diferencian en función de que las parrillas sean fijas o móviles. La alimentación de aire primario a la caldera se lleva a cabo mediante soplantes por debajo de la parrilla, mientras que el aire secundario se introduce por la parte superior y permite la perfecta combustión de todos los volátiles generados a partir de la biomasa.

Figura 3.19: Caldera acuotubular de biomasa sólida. Fuente: www.biochamm.com.br.

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b) Calderas de lecho fluidizado: en ellas la combustión se lleva a cabo en una masa en suspensión de material inerte (que constituye el lecho del sistema), de cenizas y de combustible. Por la parte inferior de este tipo de calderas se introduce una corriente de aire que permite el ascenso de la masa anterior. Dependiendo de la velocidad del aire, el lecho estará fijo o suspendido, siempre y cuando esta velocidad compense o no la fuerza de la gravedad: cuando la velocidad del aire sea baja se tiene “lecho fijo estático”, si la velocidad del aire genera una fuerza similar a la fuerza de la gravedad se dice que se tiene “lecho suspendido”, y finalmente, si la fuerza generada por la corriente de aire es mayor que la fuerza de la gravedad se dice que se tiene “lecho fluidizado”.

Atendiendo al grado de fluidización de la masa y por tanto a la velocidad de la corriente de aire que se inyecta, se tienen dos tipos:

- burbujeante: la velocidad de la corriente de aire es

pequeña y una pequeña cantidad de partículas se retienen en el ciclón.

- circulante: la corriente de aire tiene una velocidad importante, por lo que buena parte de las partículas del lecho se arrastran y deben ser retenidas en los ciclones o multiciclones instalados al efecto.

Sobre la base de lo comentado con anterioridad, la biomasa puede

ser sometida a un proceso de combustión para la producción de energía térmica, energía eléctrica o ambas a la vez en sistemas de cogeneración, en los que la biomasa se queme en calderas donde se genere vapor y éste se utilice en turbinas de vapor acopladas a un alternador para la generación de energía eléctrica. Para el caso de biogás, éste se puede emplear en cogeneración mediante su ignición también en motores de gas.

3.4.1.5. Aplicaciones de la combustión

El empleo de sistemas de combustión con biomasa es de los más antiguos, por lo que su empleo es muy variado:

• A nivel doméstico: para satisfacer las necesidades térmicas de

calefacción y/o de agua caliente sanitaria.

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• Hornos: en la fabricación de ladrillos y bovedillas.

• Secaderos: de tipo directo e indirecto, tanto de materiales agrarios como industriales.

• Calderas: para la generación de energía eléctrica y/o térmica.

3.4.1.6. Co-combustión

La co-combustión es aquel proceso en el que se produce una combustión conjunta de biomasa (residuos agrícolas, residuos forestales, cultivos energéticos, residuos agroindustriales, residuos ganaderos, lodos de depuradora), con un combustible tradicional, como por ejemplo el carbón o el fueloleo. Se emplea en mayor medida en las centrales térmicas en las que se utiliza como materia prima energética el carbón.

Esta técnica presenta las mismas ventajas que la utilización en exclusiva del recurso biomásico, y la finalidad principal es disminuir la cantidad de carbón quemado y por tanto disminuir las cantidades de CO2 emitido a la atmósfera.

Hay que decir que hay dos tipos de co-combustión:

• co-combustión directa: en este caso se trata conjuntamente al

carbón y a la biomasa, y ésta se introduce en la caldera junto con el carbón. La alimentación puede ser mezclada, es decir, los dos combustibles se mezclan con anterioridad, o bien, se alimenta a la caldera de forma individualizada el carbón de la biomasa, e incluso se puede acoplar una parrilla en la parte inferior de la caldera, siendo en este lugar donde se produzca la combustión de la biomasa.

• co-combustión indirecta: la biomasa es transformada en una instalación independiente de la del carbón, y los productos resultante de la combustión de ambas materias primas se tratan conjuntamente. Este caso se ejecuta de manera muy puntual, ya que la inversión necesaria desaconseja dicha opción.

Con la entrada en vigor del Real Decreto 661/2007 de 25 de Mayo

por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial, se permite la co-combustión de biomasa en

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centrales térmicas del régimen ordinario, retribuyéndose el kWh de la forma establecida en dicho Real Decreto.

3.4.2. Gasificación 3.4.2.1. Introducción

La gasificación es un proceso llevado a cabo en un gasificador en el que se produce la transformación de una materia prima en estado sólido o líquido en un gas con un poder calorífico moderado, gracias a la aplicación de calor, de un agente gasificante y bajo unos niveles de oxígeno restringidos.

La materia prima que puede ser empleada en procesos de gasificación es muy diversa, desde residuos de tipo lignocelulósico como los residuos agrícolas, los residuos forestales, los cultivos lignocelulósicos, e incluso la fracción orgánica de los RSU, siempre y cuando estos tengan un contenido en humedad inferior al 40%. La composición química del gas variará en función del agente gasificante empleado.

Toda instalación de gasificación, de manera general, tiene una serie de etapas como la del enfriamiento del gas con recuperación de calor, la limpieza del gas (de polvo, amoniaco, alquitranes, etc.) y la generación de energía (en motores de combustión interna, en turbinas o en otros equipos de producción de calor y potencia). En la figura 3.20 se muestra un esquema de obtención de energía a partir de la gasificación de biomasa.

GASIFICACIÓN

Gas de Poder Caloríficomedio o bajo

Síntesis Caldera Motor Turbina degas

Pilas decombustible

Productosquímicos Energía

Productoprincipal

Tecnología deproceso

Productossecundarios

Figura 3.20: Procesos tecnológicos de gasificación. Fuente: Cabanillas Cabanillas, A. 2007.

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Los gasificadores se pueden clasificar atendiendo a varios criterios. En primer lugar, en función del agente gasificante, los gasificadores pueden ser los siguientes:

• gasificador con aire: se introduce aire caliente en el gasificador,

generando un gas pobre con un poder calorífico no mayor del 25% del poder calorífico del gas natural.

• gasificador con oxígeno: en este caso el gas de síntesis formado tiene más calidad que el formado en el caso anterior, al no producirse dilución debido a la presencia de nitrógeno en el aire, y su poder calorífico se encontrará aproximadamente entre el 25% y el 40% del poder calorífico del gas natural.

• gasificador con vapor de agua: el gas formado en esta ocasión se encuentra enriquecido en hidrógeno y en monóxido de carbono, y se destina fundamentalmente para la síntesis de compuestos como el amoniaco, el metanol, etc.

• gasificador con hidrógeno: el gas generado tiene un poder calorífico importante y se puede destinar a las mismas aplicaciones que el gas natural.

Como se puede comprobar en la tabla 3.6, en función del agente

gasificante que se emplee para gasificar la biomasa, la composición química variará de una u otra forma.

Composición (% en Vol.)

Agente gasificante Oxígeno Aire Vapor de agua

CO 14,0 17,4 36 H2 36,2 23.,3 40 CH4 13,1 5,1 2,5 CO2 34,0 14,8 19,5 N2 1,2 38,5 1,7

Alquitranes (% peso) 4-0,5 4-0,5 4-0,5 Partículas (g/Nm3) 1-100 1-100 1-100

Poder calorífico (Kcal/Nm3) 2.600 1.750 2.350

Tabla 3.6: Composición del gas de gasificación en función del agente gasificante. Fuente: Cabanillas Cabanillas, A. 2007.

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Asimismo, en función de la fuente de la que provenga el calor necesario para llevar a cabo la combustión, la clasificación en esta ocasión sería la siguiente:

• gasificador directo: en este caso el calor proviene de la

combustión parcial de la propia biomasa que se va a gasificar.

• gasificador indirecto: el calor requerido proviene de otra fuente energética, por medio de un intercambiador e incluso de un proceso indirecto como podría ser la separación de las zonas de gasificación y de combustión.

Atendiendo en este caso a la presión a la que trabajan los

gasificadores, estos pueden ser:

• gasificadores atmosféricos: trabajan a la presión atmosférica.

• gasificadores presurizados: son aquellos que realizan la gasificación a una determinada presión.

Finalmente, en función del diseño del reactor, que se encuentra

directamente relacionado con el movimiento de la materia prima que se va a gasificar y con la del agente gasificante, la clasificación que en esta ocasión se podría realizar sería la siguiente:

• gasificadores de lecho fijo o móvil: de manera general, la

potencia de las instalaciones en las que están presentes estos equipos está comprendida entre 1 y 4 MW. Aquí se diferencian los gasificadores en contracorriente o updraft, los gasificadores en corrientes paralelas o downdraft y los gasificadores en corriente cruzada.

• gasificadores de lecho fluidizado: en este caso también se podrían diferenciar los de tipo burbujeante (para instalaciones de potencias entre 0,5 y 10 MW) y los de tipo circulante (para instalaciones de potencias superiores a 5 MW).

• gasificadores de arrastre.

En la figura 3.21 se muestran de forma esquemática los

gasificadores anteriores más importantes.

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Secado 100 ºC

Pirólisis 300 ºC

Gasificación900 ºC

Oxidación1400 ºC

Ceniza Agentegasificante

Biomasa Gas

Secado 100 ºC

Pirólisis 300 ºC

Oxidación1400 ºC

Gasificación900 ºC

Ceniza

AgentegasificanteBiomasa

Gas Agentegasificante

Ceniza Gas

Biomasa

Secado+

Pirólisis+

Oxidación+

Gasificación

Lecho móvil en contracorrienteo updraft

Lecho móvil en corrientesparalelas o downdraft Lecho fluidizado

Como la clasificación más importante que se puede realizar es sobre el tipo de gasificador, seguidamente se pasará a detallar cada uno de los tipos comentados anteriormente.

1) Gasificadores de lecho fijo o móvil: se caracterizan porque disponen de un lecho sobre el cual la biomasa se mueve lentamente hacia abajo por el efecto de la gravedad a la vez que se va produciendo la gasificación.

• En contracorriente o Updraft: se trata del gasificador más simple. En él, el gasificante se introduce por la parte inferior y las partículas de biomasa entran por la parte superior, se desplazan hacia abajo por el propio efecto de la gravedad, y son sometidas a un secado, pasan luego por una fase de pirólisis (donde se generan ya los gases que se evacuan por la parte superior, los vapores condensables y los alquitranes que salen del gasificador sin craquear o quemar), por una de gasificación, hasta llegar a una de oxidación. Las ventajas de este tipo son la generación de gases de salida a temperaturas relativamente bajas, las elevadas eficiencias en la gasificación e

Figura 3.21: Tipos de gasificadores. Fuente: Cabanillas Cabanillas, A. 2007.

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incluso procesar materias primas con un contenido en humedad de hasta el 60% (aunque se verá en este caso extremo mermado el rendimiento del proceso). Como gran inconveniente está la generación de importantes cantidades de alquitranes y de productos de pirólisis, que no tienen importancia en el caso que se quiera utilizar el gas obtenido para generar energía térmica, pero en aquellos casos en los que sea necesario su uso para obtener energía eléctrica es preciso una limpieza profunda del gas generado.

• En corrientes paralelas o Downdraft: en este caso la biomasa se alimenta por la parte superior (al igual que en el anterior caso), pero a diferencia de ése, el agente gasificante se introduce también por la parte superior. Las partículas de biomasa sufren los procesos de secado y de pirólisis seguidamente, y los gases, alquitranes y char producidos llegan a la fase de oxidación quemándose una parte de ellos. El gas obtenido se elimina por la parte inferior del gasificador. La principal ventaja de este tipo de gasificador es el bajo contenido en alquitranes que se produce, y como importante inconveniente es la cantidad de ceniza formada y de materia particulada en el gas producido

2) Gasificadores de lecho fluidizado: en ellos la temperatura es uniforme a través de todo el lecho, manteniéndose entre 700 y 900 ºC. En este caso no hay zonas definidas en el gasificador donde se lleven a cabo los diferentes procesos que se comentaron para el caso de los gasificadores de lecho fijo o móvil.

• Burbujeante: operan con bajas velocidades del aire de fluidización. Se caracterizan porque la mayor parte de los sólidos permanecen en el lecho y una mínima parte inferior al 10% se tienen que recuperar en el ciclón.

• Circulante: las velocidades del aire de fluidización son mayores que para el anterior caso. La particularidad más destacada es que se produce un arrastre importante de material del lecho, aunque se puede reciclar mediante un ciclón. Los costes unitarios de operación en este caso son menores que para el caso del gasificador burbujeante.

3) Gasificadores de arrastre: tanto la alimentación como el agente gasificante fluyen en el mismo sentido. Los gases adquieren velocidades muy elevadas, por lo que el tiempo de residencia es muy pequeño. Tienen la particularidad de operar a elevadas temperaturas

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y presiones, por lo que son válidos para instalaciones de más de 100 MW, por lo que provienen de instalaciones de gasificación de carbón. 3.4.2.3. Factores

A continuación se van a comentar los diferentes tipos de factores que hay que considerar en el proceso termoquímico de la gasificación.

a) Factores de operación:

- Temperatura: el aumento de este parámetro favorece el

aumento del contenido en el gas producto de hidrógeno y de monóxido de carbono, mientras que por el lado contrario se disminuye el contenido de metano y de agua.

- Presión: al aumentar la presión se aumentan las proporciones de hidrocarburos y de alquitranes.

- Relación agente gasificante/biomasa: para el caso que sea el oxígeno el agente gasificante, un aumento de éste favorece la formación de dióxido de carbono y por tanto una pérdida de la calidad del gas, mientras que si el gasificante es el aire habrá un efecto de dilución por la presencia de nitrógeno, un aumento de la temperatura por lo que se genera una disminución de la proporción de residuo sólido y condensables generados en la pirólisis.

b) Factores de la biomasa gasificada:

- Análisis elemental: como se vio en el Tema 1, sería el

contenido de C, H, N, S y O. Influye en el valor de la relación agente gasificante/biomasa, así como en la cantidad de óxidos de nitrógeno y de azufre que se puedan formar.

- Análisis inmediato: al igual que anteriormente, sería la determinación de las cenizas, el material volátil y el carbono fijo. El contenido en cenizas da un valor sobre la cantidad de material que debe ser retirado del gasificador, y por tanto debe ser lo más bajo posible, ya que si es elevada se disminuirá la cantidad de biomasa que forma gas y por tanto que genera energía. Además, la determinación de la temperatura de fusión de éstas

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permite conocer si se llegan a formar escorias, con lo que eso supone de obstrucción de los equipos.

- Poder Calorífico: es el parámetro que determina la cantidad de energía presente en un combustible.

- Tamaño de partícula: determina el tiempo de residencia de la biomasa en el interior del gasificador, y por tanto el volumen del mismo.

- Densidad, forma y dureza de las partículas: a menor densidad la fluidización puede empeorar, aunque en ocasiones se puede mejorar el añadir un coadyuvante.

- Humedad: es el parámetro más importante para determinar si un proyecto de gasificación es viable económicamente.

c) Factores de diseño del gasificador:

- Geometría del reactor: es el que determina la cantidad de biomasa que se puede gasificar.

- Sistemas de alimentación y de retirada de biomasa/productos: la altura y las dimensiones de la salida de los gases, inciden sobre la conversión de la biomasa gasificada.

- Sistemas de acondicionamiento y limpieza del gas producto: en función del destino del gas producido, la limpieza del mismo será una u otra. Los parámetros que determinan las operaciones de limpieza generalmente son los alquitranes y las partículas.

3.4.2.4. Barreras de la gasificación

• Partículas: para eliminar las partículas se pueden emplear sistemas como los ciclones (empleados en las instalaciones de combustión), los filtros de barrera, los filtros electrostáticos y los wet scrubbers.

• Alquitranes: los alquitranes son compuestos orgánicos de carácter aromático del tipo benceno, naftaleno, pireno, etc., con puntos de ebullición entre 100 y 500 ºC, que se producen en los fenómenos de gasificación, tal y como se ha comentado con anterioridad en porcentajes entre el 0,1 y el 1%, dependiendo del tipo de gasificador empleado, de las

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condiciones de gasificación (temperatura, presión, tiempo de residencia, etc.), y de la biomasa que se emplea para gasificar. Hay que decir que si se aumenta la temperatura se disminuye la cantidad de alquitranes generados, aunque la composición de estos cambia. Por el contrario, un cierto nivel de humedad puede tener un efecto positivo, aunque a niveles elevados se reduce la temperatura de gasificación y el resultado es contrario al esperado. El tiempo de residencia es importante, ya que si se incrementa, el contenido de alquitranes disminuye.

Si los alquitranes se condensan, se producen taponamientos y ensuciamientos. También se pueden producir ensuciamiento de la superficie de intercambio de calor y formación de tapones en los intercambiadores; taponamiento del medio filtrante en equipos de lavado; formación de depósitos en el regulador de presión o en el filtro; formación de depósitos en el compresor o de hollín en las turbinas, etc. Por este motivo es necesario su tratamiento y eliminación, teniendo tolerancias distintas dependiendo de si el sistema de generación de energía es a través de motores de gas (10-100 mg/Nm3) o a través de turbinas de gas (0,5-5 mg/Nm3).

Las vías de eliminación de los alquitranes pueden ser físicas (usando tecnologías similares a las empleadas para la eliminación de partículas como los wet scrubbers, que requieren temperaturas del gas entre 35 y 60 ºC y mediante un fluido como agua o aceite en mayor medida retiene los alquitranes con una eficacia inferior al 98-99%; los precipitadores electrostáticos húmedos, cuya temperatura de operación es inferior a 150 ºC, y retiene los alquitranes que se encuentran en forma de aerosol; los filtros de barrera, son los menos aconsejables, pero en ocasiones se emplean) o catalíticas/térmicas (mediante el empleo de catalizadores metálicos y no metálicos). También se puede producir una eliminación térmica de los alquitranes sin catalizador, pero para ello se requieren temperaturas a partir de 900 ºC en función del alquitrán producido, siendo todos los alquitranes craqueados a partir de 1.300 ºC.

• Álcalis: por encima de los 800 ºC, las sales alcalinas se pueden evaporar y generar problemas en aquellos lugares en los que se depositen cuando se enfríen. Pero a 650 ºC los vapores comienzan a condensar y es muy recomendable que se eliminen sobre todo si se va a emplear el gas de gasificación en turbinas de gas, ya que pueden volver a vaporizarse por las

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altas temperaturas que se tienen en algunas de las zonas de la cámara de combustión. Para eliminar estos álcalis, el método más efectivo es disminuir la temperatura del gas producido hasta valores en los que dichas partículas de álcalis se puedan eliminar con sistemas como filtros de mangas, filtros electrostáticos o wet scrubber, comentados anteriormente.

• Amoniaco: el amoniaco es necesario eliminar del gas de gasificación, ya que se convierte en NOx durante la combustión del gas, y puede generar importantes problemas medioambientales. Su eliminación se puede llevar a cabo mediante la presencia de un catalizador del tipo dolomita que descomponga la molécula de amoniaco en nitrógeno e hidrógeno. Asimismo, también se puede producir dicha eliminación con wet scrubbing, pero para ello es preciso que el gas se enfríe previamente.

• Azufre: en aquellos casos en los que se genere también azufre en el gas, la eliminación de éste por su posible transformación a SOx se puede llevar a cabo mediante lavado o wet scrubbing.

• Metales pesados: puede ir con algunos de los diferentes tipos de biomasas susceptibles de gasificar, por lo que su eliminación se puede llevar a cabo con carbón activo, filtros de mangas y precipitadores electrostáticos.

• Halógenos: mediante la gasificación, el cloro se puede transformar a ácido clorhídrico y el bromo a ácido bromhídrico, por lo que su eliminación en aquellos casos en los que estén presentes en cantidades importantes se puede llevar a cabo con filtros o con carbón activo.

3.4.3. Pirólisis 3.4.3.1. Definición

El proceso pirolítico es aquel en el que se produce la degradación de la biomasa por efecto del calor sin la presencia de oxígeno, es decir, en una atmósfera completamente inerte. Los productos generados tienen tres estados: sólidos, líquidos y gaseosos, y corresponden a carbón o char, alquitranes y productos gaseosos o vapor piroleñoso. Como se ha visto con anterioridad, este proceso puede presentarse de manera individualizada o conjuntamente dentro de procesos como combustión o gasificación, aunque no presenta la evolución comercial e industrial como lo pueden hacer la combustión y la gasificación.

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Al requerir energía térmica para que se lleve a cabo el proceso, permite que se pueda dividir a la pirólisis en dos grupos:

• Sistemas alotérmicos o indirectos: la fuente de energía suele

ser el propio gas producido o el char generado, y se transmite por conducción y radiación de las paredes del reactor.

• Sistemas autotérmicos o directos: la energía necesaria la proporciona la combustión de parte de la carga.

Desde el punto de vista operativo, la pirólisis se puede clasificar de

la siguiente manera:

a) Pirólisis convencional: se emplean equipos rotatorios o de lecho

móvil e incluso horno de parrilla. En cualquier de los casos los sistemas pueden ser directos e indirectos.

b) Pirólisis rápida: conocida como “fast pyrolisis”. Aquí se incluyen los sistemas de polvo en suspensión.

c) Pirólisis instantánea: también conocida como “flash pyrolisis”. En este caso promete el lecho fluidizado en dos etapas, en el que se produce la combustión de un sólido y esto es lo que transfiere calor al sistema.

Si lo que se tiene en cuenta es la temperatura a partir de la cual se

lleva a cabo el proceso, la pirólisis se podría clasificar del siguiente modo:

a) Pirólisis a temperatura y velocidad de calentamiento bajas.

b) Pirólisis a temperatura y velocidad de calentamiento altas.

c) Pirólisis especiales: en este grupo se encuentran la pirólisis a vacío, la pirólisis flash y la pirólisis fast.

En la tabla 3.7 se muestran las características de los distintos tipos

de pirólisis.

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Pirólisis Tiempo de residencia

Velocidad de calentamiento

Presión (bar)

Temperatura máx (ºC)

Producto mayoritario

Carbonización Horas-días Muy baja 1 400 Sólido

Convencional 5-30 min. Baja 1 600 Gas, líquido

y sólido Fast 0,5-5 seg. Muy alta 1 650 Líquido

Flash-líquido < 1 seg. Alta 1 < 650 Líquido Flash-gas < 1 seg. Alta 1 > 650 Gas

Vacío 2-30 seg. Media < 0,1 400 Líquido 3.4.3.3. Proceso pirolítico

Dado que se producen un conjunto de reacciones químicas cuando se lleva a cabo la descomposición térmica de la biomasa, el tema siempre se ha abordado estudiando los diferentes componentes que constituyen el material que se va a pirolizar. El material que generalmente se ha estudiado es la madera, por lo que se procederá al análisis de los distintos componentes de la misma (celulosa, hemicelulosa y lignina).

En primer lugar hay que decir, que se pueden distinguir varias etapas en la pirólisis de la celulosa:

• La primera de ellas tiene lugar a temperaturas inferiores a 300

ºC, de tal forma que se llevan a cabo reacciones de despolimerización, oxidación, deshidratación y descarboxilación. Únicamente la celulosa que es atacada es la amorfa, por lo que aquí sólo se generaría monóxido de carbono y agua.

• En la segunda etapa, que se lleva a cabo cuando se tienen temperaturas superiores a los 300 ºC, es cuando se produce el carbón, el alquitrán (cuyo principal componente es el levoglucosano), y los productos gaseosos.

En la figura 3.22 se muestra un esquema sencillo de la pirólisis de

la celulosa.

Tabla 3.7. Características generales de los métodos de pirólisis. Fuente: Arauzo Pérez, J. M. 2002.

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Celulosa

Anhidrocelulosa

Levoglucosano yotros

CO, CO2, H2O, HC

Carbón vegetal

Volátiles condensables

Las celulosas son más sensibles al calor, por lo que la diferenciación entre las diferentes etapas que se producen tiene lugar a temperaturas que se encuentran en el rango de 200-260 ºC. Dan lugar en mayor medida a compuestos en fase gaseosa, menos alquitrán (sin levoglucosano) y menos carbón que la pirólisis de la celulosa. También se producen dos etapas que a continuación se comentan:

• Descomposición del polímero en fragmentos solubles.

• Conversión en unidades monómeras que rápidamente pasan a ser productos volátiles.

La pirólisis de la madera que tiene lugar es la suma de la pirólisis

de sus componentes mayoritarios: celulosa, hemicelulosa y lignina. Por lo que se refiere a la pirólisis de la lignina, también constituyente de la madera, genera compuestos aromáticos y mayor contenido en carbón, 55% aproximadamente, que para el caso de la celulosa, mientras que para el caso de los aceites piroleñosos se genera un 20%, un 15% de residuo alquitranoso y un 10% de gas.

En el caso que se pirolice biomasa forestal, las propiedades de ésta influyen de manera muy notable sobre los productos resultantes. Por ejemplo, la humedad lo que hace es disminuir el rendimiento del proceso de carbonización, ya que es necesario calor para evaporar esa agua, además de generar un carbón más frágil que si la biomasa tuviera menor contenido en humedad. Por dicho motivo se aconseja que la biomasa tenga un contenido en agua cercano al 10%. La densidad de la materia prima inicial también influye en la calidad del carbón que se formará con la pirolización, siendo recomendable para

Figura 3.22. Etapas en la descomposición térmica de la celulosa. Fuente: Elías Castells, X. y Velo García, E. 2005.

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obtener un carbón de calidad residuos forestales. El tamaño también es importante, ya que a mayor tamaño peor es la transmisión de calor, siendo recomendable tamaños comprendidos entre 2 y 10 cm. La composición química de la biomasa es muy importante, ya que a mayor contenido en lignina, más calidad tiene el carbón que se obtiene.

A la vista de lo comentado anteriormente, la descomposición térmica de la madera tiene lugar en etapas, de la manera siguiente:

• Entre 200 y 260ºC se produce la pirólisis de la celulosa.

• Entre 240 y 350ºC se tiene la pirólisis de la hemicelulosa.

• Entre 280 y 350ºC se lleva a cabo la pirólisis de la lignina.

Por tanto, a la vista de las temperaturas comentadas

anteriormente, se tiene cuatro etapas, siendo los límites de las mismas, 200ºC, 280ºC y 500ºC.

A modo de resumen, seguidamente se comentan las variables más favorables que hay que considerar si lo que se desea es obtener cada una de las fracciones

• Gas: temperatura elevada, gran velocidad de calentamiento,

preferiblemente en lecho fluidizado y lecho fluidizado circulante.

• Líquido: baja temperatura, velocidad de calentamiento elevada, pequeños tiempos de residencia del gas, preferiblemente en lecho fluidizado.

• Sólido: baja temperatura, pequeña velocidad de calentamiento, tiempo de residencia de las partículas elevado, preferiblemente en hornos rotatorio.

Un proceso pirolítico que se encuentra en fase de desarrollo es el

conocido como “pirólisis rápida”, que es aquel proceso en el que la biomasa se transforma en un líquido con un poder calorífico similar que el fueloleo. Para que se produzca es preciso que la biomasa esté muy fina, que se lleve a cabo el proceso a una temperatura de 500ºC, y es preciso que se produzca un enfriamiento rápido de los vapores para generar mayoritariamente “bio-oil”, aunque también se generan fracciones gaseosas y sólidas que se emplean como fuente de energía en el proceso.

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Este proceso comentado con anterioridad, se lleva a cabo en lechos fluidizados y circulantes, ya que es fácil de operar con ellos.

El bio-oil generado tiene una viscosidad similar el del fueloleo, y puede ser un perfecto sustituto de ése y del gasóleo, para la generación de energía eléctrica y/o térmica. Hoy por hoy su transformación a biocarburante líquido no es todavía rentable.

En la figura 3.23 se muestra un esquema de un proceso de pirólisis rápida.

Biomasa

Secado

Trituración

Reactor

Ciclón

Agentefluidizante

Calor para lapirólisis

Char

BIO-OIL

Gas reciclado

Gas

Enfriamiento

Como aspectos más destacados de esta tecnología, que se

encuentra en fase de investigación, destacan que la biomasa tiene que tener una humedad de aproximadamente el 10% y de tamaño pequeño, la velocidad de transferencia de calor debe ser elevada, a partir de 500 ºC es cuando se lleva a cabo una máxima producción de líquidos a partir de la madera, etc.

Las aplicaciones del bio-oil obtenido, a modo de resumen, se muestran en la figura 3.24.

Fuente 3.23. Esquema básico del proceso de pirólisis rápida. Fuente: Elías Castells, X. y Velo García, E. 2005.

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BIOMASASELECCIONADA

Pirólisis rápida

Extracto oreactivo

Estabilizado

TurbinaMotor

Caldera

Calor Electricidad Carburantetransporte

Productosquímicos

3.5. Procesos biológicos 3.5.1. Hidrólisis

Tal y como se comentó cuando se habló de la hidrólisis, encuadrada dentro del grupo de “procesos químicos”, ésta también puede ser enzimática, gracias a la acción, como su propio nombre indica, de enzimas. La celulosa y hemicelulosa, bajo la presencia de unas sustancias denominadas “celulasas”, se degrada a unos compuestos más sencillos (azúcares), que luego son posteriormente fermentados y a partir de los cuales se obtiene bioetanol. Primeramente se trata el residuo convenientemente, y es muy importante que se lleve a cabo correctamente porque es la que determina la rentabilidad industrial de este proceso. Tras el pretratamiento anterior, se obtiene la disolución donde se encuentran los azúcares fermentables y una fracción sólida en la que está presente la celulosa del residuo original.

Si se compara este tipo de hidrólisis con la hidrólisis ácida, se puede decir que la enzimática presenta ventajas frente a ésta por realizarse a una temperatura ambiental (por lo que no es necesario un gasto en combustible), a una presión atmosférica, se obtienen mayores rendimientos y no es necesario manejar productos químicos

Figura 3.24. Aplicaciones de los productos de la pirólisis rápida de biomasa. Fuente: Elías Castells, X. y Velo García, E. 2005.

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del tipo ácido sulfúrico, por lo que se pueden eliminar muchos riesgos.

3.5.2. Fermentación 3.5.2.1. Fermentación alcohólica 3.5.2.1.1. Concepto

Para el caso de la producción de bioetanol y teniendo en cuenta los procesos de tratamiento de los diferentes tipos de biomasa comentados anteriormente, e incluso gracias a la hidrólisis de ésta, la fermentación alcohólica es el último proceso necesario para generar bioetanol.

La fermentación alcohólica es aquel proceso en el que unos determinados microorganismos seleccionados oportunamente en el interior de un fermentador generan alcoholes a partir de unos sustratos azucarados. La reacción básica y última de dicho proceso producida por la presencia de una enzima generada por una levadura (aunque también se pueden utilizar bacterias y algún hongo) es la siguiente, aunque conviene decir que por cada molécula de azúcar se generan dos moléculas de etanol y dos de dióxido de carbono, aunque en menores cantidades se generan también glicerina, ácidos orgánicos, aldehídos, etc.:

Glucosa/Fructosa → Etanol + Dióxido de carbono

En el caso de partir de otro azúcar como la sacarosa, es preciso también mediante reacciones enzimáticas producidas por las enzimas de levaduras, obtener la glucosa y la fructosa bajo la presencia de agua. Hay que destacar que a la fermentación le influye muy directamente la presencia de oxígeno en el medio y las concentraciones de glucosa superiores a 150 g/l, ya que inhiben la reacción anterior y por tanto determinan la capacidad fermentativa, aunque para que se pueda llevar a cabo también deben estar presentes pequeñas cantidades de carbono, nitrógeno, sales minerales, oligoelementos, etc., todo ello a un pH entre 4 y 5.

Como se ha podido constatar, la obtención de etanol a partir de biomasa azucarada requiere la presencia de enzimas producidas por microorganismos como las levaduras. La selección de una cepa u otra debe realizarse oportunamente, ya que el éxito o el fracaso de la reacción vendrá motivado por cómo se haya llevado a cabo dicha

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selección. Es necesario conocer la cinética de las mismas así como sus propiedades, que podrían ser las siguientes:

• Ser genéticamente estables.

• Tener capacidad de reproducirse fácilmente y con rapidez.

• Generar el producto esperado en un período de tiempo lo más corto posible.

• Estar libre de otros microorganismos, por lo que tiene que ser un cultivo lo más puro posible.

• Mantenerse con facilidad en condiciones de viabilidad durante períodos de tiempo considerables.

3.5.2.1.2. Tipos

La reacción de fermentación alcohólica que es precisa en el proceso de obtención de bioetanol, se lleva a cabo en un fermentador y se puede producir de dos maneras:

a) en forma discontinua: en este caso la fermentación se detiene

en aquel momento en el que el medio de cultivo desaparece o cuando la concentración es óptima. En este caso el tiempo total de operación es la suma del tiempo de carga, del tiempo de reacción, del tiempo de descarga y del tiempo de acondicionamiento. Presentan costes de producción altos y un rendimiento pequeño, pero por el contrario permiten introducir cambios en el sistema de manera muy sencilla.

b) en forma continua: la disminución del sustrato inicial y el crecimiento de los microorganismos se compensa con un aporte regular y constante en función de necesidades sobre el fermentador, por lo que el volumen que se encuentra en el interior de éste es siempre el mismo. De manera continua trabajan los fermentadores de flujo pistón (necesita el mismo tiempo de reacción que un fermentador trabajando en discontinuo) o de mezcla completa (donde gracias a la agitación existente en el interior del fermentador, el sustrato que entra de manera continua se pone en las mismas condiciones que lo existente en el interior de aquél).

Como ya se ha comentado en este Tema, la producción de

bioetanol se puede llevar a cabo a partir de varios tipos de biomasas.

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Actualmente casi la totalidad del bioetanol obtenido se produce partiendo de materiales azucarados o amiláceos, aunque el denominado “bioetanol de segunda generación” se producirá a partir de materiales lignocelulósicos como los residuos agrícolas, los residuos forestales, los cultivos lignocelulósicos herbáceos o leñosos y los RSU. Es por ello por lo que a continuación se pasan a describir los dos tipos de procesos que se disponen para obtener bioetanol a partir de dichos materiales.

a) Procesos en dos etapas: es la ruta más habitual. En primer

lugar se lleva a cabo una hidrólisis química de naturaleza ácida o enzimática, siendo preferible la primera de ellas ya que se lleva a cabo con mayor rapidez, aunque ello puede llevar a la degradación de los azúcares y que conduce a una inhibición del proceso y por tanto una disminución del rendimiento, por lo que es preciso su eliminación inmediatamente. Este fenómeno no se produce en la hidrólisis enzimática, pero en contra tiene que es un proceso más caro, ya que es necesario realizar con anterioridad un pretratamiento (con productos químicos o con explosión con vapor).

b) Procesos en una etapa: son aquellos en los que la sacarificación y fermentación tienen lugar a la vez (SSF) y en el mismo reactor, y en esencia son los mismos procesos que si se llevaran a cabo la hidrólisis y la fermentación de manera independiente. En este caso se lleva a cabo la producción de enzima, la hidrólisis de la celulosa y la fermentación de los azúcares en un único reactor. La ventaja de este proceso simultáneo es que el rendimiento del proceso es superior y unido a lo comentado anteriormente respecto al fermentador, genera una reducción en la inversión a realizar. Finalmente, en este tipo de procesos se pueden emplear dos tipos de microorganismos (bacterias en este caso), uno de ellos para degradar la celulosa a azúcares y el otro para generar bioetanol a partir de estos.

En la figura 3.25 se muestran los distintos mecanismos de

producción de bioetanol a partir de la biomasa lignocelulósica y que resumen lo comentado anteriormente.

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Procesosconvencionales 2

etapas

Hidrólisisácida

Hidrólisisenzimática

Azúcares

Bacteria olevadura

Procesosinnovativos 1

etapa

Fermentaciónmonocultivo

ProcesoSSF

Fermentaciónco-cultivo

Etanol

BIOMASALIGNOCELULÓSICA

Una vez que se ha obtenido ya el bioetanol, éste no está todavía en

condiciones de ser comercializado, ya que debe sufrir un proceso de destilación para eliminar el agua que lleva. La mezcla se caliente, ya que el etanol tiene un punto de ebullición de 78,3 ºC, por lo que se evapora quedando en fase líquida el agua. Posteriormente el vapor de etanol se condensa.

Anteriormente, se ha comentado que para obtener bioetanol a partir de biomasa es preciso realizar previamente en algún caso una hidrólisis ácida o enzimática según sea el caso. Pero previamente a dicha hidrólisis, es preciso que se lleve a cabo un acondicionamiento de la materia prima empleada.

3.5.2.1.3. Pretratamiento

Puesto que actualmente, prácticamente la totalidad del bioetanol obtenido en el mundo se genera a partir de granos de cereal (en Estados Unidos a partir del maíz y en España a partir de la cebada o del trigo), es preciso llevar a cabo dos procesos con ellos muy diferenciados:

a) Proceso de molido húmedo o Wet Milling: se lleva a cabo en

aquellas plantas en las que se produce una gran cantidad de alcohol. Es la que mayoritariamente se emplea en los Estados Unidos. Cuando se desean obtener subproductos valorizables además del propio alcohol, se recomienda llevarlo a cabo a

Figura 3.25. Principales vías de producción de etanol a partir de biomasa lignocelulósica.

Fuente: Ballesteros Perdices, M. 1996.

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pesar de la complejidad que en sí tiene el proceso por el número de fases, con lo que eso supone de compuestos y separación entre ellos. Como se ha dicho que mayoritariamente se emplea en Estados Unidos y en este país se utiliza como materia prima el maíz para la obtención de bioetanol, el proceso que se sigue es el que se muestra en la figura 3.26. En primer lugar se lleva a cabo el secado y limpia de inertes de los granos de cereal. Posteriormente se remojan en una solución que posee pequeñas cantidades de dióxido de azufre y ácido láctico, que a 50 ºC, en presencia de agua y durante un tiempo aproximado de uno o dos días, ayudan a ablandar los granos de cereal. Como consecuencia de este proceso, los granos se hinchan de agua, luego posteriormente se ablandan, y debido a la existencia de un pH ácido, el almidón del grano de cereal se libera. Posteriormente se hace pasar a los granos por un separador para que el germen de los mismos flote debido al aceite que contienen y se puedan recoger con facilidad. De aquí se obtiene la fibra del grano y luego posteriormente se separa el almidón de las proteínas mediante un proceso de centrifugación.

Remojado

Extracción delgermen

Molienda ycribado

Separacióncentrífuga

Lavado Almidón Fermentación

Destilación

BIOETANOL

Germen50% aceite

Fibra

Gluten 70%proteína

Maíz

Figura 3.26. Esquema de proceso de fabricación de bioetanol a partir de cereal con la tecnología “Wet Milling” o proceso húmedo.

Fuente: Cerrillo, P. 2003.

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b) Proceso de molido en seco o Dry Milling: a diferencia del proceso anterior, se lleva a cabo en plantas de tamaño pequeño o mediano y es la técnica empleada actualmente en todas las plantas de fabricación de bioetanol en España. En este caso se limpian igualmente los granos de cereal de impurezas e inertes, para posteriormente someterles a un proceso de molienda, a partir del cual se genera una harina en la que está presente el germen, la fécula y la fibra. Para convertir a esa harina en azucarada es preciso el uso de enzimas o soluciones ácidas. Posteriormente se añade levadura para que comience el proceso de fermentación. Del producto resultante, y una vez que se haya extraído ya el alcohol, se obtiene un compuesto denominado DDGS (Dried Destiller Grains of Solubles o granos secos de destilería solubles), que suna vez que se seca sirve como alimento al ganado, pelletizándose previamente para facilitar su almacenamiento y transporte. En la figura 3.27 se muestra el esquema de este proceso.

Molienda Licuefacción Sacarificación Fermentación

Fermentación

FermentaciónConfiguración Evaporación

Mezcla de alimentación asecadero Secado Pelletización DDGS

Cereal

BIOETANOL

Hay que añadir en este punto como enlace entre la hidrólisis y la fermentación, que también se puede producir bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica mediante la utilización de levaduras termotolerantes, proceso que se ha investigado y patentado en el centro español de investigación CIEMAT. En este método, el proceso de hidrólisis y de fermentación se produce de manera simultánea a una temperatura de 42 ºC, durante un tiempo aproximado de 72 horas. Se trata de un sistema discontinuo basado en una explosión a

Figura 3.27. Esquema de proceso de fabricación de bioetanol a partir de cereal con la tecnología Dry Milling o proceso seco.

Fuente: Cerrillo, P. 2003.

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vapor, en una hidrólisis enzimática de la celulosa y en una fermentación simultánea de la glucosa generada, empleando una levadura conocida con el nombre de Kluyveromyces marxianus CECT 10875. De esta forma se amplía enormemente el número de materias primas susceptibles de emplearse para generar bioetanol, tales como residuos forestales, residuos agrícolas, pasta de papel, cultivos lignocelulósicos, así como incluso la fracción orgánica de los RSU.

Para que se lleve a cabo el proceso de explosión a vapor, es necesario previamente un pretratamiento de la biomasa (de los ya comentados en este Tema), para que de esta manera se tenga un tamaño de la misma entre 15 y 30 mm. Después a la biomasa se le somete a un tratamiento térmico al vapor a unas temperaturas entre 190 y 230 ºC y gracias a la inyección de vapor saturado directo durante un tiempo aproximado entre 1 y 10 minutos, por el que se produce la formación de una masa lignocelulósica húmeda donde se lleva a cabo la hidrólisis de la hemicelulosa, a la vez que el vapor de agua generado en el proceso entra en la estructura de la lignocelulosa para luego en su interior producirse la condensación del mismo formando lo que se denomina “agua capilar”. Cuando se despresuriza el sistema, esa agua se evapora rápidamente generando una ruptura de las fibras de la lignocelulosa. El resultado final, y tras un proceso de filtración, son dos fracciones, una líquida y otra sólida. La primera está formada por azúcares más o menos sencillos, mientras que la segunda está formada por celulosa y lignina, empleándose posteriormente para que se lleve a cabo la hidrólisis de la celulosa a glucosa. Esta fracción sólida se introduce en un fermentador (que trabaja a unas temperaturas situadas en el intervalo de 45-50 ºC) y se diluye hasta una proporción entre el 8 y el 15%, a la vez que se incorpora también un complejo celulolítico y enzimas glucosidasas. Bajo estos parámetros de funcionamiento, la levadura Kluyveromyces marxianus CECT 10875 trabaja correctamente, transformándose la glucosa a etanol de forma simultánea a su producción, por lo que el rendimiento de la hidrólisis aumenta considerablemente, obteniéndose a modo de ejemplo entre 150 y 170 litros de etanol a partir de 1.000 Kg de biomasa lignocelulósica con un contenido en celulosa entre el 35 y el 40%. El proceso comentado en el que la sacarificación y la fermentación se producen a la vez se conoce con el nombre de “SFS”.

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3.5.2.2. Fermentación anaeróbica (Digestión anaeróbica) 3.5.2.2.1. Concepto

La fermentación anaeróbica o digestión anaeróbica es aquel proceso en el que se produce la degradación de la materia orgánica en ausencia de oxígeno, gracias a la acción de una serie de microorganismos (bacterias), generando un gas combustible denominado “gas de vertedero” o “biogás”, dependiendo de si la reacción se produce en un vertedero controlado y sellado o en digestores de manera forzada (biometanización para el caso de la fracción orgánica de los RSU), respectivamente, así como otra serie de compuestos donde están presentes los compuestos minerales.

El proceso de digestión anaeróbica se puede llevar a cabo con diferentes tipos de biomasas como son los residuos agrícolas y ganaderos, los lodos de EDAR, los residuos industriales orgánicos, así como la fracción orgánica de RSU. En aquella instalación en la que participan conjuntamente en el proceso dos tipos de biomasas se denomina “codigestión”.

3.5.2.2.2. Etapas de la digestión

Hay cinco grandes poblaciones que intervienen en el proceso, donde se tienen tres etapas claramente diferenciadas:

• hidrólisis: es aquella fase en la que la materia orgánica

(constituida por proteínas, lípidos e hidratos de carbono), se polimeriza en compuestos más sencillos y fácilmente degradables por la acción de una serie de enzimas, segregadas por unas bacterias denominadas “hidrolítico-acidogénicas”.

• acidogénesis-acetogénesis: en este caso, a partir de los compuestos sencillos obtenidos en la etapa anterior, se producen las reacciones necesarias para que se generen ácidos orgánicos y ácido acético. Las bacterias que llevan a cabo ambos procesos son las “acidogénicas” y “acetogénicas”, respectivamente.

• metanogénesis: es la etapa final del proceso, y en él, el ácido acético generado en la etapa anterior se transforma en metano y dióxido de carbono por la acción de una serie de bacterias denominadas “metanogénicas”.

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De manera sencilla, el esquema en el que se muestran las distintas etapas de la fermentación anaeróbica, se expone en la figura 3.28.

BIOMASA

Bacteriashidrolíticas

Moléculassimples

Ácidoacético

Bacteriasmetanogénicas

BIOGÁS(CH4+CO2)

Ácidosvolátiles

Bacteriasacidogénicas

H2, CO2

Hidrólisis

Acidogénesis

Metanogénesis

3.5.2.2.3. Bacterias

Tal y como se ha comentado con anterioridad, hay varios tipos de bacterias que intervienen en el proceso de la fermentación o digestión anaeróbica.

a) Bacterias generadoras de ácidos: son bacterias productoras de

ácidos al fermentar los hidratos de carbono para generar dióxido de carbono, hidrógeno y una mezcla de ácidos orgánicos. Se trata de bacterias de crecimiento rápido, ya que el tiempo mínimo en el que doblan la población es de 30 minutos.

b) Bacterias acetogénicas: son un grupo que, utilizando los ácidos orgánicos generados por el grupo de bacterias anteriores, se genera ácido acético.

Figura 3.28. Etapas de la digestión anaeróbica. Fuente: Lomas Esteban, J. M. et. al. 2001.

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c) Bacterias metanogénicas: son los únicos microorganismos que en ausencia de oxígeno, pueden catalizar el acetato y el hidrógeno para dar compuestos gaseosos en ausencia de luz. En este grupo, se pueden distinguir dos tipos:

- Bacterias acetoclásticas: producen metano a partir de ácido

acético aunque lentamente (tardan de dos a tres días en duplicar su población).

- Bacterias utilizadoras de hidrógeno: producen metano y a la vez eliminan el hidrógeno. Se trata de bacterias de crecimiento rápido si se comparan con las anteriores, ya que duplican su población en tan solo 6 horas.

3.5.2.2.4. Parámetros

Seguidamente se van a comentar los parámetros más importantes que hay que considerar por parte de la materia prima que se va a emplear en un proceso de digestión anaeróbica.

a) pH: la determinación del pH es importante porque da una idea

de la composición de la biomasa.

b) Potencial redox: debe ser suficientemente bajo para que se puedan desarrollar las poblaciones de bacterias metanogénicas estrictas.

c) Caudal: en el caso que la materia prima a fermentar sea líquida, se fija en m3/día, mientras que si es sólido en t/día o t/hora.

d) Temperatura: hay que intentar conocer en todo momento el rango de temperaturas en el que los procesos se llevan a cabo de la manera mejor posible. La digestión anaeróbica puede llevarse a cabo en tres rangos de temperaturas posible:

- psicrófilo: por debajo de 20 ºC.

- mesófilo: entre 30 y 40 ºC.

- Termófilo: entre 50 y 70 ºC.

Si se produce un aumento en el rango de temperaturas, esto beneficia directamente a la cantidad de biogás generado, ya que aumenta la hidrólisis y por tanto la velocidad de

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crecimiento de las bacterias. En la posición termofílica se requiere mayor control y seguimiento, aunque se asegura la destrucción de patógenos.

e) DQO: es la Demanda Química de Oxígeno, que es la cantidad

de oxígeno necesaria para oxidar los compuestos reductores susceptibles de oxidarse por el dicromato y el permanganato en medio ácido. Mide en definitiva el contenido en materia orgánica de una muestra.

f) DBO: es la Demanda Biológica de Oxígeno, que es la cantidad de oxígeno consumida por los microorganismos para asimilar la materia orgánica presente en el residuo. Se mide la DBO5, que es la cantidad de oxígeno consumida después de 5 días de tratamiento a una temperatura de 20 ºC.

g) Sólidos: hay que considerar que la naturaleza de estos, su tamaño, su dureza, su composición química, etc., afectan a la degradabilidad del residuo.

h) Nitrógeno: tanto la forma amoniacal como la de nitrato. Forma parte de la relación “C/N”, y los microorganismos para que puedan degradar la materia prima necesitan que la misma esté equilibrada. Si es elevada, quiere decir que hay poco nitrógeno y por tanto no se forman las enzimas necesarias para que se lleve a cabo la fermentación anaeróbica, mientras que si es baja, la cantidad de nitrógeno es muy alta y no hay suficiente energía para todas las bacterias.

i) Fósforo: al igual que el nitrógeno, es un elemento esencial para los microorganismos.

j) Alcalinidad: mide la capacidad que tiene la materia prima de reaccionar con ácidos o para tamponar. Se debe a la existencia de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos.

k) Azufre: es importante determinarlo cuando se prevea la formación de ácido sulfúrico en el gas.

l) Inhibidores: se trata de analizar y determinar aquellos compuestos que inhiben las reacciones.

3.5.2.2.5. Tipos de digestores

Como se ha comenzado diciendo cuando se ha iniciado el mencionado proceso que nos ocupa, la producción de gas de vertedero se lleva a cabo en el vertedero controlado y sellado,

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mientras que la producción de biogás tiene lugar en los digestores. En este apartado se van a detallar los diferentes digestores que se tienen actualmente, y posteriormente se comentará cómo se produce el biogás en el vertedero.

1. Digestores discontinuos: como su propio nombre indica, la carga se realiza de manera discontinua, es decir, cuando se ha finalizado la digestión, el residuo se retira y se vuelve a llenar el digestor. La eficacia es baja por los arranques y paradas que se producen constantemente. Se suele emplear en países poco desarrollados.

2. Digestores continuos: el rendimiento es mucho mayor que los anteriores. En función del sistema de retención de la biomasa, los digestores se pueden clasificar de la siguiente manera:

a) Digestores con biomasa suspendida: los microorganismos

se encuentran flotando y no están fijos a ninguna superficie. A su vez se pueden clasificar en función de su complejidad:

▪ Mezcla completa: sencillos, sin recirculación, los

tiempos de retención hidráulica se encuentran aproximadamente entre 10 y 30 días por lo que la cantidad de gas generado es pequeña. Se pueden emplear tanto para residuos ganaderos como lodos de depuradora, ya que tienen una gran cantidad de residuos sólidos en suspensión.

▪ Flujo pistón: se puede utilizar para la degradación de residuos ganaderos que tengan el inóculo de los microorganismos anaeróbicos. El tiempo de residencia suele ser igual al anterior.

▪ Contacto: en él, el tiempo de residencia se reduce ostensiblemente a entre 2 y 6 días, ya que existe una separación y recirculación gracias a la existencia de un decantador. Las cantidades de gas generado son más altas, y se pueden emplear tanto para residuos de industrias agroalimentarias, como para residuos de papeleras, etc.

▪ Lecho expandido de lodos: en él se acumulan los microorganismos por decantación interna, y por la parte inferior se introduce el influente.

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b) Digestores con biomasa adherida: la biomasa se retiene en el interior del digestor como consecuencia de la existencia de un material inerte sobre el que se hace pasar el agua residual para su depuración. A su vez, estos se pueden dividir en:

▪ Biomasa adherida a superficies fijas: diferenciándose

los digestores de filtros no orientados y los digestores de película fija. Los primeros suelen ser de flujo ascendente, mientras que los segundos el flujo es descendente. Los reactores en ambos casos son muy estables y los tiempos de retención se establecen entre 0,5 y 3 días.

▪ Biomasa adherida a superficies móviles: las bacterias se fijan en un material inerte que colonizan y sobre el cual se hace pasar el fluido en sentido ascendente. Se dividen a la vez en digestores de lecho expandido o de lecho fluidizado.

c) Digestores de dos fases: se trata de un sistema en el que

hay presente dos digestores, en los cuales se realizan las etapas de manera individualizada. El sistema es más complejo y puede presentar algún tipo de complicación.

Figura 3.29. Sistemas de digestión anaerobia de lisieres y residuos agroalimentarios en Alemania. Fuente: www.biogas-nord.com.

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3.5.2.2.6. Vertederos

Los vertederos son aquellos lugares en los que se produce el depósito y el almacenamiento de los residuos que carecen de valorización o porque no hay una instalación de selección de compuestos que minimice las cantidades enviadas a aquél.

En su interior se producen reacciones anaeróbicas, de tal manera que la fracción orgánica de dichos residuos se degrada (en mayor o menor medida, con mayor o menor rapidez) generando gas de vertedero, que debe ser recogido y almacenado para su posterior uso energético. En el caso que no se aproveche debe ser quemado en una antorcha, ya que es más recomendable la pérdida energética que puede ocasionar, que su liberación a la atmósfera, y eso es debido al tiempo de permanencia de la molécula de metano frente a la de dióxido de carbono en la atmósfera.

La generación de gas de vertedero por la presencia de microorganismos, se llevará a cabo en función de una serie de parámetros que se establecen a continuación:

a) composición del residuo vertido: es la cantidad de materia

orgánica depositada en el vertedero.

b) sistema de gestión del vertido de residuos: el grado de compactación del vertedero, la mezcla de residuos, el sellado del vertedero, etc.

c) condiciones climatológicas de la zona: como por ejemplo el nivel de lluvias y las variaciones térmicas a lo largo del año.

Un aspecto importante del gas de vertedero que se genera en

estos, y al que hay que prestar una atención especial, es la presencia de siloxanos en el mismo, que se produce como consecuencia de la existencia de siliconas en los RSU, que al llevarse a cabo la fermentación anaerobia correspondiente, generan los mencionados siloxanos. Los siloxanos cuando alcanzan altas temperaturas en la cámara de combustión, se convierten en silicatos, sílice y otros compuestos cristalinos, precipitándose en forma de partículas abrasivas en el interior del motor, generando una reducción del volumen de la cámara de combustión a la vez que aumentan la relación de compresión y la tendencia a la detonación. Asimismo, contribuyen a la abrasión del interior del motor. El gas de vertedero se trata con carbón activo como elemento filtrante, filtros, condensación, etc.

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Hay que decir que se puede producir la co-combustión de biogás en centrales térmicas del régimen ordinario, según se recoge en el Real Decreto 661/2007 de 25 de Mayo por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial, por lo que la energía eléctrica producida será retribuida al precio que marca la legislación oportuna en todo momento.

3.5.2.2.7. Compostaje

Es un proceso que no es energético, pero que en ocasiones se realiza junto con alguno de los procesos comentados en este Tema, por lo que es necesario únicamente definirlo para que se conozca.

Se trata de un proceso de fermentación aeróbico, es decir, en presencia de oxígeno, donde se producen una serie de reacciones químicas que dan lugar a un material denominado compost, y que puede ser empleado como fertilizante orgánico o como mejorante de los suelos.

Figura 3.30. Compostaje de la fracción orgánica de los RSU y de las impurezas asociadas a ella.

Fuente: Elaboración propia.

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IV. RESUMEN

El tipo de conversiones para la biomasa es numeroso, precisamente derivado de la heterogeneidad de la misma, tal y como ya se ha visto. La clasificación de dichas conversiones se puede realizar atendiendo a parámetros como la humedad, la energía final obtenida, o la naturaleza del agente. Si se particulariza en este último parámetro, los procesos físicos a los que puede estar sometida la biomasa, en función de su naturaleza, son el transporte (en cintas o bandas transportadoras, en transportadores de cadena o de tornillo sinfín, elevadores de cangilones, o mediante transporte neumático), el almacenamiento (en silos cerrados o abiertos), el secado (de manera natural o forzada), la recolección o recogida, la disgregación, el astillado, el triturado, la molienda, el cribado y tamizado, la retención y la densificación (pelletizado y briquetado). Si lo que se tiene en cuenta son procesos químicos, los más destacados son la hidrólisis (ácida o enzimática), la extracción y la transesterificación. Dentro del grupo de procesos termoquímicos la combustión, la gasificación y la pirólisis son los desarrollados. Finalmente, la hidrólisis y la fermentación (alcohólica o anaeróbica), son los dos tipos de procesos biológicos que se han considerado.

TEMA 3. TRANSFORMACIONES DE LA BIOMASA I....

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