La energía de la biomasa.

7 02 2012

El término biomasa incluye toda materia viva, o cuyo origen sea la materia viva. La biomasa es una de las fuentes de energía más primitivas. Actualmente puede considerarse un combustible alternativo al carbón, petróleo o gas, debido a su bajo impacto ambiental (solo desprende en su combustión el gas CO2) y a su renovación a corto plazo.

Podemos usar como biomasa:

  • Residuos forestales o agrícolas. Por ejemplo, ramas procedentes de la poda de árboles o de restos de bosques quemados o talados.

 

  • Cultivos energéticos. Plantaciones de cultivos de crecimiento rápido y destinadas entre otros usos a la producción de energía. Por ejemplo, la soja. En este caso, durante la fase completa (desarrollo del cultivo, cosecha, transporte del mismo, etc.) se consigue incluso una reducción global de CO2 atmosférico.

 

  • Residuos sólidos urbanos (RSU). Las basuras que generamos pueden usarse para producir biogás y, a partir de él, energía.

INSTALACIÓN: Biomasa.

IMPACTO ATMOSFÉRICO: Emisión de CO2.

IMPACTO ACUÁTICO: Limpia.

IMPACTO TERRESTRE: Limpia. Reduce la acumulación de residuos sólidos.

 





Biomasa. Cuestiones de repaso.

25 02 2011

A continuación, en el siguiente pdf, podéis encontrar todas las cuestiones para repasar y reforzar los conocimientos del tema de Biomasa de tecnología de 3º E.S.O.





Biomasa. Infografía (II).

25 02 2011

La siguiente infografía nos permite aclarar y repasar muchos de los aspectos vistos en el tema:

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Generación de electricidad en una central de biomasa

25 02 2011

La siguiente animación nos permite aclarar y repasar la generación de electricidad en una central de biomasa.

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Biomasa. Infografía (I)

25 02 2011

La siguiente infografía nos permite aclarar y repasar muchos de los aspectos vistos en el tema:

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Biocombustibles. Dificultades.

25 02 2011


Las barreras que se encuentran los biocarburantes en el mercado (tanto el biodiesel como el bioetanol) son:

  • Necesaria exención fiscal.
  • Desligar la producción de la materia prima de retirada obligatoria de la PAC (Política Agraria Comunitaria).
  • Acondicionar la red de distribución de carburantes.
  • Garantías de funcionamiento de los vehículos.




Bioetanol.

25 02 2011

Producción de alcohol a partir de diferentes materias primas que tienen azúcares fáciles de extraer y transformar: semillas de cereal y de maíz, tubérculos, caña de azúcar, materias celulósicas y hemicelulósicas (paja, madera), etc. Mediante un proceso de fermentación de materias azucaradas de los vegetales se obtiene etanol, que se utiliza en los motores de encendido por chispa, mezclado con la gasolina o como único combustible. En este tipo estaría el bioetanol.

El bioetanol es el alcohol etílico producido a partir de la fermentación de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales (cereales, remolacha, caña de azúcar o biomasa) combinados en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa  y celulosa.

 

Los usos del bioetanol son:
1. la fabricación del ETBE,
2. mezcla directa con gasolina,
3. como combustible principal en los motores de gasolina o
4. mezcla directa con diesel.

El octanaje o el número de octanos de la gasolina se refiere a la facilidad con que ésta se quema y cuánta detonación produce. El octanaje, por lo tanto, es el índice que mide el valor antidetonante de los combustibles por comparación con en el de un carburante patrón. Para conseguir un adecuado índice de octano tradicionalmente se añadían sales de plomo a la gasolina, método que en la actualidad está prohibido por el grado de contaminación ambiental que tiene este metal. El aditivo que se añade a la gasolina para aumentar el octano es el metil terciario buril éter, MTBE, que se obtiene del metanol. Es un producto derivado del gas natural o del carbón, un líquido tóxico que inicia la evaporación a temperaturas moderadas, a partir de 34 ºC. Como sustitutivo al MTBE, se encuentra el bioetanol en forma de ETBE. Cumple mejor esa misión por razones físicas de mezcla y produce menos contaminación residual que el MTBE. Es la mejor vía para introducir la biomasa en el suministro de combustibles de automoción. Puede alcanzarse con ella hasta el 5% del consumo de gasolinas. Por otro lado, los motores admiten mezclas de gasolina con etanol hasta un 20%, sin producirse variaciones notables en su comportamiento.

Incluso los motores pueden funcionar exclusivamente con bioetanol, con una adaptación de los motores a este combustible. Los llamados vehículos flexibles (FFV) permiten la utilización de tanto de gasolina como de bioetanol E 85. Estos vehículos utilizan un 15% de gasolina para paliar el problema de la baja presión de vapor y garantizar así el encendido.

En la actualidad se encuentra en fase de experimentación la mezcla del bioetanol con diesel (E diesel). La proporción en la que se está mezclando es entre el 5 y el 15%. Para este tipo de mezcla se necesita la utilización de emulsionantes como aditivos. Con estas mezclas se consiguen combustibles de distintas clases dependiendo de la temperatura de inflamación que tengan.

Dentro de los procesos de producción de etanol, queremos destacar las tres materias principales de las cuales se obtiene: azúcar de los cultivos de caña o de remolacha; de los cereales, bien mediante el método Dry Milling o Wet Milling; o a partir de biomasa mediante una hidrólisis ácida.

Las ventajas de usar el bioetanol son:

1. Una mejora del índice de octanos
2. Un mayor calor de vaporización
3. La temperatura de llama menor, consiguiéndose una menor pérdida de calor por radiación.
4. Un mayor volumen de gases en la combustión, lo que significa una mayor presión y una mayor energía mecánica producida.
5. La velocidad de llama mayor, esto se traduce en un desarrollo más eficiente del par del motor.
6. Mejora la biodegradabilidad de la gasolina.
7. Reduce el número de compuestos aromáticos en la gasolina, y por lo tanto, reduce las emisiones de benceno a la atmósfera.

Los inconvenientes del uso de bioetanol son:

1. Eleva la presión de vapor (esto se produce en la mezcla directa).
2. Tiene afinidad por el agua.

 





Biodiesel.

25 02 2011

Biodiesel: son ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de lípidos renovables tales como aceites vegetales y que se emplean en los motores de ignición de comprensión (motores diesel) o en calderas de calefacción (definición de American Standards for Testing and Materials).

Antecedentes del Biodiesel

1900 Rudolf Diesel Aceite de cacahuete
1920 Shay Aceite de palma
2ª Guerra Mundial Aceites vegetales
Crisis del petróleo
(1973-1979)
Aceites vegetales
1980 Dilución de aceite en gasóleo
Mezcla de aceite y disolvente
Pirólisis del aceite
Situación actual Procesos de transesteriferificación catalítica de aceites vegetales

El biodiesel está formado por ácidos grasos y ésteres alcalinos, obtenidos de aceites vegetales, grasa animal y aceites usados. A partir de un proceso llamado “transesterificación “, los aceites se combinan con un alcohol (etanol o metanol) y se alteran químicamente para formar ésteres grasos como el etil o metilo éster. Los productos originados son: glicerina y metiléster. Éste tiene un comportamiento en los motores de combustión de diésel similar al del gasoil. Esta línea es una vía de salida para los excedentes de colza, girasol y otros productos alimentarios.
La glicerina, en este caso, es un subproducto que puede venderse a las fábricas de jabón.


El inconveniente que tiene el biodiesel es el alto precio de mercado que tienen los aceites para uso alimenticio.





Biocombustibles

25 02 2011

Los biocombustibles han dejado de ser una fantasía, para convertirse en una realidad. Ya podemos ver por las calles automóviles que funcionan con estos biocombustibles. En Brasil, por ejemplo, hay unos 2.000.000 de vehículos que se mueven con alcohol casi puro, el cual se obtiene de la caña de azúcar, y 8.000.000 más utilizan una mezcla de gasolina y alcohol. Este alcohol se realiza a partir de melazas de caña de azúcar o de la pulpa de mandioca, para ser utilizado como combustible. Gran parte del etanol se mezcla con gasolina, y constituye el 20 % del combustible que utilizan los automóviles, con el consiguiente ahorro de energía fósil (gasolina).

Básicamente se trabaja en dos alternativas comerciales: el biodiesel y el bioalcohol.





Biomasa. Aplicaciones

21 02 2011

1.- Producción de Energía Térmica

Aprovechamiento convencional de la biomasa natural y residual.  Los sistemas de combustión directa son aplicados para generar calor, el cual puede ser utilizado directamente, como por ejemplo, para la cocción de alimentos o para el secado de productos agrícolas. Además, éste se puede aprovechar en la producción de vapor para procesos industriales y electricidad.

Los procesos tradicionales de este tipo, generalmente, son muy ineficientes porque mucha de la energía liberada se desperdicia y pueden causar contaminación cuando no se realizan bajo condicionescontroladas.

2.- Producción de Energía Eléctrica

Obtenida minoritariamente a partir de biomasa residual (restos de cosecha y poda) y principalmente a partir de cultivos energéticos leñosos, de crecimiento rápido (Chopo, Sauce, Eucalipto, Robinia, Coníferas, Acacia, Plátano,…) y herbáceos (Cardo lleno, Miscanto, Caña de Provenza, Euforbias, Chumberas,…). También se utiliza el biogás resultante de la fermentación de ciertos residuos (lodos de depuradora, Residuos Sólidos Urbanos…) para generar electricidad.

El rendimiento neto de la generación de electricidad en las plantas de biomasa es bajo, del orden dl 20% referido a su poder calorífico inferior. Ello se debe fundamentalmente el pequeño tamaño de la planta de producción. La caldera tiene un rendimiento moderado al quemar un combustible de alto contenido en humedad, y su consumo en servicios auxiliares es alto, por encima del 8% de la producción total de electricidad en salida de alternador.

Una posibilidad de incrementar el rendimiento energético en el uso de la biomasa es la cogeneración de calor y electricidad. La condensación del vapor supone una evacuación de calor cercano a la mitad de la energía contenida en la biomasa; la recuperación de parte de ese calor de condensación en forma de vapor de baja temperatura o agua caliente, para usos industriales o domésticos, supone un aumento de la eficiencia energética. Para ello se puede disponer de una turbina de contrapresión o bien hacer una extracción de vapor con volumen significativo en la zona de baja presión de la turbina. Se instalan los intercambiadores de calor adecuados y se pueden obtener rendimientos globales de entre un 40 y un 60%.

La gasificación es una alternativa con mejores rendimientos que la combustión en calderas. El empleo de motores diesel o de turbinas de gas para quemar el gas producido puede eleva el rendimiento a valores por encima del 30%, sin embargo ésta es una opción poco extendida.

3.- Producción de Biocombustibles

Existe la posibilidad, ya legislada, de alimentar los motores de gasolina con bioalcoholes (obtenidos a partir de Remolacha, Maíz, Sorgo dulce, Caña de azúcar, Patata, Pataca,….) y los motores diesel con bioaceites (obtenidos a partir de Colza, Girasol, Soja,…). Esta aplicación se verá de forma detallada más adelante.

4.- Producción de gases combustibles

Es una aplicación poco utilizada actualmente que consiste en la descomposición de la biomasa en un digestor para obtener un gas, cuyo compuesto combustible es básicamente metano, pero también contienen nitrógeno, vapor de agua y compuestos orgánicos. El proceso es adecuado para tratar biomasa de elevado contenido en humedad y poco interesante en otras  aplicaciones, bien por su calidad o por la poca cantidad disponible.

El gas obtenido es de bajo poder calorífico, pero útil en aplicaciones térmicas en el propio entorno ganadero o agrícola, suministrando luz y calor. En el caso de instalaciones de mayor tamaño, se puede llegar a colocar motores diesel de hasta varios cientos de kilovatios de potencia para la generación de electricidad; existen ya ejemplos industriales de ello. La producción de gas se puede controlar adecuándola a la demanda; incluso puede hacerse que durante varias horas el digestor se mantenga embotellado, sin producir gas, durante los períodos en los que no exista consumo energético.

Otra posibilidad para la producción de gas es el empleo de un gasificador, que inyecta aire u oxígeno y vapor de agua. Opera a elevada temperatura, entre 800 y 1200ºC, con lo cual la cinética de las reacciones es más alta. El gas contiene CO, H2, pequeñas concentraciones de metano, nitrógeno y vapor de agua. Tiene un poder calorífico medio. Existen varias alternativas de gasificación; el lecho fijo sirve para tratar pequeñas cantidades de biomasa, mientras que los de lecho fluido tratan mayores cantidades, siendo éstos utilizados para la generación de electricidad.

Al problema operativo de la gasificación, se une el de la producción de alquitranes y otros compuestos orgánicos pesados. Esto hace posible la combustión del gas en equipos industriales, calderas y hornos o en motores diesel para generación eléctrica, pero dificulta la extensión a turbinas de gas en sistemas eléctricos de alta eficiencia. La alternativa es purificar el gas, pero es








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