Desde los albores mismos de la humanidad y por varios milenios, el hombre dispuso y utilizó un único recurso como fuente de energía: la biomasa, bajo la forma de leña y carbón de leña.

El principal uso de este combustible fue para la calefacción de la vivienda y la cocción de los alimentos, ya que su empleo estaba mucho menos difundido en la producción de cerámica, de vidrio o de metales y de aleaciones. Por entonces, las otras fuentes de energía eran solamente la tracción a sangre, la eólica y la hidráulica.

Esta situación pervivió hasta la segunda mitad del siglo XVIII, con la Revolución Industrial el carbón de piedra aparece en escena.

Es interesante, y hasta curioso, observar que la biomasa y el petróleo (o el gas natural) muestran características contrapuestas.

Sin embargo, la alternativa petróleo (o gas natural) o biomasa? es una opción falsa y merece ser sustituida por otra más sabia, la de petróleo (o gas natural) y biomasa.

El carbón de piedra, y su acompañante inevitable, el vapor, son los responsables de mover el telar mecánico (paradigma de la Revolución Industrial), extraer agua de las minas de hierro y carbón y, más tarde, impulsar la locomotora.

Y sustituyendo al carbón de leña, su homónimo fósil también alimenta los altos hornos de la siderurgia.

El carbón de piedra es el responsable del salto prodigioso que da el hombre en el consumo de energía, al remplazar al molino (de viento o agua) y al animal de tracción.

Este combustible es sinónimo de industrialización y ocupa el centro de la escena del proceso de desarrollo que se da en algunos países de Occidente durante el siglo XIX.

El carbón de piedra resulta insustituible hasta comienzos del presente siglo, cuando aparece el competidor que habría de desplazarlo: el petróleo, al que más tarde se agrega el gas natural.

Resulta fácil entonces comprender que el carbón mineral primero y el petróleo después pasen a ser sinónimo de modernidad, mientras que la biomasa sea sinónimo de antiguedad.

Y, de hecho, las cifras de la Figura 1 sirven para certificar el aserto anterior.

Sin embargo, el hecho de que la biomasa sea un recurso renovable mientras que sus pares fósiles sean agotables, obliga a un análisis más cuidadoso.

Esta cuestión comenzó a ser motivo de la preocupación de entidades gubernamentales y oficinas técnicas de organismos internacionales en la década del 70.

Fue entonces, con la crisis de precios del petróleo, que las miradas se volvieron sobre la biomasa. Pero ya no eran sólo la leña y el carbón las formas bajo las cuales podía ser empleado este recurso come combustible.

Las tecnologías de la segunda mitad del Siglo XX hacían pensar en líquidos y gases derivados de la biomasa, utilizables como combustibles.

Entre los primeros, el ejemplo típico es el del etanol obtenido por fermentación de azúcares. Y de hecho, Brasil fue un precursor en tal sentido con su programa Proálcohol.

Entre los segundos, el caso más representativo es el del denominado biogas, obtenido por fermentación anaeróbica de detritos de animales.

Sin embargo, la realidad misma se encargó de contradecir los pronósticos apocalípticos sobre los precios del petróleo. Así pues, los esfuerzos dedicados a encontrar en la biomasa una fuente sustitutiva de energía fueron disminuyendo hasta casi desaparecer.

Y, llegando a los umbrales del siglo XXI, si volvemos a plantearnos la pregunta petróleo o biomasa?, debemos decir que la opción es falsa. En efecto, la respuesta depende del momento y lugar. Veámoslo.

Entendemos que el empleo o no del recurso energético en cuestión depende de cuatro factores fundamentales:

• el costo relativo de su colocación en puerta del cliente (industrial o domiciliario)
• su disponibilidad
• su accesibilidad
• su uso (industrial o domiciliario)

Es interesante, y hasta curioso, observar que, desde el punto de vista de estos factores, la biomasa y el petróleo (o el gas natural) muestran características contrapuestas.

La colocación de la biomasa en puerta del cliente requiere varias operaciones: siembra, cultivo y cosecha (cuando la biomasa no es silvestre), recolección y transporte. Dependiendo de factores tales como volumen recolectable y distancia de transporte, este rubro puede implicar una parte significativa del costo total.

Como sabemos, normalmente el petróleo y el gas natural, por ser fluidos, se encuentran en situación opuesta.

Los volúmenes disponibles de petróleo y gas natural están concentrados geográficamente y, salvo en el caso de selvas, son enormes comparados con los de la biomasa.

Acá nos referimos a la accesibilidad para el cliente.

En países desarrollados, la industria y la mayor parte de la población tienen fácil acceso al petróleo y sus derivados así come al gas natural.

Pero éste no es el caso de los países subdesarrollados. En éstos se continúa empleando la leña y el carbón de leña a nivel domiciliario (como vimos en la Fig. 1). Mas aún, allí lo "moderno" es recurrir al biogas a nivel de pequeñas comunidades rurales.

Y países como Brasil han llegado a tener el 100% de su parque automotor alimentado a alcohol etílico.

A su vez, en estos países subdesarrollados sin petróleo ni gas natural y en un verdadero círculo vicioso, casi no hay industria...

La opción es clara en el uso domiciliario y ya se vio en el punto anterior.

Para el caso industrial, como también ya vimos, en los países subdesarrollados casi no hay industria. Y en los países desarrollados, el empleo de petróleo y gas natural es ampliamente mayoritario. Sin embargo, estos países, a diferencia de los subdesarrollados, tienen la posibilidad de elegir alternativas. Es así como, actualmente, en Dinamarca las centrales térmicas funcionan a leña.

Y en Estados Unidos, en la ciudad de Burlington, estado de Vermont, hace pocos años se inauguró una central térmica alimentada a leña.

A su vez, el futuro de la biomasa en el mundo desarrollado queda expresado por el Programa LEBEN (Large European Bioenergy Network) de la Comunidad Europea.

Este programa tiene por finalidad recuperar tierras marginales hoy no aprovechadas. Se prevé cultivar en ellas especies vegetales útiles para su posterior explotación.

Para tal fin, en distintos puntos de Europa, existen instalaciones piloto demostrativas de distintos procesos de transformación de la biomasa en combustibles y productos químicos.

Estas instalaciones producirán la información necesaria para discernir, evaluación de proyecto mediante, cual es la ruta económicamente más adecuada por desarrollar en el futuro.

Con ello, la alternativa petróleo o biomasa? será sustituida por la más sabia, petróleo y biomasa.

BIOMASA - Componentes

Una buena parte de la energía solar es absorbida por las plantas verdes para el crecimiento de la materia orgánica, que almacena la energía en forma de materia viva, que se denomina biomasa. La cadena biológica hace que parte de esta biomasa vegetal se transforme en biomasa animal. Además, se generan residuos agrarios, industriales y urbanos, cuyo contenido energético puede ser aprovechado.

Los residuos se pueden aprovechar por vía térmica o biológica. Algunos ejemplos de estas dos vías serán mostrados en los experimentos desarrollados a continuación.

También se pueden utilizar los llamados cultivos energéticos, plantas que contienen sustancias combustibles y que pueden ser obtenidas por extracción, como veremos en la experiencia correspondiente.

La más amplia definición de BIOMASA sería considerar como tal a toda la materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. En esta definición se recogen varios tipos de materiales con significado energético directo.

Estos son:

En esta definición quedan excluidas del término de biomasa todos los productos agrícolas que sirven de alimentación al hombre y a los animales domésticos, así como los combustibles fósiles, estos últimos por derivar de materiales biológicos pero a través de transformaciones que han alterado muy profundamente su naturaleza.

Desde el punto de vista energético, la biomasa se puede aprovechar de dos maneras; quemándola para producir calor o transformándola en combustible para su mejor transporte y almacenamiento.

Se pueden llevar a cabo estudios en torno a los siguientes temas:

El aprovechamiento energético de la biomasa requiere un conocimiento de los recursos disponibles, así como de la viabilidad tecnoeconómica de su explotación.

Esta, a su vez, depende de un gran número de factores entre los que el tipo de energía demandada, el tamaño posible de la planta energética y los aspectos relacionados con la logística de suministro de la misma, junto con las características de la biomasa disponible, son algunos de los más importantes.

El estudio de estos aspectos debe hacerse a nivel regional e incluso local debido a la gran influencia que las condiciones particulares de producción y posible utilización de la biomasa tienen sobre la viabilidad de su uso energético.

Los estudios se realizan teniendo en cuenta las características de zonas o áreas de estudio concretas y se definen en cada caso las posibilidades y métodos concretos de explotación energética de los recursos de biomasa y biocombustibles disponibles.

IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LOS PRODUCTOS OBTENIDOS EN EL PROCESO DE TRANSFORMACIÓN DE LA BIOMASA LIGNOCELULÓSICA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES LÍQUIDOS

En la obtención de biocombustibles líquidos mediante transformación de biomasa lignocelulósica, se suceden las etapas de pretratamiento, hidrólisis y fermentación, originándose en cada una de ellas diversos productos que requieren para su identificación y cuantificación el empleo de técnicas avanzadas de química analítica.

Las dos fracciones hidrolizadas procedentes de la celulosa y hemicelulosa -hexosas y pentosas-, así como sus productos de degradación -hidroximetil furfural y furfural-se analizan cualitativa y cuantitativamente por métodos cromatográficos. Asimismo, los productos obtenidos en la fermentación de los hidrolizados -etanol, xilitol, arabitol, glicerol, ácido acético, etc.- y productos de degradación de la lignina -hidroxibenzoaldehído, syringaldehído, etc.- se identifican y cuantifican cromatográficamente.

La selección e identificación de los productos generados en el proceso de producción de biocombustibles líquidos se lleva a cabo mediante cromatografía. Los productos volátiles, como etanol y otros alcoholes, en cromatógrafo de gases con detectores FID y TCD. Los azúcares procedentes de la hidrólisis, por cromatografía líquida de alta presión y detector IR y los productos de degradación como furfural e hidroximetil furfural y diversos ácidos y fenoles, mediante cromatografía de líquidosde alta presión con detectores UV (DIODO ARRAY) y electroquímico.

Los sistemas disponibles de adquisición de datos son integradores Hewlett-Packard, Spectra-phisic y una estación de trabajo que controla y adquiere los datos que recibe del detector DIODO ARRAY.

El sistema permite la caracterización de un gran número de componentes producidos en los procesos de transformación de la biomasa lignocelulósica para la obtención de biocombustibles líquidos.

El gasificador de lecho fijo de tiro hacia abajo contiene mecanismos internos patentados que garantizan una operación confiable y de largo plazo. Su configuración única descompone el alquitran que normalmente se forma en el proceso de pirólisis, produciendo un gas que es esencialmente libre de alquitranes (Menos de 5mg/Nm3). Nuestro sistema comprobado de lavaje y enfriamiento de gases es constituido por un lavador venturi y un filtro fino patentado que remueve las partículas del gas.

En los sistemas térmicos, el gas combustible es quemado en un quemador especial para alcanzar las temperaturas deseadas. El sistema substuye 100% del combustible convencional.

En el sistema eléctrico, el gas combustible es inyectado en un motor Diesel convencional por la admisión del aire. Un sistema de control automático permite una operación suave del generador Diesel. Se necesita aceite Diesel solo para arrancar el sistema, lo que toma alrededor de 5 minutos, y para la ignición del motor durante la operación. La reducción del consumo de Diesel es de típicamente 70%.

Alta eficiencia de conversión, (70 -75%) de biomasa sólida en combustible gaseoso. Produce entre 2500 y 3000 kcal por 1 kg de biomasa. Produce 1 kWh por 1 kg de biomasa y menos que 100 ml de Diesel.

La combustión del gas es completa y sumamente limpia. Construido con materiales de alta calidad para resistir altas temperaturas y ambientes corrosivos. Sistemas fáciles de manejar y confiables, ideales para ubicaciones remotas.

BG Technologies configura BG-Systems para las siguientes aplicaciones:

Generación eléctrica: Industrias que producen resíduos de madera u agrícolas tales como aserraderos, fábricas de aceites vegetales y cauchales.

Secado / horneado: Empresas agro-industriales que requieren gas depurado para su uso directo en productos alimenticios, tales como secado de té, secado de coco y panaderías.

Calor para Proceso: Industrias donde el gas caliente no depurado se puede quemar en calderas, hornos y hornillos.

Los BG-Systems eléctricos consisten en un gasificador de biomasa, equipos asociados para limpieza y enfriamiento del gas y un generador Diesel. El generador Diesel puede ser operado bajo modalidad dual de combustible, usando el bio-gas y el aceite Diesel. Cuando hay disponibilidad de biomasa, generada por propias actividades u aquellas agro-industriales que se encuentren en la cercanías, el BG-Systems reduce el consumo del Diesel en cerca de 70%.

BG-Systems Eléctrico de 100 kW en la India empleando cáscaras de arroz BG-Systems Eléctrico

El gráfico abajo demuestra los ahorros anuales de un BG-Systems de 3 x 400 kW. La biomasa es gratis, consistiendo en los resíduos del proceso industrial, y el combustible Diesel cuesta US$ 0,30 por litro. Con las economias de combustible, el sistema se paga en 3 años.

El gráfico abajo indica los ahorros de energía que dependen de los costos de la biomasa.

Los BG-Systems Térmicos consisten en un gasificador de biomasa modular, equipos asociados para limpieza y enfriamiento de gas. Cuando se necesita aire caliente para secar, el sistema puede generar ahorros significativos en los costos de energía. Si se utiliza madera, como combustible para secar, los requisitos son normalmente reducidos en un 50%. Si se está utilizando aceite combustible o Diesel, un BG-Systems proveerá el 100% de los requisitos de energía y producirá ahorros significativos en los costos de combustibles.

Un BG-Systems Térmico de 1.000.000 kcal/h en la India

Un BG-Systems de 250.000 kcal/h en construcción en Indonesia BG-Systems Térmico

El gráfico abajo muestra los ahorros anuales de un BG-Systems de 3 millones kcal/h. La biomasa está disponible de las industrias vecinas, a US$ 5 por tonelada y el costo del Diesel es de US$ 0,30 por litro. El sistema se paga en menos de 2 años.