Biomasa

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La biomasa es toda materia orgánica, de origen vegetal o animal, utilizada en la producción de energía.

Se obtiene mediante la descomposición de una variedad de recursos renovables, como plantas, madera, residuos agrícolas, desperdicios de alimentos, excrementos e incluso basura.

Brasil tiene una situación privilegiada para la producción de biomasa a gran escala, ya que existen extensas áreas cultivables y condiciones climáticas favorables durante todo el año.

Ventajas y desventajas de la biomasa

Como fuente de energía renovable, a través de una adecuada intervención humana, la biomasa es una alternativa viable para reemplazar los combustibles fósiles y contaminantes, como el petróleo y el carbón, por ejemplo.

Además, la biomasa se usa comúnmente en plantas de energía termoeléctrica para generar electricidad. En Brasil, alrededor del 9% de la electricidad producida se genera a partir de biomasa.

En resumen, sus ventajas incluyen:

  • Alternativa de energía renovable;
  • Bajo costo;
  • Baja emisión de gases contaminantes;
  • Fabricado con una amplia variedad de materiales.

A pesar de sus ventajas, la producción de biomasa puede comprometer la conservación de los bosques y crear nuevas áreas deforestadas. También está la dificultad logística de almacenar sus residuos sólidos.

Entre las principales desventajas de la biomasa podemos mencionar:

  • Eficiencia reducida;
  • Los biocombustibles líquidos pueden emitir azufre y contribuir al fenómeno de la lluvia ácida
  • Puede resultar en impactos ambientales en los bosques;
  • Alto costo financiero del equipo;
  • La quema de biomasa está relacionada con un aumento de casos de enfermedades respiratorias;
  • Dificultad para almacenar biomasa sólida.

Fuentes de biomasa

La renovación de la biomasa tiene lugar a través del ciclo del carbono. La quema de biomasa o sus derivados libera COdos En la atmósfera. Las plantas, a través de la fotosíntesis, transforman este COdos en carbohidratos, lo que resulta en la liberación de oxígeno.

[ width=»630″] Ciclo de biomasa Ciclo de producción de biomasa

Entre los principales productos agrícolas utilizados como fuente de energía alternativa para generar biomasa se encuentra la caña de azúcar, que se utiliza para la producción de alcohol.

También se utiliza bagazo de caña de azúcar, cascarilla de arroz, nueces y cocos para generar energía para las calderas. En Brasil, el bagazo de caña de azúcar es el principal recurso potencial para la generación de electricidad.

Yuca, almidones, aceites vegetales (dendê, babasú, ricino, etc.) y celulosa, entre muchos otros materiales, que pueden utilizarse para producir combustible para motores.

Los residuos urbanos, industriales y agrícolas son materiales orgánicos transformables en biogás, utilizados para la producción de energía en hogares, industria, motores, con alto poder calorífico, similar al gas natural.

La quema de madera todavía se usa ampliamente en la industria para generar energía. Las industrias son los principales consumidores de energía de biomasa en Brasil.

El uso de biomasa se produce a través de tres procedimientos principales:

  • combustión directa: también puede implicar otros procesos físicos como el secado, corte y rotura.
  • procesos termoquímicos: gasificación, pirólisis, licuefacción y transesterificación;
  • Procesos biologicos: digestión anaeróbica y fermentación.

Productos derivados de la biomasa

Los principales productos derivados de la biomasa son:

Biogás

El biogás es un gas metano que se obtiene junto con el dióxido de carbono, resultante de la descomposición de materiales como desperdicios de alimentos, aguas residuales y excretas. Se obtiene de digestores.

Etanol

El etanol se extrae del jugo de la caña de azúcar, la remolacha azucarera y el maíz. En el caso de la caña de azúcar, alrededor del 28% del material se transforma en bagazo y se puede utilizar para la generación de energía.

Etanol celulósico

El etanol celulósico se obtiene mediante dos procesos. En uno de ellos, la biomasa está formada básicamente por moléculas de celulosa y se somete al proceso de hidrólisis enzimática. El otro está formado por gasificación, fermentación y destilación.

Biodiesel

El biodiésel se obtiene a partir de aceites vegetales como ricino, aceite de palma, soja, etc. Es un producto natural y biodegradable con bajo contenido contaminante, utilizado como combustible y en la producción de energía.

Carbón

El carbón vegetal es el resultado de la carbonización de la leña. En este caso, para evitar impactos ambientales, es importante conocer el origen de la madera, ya que gran parte de ella proviene de bosques nativos.

Medición de biomasa

La biomasa puede evaluarse en peso fresco, con el agua de constitución, o en peso seco, este último apenas superando el 20% del peso fresco. Podemos contar o no las hojas muertas, cadáveres de animales, etc., más a menudo apartados bajo el nombre de thanatomasse. Este capital no debe confundirse con su renta anual, la masa ganada en un año, como la masa de pescado que se puede pescar anualmente sin despoblar el caladero. Esta “biomasa anual” es de alrededor de 160 mil millones de toneladas de materia seca para el globo, de las cuales el 50% proviene de los bosques y el 36% de los océanos. La tundra produce, en igual superficie, cien veces menos que la selva ecuatorial. Otro método de evaluación considera únicamente la energía que se puede obtener de la biomasa, y la expresa en toe (toneladas equivalentes de petróleo) o en joules.

Uso de biomasa

El bosque francés proporciona 250.000 tep anuales para calentar hogares. Esta cifra podría duplicarse mediante el uso racional de malezas y escombros. Cultivos energéticos de plantas combustibles de rápido crecimiento, terrestres (remolacha) o, mejor aún, acuáticas (jacinto de agua, algas como botriococo, que produce directamente hidrocarburos).

Métodos de conversión de biomasa

La energía de la biomasa se libera por combustión completa (calentamiento), por pirólisis en ausencia de aire, a 500°C o 1000°C, en gasificadores, dando un gas pobre, por fermentación biológica usando levadura para obtener etanol, mezclado con gasolina (gasohol).

Más destacable es el aprovechamiento de la celulosa húmeda en digestores a 30-35°C, que proporciona un gas con un 40% de metano. Es un excelente aprovechamiento de todo tipo de residuos agrícolas y los países con agricultura tradicional (China) lo utilizan masivamente. Renovable, fácil de almacenar pero costosa de transportar, la energía de la biomasa tiene un bajo rendimiento.

Biomasa vegetal

La biomasa vegetal de los ambientes terrestres y acuáticos se produce por fotosíntesis bajo la acción del sol. Alrededor del 5% de la energía solar incidente se convierte en biomasa vegetal. Esto representa más de 10.000 g de materia seca por metro cuadrado en un bosque y alrededor de 5 g por metro cuadrado en un lago. A igual masa, el metabolismo de los microorganismos presentes en los ambientes acuáticos es muy superior al de las plantas terrestres. Así, las hojas de un bosque, activas durante la fotosíntesis, equivalen sólo al 1%-5% de la biomasa vegetal total. Es por esto que el tiempo de renovación de la biomasa de un bosque se mide en años (5 a 20 años), mientras que el de un lago se mide en días.

Conversión de biomasa vegetal

La energía contenida en la biomasa vegetal es de media 19 kJ/g de materia seca frente a 42 kJ/g del aceite y 120 kJ/g del hidrógeno. La biomasa vegetal es menos rica que la biomasa animal, donde abundan las grasas y cuyo valor energético (de media 23 kJ/g) alcanza los 30 kJ/g en determinados animales migratorios o en hibernación. Sin embargo, algunas semillas oleaginosas pueden entregar más de 30 kJ/g.

Esta energía se puede recuperar por medios termoquímicos y mediante el uso de biotecnología. La madera de los bosques representa, como fuente de energía, el 5,4% de la energía total utilizada en el mundo: el 0,7% en los países industrializados y el 20% en los países en desarrollo; pero algunos países de la zona saheliana dependen en un 95% de la madera. Los rendimientos pueden mejorarse convirtiendo plantas herbáceas anuales que de otro modo serían inutilizables en carbón mediante la quema y la aglomeración; También se pueden desarrollar plantaciones de rotación rápida. Pero existe otra forma de utilizar la madera como energía: su transformación en combustibles líquidos.

Biomasa de plantas acuáticas

El medio acuoso, no destinado a priori a la producción de alimentos y por tanto enteramente disponible para el desarrollo y aprovechamiento de la biomasa, se presta, además, a rendimientos extraordinarios debido a la estabilidad de la temperatura y la facilidad de migración de los nutrientes esenciales a la planta.

En realidad, la proliferación de plantas acuáticas constituye a menudo un desastre tanto para la navegación como para el riego (canales obstruidos). Así, el río Congo fue, en pocos años, invadido por jacintos de agua (Eichhornia crassipes), cuya producción puede superar las 15 t por hectárea al mes. Aún es necesario evaluar, además de la eliminación (difícil de calcular), la pérdida subyacente en plancton, por lo tanto en peces. Además, esta planta concentra ciertas contaminaciones. En cuanto a la biomasa de algas grandes como algas marinas, agares, lechugas de mar, tiene potencial de producción real (10 t por hectárea), pero cosecharlas presenta riesgos, porque el plancton vegetal no puede vivir sin su sombra.

Problema más agudo: ¿qué hacer con esta enorme biomasa? La transformación en metano parece ser la ruta más lógica, pero no es, hasta el momento, factible. Sin embargo, cabe destacar que el estudio de las plantas marinas ha puesto de manifiesto la existencia de una gran cantidad de moléculas químicas cuyas especificidades son notables: ácidos de cadena larga, derivados bromados, terpenos especiales, etc.

Biomasa de microorganismos

La biomasa de los microorganismos constituye, por sorprendente que parezca, el 20% de la biomasa total: equivale aproximadamente a la biomasa animal. Su primera ventaja es que se puede producir en grandes cantidades en espacios limitados. Muy diversa, se puede utilizar con fines alimentarios como fuente de proteínas. Las proteínas de los organismos unicelulares (POU) son o pueden obtenerse de bacterias (Bacillus subtilis, en sustrato de carbohidratos, Micrococcus cerificam, en medio petrolífero), un gran número de levaduras (Saccharomyces cerevisiae, levadura de cerveza), hongos filamentosos (Aspergilo, etc.) o algas unicelulares.

El interés de estos microorganismos no se limita a la producción de proteínas que constituyen su propia sustancia; muchos son conocidos gracias al carácter antibiótico de los productos de su metabolismo. Los avances en ingeniería genética los llevan al desarrollo de compuestos de muy alto valor biológico (insulina, interferón, etc.) o industrial (colorantes de antocianina). También hay que señalar que algunas algas unicelulares (Botryococcus braunii, por ejemplo) acumulan hidrocarburos en sus paredes en forma de gotas: los trabajos en curso permiten prever un rendimiento anual de más de 20 t por hectárea. Otros producen lípidos. Finalmente, continúan activamente los estudios para obtener microorganismos que fijen el nitrógeno del aire y lo pongan a disposición de los cultivos.

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