Informe Biomasa. Oportunidades para el sector de … · 1. Introducción: Biomasa . La biomasa...

Observatorio Industrial del Sector de Fabricantes de Bienes de Equipo

Biomasa. Oportunidades para el sector de fabricantes de

Bienes de Equipo

TITULO 1/127 FECHA: Diciembre 2011

INDICE

INDICE ............................................................................................................................ 2 1. Introducción: Biomasa .............................................................................................. 3

1.1 Situación actual en España y Europa ...................................................................... 7 1.2 Estructura y evolución del sector.......................................................................... 11 1.3 Tipos de biomasa .................................................................................................. 13 1.4 Procesos de conversión ......................................................................................... 18 1.5 Formas de energía de la biomasa .......................................................................... 20

2. Necesidad energética. Análisis de la situación actual del sector de la biomasa en España y expectativas de crecimiento. ........................................................................... 26

2.1 Biomasa (solida). ................................................................................................. 26 2.1.1 Estado del sector. ........................................................................................... 26 2.1.2 Estado de las tecnologías ............................................................................... 29 2.1.3 Problemática detectada .................................................................................. 43

2.2 Biocombustible (líquido). ..................................................................................... 45 2.2.1 Estado del sector ............................................................................................ 48 2.2.2 Estado de las tecnologías ............................................................................... 60 2.2.3 Problemática detectada. ................................................................................. 68

2.3 Biogás. (Gas) ........................................................................................................ 74 2.3.1 Estado del sector ............................................................................................ 74 2.3.2 Estado de las tecnologías ............................................................................... 79 2.3.3 Problemática detectada. ................................................................................. 91

3. Análisis de las necesidades tecnológicas del sector. Determinación de las potenciales oportunidades para las empresas del sector de fabricantes de bienes de equipo. ............................................................................................................................ 93

3.1 Biomasa ................................................................................................................ 93 3.1.1 Soluciones para solventar la problemática detectada. ................................... 93 3.1.2 Aplicaciones. ................................................................................................. 95 3.1.3 Mercado potencial ......................................................................................... 97 3.1.4 Legislación .................................................................................................. 103

3.2. Biocombustible .................................................................................................. 107 3.2.1 Soluciones que se pueden aportar para solventar la problemática detectada. 108 3.2.2 Aplicaciones ................................................................................................ 109 3.2.3 Mercado potencial. ...................................................................................... 112 3.2.4 Legislación .................................................................................................. 113

3.3 Biogás. (Gas) ...................................................................................................... 115 3.1.1 Soluciones que se pueden aportar para solventar la problemática detectada. 115 3.3.2 Aplicaciones ................................................................................................ 117 3.3.3 Mercado potencial. ...................................................................................... 123 3.3.4 Legislación .................................................................................................. 125

4. . Bibliografía ......................................................................................................... 126

2

1. Introducción: Biomasa La biomasa abarca todo un conjunto heterogéneo de materias orgánicas, tanto por su origen como por su naturaleza. En el contexto energético, el término biomasa se emplea para denominar a una fuente de energía renovable basada en la utilización de la materia orgánica formada por vía biológica en un pasado inmediato o de los productos derivados de ésta. También tienen consideración de biomasa la materia orgánica de las aguas residuales y los lodos de depuradora, así como la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (RSU), aunque dadas las características específicas de estos residuos se suelen considerar como un grupo aparte. La biomasa tiene carácter de energía renovable ya que su contenido energético procede en última instancia de la energía solar fijada por los vegetales en el proceso fotosintético. Esta energía se libera al romper los enlaces de los compuestos orgánicos en el proceso de combustión, dando como productos finales dióxido de carbono y agua. Por este motivo, los productos procedentes de la biomasa que se utilizan para fines energéticos se denominan biocombustibles, pudiendo ser, según su estado físico, biocombustibles sólidos, en referencia a los que son utilizados básicamente para fines térmicos y eléctricos, y líquidos como sinónimo de los biocarburantes para automoción. La biomasa es una excelente alternativa energética por dos razones. La primera es que, a partir de ella se pueden obtener una gran diversidad de productos; la segunda, se adapta perfectamente a todos los campos de utilización actual de los combustibles tradicionales. Así, mediante procesos específicos, se puede obtener toda una serie de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos que pueden ser aplicados para cubrir las necesidades energéticas de confort, transporte, cocinado, industria y electricidad, o servir de materia prima para la industria. Los biocombustibles son aquellos combustibles producidos a partir de la biomasa y que son considerados, por tanto, una energía renovable. Se pueden presentar tanto en forma sólida (residuos vegetales, fracción biodegradable de los residuos urbanos o industriales) como líquida (bioalcoholes, biodiésel) y gaseosa (biogás, hidrógeno). Biocombustibles sólidos

Dentro del grupo de los biocombustibles sólidos, los más importantes son los de tipo primario, constituidos por materias lignocelulósicas procedentes del sector agrícola o forestal y de las industrias de transformación que producen residuos de dicha naturaleza. La paja y los restos de poda de vid, olivo y frutales, la leña, las cortezas y los restos de podas y aclareos de las masas forestales son materia típica para elaboración de biocombustibles sólidos de origen agrario. También las cáscaras de frutos secos y huesos de aceituna y otros frutos, los orujillos procedentes de la extracción del aceite de orujo en las almazaras y los restos de las industrias del corcho, la madera y el mueble, constituyen una buena materia prima para la fabricación de biocombustibles sólidos. Otro grupo de biocombustibles sólidos lo constituye el carbón vegetal, que resulta de un tratamiento térmico con bajo contenido en oxígeno de la biomasa leñosa, pero al ser el resultado de una alteración termoquímica de la biomasa primaria, debe ser considerado de naturaleza secundaria. Aunque una parte importante de la biomasa se utiliza directamente, como por ejemplo la leña en hogares y chimeneas, la utilización energética moderna de los biocombustibles sólidos requiere un acondicionamiento especial. Las formas más generalizadas de utilización de este tipo de combustibles son astillas, serrín, pelets y briquetas. Las astillas constituyen un material adecuado para ser empleado en hornos cerámicos, de panadería, viviendas individuales, calefacción centralizada de núcleos rurales o pequeñas industrias. Se obtienen a partir de los restos leñosos de los tratamientos silvícolas, de las

3

operaciones de corte de madera o de las podas de árboles de cultivos leñosos. Cuando las astillas se van a utilizar en quemadores específicos (que necesiten inyectores, por ejemplo), previamente hay que molerla para obtener un combustible más fino y a fin de eliminar restos (piezas metálicas, arena, piedras o vidrios). Las briquetas son cilindros (de 50 a 130 mm de diámetro y de 5 a 30 mm de longitud).Tienen una densidad elevada (entre 1.000 y 1.300 kg/m3) y se fabrican por medio de prensas, en las que el material es sometido a altas presiones y se calienta, produciendo en su interior procesos termoquímicos que generan productos adherentes que favorecen la cohesión del material. También se pueden añadir adherentes artificiales para facilitar la cohesión y reducir la presión de prensado. Es una forma normal de tratar el serrín procedente de las industrias del mueble y la madera. Los pelets (o pellets) son cilindros más pequeños. Se preparan mediante prensas de granulación, análogas a las utilizadas para la fabricación de los piensos compuestos. La compactación se consigue de forma natural o mediante la adición de elementos químicos que no contengan elementos contaminantes en la combustión. La materia prima, al igual que en el caso de las briquetas, debe tener poca humedad y baja granulometría. Es un producto muy manejable que puede servir para automatizar instalaciones de pequeño o mediano tamaño. Biocombustibles líquidos

La denominación de biocombustibles líquidos se aplica a una serie de productos de origen biológico utilizables como combustibles de sustitución de los derivados del petróleo o como aditivos de éstos para su uso en motores.

El principal inconveniente que presentan los biocombustibles líquidos son su alto coste frente a los combustibles tradicionales, por ello es necesario un escenario de exenciones fiscales junto a la disminución de costes en producción.

- El bioetanol, incluyendo su derivado el etilterbutileter. Se obtiene mediante la fermentación de materias ricas en azúcares o en almidón. Se utilizan como sustitutivo o aditivo a la gasolina.

- El biodiesel. Son ésteres metílicos de aceites vegetales obtenidos mediante reacción catalítica del aceite con metanol. Otras materias primas para su producción son los aceites de fritura usados y las grasas animales.

Biocombustibles gaseosos

Entre los biocombustibles gaseosos que se pueden obtener a partir de la biomasa están el gas de síntesis y el biogás.

• Gas de síntesis Al someter la biomasa (o el cisco y la brea resultantes de la pirólisis) a altas temperaturas (entre 800 y 1.500ºC) en ausencia de oxígeno, se originan productos gaseosos, con un poder calorífico bajo (de 1.000 a 1.200 kcal/m3) consistentes, principalmente, en N2, CO, H2, CH4 y CO2 en proporciones variables. Este proceso se realiza en los llamados gasógenos, que se utilizan con fines térmicos o, en combinación con motores, para producir energía mecánica o eléctrica. En principio, el destino del gas de gasógeno suele ser la producción de calor por combustión directa en un quemador o la generación de electricidad por medio de un motor o turbina. En la actualidad, los procesos de gasificación avanzada, basados en sistemas de lecho fluidizado, son los mas prometedores para la generación de electricidad, con una alta eficiencia en base a ciclos combinados de turbina de gas y ciclo de vapor. Para esta finalidad es muy importante la obtención de gases limpios.

• Biogás

4

La digestión de la biomasa en condiciones anaerobias da origen al llamado "biogás", a razón de unos 300 l por kg de materia seca, con un valor calórico de unos 5.500 kcal/m3. La composición de biogás es variable, pero está formado principalmente por metano (55-65%) y CO2 (35-45%); y, en menor proporción, por nitrógeno, (0-3%), hidrógeno (0-1%), oxígeno (0-1%) y sulfuro de hidrógeno (trazas). El poder calorífico del biogás está determinado por la concentración de metano (9.500 kcal /m3), pudiéndose aumentar ésta, eliminando todo o parte del CO2 que le acompaña. Este tipo de transformación se produce de manera espontánea en pantanos o fondos de lagunas y lagos en los que haya depósitos de materia orgánica. Por este motivo al metano se le ha llamado el “gas de los pantanos”.También se produce en los vertederos de RSU, pudiéndose obtener el gas mediante perforaciones. El biogás se suele utilizar para generar electricidad. En el caso de los vertederos, su uso para este fin tiene como ventajas añadidas la quema del metano y su transformación en CO2 y agua. De esta forma se reduce el efecto perjudicial del metano como gas de efecto invernadero (su potencial de absorción de la radiación infrarroja es muy superior al del CO2). La digestión anaerobia es un proceso típico de depuración, por lo que también se emplea para el tratamiento de aguas residuales y efluentes orgánicos de industrias agrarias o de explotaciones ganaderas Las principales tecnologías de conversión energética que se utilizan en el área de la biomasa se resumen en el gráfico siguiente:

Ventajas de utilizar la biomasa El uso de la biomasa tiene una serie de ventajas ambientales y económicas. Ventajas ambientales ■ Balance neutro en emisiones de CO2 (principal responsable del efecto invernadero). La combustión de biomasa produce CO2, pero una cantidad análoga a la emitida fue captada previamente por las plantas durante su crecimiento, por lo que la combustión de la biomasa no supone un incremento neto de este gas en la atmósfera. ■ Al tener escaso o nulo contenido en azufre, la combustión de la biomasa no produce óxidos de este elemento, causantes de las lluvias ácidas, como ocurre en la quema de combustibles fósiles.

5

■ En el caso de los biocarburantes utilizados en motores, las emisiones contienen menos partículas sólidas y menor toxicidad que las emisiones producidas por carburantes procedentes del petróleo. ■ Permite recuperar en las cenizas de la combustión importantes elementos minerales de valor fertilizante, como fósforo y potasio. ■ Como una parte de la biomasa procede de residuos que es necesario eliminar, su aprovechamiento energético supone convertir un residuo en un recurso. Contribuye al mejor cumplimiento de los compromisos de España en los objetivos 20-20-20, En particular: o Reducción de emisiones de CO2: mitigación del cambio climático. o Utilización de energías renovables o Mayor eficiencia energética desde el momento que una parte significativa de la biomasa se pudre o quema en las cunetas para su destrucción. • Es una energía renovable, totalmente compatible con la protección de nuestro entorno. • La utilización energética de subproductos domésticos y de la industria que actualmente van a vertedero reduce el volumen de material desechado y aumenta la duración de dichos depósitos de rechazos. • Facilita la gestión de los montes colaborando al aprovechamiento sostenible de sus productos, especialmente para masas forestales de especies con aprovechamiento energético tradicional que se abandonó con la generalización del butano. • Facilita la recogida de restos del cultivo agrícola. • Disminuye los riesgos de incendio mejorando por tanto a largo plazo la biodiversidad. • Mejora el estado fitosanitario de los montes reduciendo el riesgo de plagas. • Pone en valor amplias superficies agrícolas y forestales marginales que actualmente están sumidas en el abandono Ventajas socioeconómicas ■ Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles. ■ Favorece el desarrollo del mundo rural y supone una oportunidad para el sector agrícola, ya que permite realizar cultivos energéticos en sustitución de otros excedentarios. ■ La producción de cultivos energéticos en tierras agrícolas de barbecho, supone creación de puestos de trabajo con el consiguiente ahorro de subvenciones por desempleo y favorece el incremento de la actividad del sector agrario (maquinaria, fertilizantes, técnicos etc...) ■ Abre oportunidades de negocio a la industria española, favorece la investigación y el desarrollo tecnológicos, e incrementa la competitividad comercial de los productos. ■ La tecnología para su aprovechamiento cuenta con un buen grado de desarrollo tecnológico para muchas aplicaciones. ■ Es un importante campo de innovación tecnológica, las respuestas tecnológicas en curso están dirigidas a optimizar el rendimiento energético del recurso, minimizar los efectos ambientales de los residuos aprovechados y de las propias aplicaciones, incrementar la competitividad comercial de los productos y posibilitar nuevas aplicaciones de gran interés como los biocombustibles, entre otros. • Mejora de la garantía de suministro ya que es un combustible local. • Disminución de costes de suministro energético respecto a combustibles de importación. • Mayor estabilidad de precios. • Mejora de la rentabilidad de la industria que genera subproductos biomásicos aumentando su competitividad. • Disminución del déficit exterior. • Genera puestos de trabajo en el medio rural en mucha mayor medida que cualquier otro combustible alternativo

6

• Genera puestos de trabajo en actividades de mantenimiento en mucha mayor medida que los combustibles fósiles pero de forma competitiva por el menor coste de la biomasa sobre los combustibles alternativos. • Avanza hacia una economía libre en carbono sin afectar a la calidad de vida ya que es básicamente la energía renovable gestionable Desventajas en el uso de la biomasa como fuente de energía. La principal desventaja del uso de la biomasa con fines energéticos es la competencia que habría para la utilización de suelos, alimentación – biomasa.

1.1 Situación actual en España y Europa El futuro de la biomasa en la UE La voluntad de Europa de sustituir parte del consumo de energía fósil (petróleo, gas y carbón) por energía proveniente de la biomasa empieza a dar sus frutos. El Plan de Acción para la Biomasa fue redefinido a finales del 2005 por la Comisión y describe un nuevo objetivo para el conjunto de los 27 países miembros (25 en el momento de la revisión). La CE estima que las medidas previstas en este plan aumentarán el uso de la biomasa (biomasa sólida, biogás, biocarburante o desechos municipales renovables) hasta un total que alcance aproximadamente los 150 Mtep en el año 2010 (55 Mtep para la producción de electricidad, 75 Mtep para la producción de calor y 19 Mtep para el transporte) Teniendo en cuenta la evolución actual y la capacidad de ciertos países de valorizar su potencial, EurObserv´ER (organismo independiente que anualmente publica informes sobre la evolución de las renovables en Europa) estima en 78,6 Mtep el consumo de la biomasa sólida para 2010 y en 6,5 Mtep el consumo energético asociado a desechos sólidos urbanos. Si añadimos las cifras de los últimos barómetros de EurObserv´ER en torno a los biocarburantes (9,9 Mtep en 2010) y el biogás (8,7 Mtep en 2010), la previsión del consumo de energía primaria de biomasa será de 103,7 Mtep en 2010, es decir 46,3 Mtep menos que los previstos en el Plan de Acción Dentro del objetivo global de aportación de las EERR al total de Energía primaria del 12% en 2010, el Plan de Acción de la Biomasa de la Comisión Europea1 (CE), propone el objetivo de incremento del uso de la Biomasa hasta 150 Mtep/año lo que supondría aproximadamente un 10% de la producción de energía primaria en 2010. Recientes Comunicados de la CE, como el paquete de medidas integradas sobre la energía y el cambio climático para reducir las emisiones en el siglo XXI (enero 2007) proponen todavía objetivos ambiciosos a plazos más largos, como la participación de las EERR en un 20% del total de energías consumidas en 2020, medida que se complementa con un objetivo de sustitución del 10% de biocarburantes en el sector del transporte. Además, en su comunicado COM (2007) 18 del 31 de enero de 2007 la Comisión Europea propone una revisión de la directiva 98/70/EC, que permita la introducción de un porcentaje mayor de biocarburante en la gasolina mediante la modificación de los límites máximos permitidos en la presión de vapor y contenido en oxígeno, entre otras medidas propuestas. En ese mismo comunicado, propone a los

1 Comunicación de la Comisión sobre el “Plan de acción de la biomasa” COM(2005)628 final

7

suministradores de carburantes una reducción de un 1% anual en las emisiones gases de efecto invernadero de los carburantes desde 2010 hasta 2020. Sin embargo, si no se modifica drásticamente la tendencia actual, estos objetivos probablemente no serán alcanzados. En 1999, la Biomasa (aplicaciones eléctricas, térmicas y en transporte) contribuyó, aproximadamente, en dos tercios al total de la producción de energías renovables en la UE (2.000 Petajulios 48 Mtep) lo que supuso un 4% del total de suministro de energía primaria. En 2003 tan sólo se alcanzaron 69 Mtep, lo que supone, como se ha mencionado, un ritmo de crecimiento claramente insuficiente para alcanzar los objetivos previstos. La Biomasa para electricidad (incluyendo la biomasa sólida, el biogás y la fracción biodegradable de los RSU) constituye actualmente el 2% del consumo eléctrico de la UE2. En los últimos años se ha venido incrementando su producción de forma continuada: 18% en 2002, 13% en 2003, 19% en 2004 y 23% en 2005. Si la tendencia actual continúa, en 2010 se podría alcanzar la generación de 167 TWh a partir de biomasa, lo que correspondería a la biomasa necesaria para alcanzar el objetivo del 21% de electricidad de origen renovable en 2010 (suponiendo que la biomasa contribuya en un 40% a dicho objetivo como estipula el comunicado de la Comisión COM (2004) 366 final). Por el contrario, según el Comunicado de la Comisión Europea de 10 de enero de 2007 sobre el paquete energético, en 2003 los biocarburantes representaron un 0,5% en el mercado de los carburantes de automoción, en 2004 un 0.7% y en 2005 se alcanzó tan sólo un 1%, es decir, la mitad del valor de referencia establecido en la Directiva 2003/30, y menos que el valor que se hubiera alcanzado si todos los Estados miembros hubieran cumplido con los objetivos indicativos que se marcaron y comunicaron a la Comisión, cuya media era de 1,4%. Sin embargo hay que indicar que durante 2006 este valor se incrementó hasta un 1,8%, lo cual supuso un incremento del 80% con respecto al valor alcanzado en 20053. Según diferentes modelos de predicción, se estima que sólo se alcanzará un 3,9% (modelo PRIMES) o incluso un 2,4% (modelo Green-X) de sustitución en 2010, mientras que el objetivo marcado por la Directiva es de 5.75%. Actualmente el consumo de bioetanol en mezcla directa en Europa se centra fundamentalmente en Suecia, donde se utiliza en mezclas del 5% en volumen para cualquier vehículo de gasolina y de hasta del 85% de etanol en gasolina (E-85) para los llamados vehículos de carburante flexible (FFvs) o en los autobuses de bioetanol (E-95). El consumo de bioetanol en otros países europeos se basa en la producción de ETBE como componente para la gasolina. Sin embargo hay que destacar que cada vez hay más iniciativas de proyectos en los que se emplean flotas cautivas cuyo objetivo es fomentar el empleo de estas mezclas (Madrid, Pais Vasco,) Los mayores consumidores y productores de biodiésel son Alemania, Francia e Italia. En 2005, estos tres países produjeron más del 70% de la UE. El consumo de biodiésel se centra en mezclas entre el 5% y el 30% en volumen (B-5 y B-30 respectivamente) en la mayoría de países europeos, con un consumo de biodiésel puro (B-100) especialmente significativo en Alemania. Otros biocarburantes con menor volumen de mercado en Europa son el biogás (principalmente, en Suecia) y el aceite vegetal puro (principalmente, en Alemania).

2 Comunicación de la Comisión. “Acción de seguimiento del Libro Verde. Informe sobre el progreso de la electricidad renovable” SEC(2007)12..

3 Biofuels Barometer. EurOvserbÉR 2007

8

La biomasa para usos térmicos ha alcanzado niveles de desarrollo dispares en los distintos Estados miembros de la UE, debido a la inexistencia, actualmente, de un marco legal global en el que se estipulen objetivos específicos en este sector. La producción de calor bruto a partir de biomasa sólida en la Unión Europea pasó de 5,297 Mtep en 2004 a 5,478 Mtep en 20054. Conviene remarcar que se trata de la aplicación donde se obtienen los mayores ahorros de GEI. El empleo de la biomasa en el sector doméstico constituye la aplicación más competitiva de este recurso pero su desarrollo está dificultado por la falta de incentivos que sirvan para cubrir los riesgos iniciales de la implantación comercial. En algunos países, como Austria, que han apoyado con medidas adecuadas esta utilización de la biomasa, los biocombustibles sólidos constituyen en la actualidad una de las principales fuentes energéticas en este sector. La utilización térmica de la biomasa en el sector industrial viene condicionada por su falta de competitividad en general con los combustibles fósiles, por lo que, en las circunstancias actuales, está prácticamente reducida al autoconsumo por parte de algunas industrias de sus propios residuos. Por último, destacar que la Directiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de abril de 2009, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, establece que cada Estado Miembro elaborará un Plan de Acción Nacional en Materia de Energías Renovables (PANER) para conseguir los objetivos nacionales fijados en la propia Directiva. Situación en España. El Plan de Energías Renovables 2005-2010 (PER) calcula los recursos potenciales de biomasa en España en unos 19.000 ktep (13.000 corresponden a biomasa residual y casi 6.000 a cultivo energéticos) y considera este recurso como un pilar fundamental para cumplir los objetivos perseguidos. De hecho, la biomasa constituye el 45% de los objetivos del PER. Sin embargo, su desarrollo no está siendo el esperado, hasta el punto de que a finales de 2010 sólo se había alcanzado en torno a un 50% del objetivo perseguido. Uno de los problemas principales es la disponibilidad del recurso. La recogida, el transporte, el almacenaje y el tratamiento de la materia prima conllevan una logística casi siempre compleja y, por tanto, costosa. Además, hasta la aprobación del Real Decreto 661/07, nuevo marco regulador de las renovables, las retribuciones hacían poco viable la rentabilidad de las plantas. Las nuevas tarifas, sin embargo, han acabado con este escollo. Queda por resolver otro: la complejidad de los trámites administrativos que ha de superar un proyecto para convertirse en realidad, que impide a un productor abrir una central en un periodo inferior a dos años. El Real Decreto 661/07 también ofrece estabilidad al sector por otra vía: la hibridación y la mezcla de combustibles, o sea, la posibilidad de generar electricidad en una misma instalación mezclando tecnologías o combustibles (abre así la opción, por ejemplo, de que las centrales térmicas convencionales de carbón y gas consuman también biomasa o biogás). El actual Plan de Energías Renovables en España (PER) 2011-2020 establece un objetivo de capacidad instalada en biomasa eléctrica de 1.350 MW en su borrador. La meta a alcanzar en el PER 2011-2020, es de 817 MW instalados en 2015 y 1.350 MW en 2020. A ellos habría que

4 Solid Biomass Barometer. EurOvserb’ER 2006

9

añadir otros 200 MW procedentes de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU). El PER 2011-2020, que incluye los elementos esenciales del PANER, efectúa un detallado análisis sectorial que contiene, entre otros aspectos, las perspectivas de evolución tecnológica y la evolución esperada de costes. De momento, siguen habiendo un reducido número de centrales de producción eléctrica a partir de biomasa en España. Andalucía es la región que tiene más: 16, con potencia conjunta de 151 MW de los casi 500 MW instalados en España. Gran parte de esas centrales utilizan combustible procedente de la biomasa del olivar. La situación de la biomasa con fines térmicos es aún más escueta. En 1999 el municipio de Cuellar (Segovia) abría una planta de biomasa con su correspondiente red de tuberías para abastecer de calefacción y agua caliente a una buena parte de su vecindario. Ocho años más tarde, apenas hay instalaciones similares. Dos de las más significativas se localizan en Molíns del Rei (Barcelona), que lleva la calefacción a 700 viviendas, y en Geolit (el Parque Científico y Tecnológico del Aceite y del Olivar de Jaén), que distribuye calor y frío. Lo que sí abunda, y cada vez más, son las pequeñas calderas domésticas de biomasa. El objetivo contemplado en el PER para la biomasa con fines térmicos es que para 2010 haya 582,5 ktep.

Figura: consumo final bruto de energía en 2010 (PER 2011-2020) En la siguiente tabla se puede ver el objetivo en biomasa para generación eléctrica según el PER 2011-2020.

2010 2015 2020 MW GWh MW GWh MW GWh

Biomasa sólida 533 2820 817 4903 1350 8100

RSU 115 663 125 938 200 1500 Biogás 177 745 220 1302 400 2600

TOTAL Biomasa 825 4228 1162 7142 1950 12200

Tabla: Objetivos en Biomasa del plan de energías renovables 2011-2020 en el sector eléctrico En la siguiente tabla se puede ver el objetivo en biomasa para calefacción según el PER 2011-2020.

10

ktep 2005 2010 2015 2020

Biomasa sólida y residuos 3441 3695 3997 4553 Biogás 27 34 63 100

TOTAL Biomasa 3468 3729 4060 4653

Tabla: Objetivos en Biomasa del plan de energías renovables 2011-2020 en el sector calefacción En la siguiente tabla se puede ver el objetivo en biomasa para transporte según el PER 2011-2020. Los biocarburantes contemplados son los obtenidos a partir de desechos, residuos, materias celulósicas no alimentarias y material lignocelulósico, según lo referido al Artículo 21, Apartado 2 de la Directiva 2009/28/CE.

ktep 2005 2010 2015 2020 Bioetanol 113 226 301 400 Biodiesel 24 1217 1970 2313

Tabla: Objetivos en Biomasa del plan de energías renovables 2011-2020 en el sector transporte

1.2 Estructura y evolución del sector

La situación actual, y las tendencias previstas varían mucho en función del sector:

Biomasa sólida

El potencial de biomasa disponible en España, bajo hipótesis conservadoras, se sitúa en torno a 87 millones de toneladas de biomasa primaria en verde, incluyendo restos de masas forestales existentes, restos agrícolas, masas existentes sin explotar y cultivos energéticos a implantar. A este potencial se suman más de 12 millones de toneladas de biomasa secundaria seca obtenida de residuos de industrias agroforestales.

En la actualidad la mayor parte de los 3.655 ktep de consumo térmico final de biomasa en España proviene del sector forestal, utilizándose en sector doméstico, mediante sistemas tradicionales poco eficientes (uso de leñas) y en industrias forestales para consumo térmico o cogeneración. Existe una potencia instalada de 533 MW abastecida con residuos de industrias agroforestales y restos de cultivos agrícolas principalmente.

En los últimos años se está iniciando el desarrollo de los cultivos energéticos y de la mecanización específica para la recogida, extracción y tratamiento de biomasa. Respecto a las aplicaciones, la implantación de tecnologías modernas para la biomasa térmica en edificios y los desarrollos tecnológicos en gasificación y ciclos ORC para la implantación de cogeneraciones hacen prever, para los próximos años, una importante expansión de la biomasa en el sector térmico en edificios e instalaciones industriales. Por consiguiente, en los próximos años además de avanzar en una mayor aportación cuantitativa de la biomasa, se producirá un cambio cualitativo a tecnologías actualizadas y eficientes. Todo ello unido a la generación de energía eléctrica distribuida mediante pequeñas cogeneraciones y plantas en el entorno de los 10 MW de potencia de generación pura.

Por consiguiente, en los próximos años además de avanzar en una mayor aportación cuantitativa de la biomasa, es posible que se produzca un cambio cualitativo a tecnologías actualizadas y eficientes

11

El crecimiento de la producción eléctrica con biomasa permitirá la generación distribuida a través de pequeñas cogeneraciones y centrales eléctricas en el entorno de los 15 MW, para lo que se establecen nuevos programas de financiación y mejoras en el sistema de retribución de la energía eléctrica renovable (especialmente para instalaciones con menos de 2 MW), a la vez que se busca una simplificación de los trámites y una reducción de los procesos de maduración y puesta en marcha de estos proyectos.

Biogás

El potencial de generación de biogás en España se evalúa en unos 1,8 Mtep, destacando el biogás agroindustrial que aporta el 78% de este potencial.

Si bien hasta la fecha, el biogás de vertedero ha sido el principal contribuyente a la generación de biogás en España, tanto la normativa europea de gestión de residuos (encaminada a reducir el depósito en vertedero de residuos biodegradables) como los altos potenciales de biogás agroindustrial, hacen pensar que la tecnología de generación de biogás que más se desarrollará en la próxima década será la de los digestores anaerobios, aplicada, principalmente, a residuos ganaderos y agroindustriales.

La tecnología de digestión anaerobia es una tecnología madura, para la cual no se esperan grandes cambios. No obstante, hay margen de desarrollo para las tecnologías de pretratamiento y de valorización de los digestatos y, sobre todo, para las tecnologías de valorización del biogás generado. En este sentido, la inyección de biogás purificado en las redes de gas o el uso en vehículos son opciones que presentan un gran potencial de desarrollo

Biocarburantes

De acuerdo con los datos de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), los biocarburantes cubrieron en 2010 el 2,08% de la oferta mundial de petróleo. Los principales mercados de bioetanol son el norteamericano y el brasileño, mientras que el mayor consumo de biodiésel se produce en la Unión Europea. En España, la capacidad de producción instalada a finales de 2010 (datos del IDAE) superó los 4 millones de tep, repartidos en 464.000 toneladas de bioetanol (4 plantas) y 4.318.400 toneladas de biodiésel (47 plantas). Sin embargo, el sector ha atravesado durante los últimos años una difícil situación, en gran parte por prácticas comerciales, que han llevado a grandes importaciones y a una producción nacional por debajo de la capacidad instalada.

El marco de promoción de los biocarburantes en España se basa en dos pilares: el incentivo fiscal (tipo cero del impuesto de hidrocarburos), vigente hasta finales de 2012, y la obligación de uso, que se desarrolla en la Orden ITC/2877/2008 y en la que se enmarcan los objetivos aprobados en el Real Decreto 459/2011. Y junto a ello, la normativa sobre calidad de los carburantes, cuya última referencia ha sido la aprobación del Real Decreto 1088/2010.

En cuanto a los objetivos de biodiesel, se prevé que el ritmo de crecimiento se intensifique gracias a los objetivos de biocarburantes establecidos para el inicio de la década. En concreto, para los años 2011, 2012 y 2013, los cuales forman parte de las medidas establecidas en el Plan de Intensificación del Ahorro y la Eficiencia Energética del Gobierno, de marzo de 2011. Asimismo, este consumo seguirá una senda ascendente a lo largo de la década, apoyado por el desarrollo de especificaciones para mezclas etiquetadas. Respecto al bioetanol, se prevé que el consumo prácticamente se doble, desde 2011 hasta 2020. Su proyección ascendente será en

12

parte motivada por la probable desaparición de la gasolina de protección y la generalización de la especificación de mezclas etiquetadas de gasolina.

En España hay múltiples plantas de producción de biocombustibles repartidas por todo el territorio nacional (Mapa 1). Según estimaciones del IDAE, en noviembre del año 2009 existían un total de 3.661.440 tep/año instaladas en España. Además se calcula que con los proyectos de futuras plantas que actualmente están en ejecución y promoción esta capacidad instalada podría ascender a 1.863.739 tep/año más, siendo el total de capacidad instalada mayor a 5.500.000 tep/año.

Distribución de las plantas de biocombustibles en España (IDAE y APPA).

1.3 Tipos de biomasa

La biomasa es, desde el punto de vista energético, un combustible procedente de productos y residuos naturales (agrícolas o forestales). El Diccionario de la Real Academia Española lo define como “materia total de los seres que viven en un lugar determinado, expresada en peso por unidad de área o de volumen” y también como “materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía”.

Hay varios tipos de biomasa utilizables como fuente de energía, distinguiéndose los que corresponden al entorno forestal de los del agrícola. La biomasa de origen forestal permite diversas clasificaciones, según proceda de cortas de masas no comerciales, de restos de corta de otras especies comerciales o de residuos de las industrias forestales (serrerías, polvo de lijado, etc.). La agrícola también presenta diferentes orígenes (orujo, paja, cardo, maíz) e igualmente aporta residuos de sus industrias (alpechines, cáscaras de frutos secos, harineras, etc.).También se obtiene biomasa de cultivos energéticos, tanto forestales (chopo, eucalipto, paulonia, acacia, etc.) como agrícolas (sorgo, colza, etc,).

13

Por último, la biomasa residual está constituida por subproductos de la actividad de distintos sectores, como el industrial, urbano y agropecuario.

En esta amplia definición se engloban múltiples y variadas materias susceptibles de ser utilizadas en la producción de energía, como queda reflejado en el siguiente esquema:

A continuación se hace una clasificación de la biomasa en función de su procedencia:

• Biomasa natural: es la que se produce espontáneamente en la naturaleza sin ningún tipo de intervención humana. Los recursos generados en las podas naturales de un bosque constituyen un ejemplo de este tipo de biomasa. La utilización de estos recursos requiere de la gestión de su adquisición y transporte hasta la empresa lo que puede provocar que su uso sea inviable económicamente.

• Biomasa residual: se incluyen en este grupo los subproductos sólidos o líquidos no utilizados en las actividades agrícolas, en las forestales y en los procesos de las industrias agroalimentarias y de transformación de la madera y que, por tanto, son considerados residuos. Este tipo de biomasa es el que, en la actualidad, presenta un mayor interés desde el punto de vista de aprovechamiento industrial. Este grupo de biomasas incluye:

- Residuos forestales son los generados en los bosques y proceden de los tratamientos y limpiezas de las masas vegetales realizados para la defensa y mejora de éstas. Se obtienen tras la realización de operaciones de corta, saca y transporte primario a pista. Se componen de leñas, ramas, cortezas, matorrales, etc.

- Residuos de industrias forestales proceden de los procesos de 1ª y 2ª transformación de la madera y papelera y forman parte de un grupo de materiales heterogéneos: astillas, corteza, serrín, recortes, finos y otros. Su origen es siempre establecimientos industriales (aserraderos, fabricación de corcho, fabricación de pasta de papel, etc)

- Residuos agrícolas: Se generan como restos de cosechas y se pueden dividir en leñosos y herbáceos. Dentro de los residuos agrícolas leñosos estarían las podas de olivos, viñedos y frutales, y dentro de los residuos agrícolas herbáceos se encontrarían la paja de los cereales (trigo, cebada, etc.), cañotes de maíz, restos de algodón, etc.

- Residuos de industrias agrícolas: tiene un origen muy variado, aunque por su cuantía los más importantes son los procedentes de la industria relacionada con el aceite de oliva, pero dentro de este grupo existe otro conjunto de materiales constituido por restos

14

vegetales con diferentes grados de humedad como son la cáscara de almendra, la cascarilla de arroz, etc.

- Residuos de industrias agroalimentarias: Son las aguas residuales de industrias agroalimentarias que se generan en conserveras, producción de harinas cárnicas y de pescado, azucareras, conserveras de vegetales, vinícolas y lácteas. Por tratarse de vertidos biodegradables, son susceptibles de ser valorizados mediante métodos biológicos debido al alto contenido en materia orgánica que poseen.

- Residuos ganaderos: Dentro de los residuos ganaderos se incluyen tanto los residuos sólidos (estiércol) como los líquidos (purines). Este tipo de residuos se generan es explotaciones porcinas, bovinas, ovinas y aviares. Este tipo de residuos contienen un alto porcentaje de humedad y de materia orgánica por lo que los procesos biológicos son los más adecuados para su valorización.

• Cultivos energéticos: son cultivos realizados con la única finalidad de producir biomasa para su valorización energética. Los cultivos energéticos presentan unas características especiales:

- se suelen plantar en zonas marginales de baja productividad agrícola

- poseen alta productividad en biomasa

- son cultivos poco exigentes (alta rusticidad), lo que conlleva a la menor utilización de fertilizantes en comparación con otros cultivos

- no son cultivos específicos, por lo que las variedades a cultivar pueden ser mayores.

Para que un cultivo pueda considerarse “energético” su producción, tanto en fruto como en los residuos de su recolección, debe de ser totalmente valorizable y debe de tener un poder calorífico considerable. Además, debe de presentar un balance energético positivo, es decir, alto rendimiento en biomasa recolectable en comparación con el gasto energético generado en su producción.

Algunos ejemplos de cultivo energético tradicional son la caña de azúcar, trigo, cebada, remolacha, arroz, girasol, etc. Estos cultivos precisan de un terreno fértil y agua con lo que entran en competencia directa con el sector alimentario. También pueden considerarse cultivos energéticos aquellas especies forestales de rápido crecimiento como el eucalipto, sauce y el álamo.

En los últimos años, se han incluido otras especies menos frecuentes como cultivo energético. Son especies que se pueden cultivar en terrenos o condiciones desfavorables para otros cultivos. Entre ellas están la pataca (su materia seca es valorizable en procesos termoquímicos), las chumberas (contiene azúcares fermentables a alcohol) y los helechos (por tener alto contenido en humedad su digestión anaerobia genera biogás).

Otros cultivos más novedosos son los generados en el mar. Las algas pueden a llegar a alcanzar una producción de 70 t/ha año en peso seco con un poder calorífico de 11 MJ/kg. La valorización de las algas se puede producir tanto por medios termoquímicos, tratamiento térmico de la materia seca, como por medios biológicos, mediante la generación de metano.

• Residuos Urbanos y Lodos de Depuradora: Desde un punto de vista estricto, es considerada como biomasa residual valorizable la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (RSU) y de los lodos generados en las estaciones depuradoras de aguas residuales. Estos residuos forman parte de un tipo de biomasa que ya existe, no hay que producirla, y cuya eliminación es un problema grave y de solución costosa. Además, se estima que el crecimiento anual en su producción es del 2 al 6%. Por otro lado, también hay que tener en cuenta que esta biomasa

15

residual está concentrada en lugares determinados, las ciudades, por lo que puede ser aprovechada con unos costes de transporte muy reducidos.

Dentro de los residuos urbanos aprovechables se encuentran: los residuos domiciliarios, los procedentes de actividades comerciales asimilables a las domiciliarias, los derivados de la limpieza urbana y los provenientes de pequeñas construcciones.

La clasificación realizada, de los diferentes tipos de biomasa, se puede resumir en el siguiente cuadro:

CLASE TIPO EJEMPLO

Biomasa natural Podas en los bosques

Biomasa residual

Res. forestales Leñas, ramas Res. Industria forestal Cortezas, serrín, recortes, astillas

Residuos agrícolas

Leñosos Podas olivos, viñedos, frutales Herbáceos Paja cereal, cañote maíz

Res. industrias agrícolas

Cáscara almendra, restos de la fabricación del aceite, cascarilla arroz

Res. industria agroalimentaria

Aguas residuales de las conserveras, azucareras, industria vinícola, láctea, producción harina cárnica

Residuos ganaderos

Sólidos Estiércol Líquidos Purines

Cultivos energéticos Tradicional Caña de azúcar, trigo, cebada, girasol, remolacha,

eucalipto, sauce Nuevo Pataca, chumbera, helecho, algas

Biocombustibles líquidos

Bioetanol y su derivado, etilterbutíleter Biodiesel

Residuos Sólidos Urbanos y lodos de

EDAR Fracción Orgánica

Como se puede apreciar, la biomasa abarca multitud de materiales con diferentes propiedades en función de su procedencia, lo que hace que pueda ser utilizada tanto para obtener calor como para la obtención de productos químicos, como puede ser el hidrógeno. Aún así, la biomasa aprovechable energéticamente debe de cumplir una serie de características con el fin de desarrollar mercados complementarios sin suponer un gran cambio para el agricultor o gestor:

• Bajo coste unitario de producción • Posibilidad de siembra en tierras de baja productividad • Fácil mecanización • Balance energético positivo • Uso eficiente de recursos naturales, como el agua.

Además de estas características, es importante conocer las propiedades físicas y químicas de la biomasa con el fin de conocer su viabilidad a la hora de utilizarla como recurso energético. Entre estas propiedades están su contenido energético (PCI), cantidad de cenizas que deja su

16

combustión, materia orgánica biodegradable (MV), humedad relativa que posee, etc. Estas características determinarán la tecnología a utilizar para su aprovechamiento, así como los pretratamientos necesarios para optimizar el rendimiento de operación de dicha tecnología. En el siguiente cuadro se indica algunas de las características mencionadas de las biomasas más frecuentes:

TIPO EJEMPLO CARACTERISTICAS

%Humedad %MV %H PCI

Residuo forestal Leña 45 82.4 4.59 4600

Res. Industria forestal Corteza pino 10 75 5.64 4370

Res. Industria forestal Serrín pino 8.2 84.4 6.13 4660

Residuo agrícola herbáceo Paja trigo 7.5 77 6.02 4460

Res. Industria agrícola Cáscara almendra 7.8 76.1 5.95 4320

Residuo ganadero Purín de cerdo 92.1 51.3 4.38 3120

Cultivo energético Cardo 6.8 71.4 5.68 3790

Cultivo energético Eucalipto 9.3 78.5 5.75 4370

Residuo Urbano Fracción orgánica 53 65 5.9 3870

Residuo Urbano Lodo de EDAR 80 70 6.5 4200

Biocombustibles líquidos Bioetanol 13.1 6850 %MV, %H y PCI calculado en base seca; PCI en kcal/kg;

En función de las características de la biomasa (grado de humedad fundamentalmente) y con el objetivo de optimizar el gasto energético se utilizan diferentes tecnologías de aprovechamiento, las cuales se esquematizan en la siguiente tabla:

TIPO DE BIOMASA TECNOLOGIA DE

TRANSFORMACION PRODUCTO GENERADO

Biomasa residual seca

Combustión Vapor Aceite térmico Agua caliente Aire caliente

Gasificación Gas combustible(1) Gas de síntesis(1)

Producción de Biocarburantes

Aceite vegetal(2) Biodiesel(2) Etanol(2) ETBE(2)

17

Biomasa residual húmeda

Compostaje Compost

Digestión Anaerobia Biogás(1)

Combustión

Vapor Aceite térmico Agua caliente Aire caliente

Cultivos energéticos

Gasificación Gas combustible(1) Gas de síntesis(1)

Producción de Biocarburantes

Aceite vegetal(2) Biodiesel(2) Etanol(2) ETBE(2)

(1) productos para la obtención de energía térmica y/o mecánica (2) productos para la obtención de energía mecánica

Tabla: Sistemas de aprovechamiento energético en función de la biomasa disponible

1.4 Procesos de conversión En España se suele utilizar el término de biocombustible de una forma genérica para designar a los productos de la biomasa que se emplean para fines energéticos. En la mayoría de los países de Europa se tiende a matizar más, empleando el término de biocombustible para los productos energéticos de origen biológico que se van a utilizar en aplicaciones térmicas (calor o electricidad), principalmente combustibles sólidos y el de biocarburante para los que se utilizan en motores térmicos (de explosión o de combustión interna). Para evitar confusiones es preferible utilizar una terminología que haga referencia al estado físico de combustible, así los biocombustibles sólidos, en referencia a los que son utilizados básicamente para fines térmicos o como materia prima para la pirolisis o la gasificación, biocombustibles líquidos como sinónimo de los biocarburantes para automoción y biocombustibles gaseosos para fines térmicos, mecánicos o para la producción de electricidad. Estos biocombustibles también pueden ser utilizados como materia prima para la industria5.

5 barreras para el desarrollo del empleo de los biocombustibles sólidos y líquidos. J. Fernández. Jornadas Sobre Aportación De La Biomasa Al Desarrollo De Las Energías Renovables CC.OO. – IDEA. 2002

18

19

Las tecnologías para convertir la biomasa en un producto sólido, líquido o gaseoso que pueda ser utilizado energéticamente se presentan en el siguiente esquema.

Procesos de

conversión de la

biomasa

Figura 3: Tecnologías de conversión de la biomasa A continuación, se realizará un breve resumen de las tecnologías a emplear para convertir la biomasa en un biocombustibles sólido, en un combustible líquido o en un biocombustibles gaseoso. Biocombustibles sólidos Los procesos más utilizados de tratamiento de la biomasa para obtener un biocombustibles sólido son:

- astillado - secado, natural o forzado - molido - densificación pelletizado o briqueteado

Biocombustibles líquidos o biocarburantes: Los procesos más utilizados de tratamiento de la biomasa para obtener un biocombustibles líquido son:

- Para obtener biodiésel, la transesterificación de aceites vegetales y grasas animales6. - Para obtener bioetanol, a partir de la fermentación de los azucares que se encuentran en

los productos vegetales, tales como cereales, remolacha, caña de azúcar o biomasa. - Para obtener biooil, a partir de la degradación térmica de la biomasa mediante un

proceso denominado pirólisis. Biocombustibles gaseosos

Los procesos más utilizados de tratamiento de la biomasa para obtener un biocombustibles gaseosos son:

- Para la obtención de biogás, mediante digestión anaerobia de la biomasa. - Para la obtención de gas de síntesis, a partir gasificación de biomasa.

1.5 Formas de energía de la biomasa

La energía que se produce a partir de la biomasa puede ser básicamente eléctrica, eléctrica y térmica o sólo térmica. La principal tecnología empleada es la cogeneración. En Europa representa alrededor de tres cuartas partes de la energía eléctrica total y los principales productores de energía con biomasa tienen más potencia instalada en cogeneración que en electricidad. Suecia, Alemania y Dinamarca, entre otros, no tienen plantas que sólo produzcan electricidad. En España, se utilizan una serie de tecnologías comercialmente disponibles y de las que se espera que se desarrollen a corto plazo de forma intensa. Podemos agruparlas en el siguiente cuadro:

6 Biocarburantes líquidos: biodiesel y bioetanol. . J.M. García, J. A. García. Informe de Vigilancia Tecnológica Ciemat. 2006.

20

Figura: Tecnologías de recuperación energética de la biomasa Energía Térmica. Las aplicaciones térmicas con producción de calor y agua caliente sanitaria son las más comunes dentro del sector de la biomasa. Estas aplicaciones incluyen un primer escalafón referido al uso de calderas o estufas individuales a escala doméstica (las estufas de toda la vida pero notablemente más eficientes), y las calderas que permiten su adaptación a un sistema de radiadores o de suelo radiante y a otros con producción de agua caliente sanitaria. En un segundo escalafón se sitúan las calderas diseñadas para un bloque o edificio de viviendas, equiparables en su funcionamiento a las habituales de gasóleo C o gas natural, que proveen a las viviendas de calefacción y agua caliente. El uso de estos sistemas exige disponer de un lugar adecuado (amplio y seco) para almacenar el biocombustible (pellets, casi siempre), por lo que pueden ser una buena solución, tanto económica como medio ambiental, para edificios de nueva construcción, sobre todo si se atienen a las nuevas ordenanzas y reglamentos, con el Código Técnico de la Edificación. En el centro y norte de Europa está también muy extendido el uso de district heating, red de calefacción y de agua caliente centralizadas capaces de atender esas necesidades energéticas de urbanizaciones enteras, edificios públicos, centros deportivos, complejos comerciales e incluso industrias. El mayor tamaño, tanto de las calderas como de los silos de almacenamiento del combustible, requiere de instalaciones exclusivas para estas centrales térmicas. En España empiezan a hacerse un hueco. Los consumos térmicos de determinadas industrias también son abastecidos por calderas de biomasa. Respecto al uso final térmico, dada la dificultad de asegurar grandes volúmenes a través de empresas de logística y de abastecimiento de biomasa, sólo aquellas empresas que pueden autoconsumir sus residuos o el sector doméstico, cuyo sistema de distribución es menos complicado, pueden presentar cifras relevantes e consumo.7 Energía eléctrica.

7 Conama. Nov 2010

21

Respecto al aprovechamiento eléctrico, la materia combustible que se considera biomasa a los efectos del Régimen Especial de Generación de Electricidad presenta un abanico muy amplio y se clasifica en tres subgrupos que, resumidamente, con sus orígenes más característicos, se detallan a continuación: - Cultivos energéticos agrícolas, básicamente herbáceos o leñosos, así como los residuos de actividades agrícolas y forestales. - Biogás procedente de vertederos incluidos los de residuos sólidos urbanos, así como de la biodigestión anaerobia de residuos biodegradables industriales, ganaderos y agrícolas. - Residuos de las empresas agroindustriales, de instalaciones industriales del sector forestal y los licores negros de la industria papelera. La producción de electricidad precisa de sistemas más complejos, centrales con grandes calderas que conllevan grandes inversiones en dinero y tecnología. En España todavía hay pocas plantas de producción eléctrica a partir de la biomasa, y la mayor parte de la potencia instalada procede de instalaciones ubicadas en industrias que tienen asegurado el combustible con su propia producción. Es el caso de la industria papelera y, en menor medida, de otras industrias forestales y agroalimentarias, que aprovechan los residuos generados en sus procesos de fabricación para reutilizarlos como combustibles. En este sentido, los residuos de la industria del aceite de oliva suponen un combustible de fuerte potencial. De hecho, en el sur de España hay varias plantas eléctricas de biomasa de gran tamaño que utilizan el orujillo y el alperujo. Otra de las mayores plantas de nuestro país se sitúa en Sangüesa (Navarra), en este caso alimentada con paja de cereal. Todas las tecnologías que producen electricidad a partir de combustibles producen también calor, que puede ser aprovechado en mayor o menor medida y para distintos usos. Si este calor producido se aprovecha mediante de un proceso de cogeneración se incrementa el rendimiento energético en la producción de electricidad. Combustión de biomasa La combustión controlada de la biomasa permite la recuperación de una parte de la energía contenida en ella, normalmente en forma de electricidad mediante un ciclo de vapor, aunque también puede funcionar en régimen de cogeneración. Combustión significa la oxidación total de las moléculas de la biomasa. Los gases formados en una combustión ideal contienen solo moléculas totalmente oxidadas como el CO2 y H2O. En la práctica, la combustión raramente es completa y se forman pequeñas cantidades de compuestos parcialmente oxidados como el CO o los hidrocarburos en los gases e inquemados en las escorias. La biomasa con una humedad alta, un contenido de cenizas importante y un tamaño de partícula variable, suelen quemarse en hornos de parrillas. La combustión completa produce un elevado caudal de gases que deben depurarse mediante instalaciones sofisticadas y caras, con objeto de cumplir los límites de emisiones que determina la normativa vigente. Desde el punto de vista de la recuperación energética, la incineración convencional presenta rendimientos eléctricos brutos modestos entre el 18% y el 25%, aunque la mayor parte de las instalaciones existentes alcanzan una eficiencia en torno al 20%. Actualmente las tecnologías existentes para la combustión de biomasa, tienen características específicas respecto a los sistemas convencionales de combustión. De todas formas se puede afirmar que estas tecnologías se basan en los mismos principios que la combustión de los combustibles convencionales, y derivan normalmente de los métodos aplicables a carbones de bajo rango, o incluso adaptación de calderas convencionales.

22

Las tecnologías aplicadas en la actualidad para el quemado y la recuperación energética de biomasa se pueden agrupar en dos grandes grupos:

- Tecnología de parrillas. El principio de funcionamiento de esta tecnología se basa en el avance del combustible arrastrado por unos elementos provistos de movimiento relativo entre si. Estos elementos, que generalmente son rodillos, sostienen al combustible, insuflándose entre los mismos el aire necesario para la combustión. Según van avanzando los residuos se va completando la combustión de los mismos, de forma que a la salida el contenido de inquemados es bajo. El material de combustión en su avance por la parrilla, pasa por tres etapas consecutivas de proceso. En la primera de ellas se produce un secado, evaporándose el agua contenida en el material. La combustión principal tiene lugar en la segunda fase. La última fase tan solo sirve para completar la combustión en aquellas fracciones de mayor temperatura de ignición. Las parrillas de las calderas de biomasa pueden ser fijas, móviles o sistemas mixtos. En el caso de ser fijas, suelen estar dispuestas en forma inclinada y ser vibratorias, a fin de facilitar la distribución del combustible y favorecer la evacuación de cenizas al recipiente de recogida de cenizas o cenicero. Los gases calientes de la combustión se hacen pasar a través de la sección de convección de la caldera, generalmente situada en la parte superior de la parrilla, donde ceden el calor al agua de circulación y se produce el vapor que alimenta a la turbina. En ocasiones se instala un economizador que puede ser exterior o interior a la cámara de combustión y donde se baja la temperatura de humos hasta unos 100°C. La alimentación de aire primario se lleva a cabo mediante soplantes, introduciéndose normalmente el aire a nivel de la cámara de combustión, por debajo de la parrilla. Asimismo, es imprescindible la inclusión de aire secundario en el proceso a efectos de producir una buena combustión de los volátiles desprendidos de la biomasa. El sistema mas extendido de alimentación para biomasa, son tornillos cuya velocidad regula el flujo de combustible. Asimismo, otro sistema muy difundido es el de las válvulas alveolares que son utilizadas para lograr un flujo más homogéneo del combustible, evitando atascos a la entrada de la caldera, asi como el posible revoque de las llamas. La tecnología de parrillas ha sido el procedimiento mas utilizado en Europa y America tradicionalmente pero en los últimos años la mayoría de las plantas incineradoras de tecnología moderna se instalan con tecnología de lecho fluidizado. Existen diferentes tipos de parrillas, siendo este elemento una de las características diferenciadoras mas importante de cada fabricante.

- Tecnología de lecho fluidizado. La combustión en lecho fluidizado consiste en desarrollar la combustión en el seno de una masa de suspensión de: partículas de combustible, cenizas y, a veces, un inerte (arena), los cuales son fluidizados por una corriente de aire de combustión ascensional. Normalmente entre un 2 y 3 % del lecho es carbonoso. El material fluidizante proporciona un gran almacén de calor en el hogar, amortiguando el efecto de las posibles fluctuaciones en el poder calorífico del combustible, debidas a las variaciones de humedad o composición del combustible, en la generación de vapor.

23

Existen dos tipos de combustores de lecho fluidizado, atendiendo al grado de fluidización del lecho y, por tanto, a la velocidad de fluidización 1. Burbujeante: Opera con bajas velocidades del aire de fluidización y se caracteriza por permanecer en el lecho la mayor parte de los sólidos y solamente una parte, normalmente inferior al 10%, pasan al ciclón. Este tipo de fluidización se denomina “en fase densa”, caracterizándose por la superficie libre del lecho que permanece definida. 2. Circulante: Con velocidades muy elevadas del aire de fluidización se produce el arrastre de gran cantidad de sólidos del lecho, pudiéndose reciclar una gran parte de estos mediante un ciclón o multiciclón, dando lugar al denominado “lecho fluidizado circulante”. El tipo de lecho fluido burbujeante o circulante seleccionado depende del poder calorífico del combustible y del tamaño de la instalación. Desde el punto de vista de la presión de operación del combustor, pueden hacerse dos divisiones: lechos fluidizados atmosféricos, que operan a la presión atmosférica, y lechos fluidizados a presión (5-20 Kg/cm2). La combustión fluidizada a presión solo es aconsejable para altas capacidades de producción térmica (superiores a 200 MW), ya que conlleva en su diseño una considerable reducción del tamaño del combustor. En este caso, se dispone de una corriente de aire que impulsa arena y la mantiene flotando en el horno formando un lecho. El combustible se introduce en el interior de este lecho, donde se mantiene la suspensión. La temperatura existente en el mismo, del orden de 850°C, provoca su combustión inmediata. Se produce un reparto de aire uniforme, lo que impide una atmosfera reductora, minimizando el rozamiento mecánico, así como la formación de depósitos. Ciclo de vapor El combustible recuperado se quema con oxigeno en exceso para producir gases a alta temperatura. El calor sensible de los gases se utiliza para producir vapor a presión en un intercambiador de calor gas/liquido. La expansión de este vapor sobre las palas de una turbina produce energía mecánica que se transmite a un alternador para producir la electricidad; el vapor residual se condensa y se reincorpora en forma de agua a un nuevo ciclo de vapor. La zona de combustión y la de intercambio de calor pueden estar en una misma unidad (caldera) o pueden estar en equipos separados (horno + cadera). El calor de condensación puede aprovecharse en forma de agua caliente o vapor. Motores de combustión interna Operan con el mismo principio que los motores de automoción, pero la energía mecánica resultante se transmite a un alternador para producir electricidad. Pueden alimentarse con combustibles líquidos o gaseosos. El aprovechamiento del calor en los motores de combustión interna es mas dificultoso que en las turbinas, ya que se produce a temperaturas menores y disperso entre los gases de escape y el sistema de refrigeración. A partir de una determinada potencia, el calor puede utilizase en un ciclo de vapor para producir mas electricidad (motor en ciclo combinado). Los motores permiten aprovechamientos para menores potencias eléctricas que las turbinas, lo que los hace muy útiles en el campo de los combustibles recuperados. Co-combustión Entendida esta como la utilización de combustibles recuperados en hornos o calderas a existentes o construidos al efecto, diseñados fundamentalmente para usar combustibles convencionales (calderas de carbón pulverizado para la producción de electricidad, hornos de cemento, calderas de gas natural, etc.). Esta técnica permite dos formas básicas de aprovechamiento de la biomasa

24

1. Transformación eléctrica centralizada, fundamentalmente en centrales térmicas de carbón pulverizado. El 28% de la electricidad generada en España procede de este tipo de centrales. 2. Uso directo térmico, fundamentalmente en hornos de cemento, pero también en hornos de producción de cal, calderas de la industria papelera, etc. La co-combustión permite sustituir una parte del combustible fósil y aprovechar las ventajas ambientales y económicas que puedan derivar del uso de biomasa. Se emplean dos formas principales de co-combustión: a) Directa: la biomasa se introduce directamente en el horno o caldera, ya sea mezclado con el combustible fósil o mediante una línea de alimentación especifica. b) Indirecta: la biomasa se gasifica en una instalación específica y el gas de síntesis, en su forma bruta o después de un acondicionamiento previo, se inyecta en el horno o caldera. La cantidad de combustible fósil que puede sustituirse por biomasa depende del tipo de utilización. En calderas de carbón pulverizado puede considerarse comercialmente probado sustituir hasta un 8-10% de la producción eléctrica en co-combustión directa y hasta un 15% en co-combustión indirecta. Las principales ventajas de la co-combustión son las siguientes: - Reducción de la inversión si se utilizan instalaciones ya existentes o se aprovechan economías de escala; ahorro en el coste de combustible. - Transformación de la biomasa en instalaciones de alta eficiencia eléctrica (mientras en una planta de combustión específica de biomasa alcanza una eficiencia neta en torno al 18-20%, la co-combustión en calderas de carbón pulverizado oscila entre 34-38%). - Mayor flexibilidad en la alimentación de la instalación, ya que si falla el suministro de biomasa puede sustituirse por fósil; también permite el uso de biomasas estacionales. - En función del tipo de biomasa que se utilice, se consiguen mayores o menores efectos favorables en determinadas emisiones: CO2, NOx, SO2. Teniendo en cuenta que la mayor parte de las instalaciones industriales donde es posible la co-combustión están afectadas por el mercado europeo de emisiones de CO2, el uso de biomasa neutra en emisiones de CO2 genera derechos de emisiones que pueden ahorrarse o comercializarse. La co-combustión directa también puede tener inconvenientes relevantes, si no se limita adecuadamente en función de la biomasa. - Cambios en las condiciones de combustión (diferencias en el PCI, distinto contenido de volátiles, distinta humedad, etc.) que pueden reducir la eficiencia de toda la instalación. - Las cenizas volantes derivadas de determinadas biomasas pueden contener cloro u otros compuestos, capaces de contaminar el catalizador de sistemas de reducción de NOx (DeNOx), especialmente si se encuentra antes del sistema de filtrado de partículas (por ejemplo, precipitadores electrostáticas). - En hornos de contacto con la materia prima (por ejemplo, cementeras), la calidad del producto final puede verse alterada, son p se respetan las especificaciones CEN.

25

2. Necesidad energética. Análisis de la situación actual del sector de la biomasa en España y expectativas de crecimiento.

2.1 Biomasa (solida).

2.1.1 Estado del sector.

Los biocombustibles sólidos, también denominados biomasa sólida o biomasa lignocelulósica pueden provenir de fuentes primarias (procedentes de actividad forestal o agrícola) o secundarias (agrícola, forestal e industrial). Dada la gran heterogeneidad en las propiedades de la biomasa sólida, la caracterización de las propiedades físicas, químicas y energéticas de los biocombustibles sólidos es un paso vital para el adecuado aprovechamiento energético de los mismos. Desde el punto de vista energético, la biomasa sólida puede utilizarse tanto para usos térmicos como eléctricos. Así pues, la biomasa térmica englobaría aquellas aplicaciones tecnológicas dedicadas al suministro de calor para la calefacción, producción de agua caliente sanitaria (ACS) y/o procesos industriales. Por otro lado, la biomasa eléctrica se centra en aplicaciones para generación de energía eléctrica tanto de forma exclusiva como mediantes sistemas de cogeneración o sistemas de co-combustión En los últimos años, el desarrollo de tecnologías alternativas de generación tanto térmica como eléctrica ha experimentado un gran desarrollo fomentado principalmente por la subida de precios de los combustibles convencionales, la dependencia energética y los objetivos fijados en materia de energías renovables y sostenibilidad. Las aplicaciones eléctricas se sitúan en un nivel menor de desarrollo con respecto las térmicas debido a que la producción de electricidad requiere sistemas más complejos. Se necesitan centrales térmicas específicas con grandes calderas que permitan la combustión completa de todos los componentes de la biomasa, incluido los volátiles. Este hecho obliga a diseñar calderas con volúmenes de hogar mayor, siendo por tanto las inversiones muy elevadas reduciendo el rendimiento. Además, la gran demanda de combustible de este tipo de plantas obliga a asegurar un abastecimiento continuo. La mayor parte de la potencia instalada procede de instalaciones industriales que tienen asegurado el combustible con su propia producción. En los últimos años, las aplicaciones térmicas han experimentado un gran aumento gracias al desarrollo tecnológico, pasando de instalaciones que cubrían de forma parcial al calentamiento del agua caliente sanitaria o a la calefacción de viviendas unifamiliares, a instalaciones muy eficientes y fiables capaces de abastecer todas las necesidades de calefacción, refrigeración y producción de ACS de edificios e incluso de barrios o pequeños municipios. Muchas de estas tecnologías se encuentran en el umbral de despegue comercial en España. En Plan de Fomento de las Energías Renovables (PER) 2005-2010, se tomó como punto de partida el año 2004 y se marcó un crecimiento hasta 2010 de 5.040,3 ktep, de los cuales 4.457,8 ktep serían para aplicaciones eléctricas y 582,5 ktep térmicas. En estas últimas la mayor aportación se debió al sector doméstico vinculado a los sistemas de calefacción y a la generación de agua caliente sanitaria (ACS). Sin embargo, en el último borrador publicado del Plan de Fomento de las Energías Renovables 2010-2020, se espera que el consumo de biomasa térmica esté repartido de forma equitativa entre el sector industrial, sector doméstico y edificios (principal consumidor de este tipo de recurso).

26

El sector de la edificación es uno de los sectores estratégicos para el aumento del consumo de biomasa térmica, por ello se prevé que en 2020 se alcance un aumento de un 10% con respecto al 2010:

Figura 1. Previsión de la evolución del consumo de biomasa térmica en edificios para el 2020.

Analizando el desarrollo de la biomasa térmica, merece la pena destacar el aumento de las aplicaciones para la calefacción y ACS gracias a la creciente producción de pélets en muchos países europeos. En algunos de ellos, el crecimiento en la instalación de calderas de biomasa ha sido muy significativo desde el año 2004. Por ejemplo, en Austria se pasó de 28.000 instalaciones con potencias inferiores a 100 kW en 2004, a 47.000 en 2006. El mercado de pélets ha evolucionado tanto por la existencia de países demandantes de pélets como la de países excedentarios en la producción de este tipo de biomasa. A continuación se puede observar la evolución del mercado mundial del pélet:

Figura 2. Evolución del mercado mundial del pélet.

27

El sector doméstico es el que más contribuye al consumo de biomasa con respecto a los otros sectores según los datos recogidos de 2006:

Figura 3. Contribución del consumo de biomasa a los diversos sectores.

La evolución de la energía consumida en aplicaciones térmicas con biomasa se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 1. Evolución de la energía consumida en aplicaciones térmicas con biomasa.

En España existen suministradores de equipos principales específicos, desde grandes calderas acuotubulares hasta pequeñas estufas de pélets. A nivel internacional este mercado está mucho más desarrollado que en España, sin embargo se espera que el sector industrial español crezca su dimensión en número y en volumen de actividad a través de las empresas suministradoras de bienes de equipo. Como ejemplo, se puede observar en la siguiente tabla el aumento que ha experimentado la venta de calderas en EU de menos de 100 kW:

28

Tabla 2. Evolución de la venta de calderas en EU de menos de 100 kW.

2.1.2 Estado de las tecnologías Introducción a los sistemas de calefacción El uso térmico de la biomasa se ha visto favorecido durante los últimos años por el desarrollo de normativa en el sector edificios. Uno de los motivos del crecimiento se debe a la inclusión de las instalaciones de biomasa en el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) y la aparición de la biomasa como la tecnología que posibilita alcanzar la calificación energética A en edificios. Los usos térmicos pueden ser a pequeña escala, en calderas o estufas individuales utilizadas en hogares, a mediana escala en calderas para edificios públicos, bloques de viviendas u otros usos, o a gran escala en redes de climatización (calor y frío). Para elegir el sistema más adecuado hay que tener en cuenta la potencia térmica requerida y la demanda de calor anual. De acuerdo a la potencia térmica se clasifican en:

29

Figura 4. Clasificación de los sistemas de combustión según su potencia térmica.

Donde,

1 Hogares abiertos 2 Hogares cerrados 3 Estufas de madera 4 Estufas de pélets 5 Sistemas de estufa-cocina 6 Estufas de material cerámico 7 Calderas de leña de calefacción central 8 Calderas de pélets centralizadas 9 Calderas de astilla 10 Calderas mixtas

La demanda de calor anual que pueden satisfacer cada sistema se recoge en la siguiente figura:

Figura 5. Sistemas de combustión según la demanda de calor anual que pueden satisfacer.

Tipos de biomasa empleados para sistemas de climatización. Dada la gran heterogeneidad de los recursos biomásicos, la caracterización físico-química y energética de la biomasa sólida es un punto crucial para el adecuado aprovechamiento energético de la misma. La caracterización de la biomasa se realiza mediante una serie de

30

ensayos normalizados y proporciona datos para entender, predecir y evaluar su comportamiento como combustible. El comprador de biomasa demanda una serie de parámetros al suministrador, que se evalúan mediante la caracterización, con el fin de determinar si el recurso es válido para la aplicación energética de la que dispone. Por ejemplo, una persona con una caldera de astillas demandará un producto con un determinado tamaño de partícula y una humedad aceptable para su instalación. Por otro lado, esta persona buscará en la medida de lo posible recursos que, por su composición química, no provoquen corrosión o no genere excesivos depósitos que disminuyan la transferencia de calor y lleguen a bloquear su equipo. Además, muchas veces las razones económicas llevan a elegir un combustible no apropiado para una determinada instalación, disminuyendo su rendimiento. En otras, la falta de un producto disponible en el mercado con las especificaciones demandadas es la razón de la mala selección. Por ello, el aseguramiento del suministro del combustible es una de las características a tener en cuenta en la selección de los sistemas de climatización como son las calderas. Localizar los combustibles disponibles localmente es un factor decisivo a tener en cuenta. En general, las chimeneas son alimentadas por briquetas o leña, las estufas por leña, briquetas o pélets, y las calderas pueden ser alimentadas por una mayor variedad de biocombustibles sólidos como pueden ser:

- Pélets, producidos de forma industrial. - Astillas, provenientes de las industrias de la primera y segunda transformación de la

madera o de tratamientos silvícolas y forestales (podas, clareos, cultivos energéticos leñosos, etc.)

- Residuos agroindustriales, como los huesos de aceituna, cáscaras de frutos secos, almendra, piña, etc.

- Leña de uso propio o procedente del mercado. Una vez estudiada la disponibilidad del biocombustible, analizar las características de cada uno de ellos puede ayudar en la elección de un tipo u otro en el caso de que existan varios biocombustibles disponibles en la zona estudiada. A continuación se describen brevemente ventajas e inconvenientes de cada uno de ellos y algunas consideraciones a tener en cuenta:

Tabla 3. Ventajas e inconvenientes de biocombustibles sólidos aptos para calderas. Biocombustible sólido

Ventajas Inconvenientes Consideraciones

Pélets de madera Alto poder calorífico. Bajo contenido en cenizas, menor mantenimiento. Poco espacio de almacenamiento. Producto estandarizado.

Elevado precio comparado con otras biomasas.

Almacenar en lugar aislado y seco. No necesita secado o tratamiento una vez producido.

Astillas de madera

Coste de producción inferior a los pélets. Astillas limpias de corteza y secas son de alta calidad.

Menos densos que los pélets y huesos aceituna, precisan mayor espacio para almacenar

Composición variable. Secar la materia prima hasta humedad inferior al 45 o 30%. Cenizas inferior al 1% (clase 1) o 5%(clase 2).

Residuos agroindustriales

Disponibilidad y tipos. Coste producción inferior por ser subproductos de proceso.

Contenido en cenizas superior a los pelets.

Estacionalidad biomasa. Composición variable.

31

Alto poder calorífico si es de buena calidad.

Leña y briquetas Briquetas producen menos cenizas que la leña y tienen mayor poder calorífico. Leña es económica.

Uso poco frecuente. Grado de automatización medio.

Coste de briquetas superior a la de leña.

La calidad de los biocombustibles sólidos es otro punto crítico para aumentar la competitividad en los diferentes mercados nacionales como internacionales, además, de este modos se asegura el desarrollo industrial y comercial. Por ello, la normalización de los biocombustibles sólidos es una necesidad para el desarrollo del sector. En adición a esto, hay que tener en cuenta que la normalización sirve como referencia en cuanto al nivel de calidad de los biocombustibles sólidos y seguridad en el uso del mismo para consumidores y usuarios y es una necesidad para su adecuado desarrollo. En este sentido, el Comité Europeo de Normalización CEN/TC335 de Biocombustibles Sólidos ha publicado varias Especificaciones Técnicas, unas adaptadas ya a normas europeas EN y otras pendientes de publicar. En ellas se recogen la terminología, especificaciones y clases de combustibles, aseguramiento de la calidad, muestreo, análisis físico y mecánico y propiedades químicas. Además de definirse las especificaciones para los diferentes biocombustibles sólidos, se ha propuesto un sistema de certificación para los pélets. Es importante diferenciar entre unas especificaciones y un sistema de certificación: el primero define las propiedades de un producto y el segundo asegura las propiedades del mismo. Hasta el momento, se ha definido a nivel europeo el sistema de certificación EN y ENplus para los pélets de madera de uso no industrial, el cual se basa en las normas europeas EN14961-2 y EN15234-2. Dicha certificación es gestionada por el European Pellet Council (EPC), el cual está trabajando bajo la supervisión de la asociación European Biomass Association (AEBIOM). Además, se han establecido diferentes delegaciones en cada país para llevar a cabo la certificación, algunas de ellas son: Italian pellet association que certificará los pélets italianos, proPellets Austria que certificará los pelets austriacos, Deutscher Energieholz-und Pellet-Verband e.V (DEPV) que certificará los pelets alemanes, y en España la encargada será la Asociación Española de Valorización Energética de la Biomasa (AVEBIOM), en el resto de países se irá definiendo cada delegación. Así pues, se han establecido tres categorías de pélets de madera para definir su calidad: ENplus-A1, ENplus-A2 y EN-B. Los tipos de madera y los parámetros que definen cada categoría se resumen en las Tabla 4 y Tabla 5. Los tipos de madera se definen de acuerdo a la clasificación establecida por la norma EN 14961-1. Los parámetros que definen la calidad se determinan siguiendo las normas europeas EN indicadas en la Tabla 5, además también se indican la normas UNE EN y/o especificaciones técnicas UNE-CEN/TS que han sido adaptadas a nivel nacional (España), o están en proyecto de norma PNE-prEN, por la Asociación Española de Normalización y Certificación (AENOR) a través del Comité Técnico de Normalización AEN/CTN 164 de Biocombustibles Sólidos.

Tabla 4. Tipos de madera permitidos para producir pélets de madera. ENplus-A1 ENplus-A2 EN

1.1.3 Madera de tronco 1.2.1 Residuos de

1.1.1 Árboles enteros sin raíces 1.1.3 Madera de tronco

1.1 Forestal, plantaciones y otras maderas vírgenes

32

33

madera no tratados químicamente

1.1.4 Residuos de tala 1.1.6 Corteza (1) 1.2.1 Residuos de madera no tratados químicamente

1.2 Bi-productos y residuos de madera de procesado industrial 1.3.1 Madera usada no tratada químicamente (2)

(1) De actividades forestales y residuos de corcho. (2) Madera de las demoliciones de edificios u otras construcciones.

Tabla 5. Parámetros que definen la calidad de los pélets y sus valores máximos. PROPIEDADES Unidades ENplus-A1 ENplus-A2 EN Normas Europeas Normas/Especificaciones técnicas

españolas adaptadas Diámetro mm 6 (± 1) y 8 (± 1) (2) (5) (5) Longitud mm 3,15 ≤ L ≤ 40 (3) (5) (5) Densidad kg/m3 ≤ 600 EN 15103 UNE EN 15103:2010 Poder Calorífico MJ/kg 16,5≤Q≤19 16,3≤Q≤19 16,0≤Q≤19 EN 14918 UNE EN 14918:2011 Contenido en humedad w-% ≤ 10 EN 14774-1 UNE EN 14774-1:2010 Finos (< 3,15mm) w-% ≤ 1 EN 15149-2 UNE EN 15149-2:2011 Durabilidad mecánica w-% ≥ 97,5 (4) ≥ 96,5 EN 15210-1 UNE EN 15210-1:2010 Contenido en cenizas w-% (1) ≤ 0,7 ≤ 1,5 ≤ 3.0 EN 14775 UNE EN 14775:2010 Fusión cenizas (DT) ºC ≥ 1200 ≥ 1100 EN 15370-1 - Contenido en Cloro w-% (1) ≤ 0,02 ≤ 0,02 ≤ 0,03 EN 15289 PNE-FprEN 15289 Contenido en Azufre w-% (1) ≤ 0,03 ≤ 0,04 EN 15289 PNE-FprEN 15289 Contenido en Nitrógeno w-% (1) ≤ 0,3 ≤ 0,5 ≤ 1,0 EN 15104 UNE-CEN/TS 15104:2008 EX

y en proyecto PNE-FprEN 15104 Contenido en Cobre mg/kg (1) ≤ 10 EN 15297 PNE-FprEN 15297Contenido en Cromo mg/kg (1) ≤ 10 EN 15297 PNE-FprEN 15297Contenido en Arsénico mg/kg (1) ≤ 1 EN 15297 PNE-FprEN 15297Contenido en Cadmio mg/kg (1) ≤ 0,5 EN 15297 PNE-FprEN 15297Contenido en Mercurio mg/kg (1) ≤ 0,1 EN 15297 PNE-FprEN 15297Contenido en Plomo mg/kg (1) ≤ 10 EN 15297 PNE-FprEN 15297Contenido en Niquel mg/kg (1) ≤ 10 EN 15297 PNE-FprEN 15297Contenido en Zinc mg/kg (1) ≤ 100 EN 15297 PNE-FprEN 15297(1) En base seca (2) El diámetro debe ser indicado (3) Máximo del 1% de los pelets más largos que 40 mm, max. Longitud 45 mm. (4) Si es medido por Lignotester, el valor límite es ≥97,7 w-%. (5) La correspondiente norma CEN todavía no está finalizada.

34

http://www.aenor.es/aenor/normas/normas/fichanorma.asp?tipo=P&codigo=P0033416&PDF=













Logística del suministro de la biomasa sólida para aplicaciones térmicas. Las propiedades físico-químicas y energéticas de un biocombustible sólido deben mantenerse a lo largo del proceso logístico asegurando así una combustión óptima. La logística del suministro de biomasa comprende generalmente cuatro etapas: pretratamiento, transporte, distribución y almacenamiento. Durante el proceso logístico deben evitarse acciones innecesarias que puedan modificar sus características como son la humidificación del biocombustible, exposición a altas temperaturas y presiones variables, contaminación metálica debida a la maquinaria y herramientas utilizadas, contaminación atmosférica debida al tráfico, contaminación por contacto con el suelo o tierra, contaminación con cortezas o tratamientos químicos (pintura, conservantes, adhesivos…). Los pretratamientos más habituales corresponden a la reducción del contenido de humedad, reducción granulométrica o densificación (pélets y briquetas). La reducción del contenido de humedad tiene como finalidad disminuir los costes de manejo, transporte, almacenaje, molienda y alimentación. El secado de un biocombustible sólido depende de las características del agente secante y de las propiedades del propio combustible. Este proceso se puede realizar de dos formas distintas: secado natural o secado forzado. El primero supone un ahorro de combustible, pero no garantiza una humedad final media menor que la humedad de equilibrio con el medio ambiente donde se ubica. Además, se debe optimizar en cuanto a tiempo y espacio para evitar la degradación del combustible y proliferación de esporas. Por el contrario, el secado forzado se basa en el uso de un agente secante, es más rápido y permite obtener una humedad final media requerida y menor que la humedad de equilibrio. Su viabilidad económica depende de las ventajas que puede ofrecer en cuanto a la eficiencia de la molienda o densificación. Los procesos de reducción granulométrica consisten en la adecuación del tamaño final de las partículas a los requerimientos técnicos específicos del sistema de conversión energética. Le confieren al combustible un valor añadido pero suponen un coste adicional en el proceso. Los equipos utilizados deben ofrecer un tamaño de partícula adecuado de acuerdo a los requerimientos técnicos y su tecnología de ruptura debe ser adecuada para el tipo de combustible. Para tal fin, se pueden encontrar troceadoras, astilladoras, molinos de martillos, molinos de cuchillas y los molinos de disco. Las troceadoras permiten mayores tamaños de partícula a la entrada y su producto final también presenta una granulometría superior al producto de las astilladoras. Los molinos se utilizan cuando se requieren tamaños más reducidos de partícula. La densificación de la biomasa es el proceso mediante el cual se incremente la densidad de las materias primas biomásicas, ya sean de origen herbáceo o leñoso. Se puede diferenciar entre peletizado y briquetado. En ambos procesos se obtiene un biocombustible sólido (pélets o briquetas) de alta densidad y homogeneidad, además favorecen el transporte, almacenamiento, facilitan la dosificación y la automatización, reducen su degradación y, por tanto, favorecen el uso energético del combustible. Para su obtención la materia prima debe tener una humedad y granulometría específica. Los pélets tienen forma cilíndrica y su diámetro oscila entre los 6 y los 30 mm y su longitud entre los 6 y los 70 mm. Las briquetas presentan varias formas, su diámetro varía entre los 30 y 200 mm, su longitud entre los 150 y 500 mm y su densidad entre los 700 y los 1400 kg/m3 aproximadamente. Para el briquetado podemos diferenciar tres equipos: briquetadoras de pistón o por impacto, briquetadoras de tornillo o por extrusión y las briquetadoras hidráulicas. En el peletizado se utilizan prensas peletizadoras que pueden ser de matriz anular o de matriz plana.

35

En cuanto al transporte y distribución, los biocombustibles sólidos pueden ser distribuidos en diferentes formatos:

- A granel - En bolsas - Remolque de caja de carga plana - Remolque de piso móvil - Contenedor - Volquete - Camión cisterna

Finalmente, el sistema de almacenamiento debe de cumplir los requisitos descritos en el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE). Éste puede hallarse dentro o fuera del edificio, si está fuera podrá construirse en superficie o subterráneo. La elección del sistema dependerá de las características de los sistemas de distribución y suministro de la biomasa, necesidad anual de biomasa, espacio disponible, etc. Se puede distinguir entre almacenamiento prefabricado y almacenamiento de obra. El primero es para biomasas de pequeño tamaño, como el pélet y el hueso de aceituna, mientras que los de obra se utilizan para astillas o cáscaras de frutos secos

− Almacenamientos prefabricados: contenedor o tolva exterior, silo flexible, depósito subterráneo, tolva o almacenamiento integrado.

- Almacenamientos de obra: con suelo inclinados de dos lados, con suelo inclinado de un lado o con suelo horizontal.

Los sistemas de carga de los almacenamientos de biomasa se suelen realizar mediante un sistema automático, de descarga directa o neumático. El sistema semiautomático se usa en el caso de tolvas, almacenamientos integrados o silos flexibles y consiste en que el usuario recarga dichos silos mediante bolsas pequeñas o provisiones almacenadas en otro lugar de la vivienda. El sistema de descarga directa es el utilizado por volquetes y camiones de piso móvil para cargar los silos accesibles mediante trampillas en el suelo. Por último, el sistema neumático consta de cisternas equipadas con un sistema neumático de suministro, muy usado para pélets. Tipos de chimeneas y estufas térmicas de biomasa. Los hogares abiertos o cerrados conocidos habitualmente como “chimeneas” se diferencian poco de la chimenea tradicional. En el mercado se encuentran muchos modelos para satisfacer con las exigencias y necesidades de calefacción, aunque su uso se debe aspectos estéticos. Las estufas han evolucionado en cuanto a tecnología por lo que su uso resulta más cómodo y la combustión está optimizada. Son ideales para viviendas unifamiliares cuando no requieran la potencia de una caldera. Se pueden encontrar diferentes tipos de chimeneas y estufas térmicas para biomasa:

Los hogares abiertos no son los sistemas de calefacción más adecuados, ya que alrededor del 20% de la energía de la madera que se quema calienta la estancia en forma de radiación. El resto son pérdidas a través de la chimenea. Existen modelos con circulación natural y con circulación forzada (un ventilador aumenta la difusión y la cantidad de aire caliente). Tienen una potencia térmica de 1 a 3 kW. Se suele alimentar con leña o briquetas. Su uso se debe más a motivos estéticos que por su aporte de calor. El área a calefactar puede ser una sala de estar pero el limitado.

36

Los hogares cerrados son aquellos que están confinados tras una puerta de cristal

refractario. Un tipo de hogar cerrado son los cassettes o insertables, que tienen ya incorporada cámara de aire, cenicero y sistema de recuperación de calor. Permiten controlar la entrada de aire de combustión por lo que se genera mayor calor. Los insertables suelen tener una potencia de 5 a 10 kW y rendimientos inferiores al 40%. Al igual que el hogar abierto, por su geometría y combustión no favorece la renovación de aire de la estancia. Se alimenta con combustible tipo leña o briquetas.

Las estufas de madera, alimentadas normalmente con leña o briquetas, están conectadas a la chimenea a través de un conducto estanco y tienen puertas herméticas frontales normalmente de cristal de cuarzo. Las estufas de madera emiten la mayor parte del calor por radiación desde su superficie caliente y la mayoría están previstos con una cámara para facilitar la convección. El aire frío pasa a través de la estufa, se calienta y sale a través de una serie de orificios en la parte superior. Presenta rendimientos de <90%. Las estufas modernas permiten regular la potencia térmica, que suele estar entre 2 y 15 kW. Aptas para calefactar una sala de estar.

Las estufas de pélets son esencialmente idénticas a las de madera en cuanto a su instalación, tipo de funcionamiento y conexión a la chimenea. Pueden utilizarse para calefactar una estancia o bien pueden conectarse a un sistema de distribución de calor funcionando como calefacción central. Se diferencian de las de madera en el sistema de alimentación que es automático desde el depósito de almacenamiento, teniendo así una autonomía de hasta dos días. Al igual que las de madera, ceden calor por radicación a través fundamentalmente del cristal y por convección, a través de distintos orificios construidos para este fin y tienen un rendimiento < 90%. La potencia térmica puede ser regulada, y suele ir de 3 a 11 kW.

La madera también se puede aprovechar para cocinar o cocer. Por ello existen estufas-cocina modernas que permiten calefactar, generar ACS, cocinar y cocer. Técnicamente, esto se consigue rodeando parte de la estufa con una camisa e incluyendo intercambiadores de calor en los tubos de gases calientes que se acoplan con el sistema de calefacción central de la casa. El rango de potencia térmica suele ser de 11 a 27 kW. Los sistemas estufa-cocina pueden lograr un rendimiento global superior al 65%, ya que la radiación se aprovecha para cocinar y no constituye una pérdida.

Las estufas de material cerámico son sistemas de calefacción revestidas de arcilla refractaria, que constituyen sistemas acumuladores de calor. Normalmente se colocan en el centro del edificio, pueden calentar varias estancias y pueden ir acopladas a una instalación de calefacción central. Se puede diferenciar entre estufas cerámicas básicas y estufas cerámicas de aire caliente, cuyos rangos de potencia térmica van de 4 a 15 kW y cuyo rendimiento es de < 90%.

Calderas de biomasa: generalidades y tipos. Las calderas de biomasa existentes son equipos compactos que pueden dotar a los edificios de calefacción, o de calefacción y ACS, y su fiabilidad es equiparable a los sistemas habituales de

37

gas o gasóleo. Para aplicaciones de calefacción doméstica o comercial, estos equipos son de potencia baja a media, hasta 150-200 kW, y alcanzan rendimientos entre el 85 y 92%. La elección de una caldera viene marcada por una serie de características

− Fiabilidad del sistema. - Rendimiento de la combustión de la caldera, mayor rendimiento, menor consumo y

mejor eficiencia. De acuerdo al RITE para la producción de calor el rendimiento mínimo instantáneo debe ser del 75%. Normalmente, cualquiera de las calderas de biomasa supera holgadamente dicho rendimiento.

- Tipo y calidad de combustible con el que se va alimentar la caldera. Éste determinará la elección de las tecnologías (tipos de calderas) más adecuadas.

- Garantía de suministro de combustible, tipo de almacenamiento y sistema de suministro. - Bajas emisiones de CO y bajas emisiones de polvo de acuerdo a la normativa de

emisiones de gases y partículas. - Automatización del sistema de limpieza o mínima necesidad de limpieza. Calderas con

sistemas de automatización mayores suelen ser más eficientes, pero los costes de inversión son mayores.

- Sistema de regulación y control sencillo para el usuario que permita adecuar la potencia a la demanda existente en cada momento.

- Posibilidad de telecontrol de la operación de la caldera por el mantenedor. - Fácil mantenimiento y operatividad de la caldera - Buenos servicios técnicos. La disponibilidad de un distribuidor y de una empresa

instaladora autorizada es imprescindible, y preferiblemente con un certificado por la empresa fabricante de la caldera de haber recibido el curso formativo correspondiente.

De forma genérica, los sistemas de calefacción con biomasa constan de una serie de sistemas principales:

Almacén del combustible Sistema de alimentación del combustible y aporte de aire Caldera: cámara de combustión, intercambio de calor, cenicero y caja de humos. Chimenea Sistema de distribución de calor Sistema de regulación y control

Además, a estos sistemas se puede acoplar un sistema de producción de frío por absorción, que alimente al sistema de refrigeración (aire acondicionado).

Figura 6. Esquema simplificado de un sistema de combustión.

El almacenamiento del combustible, como se ha descrito en el punto 2.1.2.3, debe de cumplir unos requisitos establecidos por el RITE y existen diferentes sistemas de almacenamiento disponibles. La biomasa sólida debe ser dosificada garantizado el flujo de la misma desde el punto de almacenamiento hasta su lugar de utilización (caldera), por ello se requieren una serie de

38

aparatos, equipos y sistemas. Entre los sistemas de alimentación podemos diferenciar el sistema manual, el tornillo sinfín y el sistema neumático.

- Sistema manual: utilizado en calderas pequeñas con almacenamiento tipo tolva o integrado.

- Tornillo sinfín: sistemas mecánicos que conducen el combustible a lo largo de su longitud hasta el depósito que alimenta directamente a la caldera. El límite de la granulometría aceptada queda definido por el diámetro, el paso y el eje del tornillo sinfín, así como por la distancia que hay entre el diámetro exterior del tornillo y el interior del tubo.

- Sistema neumático: una bomba succiona el combustible del silo y lo bombea hasta la caldera, es el más económico pero solo admite pélets o combustibles de tamaño y forma muy homogénea.

Figura 7. Tornillo sinfín (izqda.); tornillo sinfín en codo (centro); tornillo sinfín flexible (izqda.)

Figura 8. Bomba neumática de alimentación del silo a la caldera.

La caldera es el dispositivo de intercambio de calor constituido por un conjunto de intercambiadores y de equipos anexos que permiten la transferencia de la energía térmica proporcionada por la combustión de un combustible a un fluido caloportador. Según la disposición de los flujos se pueden clasificar en dos tipos, las pirotubulares y los acuotubulares. En las primeras, el agua rodea los tubos por los que circulan los humos, por lo que la cámara de combustión tiene que estar separada del intercambiador de calor. Presentan un diseño más sencillo que las acuotubulares. En las acuotubulares el agua va por el interior de los tubos y los gases de combustión los rodean. Pueden fabricarse para mayores rangos de potencia. Su coste de fabricación es mayor y tiene menor inercia térmica ya que el sistema acumula menor cantidad de fluido caloportador que en un sistema pirotubular.

39

Figura 9. Quemador de parrilla y caldera acuotubular.

Existen una multitud de quemadores (cámara de combustión) distintos para la combustión de biocombustibles sólidos. A groso modo se pueden diferenciar quemadores de lecho fijo, de lecho burbujeante, de lecho circulante o de partículas en suspensión. En los lechos fijos el combustible se deposita sobre una superficie (parrilla) a través de la cual se inyecta una parte del aire requerido para su combustión. Este pasa a través del lecho del combustible iniciando la devolatilización. El residuo carbonoso se termina de quemar en el lecho, mientras que los volátiles se queman en el interior de la cámara de combustión con aire introducido mediante una serie de toberas. Hay diferentes tecnologías existentes (afloración, parrilla vibrante, de movimiento recíproco, etc.), además según las características del combustible pueden implementarse diferentes configuraciones (refrigeración de parrilla, materiales, etc.). En los lechos fluidizados el caudal de aire introducido es mayor que en los lechos fijos de forma que el material queda suspendido en la corriente de aire. Se diferencia entre lecho fluido burbujeante (el aire pasa a través del lecho de partículas formando burbujas de aire) y lecho fluido circulante (lecho arrastrado). Por último, en los quemadores de partículas en suspensión todas las partículas combustibles son arrastradas por la corriente de gas. Cada uno de estos quemadores presenta una serie de ventajas e inconvenientes que se pueden resumir en la siguiente tabla: Tabla 6. Ventajas e inconvenientes de las tres principales tecnologías de combustión de biocombustibles sólidos.

40

La combustión de la biomasa genera cenizas a diferencia del gas natural y gasóleo. Por ello se requiere de un dispositivo de extracción de las mismas. En función del diseño de la caldera existen diferentes sistemas de evacuación de cenizas. El sistema automático corresponde a un tornillo sinfín que transporta y compacta las cenizas desde la cámara de combustión a un contenedor situado en el exterior de la caldera. En el caso del sistema manual, la frecuencia de retirada depende del combustible utilizado.

Para la evacuación de humos se utiliza una chimenea. Las emisiones a la atmósfera no varían mucho respecto a las de combustibles fósiles como gasóleo o gas natural, y son mucho menores que las de carbón. La diferencia radica en el diámetro de la chimenea ya que los biocombustibles sólidos presentan un volumen de gases ligeramente superior, debido a que la humedad que contiene la biomasa se evapora en la caldera. La evacuación en las instalaciones térmicas debe realizarse por la cubierta del edificio siguiendo la normativa vigente. Y las emisiones deberán cumplir con los requerimientos medioambientales de las autoridades nacionales, regionales o locales, que limitan los valores máximos de las emisiones contaminantes. Tipos de calderas de biomasa En el mercado existe una amplia variedad de tipos de calderas de biomasa ajustándose a las necesidades de los diferentes usuarios. Así pues, se pueden encontrar en el mercado equipos compactos para uso doméstico en viviendas unifamiliares, edificios de viviendas o comerciales,

41

existiendo también modelos para instalaciones industriales. Las calderas de biomasa pueden clasificarse atendiendo al tipo de combustible que admiten y a la clase de tecnología que utilizan:

Tabla 7. Tipos de calderas de biomasa. TIPOS DE CALDERAS

Según tipos de combustible Según su tecnología Calderas específicas de pélets Calderas de biomasa Calderas mixtas o multicomponentes

Calderas convencionales adaptadas para biomasa Calderas estándar de biomasa Calderas mixtas Calderas de pélets a condensación

Así pues, atendiendo al tipo de combustible que admiten para su funcionamiento podemos distinguir:

Calderas específicas de pélets con potencias hasta 40 kW, suelen ser pequeñas y altamente eficientes. Tienen un bajo coste, pequeño tamaño y un elevado rendimiento. Si el fabricante lo garantiza, se pueden utilizar otro tipo de biomasa.

Calderas de biomasa presentan una potencia que varía desde 25 kW a cientos de kW. Para cambiar el tipo de combustible debe programarse con antelación el vaciado del silo, la nueva recarga y la reprogramación de la caldera. Precisan de modificaciones en tornillo de alimentación y parrilla.

Calderas mixtas o multicombustible admiten varios tipos de combustible cambiando de una manera rápida y eficiente. Suelen fabricarse para potencias medias (200 kW) o grandes.

De acuerdo a su tecnología, las calderas se dividen en cuatro grupos:

Calderas convencionales adaptadas para biomasa, suelen ser antiguas calderas de carbón adaptadas con quemador fijo o en cascada (el sistema de combustión se encuentra fuera de la caldera) para biomasa o calderas de gasóleo con un quemador de biomasa. Por este motivo, la potencia es menor, con unos rendimientos del 75-85%, no disponen de sistemas específicos de mantenimiento y limpieza y son económicas. Suelen ser semi-automáticas.

Calderas estándar de biomasa alcanzan rendimientos elevados de hasta un 92%.

Suelen ser calderas automáticas facilitando así la alimentación, la limpieza y la extracción de las cenizas. Son diseñadas para un biocombustible determinado. Se pueden diferenciar entre calderas de biomasa con alimentador inferior o con parrilla móvil. Las primeras únicamente pueden consumir pélets estándar y también son aptas para combustibles con bajo contenido en cenizas (pélets, astillas, algunos biocombustibles agroindustriales). Las de parrilla móvil, son aptas para biocombustibles con altos contenidos de humedad y cenizas, usadas para potencias superiores a los 100 kW.

Calderas mixtas permiten el uso alternativo de dos combustibles, pero requieren un

almacenamiento y un sistema de alimentación de la caldera para cada combustible,

42

encareciendo así el coste de las mismas. Son calderas automáticas con elevados rendimientos, del 92%. Admiten distintos tipos de combustibles como astilla, leña, serrín, residuos de madera sin procesar y madera procedente de la construcción. Son especialmente adecuadas en zonas en las que se generan residuos de madera en cantidad suficiente pero con distintos tamaños, como pueden ser residuos de fábricas de muebles. También son interesantes en edificios en los que se desee flexibilidad en cuanto al combustible.

Calderas de pélets a condensación son calderas de biomasa con alimentador inferior

de uso exclusivo de pélets. Son pequeñas, automáticas y de baja potencia (< 70kW). Recuperan el calor latente de condensación contenido en el combustible bajando progresivamente la temperatura de los gases hasta que se condensa el vapor de agua en el intercambiador. Gracias a esta tecnología, el ahorro de pélets es del 15% con respecto a una combustión estándar siendo pues las más eficientes del mercado, con un rendimiento de hasta el 103% respecto al poder calorífico inferior.

Climatización: calor y frío. En el mercado existen un gran número de equipos comerciales, los cuales están homologados y están demostrando su eficiencia y fiabilidad con costes competitivos. Fundamentalmente los sistemas de climatización se utilizan en edificios. Un sistema de climatización puede ofrecer calor para la calefacción en invierno y agua caliente sanitaria todo el año, y producción de frío generalmente en verano. La producción de calor se produce a través de calderas automáticas y semiautomáticas, mientras que para la producción de frío se produce por la incorporación de ciclos de absorción. En estos la energía que acciona el generador de frío es calor, en forma de agua caliente producida por la caldera de biomasa. El ciclo de absorción se basa en las propiedades de las disoluciones acuosas de ciertas sales como bromuro o cloruro de litio, que son inocuas. La máquina de absorción enfría el agua que circula por el circuito de distribución de frío hacia los fancoils, los climatizadores o el sistema emisor elegido. Su empleo, como alternativa a grupos enfriadores accionados por electricidad, aumenta el número de horas anuales de uso de la caldera de biomasa, mejorando su rentabilidad. .

2.1.3 Problemática detectada Para el correcto desarrollo de la biomasa térmica en el ámbito doméstico es necesario mejorar y trabajar en los diferentes aspectos que dificultan su desarrollo como son los que a continuación se enumeran:

Necesidad de espacio para el almacenamiento del combustible. Aseguramiento del combustible. Estacionalidad de la biomasa no garantizando el suministro. Falta de una red de distribuidores lo suficientemente extensa. Aseguramiento de la calidad del combustible (así como la información sobre su

procedencia y características). Desarrollo de Regulación y Normalización y etiquetación de los biocombustibles

sólidos para asegurar su calidad. Acuerdos de precios del combustible con los suministradores del combustible. Optimización de la tecnología: flexibilidad alta en el uso de combustibles, generando

bajas emisiones y alcanzando una alta eficiencia. Precios competitivos de la tecnología (tipos de calderas). Mejorar diseño y optimización de sistemas de combustión.

43

Regulación de la oferta y la demanda de biomasa, con la existencia de un mercado y logística de suministro.

Desarrollo de procedimientos y equipos para casos en que no es adecuada la utilización de maquinaria existente, sobre todo para los cultivos leñosos.

Fomentar el uso de bases de datos que incluyan los análisis químicos de los biocombustibles sólidos de forma que sirvan como herramientas para proceder a una evaluación estimativa de los posibles fenómenos que puedan suceder a lo largo de todo el proceso de aprovechamiento.

44

2.2 Biocombustible (líquido). Se entiende por biocarburantes al conjunto de combustibles líquidos provenientes de distintas transformaciones de la biomasa y que, al presentar determinadas características físico-químicas similares a los carburantes convencionales derivados del petróleo, puede ser utilizados en motores de vehículos en sustitución de éstos (IDAE, 2005). En la siguiente figura se muestran por una parte los recursos necesarios para la producción de diferentes tipos de biocombustibles mediante el procesado de diversas materias primas para finalmente ser utilizados para calefacción, transporte o generación energética.

Figura 10: Medios para la obtención y aplicación de los biocombustibles. Fte: FAO (Food and

Agriculture Organization)

Tipos de biocombustible (líquido)

Los biocombustibles pueden ser de primera generación (producidos a partir de cultivos plantados ex profeso: azúcar, almidón o aceite vegetal) y de segunda generación (que son los producidos a partir de materia prima sostenible: materiales celulósicos, residuos de cosechas y desechos agrícolas y urbanos).

45

Los biocombustibles más utilizados actualmente son el biodiésel y el bioetanol o etanol de biomasa. Otras alternativas, son el biopropanol o el biobutanol, menos conocidas y aún en fase de investigación para su posterior comercialización.

El bioetanol (o bioalcohol) es el alcohol producido por fermentación de productos azucarados (remolacha y la caña de azúcar). También puede obtenerse de los granos de cereales (trigo, cebada y maíz), previa hidrólisis o transformación en azúcares fermentables del almidón contenido en ellos. Pueden utilizarse en su obtención otras materias primas menos conocidas como el sorgo dulce y la pataca.

El bioetanol se utiliza en vehículos como sustitutivo de la gasolina, bien como único combustible o en mezclas que, por razones de miscibilidad entre ambos productos, no deben sobrepasar el 5-10% en volumen de etanol en climas fríos y templados, pudiendo llegar a un 20% en zonas más cálidas. El empleo del etanol como único combustible debe realizarse en motores específicamente diseñados para el biocombustible. Sin embargo, el uso de mezclas no requiere cambios significativos en los vehículos, si bien, en estos casos el alcohol debe ser deshidratado a fin de eliminar los efectos indeseables sobre la mezcla producidos por el agua.

Un biocarburante derivado del bioetanol es el ETBE (etil ter-butil eter) que se obtiene por síntesis del bioetanol con el isobutileno, subproducto de la destilación del petróleo. El ETBE posee las ventajas de ser menos volátil y más miscible con la gasolina que el propio etanol y, como el etanol, se aditiva a la gasolina en proporciones del 10-15%. La adición de ETBE o etanol sirve para aumentar el índice de octano de la gasolina, evitando la adición de sales de plomo.También se utilizan ambos productos como sustitutivos del MTBE (metil ter-butil eter) de origen fósil, que en la actualidad se está empleando como aditivo de la gasolina sin plomo.

El biodiésel, también denominado biogasóleo o diester, constituye un grupo de biocarburantes que se obtienen a partir de aceites vegetales como soja , colza y girasol ( dos principales cultivos de oleaginosas en la Unión Europea). Los biodiésel son metilesteres de los aceites vegetales obtenidos por reacción de los mismos con metanol, mediante reacción de transesterificación, que produce glicerina como producto secundario. Los metilesteres de los aceites vegetales poseen muchas características físicas y físico-químicas muy parecidas al gasóleo con el que pueden mezclarse en cualquier proporción y utilizarse en los vehículos diésel convencionales sin necesidad de introducir modificaciones en el diseño básico del motor. Sin embargo, cuando se emplean mezclas de biodiésel en proporciones superiores al 5% es preciso reemplazar los conductos de goma del circuito del combustible por otros de materiales como el vitón, debido a que el biodiésel ataca a los primeros. A diferencia del etanol, las mezclas con biodiésel no modifican muy significativamente gran parte de las propiedades físicas y fisicoquímicas del gasóleo, tales como su poder calorífico o el índice de cetano. Por último, existe el biooil, no utilizado tanto como el bioetanol y el biodiésel, que se obtiene de la degradación térmica de la biomasa mediante un proceso denominado pirólisis. La pirolisis se puede definir como la descomposición térmica de un material en ausencia de oxigeno o cualquier otro reactante. Esta descomposición se produce a través de una serie compleja de reacciones químicas y de procesos de transferencia de materia y calor. El sector de los biocombustibles experimentará en la próxima década un crecimiento notable, sobre todo, en la Unión Europea, donde la Directiva 2009/28/CE obliga a todos los Estados miembros a que, en el año 2020, al menos el 10% de la energía final consumida en el sector de los transportes proceda de fuentes renovables.

46

La Directiva, de obligado cumplimiento para todos los miembros, matiza que este mandato no se debe lograr sólo con biocombustibles sino que abre la puerta a que se puedan utilizar otro tipo de energías renovables para conseguir una reducción efectiva de los gases de efecto invernadero en Europa. La política energética europea se ha marcado el reto de que en el año 2020 se haya alcanzado el gran objetivo global “20-20-20”: reducir en un 20% el consumo de energía primaria, reducir en un 20% las emisiones de gases de efecto invernadero y elevar al 20% la contribución de las energías renovables al consumo de energía. Por ello, considera de vital importancia incidir en el sector del transporte ya que es el principal responsable de las emisiones de CO2 en Europa. No obstante, la Directiva 2009/28/CE advierte que el desarrollo de los biocombustibles no debe hacerse de manera descontrolada. De este modo, establece que el desarrollo de la producción de biocombustibles se debe realizar con criterios de sostenibilidad, para garantizar un enfoque coherente entre las políticas energéticas y la protección medioambiental. Con el objeto de lograr una aplicación efectiva, condiciona las ayudas financieras a su cumplimiento, al margen de que las materias primas utilizadas se hayan cultivado “dentro o fuera de la Unión Europea”. La norma entiende que los criterios de sostenibilidad establecen que la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero derivados del uso de biocombustibles debe alcanzar el 35% como mínimo. Tampoco permite el uso de materias primas procedentes de tierras de elevado valor de biodiversidad ni de tierras con un elevado valor de carbono. Para dar mayores garantías a los productores europeos, la Comisión impone a los importadores la obligación de cumplir no sólo estas condiciones para poder obtener las ayudas que estipulen cada uno de los Estados miembros, sino que deben cumplir los diferentes convenios de la Organización Internacional del Trabajo sobre la prohibición del trabajo forzoso, libertad sindical, prohibición del trabajo infantil o equiparación salarial entre hombres y mujeres. Los terceros países que sean una fuente significativa de materias primas también deben haber ratificado y aplicado el Protocolo de Bioseguridad de Cartagena y la Convención sobre Comercio Internacional de Especies Amenazadas de Fauna y Flora Silvestres. El cumplimiento de estos postulados se revisará cada dos años a partir de 2012 y los Estados deben obligar a los agentes económicos a demostrar el cumplimiento de los criterios de sostenibilidad, tanto si los biocombustibles han sido producidos en la Comunidad o han sido importados. A pesar de que los productores de combustibles de origen fósil han manifestado reticencias al desarrollo de este tipo de bioenergía, la determinación de la UE y la demanda de la sociedad pronostican que el uso de las renovables en el sector de transporte es imprescindible para poder contribuir de manera efectiva a la reducción de la emisión de gases de efecto invernadero. La competencia de los países emergentes (sobre todo, China e India) y Estados Unidos —tres países que no han ratificado el Protocolo de Kioto y que representan el 50% de la emisiones de CO2— colocan a la UE en una situación de competitividad económica desfavorable aparente. Sin embargo, el compromiso con la sostenibilidad y la reducción de la dependencia energética, sometida a variaciones de los precios de las energías fósiles sobre lo que no tiene influencia, colocan a Europa en la senda adecuada para el desarrollo de los próximos años. El hecho de contar con un marco jurídico claro otorga a los inversores una mayor seguridad para apostar por un modelo que busca el crecimiento, preservando el medio ambiente.

47

La Unión Europea se ha impuesto el objetivo de fomentar el uso de los biocombustibles en los transportes por carretera en la próxima década (2011-2020) para reducir de forma efectiva la emisión de gases de efecto invernadero en este sector. La Directiva 2009/28/CE6 establece que a finales de 2020 el 10% de la energía consumida en el sector de los transportes debe proceder de fuentes renovables, en todos y cada uno de los Estados miembros.

2.2.1 Estado del sector A continuación, se desglosan los datos del sector de los biocombustibles diferenciados por zonas geográficas. Datos globales La producción de biocombustibles a nivel mundial ha crecido exponencialmente en los últimos años. Su desarrollo ha estado ligado a la subida del precio del petróleo, a las políticas de promoción adoptadas por los distintos países, y a la creciente concienciación social desarrollada en torno al cuidado medioambiental. El mundo apuesta actualmente por el biodiésel y por el bioetanol como alternativa a los combustibles de origen vegetal dado que ambos proceden de fuentes renovables y permiten reducir, de modo significativo, las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera.

Figura 11: Mayores productores de biofuel a nivel mundial. Fte: Euromonitor International from IEA

El continente americano concentra un 90% de la producción mundial (figura 5) de bioetanol, mientras que la producción de biodiésel procede principalmente de la Unión Europea. Europa sigue liderando el mercado de biodiésel en 2009, con una cuota de producción del 49,8%. El segundo puesto lo ocupa el continente americano con una cuota cercana al 33%. Los cinco principales países productores a nivel mundial durante el año 2009 han sido Alemania, EE.UU, Francia, Argentina y Brasil, que en su conjunto producen el 68,4% del total del biodiésel del mundo. Australia es el mayor productor en la región Asia-Pacífico, seguido de China y la India.

48

Figura 12: Producción de biodiésel por continentes. Fte: Infinita Renovables: Informe sectorial 2010

Figura 13: Ranking de los principales productores de etanol y biodiésel en 2010. Fte: Global Biofuels

Center

49

Figura 14: países productores de bioetanol. Fte:

Etecnologia

Figura 15: países productores de biodiésel

Figura 16: Países más activos en la producción de biocombustibles. Fte:EarthTrends Environmental

Inormation Portal

Según el Departamento de Biocarburantes del Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), en los últimos 9 años, la producción mundial de biodiésel se ha multiplicado por 10 hasta alcanzar los 15.000 millones de litros al año en 2009. Por su parte, la producción de bioetanol también ha aumentado significativamente, pasando de menos de 20.000 millones de litros al año en 2000 hasta 90.000 millones en 2009. La mayor parte de este crecimiento se está produciendo principalmente en Estados Unidos, Brasil y Alemania que aglutinan más de la mitad de la producción de biodiésel y más de las tres cuartas partes de la producción de bioetanol.

50

Según los expertos, en los próximos años el sector de los biocombustibles seguirá expandiéndose pero a un ritmo diferente. Las previsiones indican que el mercado mundial de bioetanol se duplicará, debido principalmente a la rápida expansión de los biocombustibles en Estados Unidos, y el de biodiésel crecerá considerablemente. Las previsiones indican que la tasa acumulativa de crecimiento anual entre 2009 y 2020 será del 10,1% (con un volumen de producción estimado de 45.291 millones de litros en 2020).

Figura 17: Demanda de biofuel por zonas geográficas. Fte: IEA

51

Datos Europa

Figura 18: Consumo de biocombustibles. Fte: Eurobserver

Alemania es líder europeo en consumo de biocombustibles, con 2.894.000 toneladas en 2009 (el 23%), aunque en los dos últimos años registró un descenso —un 19,5%, en 2008, y un 7,8%, en 2009— debido a la decisión de su parlamento de reducir las cuotas de incorporación de esta energía a los carburantes, prevista inicialmente en el 6,25% y que se redujo al 5,25% para todo el ejercicio. No obstante, a partir de 2010, y hasta 2014, el porcentaje vuelve a ser del 6,25%. El crecimiento desde 2005 es del 55,1%. Francia, con 2.511.000 toneladas, representa el 20,8% de la UE-27, y en 2009 creció un 10,4% sobre el año anterior. El desarrollo de este tipo de combustibles se ha visto favorecido por medidas legales que gravan los de origen fósil e introduce exenciones fiscales para aquellos de procedencia renovable. Desde 2005 aumentó un 499,3%. Italia es el tercer país por volumen de consumo de biocarburantes, con 1.167.000 toneladas, un 62,9% más que en 2008, lo que representa el 9,7% de la UE. Este incremento se debe a que la tasa de biocombustibles pasó del 2,4% al 3%. En cuatro años, creció un 559%. España es el cuarto país de la UE, con 1.046.000 toneladas en 2009 (el 8,7%), con un crecimiento del 669% desde 2005, cuando se consumieron tan sólo 136 toneladas de biocombustible. Reino Unido representa el 8,1%, con 981.000 toneladas en 2009, aunque el uso de esta fuente de energía se multiplicó por 12 desde 2005.

52

Figura 19: Comparativa entre el consumo de biodiésel y biocombustibles en Europa. Fte: Eurobserver

Alemania, por su parte, es el país con más posibilidades de producción, con 4,9 millones de toneladas, aunque el consumo de biodiésel es el 42,8% (2,2 millones de toneladas). En el año 2005, disponía de una capacidad de generación de 1,9 millones de toneladas, —el 53% del total de la UE—, pero su crecimiento ha sido inferior que el de España, ya que en 2010 alcanzó las 4,9 millones toneladas (un 353% más), aunque con una ligera reducción sobre 2008, cuando disponía de una capacidad de 5,3 millones de toneladas.

Figura 20: Capacidad de producción de biodiésel. Fte: EBB

53

Figura 21: Evolución del consumo de biodiésel utilizado en transporte. Fte: Eurobserver 2011

Respecto a la evolución en el consumo de biocarburantes destinados al transporte en la Unión Europea ha experimentado una demanda creciente, duplicando así los niveles de consumo desde el año 2007. Referente a los países con mayor consumo de biocarburantes, Alemania es líder, seguido por Francia, España, Italia y Reino Unido.

54

Figura 22: Consumo de biocarburantes para transporte en la UE en 2010 (en toe). Fte: Eurobserver 2011

55

Figura 23: Consumo de biocarburantes para transporte en la UE en 2010 (en toe). Fte: Eurobserver 2011

Datos España El consumo de los biocombustibles en España ha experimentado un crecimiento espectacular en los últimos años, al pasar de las 136.000 toneladas en el año 2005 a 1,046 millones de toneladas en 2009, lo que representa un incremento del 669%. Dentro de los biocarburantes, el biodiésel representa el 85,5% del total, con 894.000 toneladas en 2009, mientras que el bioetanol, con 152.000 toneladas, es el 14,5%, según datos de Eurobserver. El consumo de bioetanol se ha estancado en España, ya que ha pasado de 113.000 toneladas en 2005 a 152.000 en 2009 (34,5%). Mientras, el biodiésel pasó de 23.000 toneladas en 2005 —el 16,9% de los biocombustibles de ese año— a 894.000 toneladas en 2009, lo que significa multiplicar por 38 el consumo de este producto.

56

Figura 24: Evolución del consumo de biocombustibles en España. Fte: Eurobserver

El incremento de los biocarburantes se produjo a partir de la aprobación de la Ley 12/2007 de 2 de julio9, sobre el sector de los hidrocarburos, que estableció los objetivos obligatorios de consumo de biocombustibles para los años 2009 y 2010, que quedaron fijados en el 3,4% y el 5,83%, respectivamente, del contenido energético de carburantes comercializados en el sector del transporte. En 2007, el crecimiento del consumo de biocombustibles fue del 131%;en 2008, del 57,6%, y en 2009, del 70,6%. El desarrollo reglamentario de la ley no se aprobó hasta el 9 de octubre de 2008 (Orden ITC/2877/2008)10, y en ella se establecen diferentes exigencias para la gasolina y el diésel. Así, en el primero de los casos, los objetivos son el 2,5%, para 2009, y el 3,9% de cantidad mínima para 2010. En el caso del diésel las exigencias son 2,5% (2009) y 3,9% (2010). El objetivo global es el 3,40%. Según el informe anual de la Comisión Nacional de Energía (CNE) sobre el uso de biocarburantes, en 2009 se cumplió la exigencia legal por tres centésimas, ya que se logró el objetivo global del 3,43%. Sin embargo este cumplimiento se produjo gracias al diésel, con un cumplimiento del 3,67% (el objetivo era el 2,50%) mientras que en la gasolina se quedó una centésima por debajo (2,49%) de la obligación.

Figura 25: Grado de cumplimiento del objetivo global y particular de biocarburantes en diésel y gasolina.

Fte: CNE

57

Los datos provisionales de CORES (Corporación de Reservas Estratégicas de Productos Petrolíferos) sobre el consumo de biocarburantes en 2010 apuntan que se cumplirán también los objetivos establecidos en la ley, ya que la media de los 12 meses del año es del 5,75% en diésel y 6,20% en gasolinas. La legislación española establece que hasta el 31 de diciembre de 2012 se aplicará a los biocarburantes un tipo especial de gravamen de cero euros por 1.000 litros en el impuesto de hidrocarburos. Este tipo especial se aplicará sobre el volumen de biocombustible, aún cuando éste se utilice mezclado con otros productos. No obstante, deja la puerta abierta a modificaciones en el futuro, mediante la Ley de Presupuestos, pero el gravamen nunca excederá al que se aplica a los carburantes fósiles. A pesar de los buenos datos de crecimiento del consumo de los biocombustibles en España, el sector está atravesando un momento de incertidumbre generada por la importación masiva de productos foráneos, procedentes en su mayoría de Argentina e Indonesia, que ponen en peligro la producción en España. España tiene capacidad para producir 4,2 millones de metros cúbicos de biodiésel anuales, pero la producción en 2009 fue el 21% de esta cantidad, según los datos aportados por la CNE. Otras fuentes señalan que la producción de biodiésel en España es tan sólo el 10% de la capacidad instalada porque algunas plantas pararon su actividad a lo largo de 2010. El Informe de la CNE señala que en 2009, en España, se importaron 357.772 m3 de biodiésel (el 30% del consumo nacional) y se produjeron en territorio nacional 907.000 m3, de los cuales, el 18,07% se elaboró con materias primas nacionales y el resto (81,93%) con materias primas importadas. Según estos datos, se consumieron en el mercado interior 1.169.626 m3, y se exportaron 117.317 m3.

Figura 26: Productos y países de origen de las materias primas importadas para elaborar biodiésel en

España. Fte: CNE

58

Figura 27: Productos y países de origen del biodiésel importado en España. Fte: CNE

Principales productores

Los principales productores a nivel mundial de etanol y biodiésel fueron los siguientes en el año 2010: ‐ Coskata: Líder en la producción de etanol celulósico, cuenta entre sus inversores con

grandes empresas como GM, Sumitomo, Total o The Blackstone Group. ‐ Sapphire Energy: Empresa estaounidense fundada en 2007 que cuenta con más de 140

empleados. ‐ Virent Energy Systems: Empresa dedicada antiguamente a los combustibles fósiles que

actualmente ha entrado en el mercado de las energías renovables. Con base en EE.UU., tiene inversores como Shell, Honda o Cargill. Soluciones patentadas como el proceso BioForming.

‐ Poet: Fundada en 1986, esta empresa estadounidense que cuenta con más de 27 plantas, produce más de 1.600 millones de galones de etanol al año.

‐ Range Fuels: empresa fundada en 2006, galardona con premios de innovación, que produce metanol y etanol. A día de hoy, ha cerrado una de sus planta y está despidiendo empleados.

‐ Solazyme: Empresa líder en la producción de biocombustibles derivados de las algas. Trabajan junto a empresas como Chevron o UOP Honeywell. Entre sus clientes están la Marina y Defensa de EE.UU.

‐ Amyris Biotechnologies: Fundado en 2003, cuenta con una filial en Brasil. ‐ Mascoma: Productor de etanol, fundado en 2005. Entre sus inversores están GM, Flagship

Ventures, Khosla Ventures, etc. ‐ DuPont Danisco: Productor de etanol, fundado en 2008 de la Joint Venture entre DuPont

(líder mundial en sectores como el químico, materiales, energía) y la división Genencor de Danisco (sector biotecnología).

Respecto al continente europeo, según el Observatorio Europeo de Biocombustibles (Eurobserver), el francés Diester Industrie es el fabricante europeo con mayor capacidad productiva, Infinita Renovables ocupa el tercer lugar con 900.000 toneladas.

59

Figura 28: Evolución de la capacidad productiva por países. Fte: Eurobserver

En cuanto a producción de bioetanol en el año 2010, Abengoa es líder en la Unión Europea, seguido por Tereos, Crop Energies o Cristanol.

Figura 29: Principales empresas europeas productoras de bioetanol en 2010. Fte: Eurobserver 2011

2.2.2 Estado de las tecnologías Las previsiones apuntan que el consumo de biocombustibles crecerá tanto en el seno de la Unión Europea —que ha establecido la obligación de que en 2020 el 10% de la energía empleada en el sector de los transportes proceda de fuentes renovables— como en el ámbito

60

mundial, ya que los grandes consumidores de energías (EE UU y China, sobre todo) han adoptado medidas favorables para el desarrollo de este tipo de fuentes energéticas. La National Biodiésel Board estima que en 2011 el biodiésel alcanzará un récord de ventas en Estados Unidos gracias a los incentivos fiscales aprobados por la Agencia de Protección Ambiental para este ejercicio, aunque también lo atribuye a los “altos precios del petróleo”, a la “mayor conciencia” social sobre los biocombustibles y a que los fabricantes de automóviles apuestan por modelos con motores que soportan estos productos. En el caso de China, también se prevé un crecimiento notable en los próximos años, después de que las autoridades de ese país decidieran a finales de 2010 eliminar los impuestos de consumo de biodiésel con efectos de 1 de enero de 2009 —devolverá el dinero cobrado en ese periodo— para fomentar el consumo de productos ecológicos en el transporte. En cuanto a la producción, Argentina estima que va a batir su récord, con una previsión de alcanzar los 2,5millones de toneladas, un 25% más que en 2010. En el caso de Indonesia, el crecimiento ha sido espectacular en los últimos años y se sitúa como líder en la producción de biodiésel a partir de aceite de palma. En el caso de estos dos países, la producción ha sido incentivada con ayudas fiscales a la exportación implantadas por sus respectivos gobiernos, lo que ha dado lugar a cultivos intensivos de soja y palma. Esta situación ha sido denunciada por grupos ecologistas que consideran que representan un ataque a la biodiversidad y que la producción de biocombustibles con estos métodos no aporta ningún ahorro real en las emisiones de gases de efectos invernadero. En este sentido, la Comisión Europea abrió en agosto de 2010 una investigación sobre la importación de biodiésel originario de Estados Unidos, expedido en Canadá y Singapur. Además, en la Directiva 2009/28/CE ya estableció un conjunto de medidas para evitar que la producción de biocombustibles se realice por métodos no sostenibles y propone seguir la trazabilidad de los mismos, tanto en la UE como en terceros países. Sin embargo, las medidas no han tenido aún el efecto disuasorio suficiente y las importaciones subvencionadas desde Argentina e Indonesia han provocado que la producción en España haya sufrido una paralización. Según los datos de la CNE, en 2009 la importación de biodiésel —sobre todo, de estos dos países— representó el 30% del consumo nacional. Sin embargo, las estimaciones provisionales, con los datos de enero a septiembre, apuntan que la importación de este producto en 2010 ascendió al 45%. Argentina e Indonesia representan más del 75% de la importación española de biodiésel elaborado, según los datos de Comercio Exterior. La consecuencia inmediata ha sido la paralización de la actividad de las principales plantas de producción de biodiésel en España, según han denunciado las principales empresas del sector. Según APPA (Asociación de Productores de Energías Renovables), la falta de medidas que protejan al sector de la competencia desleal llevará al cierre de la mayoría de las plantas en las que se han invertido cerca de 1.400 millones de euros. La falta de una acción política decidida a favor de la implantación de las energías limpias en el sector de los transportes ha abierto numerosos interrogantes sobre el cumplimiento de las exigencias de la Directiva de la Comisión Europea sobre el fomento de las renovables. Por un lado, la importación masiva de productos que no acreditan la sostenibilidad de los biocarburantes —teniendo en cuenta la calidad, el origen de las materias primas y la evaluación

61

ambiental de los cultivos, de acuerdo con la regulación comunitaria— cuestionan la eficiencia de estos productos a frenar el cambio climático. Por otra parte, las patronales del sector petrolífero e hidrocarburos se han manifestado en contra de que se impongan cuotas de producción nacional para el biodiésel, ante un temor de encarecimiento del producto, tal y como expusieron a la CNE en el informe sobre la Orden Ministerial que pretendía implantar una asignación de cantidades de producción para el cómputo de cumplimientos de los objetivos de biocarburantes en los años 2012 y 2013. Esta iniciativa, que fue informada favorablemente por el regulador—aunque con matices— a finales de 2010 y su entrada en vigor se barajaba para inicios de 2012. Sin embargo, ha sido paralizada por el Ministerio de Industria (Mityc) tras el cambio del titular de la Secretaría de Energía, lo que supone mantener abierta la puerta a las importaciones masivas de productos foráneos. En este sentido, la CNE subraya que es necesario “asegurar una trazabilidad ininterrumpida de las características de sostenibilidad”, desde el cultivo de la materia prima hasta la puesta en el mercado de los biocarburantes, como condición indispensable para permitir sus comercialización.

Proceso de obtención del biodiésel La elaboración del biodiésel está basada en la llamada transesterificación de los glicéridos, mediante la utilización de catalizadores. Desde el punto de vista químico, los aceites vegetales son triglicéridos, es decir tres cadenas moleculares largas de ácidos grasos unidas a un alcohol, el glicerol. En la reacción de transesterificación, una molécula de un triglicérido reacciona con tres moléculas de metanol o etanol para dar tres moléculas de monoésteres y una de glicerol. Estos ésteres metílicos o etílicos (biodiésel) se mezclan con el combustible diésel convencional en cualquier proporción o se utilizan como combustible puro (biodiésel 100%) en cualquier motor diésel. El glicerol desplazado se recupera como un subproducto de la reacción.

Figura 30: Proceso de obtención del biodiésel

62

Figura 31: Proceso de producción de biodiésel. Fte: http://www.greenplus.com.pa

Proceso de obtención del bioetanol

Figura 32: Proceso de obtención del bioetanol

El bioetanol se obtiene a partir de la remolacha (u otras plantas ricas en azúcares), de cereales, de alcohol vínico o de biomasa, mediante un proceso de destilación. En España la producción industrial emplea principalmente cereal como materia prima básica, con posibilidad de utilizar

63

los excedentes de la industria remolachera transformados en jugos azucarados de bajo costo. En general, se utilizan tres familias de productos para la obtención del alcohol:

· Azucares, procedentes de la caña o la remolacha, por ejemplo. · Cereales, mediante la fermentación de los azúcares del almidón. · Biomasa, por la fermentación de los azúcares contenidos en la celulosa y

hemicelulosa. Esquema de fabricación del bioetanol:

• Dilución: Es la adición del agua para ajustar la cantidad de azúcar en la mezcla o (en última instancia) la cantidad de alcohol en el producto. Es necesaria porque la levadura, usada más adelante en el proceso de fermentación, puede morir debido a una concentración demasiado grande del alcohol.

• Conversión: La conversión es el proceso de convertir el almidón/celulosa en azúcares fermentables. Puede ser lograda por el uso de la malta, extractos de enzimas contenidas en la malta, o por el tratamiento del almidón (o de la celulosa) con el ácido en un proceso de hidrólisis ácida.

• Fermentación: La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras, básicamente. De la fermentación alcohólica se obtienen un gran número de productos, entre ellos el alcohol.

• Destilación o Deshidratación: La destilación es la operación de separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla (etanol/agua). Una forma de destilación, conocida desde la antigüedad, es la obtención de alcohol aplicando calor a una mezcla fermentada.

Proceso de obtención del bio-oil

El Biooil se obtiene de la degradación térmica de la biomasa mediante un proceso denominado pirólisis. La pirolisis se puede definir como la descomposición térmica de un material en ausencia de oxigeno o cualquier otro reactante. Esta descomposición se produce a través de una serie compleja de reacciones químicas y de procesos de transferencia de materia y calor.

Se puede considerar que la pirolisis comienza en torno a los 250 °C, llegando a ser prácticamente completa en torno a los 500°C, siendo función del tiempo de residencia del residuo en el reactor. Los compuestos orgánicos tratados de esta forma se descomponen en gases, hidrocarburos condensables y un residuo carbonoso denominado char. Todos estos productos generados mediante pirólisis pueden aprovecharse de diferentes maneras y presentan las siguientes características:

1. Gases: están compuestos por H2, CH4, CO, CO2 y otros compuestos orgánicos. La composición y proporción de cada compuesto depende del material a pirolizar y de las condiciones de operación (Tª, tiempo de residencia).

2. Condensables: son líquidos a temperatura ambiente y están formados por un conjunto de alquitranes y/o aceites que contienen agentes químicos como ácido acético, acetona y metanol.

3. Coque o char: consiste en carbono casi puro mezclado con el material inerte que contiene el producto a pirolizar.

El producto condensable resultante de la pirólisis de la madera puede utilizarse como combustible debido a que su PCI alcanza las 6.000 – 7.000 kcal/kg.

En la siguiente tabla pueden verse estos productos y tecnologías.

64

Figura 33: Productos de la pirolisis.

Existen diferentes tipos de pirólisis en función de las condiciones físicas en las que se realice. Así, factores como la velocidad de calentamiento, el tiempo de residencia, la presión, etc., tienen una influencia muy grande en la distribución de productos que se obtienen. Tres son los procesos de pirólisis que se pueden dar desde el punto de vista operativo: pirólisis convencional, pirólisis rápida (fast pyrolysis) y pirólisis instantánea (flash pyrolysis). Las condiciones de operación y los productos mayoritarios generados en cada uno de estos procesos se detallan en la siguiente tabla:

Proceso Temperatura ºC

Velocidad de calentamiento,

ºC/s

Tiempo de residencia

Producto mayoritario

Convencional 500 2 Gases: 5 seg

Sólidos: horas Char y

condensados

Rápida 400 - 800 > 2 Gases: < 2 seg A 500ºC, condensados

Instantánea > 600 > 200 Gases: < 0,5 seg

Gases e hidrocarburos

ligeros

De los tres procesos, la pirólisis rápida es la que ofrece mayores ventajas de cara a su desarrollo debido a que la pirólisis convencional produce gran cantidad de char y que la pirólisis instantánea es muy compleja desde el punto de vista tecnológico. La pirólisis rápida permite producir un combustible líquido que puede sustituir al fuelóleo en cualquier sistema de generación de calor o electricidad. Este proceso, que está todavía en fase de desarrollo, puede

65

obtener unos rendimientos de hasta el 80% en peso sobre la alimentación seca. Además, se produce gas y char reutilizables en el proceso, por lo que no se generan corrientes residuales.

Propiedades físicas Valor típico Características

Humedad 20-30%

pH 2.5

Gravedad específica 1.20

Análisis elemental C 55-58%

H 5.5-7.0%

O 35-40%

N 0-0.2%

Ceniza 0-0.2%

PCS 16-19 MJ/kg

Viscosidad (40ºC, 25% humedad) 40-100 cp

Sólidos 0.1 – 0.5%

Residuo a destilación a vacío sobre 50%

Combustible líquido

Sustitución a los combustibles convencionales en numerosas aplicaciones como motores,

calderas, turbinas.

Valor calorífico de 17 MJ/kg

No es miscible con hidrocarburos.

No es tan estable como los combustibles fósiles.

Es necesario definir la calidad del combustible para cada

aplicación.

Tabla 8: Propiedades típicas del bio-oil generado por pirolisis de madera.

Las aplicaciones del bio-oil generado mediante pirólisis de biomasa pueden ser:

• Producción de calor, mediante su combustión en caldera • Generación de electricidad y calor, mediante su aprovechamiento en motores y/o

turbinas • Producción de productos químicos, mediante extracción • Generación de combustibles para transporte, tras un proceso de extracción y

enriquecimiento.

66

Enriquecimiento

Calor

Electricidad Combustible para transporte

Productos químicos

ExtracciónCaldera

Enriquecimiento

Calor


Productos químicos

ExtracciónCaldera

Enriquecimiento

Calor


Productos químicos

ExtracciónCaldera

Figura 34: Aplicaciones del bio-oil generado mediante pirolisis de biomasa.

Materias primas

Tanto en España como a nivel internacional, se puede decir que la producción de biodiésel tiende a provenir mayoritariamente de los aceites extraídos de plantas oleaginosas, especialmente girasol (en España e Italia) y colza (en países de Centroeuropa). Las oleaginosas se importan a Europa para obtener la proteína y luego los aceites son reexportados fuera de la UE. La utilización de los mismos en la fabricación de biodiésel daría salida interior a dicho producto, evitando la reexportación. Cualquier materia que contenga triglicéridos puede utilizarse para la producción de biodiésel (girasol, colza, soja, aceites de fritura usado, sebo de vaca,...). Por otra parte, en España, la utilización de aceites usados es todavía significativa. Las materias primas que se pueden emplear en la obtención de biodiésel son muy variadas y pueden clasificarse en:

‐ Aceites vegetales • Aceites de semillas oleaginosas: girasol, colza, soja y coco. • Aceites de frutos oleaginosos: palma africana. • Aceites de semillas oleaginosas alternativas: Brassica carinata, Camelina sativa, Pogianus. • Aceites de semillas oleaginosas modificadas genéticamente: aceite de girasol de alto oleico. • Aceites vegetales de final de campaña: aceite de oliva de alta acidez.

‐ Aceites de fritura usados • Grasas animales: sebo de distintas calidades.

Los sectores implicados en el proceso de obtención de biodiésel se detallan a continuación:

• Agrícola: siembra y recogida del grano. • Industrias aceiteras: producción de aceite. • Industria química: transesterificación. Compañías petroleras: mezcla con diésel y distribución del biodiésel. • Cooperativas agrícolas: uso de biodiésel en tractores y maquinaria agrícola. • Administraciones locales: flotas de autobuses, taxis, calefacciones etc. • Áreas ambientalmente protegidas: utilización de biodiésel en los medios de transporte de parques nacionales, lagos etc.

67

• Industrial: sustituye al diésel convencional en motores, quemadores y turbinas. Se puede utilizar en flotas de autobuses, taxis y maquinaria agrícola.

Figura 35: Materias primas que se utilizan para la elaboración de bioetanol y biodiésel. Fte: FAO

2.2.3 Problemática detectada.

• El balance de CO2, aunque es netamente favorable respecto al de diesel fósil, es muy mejorable. Sobre todo hay que focalizar dichas mejoras en los siguientes procesos:

o Siembra, cultivo, recolección y transporte de la materia prima, o bien utilizar una materia prima vegetal de mucho mayor rendimiento en esos procesos.

o Extracción de aceites de la materia prima vegetal o Fabricación del biodiesel, tanto en lo relativo a la transesterificación propiamente

dicha como en el resto de procesos: decantación, lavado, secado del biodiesel, ect.. o Almacenaje y distribución del biodiesel.

• Excesivo consumo de agua en el lavado del biodiesel, quedando además muy contaminada el agua utilizada.

• Conseguir la obtención de biodiesel en la actualidad resulta, pese a lo mucho que ha subido el petróleo, más cara que la de diésel convencional, debido principalmente a :

o La producción de plantas oleaginosas resulta adecuada para el uso alimenticio pero pobre para su utilización en la fabricación de biodiesel.

o La necesidad de abonos para su cultivo es excesiva, encareciendo el producto y estropeando la calidad final del biodiesel ya que las células vegetales acumulan demasiado nitrógeno, que finalmente se traduce en mayores emisiones de NOx.

68

o La energía mecánica necesaria para la plantación, cultivo y recolección del vegetal oleaginoso, así como para la obtención de aceite y fabricación del biodiesel, es excesiva.

o El consumo y posterior depuración de agua es grande y costoso. o La glicerina obtenida resulta prácticamente un desecho ya que la cantidad que

necesitan los mercados que la utilizan como materia prima (principalmente los de cosméticos) absorben mucha menos cantidad que la que se produce globalmente en la fabricación de biodiesel.

• Uno de los mayores inconvenientes del etanol es que requiere de demasiada agua para su producción. Para producir 3,7 litros de etanol pueden llegar a necesitarse 8.000 litros de agua, dependiendo del tipo de explotación agrícola y los sistemas de producción del biocarburante.

Patentes

No hay patentes de productos, como tal, de biodiésel, bioetanol o de ésteres etílicos o metílicos, ya que son productos conocidos desde hace mucho tiempo y de utilización común. Lo que se registra son procesos industriales para su obtención, que mejoran los conocidos anteriormente, y otorgan a sus propietarios una ventaja competitiva respecto a sus competidores. Igualmente el proceso de transesterificación es bien conocido en la química orgánica, y sus principales técnicas fueron registradas por Colgate-Palmolive-Peet y por E.I. duPont de Nemours & Company entre los años 1942 y 1950, siendo 1945 donde se patentaron los principales procesos para su obtención. El interés en las tecnologías relacionadas con los procesos de producción, mejora de rendimiento, limpieza de glicerina, etc. ha sido creciente, desde los años 50. Como muestra de ello se puede ver, en la figura 21, la evolución que ha tenido el número de patentes solicitadas, a nivel mundial, en estos años.

Figura 36: Evolución del número de patentes registradas mundialmente en tecnologías relacionadas con el

biodiésel. Fte:mi+d

69

Figura 37: Principales patentes para obtención de biodiésel y glicerina. Fte: mi+d

70

Figura 38: Patentes obtención etanol, ETBE, MTBE. Fte: mi+d

Ventajas de los biocarburantes − Son energías procedentes de fuentes renovables, ya que los biocarburantes son de

origen vegetal.

− Producen, a lo largo de su ciclo de vida (desde la planta hasta su uso final), menos gases de efecto invernadero que Los combustibles convencionales para el transporte, ya que los gases emitidos por un vehículo propulsado con biocarburantes quedan parcialmente compensados por la absorción de esos gases durante el crecimiento de la materia orgánica de la que proceden. Es decir, el ahorro no se produce en la combustión del biocarburante, sino por la absorción del CO2 durante el crecimiento de la planta de la que proviene. Además, son compuestos exentos de azufre.

− Costes: debido a la demanda creciente del petróleo, éste está alcanzando precios

muy altos, por lo que una vez se consiga un precio competitivo optimizado de los biocombustibles (realizando el mayor número de procesos en una sola instalación, como pueden ser la extracción, trituración y purificación en un proceso integrado), el precio de estos será menor que el del petróleo.

71

− Los procesos asociados a la cadena de producción del biodiésel son numerosos, lo que tiende a elevar su costo de producción. La solución es conseguir un precio competitivo optimizado y realizar el mayor número de procesos en una sola instalación, como pueden ser la extracción, trituración y purificación en un proceso integrado.

− Materia prima: debido a la amplia gama de materias primas que se utilizan para la elaboración de los biocombustibles, es más dificil el agotamiento de los recursos como en el caso del petróleo.

− Aseguramiento del abastecimiento: reducción de la dependencia hacia países productores de petróleo, que muchas veces son países en estado de conflicto y no está asegurado el abastecimiento.

− Estimulación económica: la producción de biocombustible se hace de una manera global, por lo que se asegura el trabajo en dichas zonas geográficas.

− El biodiésel funciona en cualquier motor diésel convencional, no requiere ninguna modificación. Puede almacenarse puro o en mezcla, igual que el diésel.

− El biodiésel puede usarse puro o mezclarse en cualquier proporción con el combustible diésel de petróleo. La mezcla más común es de 20% de biodiésel con 80% diésel de petróleo, denominado "B20".

− La combustión de biodiésel disminuye en 90% la cantidad de hidrocarburos totales no quemados, y entre 75-90% en los hidrocarburos aromáticos. Además proporciona significativas reducciones en la emanación de partículas y de monóxido de carbono. Proporciona un leve incremento en óxidos de nitrógeno dependiendo del tipo motor. Distintos estudios en EE.UU. han demostrado que el biodiésel reduce en 90% los riesgos de contraer cáncer.

− El biodiésel contiene 11% de oxígeno en peso y no contiene azufre. El uso del biodiésel puede extender la vida útil de motores porque posee mejores cualidades lubricantes que el combustible de diésel fósil, mientras el consumo, encendido, rendimiento y torque del motor se mantienen prácticamente en sus valores normales.

− El biodiésel es biodegradable en solución acuosa, el 95% desaparece en 28 días y tiene un punto de inflamación de 150ºC que se compara muy favorablemente al diésel de petróleo cuyo valor es de 50º C.

− El biodiésel se produce a partir de cultivos que abundan en nuestro país, como es la palma africana.

− El biodiésel es un combustible probado satisfactoriamente en más de 15 millones de km en los Estados Unidos y por más de 20 años en Europa.

Desventajas de los biocarburantes

En general: − Menor rendimiento que los combustibles fósiles. − Falta de popularidad. − El bioetanol es muy volátil. − Los combustibles biodiésel tienen un menor poder calorífico. − El biodiésel no sirve en temperaturas bajas. − Los detractores del empleo de biocombustibles alegan también, que se está planteando un

serio conflicto de intereses por la explotación de las tierras para cultivos de cereales y oleaginosas, que en la actualidad se destinan a satisfacer la demanda de alimentos, en contraposición al aumento de la demanda de cultivos para producir biodiésel. Otro factor en

72

contra de esta alternativa energética, es el hecho de que la energía fósil empleada para poner a funcionar estos cultivos supera el producto energético que se pretende obtener

− Su elevado coste de producción, mucho mayor que el de los carburantes procedentes del petróleo, hace que en la actualidad sea imposible producir biocarburantes de forma competitiva sin la existencia de subvenciones y exenciones de impuestos de los Gobiernos.

− Según datos de la Comisión Europea se calcula que la producción de bioetanol es rentable a partir de un precio del crudo de 90$/barril. En el caso del biodiesel a partir de 60$/barril. El cultivo desordenado que puede afectar a los precios de alimentos para el consumo humano.

− La deforestación de zonas sensibles si el cultivo no se realiza con criterios de sostenibilidad.

Bioetanol: − Presenta un consumo (litros/100 Km.) un 40% superior al de la gasolina. − Problemas para el almacenamiento y transporte, que tienen como origen su elevada

solubilidad en agua, así como sus poderes disolventes y decapantes, características todas ellas que exigen manejarlo en condiciones de máxima estanqueidad, así como un tratamiento específico de los espacios contenedores.

− Emite más compuestos orgánicos volátiles, que contribuyen a la formación de ozono.

Biodiesel: − En el caso del biodiesel, no presenta problemas importantes para su almacenamiento y

transporte en instalaciones convencionales, salvo los derivados de su tendencia a la oxidación, superior a la del gasóleo convencional, lo que supone que convenga consumirlo lo antes posible desde su producción, o recurrir a aditivos conservantes que suponen un coste adicional.

− La mayor densidad del biodiesel con respecto al gasóleo puede presentar problemas en los actuales sistemas de inyección de los motores. Además, a bajas temperaturas, puede presentar problemas de congelación.

73

2.3 Biogás. (Gas)

2.3.1 Estado del sector

Entre los biocombustibles gaseosos que se pueden obtener a partir de la biomasa están el biogás y el gas de síntesis.

Biogás. Estado del sector.

El biogás es un gas que se obtiene por descomposición microbiológica de la materia orgánica en ausencia de oxígeno. Se genera principalmente en vertederos controlados y en depósitos cerrados, denominados digestores anaerobios, en los que se mantienen determinadas condiciones de operación destinadas a optimizar la producción. Su composición depende del sustrato digerido, siendo los componentes mayoritarios el metano y el dióxido de carbono, y apareciendo en muy pequeñas proporciones ácido sulfhídrico, hidrógeno y otros gases. En función del sustrato y el tipo de tecnología utilizada, su contenido en metano varía entre un 50% y un 70%.

Los principales sustratos a partir de los cuales obtener esta fuente renovable de energía son las deyecciones ganaderas y otros residuos agroindustriales, la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU), los lodos de estación depuradora de aguas residuales urbanas (EDAR) o los cultivos energéticos.

El aprovechamiento del biogás se produce de forma mayoritaria a través de motores de combustión interna, generándose electricidad y calor. La inyección a la red del biogás depurado hasta obtener una calidad similar a la del gas natural (biometano) es, entre las nuevas aplicaciones existentes, la que mayor eficiencia y potencial presenta, existiendo ya experiencias a escala industrial en países como Alemania, Suecia o Dinamarca. El uso de microturbinas o pilas de combustible precisa un mayor desarrollo para poder considerarse opciones económicamente competitivas, y también reviste interés la posibilidad de emplear el biogás como combustible de respaldo en centrales solares termoeléctricas.

Los beneficios asociados a la digestión anaerobia son una reducción significativa de los malos olores, la estabilización y mineralización de la materia orgánica, y la posibilidad de aprovechar una energía renovable si el biogás es valorizado mediante alguna de las vías anteriormente comentadas. Al mismo tiempo, contribuye a diversificar las fuentes energéticas y a reducir la dependencia energética exterior. Además contribuye al desarrollo del medio rural y, de forma significativa, a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. Por todo ello, su desarrollo debe ser apoyado con igual énfasis por las administraciones públicas competentes en materia de medioambiente, energía, agricultura y desarrollo rural.

La normativa relacionada con las plantas de biogás es especialmente compleja en el caso del biogás procedente de deyecciones ganaderas y otros residuos agroindustriales, ya que estas instalaciones se ven afectadas no solo por las disposiciones relativas a la gestión de residuos, sino también por las del uso de los digestatos, la gestión de los SANDACH (subproductos animales no destinados a consumo humano), la ordenación de explotaciones porcinas, etc.

En cuanto a la normativa en materia de residuos, a pesar de que los purines y estiércoles están excluidos del ámbito de aplicación de la Ley 10/1998 de residuos, aquellos purines y estiércoles que sean empleados en actividades de valorización como la digestión anaerobia, sí deberán someterse a los procesos administrativos de autorización recogidos en la Ley 10/1998. Esto se produce porque así lo dispone el Real Decreto 324/2000, por el que se establecen normas básicas de ordenación de las explotaciones porcinas. El uso de los digestatos producidos en este tipo de plantas está condicionado por el Real Decreto 216/1996, sobre protección de las aguas

74

contra la contaminación producida por los nitratos procedentes de fuentes agrarias, y por el Real Decreto 824/2005 sobre productos fertilizantes.

Hay que tener en cuenta además los cambios previstos en la Directiva 2008/1 relativa a la prevención y control integrado de la contaminación (IPPC). Si bien a día de hoy ya hay algunas disposiciones de ámbito regional que incluyen las instalaciones de biogás agroindustrial en el ámbito IPPC, ni la Directiva 2008/1 ni su transposición a la legislación española, las recogían en su alcance. En la Directiva 2010/75 sobre las emisiones industriales, que integra la Directiva 2008/1 con directivas como la 2000/76 o la 2001/80, ya se incluyen en el ámbito IPPC las instalaciones de digestión anaerobia que traten más de 100 t/día.

Situación actual en U.E.

En Europa, la energía primaria procedente del biogás rozó en 2008 los 8 millones de tep, lo cual supuso un aumento del 4,4% respecto al año anterior. El biogás de vertedero contribuía con un 36,1% del total, seguido por las plantas depuradoras (tanto urbanas como industriales) con un 11,9%, quedando el 52,0% restante para plantas que tratan deyecciones ganaderas y residuos agroindustriales y la FORSU. Los países dominantes, que copan más del 70% de la producción primaria, son Alemania y Reino Unido, si bien con modelos completamente distintos, ya que mientras Alemania ha optado por promover el desarrollo de plantas que traten residuos agroindustriales y cultivos energéticos, Reino Unido se ha centrado en la producción de biogás a partir de la desgasificación de vertederos.

Debido a la previsible disminución de los residuos biodegradables a depositar en vertedero, la tendencia actual a nivel europeo es promover, allí donde haya potencial disponible, que el biogás agroindustrial pase a ser el principal protagonista. Países como Dinamarca o Alemania ya apostaron hace años por esta opción. En el caso de Dinamarca, el modelo escogido fue el de co-digestión de residuos ganaderos e industriales, siendo el principal ejemplo en el mundo de aplicación de plantas centralizadas. Así, en 2008, había 81 plantas basadas en este tipo de codigestión (21 centralizadas y 60 individuales), 64 digestores de lodos de EDAR, 5 plantas de tratamiento de aguas residuales industriales y 25 desgasificaciones en vertederos.

En el caso de Alemania, que ocupa sin lugar a dudas el primer puesto en el ranking europeo, existen en la actualidad alrededor de 5.000 plantas de biogás, con una potencia eléctrica instalada superior a 1.600 MW. Las plantas de potencia inferior a 500 kW contribuyen a más del 80% de ese total de potencia instalada. Mención aparte merece el objetivo que se ha impuesto Alemania de cubrir el 10% de su consumo de gas natural con biometano en el año 2030. Esta aplicación permite un aprovechamiento más eficiente del biogás. Las dos primeras plantas de valorización e inyección de biometano en red se pusieron en marcha en 2006, y la previsión para finales de 2010 es que más de 40 instalaciones estén ya conectadas a la red. Según datos de la Agencia de Energía Alemana, el caudal de inyección promedio de las instalaciones de inyección construidas y planificadas es de 650 Nm3/h, que equivaldría, en términos eléctricos, a una planta de potencia notablemente superior a 500 kW.

Situación actual en España

Según el Plan de Energías Renovables 2011-2020 El potencial de generación de biogás en España se evalúa en unos 1,8 Mtep, destacando el biogás agroindustrial que aporta el 78% de este potencial. A finales de 2008, la potencia eléctrica instalada con biogás en España era de 149 MW, correspondiendo más del 80% a biogás de vertedero. No obstante, este porcentaje ha tendido a disminuirse desde la aparición del Real Decreto 661/2007, en el que se recogía un cambio significativo en el régimen tarifario de las instalaciones de digestión anaerobia.

75

El desarrollo de plantas de co-digestión con deyecciones ganaderas y otros residuos se halla en una etapa muy incipiente, con alrededor de 15 instalaciones llevadas a cabo hasta la fecha. Cataluña y la Comunidad Valenciana son, por ahora, las comunidades autónomas donde se han ido implantando este tipo de instalaciones, siendo inminente también la puesta en marcha en Aragón y Navarra de varias plantas. El tamaño medio de las instalaciones es igual o inferior a 500 kW.

Si bien hasta la fecha, el biogás de vertedero ha sido el principal contribuyente a la generación de biogás en España, tanto la normativa europea de gestión de residuos (encaminada a reducir el depósito en vertedero de residuos biodegradables) como los altos potenciales de biogás agroindustrial, hacen pensar que la tecnología de generación de biogás que más se desarrollará en la próxima década será la de los digestores anaerobios, aplicada, principalmente, a residuos ganaderos y agroindustriales.

Hasta la fecha, las plantas de digestión anaerobia asociadas a la FORSU han tenido dificultades, debido principalmente a la poca implantación de la recogida selectiva en origen de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos. Estas dificultades se han traducido en un número de horas de funcionamiento al año reducido. Es razonable pensar que la consolidación legal de conceptos como el de biorresiduo, definido en la Directiva 2008/98 de residuos, pueda contribuir a mejorar este aspecto. En cuanto a los lodos de EDAR, el disponer de instalaciones de digestión anaerobia como parte del proceso de tratamiento de aguas destinado a reducir la carga orgánica del efluente, supone una ventaja diferenciadora respecto a otras fuentes de biogás, pero esta ventaja se ve parcialmente contrarrestada por su bajo potencial de producción de biogás.

La retribución a las instalaciones de biogás está recogida en el Real Decreto 661/2007, grupo b.7, diferenciándose entre biogás procedente de vertederos (subgrupo b.7.1) y biogás procedente de digestores anaerobios (subgrupo b.7.2). Además, dentro del subgrupo b.7.2 se distingue entre instalaciones de menos de 500 kW e instalaciones de más de 500 kW.

El sector de la industria del biogás en España está fuertemente desarrollado en aplicaciones como la desgasificación de vertederos, existiendo también empresas españolas con experiencia tanto a nivel nacional como internacional en procesos de digestión anaerobia de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos, que disponen de tecnología propia.

En cuanto al tejido empresarial asociado a la producción de biogás a partir de deyecciones ganaderas y otros residuos agroindustriales, la publicación del Real Decreto 661/2007, con su marco económico mejorado para las instalaciones de biogás procedente de digestores anaerobios, provocó la aparición de numerosas empresas, muchas de ellas asociadas a tecnólogos procedentes de países con mayor experiencia en este sector (como Alemania).

Con el fin de promover el desarrollo de este sector, la Asociación para el Desimpacto Ambiental de los Purines (ADAP) y APPA constituyeron a finales de 2008 la Unión por el biogás. Además, la existencia de un número elevado de empresas y el interés por el desarrollo del sector del biogás agroindustrial, dio lugar a que en 2009 se constituyese la Asociación Española de Biogás (AEBIG), centrada exclusivamente en el biogás agroindustrial. Esta asociación cuenta con 21 socios y es socia de la European Biogas Association (EBA).

En cuanto a las actividades de investigación, en España hay numerosos centros trabajando tanto en dar a conocer las productividades de un amplio abanico de mezclas de residuos como en las nuevas aplicaciones del biogás. Así, centros tecnológicos como AINIA y GIRO, instituciones como el CEBAS-CSIC y el CIEMAT o universidades como, entre otras, las de Santiago de Compostela, Cádiz, Oviedo, Valencia, León, Elche y Barcelona son muy activos en esta materia.

76

En este sentido, el proyecto singular estratégico PROBIOGAS, apoyado por el Ministerio de Ciencia e Innovación y en el que participan más de 30 agentes tanto públicos como privados, está aportando información valiosa para el desarrollo del sector.

Normativa aplicable a las plantas de biogás

- Reglamento (CE) nº 185/2007 de la Comisión, de 20 de febrero de 2007, por el que se modifican los Reglamentos (CE) nº 809/2003 y (CE) nº 810/2003 en lo relativo a la validez de las medidas transitorias para las plantas de compostaje y biogás contempladas en el Reglamento (CE) nº 1774/2002 del Parlamento Europeo y del Consejo (DOUEL nº 63 de 1 de marzo). ·

- Reglamento (CE) nº 208/2006 de la Comisión, de 7 de febrero de 2006, por el que se modifican los anexos VI y VIII del Reglamento (CE) nº 1774/2002 del Parlamento Europeo y del Consejo, en lo que se refiere a las normas de transformación para las plantas de biogás y compostaje y las condiciones aplicables al estiércol (DOUEL nº 36 de 8 de febrero).

- Reglamento (CE) nº 209/2006 de la Comisión, de 7 de febrero de 2006, por el que se modifican los Reglamentos (CE) nº 809/2003 y (CE) nº 810/2003 en lo relativo a la validez de las medidas transitorias para las plantas de compostaje y biogás contempladas en el Reglamento (CE) nº 1774/2002 del Parlamento Europeo y del Consejo (DOUEL nº 36 de 8 de febrero).

- Reglamento (CE) nº 12/2005 de la Comisión, de 6 de enero de 2005, por el que se modifican los Reglamentos (CE) nº 809/2003 y (CE) nº 810/2003 en lo relativo a la validez de las medidas transitorias para las instalaciones de compostaje y biogás contempladas en el Reglamento (CE) nº 1774/2002 del Parlamento Europeo y del Consejo. (DOUEL nº 5 de 7 de enero).

Gas de Síntesis. Estado del sector.

El gas de síntesis es un producto gaseoso compuesto por H2 y CO con gran demanda en la industria química, ya sea como fuente precursora de H2 y de CO, para ser separados y utilizados en sus formas puras, o como mezcla para servir de reactivo a varios procesos, como es el proceso de Fischer-Tropsch para obtener hidrocarburos líquidos (gasolina y diesel).

El proceso mediante el cual se obtiene gas de síntesis a partir de la biomasa se denomina gasificación. El proceso de gasificación es un proceso de valorización energética eficiente y poco contaminante que transforma la biomasa en un recurso útil para una posterior aplicación energética.

Productos que se pueden obtener del gas de síntesis.

77

La gasificación consiste en la conversión de un material orgánico en un gas combustible y reductor, por medio de su reacción con agentes gasificantes (aire, oxígeno y agua) en condiciones subestequiométricas. Los productos gaseosos obtenidos son principalmente H2, CO, CO2 y metano. El total de productos gaseosos es combustible pudiéndose emplear directamente en los mismos equipos e instalaciones que utilizan gas natural o derivados del petróleo, lo que supone una gran ventaja desde el punto de vista económico. El calor necesario para que se produzcan las reacciones de gasificación se obtiene por combustión parcial del char originado durante el proceso, de forma que sea autosostenido térmicamente. La gasificación se realiza a temperaturas de 850-1000ºC y la cantidad, composición y potencia calorífica del gas producido, o gas de síntesis, depende en gran medida del agente gasificante utilizado y de la materia prima utilizada.

Los agentes gasificantes utilizados normalmente para la gasificación de biomasa son aire, oxígeno y vapor de agua. Si se utiliza aire como agente gasificante se obtiene un gas pobre con un poder calorífico superior entre 900 y 1.600 kcal/Nm3 susceptible de ser utilizado en un generador de vapor, en un motor de combustión interna o en una turbina. Si el agente gasificante utilizado es oxígeno, se produce un gas con un poder calorífico superior de entre 2.200 – 4.500 kcal/Nm3 que puede utilizarse tanto para su valorización energética como para la síntesis de compuestos orgánicos (como metanol). Otra opción es utilizar vapor de agua como agente gasificante, lo que permite una mayor proporción de H2 en el gas de síntesis generado (hasta un 60%).

Agente gasificante PCI (Kcal/m3)

Composición del gas (% vol)

H2 CO CO2 CH4 N2

Aire < 1.500 15 15 18 2 50

Vapor de agua 3.000-7.000 52 20 22 6 --

Oxígeno 3.000-7.000 32 48 15 2 3

Tabla: composición del gas de síntesis de gasificación en función del agente gasificante

Como se puede apreciar en la tabla, el PCI del gas de síntesis generado en la gasificación de biomasa permite que éste pueda ser valorizado energéticamente o que pueda ser transformado para la obtención de hidrógeno. En el siguiente esquema se puede apreciar la versatilidad del gas de síntesis obtenido por gasificación a la hora de su valorización.

Materia orgánica

Hidrógeno

CO

Gas industrial

Syn

gas

TratamientoTratamientoTurbina de gas

ElectricidadTurbina de vapor

Electricidad

Vapor

Metanol

Materia orgánica

Hidrógeno

CO

Gas industrial

Syn

gas



Electricidad

Vapor

Metanol

Materia orgánica

Hidrógeno

CO

Gas industrial

Syn

gas



Electricidad

Vapor

Metanol

Aplicaciones del gas de síntesis.

78

Debido a la cantidad de hidrocarburos y otros compuestos que presenta el gas de síntesis producido, su utilización en sistemas de recuperación de energía no se puede hacer de forma directa siendo necesario un tratamiento del gas previo a su aplicación en dichos sistemas de recuperación energética.

En la siguiente figura se puede apreciar las etapas de tratamiento de la biomasa para la obtención de gas de síntesis mediante gasificación.

Esquema simplificado del proceso de gasificación de biomasa

Ventajas de la gasificación

La gasificación presenta una serie de ventajas con respecto a la combustión, algunas de las ventajas del proceso de gasificación son:

- Versatilidad en la valorización del residuo, ya que se puede aprovechar la energía que contiene en forma de calor, electricidad o como gas de síntesis para la obtención de productos químicos.

- Buen rendimiento eléctrico, especialmente a pequeña escala.

- Menor impacto ambiental.

- Versatilidad y flexibilidad: Solución válida para diversos tipos de biomasa y aplicaciones (térmicas y eléctricas).

- Tamaño: Plantas pequeñas, de unos 600-1.200 kWe.

- Se localiza la planta en el lugar del recurso, evitando grandes desplazamientos y grandes almacenes de biomasa. Acerca la generación de calor y electricidad a los puntos de consumo

- Permite aplicaciones rurales “in situ”.

- Operación y mantenimiento sencillos: Solución integradora, compatible con otras actividades e industrias locales.

- En principio, un gasificador simple y pequeño puede ser construido en talleres metal-mecánicos convencionales, pero se requiere experiencia y un periodo de ajuste para llevar el sistema a sus condiciones óptimas de operación.

2.3.2 Estado de las tecnologías

El biogás es un gas combustible cuya composición depende fundamentalmente del tipo de sustrato utilizado y digerido en el proceso. Su alta concentración en metano, de elevada capacidad calorífica (5.750kcal/m3), le confiere características combustibles ideales para su aprovechamiento energético: puede ser quemado en calderas tradicionales para producir calor o

79

ser utilizado como combustible para la generación de electricidad o cogeneración de ambas, o incluso en aplicaciones de trigeneración (obtención simultánea de electricidad, calor y frío), utilizando diferentes tecnologías como motores de combustión interna, turbinas de gas y las pilas de combustible o las microturbinas. El biogás puede ser empleado para la obtención de productos químicos, combustible en el sector automovilístico o ser inyectado en la red de gas natural.

La digestión anaeróbica o fermentación metánica es un proceso biológico fermentativo, en el cual la materia orgánica es descompuesta por la acción de una serie de microorganismos bacterianos, que la transforman en biogás, mezcla de dióxido de carbono y metano con trazas de otros elementos. Esta tecnología es idónea para la transformación de la biomasa húmeda (mas del 75 % de humedad relativa) en un combustible gaseoso. En la digestión anaeróbica se emplean diferentes substratos: fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU), lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas, aguas residuales industriales, residuos orgánicos industriales y residuos agrícolas y ganaderos. Todos estos substratos son residuos de diferente origen, por lo que su utilización para la obtención de biogás representa una ventaja añadida desde el punto de vista medioambiental.

En los fermentadores es necesario calentar el equipo para mantenerlo a la temperatura óptima de 30-35ºC. No obstante, el empleo de digestores es un camino prometedor hacia la autonomía energética de las explotaciones agrícolas, por recuperación de las deyecciones y camas del ganado. Además, es una técnica de gran interés para los países en vías de desarrollo.

Planta de producción de biogas mediante digestión anaerobia

La producción de biogás para cada tipo de substrato es variable en función de su carga orgánica y de la biodegradabilidad de la misma. En general, los residuos orgánicos industriales y la FORSU presentan potenciales elevados de producción. Los residuos ganaderos y los lodos de depuradora presentan, sin embargo, potenciales menores, debido al relativamente bajo contenido en materia orgánica y a la baja biodegradabilidad de la misma.

No obstante, existen opciones que permiten mejorar la producción de biogás de estos residuos: mezcla con residuos de mayor producción potencial (codigestión), pretratamiento para mejorar la degradabilidad del substrato, o aumento de la temperatura para mejorar la velocidad de crecimiento de los microorganismos. Existen distintos sistemas de aprovechamiento del biogás:

80

• Motores de cogeneración: son los más habituales. Por cogeneración se entiende el sistema de producción conjunta de energía eléctrica y de energía térmica recuperada de los gases de escape del motor. Pueden alcanzar un rendimiento energético de alrededor del 85%.

• Microturbinas: son sistemas de cogeneración adecuados para pequeñas potencias. El mantenimiento es más sencillo que el de los motores de cogeneración pero el rendimiento energético es menor, 15-30%.

• Combustible para vehículos: Existen vehículos que funcionan con gas natural. Se necesita depurar exhaustivamente el biogás. Éstos presentan un mayor rendimiento que un motor convencional, pero tienen sus ventajas e inconvenientes.

• Pilas de combustible: producen electricidad a través de una reacción química. No se acaba ni necesita ser recargada.

• Inyección en la red de gas natural: el biogás tiene que ser depurado previamente, para de esta forma alcanzar los requerimientos de calidad exigidos para introducirlo en la red de distribución del gas natural.

De manera aproximada, se puede constatar que el gas natural tiene un contenido en CH4 del 100%. Por lo tanto, se podría decir que 1 m3 de biogás equivale a la energía de 0,65 m3 de gas natural (suponiendo que el biogás tiene una riqueza media en metano del 65%). Por otra parte, la cantidad de CH4 necesaria para obtener 10 kWh de energía total es de 1 m3 de metano aproximadamente. Si además, el rendimiento eléctrico de un motor es del 40–45%, se puede concluir que 1 m3 de biogás puede llegar a producir 2,8 kWh de energía eléctrica renovable.

El aprovechamiento energético más habitual del biogás es en el motor de cogeneración, mediante el cual se obtienen unos rendimientos en energía eléctrica de entre el 35 y el 40% y en energía térmica de entre el 30 y el 40%. La energía eléctrica puede entregarse a la red eléctrica, recibiéndose a cambio una remuneración económica.

Sin embargo, el uso del biogás en redes de distribución de gas natural está poco extendido. En algunos países como Alemania, Suiza, Suecia o Francia ya lo han puesto en marcha y con cierto éxito.

Red de producción y distribución de biogás.

81

Tecnologías de digestión anaeróbica

Los sistemas para la degradación de residuos sólidos en ausencia de oxígeno pueden clasificarse en función del tipo de residuo a tratar, de la configuración del sistema (una o dos etapas), de la temperatura de operación (mesofílica o termofílica), del régimen de operación del digestor (continuo o discontinuo), y, por último, según el porcentaje de sólidos totales (ST) en el residuo orgánico (sistemas de fermentación húmeda o seca).

El tiempo de retención hidráulica en un digestor es uno de los factores más importantes para el control de los sistemas de digestión anaerobia y representa el cociente entre el volumen del digestor y el caudal alimentado al mismo.

Por otra parte, dentro de las tecnologías de digestión anaeróbica se debe considerar la codigestión de diferentes tipos de substratos orgánicos, ya que permite aprovechar la sinergia de las mezclas de diferentes substratos, así como compensar las carencias de cada uno de los substratos por separado. Asimismo, cuando el substrato orgánico presenta una baja biodegradabilidad es necesario un pretratamiento de la materia prima para optimizar la producción de biogás.

Tipos de digestores

• Digestor continuo de mezcla perfecta.

El sistema más común en la fermentación húmeda es el digestor continuo de mezcla perfecta, que opera en régimen estacionario y consiste en un tanque en el que se mantiene una distribución uniforme de concentraciones, tanto de substrato como de microorganismos. Esto se consigue mediante un sistema de agitación adecuado, que puede ser mecánico (agitador de hélices o palas) o neumático (mediante la recirculación del biogás generado). En la Figura 2 se representan estos biorreactores con diferentes sistemas de agitación.

Este tipo de reactores generalmente se usa para el tratamiento de residuos ganaderos con un porcentaje de ST de 2-10% y de la FORSU con concentración máxima de ST del 15%.

Figura 2. Digestores continuos de mezcla perfecta.

82

• Digestor continuo de flujo pistón.

El digestor continuo de flujo pistón también se utiliza en la degradación anaeróbica de residuos orgánicos. Consiste en un tubo longitudinal en el que el alimento recorre el digestor de un extremo al otro manteniendo un flujo ordenado, sin mezcla, siguiendo el modelo de un pistón en un cilindro (Figura 3). Al igual que el digestor de mezcla perfecta, este sistema opera en régimen estacionario.

Figura 3. Digestores continuos de flujo pistón. A: Diseño Dranco; B: Diseño Kampogas y BRV; C: Diseño Valorga.

• Digestor discontinuo. Los digestores discontinuos se utilizan frecuentemente para la fermentación seca de la FORSU con concentración entre el 20 y 40% de ST, así como en el tratamiento de residuos ganaderos con una alta fracción de partículas sólidas suspendidas. Estos digestores se utilizan principalmente en el tratamiento de los residuos orgánicos con elevada concentración en sólidos, ya que estos dificultan la utilización de los sistemas de bombeo necesarios en los sistemas continuos. Por ello, se utilizan en el tratamiento de determinados residuos ganaderos y, en menor medida, en el tratamiento de la FORSU.

Figura 4. Digestor discontinuo.

83

• Digestor de contacto anaeróbico. El digestor de contacto anaeróbico (Figura 5) es un sistema de cultivo en suspensión que emplea una unidad de separación de sólidos por sedimentación (o filtración) para recircular los microorganismos en el tratamiento de aguas residuales.

Figura 5. Diagrama de un sistema de contacto anaeróbico.

• Digestor de filtro anaeróbico. El digestor de filtro anaeróbico (Figura 6), utilizado para el tratamiento de aguas residuales, está dotado de un filtro de material inerte para que los flóculos bacterianos queden atrapados o se adhieran y las bacterias crezcan entre los huecos, permitiendo así una elevada concentración de las mismas en el reactor. De esta forma, se evita que las bacterias, responsables del proceso anaeróbico, se pierdan en la separación de los lodos.

Figura 6 Esquema de un reactor anaeróbico de filtro.

• Digestor de capa de lodo anaeróbico con flujo ascendente. Otro tipo de digestor empleado en el tratamiento de las aguas residuales es el reactor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Bed) o reactor de capa de lodo anaeróbico con flujo ascendente (Figura 7). Este tipo de reactor fue desarrollado en Holanda y es de alta eficiencia, aunque su estructura es relativamente simple. No contiene relleno y generalmente no necesita agitación. El agua residual a tratar se introduce por la parte inferior del digestor y fluye en sentido ascendente a través de un manto o cama de fango constituido por gránulos o partículas formadas

84

biológicamente. El tratamiento se produce al entrar en contacto el agua residual y las partículas. El biogás producido provoca una circulación interior, que colabora a la formación y mantenimiento de los gránulos, removiendo el manto de fangos y permitiendo el intercambio de estos con el agua residual.

Figura 7 Diagrama de un reactor de tipo UASB.

• Digestor de circulación interna. Por último, el reactor IC (Internal Circulation) o reactor de circulación interna, está basado en la tecnología del proceso UASB con dos etapas de separación trifásica. El sistema consta de dos etapas tipo UASB colocados uno sobre el otro, como se puede observar en la Figura 8. En el compartimento inferior la concentración de materia orgánica es elevada, mientras que en la superior es pequeña. El afluente se introduce en el primer compartimento por la base del sistema a través de un sistema de distribución interno. En el compartimento inferior, que contiene un manto concentrado y expandido de lodo granular, la mayor parte de la materia orgánica se convierte en biogás. Esto provoca la expansión/fluidización del lecho de lodo que se eleva por la velocidad ascendente provocada por la mezcla del afluente, la recirculación interna y el flujo del biogás.

Figura 8 Diagrama de un reactor de tipo IC.

Aprovechamiento del biogás producido en vertederos

85

Para que un vertedero genere biogás es necesario que las basuras depositadas incluyan materia orgánica y que las condiciones de su descomposición puedan llegar a ser anaeróbicas. Por ello, este gas se genera y capta en los vertederos controlados de RSU. Dichos vertederos se caracterizan por la colocación de los residuos en celdas impermeabilizadas de cara a la recolección y tratamiento de las emisiones gaseosas y líquidas (lixiviados) que se forman. En el caso de la producción de biogás en los vertederos hay que tener en cuenta que, a diferencia de los digestores de residuos donde los parámetros de descomposición de la basura pueden estar bastante controlados (temperatura, grado de humedad, flujos, etc.), la mayor parte de los parámetros no pueden ser ajustados. Esto, junto con el hecho, además, de que el biogás de vertedero se está formando durante un gran número de años (hasta 25 años) hacen que el combustible obtenido en un vertedero pueda tener unas características variables en el tiempo. De todo el gas generado, aproximadamente entre un 50 y un 60% estará dispuesto para su recolección y, de éste, un 60% estará disponible durante los 10 primeros años, un 35% en los siguientes 10 años y el resto en un plazo posterior de 20 a 30 años. Una vez generado el biogás, su obtención se lleva a cabo mediante sistemas de desgasificación, los cuales se componen de tres elementos principales: sistema de captación de gases, conducción y control, y transporte. La captación de gases se realiza mediante una red de pozos verticales y/o zanjas horizontales, distribuidos por toda la superficie del vertedero. Para realizar la perforación de los pozos existen diferentes técnicas, pero la perforación mediante barrena helicoidal discontinua es la más utilizada. Una vez realizados los pozos se introducen en ellos unas tuberías (normalmente de polietileno) ranuradas, con objeto de que penetre el gas, y una parte ciega en lo más alto. Una vez captado el gas hay que conducirlo desde la superficie de los pozos hasta los colectores. Para ello, se disponen una serie de tuberías, habitualmente de polietileno, tal y como se muestra en la Figura 11. En este tramo se ubica la valvulería de medición y control.

Figura 10 Esquema de un pozo de biogás.

86

Figura 11 Sistema de pozos y colectores para extracción de biogás en vertedero.

Por último, el transporte de gases hasta la estación de aspiración se realiza mediante colectores de mayor diámetro a los que se conectan los ramales de conducción. En cualquier caso, no existe ningún método ni normativa que regule el diseño de estas instalaciones, por lo que es fácil encontrar diseños de muy diversa índole. Aplicaciones del biogás como fuente de energía La utilización del biogás como fuente de energía va aumentando día a día, según se va dando mayor importancia a las energías renovables. El biogás puede utilizarse en prácticamente las mismas aplicaciones energéticas desarrolladas para el gas natural (figura 27): generación de calor mediante combustión, generación de electricidad, integración en la red de gas natural, combustible para vehículos y combustible de pilas de combustible

Figura 27 Opciones para la utilización del biogás.

En la actualidad, las aplicaciones más comunes del biogás son la combustión directa para la producción de calor y la generación de energía eléctrica. No obstante, existe un interés creciente por otras alternativas como son su aplicación como combustible de automoción y su integración en la red de gas natural.

• Obtención de calor por combustión directa El biogás se puede utilizar en la generación de calor, a través de su combustión. A su vez, este calor tiene distintas aplicaciones. Así, se puede emplear para calefacción y agua caliente (tanto

87

en la propia instalación productora como a nivel residencial, district heating), para el calentamiento de los reactores donde se produce la digestión anaeróbica, para incinerar o esterilizar desechos provenientes del sector médico, para el secado de forraje, y en calentadores, cocinas de gas, lámparas o quemadores-estufas, tanto de uso industrial como domestico. El principal inconveniente que presenta el biogás en este caso es la necesidad de ubicar la zona de consumo de calor lo más cerca posible de la zona donde se genera, ya que debido al bajo poder calorífico del biogás, este no puede ser trasladado de forma rentable por tuberías. Por ello, lo habitual es que el calor generado por la combustión del biogás sea utilizado en las propias instalaciones productoras.

• Generación de electricidad Esta aplicación es, sin duda, el uso más interesante que tiene el biogás en la actualidad. El biogás puede ser usado para generar electricidad de tres formas diferentes: - Utilizando motores de combustión que van unidos a generadores de electricidad. - Empleando turbinas o microturbinas de gas. - Con pilas de combustible estacionarias

• Integración en la red de gas natural El biogás puede introducirse, una vez limpio y refinado, en la red de gas natural, ya que, al igual que el gas natural, está constituido principalmente por metano. De tal modo, cualquier aparato o equipo que funcione con gas natural puede ser accionado con biogás. El biogás tiene que ser depurado previamente para que alcance los requerimientos de calidad del gas natural y se pueda introducir en su red de distribución. La purificación del biogás consiste en la eliminación de CO2, SH2, NH3, agua y partículas sólidas. Algunos países, como Alemania o Suecia, han introducido especificaciones de calidad para que el biogás pueda ser introducido en la línea de distribución del gas natural. Por otra parte, la distribución de biogás en la red del gas natural presenta varias ventajas. En primer lugar, la red conecta la zona de producción con las áreas de mayor densidad de población, lo que permite que el gas llegue a nuevos consumidores. Asimismo, es posible aumentar la producción en un lugar remoto y todavía utilizar el 100 % del gas. Por otra parte, permite mejorar la seguridad de suministro local, lo que es un factor muy importante, ya que la mayor parte de los países consumen más gas natural del que producen. La integración del biogás en las redes de gas natural ha sido probada con cierto éxito en varios países de la UE (Suiza, Suecia, Alemania y Francia) y en los Estados Unidos. Sin embargo, aún no se ha incluido en la red de gas natural en España.

• Utilización como combustible de vehículos El biogás puede ser usado como combustible de automoción en motores de explosión y pilas de combustible. El biogás puede sustituir al gas natural en los vehículos propulsados por este combustible, previo refinado del biogás para eliminar impurezas. Los obstáculos para el uso generalizado de estos vehículos son: la ausencia de una infraestructura de transporte y almacenamiento del gas natural/biogás, el coste de producción, la pérdida de espacio de carga, el mayor tiempo de llenado de combustible y la menor autonomía de conducción.

88

Gas de síntesis. Estado de la tecnología.

Un punto fundamental a la hora de plantear un proyecto de gasificación es la elección del reactor de gasificación adecuado para el correcto tratamiento de la biomasa. Cada uno de estos reactores presenta una serie de ventajas e inconvenientes, lo que hace que su elección dependa de varios factores como el tipo de biomasa a procesar, la potencia que se pretende obtener y la calidad y posterior aplicación del gas de síntesis.

Existen varios tipos de reactores de gasificación que pueden ser utilizados en la gasificación de biomasa. Estos son de lecho fijo, que puede ser en contracorriente o en corrientes paralelas, de lecho fluidizado burbujeante y de lecho fluidizado circulante. A continuación se resumen las principales características de los gasificadores mencionados.

Lecho Fijo 'Down-draft'

• Construcción relativamente sencilla.

• Se requiere baja humedad en los combustibles.

• Se produce un gas relativamente limpio.

• Gases de salida a alta temperatura.

• Posible fusión de cenizas y formación de escorias en la parrilla.

• Baja capacidad específica.

• Alto tiempo de residencia de los sólidos.

• Elevada conversión de la biomasa

• Potencial de escalado muy limitado con tamaño máximo pequeño.

Lecho Fijo 'Up-draft'

• Construcción simple y robusta. Fácil escalado

• Alta eficacia térmica.

• Gas con alto contenido en de alquitranes.

• Baja temperatura del gas de salida

• El gas producido es apto para su combustión directa.

• Facilidad de operación a bajo régimen.

• Elevados tiempos de residencia del sólido.

• Elevada conversión de la biomasa.

• Es necesario un buen sistema de limpieza gases para su utilización en motores.

89

Lecho fluidizado burbujeante

• Se permiten variaciones en la calidad de los combustibles.

• Buen control de la temperatura y altas velocidades de reacción del sólido.

• Buen contacto y mezcla de gas-sólido.

• Moderado nivel de alquitranes en el gas producido.

• Posible proceso catalítico en el lecho.

• Posibilidad de operar a carga parcial.

• Mayor cantidad de partículas en el gas de salida, que en un lecho fijo.

• Limitaciones a operar a bajas cargas.

• Elevada conversión de la biomasa

• Fácilmente escalable

Lecho fluidizado circulante

• Mayor dificultad de operación que un lecho fijo.

• Buen control de la temperatura y elevadas velocidades de reacción del sólido.

• Buen contacto y mezcla gas-sólido.

• Gas de salida con niveles moderados de alquitranes.

• Alta conversión.

• Buen contacto gas sólido.

• Limitaciones a operar a bajas cargas.

• Alta capacidad especifica.

En resumen, se puede apuntar que los reactores de lecho fijo permiten utilizar un amplio intervalo de tamaños de sólidos, lo que les convierte en adecuados para cáscara de almendra, ramón de olivo, astillas, etc., pero no son adecuados para la gasificación de residuos de baja densidad (pajas de cereales, serrín, etc.), debido a la formación de canales preferenciales en el lecho, con las consiguientes zonas muertas. No obstante, si previamente estos residuos fueran densificados, en pellets o briquetas, sí serían adecuados para su procesado en lechos fijos.

En cambio, la mayor ventaja que presentan los lechos fluidizados es que, para un mismo volumen de reactor, es posible procesar una mayor cantidad de sólido que un lecho fijo. Generalmente, las capacidades de procesamiento se sitúan entre 100-800 y 600-6000 Kg. biomasa /h para el lecho fijo y fluidizado, respectivamente.

90

Tipo de reactor Lecho fijo Lecho fijo Lecho fluidizado

L. fluidizado Circulante

Modo de operación Contracorriente Corrientes paralelas

- Corrientes paralelas

Tamaño de partícula adecuado (mm)

2-50 20-100 0-20 0.1

Presión de trabajo (atm) 1-30 1 1-70 1-70

Capacidad de procesamiento (Kg/h)

100-500 100-800 600-6000 -

Tabla 1. Características de los diversos gasificadores.

2.3.3 Problemática detectada.

La tecnología de digestión anaerobia es una tecnología madura, para la cual no se esperan grandes cambios. No obstante, hay margen de desarrollo para las tecnologías de pretratamiento y de valorización de los digestatos y, sobre todo, para las tecnologías de valorización del biogás generado. En este sentido, la inyección de biogás purificado en las redes de gas o el uso en vehículos son opciones que presentan un gran potencial de desarrollo. Es por ello que, la promoción de plantas de cogeneración con biogás y/o su inyección en red podrían ayudar a generalizar el uso de este tipo de biocombustible. En España, las líneas de innovación tecnológica para el aprovechamiento energético del biogás contemplan las siguientes acciones:

- Mejora de eficiencia en los procesos de producción de biogás. - Desarrollo de sistemas de codigestión de los residuos biodegradables. - Optimización y mejora de los procesos de depuración y purificación del biogás. - Desarrollo de sistemas para inyección del biogás en la red de gas natural. - Avances tecnológicos para el aprovechamiento energético del biogás producido por

digestión anaeróbica. - Mejoras técnicas en el ámbito del rendimiento de los motores.

Además, todavía se requiere un avance tecnológico en los sistemas de purificación de biogás para requerimientos de calidad más rigurosos, sobre todo en lo que se refiere a su inyección a la red de gas natural. Dentro de las tecnologías que actualmente se están estudiando para lograr una mayor eficiencia de separación a menor coste se encuentran las membranas poliméricas y su combinación con sistemas de PSA (pressure swing adsorption).

A nivel normativo, los principales retos a cumplir en este sector son la consideración de todos los digestatos como productos fertilizantes y el reconocimiento económico de las emisiones de gases de efecto invernadero evitadas por la digestión anaerobia de deyecciones ganaderas. Por último, los obstáculos para el uso generalizado de vehículos propulsados por biogás son:

- la ausencia de una infraestructura de transporte y almacenamiento del gas natural/biogás,

- el coste de producción, - la pérdida de espacio de carga, - el mayor tiempo de llenado de combustible - la menor autonomía de conducción.

91

Gas de síntesis

Aunque se pueden encontrar en bibliografía numerosos proyectos de investigación sobre gasificación de biomasa, las actividades empresariales con éxito son escasas. Esto puede ser debido a distintas causas:

a. En principio, las tecnologías de gasificación de biomasa no son de aplicación universal ya que cada aplicación se adapta al caso concreto de la biomasa a tratar. Por este motivo es menos atractiva que la combustión, tecnología más conocida y dominada, ya que una empresa busca rentabilizar lo más rápido posible la inversión hecha en investigación.

b. En la actualidad, la utilización más rentable de la biomasa por gasificación es la generación de electricidad. Esta transformación puede realizarse, como ya se ha visto, bien a través de su combustión en turbinas o bien en motores de combustión interna. Pero estos equipos no están totalmente adaptados al gas de síntesis obtenido. Las turbinas de gas se han desarrollado para grandes potencias por lo cual, no existen equipos adaptados para bajas potencias y para gases con bajo poder calorífico. Además, estos equipos demandan especificaciones muy estrictas en cuanto a la calidad y pureza del gas producto de la gasificación se refiere. Sin embargo, los motores de combustión interna sí están disponibles para bajas potencias, pero apenas existen experiencias de larga utilización con gases de bajo poder calorífico. Esto supone que los fabricantes de estos equipos establezcan elevados precios de mantenimiento.

c. Aún aparecen, en los proyectos estudiados, varias complicaciones técnicas debidas, fundamentalmente, a la alimentación de la biomasa y a la limpieza del gas de síntesis, siendo la eliminación de alquitranes uno de los puntos más importantes dentro de la tecnología de gasificación.

92

3. Análisis de las necesidades tecnológicas del sector. Determinación de las potenciales oportunidades para las empresas del sector de fabricantes de bienes de equipo.

3.1 Biomasa

Actualmente, en España no existe un gran desarrollo en el sector de la biomasa debido, entre otras causas, a las reducidas primas a la generación de electricidad mediante esta fuente de energía. La mayoría de la biomasa se exporta a Europa, sobre todo a Italia y Reino Unido, debido a que allí las primas para la generación eléctrica son más altas y, por lo tanto, pueden pagar un precio mayor. Por otra parte, el uso térmico, a diferencia del eléctrico, no dispone de un régimen especial que determine el precio percibido por la energía generada ni cupos de potencia. En este sector, el combustible renovable compite directamente y en igualdad de condiciones de mercado con los combustibles tradicionales. Además de la retribución insuficiente, también se deben comentar los siguientes aspectos negativos que frenan el desarrollo de este sector energético:

• Cultivos energéticos poco desarrollados • Imposibilidad de garantizar el adecuado suministro a medio y largo plazo a las plantas

de biomasa debido a su estacionalidad • Dificultades de extracción y logística (espacio de almacenamiento, transferencia y

transporte), estos servicios son caros y directamente dependientes del precio de los combustibles fósiles (gasoil)

• Falta de una red de distribuidores extensa • Aseguramiento de la calidad del combustible, así como la información sobre su

procedencia y características.

3.1.1 Soluciones para solventar la problemática detectada. Para poder dar respuesta a las limitaciones que presenta este tipo de energía, comentadas en el apartado anterior y en el punto 2.1.3, y darles un impulso para aumentar su instalación en España, se presentan las siguientes soluciones a llevar a cabo por parte de las diferentes partes interesadas. • En primer lugar, sería necesaria una mejora de las prácticas agrícolas y forestales para

fomentar la recogida de biomasa residual, y hacerlas más eficientes y mejores para el medioambiente, enfocándose en la mejora de la logística de suministro de biomasa de residuos de cultivos y otras fuentes de biomasa sin explotar. En los últimos años se están llevando a cabo en España numerosas pruebas con cultivos energéticos, de naturaleza leñosa y herbácea. Estos trabajos, que necesitan un periodo de experimentación, contribuyen a aumentar el nivel de conocimiento en el sector agroforestal. La selección genética de variedades, orientándolas a la finalidad energética, es un reto en el campo de la biomasa.

• Además se hace necesario el desarrollo de combustibles de costes eficientes, alta calidad

y alto grado de energía, por ejemplo: vía pre-tratamiento, mezcla, compactación, etc. Para

93

ello es necesario también llegar a una armonización en los precios de la materia prima para evitar las fluctuaciones del precio de los residuos forestales y que la venta de éstos pueda convertirse en un negocio lucrativo.

• Optimización de la logística para recolección, del almacenamiento y de la combinación de

distintos materiales que puedan utilizarse en diversas aplicaciones.

• Por otra parte, también se debe aumentar la eficiencia de los propios equipos y sistemas de combustión de la biomasa y reducir las emisiones (por ejemplo: emisiones de partículas). Esto sería aplicable, por ejemplo, a estufas, calderas y plantas de cogeneración.

Los modelos más avanzados de calderas utilizan sistemas de regulación por microprocesador, y alcanzan rendimientos térmicos de más del 90%. Entre las novedades más significativas, presentes incluso en modelos de potencia pequeña, está la regulación del aire de combustión basado en la necesidad de oxígeno, calculado en los humos con una sonda lambda. La regulación lambda permite regular y optimizar constantemente la cantidad de aire durante el ciclo completo de funcionamiento de la caldera.

De esta manera, las centralitas de regulación electrónica mejoran la respuesta de los equipos frente a las oscilaciones y se ajustan al punto de funcionamiento demandado.

Los parámetros que se pueden controlar son:

‐ La relación aire-combustible del quemador. ‐ Medición y regulación de temperaturas (gases, combustible, agua de alimentación,

etc.). ‐ Medición de caudales (vapor, agua de alimentación, combustible, etc.).

Los sistemas de regulación más completos permiten integrar elementos como variadores de frecuencia de ventiladores, medición en continuo de O2 y CO, purgas y tratamiento de agua de alimentación.

Las ventajas de la regulación electrónica son:

‐ Se integra en un mismo equipo todas las funciones de control y regulación de los

distintos equipos de la instalación. ‐ Se incrementa notablemente la precisión de la regulación, frente a la regulación

manual. ‐ Permite la incorporación de otros equipos a la instalación para optimizar la misma. ‐ Control de temperaturas por termosondas y optimización de los consumos

energéticos. ‐ Automatización del sistema de alimentación y de las purgas para dosificar la

adición de productos químicos y controlar la purga de la caldera.

Otras posibilidades:

‐ Variador de frecuencia para ajustar consumo del ventilador adecuado a la potencia del quemador en cada momento.

‐ Medición en continuo de los parámetros de los humos de combustión como O2 y CO para conocer el ratio aire combustible en cada instante y regular el exceso de aire en los valores óptimos.

94

Con un variador de frecuencia se pueden obtener ahorros entre el 30-50% según la potencia en cada momento o cuando se encuentra entre el 20-80% del valor de carga.

En general la regulación automática de la instalación, permite un ahorro medio de energía que puede oscilar entre el 6 y el 10%.

Además de éstas soluciones técnicas para mejorar la eficiencia de los equipos de combustión de biomasa e impulsar el desarrollo de esta energía renovable, existen otras soluciones de tipo legislativo y normativo que se comentarán en el apartado correspondiente a legislación.

3.1.2 Aplicaciones. El uso de la biomasa se ha centrado tradicionalmente en el sector doméstico mediante calderas poco eficientes, algo que está cambiando gracias a la llegada de sistemas de calefacción y agua caliente modernos, con mejores eficiencias y mayor comodidad para el usuario. Aplicaciones térmicas Dentro de las aplicaciones térmicas, en un primer lugar se sitúan las calderas o estufas individuales utilizadas en los hogares. Este tipo de calderas, tradicionalmente poco eficientes, han ido evolucionando hasta las existentes hoy en día, más eficientes y cómodas para el usuario, las cuales permiten su adaptación a un sistema de radiadores o de suelo radiante y a otros sistemas con producción de agua caliente sanitaria. En segundo lugar se sitúan las calderas diseñadas para un bloque o edificio de viviendas, equiparables en su funcionamiento a las habituales de gasóleo C o gas natural, que proveen a las viviendas de calefacción y agua caliente. En el siguiente nivel se sitúan las redes de calefacción centralizada (district heating). Este tipo de instalaciones están muy extendidas en el Centro y el Norte de Europa. En España se están iniciando las primeras redes de climatización centralizada alimentadas con biomasa, y debido a las condiciones climáticas españolas, estas redes de climatización no solo proporcionan calor y agua caliente sanitaria, sino que también permiten la distribución de frío para climatización en verano. En último lugar se encuentra la aplicación en industrias. Se trata principalmente del aprovechamiento de residuos de las industrias agroforestales para la producción de calor que, en ocasiones, es acompañado de producción eléctrica (cogeneración con biomasa). Los equipos de biomasa para usos térmicos son más complejos que los convencionales y requieren grandes espacios de almacenamiento de combustible, por lo que los costes de instalación son mayores que los de los sistemas que funcionan con gasóleo o gas natural. Las aplicaciones térmicas son las más comunes dentro del sector de la biomasa. En un nivel menor de desarrollo se sitúa la producción de electricidad. Aplicaciones eléctricas Son pocas las plantas de producción eléctrica que existen en España y la mayor parte de la potencia instalada procede de instalaciones ubicadas en industrias que tienen asegurado el combustible con su propia producción. Es el caso de la industria papelera y, en menor medida, de otras industrias forestales y agroalimentarias, que aprovechan los residuos generados en sus procesos de fabricación para reutilizarlos como combustibles.

95

La biomasa eléctrica cuenta con un bajo peso en el cómputo global de ésta energía. Esto se debe a que para la producción de electricidad mediante biomasa son necesarios sistemas complejos basados en centrales térmicas específicas con grandes calderas y con volúmenes de hogar mayores que si utilizaran combustibles convencionales, lo que conlleva unas elevadas inversiones y un bajo rendimiento. Además, a éste hecho se une la dificultad de aprovisionamiento de la biomasa La producción eléctrica con biomasa en instalaciones específicas tiene una eficiencia en torno al 21,4% (dato utilizado en el PER 2005-2010); en comparación con la generación eléctrica con gas en ciclo combinado que tiene una eficiencia superior al 53%. Respecto a la producción térmica con biomasa, ésta tiene un rendimiento global en torno al 80% (PER), sólo ligeramente inferior a calderas de gas natural de condensación. Con el fin de mejorar el rendimiento de las instalaciones y por tanto su rentabilidad económica, la innovación tecnológica en este campo está orientada hacia el desarrollo de la gasificación de biomasa y posterior conversión en electricidad a través de motogeneradores u otros sistemas de combustión del gas de síntesis producido. El PER 2005-2010, incluía como futuro inmediato, la promoción de la co-combustión de biomasa, es decir, la combustión conjunta de biomasa y otro combustible (en concreto carbón para el caso español) en centrales térmicas ya instaladas. Las ventajas de esta tecnología detectadas por el CIRCE (Centro de Investigación de Recursos y Consumos Energéticos) y el IDAE son las siguientes:

‐ Menor inversión por unidad de potencia instalada. Se utiliza gran parte de la infraestructura existente en la central.

‐ Mayor rendimiento. Biomasa 23%, co-combustión 30%. ‐ Mayor flexibilidad de operación, fácil adaptabilidad a la disponibilidad de biomasa ya

que puede seguir operando con combustible convencional en mayor proporción o de forma exclusiva.

La Asociación Nacional de Empresas Forestales (Asemfo) indica que el óptimo técnico de aprovechamiento de biomasa se consigue en procesos de cogeneración, donde se obtienen producciones eléctricas entre el 15 y el 20% y aprovechamientos térmicos del calor generado que alcanzan una eficiencia total superior al 80%. La cogeneración con biomasa permite generar energía eléctrica y térmica a partir de la biomasa, aunque también es posible utilizar diferentes combustibles. La microcogeneración (hasta 50 kW) y la cogeneración se pueden aplicar tanto en el sector industrial como el agrícola-ganadero (biogás procedente de residuos) o el residencial-terciario (viviendas, hospitales, edificios de uso deportivo, centros comerciales, oficinas…). Los equipos de esta tecnología permiten:

- Producción de vapor - Aprovechamiento directo de gases (secaderos, hornos,…) - Agua caliente (Calefacción+ACS) - Producción de frío (Ciclos de refrigeración activos térmicamente)

Por otra parte, los requisitos imprescindibles para la rentabilidad de las plantas de cogeneración son:

96

http://www.asemfo.org/

- Consumo de cantidades importantes de calor. - Fiabilidad en el suministro de combustibles - Factor de utilización elevado

3.1.3 Mercado potencial Principales consumidores En noviembre de 2009 la Asociación Española de Valorización Energética de la Biomasa (AVEBIOM), creó el Observatorio Nacional de Calderas de Biomasa (ONCB), que pretende analizar la situación del sector y su evolución para realizar un planteamiento de futuro y reducir incertidumbres. Los primeros datos recogidos por el Observatorio muestran que aunque hay un mayor número de instalaciones en el ámbito doméstico, es en la industria donde encontramos más kW instalados debido al uso de calderas de mayor potencia. La potencia media unitaria en instalaciones industriales (industria de la madera y el mueble, agroganadera, etc.) es de 350 kW; en los hogares se instalan calderas o chimeneas de potencia media 55 kW; mientras que en el sector público (ayuntamientos, polideportivos, colegios, district heating, etc) las calderas tienen 300 kW de potencia media. En el sector industrial son las fábricas relacionadas con el mundo agrario y de la madera las que mayor número de instalaciones y potencia reúnen, debido, sobre todo, a la mayor facilidad de acceso a la materia prima. Cada vez son más las instalaciones deportivas y colegios que emplean biomasa, aunque los district heating en comunidades de vecinos son los que más potencia unitaria aportan (250 kW/instalación deportiva frente a 1MW/ DH, como media). Hospitales y establecimientos hosteleros son potenciales grandes consumidores de biomasa que aún parecen acercarse con timidez a esta posibilidad. Según los datos recogidos por el Observatorio hasta mayo de 2010, hay 18 “district heatings” o calefacciones centralizadas, repartidos por Andalucía, Asturias, Cataluña, Castilla-La Mancha, Castilla y León, Madrid, Navarra y País Vasco con una potencia instalada total de 20 MW, y siendo 2 de ellas para producción de calor y frío. Expectativas de crecimiento En el PER 2011-2020 se presentan los objetivos en el área de biomasa. Éstos se han dividido según sus aplicaciones básicas: biomasa térmica y biomasa eléctrica.

- Biomasa térmica Estos objetivos se elaboraron analizando los datos de consumo del MITyC entre 1973 y 2008, y considerando la aplicación de una serie de actuaciones propuestas en el Plan de Energías Renovables 2011-2020. Con la evolución observada en los datos recogidos, en el PER 2011-2020 se extrapolan las previsiones hasta 2020 en usos diversos (se deben a usos domésticos casi en su totalidad,

97

aunque también se incluye Agricultura y pesca, Comercio, Servicios y Administraciones públicas) resultando el siguiente gráfico:

Gráfico: Objetivos consumo biomasa usos diversos

Fuente: PER 2011-2020 con datos del MITyC

De esta manera, se prevé un consumo para 2020 de 2.430.000 tep con un aumento relativo del consumo de un 12% respecto a 2008. Del mismo modo que para el caso anterior, se ha utilizado la evolución experimentada entre el año 1985 y 2008 para prever la evolución hasta 2020 en el sector industrial.

Gráfico: Previsión del consumo de biomasa en el sector industrial

Fuente: PER 2011-2020 con datos del MITyC

Se prevé un aumento del consumo en el sector de un 20% para el 2020 respecto 2008, lo que conlleva un consumo para el 2020 de 1.773.000 tep.

98

Por otra parte, la evolución del consumo de biomasa en los sectores industriales se encuentra íntimamente ligada a la marcha económica general y a la de los sectores usuarios en particular. De esta manera, podemos observar un resumen de los objetivos en la siguiente tabla:

Energía final bruta Incremento 2011-2020 (tep) Total 2020 (tep)

Biomasa Industria 320.000 1.773.000

Biomasa Usos diversos (edificios) 228.000 2.430.000

Total 548.000 4.203.000

Tabla: Objetivos de energía final bruta a 2020 Fuente: PER 2011-2020, IDEA

- Biomasa eléctrica

Los objetivos establecidos en el PER 2011-2020 para la generación eléctrica con biomasa se muestran en la siguiente tabla:

Potencia Incremento de potenica 2011-2020 (MW) Potencia total 2020 (MW)

Cogeneración 299 541

Generación pura 518 809

Total 817 1.350

Energía final bruta Incremento de energía 2011-2020 (MWh) Energía total 2020 (MWh)

Cogeneración 1.965.546 3.247.699

Generación pura 3.314.351 4.852.301

Total 5.279.897 8.100.000

Según el Plan, la generación de energía eléctrica distribuida mediante pequeñas cogeneraciones y las plantas en el entorno de los 10 MW de potencia de generación pura serán las que jueguen un papel más determinante en la consecución de estos objetivos. Equipos necesarios Los procesos de extracción y transformación de combustibles de biomasa requieren equipos y sistemas específicos. Los sistemas más complejos son los necesarios para recoger y transportar

99

los residuos derivados de las actividades agrícolas, cultivos energéticos y en especial los residuos derivados de las actividades forestales. Esto se debe a que los montes españoles tienen grandes impedimentos para la mecanización de sus labores por su naturaleza y otros aspectos como su pendiente y la fragilidad de sus suelos. Por este motivo se hacen necesarias máquinas más especializadas, adaptadas a las características de los terrenos montañosos españoles. El desarrollo de cultivos energéticos leñosos necesita en muchos casos el diseño y la construcción de maquinaria adaptada para la recogida del recurso, por no ser suficientemente especializada la empleada actualmente. Los trabajos de extracción y transformación requieren los siguientes procesos y equipos asociados:

Extracción•Tractores (forestales o agrícolas)

•Autocargadores

Astillado o empacado•Astilladoras•Empacadoras

Transporte•Camiones

Secado (natural o forzado)•Equipos de secado

Nuevo astillado o moltrurado•Equipos de triturado

Peletización u otros procesos•Equipos de peletizado

La mecanización de los trabajos para el aprovechamiento de los residuos forestales es complicada. Puede plantearse su transformación mediante astillado para mejorar las condiciones económicas del transporte de la biomasa, obteniendo un producto manejable y de granulometría homogénea. En los últimos años se han desarrollado tecnologías de compactación en monte con nuevos equipos que incorporan prensas a fin de incrementar la densidad del material para su transporte. A continuación se muestra un ejemplo de la maquinaria utilizada para el triturado y astillado de la biomasa:

Imagen: Pretrituradora 350 CV (12 Tm/h) y astilladora autopropulsada 450 CV + 150 CV (20 Tm/h) de FORESA

Las operaciones necesarias para la obtención de residuos forestales, que implican la limpieza, astillado y transporte de la materia prima suponen unos altos costes que solo algunas empresas

100

pueden asumir. A pesar de ello, la biomasa es más barata que los combustibles fósiles como se muestra en la siguiente tabla:

Tabla: Poderes caloríficos y costes indicativos de los combustibles fósiles y de la biomasa.

Fuente: CECU, Calderas de biomasa para sistemas de calefacción doméstica, Proyecto RES & RUE Dissemination

Además de lo expuesto anteriormente, deben considerarse nuevas tecnologías de transformación de materia prima como es el caso de la torrefacción. La torrefacción es una tecnología incipiente como tratamiento de transformación de la biomasa. Consiste en un proceso a media temperatura (250-300 ºC), en condiciones deficitarias de oxígeno, para convertir la biomasa en un material frágil, fácil de pulverizar que puede tratarse como el carbón. Este material puede peletizarse fácilmente para aumentar su densidad y facilitar su transporte. Además, el tratamiento de torrefacción dota a la materia resultante de características hidrofóbicas que facilitan su logística e impiden el aumento de humedad en el combustible. Su similitud con el carbón permite tratarlo conjuntamente con él de forma que facilita la transición de un combustible a otro en instalaciones existentes.

BIOMASA

BIOMASA TORREFACTA

OXIDADOR TÉRMICO

Figura: Esquema simplificado del proceso de torrefacción

Fuente: energética XXI

101

El desarrollo de la tecnología en calderas de biomasa a nivel español tiene un cierto retraso respecto a los equipos europeos, puesto que en países como Alemania, Dinamarca, Finlandia o Austria existe una tradición en el uso de estos equipos, por lo que tienen tecnologías más modernas, desarrolladas y capaces de competir con los equipos convencionales. Es por este motivo que la mayoría de equipos utilizados en España son importados. No obstante, las empresas españolas están iniciando un proceso de mejora de sus equipos para alcanzar el nivel de los sistemas importados en lo que se refiere a eficiencia energética, automatización y aspectos medioambientales. Ventajas competitivas Las principales conclusiones del “Balance económico de la actualización de las retribuciones a la producción eléctrica a partir de las biomasas”, desarrollado por Analistas Financieros Internacionales (AFI) para la Asociación de productores de Energías Renovables (APPA), y presentado en octubre de 2011 en Madrid por Emilio Ontiveros, presidente de AFI, Diego Vizcaíno, analista de AFI, y Manuel García, presidente de APPA Biomasa, fueron las siguientes: Una actualización del marco retributivo de las tecnologías biomásicas sería un magnífico pilar para la creación de empleo en el entorno rural, atrayendo 3.854 millones de euros en inversiones privadas, con un beneficio económico adicional de 46 millones de euros para el Estado. A continuación se muestra el Balance Económico del Aprovechamiento Energético de las Biomasas realizado por AFI:

PRIMA EFECTIVA 138,5 MILL €

PLANTAS DE BIOMASA EN

FUNCIONAMIENTO

Contribución fiscal:

Ahorro por incendios evitados:

Ahorro de prestaciones por desempleo evitados:

Ahorro por emisiones de CO2evitadas:

93,6 mill €

52,7 mill €

23,9 mill €

14,1 mill €

184,4 mill €BALANCE FINAL184,4 mill € - 138,5 mill €

= 45,9 mill €

BALANCE ECONÓMICO DEL APROVECHAMIETNO ENERGÉTICO DE LAS BIOMASAS (PLANTAS EN FUNCIONAMIENTO)

Fuente: Asociación de productores de Energías Renovables

Existen oportunidades también en la implantación de la tecnología en edificios de viviendas ya que según el código técnico de la edificación (CTE): La contribución solar mínima en edificios de nueva construcción y en rehabilitación de edificios en los que exista una demanda de ACS y/o climatización de piscinas, podrá disminuirse justificadamente cuando se cubra ese aporte energético de ACS mediante:

102

- Aprovechamiento de energías renovables

- Procesos de cogeneración

- Fuentes de energía residuales procedentes de la instalación de recuperadores de calor ajenos a la propia generación de calor del edificio

Cogeneración con biomasa

Además, la aparición de la biomasa como la tecnología que posibilita alcanzar la calificación energética A en edificios, supone un empuje para el sector. Como se ha indicado en apartados anteriores, los sistemas en los que de forma más eficiente se puede utilizar la biomasa, redes de calor con cogeneración, se basan en la utilización de combustibles más económicos y gestión más sofisticada, lo que requiere por una parte importantes inversiones y, por otra, genera más empleo. La biomasa en estos sistemas es perfectamente compatible con energía solar, geotérmica, calor residual de la industria o combustibles fósiles. Destacar, por ejemplo, que el master plan de la red de calefacción de Copenhague prevé para 2025 que la red de calefacción que, abastece al 98% de los habitantes, se suministre en un 70% con biomasa, dos millones de toneladas. La biomasa que se usa para su transformación en energía es un recurso disperso en el territorio, que puede tener gran incidencia social y económica en el mundo rural. Además del desarrollo de nuevas actividades, su utilización genera puestos de trabajo en el medio rural estables y supone una nueva fuente de ingresos para las industrias locales. Esta oferta de empleo permite fijar la población en los núcleos rurales evitando con ello alguno de los problemas sociales derivados de la emigración hacia los grandes núcleos urbanos, como el abandono de las actividades del mundo rural, la aparición de zonas agrícolas marginales y el desempleo en las grandes ciudades. Por otra parte, da lugar a la aparición de nuevos tipos de negocio, nuevas empresas, nuevas infraestructuras y servicios en las zonas rurales.

Un ejemplo: Cuéllar En Cuéllar dieron solución al problema de los incendios en los bosques mediante la poda y recogida de maleza para su uso como biomasa (2100 t/año) de uso energético en una central construida en el municipio. Dicha central entrega energía a los 14.000 habitantes además de proporcionar 250 puestos de trabajo eventuales en la recogida de biomasa, así como 16 puestos fijos en la central. Los combustibles fósiles (gas natural) o derivados de ellos (gasóleo) han de ser extraídos en lugares muy lejanos, ser transportados, transformados, bombeados..., antes de llegar al punto de consumo. Y todas estas operaciones consumen asimismo mucha energía. Por otra parte, desde una óptica estratégica y de seguridad en el abastecimiento, el uso de la biomasa contribuye a la disminución de la dependencia externa de abastecimiento de energía.

3.1.4 Legislación La producción de electricidad a partir de fuentes renovables está regulada desde 1980, aunque es en el RD 2.366/1994, de 9 de diciembre, cuando se menciona la biomasa como tal para producción de electricidad. Desde ese momento, la normativa ha ido evolucionando, a través de sucesivas reglamentaciones, hasta la publicación y entrada en vigor el 1 de junio de 2007 del RD 661/2007, por el que se regula la producción de energía eléctrica en régimen especial. De

103

forma casi coetánea, en mayo de 2007, se publicó el RD 616/2007 de fomento de la cogeneración que persigue el fomento del ahorro de energía primaria mediante la promoción de la cogeneración de alta eficiencia. El RD 661/2007 determina una prima para las instalaciones de más de 50 MW que utilicen energías renovables, la cogeneración y las instalaciones de co-combustión de biomasa y/o biogás. También existen incentivos para la instalación de calderas de biomasa, no obstante, estas ayudas, en porcentaje sobre la inversión, no son superiores a las que se promueven para la instalación de calderas de Gas Natural o gasoil de alta eficiencia. Además, dado que el importe total disponible es escaso, las ayudas no quedan garantizadas. Esto genera una situación de desconfianza en los potenciales beneficiarios, que perciben poco interés por parte de los responsables públicos hacia esta energía. En este sentido, en el Congreso Nacional de Medio Ambiente (CONAMA10), celebrado en noviembre de 2010 en Madrid, se propusieron una serie de medidas a tomar para impulsar el uso de la biomasa en España: • Medidas encaminadas a hacer llegar al usuario final un apoyo específico y superior al

existente para las calderas de combustibles fósiles.

‐ Rebaja del IVA del combustible o del servicio de calefacción al tipo reducido cuando el combustible sea biomasa.

‐ Implantación de un impuesto sobre el CO2 para los combustibles fósiles. Las emisiones de CO2 tienen un coste real. Estos impuestos se aplican en los países nórdicos, habiendo experimentado estos países un gran avance en sistemas de climatización y eficiencia energética.

‐ Promoción de subvenciones para la compra de calderas o instalaciones de calefacción centralizada con suficiente disponibilidad presupuestaria vinculada a la alta eficiencia de las instalaciones. En muchos casos existen dificultades para realizar una ágil tramitación de las ayudas de renovables o los plazos de estas ayudas a fondo perdido son mucho más cortos que para convencionales.

• Por otro lado, la biomasa carece de una normativa específica, que favorece a la invisibilidad

del sector y el desconocimiento ciudadano sobre los retos y oportunidades de este combustible. En esta línea, CONAMA10 propuso:

‐ Equiparación expresa de los servicios energéticos ligados a la biomasa, al menos con

las condiciones existentes para el gas natural. En este sentido, se propone dar facilidades para instalar sistemas de climatización de distrito, equiparables a las que existen para instalar tuberías de gas, con la consideración expresa de las instalaciones de calefacción con biomasa como instalaciones energéticas de utilidad pública, etc.

‐ Desarrollo de un marco sencillo y transparente de servicios energéticos con biomasa ligados al suministro de calor y frío en contador.

‐ Clarificación de los términos del Código Técnico de Edificación para suprimir la necesidad de realizar instalaciones de energía solar térmica en edificios con calefacción con biomasa.

• Por último se propusieron una serie de medidas para dar a conocer la biomasa como una

oportunidad y no como un riesgo:

‐ Líneas potentes de renovación de calderas públicas de combustibles fósiles y construcción de nuevas redes de calor mediante contratos de Empresas de Servicios Energéticos (ESE). En particular en cuarteles, centros penitenciarios, universidades, institutos, colegios, residencias de la tercera edad, hospitales y centros de salud. Es

104

prioritario desarrollar modelos de ESE sencillos, del tipo suministro de calderas y combustible por un mínimo de X MWh durante 10-15 años a Y €/MWh con revisión anual de IPC, porque en la biomasas las calderas se deben adaptar a los combustibles disponibles; la disociación de caldera y combustible lleva a invertir poco en la caldera y utilizar un combustible inadecuado para la caldera adquirida.

‐ Apoyo y participación pública en redes de calefacción y refrigeración con biomasa. ‐ Publicidad. Además de establecer medidas ya expuestas resulta muy positivo llevar a

cabo campañas publicitarias de carácter general y sobre todo específicas dirigidas especialmente a determinados sectores implicados (promotores, ayuntamientos, instaladores, etc).

La Asociación de productores de Energías Renovables propone otras medidas administrativas y reglamentarias necesarias para favorecer la entrada de la biomasa en el mercado energético tanto a nivel térmico como eléctrico. Estas son:

‐ Unificación de autorizaciones, licencias o permisos de carácter urbanístico, ambiental o sectorial.

‐ Simplificación de los procedimientos administrativos para instalaciones pequeñas (menor de 100 kW en baja tensión y menor de 500 kW en alta tensión).

Para la introducción de calderas de biomasa sólida en los edificios, la Asociación de productores de Energías Renovables también detectó ciertas necesidades de modificación de normativa, estas son:

‐ Promulgar un nuevo Código Técnico de la Edificación (CTE), no más allá de 2016 que establezca que la nueva edificación y el 20% de la existente deberá producir la energía que consuma mediante fuentes renovables.

‐ Medidas fiscales que beneficien la introducción de las energías renovables en la edificación, como por ejemplo: IVA reducido para servicios y productos de energías renovables y eficiencia energética, discriminación positiva del IBI para edificios que utilicen energías renovables y criterios graduales de implantación de renovables para incentivar su aplicación.

En cuanto a la calidad del combustible suministrado, es necesario crear sistemas de certificación que demuestren la calidad del combustible y la estandarización y normalización de los biocombustibles en lo que a humedad y PCI se refiere. Por último, cabe destacar una serie de medidas propuestas en el PANER (Plan de Acción Nacional de Energías Renovables 2011-2020), en relación a los sectores de la biomasa, biogás y residuos. Denominación y referencia de la medida

Resultado esperado Grupo y/o actividad a la que se destina

Existente o en proyecto

Fechas de inicio y final de la medida

Modificación normativa para el transporte de productos relacionados con la

Disminución del coste del transporte

Empresas logísticas, empresas consumidoras

En proyecto

2013-2020

105

biomasa

Desarrollo normativo de planes plurianuales de aprovechamientos forestales o agrícolas con uso energético de productos, subproductos o restos y fomento de las repoblaciones forestales energéticas

5.500.000 t/año Administración pública, propietarios forestales y agricultores. Producción de biomasa agroforestal

En proyecto

2014-2020

Fomento del desvío de los vertederos de la fracción combustible mediante su separación

Disminución de las altas tasas de vertido actuales y aumento de las de valorización energética

Administración pública, empresas gestoras de residuos, empresas potenciales consumidoras

En proyecto

2016-2020

Creación de un registro de Combustibles Sólidos Recuperados (CSR) e implantación de un sistema AENOR de aseguramiento de la calidad en los procesos de producción CSR

Creación de un mercado de combustibles producidos a partir de residuos

Administración pública, empresas gestoras de residuos, empresas potenciales consumidoras

En proyecto

2012-2020

Impulso a la regulación y normalización de los combustibles de biomasa

Normalización de los distintos tipos de biomasa para uso doméstico incluyendo reglamentos y normas específicas para pélets, etc.

Administración pública, AENOR

En desarrollo

2000-2020

Medidas para la incorporación del sistema financiero a la financiación de proyectos y promoción de las sociedades de servicios energéticos dentro del ámbito de las EERR térmicas

55 ktep Inversores, Entdades Financieras. ESEs. Actividad: Producción de energía térmica renovable

Existente y en proyecto

2009-2020

Desarrollo de un Sistema de Incentivos al Calor Renovable

709 ktep Sdministración pública y ESEs. Actividad: Venta

En proyecto

2012-2020

106

(ICAREN) para EERR térmicas

de energía térmica

Sistemas de ayuda a la inversión de EERR térmicas

494 ktep Administración pública y usuarios finales. Actividad: consumo energía térmica

Existente Nueva fase: 2011-2020

Inclusión de las EERR térmicas y las redes de calefacción en los sistemas de certificación energética de edificios

Cambio de comportamiento en los arquitectos y promotores de vivienda

Administración pública, urbanistas, arquitectos, promotores. Actividad: edificación

Existente 2007-2020

Modificación y mejora de los puntos relativos a las EERR térmicas en los códigos técnicos y reglamentos sobre instalaciones térmicas en la edificación

Cambio de comportamiento en los arquitectos y promotores de vivienda

Administración pública, urbanistas, arquitectos, promotores. Actividad: edificación

Existente 2010-2012

Introducción de las EERR térmicas y los sistemas de calefacción centralizada a través de Ordenanzas Municipales

80 ktep Administración pública

Existente y en proyecto

2002-2020

Creación de un Registro de “Instalaciones Renovables Térmicas y otras Energías Renovables no sujetas al régimen especial de Energias Renovables”

Certificar y verificar la participación de las EERR térmicas en el consumo final bruto de energía y garantizar la fiabilidad de las transferencias estadísticas

Administraciones públicas

En proyecto

2011-2012

3.2. Biocombustible Los intereses de los investigadores se han redirigido hacia los biocombustibles obtenidos de la biomasa, que actualmente parecen ser la alternativa lógica para el desarrollo sostenible en el contexto de las consideraciones económicas y ambientales. Los recursos biológicos renovables están disponibles a nivel mundial en forma de biomasa agrícola residual y desechos, que pueden transformarse en biocombustibles líquidos. Sin embargo, el proceso de conversión o transformación química, es a día de hoy es muy costoso y no esta soportado por una comercialización a gran escala de los biocombustibles

107

Por lo tanto, todavía hay necesidad de mucha investigación para un proceso de conversión efectiva, económica y eficiente. El siguiente diagrama compila tanto el tipo de recurso empleado para una aplicación concreta y el tratamiento de la materia prima implícito par su uso.

3.2.1 Soluciones que se pueden aportar para solventar la problemática detectada.

Las principales problemáticas detectadas en el apartado 2.2.3 destacan los siguientes aspectos, la falta de popularidad en los usuarios y el conflicto de intereses por la explotación de las tierras, factores que parecen mantenerse en el tiempo y no llegan a superarse,

El biodiesel no satisface la demanda de consumo de energía, sin afectar seriamente la producción de alimentos, y el primero de esos efectos negativos se evidencia en la carestía de productos para el consumo humano. El conflicto es obviamente de carácter tanto económico como ético, al sopesar en la balanza, los beneficios de suministrar energía en países desarrollados o en vías de desarrollo por un lado, y por otro, la necesidad y obligación de alimentar a los habitantes de las regiones menos favorecidas del planeta. Otro efecto, en la misma línea, es que la evolución del precio de los aceites vegetales y cereales, depende del precio del petróleo, cuando quizás habría que regularlo, para que no fuera así. Los agricultores, podrían sembrar sus cultivos, conociendo el precio de venta, y evitarían riesgos innecesarios

108

Así mismo se han descrito diferentes fuentes de obtención de estos biocombustibles no solo de los cultivos de cereales

• Biomasa, por la fermentación de los azúcares contenidos en la celulosa y hemicelulosa. • Cultivos de jatropha • Cultivos de algas

El bioetanol se utiliza en vehículos como sustitutivo de la gasolina, bien como único combustible o en mezclas que, por razones de miscibilidad entre ambos productos, no deben sobrepasar el 5-10% en volumen de etanol en climas fríos y templados, pudiendo llegar a un 20% en zonas más cálidas, si bien en países como Brasil, existen especificaciones de bioetanol de hasta el 85% de concentración en gasolina, E85. El empleo del etanol como único combustible debe realizarse en motores específicamente diseñados para el biocombustible. Sin embargo, el uso de mezclas de hasta el 20%, no requiere cambios significativos en los vehículos, si bien, en estos casos el alcohol debe ser deshidratado a fin de eliminar los efectos indeseables sobre la mezcla producida por el agua, así como la corrosión de los componentes del motor. La gran ventaja del bioetanol, es que genera una combustión limpia a baja temperatura, disminuyendo las emisiones, en especial las de NOx. La gran desventaja, es que su menor potencia calorífica, se traduce en menor potencia del motor. No obstante, antes de alimentar un motor con bioetanol, es necesario comprobar el contenido en agua del etanol, controlar la dilución, chequear su compatibilidad con las juntas, con la pintura, y la protección de ciertos componentes de aluminio. Investigaciones en el ámbito de posibles mejoras están centradas en la aditivación del bioetanol con derivados oxigenados con el fin de aumentar la potencia calorífica del mismo, así mismo paralelamente al objetivo de minimizar la presencia de agua en el mismo hay investigaciones orientadas al desarrollo de recubrimientos que minimicen la corrosión de los elementos críticos.

3.2.2 Aplicaciones

De los diferentes tipos de biocarburantes y otros combustibles renovables, los dos más importantes desde el punto de vista económico son el biodiésel y el bioetanol.

La utilización de estos biocarburantes presenta grandes ventajas medioambientales, como es la reducción entre un 40% y un 80% de emisiones de dióxido de carbono con respecto a los combustibles convencionales, a lo que se suma el hecho de que no emiten dióxido de azufre (sustancia que facilita la lluvia ácida) ni partículas, favoreciendo la disminución de la concentración de partículas en suspensión emitidas, de metales pesados, de monóxido de carbono, de hidrocarburos aromáticos policíclicos y de compuestos orgánicos volátiles.

Los biocombustibles son un instrumento muy útil para cumplir las políticas de lucha contra el cambio climático y de seguridad del suministro al reducir la dependencia del petróleo importado. A los factores positivos asociados al uso de biocombustibles, a los beneficios estrictamente económicos, como pueden ser los costes de operación, la inversión y la capacidad de producción, hay que añadir otros como son el efecto invernadero, la repercusión social y el impacto de la producción de biomasa en el medio, entre otros factores.

Por todo ello, el futuro a corto plazo de los biocombustibles se presenta prometedor, siendo necesario incrementar de manera significativa la producción de éstos mediante el uso de

109

http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Biocombustibles/Biodiesel.asp

http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Biocombustibles/Bioetanol.asp

procesos innovadores, tecnologías y materias primas que sean competitivas y respetuosas con el medio ambiente.

Los biocarburantes más conocidos son:

• Bioetanol

El bioetanol es un alcohol etílico deshidratado producido a partir de la fermentación de elementos de la biomasa que sean ricos en componentes azucarados, amiláceos y, últimamente, lignocelulósicos. Entre los cultivos agrarios empleados en la producción de bioetanol se encuentran la caña de azúcar, la remolacha, el maíz, el sorgo, el trigo, la cebada, así como tallos de maíz, paja de cereal y otros residuos vegetales. El bioetanol se utiliza como sustitutivo de la gasolina, o en mezcla con ésta, en los motores de explosión (Otto), incluso en altos porcentajes de mezcla en los llamados vehículos FFV (Flexible Fuel Vehicles).

• BioETBE (Etil ter-butil éter) y BioMTBE (Metil ter-butil éter)

Son aditivos obtenidos a partir del bioetanol o biometanol y el isobutileno utilizados en la formulación de las gasolinas. Han tenido una importante expansión en la sustitución de los aditivos con plomo. Al obtenerse de la combinación de un carburante biológico y un hidrocarburo, la fracción volumétrica de bioETBE que se computa como biocarburante es del 47%, esto es, el volumen de etanol contenido en el producto final ETBE, mientras que para el BioMTBE es del 36%.

Según la publicación del PLAN DE ACCIÓN NACIONAL DE ENERGÍAS RENOVABLES DE ESPAÑA (PANER) para el periodo 2011 - 2020 estima que el consumo de Bioetanol y Bio- ETB prácticamente se doble, desde 232 ktep en 2011 hasta 400 ktep en 2020. Un salto importante en el consumo se habrá de producir en torno a 2013, con la probable desaparición de la gasolina de protección y la generalización de la especificación de la gasolina como E10. Por otro lado, se estima que la importante contribución de las importaciones de ETBE al consumo nacional de etanol que se observan en 2010 se vaya reduciendo en los años siguientes hasta desaparecer, al generalizarse la incorporación en las gasolinas de la mezcla directa de bioetanol junto con ETBE. En lo que respecta al consumo de bioetanol y bio-ETBE, las cifras aportadas muestran la expectativa de que al final del periodo 2011-2020 se encuentren en fase comercial alguno de los proyectos existentes en España de producción de bioetanol a partir de materiales lignocelulósicos o residuales. [PANER]

• Biodiésel

El biodiésel es un éster metílico que se obtiene principalmente a partir de aceites vegetales, entre ellos los aceites de colza, girasol, palma, soja, aunque también se pueden utilizar los aceites de fritura usados y las grasas animales. Los aceites extraídos de las plantas oleaginosas se transforman en biodiésel mediante un proceso denominado transesterificación. Este biocarburante se utiliza como sustituto del gasóleo en los motores de compresión (Diesel), aunque también puede ser empleado para la combustión en calderas de calefacción. Sus propiedades son parecidas a las del gasóleo de automoción en cuanto a densidad y al número de cetanos. Además su punto de inflamación es superior al del gasóleo, lo que implica una mayor seguridad en su utilización.

110

http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Biocombustibles/Bioetanol.asp

http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Biocombustibles/Biodiesel.asp

La estimación de evolución del consumo de biodisel publicada en el PANER 2011 - 2020 estima que el consumo se doble en el periodo de tiempo que corresponde al PANER, pasando de 1.471 ktep en 2011 hasta 3.100 ktep en 2020. Sin embargo, el ritmo de crecimiento no se prevé uniforme: hasta 2013 será muy reducido, y a partir de ahí se acelerará de la mano del desarrollo de especificaciones para mezclas etiquetadas, junto con el previsible éxito de la normalización del B10. En cuanto a las importaciones, que en 2010 se espera que supongan más del 60% del consumo nacional, se prevé un descenso paulatino en términos relativos durante los próximos años, hasta estabilizarse en torno al 10% del consumo total durante la segunda mitad del periodo 2011-2020. Por último, y en lo referente al consumo de biodiésel las cifras aportadas muestran la expectativa existente de que al final del periodo 2011-2020 se alcance un grado de utilización próximo a los dos tercios del potencial de aprovechamiento de aceites vegetales usados.

• Biogas

Es un combustible gaseoso producido a partir de la biomasa y/o a partir de la fracción biodegradable de los residuos a través de la fermentación anaeróbica de biomasa húmeda y que puede ser purificado hasta alcanzar una calidad similar a la del gas natural, para uso como biocarburante, o gas de madera.

• Aceite vegetal

En determinados motores, es posible la utilización de aceites vegetales en un porcentaje variable junto con diésel o biodiésel.

• Biometanol

Metanol obtenido a partir de la biomasa o residuos.

• Biodimetiléter

Dimetiléter producido, para uso como biocarburante, a partir de la biomasa (DME).

• BioHidrógeno

Consiste en la separación, mediante diversos procesos biológicos, del oxígeno e hidrógeno del agua. Actualmente, su grado de desarrollo se sitúa en fases iniciales, con rendimientos energéticos muy reducidos, siendo éste el principal reto para su utilización operativa, de forma que permita reducir la dimensión de las instalaciones.

• Biocarburantes sintéticos

Hidrocarburos sintéticos o sus mezclas, producidos a partir de la biomasa. Como el Bio-SPK Bio-Derived Synthetic Paraffinic Kerosenes (Bio-SPK) empleado como combustible de aviación. La evolución del consumo de biocarburantes entre 2011 y 2020, de acuerdo a las estimaciones realizadas para la elaboración de este Plan (PANER), recoge también una pequeña contribución de otros biocarburantes distintos al bioetanol y biodiésel, a tener en cuenta durante la segunda mitad del periodo. Entre estos, los que tienen mayores posibilidades de consolidar un desarrollo

111

http://www.ascension-publishing.com/BIZ/Bio-SPK.pdf

autónomo de cara al futuro serían el biogás para transporte (al que se atribuye la evolución contenida en el cuadro 12), el HVO y el Bio-SPK para el mercado de la aviación, todos ellos en una fase de desarrollo muy preliminar en la actualidad

3.2.3 Mercado potencial.

La tecnología termosolar (concentrated solar power CSP) se presenta como una nueva opción para la obtención se de biocombustibles de segunda generación, las altas temperaturas que se generan en estas plantas pueden usarse para transformar biomasa en combustibles hidrocarburos y productos químicos, evitando así la dependencia de cultivos de los biocombustibles de primera generación.

La tecnología solar de biocombustibles podría potencialmente ofrecer ventajas adicionales a operadores en energía solar mediante la producción tanto de combustible como de electricidad; y a fabricantes de equipamiento mediante la oportunidad de contar con mercados adicionales.

La compañía Wizard Power con sede en Camberra trabaja en la comercialización de varios sistemas solares de biocombustibles desarrollados por investigadores de la Universidad Nacional Australiana (ANU).

El sistema denominado ‘Big Dish’ puede generar temperaturas máximas superiores a los 2000°C, con un rango típico de operación de 400-1400°C.

Esta flexibilidad significa que esta tecnología puede generar vapor (comparable al generado por las turbinas de vapor más eficientes), para alimentar procesos termo-químicos que resultan en la conversión y almacenamiento de energía solar en forma química. Estos sistemas presentan varias aplicaciones: transformar radiación solar en energía eléctrica; gasificar carbón o biomasa para producir hidrógeno y combustibles líquidos como el metanol y el gasóleo diesel; y proporcionar calor industrial para diferentes usos tales como, procesado de minerales, calentamiento de agua a gran escala, sistemas de calefacción y procesos de desalinización de agua.

En colaboración con biólogos de dicha Universidad, el equipo de investigación solar está estudiando el modo de transformar algas en biocombustibles. Para extraer un combustible útil, una mezcla filtrada de algas es bombeada en el foco de un concentrador solar térmico a alta presión y una temperatura de alrededor de 700°C. El combustible derivado de algas es particularmente prometedor debido a su gran velocidad de crecimiento, su alto componente energético y su habilidad para funcionar en ambientes difíciles. Además de para degradar algas, esta tecnología se puede utilizar con combustibles fósiles convencionales.

La tecnología CSP para la transformación de carbón en Syngas (nombre que recibe una mezcla que contiene cantidades variables de monóxido de carbono e hidrógeno), podría proporcionar combustibles con bajas emisiones de dióxido de carbono que serían ideales para la transición de la economía global hacia formas limpias de energía. De modo que una planta con este tipo de tecnología podría producir, en teoría, tanto combustible como electricidad.

A modo de ejemplo El reactor ‘SurroundSun’ de Sundrop es lo que la compañía denomina un “gasificador solar térmico de biomasa registrado” montado en una torre solar. Un campo solar de concentración debajo de la torre genera temperaturas de hasta 1300°C que degradan la

112

sustancia en la planta a nivel molecular, añadiendo el calor solar a una reacción termo-química para crear un gas sintético (Syngas) que puede ser convertido en gasolina o gasóleo.

La gasificación de material orgánico para obtener Syngas es un proceso conocido, pero los gasificadores tradicionales queman una cantidad mayor de biomasa, o combustibles fósiles como el gas, para poder alcanzar las altas temperaturas que se requieren. La tecnología desarrollada por Sundrop sólo necesita usar energía solar concentrada para gasificar biomasa y mediante esto consigue además almacenar la energía solar en forma de combustibles líquidos. Dos terceras partes de la electricidad generada provienen de la biomasa y la tercera parte restante del sol. Como consecuencia, un campo solar Sundrop ocuparía tan solo una tercera parte del espacio de una planta CSP convencional. Las altas temperaturas permiten diferentes niveles de eficiencia. Por lo que se puede procesar cualquier biomasa no alimentaria como materia prima, además, toda la biomasa usada se convierte virtualmente en Syngas que es transformado en combustible líquido usando el proceso comercial de metanol a gasolina (MTG). Y otra ventaja es que l combustible puede ser distribuido en el mercado usando infraestructura ya existente.

3.2.4 Legislación

Los biocombustibles han recibido una gran atención ya se presentan como una opción renovable y respetuosa para ayudar a satisfacer la demanda energética actual. La política de mercado tendrá que prestar atención a las implicaciones para la transición economía de biocombustibles. La generación de biocombustibles depende de la disponibilidad de las necesidades de producción lo cual podría convertirse en una cuestión política, como son a día de hoy petróleo y el gas natural. En la actualidad son los países ricos los que tienen una mayor experiencia en la producción y uso de los biocombustibles gracias a la participación activa en la investigación para su producción y en, especialmente a través de programas de colaboración internacionales, pero el hándicap sigo siendo en general tecnologías competitivas. Las organizaciones internacionales tienen un papel importante para involucrar a los países (desarrollados y en vías de desarrollo) en la creación de una política basada en el mercado sobre biocombustibles y otros sistemas de energía limpia. El concepto de desarrollo sostenible encarna la idea de la interdependencia y el equilibrio entre las preocupaciones económicas, sociales y ambientales. Las políticas actuales de la Unión Europea (UE) sobre combustibles alternativos para motores se centran en la promoción de los biocombustibles [ref: Applied Energy 88 (2011) 17–28 “Competitive liquid biofuels from biomass” Ayhan Demirbas ] Para fortalecer el uso de los biocombustibles IDEA plantean medidas específicas en los sectores de la biomasa, el biogás y los residuos, para aplicar en España: - Modificación normativa para el transporte de productos relacionados con la biomasa, destinada al grupo de actividad de empresas logísticas y empresas consumidoras. - Desarrollo normativo de planes plurianuales de aprovechamientos forestales o agrícolas con uso energético de productos, subproductos o restos y fomento de las repoblaciones forestales energético, dirigido principalmente a la administración pública, propietarios forestales y agricultores.

113

- Fomento del desvío de los vertederos de la fracción combustible mediante su separación orientado a Administración pública, empresas gestoras de residuos, empresas potenciales consumidoras -Creación de un registro de Combustibles Sólidos Recuperados (CSR) e implantación de un sistema AENOR de aseguramiento de la calidad en los procesos de producción de CSR, dirigido a Administración pública, empresas gestoras de residuos, empresas potenciales consumidoras - Fomento de la aplicación agrícola de los digestatos procedentes de procesos de digestión anaerobia con el fin de Normalizar el uso de los digestatos como abonos o enmiendas orgánicas y dirigidas a Administración pública, sector ganadero y agroindustrial - Impulso a la regulación y normalización de los combustibles de biomasa donde AENOR tiene un papel relevante -Ayuda finanaciera; estableciendo un tipo impositivo especial para biocarburante, La Ley de Impuestos Especiales establece que con efectos hasta el día 31 de diciembre de 2012 se aplicará a los biocarburantes un tipo especial de cero euros por 1.000 litros en el impuesto de hidrocarburos. El tipo especial se aplicará exclusivamente sobre el volumen de biocarburante aun cuando éste se utilice mezclado con otros productos. -Exención fiscal para proyectos piloto de biocarburantes La Ley de Impuestos Especiales establece que quedan exentas del impuesto especial de hidrocarburos la fabricación o importación de biocarburantes que se destinen a su uso como carburantes, directamente o mezclados con carburantes convencionales, en el campo de los proyectos piloto para el desarrollo tecnológico de productos menos contaminantes.

114

3.3 Biogás. (Gas)

3.1.1 Soluciones que se pueden aportar para solventar la problemática detectada.

Biogas. Problemática detectada.

La tecnología de digestión anaerobia es una tecnología madura, para la cual no se esperan grandes cambios. No obstante, hay margen de desarrollo para las tecnologías de pretratamiento y de valorización de los digestatos y, sobre todo, para las tecnologías de valorización del biogás generado. En este sentido, la inyección de biogás purificado en las redes de gas o el uso en vehículos son opciones que presentan un gran potencial de desarrollo. Es por ello que, la promoción de plantas de cogeneración con biogás y/o su inyección en red podrían ayudar a generalizar el uso de este tipo de biocombustible. En España, las líneas de innovación tecnológica para el aprovechamiento energético del biogás contemplan las siguientes acciones:

- Mejora de eficiencia en los procesos de producción de biogás. - Desarrollo de sistemas de codigestión de los residuos biodegradables. - Optimización y mejora de los procesos de depuración y purificación del biogás. - Desarrollo de sistemas para inyección del biogás en la red de gas natural. - Avances tecnológicos para el aprovechamiento energético del biogás producido por

digestión anaeróbica. - Mejoras técnicas en el ámbito del rendimiento de los motores.

Además, todavía se requiere un avance tecnológico en los sistemas de purificación de biogás para requerimientos de calidad más rigurosos, sobre todo en lo que se refiere a su inyección a la red de gas natural. Dentro de las tecnologías que actualmente se están estudiando para lograr una mayor eficiencia de separación a menor coste se encuentran las membranas poliméricas y su combinación con sistemas de PSA (pressure swing adsorption).

A nivel normativo, los principales retos a cumplir en este sector son la consideración de todos los digestatos como productos fertilizantes y el reconocimiento económico de las emisiones de gases de efecto invernadero evitadas por la digestión anaerobia de deyecciones ganaderas. Por último, los obstáculos para el uso generalizado de vehículos propulsados por biogás son:

- la ausencia de una infraestructura de transporte y almacenamiento del gas natural/biogás,

- el coste de producción, - la pérdida de espacio de carga, - el mayor tiempo de llenado de combustible - la menor autonomía de conducción.

- Soluciones para solventar la problemática detectada

o Actuaciones relativas a la introducción del biogás en las redes de transporte de gas natural. Es necesario avanzar en medidas de carácter normativo que permitan la inyección de biometano en las redes de gas, salvaguardando la seguridad del sistema y al mismo tiempo garantizando el acceso no discriminatorio a la red de un gas de origen renovable. Los actuales costes de depuración e inyección, así como el estado aún poco desarrollado del sector del biogás agroindustrial y de la normativa necesaria para facilitar la inyección a red, hacen pensar que la implantación de esta aplicación del

115

biogás sea lenta, reduciéndose a proyectos aislados durante los primeros años del periodo 2011-2020 y aumentando su uso a partir del año 2014

o Subvención a instalaciones de biogás agroindustrial que reconozcan las emisiones gases

de efecto invernadero evitadas

o Sistema de ayudas o retribución a las empresas agrícolas que aprovechen energéticamente los residuos que producen.

o Apoyo a empresas que realicen proyectos energéticos de hibridación entre fuentes de

energías renovables (biogás + solar, biogás + eólica). o Construcción de redes locales para facilitar la inyección de biogás a la red de gas

natural. o Concienciación social

116

Gas de síntesis. Problemática detectada.

Aunque se pueden encontrar en bibliografía numerosos proyectos de investigación sobre gasificación de biomasa, las actividades empresariales con éxito son escasas. Esto puede ser debido a distintas causas:

d. En principio, las tecnologías de gasificación de biomasa no son de aplicación universal ya que cada aplicación se adapta al caso concreto de la biomasa a tratar. Por este motivo es menos atractiva que la combustión, tecnología más conocida y dominada, ya que una empresa busca rentabilizar lo más rápido posible la inversión hecha en investigación.

e. En la actualidad, la utilización más rentable de la biomasa por gasificación es la generación de electricidad. Esta transformación puede realizarse, como ya se ha visto, bien a través de su combustión en turbinas o bien en motores de combustión interna. Pero estos equipos no están totalmente adaptados al gas de síntesis obtenido. Las turbinas de gas se han desarrollado para grandes potencias por lo cual, no existen equipos adaptados para bajas potencias y para gases con bajo poder calorífico. Además, estos equipos demandan especificaciones muy estrictas en cuanto a la calidad y pureza del gas producto de la gasificación se refiere. Sin embargo, los motores de combustión interna sí están disponibles para bajas potencias, pero apenas existen experiencias de larga utilización con gases de bajo poder calorífico. Esto supone que los fabricantes de estos equipos establezcan elevados precios de mantenimiento.

f. Aún aparecen, en los proyectos estudiados, varias complicaciones técnicas debidas, fundamentalmente, a la alimentación de la biomasa y a la limpieza del gas de síntesis, siendo la eliminación de alquitranes uno de los puntos más importantes dentro de la tecnología de gasificación.

- Soluciones para solventar la problemática detectada

La principal solución a la problemática detectada sería la incentivación de la tecnología de gasificación y al avance en I+D para solventar los problemas que presenta actualmente. Asimismo, la concienciación social podría evitar el “miedo” que se tiene a este tipo de tecnologías.

- sistemas de tratamiento y control del gas generado hasta la calidad requerida - nuevos motores alimentados con gas pobre procedente de biomasa para la generación

eléctrica

3.3.2 Aplicaciones En España la producción total de biogás de 329,9 ktep, de los cuales el 79% procede de biogás de vertedero, 15% de depuradoras y el 6% de digestores. Estos datos demuestran que hasta el momento, en España no se ha producido un crecimiento de biogás de digestión equivalente al de los principales países miembros. A pesar de lo dicho anteriormente, España ocupa el cuarto puesto en cuanto a la producción de biogás se refiere dentro de la Unión Europea, gracias a su elevada producción de biogás obtenido a partir de vertedero. En la siguiente figura, se muestra el “top ten”, de países productores de biogás en Europa.

117

Figura: principales productores de Biogás en Europa

El PANER indica que en una primera fase la generación de biogás se debería de orientar hacia la producción eléctrica que se verterá a la red, apoyada mediante el correspondiente sistema de primas. Una vez que el sector adquiera cierto volumen, y dado que el uso térmico del mismo mediante la infraestructura de gas puede tener un elevado interés estratégico, se planteará introducir un marco de apoyo adecuado para avanzar en la inyección de biogás a la red de gas natural. En España existen una gran cantidad y diversidad de residuos orgánicos biodegradables que son susceptibles de ser empleados para la producción de biogás (Tabla). Cabe recordar que la disposición en vertedero de todos estos residuos es cada día más problemática y costosa debido a la normativa europea (Directiva Europea 99/31/CE) que limita la entrada de materiales orgánicos. Por ello, la producción de biogás constituye una alternativa de valorización sostenible.

Desde un punto de vista tecnológico, los avances logrados en los últimos años en el desarrollo de técnicas de co-digestión anaerobia, han proporcionado mejoras significativas en la viabilidad de las plantas de biogás agroindustrial respecto a antiguos planteamientos mono-sustrato. Por otro lado, otra razón más para apostar por el futuro del biogás son las políticas emergentes para reducir las emisiones de los gases de efecto invernadero. El biogás de origen agroindustrial no

118

solo es efectivo en reducción de GEI por su carácter de energía renovable sino también por su potencial para reducir las emisiones de metano producidas por algunos residuos (principalmente purines). A continuación, y según los datos ofrecidos por el IDAE, se hace un resumen del potencial actual para la generación de biogás en España, en función del sustrato utilizado. Tabla. Resumen de resultados potencial total, accesible y disponible (ktep/año)

Con independencia de su origen, el contenido en metano del biogás posibilita su uso como fuente de energía para diversas aplicaciones. Las distintas posibilidades de utilización del biogás para usos energéticos se basan en la producción de calor mediante calderas, siendo la opción más sencilla y económica, electricidad y/o calor con turbinas de gas o motores de cogeneración, inyección a la red de gas natural y la utilización como combustible en automóviles.

Para el uso del biogás en turbinas o motores es necesario que el biogás sea sometido a un proceso de filtrado de mecánico para la eliminación de partículas y en ocasiones a un proceso de limpieza, por ejemplo mediante filtros de carbón activo o biofiltros, para eliminar gases nocivos (como ácido sulfhídrico, amoníaco o siloxanos) y a un enfriamiento para condensar la humedad. El biogás se quema en la cámara de combustión de la turbina o el motor junto con un exceso de aire, produciendo una combustión completa. Acoplando un alternador al motor o la turbina se genera electricidad. Durante el proceso de combustión se desprende una gran cantidad de energía calorífica, los gases residuales salen a una temperatura entre 450ºC y 500ºC, de forma

119

que con los dispositivos de intercambio adecuados se puede aprovechar el calor que se disipa para utilizarlo en otros procesos, esto es, vapor de baja presión hasta 15 bar o agua caliente hasta 100ºC. El rendimiento eléctrico de una instalación de biogás oscila entre el 25 y el 33% con turbina y entre el 35 y el 38% con motor de cogeneración y el rendimiento global que puede alcanzarse (aprovechando los gases de escape) es del orden del 85% para las turbinas y del 80% para los motores. Se trata de unas tecnologías conocidas y de las cuales se encuentran en el mercado distintos suministradores. Como puntos críticos, estas tecnologías necesitan un PCI estable para el biogás, un índice de metano superior al 40% y requieren una producción de biogás elevada para conseguir una rentabilidad económica aceptable.

La inyección del biogás en la red de gas natural es otra posibilidad para valorizarlo. Para ello es preciso, además de un filtrado mecánico para eliminar partículas y una eliminación de los gases corrosivos y de la humedad, la concentración del biogás, es decir, la eliminación del CO2 que contiene, con el objetivo de aumentarle significativamente el contenido de metano, hasta un 97-98%. El rendimiento energético en este caso dependerá del uso final que se haga de este biogás depurado, descontando el consumo energético en la compresión del mismo. El principal aspecto favorable de esta tecnología es que permite una gran variedad de usos, los mismos que tiene el gas natural. Aunque como puntos críticos cabe mencionar la necesidad de una depuración del biogás muy estricta y la necesidad de comprimirlo hasta la presión de distribución (con su consumo energético asociado), elevando los costes de inversión y explotación. Actualmente en España no existe normativa de referencia para esta aplicación y por lo tanto su aplicación depende de acuerdos con las compañías distribuidoras de gas natural.

La utilización del biogás como combustible para transporte urbano puede plantearse como lo sustitución del gas natural comprimido (GNC) o gas natural licuado (GNL). Esta opción consiste en la obtención de un combustible rico en metano y de características muy similares a las del GNC, depurando y concentrando el biogás hasta conseguir una concentración del 96- 98% en metano. El rendimiento energético de esta posibilidad es el equivalente al rendimiento en el uso del GNC o GNL en transporte, menos el consumo energético en la compresión del gas. Las principales ventajas de su aplicación son el elevado coste del gasoil, con quien tiene que competir, la combustión más completa que con combustibles líquidos, la reducción de las emisiones del O3 troposférico, de CO y el menor ruido. Los puntos críticos son similares a la inyección a la red, en cuanto a la depuración y compresión del biogás, además de la falta de disponer de una red de suministración.

Ejemplos de plantas de producción de biogás agroindustrial en España y el

extranjero En la actualidad, el mayor número de plantas de biogás a partir de residuos agroindustriales se encuentra en Alemania, donde ya existen más de 4.000 instalaciones. En este país han proliferado en los últimos 6-7 años todo tipo de plantas pero en especial aquellas en las que se realiza co-digestión de residuos ganaderos y cultivos energéticos (principalmente maíz y silo-maíz). En Dinamarca se construyeron, antes incluso que en Alemania, un gran número de instalaciones bajo el modelo de planta centralizada. Otros países que marcan el camino a seguir son Suecia, Austria o el Reino Unido. En nuestro país, el número se reduce a unas pocas unidades pero con el nuevo nivel tarifario y las condiciones coyunturales mencionadas anteriormente es previsible un rápido crecimiento. La siguiente Tabla muestra ejemplos de plantas en distintos países y de diversos tamaños, así como los residuos tratados en cada una de ellas, número y capacidad de los digestores, potencia instalada y modelo de planta (individual o centralizada).

120

A continuación, se presenta un ejemplo de planta de digestión anaerobia construida por ECOBIOGAS en el cual se puede apreciar tanto la cantidad consumida como la energía generada, tanto térmica como eléctrica.

121

Para finalizar, se ofrece un listado de algunos instaladores de plantas de biogás llave en mano que operan en España.

- Ros Roca, Envirotec - Biogas Weser EMS GMBH & Co Kg. - Dorset Green Machines BV. - Envitec Biogás Ibérica S.L. - Ingeteam - Inper S.L. - Okotec 2008 S.L. - Bentec Bioenergies S.L. - PRO2 Anlagentechnik GmbH - SPD Biogas - Biogas Nord - Ecobiogas - Enermapy

Aplicaciones térmicas del biogás

Las aplicaciones térmicas de la energía generada con el biogás, se pueden distinguir entre aplicaciones domésticas o industriales. Las domésticas consisten en la generación de agua caliente sanitaria y/o climatización (calefacción en invierno y refrigeración en verano) en viviendas unifamiliares o por district heatings (redes de calefacción centralizadas: urbanizaciones, viviendas, edificios públicos, etc). La opción de transformar la energía térmica en refrigeración mediante máquinas de absorción resulta muy interesante, ya que en los últimos años, el incremento de máquinas de aire acondicionado de compresión mecánica y su concentración en ciertas franjas horarias ha implicado problemas de capacidad y regulación del sistema eléctrico, de forma que los sistemas que utilizan fuentes de energía renovables y se basan en el consumo de energía térmica en lugar de eléctrica para su funcionamiento, como el método de absorción, mejoran la eficiencia energética y ofrecen ventajas medioambientales. A

122

modo de ejemplo, una planta de codigestión anaerobia con una potencia eléctrica de 500kW y térmica de 539kW con un motor de cogeneración, que trate unas 30.000 toneladas/año entre deyecciones ganaderas y una parte de cosubstratos, puede vender a la red, con el precio correspondiente, la electricidad que genere, menos sus autoconsumos y puede abastecer de agua caliente sanitaria y calefacción a una población de unas 325 viviendas con unos 800 habitantes. Nada despreciable, pues, este potencial energético.

Las aplicaciones industriales del aprovechamiento térmico pasan por la calefacción del mismo proceso de digestión anaerobia (energía que no se consideraría como calor útil a efectos de retribución), la calefacción de explotaciones ganaderas, el secado de un proceso industrial a la refrigeración por absorción.

Existen causas que limitan la viabilidad de la cogeneración por dificultades en valorizar el calor excedente, como son el clima benigno de España, en comparación con países del centro y norte de Europa y la inexistencia generalizada de redes de distribución de calor. En zonas o proyectos en que la valorización no sea posible, la viabilidad puede estar muy condicionada por las tarifas de venta de la electricidad.

3.3.3 Mercado potencial. El biogás puede suponer una contribución importante para la alimentación energética segura y económica. La biomasa no aprovechada hasta el momento (desechos) y los residuos utilizados como materia prima ofrecen claramente un gran potencial. En este momento se eliminan grandes cantidades de residuos y materias primas apropiadas sin aprovechar. Gracias a la posibilidad de procesamiento de biogás a biometano, con calidad de gas natural, surgen perspectivas totalmente nuevas del uso de biogás en la red de gas natural y en el sector del transporte. En la siguiente figura se pueden apreciar los diferentes pasos para la producción de electricidad a partir de biogás. Aunque esta tecnología ya está madura, es necesario hacer hincapié en su mejora de cara a aumentar la eficiencia energética del producto, para lo cual se llevan a cabo numerosos desarrollos en ingeniería de procesos, reactores y co-digestión entre productos.

123

Además, el mercado de biogás permitirá ofrecer nuevas oportunidades de negocio en zonas rurales, gracias a su uso en

o Inyección a red

o Combustible en vehículos

o Pilas de combustible

o Hibridación con otras tecnologías basadas en energías renovables, como la solar termoeléctrica o eólica.

Además de éstas, dentro del marco del Proyecto Singular Estratégico PROBIOGÁS, se han identificado otras, como:

o Nuevas técnicas de co-digestión anaerobia

o Nuevas aplicaciones del biogás, como la producción de gas de síntesis para la obtención de biocombustibles

Todas estas líneas de investigación indicadas redundan en un potencial de desarrollo en el sector de los fabricantes de Bienes de Equipo, ya que para su óptima realización será necesario:

o Equipos de tratamiento, adecuación, detección y control de la calidad de gas para su posterior inyección a red

o Equipos de aprovechamiento eficiente del biogás

o Red de suministro de biogás a la red de gas natural

124

o Adecuación de los motores existentes en vehículos para que puedan ser abastecidos con biogás

o Red de “biogasolineras” donde se pueda suministrar biogás a los vehículos

o Suministro de pilas de combustible que puedan ser alimentados con biogás de forma eficaz

o Equipos y sistemas de control que permitan la hibridación entre energías renovables

o Tecnología, equipos y/o reactores, sistemas de control, sistemas de pretratamiento y adecuación que permitan la codigestión de restos biomásicos

Mercado potencial Gas de síntesis Todas las líneas de investigación indicadas redundan en un potencial de desarrollo en el sector de los fabricantes de Bienes de Equipo, ya que para su óptima realización será necesario:

- Equipos de gasificación y periféricos para la obtención de gas de síntesis - nuevos equipos de gasificación que permitan utilizar multicombustibles para la

generación eléctrica y/o térmica de forma eficaz - sistemas de pretratamiento de la biomasa eficaces - sistemas de control adaptados al nuevo proceso

3.3.4 Legislación En Alemania, se ha demostrado que el marco legal conseguido con la Ley en Energías Renovables (EEG) es el motor de crecimiento efectivo del nuevo sector del biogás. La ley EEG asegura la prioridad de la electricidad procedente de energías renovables durante la alimentación de redes públicas y la retribución monetaria de la electricidad generada con tarifas fijas durante un período superior a 20 años. Según el PANER, la modificación de la legislación de impuestos especiales que permita el uso de biogás como carburante en vehículos de transporte en condiciones similares al bioetanol y el biodiesel podría fortalecer la entrada del biogás en el mercado energético. Asimismo, la Directiva 2009/28/CE, en su artículo 16, apartados 7, 9 y 10, el acceso a las redes de transporte de gas para el biogás está garantizado en España, existiendo normativa y peajes de acceso regulados por la Administración (Real Decreto 949/2001 por el que se regula el acceso de terceros a las instalaciones gasistas y se establece un sistema económico integrado del sector de gas natural). Actualmente, se está trabajando para definir los parámetros de calidad que ha de cumplir el gas procedente de fuentes renovables para ser admitido en la red de gas. En concreto, el Protocolo de detalle PD-01, que establece la calidad del gas natural que se puede inyectar en la red, está siendo revisado para incluir en un futuro próximo los requisitos de calidad necesarios para gases procedentes de fuentes renovables. La revisión de este PD-01 será publicada por el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio en el Boletín Oficial del Estado en fechas próximas.

125

4. . Bibliografía

− Asociación Española del Biogás AEBIG. http://www.aebig.org/ − Biofuels and the Greater Mekong Subregion: Assessing the impact on prices, production

and trade, APPLIED ENERGY,2009,86 (Suppl. 1):S37-S46 − Borrador del Plan de Energías Renovables 2011-2020. Ministerio de Industria, Turismo y

Comercio 2011. − Competitive liquid biofuels from biomass. Applied energy, 2011, 88: 17–28 − Cuesta Santianes, Mª José, et al. Informe de Vigilancia Tecnológica 17. Situación actual

de la producción de biogás y de su aprovechamiento. Mi+d. 2010. − Development of biofuels for the UK automotive market. Applied energy 2008, 85:506–

515 − Eurobserver (Observatorio de Energías Renovables) http://www.eurobserv-er.org/ − European Pellet Council (EPC). www.pelletcouncil.eu (consultada octubre 2011) − FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y Agricultura):

http://www.fao.org − Fernando Sebatian-Nogués, Daniel García-Galindo y Adeline Rezeau (coordinadores).

Energía de la Biomasa (volumen I). Zaragoza: Prensas Universitarias de Zaragoza, 2010. − Gámez Valenzuela, Juan Sebastián. El el régimen especial y la tarifa eléctrica.Balance,

situación y perspectivas.Cogeneración, biomasa y residuos. Romero Zamora, Juan José ( IDAE – Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía) 2008

− Garcia, Vilma. Los biocombustibles y la perspectiva de su futuro. 25-09-2010. En: http://etecnologia.com/medio-ambiente/biocombustibles

− Global Biofuels Center: http://www.globalbiofuelscenter.com/ − Handbook for the certification of wood pellets for heating purposes. Based on EN14961-

2. European Pellet Council. 03/05/2011. − IDAE (Instituto para la Diversificación y ahorro de la Energía). Energía de la Biomasa.

Madrid, 2007. − IDAE (Instituto para la Diversificación y ahorro de la Energía). Biomasa: Edificios.

Madrid, 2007. − IDAE (Instituto para la Diversificación y ahorro de la Energía). Guía técnica de

instalaciones de biomasa térmica en edificios. Madrid, 2009. − Ministerio de Industria, Turismo y Comercio Plan de Energías Renovables 2011-2020.

Borrador 26 Julio 2011 (VOL I y VOL II). (consultada octubre 2011). − Informe Biocombustibles 2010. Torres y Carrera consultores de comunicación. − Informe de Vigilancia Tecnologíca: biocarburantes líquidos: biodiésel y bioetanol. mi+d. − Informe sectorial 2010. Infinita Renovables. − Jan Kai Dobelman, Michiel Tijmensen, Frank Schillig, Richard van den Broek, Sara

Robles Fernández. Instalaciones de biomasa. Manual para uso de instaladores, Fabricantes, Proyectistas e Ingenieros, Instituciones de Enseñanza y de Investigación. Sevilla: SODEAN (Sociedad para el Desarrollo Energético de Anadalucía), 2004.

− Jesús Fernández, Jesus. Energía de la biomasa. Energías Renovables -Iberdrola. − Juan Jesús Ramos. Aprovechamiento de subproductos del olivar para la generación de

empleo. Generación de empleo a través de la producción de energía con biomasa.

126

http://www.aebig.org/

http://www.eurobserv-er.org/

http://www.pelletcouncil.eu/

http://www.fao.org/

http://www.upv.es/pls/obib/sic_opac.ConsultaFicha?p_indice=EDI&p_listaPK=6417&p_bus=S&p_tipodoc=BDFIJKLMNOPRSTVX&p_catalogador=N&p_pol=

http://etecnologia.com/medio-ambiente/biocombustibles

http://www.globalbiofuelscenter.com/

127

Asociación Española de Valorización Energética de la Biomasa (AVEBIOM). Puente Génave, 5 julio 2011.

− Knoef, H. Handbook biomass Gasification.. BTG Biomass Technology Group. 2004 − Kreith, F, Goswam D. Y. Handbook of energy efficiency and renewable energy. Ed.:

CRC Press, 2007. ISBN: 978-0-8493-1730-9 − Plataforma Tecnológica Española de la biomasa – Bioplat. http://www.bioplat.org/ − Plataforma Tecnológica Española de la Biomasa. Documento de Visión. Bioplat 2007 − Proyecto PROBIOGAS. Estudio de viabilidad de sistemas de purificación y

aprovechamiento de biogás. PSE PS-120000-2007-6 − Situación actual de la biomasa. Congreso nacional de Medioambiente. CONAMA 2010. − Slide Share: Biodiésel 2011-3º2º/ Jimena Albornoz; Daniela Casanova (22/06/2011)

http://www.slideshare.net/profeguerrini/biodiésel-201132 − Sustainability of biofuels in Latin America: Risks and opportunities energy policy, 2011,

39: 5717–5725 − Wiesenthal, T., Leduc, G., Christidis, P., Schade, B., Pelkmans, L., Govaerts, L., &

Georgopoulos, P. (2009). Biofuel support policies in Europe: Lessons learnt for the long way ahead. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, 789-800.

http://www.bioplat.org/

http://www.slideshare.net/profeguerrini/biodiesel-201132

Informe Biomasa. Oportunidades para el sector de … · 1. Introducción: Biomasa . La biomasa...

Documents

Transcript of Informe Biomasa. Oportunidades para el sector de … · 1. Introducción: Biomasa . La biomasa...