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Procesos de conversión de la biomasa

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Para que la biomasa sea usada con fines energéticos, primero debe de ser convertida en una forma más práctica para su transportación y utilización. Algunos ejemplos de la forma final de la energía de biomasa son el carbón vegetal, briquetas, gas metano, etanol y electricidad.

El término biomasa abarca una gran variedad de materiales y procesos. Las diferentes tecnologías de conversión de biomasa abarcan desde los procesos más simples y tradicionales hasta métodos complejos y de alta eficiencia; pueden ser muy dañinos al medio ambiente o bastante benéficos. Las tecnologías de conversión de biomasa se dividen en tres procesos: combustión directa, termo-químico y bioquímico.

1. Procesos de combustión directa

Incluye los procesos para extraer la energía de la biomasa más comunes y antiguos de todos; se utiliza cuando la biomasa ya existe en una forma que se puede utilizar sin mayor manipulación. Un ejemplo es la leña; ésta no requiere de ningún proceso intermediario para poderse utilizar para cocinar o calentar el hogar.

El proceso de combustión directa industrial produce calor y vapor de agua; el calor se aprovecha para procesar alimentos o secar productos agrícolas, y el vapor de agua se utiliza para la producción de electricidad y otros procesos industriales. La tecnología utilizada para la combustión directa incluye sistemas simples como hornos, estufas y calderas, tanto como sistemas avanzados como la combustión de lecho fluidizado (es una tecnología de combustión usada en centrales eléctricas).

Si el proceso de combustión directa tiene mala operación, diseño inadecuado o condiciones no controladas, se reduce bastante la eficiencia, potencialmente causando contaminación en el medio ambiente y daños a la salud de los usuarios. Por ejemplo el secado de la biomasa antes de que sea utilizada reduce la energía perdida por la evaporación del agua y para procesos industriales, el mantener el fuego con cargas de leña continuas resulta en una combustión más completa sin que se desperdicie leña, los hornos se pueden mejorar regulando una entrada de aire óptima para lograr una combustión completa además de no tener perdida de calor.

Un ejemplo de combustión directa utilizada industrialmente para la conversión de biomasa es la densificación. Un producto elaborado por medio de la densificación son las briquetas. Las briquetas son un combustible sólido de residuos orgánicos compactado a gran presión y a temperaturas muy elevadas para su secado. Este proceso facilita el almacenamiento y transporte de la biomasa, ya que ocupa mucho menos espacio después de ser densificado.

2. Procesos termo-químicos

El proceso termo-químico es él que se utiliza para la producción del carbón. La biomasa se quema bajo condiciones controladas, provocando que se rompa su estructura química en compuestos gaseosos, líquidos y/o sólidos. El producto final es más concentrado y puede tener forma de gas, líquido o sólido. El proceso termo-químico básico se llama pirólisis o carbonización e incluye:

  • Producción de carbón vegetal: Es el proceso más común de la conversión termo-química de temperatura media. La combustión es incompleta en este proceso debido a la restricción de aire al quemar la biomasa, creando un residuo sólido que se conoce como carbón vegetal. El carbón tiene mayor densidad energética que la leña original, no crea humo y es superior a la leña para uso doméstico. Normalmente el carbón se deriva de la madera pero también puede ser extraída de la cascara de coco y algunos residuos agrícolas. Los sistemas empleados para producir carbón vegetal son:

    • Horno de tierra: Es el más antiguo y la más empleada en la actualidad, el horno de tierra es una excavación en el suelo donde se coloca la biomasa para que posteriormente se tape con tierra y vegetación para poder prevenir la combustión completa.
    • Mampostería: Son construidos de tierra, arcilla y ladrillo, básicamente tienen el mismo funcionamiento que el de los hornos de tierra.
    • Retortas: Son los hornos más modernos hoy en día y son fabricados de acero, son más complejos para operar y de mejor diseño que los anteriores, esto incrementa considerablemente los costos de inversión en comparación con los más antiguos. A diferencia de los tradicionales son mucho más eficientes, tienen una capacidad de producción mayor y el producto final es de mayor calidad.

  • Gasificación: Tipo de pirólisis donde es necesario que entre mayor cantidad de oxígeno a temperaturas más altas con el propósito de optimizar la producción del “gas pobre”, formado por la mezcla de monóxido de carbono, hidrógeno y metano, utilizando cantidades menores de dióxido de carbono y nitrógeno. Este sirve para producir calor y electricidad y también se aplica a los motores de diesel. La composición de la biomasa utilizada influye en el valor calorífico del gas.

    Existen diferentes tecnologías de gasificación y ellos dependen del tipo de biomasa utilizada (madera, cascarilla de arroz o cascara de coco) y del tamaño del sistema. La gasificación tiene algunas ventajas con respecto a la biomasa utilizada.

    • El gas obtenido es muy versátil y también se puede utilizar con el mismo fin del gas natural.
    • Al quemarse produce calor y vapor y sirve para sustentar motores de combustión interna y turbinas de gas para generar electricidad.
    • Cuando se tiene la experiencia necesaria para su manejo y se cumple con el largo período de ajustes para tener el sistema en su máxima optimización se puede generar combustibles relativamente libre de impurezas y con menores problemas de contaminación al quemarse.

3. Procesos bio-químicos

En estos procesos se utilizan las características bio-químicas de la biomasa y la acción metabólica de organismos microbiales para la producción de combustibles líquidos y gaseosos. Los más importantes son:

  • Digestión anaeróbica: Es la digestión de la biomasa húmeda por medio de bacterias en un ambiente anaeróbico (sin oxígeno), la cual genera un combustible gaseoso llamado biogás. El procedimiento consiste en colocar biomasa (comúnmente estiércol) en un contenedor totalmente cerrado conocido como biodigestor. El estiércol se fermenta varios días dependiendo de la temperatura ambiente, para dar como resultado una mezcla de metano y dióxido de carbono. Los restos de la biomasa del biodigestor no energéticos (residuos sólidos) son usados como fertilizante orgánico para plantas.
  • Combustibles alcohólicos: Los combustibles elaborados de alcohol son el etanol y se obtienen por medio de la fermentación de azúcares. El metanol es otro gas elaborado por la destilación destructiva de madera.
  • Biodiesel: Se elabora mediante ácidos grasos y ésteres alcalinos (formado por agua mediante la relación de un ácido y un alcohol) obtenidos de aceites vegetales, grasas animales y grasas recicladas. Por medio de un proceso llamado transesterificación, los aceites orgánicos son combinados con alcohol (etanol o metanol) y son alterados químicamente para formar ésteres grasos, ya sea el etilo o metilo. Al obtener estas combinaciones pueden ser combinados con diesel o también ser usados sin mezclar como combustibles en motores comunes.
  • Gas de rellenos sanitarios: La aplicación de esta tecnología de biomasa ayuda mucho al medio ambiente puesto que reduce la contaminación en lugares urbanos y disminuye los gases de efecto invernadero. El procedimiento es igual que el de los biodigestores, a diferencia de que la biomasa utilizada consiste en desechos sólidos urbanos depositados en rellenos sanitarios.

Sigue leyendo: ¿Cual proceso se utiliza para cada tipo de biomasa?

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