La Biomasa: Fuente de Energía Renovable
Orígenes y Clasificación de la Biomasa
La biomasa se refiere a cualquier material de origen orgánico, ya sea animal o vegetal, que almacena energía utilizable. Las plantas capturan la energía del sol, el dióxido de carbono de la atmósfera, el agua y las sales minerales del suelo para producir azúcares. A su vez, los animales se alimentan de las plantas.
Una de las directivas de la Unión Europea destinadas al tema de las energías renovables, define la biomasa como “la fracción biodegradable de los productos, desechos y residuos de origen biológico procedentes de actividades agrarias y forestales, así como de los residuos industriales y municipales”.
Las principales fuentes de biomasa energética se pueden clasificar de la siguiente manera:
- Fuentes vegetales: Cualquier componente de una planta (residuos agrícolas, residuos forestales, madera, cultivos como maíz, caña de azúcar, etc.).
- Fuentes animales: Cualquier parte o residuo animal (huesos, purines, sangre, cuernos, pezuñas, etc.).
- Fuentes industriales diversas: Consecuencias de la actividad de fábricas e industrias de todo tipo (agrícolas, alimentarias, forestales, etc.).
- Actividad humana: Generación de basuras o residuos sólidos y aguas residuales.
Generación de Biomasa
Energía solar → Fotosíntesis → Residuos agrícolas y forestales → Residuos animales → Residuos industriales agrícolas y forestales → Aguas residuales urbanas
La Fotosíntesis
Durante la fotosíntesis, las plantas absorben la energía lumínica del sol (fotones) en unas células llamadas cloroplastos, que contienen una sustancia llamada clorofila. La clorofila es un pigmento que absorbe la energía luminosa del sol, el agua del suelo y el CO2 de la atmósfera.
Las plantas toman la energía del sol, el gas carbónico de la atmósfera, el agua y las sales minerales del suelo para crear la materia orgánica.
Ciclo de la Biomasa
Fotosíntesis → Biomasa → Material orgánico → Combustible → CO2
La fotosíntesis se realiza en dos etapas:
- Etapa luminosa.
- Etapa oscura.
La fotosíntesis también depende de factores externos tales como:
- Temperatura ambiente.
- Concentración de CO2 y de O2.
- Tiempo e intensidad luminosa.
La Biomasa como Fuente Energética
La biomasa puede liberar energía de dos formas:
- Combustión directa: Se aplica calor a la madera o a hojas y ramas secas, por ejemplo, y se libera la energía que contienen.
- Combustión indirecta: Es el caso del mosto de uva, que mediante la acción de levaduras, sus azúcares se transforman en alcohol, que a su vez se puede usar como fuente energética.
Valor Energético de Distintos Tipos de Biomasa
| Biomasa | MJ/kg |
|---|---|
| Madera verde (por combustión directa) | 8 |
| Madera seca (por combustión directa) | 20 |
| Metano (por fermentación de biomasas) | 55 |
| Carbón vegetal (por combustión anaeróbica de masas vegetales) | 23-30 |
| Etanol (por combustión aeróbica de biomasas acuosas) | 28 |
Otra forma de clasificar la biomasa es la siguiente:
- Biomasa natural: La procedente de podas de árboles, limpieza de bosques, etc.
- Biomasa residual seca: Procedente de actividades agrícolas, forestales, industrias de la alimentación, de la madera, etc.
- Biomasa residual húmeda: Se caracteriza por ser líquida. Así, por ejemplo, tenemos los purines como resultado de la actividad ganadera.
- Cultivos energéticos: Se está cultivando maíz, girasol, caña de azúcar para usos no alimenticios. Por ejemplo, del girasol podemos sacar aceites energéticos que tienen muchas aplicaciones.
Los cultivos energéticos se pueden clasificar en:
- Cultivos tradicionales: Se han cultivado para la alimentación humana, tales como la caña de azúcar, el maíz, la soja, etc.
- Cultivos raros: Son especies vegetales de especiales características, que pueden cultivarse en terrenos malos, con escasez de agua o malas condiciones climatológicas (cardos, helechos, etc.), y de los que es posible extraer energía.
- Cultivos de agua: Se ha visto la posibilidad de hacer cultivos directamente en el agua (algas, por ejemplo).
- Cultivos de plantas productoras de combustibles líquidos: Ciertas plantas tales como las palmeras, jojobas, etc.
La Soja como Biocombustible
La soja es una planta cultivada en todo el mundo que se ha utilizado sobre todo en alimentación humana y animal. Contiene proteínas (36-37 %), aceites (20-23 %) e hidratos de carbono (23-30 %).
El Trigo como Biocombustible
El grano de trigo es muy rico en hidratos de carbono (70 % aprox.), pobre en lípidos (2 % aprox.) y con un contenido de proteínas bastante aceptable (16 % aprox.).
El Girasol como Biocombustible
De las semillas de girasol se extrae un aceite muy apreciado para el consumo humano. Las semillas o pipas de girasol son muy ricas en aceites (47-50 % aprox.) y proteínas (23 % aprox.). El contenido de hidratos de carbono es más bajo (8-9 %). El contenido en humedad de la semilla seca suele ser de un 6-8 %.
Para producir biodiésel a partir de la semilla de girasol se siguen las etapas que damos a continuación:
- Separación de las semillas, sus cáscaras y demás impurezas o suciedades.
- Extracción del aceite. Este proceso se puede hacer por prensado. De esta forma nos quedan dos productos: por un lado, la torta rica en proteínas, que se puede utilizar en alimentación; por otro, el aceite de girasol.
- Purificación del aceite.
- Transesterificación del aceite tratándolo con metanol para obtener el biodiésel (metil-éster).
- Purificación final con separación de éster y glicerina. Lavado y separación del éster y el metanol.
Características del Biodiésel Obtenido a Partir de la Semilla de Girasol
| Parámetros del biodiésel | Cifras y unidades de medida |
|---|---|
| Densidad | 0.88 kg/litro |
| Energía producida | 37.2 MJ/kg |
| Pureza | 96.5 m/m |
| Normas europeas | EN14214 |
La Palma como Biocombustible
Después del aceite de soja viene el aceite de palma, que se obtiene del fruto de la palma.
Composición del Aceite de Palma
| Composición | Porcentaje |
|---|---|
| Aceites saturados (palmítico) | 42-50 % |
| Aceites (oleico) | 37-46 % |
| Aceites (linoleico) | 10-11 % |
La Caña de Azúcar como Biocombustible
La caña de azúcar es otro de los vegetales que más se está empleando para la producción de biocombustibles. En Brasil, ya hace mucho tiempo que se obtiene bioetanol para el sector de automoción.
Composición de la Caña de Azúcar
| Componentes | Porcentajes en masa/masa |
|---|---|
| Agua | 71 % |
| Azúcares | 15 % |
| Fibra | 13 % |
| Otros componentes | 1 % |
Características del Bioetanol según la Norma Europea EN 15376
| Características del etanol | Cifras y unidades |
|---|---|
| Densidad | 0.795 kg/litro |
| Energía producida | 26.8 MJ/kg |
| Agua | 0.3 % máximo |
| Normas europeas | EN 15376 |
Conversión de la Caña de Azúcar en Bioetanol
- Se recoge la caña de azúcar y se lleva a la refinería.
- Se corta la fuente de biomasa para facilitar su posterior tratamiento por presión, calor, productos químicos, etc., hasta conseguir que la celulosa sea atacable por enzimas.
- Las enzimas rompen las cadenas de celulosa en sus componentes unitarios (azúcares).
- Se procede a la fermentación de los azúcares por microorganismos, de forma que se obtiene etanol.
- Se purifica el etanol por destilación. Así queda listo para su transporte y distribución.
El Maíz como Biocombustible
El maíz es el cereal más cultivado en el mundo. Es originario de América y en algunos países es el alimento fundamental. Por ello, hay muchas suspicacias en América respecto a la utilización del grano de maíz como fuente energética.
Composición Aproximada del Grano de Maíz
| Componentes | Tanto % en masa/masa |
|---|---|
| Proteínas | 8.5-13.5 |
| Lípidos | 3.5-5.5 |
| Hidratos de carbono | 65-75 |
| Fibras | 2.0-3.0 |
| Sales minerales | 1.2-3.0 |
Principales Países Productores de Etanol
- Brasil: 37 %
- India: 4 %
- EE. UU.: 33 %
- Francia: 2 %
- China: 9 %
- Resto: 15 %
Obtención del Etanol a Partir del Maíz
Grano de maíz → Almidón → Dextrinas → Glucosa maltosa → Etanol
Remolacha Azucarera
La remolacha azucarera (Beta vulgaris) acumula una gran cantidad de azúcares en la raíz. Este contenido en azúcares varía con la zona y la climatología.
Composición de la Parte Comestible de la Raíz de la Remolacha
| Compuesto | Remolacha de huerta | Remolacha azucarera |
|---|---|---|
| Calorías | 43 | 336-339 |
| Agua | 87.58 g | 76.6 g |
| Carbohidratos | 9.56 g | 20.4 g |
| Grasas | 0.17 g | 0.1 g |
| Proteínas | 1.61 g | 1.1 g |
La Colza como Biocombustible
La colza es una planta de atractivo color amarillo y tiene unas semillas de 2 a 2.5 milímetros de diámetro, que cuando están maduras tienen un color rojizo oscuro o negro.
A partir de las semillas de colza se extrae un aceite que se utiliza mucho en alimentación.
Composición de la Semilla de Colza
| Componentes | Porcentajes |
|---|---|
| Lípidos | 40-48 % |
| Proteínas | 20-22 % |
| Fibras | 6-7 % |
| Sales | 4-5 % |
| Otros compuestos | 18-20 % |
Composición del Aceite de Colza
| Componentes | Contenido |
|---|---|
| Ácido erúcico | 45-55 % |
| Ácido linoleico | 10-19 % |
| Ácido linolénico | 5-9 % |
| Vitamina E | 55-80 mg/100 g |