Los sistemas de calefacción de biomasa generan calor a partir de biomasa . Los sistemas pueden utilizar combustión directa , gasificación , calor y energía combinados (CHP), digestión anaeróbica o digestión aeróbica para producir calor. La calefacción por biomasa puede ser totalmente automática o semiautomática, puede funcionar con pellets o puede ser un sistema combinado de calor y energía.
Hay cuatro tipos principales de sistemas de calefacción que utilizan biomasa para calentar una caldera. Los tipos de calefacción por biomasa son totalmente automatizada, semiautomática, con pellets y combinada de calor y electricidad.
En los sistemas totalmente automatizados, la biomasa triturada o triturada se alimenta a la caldera a través de cintas transportadoras a un ritmo controlado. Esta tasa es gestionada por controles informáticos para mantener la presión y la temperatura dentro de la caldera. Los sistemas totalmente automatizados ofrecen una gran facilidad de funcionamiento porque sólo requieren que el operador del sistema controle la computadora. [1] [2]
Los sistemas semiautomáticos o "Surge Bin" son muy similares a los sistemas totalmente automatizados, excepto que requieren más mano de obra para mantenerse operativos. Tienen tanques de almacenamiento más pequeños y sistemas de transporte mucho más simples que requerirán personal para mantener el funcionamiento del sistema. El motivo de los cambios respecto del sistema totalmente automatizado es la eficiencia del sistema. El calor creado por la cámara de combustión se puede utilizar para calentar directamente el aire o se puede utilizar para calentar agua en un sistema de caldera que actúa como medio por el que se entrega el calor. [3] Las calderas que funcionan con leña son más eficientes cuando funcionan a su máxima capacidad, y el calor requerido la mayoría de los días del año no será el requerimiento máximo de calor del año. Teniendo en cuenta que el sistema sólo necesitará funcionar a alta capacidad unos pocos días al año, está diseñado para cumplir con los requisitos durante la mayor parte del año para mantener su alta eficiencia. [2]
El tercer tipo principal de sistemas de calefacción de biomasa son los sistemas de pellets . Los pellets son una forma procesada de madera, lo que los encarece. Aunque son más caras, están mucho más condensadas y uniformes, y por tanto son más eficientes. Además, es relativamente fácil alimentar automáticamente con pellets las calderas. En estos sistemas, los pellets se almacenan en un silo de almacenamiento tipo grano y se utiliza la gravedad para trasladarlos hasta la caldera. Los requisitos de almacenamiento son mucho menores para los sistemas alimentados con pellets debido a su naturaleza condensada, lo que también ayuda a reducir costes. Estos sistemas se utilizan para una amplia variedad de instalaciones, pero son más eficientes y rentables en lugares donde el espacio para los sistemas de almacenamiento y transporte es limitado, y donde los pellets se fabrican bastante cerca de las instalaciones. [2]
Una subcategoría de los sistemas de pellets son las calderas o quemadores capaces de quemar pellets con mayor contenido de cenizas (pellets de papel, pellets de heno, pellets de paja). Uno de estos tipos es el quemador de pellets PETROJET con cámara de combustión cilíndrica giratoria. [4] En términos de eficiencia, las calderas de pellets avanzadas pueden superar a otras formas de biomasa debido a las características más estables del combustible. Las calderas de pellets avanzadas pueden incluso funcionar en modo de condensación y enfriar los gases de combustión a 30-40°C, en lugar de 120°C antes de enviarlos a la chimenea. [5]
Los sistemas combinados de calor y energía son sistemas muy útiles en los que los desechos de madera, como las astillas de madera , se utilizan para generar energía y el calor se crea como subproducto del sistema de generación de energía. Tienen un coste muy elevado debido a la operación a alta presión. Debido a esta operación a alta presión, la necesidad de un operador altamente capacitado es obligatoria y aumentará el costo de operación. Otro inconveniente es que, si bien producen electricidad, producirán calor, y si no es deseable producir calor durante ciertas épocas del año, es necesaria la adición de una torre de enfriamiento, lo que también aumentará el costo.
Hay determinadas situaciones en las que la cogeneración es una buena opción. Los fabricantes de productos de madera utilizarían un sistema combinado de calor y energía porque tienen una gran oferta de madera residual y necesitan tanto calor como energía. Otros lugares donde estos sistemas serían óptimos son hospitales y prisiones, que necesitan energía y calor para agua caliente. Estos sistemas están dimensionados para que produzcan suficiente calor para igualar la carga de calor promedio, de modo que no se necesite calor adicional y no se necesite una torre de enfriamiento. [2]
El uso de biomasa en sistemas de calefacción es beneficioso porque utiliza residuos y desechos agrícolas, forestales, urbanos e industriales para producir calor y/o electricidad con menos efecto sobre el medio ambiente que los combustibles fósiles. [6] Este tipo de producción de energía tiene un efecto limitado a largo plazo en el medio ambiente porque el carbono de la biomasa forma parte del ciclo natural del carbono ; mientras que el carbono de los combustibles fósiles no lo es, y agrega permanentemente carbono al medio ambiente cuando se quema como combustible ( huella de carbono ). [7] Históricamente, antes del uso de combustibles fósiles en cantidades significativas, la biomasa en forma de combustible de madera proporcionaba la mayor parte de la calefacción de la humanidad.
Debido a que la biomasa forestal generalmente se deriva de madera que tiene un valor comercial más bajo, la biomasa forestal generalmente se aprovecha como subproducto de otras operaciones de extracción de madera. La calefacción por biomasa proporciona mercados para la madera de menor valor, lo que permite una gestión forestal saludable y rentable. [ cita necesaria ]
A gran escala, el uso de biomasa agrícola elimina tierras agrícolas de la producción de alimentos , reduce la capacidad de secuestro de carbono de los bosques que no se gestionan de forma sostenible y extrae nutrientes del suelo. La combustión de biomasa genera contaminantes atmosféricos y añade cantidades significativas de carbono a la atmósfera que tal vez no regresen al suelo durante muchas décadas. [8] El retraso entre el momento en que se quema la biomasa y el momento en que se extrae carbono de la atmósfera a medida que una planta o un árbol crece para reemplazarlo se conoce como deuda de carbono. El concepto de deuda de carbono está sujeto a debate. Los impactos reales del carbono pueden estar sujetos a la filosofía, la escala de cosecha, el tipo de tierra, el tipo de biomasa (pasto, maíz, madera nueva, madera de desecho, algas, por ejemplo), el tipo de suelo y otros factores. [9]
El uso de biomasa como combustible produce contaminación del aire en forma de monóxido de carbono , NOx (óxidos de nitrógeno), COV ( compuestos orgánicos volátiles ), partículas y otros contaminantes, en algunos casos en niveles superiores a los de fuentes de combustible tradicionales como el carbón o el gas natural. . [10] [11] El carbono negro , un contaminante creado por la combustión incompleta de combustibles fósiles, biocombustibles y biomasa, es posiblemente el segundo mayor contribuyente al calentamiento global. [12] En 2009, un estudio sueco sobre la gigantesca neblina marrón que cubre periódicamente grandes áreas en el sur de Asia determinó que había sido producida principalmente por la quema de biomasa y, en menor medida, por la quema de combustibles fósiles. [13] Los investigadores midieron una concentración significativa de 14 C , que está asociada con la vida vegetal reciente más que con los combustibles fósiles. [14] Los aparatos modernos de combustión de biomasa reducen drásticamente las emisiones nocivas con tecnología avanzada, como los sistemas de ajuste de oxígeno. [15]
Durante la combustión, el carbono de la biomasa se libera a la atmósfera en forma de dióxido de carbono (CO 2 ) . La cantidad de carbono almacenado en la madera seca es aproximadamente el 50% en peso. [16] Cuando proviene de fuentes agrícolas, la materia vegetal utilizada como combustible puede reemplazarse mediante plantaciones para un nuevo crecimiento. Cuando la biomasa proviene de bosques, el tiempo para recuperar el carbono almacenado es generalmente más largo y la capacidad de almacenamiento de carbono del bosque puede reducirse en general si se emplean técnicas forestales destructivas. [17] [18] [19] [20]
La propuesta de que la biomasa forestal es neutral en carbono presentada a principios de la década de 1990 ha sido reemplazada por la ciencia más reciente que reconoce que los bosques maduros e intactos secuestran carbono de manera más efectiva que las áreas taladas. Cuando el carbono de un árbol se libera a la atmósfera en un solo pulso, contribuye al cambio climático mucho más que la madera del bosque que se pudre lentamente durante décadas. [21] Algunos estudios indican que "incluso después de 50 años el bosque no ha recuperado su almacenamiento inicial de carbono" y "la estrategia óptima probablemente sea la protección del bosque en pie". [22] Otros estudios muestran que el almacenamiento de carbono depende del bosque y del uso de la biomasa recolectada. Los bosques a menudo se gestionan para árboles de múltiples edades con cosechas más frecuentes y más pequeñas de árboles maduros. Estos bosques interactúan con el carbono de manera diferente a los bosques maduros talados. Además, cuanto más eficiente sea la conversión de la madera en energía, menos madera se utilizará y más corto será el ciclo del carbono. [23]
Los aumentos del precio del petróleo desde 2003 y los consiguientes aumentos de los precios del gas natural y el carbón han aumentado el valor de la biomasa para la generación de calor. Los restos forestales, los desechos agrícolas y los cultivos cultivados específicamente para la producción de energía se vuelven competitivos a medida que aumentan los precios de los combustibles fósiles densos en energía . Los esfuerzos para desarrollar este potencial pueden tener el efecto de regenerar tierras de cultivo mal administradas y ser un engranaje en la rueda de una industria de energía renovable descentralizada y multidimensional . Los esfuerzos para promover y promover estos métodos se volvieron comunes en toda la Unión Europea durante la década de 2000. En otras zonas del mundo, los medios ineficientes y contaminantes para generar calor a partir de biomasa, junto con prácticas forestales deficientes, han contribuido significativamente a la degradación ambiental .
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