Los combustibles en pellets (o pellets ) son un tipo de combustible sólido elaborado a partir de material orgánico comprimido . [1] Los pellets se pueden fabricar a partir de cualquiera de las cinco categorías generales de biomasa : residuos y coproductos industriales, residuos de alimentos , residuos agrícolas , cultivos energéticos y madera sin tratar . [2] Los pellets de madera son el tipo más común de combustible en pellets y generalmente se elaboran a partir de aserrín compactado [3] y desechos industriales relacionados con la molienda de madera, la fabricación de productos de madera y muebles , y la construcción . [4] Otras fuentes de desechos industriales incluyen racimos de frutas vacíos, cáscaras de palmiste , cáscaras de coco y copas y ramas de árboles desechadas durante las operaciones de tala . [5] [6] Los llamados "gránulos negros" están hechos de biomasa , refinados para parecerse a la hulla y fueron desarrollados para ser utilizados en centrales eléctricas de carbón existentes . [7] Los pellets se clasifican por su poder calorífico , contenido de humedad y cenizas y dimensiones. Se pueden utilizar como combustibles para la generación de energía, calefacción comercial o residencial y para cocinar . [8]
Los pellets son extremadamente densos y pueden producirse con un bajo contenido de humedad (inferior al 10%) que permite quemarlos con una eficiencia de combustión muy alta . [9] Además, su geometría regular y su pequeño tamaño permiten una alimentación automática con una calibración muy fina. Se pueden alimentar a un quemador mediante alimentación por tornillo sin fin o mediante transporte neumático . Su alta densidad también permite un almacenamiento compacto y un transporte a larga distancia. Se pueden transportar cómodamente desde un camión cisterna hasta un silo o depósito de almacenamiento en las instalaciones del cliente. [10]
Desde mediados de la década de 1980 se ha desarrollado y comercializado una amplia gama de estufas de pellets , hornos de calefacción central y otros aparatos de calefacción. [11] Con el aumento del precio de los combustibles fósiles desde 2005, la demanda de calefacción con pellets ha aumentado en Europa y América del Norte , y está surgiendo una industria considerable. Según la Tarea 40 de la Agencia Internacional de Energía , la producción de pellets de madera se ha más que duplicado entre 2006 y 2010 hasta superar los 14 millones de toneladas. [12] En un informe de 2012, el Centro de Recursos Energéticos de Biomasa dice que espera que la producción de pellets de madera en América del Norte se duplique nuevamente en los próximos cinco años. [13]
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Los pellets se producen comprimiendo el material de madera que primero ha pasado por un molino de martillos para proporcionar una masa uniforme similar a una masa. [14] Esta masa se alimenta a una prensa, donde se exprime a través de una matriz que tiene orificios del tamaño requerido (normalmente de 6 mm de diámetro, a veces de 8 mm o más). La alta presión de la prensa hace que la temperatura de la madera aumente considerablemente y la lignina se plastifica ligeramente, formando un "pegamento" natural que mantiene unido el pellet mientras se enfría. [9]
Los pellets se pueden fabricar a partir de pasto y otras formas de biomasa no leñosas que no contienen lignina. Una noticia de 2005 de Cornell University News sugirió que la producción de pellets de pasto estaba más avanzada en Europa que en América del Norte. Sugirió que los beneficios del pasto como materia prima incluían su corto tiempo de crecimiento (70 días) y su facilidad de cultivo y procesamiento. El artículo citaba a Jerry Cherney, profesor de agricultura de la escuela, afirmando que los pastos producen el 96% del calor de la madera y que "se puede usar cualquier mezcla de pastos, cortados a mediados o finales del verano, dejándolos en el campo para que se filtren". "Los minerales, luego se embalan y se granulan. No es necesario secar el heno para la granulación, lo que hace que el costo de procesamiento sea menor que con la granulación de madera". [15] En 2012, el Departamento de Agricultura de Nueva Escocia anunció como proyecto de demostración la conversión de una caldera alimentada con gasóleo a pellets de pasto en un centro de investigación. [dieciséis]
Los pellets combustibles de cáscara de arroz se obtienen compactando la cáscara de arroz obtenida como subproducto del arroz que crece en los campos. También tiene características similares a los pellets de madera y más respetuosas con el medio ambiente , ya que la materia prima es un producto de desecho . El contenido energético es de aproximadamente 4-4,2 kcal/kg y el contenido de humedad suele ser inferior al 10%. El tamaño de los gránulos generalmente se mantiene en aproximadamente 6 mm de diámetro y 25 mm de longitud en forma de cilindro; aunque no son infrecuentes las formas de cilindros o briquetas más grandes. Es mucho más barato que los pellets energéticos similares y se puede compactar/fabricar a partir de la cáscara en la propia granja, utilizando maquinaria barata. Generalmente son más respetuosos con el medio ambiente que los pellets de madera. [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] En las regiones del mundo donde el trigo es el cultivo alimentario predominante, la cáscara de trigo también se puede compactar para producir pellets energéticos, con características similar a los pellets de cáscara de arroz.
Un informe del CORRIM (Consorcio sobre investigación sobre materiales industriales renovables) para el Inventario del ciclo de vida de la fabricación y utilización de pellets de madera estima que la energía necesaria para secar, peletizar y transportar pellets es menos del 11% del contenido energético de los pellets si se utilizan. Residuos de madera industrial presecados. Si los pellets se fabrican directamente a partir de material forestal, se necesita hasta un 18% de la energía para secar la madera y un 8% adicional para el transporte y la energía de fabricación. Una evaluación del impacto ambiental de los pellets de madera exportados realizada por el Departamento de Ingeniería Química y Mineral de la Universidad de Bolonia ( Italia) y el Centro de Investigación de Energía Limpia de la Universidad de Columbia Británica , publicada en 2009, concluyó que la energía consumida para enviar los pellets de madera canadienses desde Vancouver hasta Estocolmo (15.500 km a través del Canal de Panamá ), representa aproximadamente el 14% del contenido energético total de los pellets de madera. [24] [25]
Los pellets que cumplen con las normas comúnmente utilizadas en Europa (DIN 51731 o Ö-Norm M-7135) tienen menos del 10% de contenido de agua y son uniformes en densidad (superior a 1 tonelada por metro cúbico, por lo que se hunden en el agua). Por el contrario, la densidad aparente de una masa de pellets, incluido el aire atrapado, es sólo de 0,6 a 0,7 toneladas por metro cúbico). Los pellets tienen buena resistencia estructural y un bajo contenido de polvo y cenizas. [8] Debido a que las fibras de la madera se rompen En el molino de martillos, prácticamente no hay diferencia en los pellets terminados entre los diferentes tipos de madera. [ cita necesaria ] Los pellets se pueden fabricar con casi cualquier variedad de madera; siempre que la prensa de pellets esté equipada con una buena instrumentación, las diferencias en el material de alimentación pueden ser compensado en el reglamento de prensa. [ cita requerida ] En Europa, las principales áreas de producción son el sur de Escandinavia , Finlandia , Europa Central [ aclaración necesaria ] , Austria y los países bálticos . [26] [27]
Los pellets que cumplen con las normas europeas y que contienen madera reciclada o contaminantes externos se consideran pellets de Clase B. [8] Los materiales reciclados como tableros de partículas, madera tratada o pintada, paneles recubiertos de resina de melamina y similares son particularmente inadecuados para su uso en pellets, ya que pueden producir emisiones nocivas y variaciones incontroladas en las características de combustión de los pellets. [ cita necesaria ]
Los estándares utilizados en Estados Unidos son diferentes, desarrollados por el Pellet Fuels Institute y, como en Europa, no son obligatorios. [ cita necesaria ] Aún así, muchos fabricantes cumplen, ya que las garantías de los equipos de combustión importados o fabricados en EE. UU. pueden no cubrir daños causados por pellets que no cumplen con las regulaciones. [ cita necesaria ] Los precios de los pellets estadounidenses aumentaron durante la inflación de los precios de los combustibles fósiles de 2007-2008, pero luego cayeron notablemente y, en general, son más bajos en términos de precio por cantidad de energía que la mayoría de los combustibles fósiles , excluyendo el carbón .
Las agencias reguladoras en Europa y América del Norte están en proceso de endurecer los estándares de emisiones para todas las formas de calefacción de leña, incluidas las pellets de madera y las estufas de pellets. Estos estándares serán obligatorios y se realizarán pruebas certificadas de forma independiente para garantizar su cumplimiento. [28] [29] En los Estados Unidos, las nuevas reglas iniciadas en 2009 han completado el proceso de revisión regulatoria de la EPA , [30] con nuevas reglas finales emitidas para comentarios el 24 de junio de 2014. [31] [32] [33] El American Lumber Standard Committee será la agencia de certificación independiente para los nuevos estándares de pellets. [34]
Los pellets de madera pueden emitir grandes cantidades de monóxido de carbono venenoso durante el almacenamiento. Se han producido accidentes mortales en almacenes privados [35] y a bordo de buques marítimos. [36] [37]
Cuando se manipulan, los pellets de madera desprenden un polvo fino que puede provocar graves explosiones de polvo . [38]
Los pellets de madera suelen almacenarse a granel en grandes silos. Los pellets pueden autocalentarse, encenderse y dar lugar a un fuego latente profundamente arraigado que es muy difícil de extinguir. El fuego latente produce monóxido de carbono tóxico y gases de pirólisis inflamables que pueden provocar explosiones de silos. [39]
Hay tres tipos generales de aparatos de calefacción de pellets: estufas de pellets independientes, estufas de pellets y calderas de pellets .
Las estufas de pellets funcionan como hornos modernos , donde el combustible, la madera u otros pellets de biomasa se almacenan en un contenedor llamado tolva. La tolva puede ubicarse en la parte superior del aparato, en un lateral del mismo o de forma remota. Un sinfín mecánico introduce automáticamente los pellets en un brasero. A partir de ahí, arden a altas temperaturas con emisiones mínimas. Los tubos de intercambio de calor envían aire calentado por el fuego a la habitación. Los ventiladores de convección hacen circular el aire a través de tubos de intercambio de calor hacia la habitación. Las estufas de pellet cuentan en su interior con placas electrónicas que actúan como termostato y regulan la temperatura. [40]
Una estufa de pellets es una estufa que se inserta en una chimenea de mampostería o de leña existente , similar a una chimenea insertable .
Las calderas de pellets son sistemas independientes de calefacción central y agua caliente diseñados para reemplazar los sistemas tradicionales de combustibles fósiles en aplicaciones residenciales, comerciales e institucionales. Las calderas automáticas o de pellets automáticos incluyen silos para el almacenamiento de pellets a granel, un sistema de suministro de combustible que mueve el combustible desde el silo a la tolva, un controlador lógico para regular la temperatura en múltiples zonas de calentamiento y un sistema automatizado de eliminación de cenizas para calentamiento automatizado a largo plazo. operaciones. [41]
Las cestas de pellets permiten calentar la casa utilizando pellets en estufas o chimeneas existentes. [42]
El contenido energético de los pellets de madera es de aproximadamente 4,7 – 5,2 MWh / tonelada [43] [44] (~7450 BTU/lb), 14,4-20,3 MJ/kg. [45] [ Ninguno de estos tres conjuntos de valores se acerca siquiera a estar de acuerdo. ]
En los últimos años se han desarrollado estufas y calderas de pellets de madera de alta eficiencia, que normalmente ofrecen eficiencias de combustión superiores al 85%. [46] La última generación de calderas de pellets de madera puede funcionar en modo de condensación y, por tanto, alcanzar valores de eficiencia un 12% más altos. [47] Las calderas de pellets de madera tienen un control limitado sobre la velocidad y la presencia de combustión en comparación con los sistemas de combustión líquida o gaseosa; sin embargo, por esta razón son más adecuados para sistemas de calefacción hidrónicos debido a la mayor capacidad del sistema hidrónico para almacenar calor. [ cita necesaria ] También se encuentran disponibles quemadores de pellets que se pueden adaptar a calderas de gasóleo. [10]
Las emisiones como NO x , SO x y compuestos orgánicos volátiles de los equipos de combustión de pellets son en general muy bajas en comparación con otras formas de calefacción por combustión. [48] Un problema reconocido es la emisión de partículas finas al aire, especialmente en áreas urbanas que tienen una alta concentración de sistemas de calefacción de pellets o sistemas de calefacción de carbón o petróleo en las proximidades. Estas emisiones de PM 2,5 de las estufas y calderas de pellets más antiguas pueden ser problemáticas en espacios reducidos, especialmente en comparación con el gas natural (o el biogás renovable ), aunque en instalaciones grandes, los precipitadores electrostáticos , los separadores ciclónicos o los filtros de partículas de bolsa pueden controlar las partículas cuando se mantienen y mantienen adecuadamente. operado. [49]
Existe incertidumbre en qué medida la producción de calor o electricidad mediante la quema de pellets de madera contribuye al cambio climático global , así como cómo se compara el impacto sobre el clima con el impacto del uso de fuentes de calor competidoras. [9] [50] [51] [52] Los factores que influyen en la incertidumbre incluyen la fuente de madera, las emisiones de dióxido de carbono de la producción y el transporte, así como de la combustión final, y qué escala de tiempo es apropiada para la consideración. [9] [50] [53]
Un informe [9] de 2010 concluyó que la quema de biomasa, como pellets o astillas de madera, libera una gran cantidad de CO 2 al aire, creando una "deuda de carbono" que no se retira durante 20 a 25 años y después de la cual hay una beneficio neto. [9] Otros han cuestionado estas conclusiones, [54] [55] y los científicos han señalado descuidos en el informe, sugiriendo que los impactos climáticos son peores de lo informado. [50] [56]
Hasta alrededor de 2008 se suponía comúnmente, incluso en artículos científicos, que la energía de la biomasa (incluida la procedente de pellets de madera) era neutra en carbono, en gran medida porque se creía que el nuevo crecimiento de la vegetación recuperaba y almacenaba el carbono que se emitía al aire. [57] Luego, comenzaron a aparecer artículos científicos que estudiaban las implicaciones climáticas de la biomasa y que refutaban la suposición simplista de su neutralidad de carbono . [53] [58] Según el Centro de Recursos Energéticos de Biomasa, el supuesto de neutralidad de carbono "se ha desplazado hacia el reconocimiento de que las implicaciones de carbono de la biomasa dependen de cómo se recolecta el combustible, de qué tipos de bosques, qué tipos de manejo forestal se "Se aplica y cómo se utiliza la biomasa a lo largo del tiempo y en todo el paisaje". [49]
El impacto climático de la bioenergía varía considerablemente dependiendo de dónde provienen las materias primas de biomasa y cómo se cultivan. [59] Por ejemplo, la quema de madera para obtener energía libera dióxido de carbono; esas emisiones pueden compensarse significativamente si los árboles talados se reemplazan por árboles nuevos en un bosque bien gestionado, ya que los árboles nuevos absorberán dióxido de carbono del aire a medida que crecen. [60] Sin embargo, el establecimiento y cultivo de cultivos bioenergéticos puede desplazar los ecosistemas naturales , degradar los suelos y consumir recursos hídricos y fertilizantes sintéticos. [61] [62] Aproximadamente un tercio de toda la madera utilizada para calefacción y cocina tradicionales en áreas tropicales se cosecha de manera insostenible. [63] Las materias primas para la bioenergía normalmente requieren cantidades significativas de energía para cosecharlas, secarlas y transportarlas; el uso de energía para estos procesos puede emitir gases de efecto invernadero. En algunos casos, los impactos del cambio de uso de la tierra , el cultivo y el procesamiento pueden resultar en mayores emisiones generales de carbono para la bioenergía en comparación con el uso de combustibles fósiles. [62] [64]
El uso de tierras agrícolas para el cultivo de biomasa puede dar lugar a que haya menos tierra disponible para cultivar alimentos . En Estados Unidos, alrededor del 10% de la gasolina de motor ha sido sustituida por etanol a base de maíz , que requiere una proporción importante de la cosecha. [65] [66] En Malasia e Indonesia, la tala de bosques para producir aceite de palma para biodiesel ha provocado graves efectos sociales y ambientales , ya que estos bosques son sumideros de carbono y hábitats críticos para diversas especies. [67] [68] Dado que la fotosíntesis captura solo una pequeña fracción de la energía de la luz solar, producir una cantidad determinada de bioenergía requiere una gran cantidad de tierra en comparación con otras fuentes de energía renovables. [69]A la industria de productos de la madera le preocupa que si se instaura el uso a gran escala de la dendroenergía, el suministro de materias primas para la construcción y la fabricación ( madera ) se verá significativamente limitado. [9] [70]
Debido al rápido aumento de su popularidad desde 2005, la disponibilidad y el costo de los pellets pueden ser un problema. [71] Esta es una consideración importante al comprar una estufa de pellets, un horno, cestas de pellets u otros dispositivos conocidos en la industria como quemadores Bradley. [72] Sin embargo, la producción actual de pellets está aumentando y hay planes para poner en funcionamiento varias fábricas de pellets nuevas en los EE. UU. en 2008-2009. [73] [ Desactualizado. ]
El coste de los pellets puede verse afectado por el ciclo de construcción, lo que provoca fluctuaciones en el suministro de aserrín y recortes. [74]
Según el comunicado de la Oficina de Energía y Planificación de New Hampshire sobre precios de combustible actualizado el 5 de octubre de 2015, el costo del fueloil número 2 entregado se puede comparar con el costo de los pellets de combustible de madera entregados a granel utilizando su equivalente en BTU: 1 tonelada de pellets = 118,97 galones de fueloil #2. Esto supone que una tonelada de pellets produce 16.500.000 BTU y un galón de fueloil n.º 2 produce 138.690 BTU. Por lo tanto, si el fueloil #2 entregado cuesta $1,90/Gal, el precio de equilibrio para los pellets es $238,00/tonelada entregada.
El uso en Europa varía debido a las regulaciones gubernamentales. En los Países Bajos , Bélgica y el Reino Unido , los pellets se utilizan principalmente en centrales eléctricas de gran escala. La central eléctrica más grande del Reino Unido, la central eléctrica de Drax , convirtió algunas de sus unidades en quemadores de pellets a partir de 2012; En 2015, Drax había convertido al Reino Unido en el mayor receptor de exportaciones de pellets de madera de Estados Unidos. [76] En Dinamarca y Suecia , los pellets se utilizan en centrales eléctricas de gran escala, sistemas de calefacción urbana de mediana escala y calefacción residencial de pequeña escala. En Alemania , Austria , Italia y Francia , los pellets se utilizan principalmente para calefacción residencial e industrial a pequeña escala. [75]
El Reino Unido ha iniciado un plan de subvenciones llamado Incentivo de Calor Renovable (RHI) que permite a las instalaciones de calderas de pellets de madera domésticas y no domésticas recibir pagos durante un período de entre 7 y 20 años. Es el primer plan de este tipo en el mundo y tiene como objetivo aumentar la cantidad de energía renovable generada en el Reino Unido, en línea con los compromisos de la UE . Escocia e Irlanda del Norte tienen esquemas separados pero similares. A partir de la primavera de 2015, cualquier propietario de biomasa, ya sea doméstico o comercial, debe comprar sus combustibles a proveedores aprobados por la BSL (Lista de proveedores de biomasa) para poder recibir pagos de RHI. [77] El escándalo del incentivo al calor renovable, también conocido como "escándalo de dinero por cenizas", fue un escándalo político en Irlanda del Norte que se centró en un fallido plan de incentivos para la energía renovable (quema de pellets de madera).
Los pellets se utilizan ampliamente en Suecia, el principal productor de pellets de Europa, [26] principalmente como alternativa a la calefacción central alimentada por gasoil. En Austria, el mercado líder de hornos de calefacción central de pellets (en relación con su población), se estima que 2/3 de todos los hornos de calefacción domésticos nuevos son quemadores de pellets. En Italia se ha desarrollado un gran mercado para las estufas de pellets con alimentación automática. El principal uso de pellets en Italia son las calderas de calefacción residenciales e industriales privadas de pequeña escala. [78]
En 2014 en Alemania, el consumo total de pellets de madera al año ascendió a 2,2 millones de toneladas. Estos pellets se consumen principalmente en el sector de la calefacción residencial a pequeña escala. Las plantas de cocombustión que utilizan el sector de pellets para la producción de energía no están muy extendidas en el país. La mayor cantidad de pellets de madera está certificado con DINplus, y estos son los pellets de mayor calidad. Generalmente se exportan los pellets de menor calidad. [79]
Ya en 1997 se comercializaron en Austria calderas de pellets de madera totalmente automáticas con un nivel de confort similar al de las calderas de gasóleo y gas . [80]
En 2019, India comenzó a quemar pellets de biomasa en centrales eléctricas de carbón alrededor de su capital, Delhi, para reducir la contaminación del aire causada por la quema de rastrojos/biomasa en campos abiertos para limpiar los campos para la siembra de la próxima cosecha. [81] Hay planes para utilizar pellets de biomasa para la generación de energía en todo el país para utilizar casi 145 millones de toneladas de residuos agrícolas para reemplazar una cantidad igual de carbón importado en la generación de energía. [82]
Las ventas totales de pellets de madera en Nueva Zelanda fueron de 300.000 a 500.000 toneladas en 2013. La reciente construcción de nuevas plantas de pellets de madera ha supuesto un enorme aumento de la capacidad de producción. [83] La planta de procesamiento de pellets de madera Nature's Flame, en Taupo, deberá duplicar a finales de 2019 su capacidad de producción anual a 85.000 toneladas. [84] Azwood Energy [85] opera una planta de procesamiento de pellets de madera en Nelson, que utiliza más de 1,2 millones de metros cúbicos de residuos forestales cada año [86] para proporcionar combustible neutro en carbono para uso doméstico, hospitales, escuelas y procesos industriales, incluida la leche. -Procesando. [87]
Algunas empresas importan calderas de fabricación europea. En 2009 [actualizar], alrededor de 800.000 estadounidenses utilizaban pellets de madera para calentarse. [48] Se estimó que en 2013 se utilizarían 2,33 millones de toneladas de pellets de madera para calefacción en los EE. UU. [88] Las exportaciones de pellets de madera de los EE. UU. a Europa crecieron de 1,24 millones de toneladas [ ¿Qué tipo? ] en 2006 a 7 millones de toneladas en 2012, pero los bosques crecieron aún más. [89]
Cuando se añaden pequeñas cantidades de agua a los pellets de madera, se expanden y se convierten en aserrín. Esto los hace adecuados para su uso como lecho para caballos . La facilidad de almacenamiento y transporte son beneficios adicionales sobre la ropa de cama tradicional. Sin embargo, algunas especies de madera, incluido el nogal, pueden ser tóxicas para los caballos y nunca deben usarse como ropa de cama. [90]
En Tailandia se producen pellets de cáscara de arroz para lechos de animales. Tienen una alta tasa de absorción que los hace ideales para este propósito.
Los pellets de biomasa elaborados a partir de materia comestible también se pueden utilizar como forraje para el ganado mediante la importación de excedentes de forraje de lugares lejanos para superar la escasez de forraje. [91] [92]
Los pellets de madera también se utilizan para absorber agua contaminada al perforar pozos de petróleo o gas. [93]
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace ){{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )El PFI mínimo estándar es 8000 BTU/lb => 5,2 MWh/t
Conferencia VT 2012 sobre calefacción de pellets y astillas de madera
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )Debido a las posibles consecuencias graves de una intoxicación, el lecho de los establos para caballos nunca debe contener madera de nogal negro.
