Los combustibles de pellets (o pellets ) son un tipo de combustible sólido hecho de material orgánico comprimido . [1] Los pellets se pueden fabricar a partir de cualquiera de las cinco categorías generales de biomasa : desechos industriales y coproductos, desechos alimentarios , residuos agrícolas , cultivos energéticos y madera sin tratar . [2] Los pellets de madera son el tipo más común de combustible de pellets y generalmente se fabrican 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 descartadas durante las operaciones de tala . [5] [6] Los llamados "pellets negros" están hechos de biomasa , refinada para parecerse al carbón duro y se desarrollaron para ser utilizados en plantas de energía a carbón existentes . [7] Los pellets se clasifican por su valor calorífico , contenido de humedad y cenizas , y dimensiones. Se pueden utilizar como combustibles para la generación de energía, calefacción comercial o residencial y cocina . [8]
Los pellets son extremadamente densos y pueden producirse con un bajo contenido de humedad, por debajo del 10%, lo que permite que se quemen con una eficiencia de combustión muy alta . [9] Su geometría regular y su pequeño tamaño permiten una alimentación automática con una calibración muy fina. Se pueden introducir en un quemador mediante alimentación por sinfín o por transporte neumático . Su alta densidad permite un almacenamiento compacto y un transporte a larga distancia. Se pueden transportar cómodamente desde un camión cisterna a un búnker o silo de almacenamiento en las instalaciones del cliente. [10]
Desde mediados de los años 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 Agencia Internacional de la Energía , la producción de pellets de madera se duplicó con creces entre 2006 y 2010 hasta superar los 14 millones de toneladas. [12] En un informe de 2012, el Centro de Recursos de Energía 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]
.jpg/1280px-8._Station_-_Holzpelletproduktion_der_WestPellets_GmbH_and_Co._KG_(6219816410).jpg)
Los pellets se producen comprimiendo el material de madera que ha pasado primero por un molino de martillos para obtener una masa uniforme similar a una masa. [14] Esta masa se introduce en una prensa, donde se comprime 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 leñosa que no contienen lignina. Una noticia de 2005 de Cornell University News sugería que la producción de pellets de pasto estaba más avanzada en Europa que en Norteamérica. Sugería que los beneficios del pasto como materia prima incluían su corto tiempo de crecimiento (70 días) y la facilidad de cultivo y procesamiento. La noticia citaba a Jerry Cherney, un profesor de agricultura de la escuela, afirmando que los pastos producen el 96% del calor de la madera y que "se puede utilizar cualquier mezcla de pastos, cortarlos a mediados o finales del verano, dejarlos en el campo para que filtren los minerales, luego empacarlos y granularlos. No es necesario secar el heno para granularlos, lo que hace que el costo del procesamiento sea menor que con el granulado de madera". [15] En 2012, el Departamento de Agricultura de Nueva Escocia anunció como proyecto de demostración la conversión de una caldera de petróleo a pellets de pasto en un centro de investigación. [16]
Los pellets de combustible de cáscara de arroz se fabrican compactando la cáscara de arroz obtenida como subproducto del cultivo de arroz en los campos. También tienen características similares a los pellets de madera y son más respetuosos 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 es típicamente inferior al 10%. El tamaño de los pellets se mantiene generalmente en alrededor de 6 mm de diámetro y 25 mm de longitud en forma de cilindro; aunque no son infrecuentes los cilindros más grandes o las briquetas . Son mucho más baratos que los pellets energéticos similares y se pueden compactar/fabricar a partir de la cáscara en la propia granja, utilizando maquinaria barata. Por lo general, son más respetuosos con el medio ambiente en comparación con 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 similares a los pellets de cáscara de arroz.
Un informe de CORRIM (Consorcio de Investigación sobre Material Industrial Renovable) 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 los pellets es inferior al 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 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 pellets de madera canadienses desde Vancouver a Estocolmo (15.500 km a través del Canal de Panamá ) es de 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 de solo alrededor de 0,6-0,7 toneladas por metro cúbico). Los pellets tienen buena resistencia estructural y bajo contenido de polvo y cenizas. [8] Debido a que las fibras de madera se descomponen en el molino de martillos, prácticamente no hay diferencia en los pellets terminados entre los diferentes tipos de madera. [ cita requerida ] Los pellets se pueden fabricar a partir de casi cualquier variedad de madera; siempre que la prensa de pellets esté equipada con una buena instrumentación, las diferencias en el material de alimentación se pueden compensar en la regulación de la 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 las normas europeas 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 revestidos 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 requerida ]
Las normas utilizadas en los Estados Unidos son diferentes, desarrolladas por el Pellet Fuels Institute y, como en Europa, no son obligatorias. [ cita requerida ] Aún así, muchos fabricantes cumplen, ya que las garantías de los equipos de combustión fabricados en EE. UU. o importados pueden no cubrir los daños causados por pellets que no cumplen con las regulaciones. [ cita requerida ] Los precios de los pellets estadounidenses aumentaron durante la inflación de precios de los combustibles fósiles de 2007-2008, pero luego cayeron notablemente y generalmente son más bajos en términos de precio por cantidad de energía que la mayoría de los combustibles fósiles , excluido el carbón .
Las agencias reguladoras de Europa y América del Norte están en proceso de endurecer las normas de emisiones para todas las formas de calefacción a base de madera, incluidos los pellets de madera y las estufas de pellets. Estas normas serán obligatorias y se realizarán pruebas certificadas de forma independiente para garantizar su cumplimiento. [28] [29] En los Estados Unidos, las nuevas normas iniciadas en 2009 han completado el proceso de revisión reglamentaria de la EPA , [30] y las nuevas normas finales se emitieron para comentarios el 24 de junio de 2014. [31] [32] [33] El Comité Estadounidense de Normas de la Madera será la agencia de certificación independiente para las nuevas normas de pellets. [34]
Los pellets de madera pueden emitir grandes cantidades de monóxido de carbono venenoso durante su almacenamiento. Se han producido accidentes mortales en almacenes privados [35] y a bordo de buques marítimos. [36] [37]
Al manipularlos, los pellets de madera desprenden un polvo fino que puede causar graves explosiones de polvo . [38]
Los pellets de madera suelen almacenarse a granel en grandes silos. Pueden calentarse por sí solos, encenderse y provocar un incendio latente muy difícil de extinguir. El incendio latente produce monóxido de carbono tóxico y gases de pirólisis inflamables que pueden provocar explosiones en los silos. [39]
Hay tres tipos generales de aparatos de calefacción de pellets: estufas de pellets independientes, estufas de pellets insertables 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 recipiente de almacenamiento llamado tolva. La tolva puede estar ubicada en la parte superior del aparato, en el lateral o de forma remota. Un sinfín mecánico alimenta automáticamente los pellets a un recipiente de combustión. Desde allí, se queman 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 los tubos de intercambio de calor y hacia la habitación. Las estufas de pellets tienen placas de circuito en su interior que actúan como un termostato y regulan la temperatura. [40]
Un inserto de estufa de pellets es una estufa que se inserta en una chimenea de mampostería o de leña prefabricada existente , similar a un inserto de chimenea .
Las calderas de pellets son sistemas autónomos de calefacción central y agua caliente diseñados para sustituir a los sistemas tradicionales de combustibles fósiles en aplicaciones residenciales, comerciales e institucionales. Las calderas de pellets automáticas o de pellets automáticos incluyen silos para el almacenamiento a granel de pellets, un sistema de suministro de combustible que traslada el combustible desde el silo hasta la tolva, un controlador lógico para regular la temperatura en varias zonas de calefacción y un sistema automatizado de eliminación de cenizas para operaciones automatizadas a largo plazo. [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 coincidir. ]
En los últimos años se han desarrollado estufas y calderas de pellets de madera de alta eficiencia, que suelen ofrecer eficiencias de combustión superiores al 85 %. [46] La última generación de calderas de pellets de madera puede funcionar en modo de condensación y, por lo tanto, alcanzar valores de eficiencia un 12 % superiores. [47]
Las calderas de pellets de madera tienen un control limitado sobre la velocidad y la presencia de la combustión en comparación con los sistemas de combustión líquida o gaseosa. Por este motivo, son más adecuadas para los sistemas de calefacción hidrónica debido a la mayor capacidad del sistema hidrónico para almacenar calor. [ cita requerida ] También hay disponibles quemadores de pellets que se pueden adaptar a las calderas de combustión de fueloil. [ 10 ]
Las emisiones de NOx , SOx 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 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 tipo bolsa pueden controlar las partículas cuando se mantienen y operan adecuadamente. [49]
Existe incertidumbre sobre hasta qué punto la producción de calor o electricidad mediante la quema de pellets de madera contribuye al cambio climático global , así como sobre cómo se compara el impacto sobre el clima con el impacto del uso de fuentes de calor competitivas. [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 CO2 al aire, lo que crea una "deuda de carbono" que no se amortiza hasta dentro de 20 o 25 años y tras la cual se obtiene un 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 que se ha informado. [50] [56]
Hasta alrededor de 2008 se asumía comúnmente, incluso en artículos científicos, que la energía de biomasa (incluida la de pellets de madera) es neutra en carbono, en gran parte porque se creía que el recrecimiento de la vegetación recapturaba y almacenaba el carbono que se emite al aire. [57] Luego, comenzaron a aparecer artículos científicos que estudiaban las implicaciones climáticas de la biomasa que refutaban la suposición simplista de su neutralidad de carbono . [53] [58] Según el Centro de Recursos de Energía de Biomasa, el supuesto de neutralidad de carbono "ha cambiado a un reconocimiento de que las implicaciones de carbono de la biomasa dependen de cómo se cosecha el combustible, de qué tipos de bosques, qué tipos de gestión forestal se aplican 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 se pueden compensar significativamente si los árboles que se talaron se reemplazan por árboles nuevos en un bosque bien gestionado, ya que los nuevos árboles absorberán dióxido de carbono del aire a medida que crezcan. [60] Sin embargo, el establecimiento y cultivo de cultivos bioenergéticos puede desplazar ecosistemas naturales , degradar suelos y consumir recursos hídricos y fertilizantes sintéticos. [61] [62]
Aproximadamente un tercio de toda la madera utilizada para la calefacción y la cocina tradicionales en las zonas tropicales se cosecha de forma no sostenible. [63] Las materias primas para la bioenergía suelen requerir cantidades significativas de energía para su cosecha, secado y transporte; 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 dar lugar a mayores emisiones generales de carbono para la bioenergía en comparación con el uso de combustibles fósiles. [62] [64]A la industria de productos de madera le preocupa que, si se instituye un uso a gran escala de la energía derivada de la madera, el suministro de materias primas para la construcción y la fabricación ( madera ) se reducirá significativamente. [9] [65]
Debido al rápido aumento de popularidad desde 2005, la disponibilidad y el costo de los pellets pueden ser un problema. [66] 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. [67] Sin embargo, la producción actual de pellets está aumentando y hay planes para poner en funcionamiento varias nuevas fábricas de pellets en los EE. UU. en 2008-2009. [68] [ Desactualizado. ]
El costo de los pellets puede verse afectado por el ciclo de construcción, lo que genera fluctuaciones en el suministro de aserrín y recortes. [69]
Según el comunicado de la Oficina de Energía y Planificación de New Hampshire sobre los precios de los combustibles actualizado el 5 de octubre de 2015, el costo del combustible para calefacción #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 combustible para calefacción #2. Esto supone que una tonelada de pellets produce 16 500 000 BTU y un galón de combustible para calefacción #2 produce 138 690 BTU. Por lo tanto, si el combustible para calefacción #2 entregado cuesta $1,90/galón, 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 plantas de energía a gran escala. La planta de energía más grande del Reino Unido, la central eléctrica Drax , convirtió algunas de sus unidades a quemadores de pellets a partir de 2012; para 2015, Drax había convertido al Reino Unido en el mayor receptor de exportaciones de pellets de madera de los EE. UU. [71] En Dinamarca y Suecia , los pellets se utilizan en plantas de energía a gran escala, sistemas de calefacción urbana de escala media y calefacción residencial a pequeña escala. En Alemania , Austria , Italia y Francia , los pellets se utilizan principalmente para calefacción residencial e industrial a pequeña escala. [70]
El Reino Unido ha puesto en marcha un programa de subvenciones denominado Incentivo para el calor renovable (RHI, por sus siglas en inglés) 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 programa de este tipo en el mundo y tiene como objetivo aumentar la cantidad de energía renovable generada en el Reino Unido, de acuerdo con los compromisos de la UE . Escocia e Irlanda del Norte tienen programas separados pero similares. Desde la primavera de 2015, todos los propietarios de biomasa, ya sea domésticos o comerciales, deben comprar sus combustibles a proveedores aprobados por la BSL (Lista de proveedores de biomasa) para recibir los pagos del RHI. [72] El escándalo del Incentivo para el calor renovable, también conocido como el "escándalo de dinero por cenizas", fue un escándalo político en Irlanda del Norte que se centró en un fallido programa de incentivos para la energía renovable (quema de pellets de madera).
Los pellets se utilizan ampliamente en Suecia, el principal productor de pellets en Europa, [26] principalmente como una alternativa a la calefacción central a gasóleo. En Austria, el principal mercado de hornos de calefacción central a 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 de estufas de pellets alimentadas automáticamente. El principal uso de los pellets en Italia son las calderas industriales y residenciales privadas a pequeña escala para calefacción. [73]
En Alemania, en 2014, el consumo total de pellets de madera ascendió a 2,2 millones de toneladas al año. Estos pellets se consumen principalmente en el sector de calefacción residencial a pequeña escala. Las plantas de co-combustión que utilizan pellets para la producción de energía no están muy extendidas en el país. La mayor cantidad de pellets de madera está certificada con DINplus y se trata de los de mayor calidad. Por lo general, los pellets de menor calidad se exportan. [74]
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 . [75]
En 2019, la India comenzó a quemar pellets de biomasa en centrales eléctricas de carbón en los alrededores de su capital, Delhi, para reducir la contaminación del aire causada por la quema de rastrojos y biomasa en campos abiertos para limpiar los campos para la siembra del próximo cultivo. [76] Se han hecho 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. [77]
En 2013, las ventas totales de pellets de madera en Nueva Zelanda fueron de 300.000 a 500.000 toneladas. La reciente construcción de nuevas plantas de pellets de madera ha dado lugar a un enorme aumento de la capacidad de producción. [78] Está previsto que a finales de 2019 la planta de procesamiento de pellets de madera Nature's Flame, en Taupo, duplique su capacidad de producción anual hasta las 85.000 toneladas. [79] Azwood Energy [80] 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 [81] para proporcionar combustible neutro en carbono para uso doméstico, hospitales, escuelas y procesos industriales, incluido el procesamiento de la leche. [82]
Algunas empresas importan calderas fabricadas en Europa. En 2009 [actualizar], unos 800.000 estadounidenses utilizaban pellets de madera para calefacción. [48] Se calcula que en 2013 se utilizarían 2,33 millones de toneladas de pellets de madera para calefacción en Estados Unidos. [83] La exportación de pellets de madera de Estados Unidos a Europa aumentó de 1,24 millones de toneladas [ ¿Qué tipo? ] en 2006 a 7 millones de toneladas en 2012, pero los bosques crecieron aún más. [84]
Cuando se añaden pequeñas cantidades de agua a los pellets de madera, estos se expanden y se transforman en aserrín, lo que los hace adecuados para su uso como lecho para caballos . La facilidad de almacenamiento y transporte son ventajas adicionales en comparación con los lechos tradicionales. Sin embargo, algunas especies de madera, como el nogal, pueden ser tóxicas para los caballos y nunca deben utilizarse como lecho. [85]
En Tailandia se producen pellets de cáscara de arroz para lecho de animales. Tienen una alta tasa de absorción, lo que los hace ideales para ese fin.
Los pellets de biomasa elaborados a partir de materia comestible también se pueden utilizar como forraje para el ganado importándolos de lugares lejanos con excedentes de forraje para superar la escasez de forraje. [86] [87]
Los pellets de madera también se utilizan para absorber agua contaminada durante la perforación de pozos de petróleo o gas. [88]
{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace ){{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )El PFI estándar mínimo es de 8000 BTU/lb => 5,2 MWh/t.
Conferencia sobre calefacción con pellets y astillas de madera de Vermont de 2012
{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace ){{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )Debido a las posibles consecuencias graves del envenenamiento, la cama de los establos de los caballos nunca debe contener madera de nogal negro.
