Los sistemas de calefacción con biomasa generan calor a partir de biomasa . Los sistemas pueden utilizar combustión directa , gasificación , cogeneración , digestión anaeróbica o digestión aeróbica para producir calor. La calefacción con biomasa puede ser totalmente automatizada o semiautomatizada, puede funcionar con pellets o puede ser un sistema combinado de calor y electricidad.
Existen cuatro tipos principales de sistemas de calefacción que utilizan biomasa para calentar una caldera. Los tipos de calefacción con biomasa son totalmente automatizados, semiautomatizados, de pellets y de cogeneración.
En los sistemas totalmente automatizados, la biomasa triturada o molida se introduce en la caldera a través de cintas transportadoras a un ritmo controlado. Este ritmo se gestiona mediante controles informáticos para mantener la presión y la temperatura dentro de la caldera. Los sistemas totalmente automatizados ofrecen una gran facilidad de funcionamiento porque solo requieren que el operador del sistema controle el ordenador. [1] [2]
Los sistemas semiautomáticos o de "contenedor de reserva" son muy similares a los sistemas totalmente automatizados, salvo que requieren más mano de obra para mantenerse operativos. Tienen tanques de almacenamiento más pequeños y sistemas de transporte mucho más simples que requieren personal para mantener el funcionamiento de los sistemas. La razón de los cambios con respecto al 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 distribuye el calor. [3] Las calderas alimentadas con leña son más eficientes cuando funcionan a su máxima capacidad, y el calor necesario la mayoría de los días del año no será el máximo requerido para el año. Teniendo en cuenta que el sistema solo necesitará funcionar a alta capacidad unos pocos días del año, está diseñado para satisfacer 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 hace más caros. Aunque son más caros, están mucho más condensados y uniformes, y por lo tanto son más eficientes. Además, es relativamente fácil alimentar automáticamente los pellets a las calderas. En estos sistemas, los pellets se almacenan en un silo de almacenamiento de tipo grano y se utiliza la gravedad para moverlos a la caldera. Los requisitos de almacenamiento son mucho menores para los sistemas de pellets debido a su naturaleza condensada, lo que también ayuda a reducir los costos. Estos sistemas se utilizan para una amplia variedad de instalaciones, pero son más eficientes y rentables para lugares donde el espacio para el almacenamiento y los sistemas de transporte es limitado, y donde los pellets se fabrican bastante cerca de la instalación. [2]
Una subcategoría de los sistemas de pellets son las calderas o quemadores capaces de quemar pellets con un mayor índice de cenizas (pellets de papel, pellets de heno, pellets de paja). Uno de este tipo 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 electricidad son sistemas muy útiles en los que se utilizan desechos de madera, como astillas de madera , para generar energía y se crea calor como subproducto del sistema de generación de energía. Tienen un costo muy alto debido a la alta presión de funcionamiento. Debido a esta alta presión de funcionamiento, es obligatorio contar con un operador altamente capacitado, lo que aumentará el costo de operación. Otro inconveniente es que, si bien producen electricidad, producirán calor y, si la producción de calor no es deseable durante ciertas partes del año, es necesario agregar una torre de enfriamiento, lo que también aumentará el costo.
Existen determinadas situaciones en las que la cogeneración es una buena opción. Los fabricantes de productos de madera utilizarían un sistema combinado de calor y electricidad porque tienen un gran suministro de residuos de madera y necesitan tanto calor como electricidad. Otros lugares en los que estos sistemas serían óptimos son los hospitales y las prisiones, que necesitan energía y calor para el agua caliente. Estos sistemas están dimensionados de manera que produzcan suficiente calor para igualar la carga térmica promedio, de modo que no se necesite calor adicional ni 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 sobre el medio ambiente porque el carbono en la biomasa es parte del ciclo natural del carbono ; mientras que el carbono en los combustibles fósiles no lo es, y agrega carbono de forma permanente 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.
Dado que la biomasa forestal se deriva generalmente de madera que tiene un valor comercial menor, la biomasa forestal suele cosecharse como subproducto de otras operaciones de cosecha de madera. La calefacción con biomasa ofrece mercados para la madera de menor valor, lo que permite una gestión forestal saludable y rentable. [ cita requerida ]
A gran escala, el uso de biomasa agrícola quita 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 crea contaminantes del aire y añade cantidades significativas de carbono a la atmósfera que pueden no volver 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 reemplazarla 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 la 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 las 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 de la neblina marrón gigante 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 modernos aparatos de quema 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 (CO2 ) . La cantidad de carbono almacenado en la madera seca es de aproximadamente el 50% en peso. [16] Cuando procede de fuentes agrícolas, la materia vegetal utilizada como combustible se puede sustituir plantando plantas para generar nuevos brotes. Cuando la biomasa procede de los bosques, el tiempo necesario para recuperar el carbono almacenado suele ser mayor 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 los años 1990, ha sido reemplazada por la ciencia más reciente, que reconoce que los bosques maduros e intactos secuestran carbono de manera más eficaz 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 de los bosques 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 es probablemente la protección del bosque en pie". [22] Otros estudios muestran que el almacenamiento de carbono depende del bosque y del uso de la biomasa cosechada. 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 que son talados a ras del suelo. Además, cuanto más eficiente sea la conversión de madera en energía, menos madera se utiliza y más corto será el ciclo del carbono. [23]
El aumento del precio del petróleo desde 2003 y los consiguientes aumentos de los precios del gas natural y del carbón han aumentado el valor de la biomasa para la generación de calor. Los residuos forestales, los desechos agrícolas y los cultivos destinados específicamente a la producción de energía se vuelven competitivos a medida que aumentan los precios de los combustibles fósiles densos en energía . Los esfuerzos por desarrollar este potencial pueden tener el efecto de regenerar tierras de cultivo mal gestionadas y ser un engranaje en la rueda de una industria de energía renovable descentralizada y multidimensional . Los esfuerzos por promover y avanzar estos métodos se volvieron comunes en toda la Unión Europea durante la década de 2000. En otras áreas del mundo, los medios ineficientes y contaminantes para generar calor a partir de biomasa, junto con las malas prácticas forestales, han contribuido significativamente a la degradación ambiental .
{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: fecha y año ( enlace )