REVISTA DE INGENIERIA DYNA

Vol. LXXXII-1: 41-43 DYNA ENERO - FEBRERO 2007 41
TECNOLOGÍA ENERGÉTICA
¿Se considera la biomasa como una alternativa energética? Xavier Elías
5 SISTEMAS SOSTENIBLES DE
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
El buen rendimiento energético que
se consigue con la aplicación de la
tecnología de gasificación en ciclo
combinado, hace que las emisiones
de CO2 de una central de ciclo combinado
con gasificación (GICC) se puedan
evaluar en un 20% inferior a las
correspondientes a una central termoeléctrica
convencional de carbón,
algo muy interesante en los tiempos
que se avecinan.
La transposición de este modelo a
la biomasa parece ser el futuro de la
generación de electricidad a partir de
esta fuente de energía. En este caso,
el proceso, como muestra la Figura 3,
se inicia con la gasificación de la biomasa.
El gas de síntesis es preciso
lavarlo y, precisamente, el lavado es
la etapa técnicamente más delicada
ya que requiere obtener un gas con
una calidad equiparable al gas natural.
En esta etapa los contaminantes
se extraen en forma de sales y el
"subproducto" es agua, de ahí que se
trate de un sistema sostenible.
La turbina de gas produce electricidad
(E1) y los gases de escape se
envían a una caldera de recuperación,
donde se produce vapor de agua que
se expande en una turbina de vapor
para generar electricidad (E2).
De acuerdo con el estado de la
tecnología actual, el rendimiento eléctrico
del sistema está alrededor del
40%. Una simple comprobación servirá
para dar significado económico a
estas cifras:
- 100 kWh de gas natural cuestan
2,33 y producen 40 kW(e), es decir,
el coste de generación será de 0,05
/KWh(e).
- Con una biomasa a 18 /t y un
PCI de 3,5 kWh/kg, generar 100 kWh
cuesta 0,514 , o sea, el coste de generación
será de 0,013 /kWh(e).
Atendiendo sólo al precio del
combustible, la generación de electricidad
en un motor de gas natural de
cogeneración resulta 3,8 veces más
cara que la producida en un ciclo
simple de gasificación y generación
de electricidad en un motor de cogeneración.
Si a igualdad de rendimiento
que un ciclo combinado de biomasa
se suma el más que posible aumento
del gas natural, la diferencia
puede llegar a ser hasta ocho veces
superior.
En resumen, es imprescindible fomentar
el desarrollo de las energías
renovables. Para ello es importante
conocer el nivel de inversión aproximado
para cada uno de los sistemas.
La Figura 4 da una idea de ello partiendo
de la base de que los sistemas
de generación trabajan 8.000 h/año, a
excepción de la eólica, que se calcula
con una base de funcionamiento de
2.500 h/año.
En el caso del Estado español, sólo
la energía eólica presenta un nivel
de desarrollo que permita cumplir
con los objetivos planteados en el
Plan de Energías Renovables. La biomasa,
la mini hidráulica y la fotovoltaica,
en cambio, se hallan muy alejadas
de los objetivos.
El GICC muestra que la gasificación
en ciclo combinado aplicada a
los residuos permitiría mejorar en
gran manera el rendimiento eléctrico.
Si la tasa de conversión empleada en
las tablas 5 y 6 pasara del 19% (valor
usado) al 40%, es obvio que la cantidad
de electricidad generada sería
muy superior: 12.894 MW (e) en lugar
de los 6.125 MW (e).
5.1. LA EXPLOTACIÓN SOSTENIBLE
DE LOS RECURSOS FORESTALES
En España, sólo en 2005, ardieron
153.446 ha. Por lo general, esta cifra
incluye matorral y monte abierto, pero
la mayoría es masa forestal. Las
Comunidades Autónomas han creado
una estructura en torno al fuego que
emplea a 40.000 personas y destina
más de 700 millones de euros, cuando
sería mas sostenible ecológica y
Xavier Elias
Ingeniero Industrial
Director de la Borsa de Subproductes de
Catalunya
¿SE CONSIDERA LA BIOMASA COMO
UNA ALTERNATIVA ENERGÉTICA?
Parte 2: DESARROLLO SOSTENIBLE
IS CONSIDERED THE BIOMASS AS AN ENERGETIC
ALTERNATIVE?
3322.05 Fuentes no Convencionales de Energía
Recibido: 16/10/06
Aceptado: 31/10/06
Figura 5. Reactor de gasificación de
biomasa
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TECNOLOGÍA ENERGÉTICA
Xavier Elías ¿Se considera la biomasa como una alternativa energética?
económicamente reproducir modelos
de explotación forestal como se hace
en Austria.
Güssing es una pequeña localidad
situada en el sudeste de Austria tradicionalmente
con una economía deprimida.
Las autoridades regionales y
estatales decidieron, con la ayuda de
la UE, instalar un centro de conversión
energética de la biomasa, en colaboración
con los propietarios forestales,
bajo los siguientes principios:
- Se instalaría una fábrica para la
producción de parqué a partir de los
troncos de los árboles mejores (optimización
de la explotación forestal).
- La fábrica de parqué se abastecería
de calor y electricidad de la central
de generación de energía.
- Todos los habitantes de la localidad
de Güssing tendrían calefacción y
energía eléctrica procedente exclusivamente
de dicha central.
- Se crearía un Centro de investigación
y desarrollo de energías renovables
en el municipio.
El proyecto, que comenzó en
2000, culminó completamente en
2003 (la central entró en funcionamiento
en 2002). Desde entonces, se
han creado varios puestos de trabajo
y la localidad es completamente autónoma
en términos energéticos. Es
decir, sólo depende de su propia biomasa.
Además, la central puede funcionar
con pellets a base de biomasa y
plásticos residuales con lo que se
abre la posibilidad de emplear otros
residuos de difícil reciclaje pero de alto
PCI.
6. EJEMPLOS DE
SOSTENIBILIDAD ENERGÉTICA
Este apartado pretende mostrar cómo
el uso de los residuos propios generados
en una instalación puede disminuir
la factura energética en algunos
sectores industriales. Intentamos
presentar un modelo de generación
energética relacionado con algunos
sectores industriales de manera que
la gestión de la energía asociada al
tratamiento de sus propios residuos
pueda catalogarse de sostenible.
Por lo general, España es un país
donde el depósito en vertedero es barato
y, además, existe poca tradición
de valorización energética. La Directiva
1999/31/CE, relativa al vertido de
residuos, incide en esta cuestión y en
la práctica ha conducido a que, en la
mayoría de los países de la UE, el
vertido se encarezca o esté prohibido,
con lo que se potencia la valorización
energética.
6.1. OPTIMIZACIÓN DE LA GESTIÓN
ENERGÉTICA EN EL TRATAMIENTO
DE LOS FANGOS DE EDAR
Austria ha sido uno de los países pioneros
de la UE en prohibir el vertido
de fangos de EDAR (en Suiza hace
años que está prohibido) y los Países
Bajos lo harán en breve. Considerando
que las vías tradicionales de gestión
de estos residuos, el destino
agrícola y el compostaje, se hallan
cada día más restringidas, la valorización
energética constituye la única alternativa,
sobre todo para los fangos
procedentes de zonas urbanas industriales.
Para solucionar el problema, la
primera opción ha consistido en secar
los fangos hasta una sequedad
del 90% (a la salida de la EDAR, lo
normal es una sequedad del 23%), lo
que ha permitido reducir considerablemente
la cantidad de fangos a
transportar a depósito controlado. No
obstante, esta operación es cara y la
introducción de la cogeneración como
soporte económico de la gestión
se ha revelado poco eficiente.
Finalmente hay que añadir que la
gestión de fangos de EDAR tiene un
gran impacto económico, que irá en
aumento, puesto que es obligación
de las autoridades ambientales el depurar
las aguas residuales.
6.1.1. Valorización energética de los
fangos
Siguiendo la lógica de la gestión de
los fangos de EDAR, la valorización
energética de los mismos debe suministrar
la energía suficiente para el
secado. El proceso, de acuerdo con el
esquema de la Figura 6, consiste en
la gasificación de los fangos.
La energía contenida en el residuo
(fango) se convierte en energía química
contenida en un gas. Este gas
se puede utilizar de forma muy flexible:
como materia prima de procesos
químicos o como combustible en calderas,
motores, turbinas o pilas de
combustible.
Si el objetivo global del proceso
es eliminar los fangos, las etapas lógicas
del proceso deberían ser:
- Aplicar al gas de síntesis las etapas
de tratamiento que prescribe el
RD 653/2003 en lo referente a la cámara
de postcombustión. A la salida
de esta cámara, el gas sólo contendrá
CO2, H2O, gases ácidos, metales y
material particulado.
- Valorizar el calor sensible del
gas en una caldera y producir vapor
o, aceite térmico para el secado parcial
de los propios fangos. De esta
manera, se cierra el ciclo energético y
no se debe emplear energía externa
para el secado de los fangos.
6.1.2. Un modelo energéticamente
sostenible
El sistema propuesto en la Figura 6
está pensado para el tratamiento de
fangos de EDAR húmedos, con una
sequedad estándar del 23%. En este
caso, la instalación de una línea de secado
puede ser más reducida habida
cuenta que la sequedad de entrada al
Figura 6. Ciclo energético sostenible de los fangos de EDAR
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TECNOLOGÍA ENERGÉTICA
¿Se considera la biomasa como una alternativa energética? Xavier Elías
gasificador, en el caso de los lechos
fluidizados, debe ser del 50 o 60%.
En el caso de tener que tratar fangos
secos, los procedentes del secado
térmico, la energía generada en el
gasificador será muy elevada y el sistema
aconsejado para disiparla es la
generación de electricidad en un típico
ciclo de Rankine.
6.2. RESIDUOS DEL SECTOR
PAPELERO
El papel fabricado a partir del recuperado
genera una cantidad importante
de fangos con una tipología particular.
Según ASPAPEL (Patronal del
sector), las fábricas que producen
papel a partir de papel recuperado
generaron, en 2001, 817.300 t de residuo
seco. En realidad, se genera
con una humedad próxima al 80%,
por lo que la cantidad real de residuo
es muy superior.
Estos residuos están constituidos
por una fracción orgánica de celulosa
(fangos de destintado, cartones, rechazos),
una masa bacteriana (de la
depuradora) y una fracción inorgánica
procedente de las cargas propias
del papel.
Además de los fangos del proceso
de destintado, los residuos producidos
en la fabricación de pasta destintada
y papel de recuperación, corresponde
generalmente a tres tipos:
- Rechazos constituidos por papel,
plásticos, metales, fibras y tejidos,
que corresponden a las impurezas
del papel recuperado.
- Fangos primarios, correspondientes
a la etapa de tratamiento primario
de la depuradora.
- Fangos biológicos, que corresponden
a la depuración secundaria.
Se estima que su producción, sobre
base seca, es del 65 al 70% de la masa
de materia eliminada por vía biológica.
Desde el punto de vista de su valorización
energética, la cantidad y
calidad de los fangos de destintado
son máximas en papel tisú, papel de
oficina y papel prensa, por este orden
si se emplean papeles de recuperación
de calidades semejantes. En la
fabricación de cartón corrugado, en
cambio, se produce poco fango y la
proporción de rechazos puede alcanzar
valores muy elevados.
Debido a que la fracción orgánica
es mayoritaria, los fangos de papelera
tienen un PCI notable. El problema
radica en la humedad, que es tan elevada
que se necesitaría todo el poder
calorífico de la fracción seca para la
evaporación, sin reportar beneficio alguno
al proceso. Por ello, y como esquematiza
la Figura 7, el proceso sugerido
arranca con un secador solar.
Una vez la cantidad de agua es la
adecuada para el ingreso en el gasificador,
se transforma energéticamente
y el calor se usa para producir vapor
para el proceso.
Con el fin de poder aprovechar el
potencial energético de forma sostenible,
lo más adecuado es recurrir a
un sistema de secado solar, como el
mostrado en este mismo artículo.
7. CONCLUSIONES
El potencial energético de las energías
renovables es superior en varios
órdenes de magnitud al de la energía
de los combustibles fósiles.
En nuestro país, los residuos orgánicos
no se valorizan energéticamente,
tan sólo algunos RSU, a pesar
de que el potencial energético teórico
que representan, a escala nacional, es
de 6.000 MW (e), equivalente a seis
centrales nucleares convencionales.
A partir de las tecnologías de conversión
energética disponibles, casi
todos los sectores industriales permiten
la valorización de residuos para
disminuir su factura energética. Los
sistemas de valorización energética
de residuos son aptos para la producción
de energía a la vez que permiten
reducir las emisiones de gases
de efecto invernadero. Ayudan, pues,
a realizar una gestión energética sostenible.
La gasificación parece ser el sistema
de conversión energética más
adecuado para la producción de electricidad
a partir de la biomasa.
Todo sistema de conversión de
energía debería estar de acuerdo con
la tipología del residuo a tratar.
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Figura 7. Valorización energética de
fangos de papelera