09 abril 2008

¿Cómo se consigue producir energía a partir de la biomasa?

Muchas empresas se plantean la posibilidad de utilizar recursos biomásicos para producir energía, pero ello no es tan fácil si lo que realmente queremos es obtener la máxima eficiencia. Para profundizar en el conocimiento de la biomasa describimos en este post algunas de las tecnologías más avanzadas que actualmente están disponibles para producir biomasa. La información que se muestra a continuación es fruto de un estudio realizado por TODOPRODUCTIVIDAD analizando más de doscientos fabricantes de equipos de generación de energía utilizando biomasa, es por ello una información inédita en castellano. A lo largo de todo el estudio, veremos varias tecnologías que pueden utilizarse en sistemas biomásicos. En general lo que se pretende es gasificar la biomasa de forma que podamos obtener un gas que sea utilizable como combustible. La recuperación de la biomasa ha creado recientemente un importante segmento de mercado, en el ámbito de combustión y gasificación de biomasa y las materias residuales en general (bagazo, lodos, residuos municipales, forestales, etc.). La gasificación es un método eficaz que permite producir un gas de escaso valor calorífico a partir de combustible sólido. El método consiste en transformar, a alta temperatura, más del 99% del carbono de la materia orgánica contenida en la biomasa en un gas de síntesis que posteriormente puede utilizarse como combustible sustituto de gas natural o de cualquier otro combustible no renovable en calderas, motores de combustión interna o turbinas de gas. El aprovechamiento de la biomasa en plantas de biogás está teniendo un amplio despegue en numerosos países. Por ejemplo, Suecia ha declarado que en los próximos 20-30 años será independiente del petróleo. Una de las grandes ventajas de la biomasa es la flexibilidad de las centrales. Las centrales pueden ponerse en marcha en periodos de alta demanda energética, cuando el precio de la energía es mayor, y pararse en periodos de bajo consumo. El aprovechamiento que se está haciendo en Suecia es muy interesante ya que permite procesar en una misma central los residuos sólidos urbanos con los residuos agrícolas que antes quemaban los agricultores. Desaparece el riesgo que suponía la quema de residuos agrícolas, con la consiguiente reducción de gases de efecto invernadero, y permite garantizar el suministro de materia prima para la central. El suministro de biomasa para las plantas de generación no presenta problemas actualmente porque son muchas las actividades que generan residuos y requieren su eliminación. No obstante, es necesario estudiar en cada caso el tipo de residuos a utilizar en la planta para optimizar su diseño. Adicionalmente es importante llegar a acuerdos previos con los generadores de residuos para garantizar el suministro de materia prima. Al respecto es interesante firmar acuerdos como entidad gestora de residuos con los productores, que es obligatorio a partir de la aprobación de la ley de residuos. En determinados residuos, especialmente si se producen cantidades importantes de residuos de difícil eliminación, será factible cobra adicionalmente una cantidad a la empresa productora por el servicio de eliminación. Ello conlleva ventajas adicionales a las plantas de tratamiento de biomasa. A continuación exponemos algunos de los procedimientos y tecnologías utilizadas en las plantas de biomasa. TecnologíaBiogat: El procedimiento Biogat® consiste en gasificar la biomasa y en producir electricidad con ayuda de un ciclo combinado (turbina de gas-ciclo Rankine). Esta tecnología constituye una solución a largo plazo considerando un aumento del costo de energía y el rigor creciente de las normas medioambientales. Sus ventajas son determinantes:

  • Un rendimiento energético neto del 45%;
  • La producción de energía propia y accesible;
  • Reducción de emanaciones agua-aire-suelo;
  • Reducción del 40% de los gases de efecto invernadero con relación al método convencional de combustión, y como consecuencia posibilidad de reclamar créditos de reducción de emisión de CO2;

Tecnología PRME®: Este sistema de gasificación se representa en forma esquemática en la siguiente figura. El sistema consta de una barrena de alimentación, control de la alimentación de sólidos, aire de gasificación, reactor KC, aire de combustión, cámara de combustión, transportadores de descarga de ceniza enfriada, tuberías, controles electrónicos e instrumentación. Como vemos, como el resto de las instalaciones consta de un equipo más complejo como es el reactor, y equipos auxiliares que son sencillos de fabricar, incluida la automatización. Tecnología Nexterra: Esta tecnología de gasificación proporciona el procedimiento para convertir madera u otros combustibles sólidos en syngas para producir calor y energía en aplicaciones a escala de planta. En la siguiente figura se muestra un diagrama representando el funcionamiento de estas centrales. El núcleo de esta tecnología es un gasificador ascendente de lecho fijo. El combustible es alimentado en el centro del gasificador protegido con material refractario en forma de bóveda. El aire de combustión, oxígeno y/o vapor se introduce en la base de la pila de combustible. La oxidación parcial, pirolisis y gasificación ocurre a 1500 ºC, y el combustible se convierte en “syngas” y ceniza no combustible. La ceniza migra a la base del gasificador y se elimina intermitentemente por una rejilla situada en el fondo. El syngas puede dirigirse a un equipo de recuperación de energía o utilizarse como combustible de calderas, secaderos y hornos para producir calor, agua caliente, vapor y/o electricidad. Tecnología de “Process Combustion Corporation”: Una de las opciones más interesante es fabricar equipos para la recuperación de biomasa en fábricas productoras de residuos. Pequeñas unidades pueden eliminar los residuos de la factoría, evitando problemas medioambientales, y recuperar la inversión e incluso rentabilizarla mediante la producción de energía necesaria para la planta. El objetivo es desarrollar equipos con capacidad para generar potencias térmicas del entorno de 5 Mw. Hay que tener en cuenta también la opción de autoconsumo y/o conexión a las redes de distribución. El equipo resulta muy eficiente si se requiere en la planta un elevado consumo de energía térmica. Pueden fabricarse equipos con las siguientes aplicaciones:

  • Vapor para procesos de esterilización y enfriamiento y calentamiento de factorías.
  • Obtención de vapor para calefacción de invernaderos. Esta aplicación es muy interesante ya que permite aprovechar la biomasa excedentaria de los invernaderos y utilizarla posteriormente para calentar el mismo, y por lo tanto aumentar la productividad de los cultivos de invierno, y proteger frente a heladas.

Tecnología Heuristic Engineering Inc.: Esta tecnología permite la recuperación de casi cualquier tipo de residuo de biomasa. Las especificaciones técnicas a conseguir en estos equipos son las siguientes:

  • La temperatura a la salida de la chimenea es de 2000 ºC.
  • Los límites de residuos son partículas de 120 mg/Nm3, 1,5 ppmv de CO, 15 ppmv de NOx y 12 % de CO2 en volumen.
  • El principio de operación de este equipo, en dos etapas, es el siguiente:
  1. Primera etapa: El equipo gasifica residuos húmedos (máx. porcentaje de humedad del 65 %) o secos. La gasificación ascendente genera gas a temperaturas controladas.
  2. Segunda etapa: En la siguiente etapa el gas producido en la anterior es quemado inmediatamente en una cámara de una combustión ciclónica. La segunda etapa se localiza directamente encima de la primera. El aire de combustión primaria se inyecta por el fondo de la segunda etapa para conseguir la ignición del gas producido.

El método de combustión ciclónica presurizado es un aparato quemador cilíndrico para la combustión presurizada de combustibles sólidos en forma de partículas y obtener un gas efluente limpio. En el quemador, las partículas sólidas son alimentadas tangencialmente en una cámara de combustión primaria y el caudal circula a una alta velocidad en una trayectoria helicoidal. Dividir el proceso de combustión en dos etapas facilita la utilización del combustible ya que permite operar con niveles muy bajos de exceso de aire (en torno al 15 %). Esto permite utilizar residuos con alto contenido de humedad a la vez que se mantienen temperaturas de descarga de al menos 950 ºC. Esta tecnología es consecuentemente interesante para aquellos residuos, como los de la industria agroalimentaria, que tienen un elevado contenido de humedad. Es factible eliminar una parte de la humedad mediante procesos simples y poder utilizar el residió en la planta casi sin tratar. La retirada de partículas se lleva a cabo en la segunda etapa, y se realiza mediante centrifugación. Asimismo, la retirada de cenizas se realiza en la primera etapa. El pH que se obtiene en la ceniza es alto, y puede venderse como fertilizante. Insistimos en que estas tecnologías son especialmente interesantes para recuperar residuos de alto poder calorífico, por ejemplo madera, y usarse como combustible, por ejemplo en hornos, y conseguir así parte de la energía que requiere la planta. Con esta tecnología se obtiene gas combustible a 600 ºC. El problema que se presenta con las turbinas de gas es que cuando se exponen a gases a altas temperaturas que contienen cantidades minúsculas de partículas, los álabes de la turbina quedan sometidos a una intensa erosión. La solución es utilizar un intercambiador de calor gas-a-aire llamado recuperador. Solamente el aire caliente y limpio pasa a través de la turbina. El problema de la eliminación de despojos de animales (especialmente pollo) en el entorno de las granjas avícolas se soluciona también utilizando este tipo de centrales. En efecto, este tipo de industrias tienen muchos problemas con sus residuos ya que se generan vertidos de fósforo y nitrato que contaminan los ríos locales. Estos vertidos están muy controlados ya que en ocasiones originan brotes de microorganismos peligrosos como consecuencia de los vertidos realizados a los ríos (el caso más destacable son los brotes de pfisteria piscicida en Estados Unidos, un microorganismo que produce grandes mortandades de peces).

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