APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL Aprovechamiento de la Biomasa Forestal producida por la Cadena Monte-Industria. Parte I: Situación Actual y Evaluación de Sistemas de Tratamiento. ✍ Fernando Sanz Infante Gonzalo Piñeiro Veiras Área de Innovación y Tecnología del CIS-Madera Esta serie de artículos incluyen un resumen de los resultados obtenidos en un proyecto realizado por el CIS-Madera en colaboración con las Universidades de Santiago y Vigo, con el fin de analizar la valorización de la biomasa procedente de los residuos forestales y la industria de transformación de la madera en Galicia. Este trabajo ha contemplado, entre otros aspectos, la modelización de la producción de biomasa forestal, el estudio de técnicas avanzadas de recogida, la caracterización de los residuos, y el estudio de las implicaciones ambientales del aprovechamiento de los restos de corta. 6 Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL 1. INTRODUCCIÓN. La combustión de biomasa constituyó tradicionalmente la fuente de energía más importante desde el descubrimiento del fuego hasta la revolución industrial. En los últimos tiempos, este aprovechamiento ha vuelto a suscitar un gran interés, entre otras razones, ante la problemática del cambio climático global, cuyo origen parece vinculado al sistema energético actual. Esta circunstancia ha motivado que a los criterios tradicionales de gestión energética, basados en lograr la mayor competitividad de costes y seguridad de suministro posibles, se hayan añadido otros tendentes a lograr una mayor protección del medio ambiente, a través de una política que incluye el desarrollo de energías de carácter renovable entre las que se encuentra la biomasa. En este contexto, este estudio fue desarrollado con 4 objetivos fundamentales: realizar una valoración de la biomasa residual procedente de los aprovechamientos forestales y de la industria de transformación de la madera en Galicia, estudiar de forma práctica las técnicas de recogida más avanzadas, caracterizar los residuos en sus distintas fracciones, y evaluar el impacto ambiental vinculado a la retirada de los restos de corta. A continuación se resumen los principales resultados obtenidos. 2. EVALUACIÓN DE LOS RESIDUOS PRODUCIDOS EN GALICIA. En primer lugar, es preciso señalar que el ámbito del estudio se ha ceñido a los materiales generados en procesos productivos vinculados a la “cadena monteindustria”. En la figura 1 se incluye un esquema en el que figuran las diferentes fuentes de subproductos y residuos consideradas. Figura 1 Revista CIS-Madera Localización de parcelas de muestreo. 2.1. Residuos generados directamente en aprovechamientos forestales. Aunque la generación de biomasa puede tener su origen en actividades diversas, como pueden ser claras y clareos, podas, selección de rebrotes, etc.; actualmente la mayor parte de la biomasa forestal producida procede de aprovechamientos forestales que corresponden a cortas finales. En Galicia se estima que las cortas alcanzan anualmente unos 6,5 millones de m3 (con corteza), que proceden en su mayor parte de aprovechamientos de masas a fin de turno, en las que se utiliza el sistema de cortas a hecho. Los métodos de tratamiento más comunes de la biomasa residual generada en estos aprovechamientos son la quema controlada y el acordonado del material en el monte, quedando en la mayor parte de los casos el material disperso por la zona de corta. En algunas ocasiones, generalmente cuando la regeneración es artificial, se realiza un desbroce de la biomasa residual con el fin de facilitar las labores de plantación. Para poder evaluar la cantidad de biomasa producida por medio de los aprovechamientos forestales, el equipo técnico de la Universidad de Santiago que participó en el proyecto, realizó un estudio orientado hacia el desarrollo de ecuaciones de estimación de la biomasa maderable y no maderable producida en plantaciones de eucalipto (Eucalyptus globulus) y pino (Pinus pinaster) en Galicia. 7 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL Acordonado de los restos de corta. La metodología consistió en el apeo de un número determinado de árboles de cada especie, localizados en masas con edades, densidades y volúmenes conocidos. Este muestreo se realiza con el fin de lograr una adecuada representación de todas las clases diamétricas presentes. A continuación se procede a distinguir los diferentes tipos de biomasa, clasificándolos en función de su tamaño y de las partes del árbol que los constituyen (madera en el fuste, corteza en el fuste, ramas gruesas y fracción restante). De cada una de estas fracciones se separó una submuestra para determinar su humedad. A partir de estos datos, se ajustaron las ecuaciones que permiten relacionar los valores anteriores con variables sencillas de medir. Los modelos matemáticos utilizados pueden variar en función del grado de ajuste logrado en cada caso (exponenciales, logarítmicos, con una o dos variables independientes, etc.). En el caso del eucalipto se ha incluido además una ecuación que permite estimar la biomasa correspondiente a los brotes, que en algunos casos puede representar una cantidad significativa. Figura 2 Utilizando las ecuaciones obtenidas, en función del porcentaje en peso de cada una de las fracciones arbóreas, con respecto a la biomasa total, y los datos de cortas anuales, puede realizarse una estimación global de la biomasa generada para Eucalyptus 8 globulus y Pinus pinaster. Este valor está muy condicionado por el grado de aprovechamiento de la madera. Así, tomando como referencia un diámetro en punta delgada de hasta 5 cms. con corteza, la cantidad generada anualmente en Galicia correspondería a unas 710.000 toneladas, incluyendo ramas y hojas o acículas. Si el aprovechamiento de la madera se realiza hasta un diámetro de 7 cms. la cantidad ascendería hasta las 1.100.000 toneladas anuales. A estos valores hay que añadir la corteza de eucalipto generada en los casos en los que la madera es descortezada en el monte (unas 170.000 toneladas en el momento en que se realizó el estudio). 2.2. Subproductos y residuos generados por la industria de transformación de la madera de Galicia. Con el fin de valorar las cantidades de subproductos y residuos derivados de la madera que genera la industria transformadora de la madera en Galicia, se utilizaron los datos obtenidos a través de dos fuentes de información: ● Base de datos elaborada por el CIS-Madera entre los años 1999 y 2000. ● Encuestas realizadas entre empresas durante el año 2001. 2.2.1. Aserrado. Para conocer de forma precisa el material generado por la industria de aserrado, se realizó un estudio independiente para cada tipo de materia prima. Esta distinción se justifica como consecuencia de las diferencias existentes en los sistemas productivos empleados en cada caso. De esta forma, se realizó una clasificación en cuatro tipos (“coníferas”, “eucalipto”, “otras frondosas” y “maderas tropicales”) obteniéndose para cada clase unos ratios medios de producción de residuos y subproductos. Estos ratios permitieron obtener las cifras globales que se muestran en la tabla 1. Asimismo los datos aparecen representados en la figura 3. Como se puede comprobar, la corteza proviene fundamentalmente del descortezado en fábrica de la madera de coníferas, con una producción anual de 175.000 toneladas. La mayor parte de esta cantidad, alrededor de un 60%, se utiliza en aplicaciones energéticas en las industrias de fabricación de tableros derivados de la madera y pasta de celulosa. El Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL Figura 3 autoconsumo por la propia industria de aserrado se sitúa en torno a un 17%. El resto se emplea en otro tipo de aplicaciones energéticas y en otros usos (sustratos vegetales). Paralelamente, la industria de aserrado genera anualmente 236.000 toneladas de serrín. Debido a las diferencias existentes desde el punto de vista de su utilización industrial, este residuo se clasifica en dos fracciones: ● Se consideran serrines blancos los procedentes de coníferas y eucalipto, incluyendo las mezclas entre ambos tipos. Este serrín tiene mayor valor, al ser apto para su empleo como materia prima en la fabricación de productos derivados de la madera. La mayor parte del serrín producido en Galicia es de este tipo (73% del total generado). ● Los serrines rojos provienen de frondosas y especies tropicales. La utilización actual de esta fracción es fundamentalmente de carácter energético. En Galicia, este tipo de serrín representa un 27% del total generado. Las mezclas entre serrines de coníferas o eucalipto con serrines de frondosas o tropicales se han considerado serrines rojos. Con respecto a costeros y leñas las 671.000 toneladas producidas anualmente tienen como destino principal la industria de fabricación de tableros derivados de la madera (88% del total generado) utilizándose como materia prima de proceso. Por último, cabe añadir que la totalidad de los residuos autoconsumidos en la industria de aserrado se utilizan como combustible en la generación de energía calorífica consumida en secaderos de madera. No Revista CIS-Madera obstante, existe un gran número de instalaciones que usan como fuente de energía de sus procesos de secado combustibles fósiles utilizados en procesos de cogeneración. 2.2.2. Tablero y chapa. La industria productora de tablero y chapa puede considerarse la gran consumidora de subproductos y residuos de madera. En la figura 4 se representa el origen de la materia prima consumida por este subsector en Galicia. Como se puede comprobar, existe una fracción muy importante del consumo que corresponde a materiales procedentes de aprovechamientos selvícolas, madera reciclada, y subproductos generados por otros subsectores. Asimismo, este subsector genera 217.000 toneladas de corteza, y 240.000 toneladas de otros residuos, fundamentalmente polvo de lijado. Prácticamente en su totalidad estas cantidades se destinan hacia el autoconsumo con fines energéticos. Adicionalmente se consumen alrededor de 78.000 toneladas de corteza. Figura 4 9 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL ESCENARIOS DE DESARROLLO ENERGÉTICO. El "Informe Mundial de la Energía" publicado en el año 2000 por el Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo, el Departamento de las Naciones Unidas para Asuntos Económicos y Sociales, y el Consejo Mundial de la Energía, establece tres escenarios de desarrollo global que, distinguiéndose en función de diversas combinaciones tecnológicas, y tomando como horizonte el año 2100, realizan una prospección basada en tendencias de población, crecimiento económico y uso de la energía. Las tres categorías configuran seis hipótesis de sistemas energéticos alternativos: ! Categoría A: Alto crecimiento y gran desarrollo tecnológico. Caso A1: El progreso tecnológico permite la explotación intensiva y prolongada de recursos basados en petróleo y gas, sin cambios esenciales en tecnología nuclear y fósil-carbón. Caso A2: Incremento en la utilización de carbón, con un progreso tecnológico más gradual que en A1. Caso A3: Como consecuencia de desarrollos tecnológicos radicales, dominan las energías renovables a gran escala. ! Categoría y Caso B: Desarrollo tecnológico y crecimiento intermedios, con tendencias similares a las actuales, sin cambios radicales. ! Categoría C: Predominio de consideraciones medioambientales. Caso C1: Altísima aportación de energías renovables (más del 80%) y desaparición de la energía nuclear al final del siglo XXI. Caso C2: Nuevos desarrollos tecnológicos propician un crecimiento del uso de la energía nuclear. 10 Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL Figura 5 2.2.3. Celulosa. Al margen de las lejías negras, la industria de fabricación de pasta de celulosa genera anualmente unas 148.000 toneladas de biomasa (corteza de eucalipto). Adicionalmente, este subsector utiliza con fines energéticos unas 84.000 toneladas de residuos provenientes fundamentalmente de la industria de aserrado. 2.2.4. Segunda transformación. La producción anual de serrines y virutas en este subsector representa 86.000 toneladas en Galicia. Aunque una parte de las empresas separan el serrín de la viruta, en la mayor parte de los casos las dos fracciones se presentan mezcladas. Los principales destinos de estos materiales son el autoconsumo energético (33%), la industria de tableros (26%) y explotaciones agropecuarias (23%). Paralelamente, la producción anual de tacos y recortes alcanza la cifra de 47.000 toneladas. Los mayores consumidores son las empresas de fabricación de tablero que, junto al autoconsumo energético, suman conjuntamente algo más del 75% del material producido. 2.3. Otros residuos de madera. Además de los generados por la industria de transformación, también se producen restos de madera procedentes de otras actividades industriales. La mayor parte de estos materiales corresponden a palets, envases y embalajes. De acuerdo a una estimación realizada utilizando datos recogidos entre empresas dedicadas a la recuperación y/o reciclaje de este tipo de residuos, anualmente se recogen en Galicia más de 20.000 toneladas. La mayor parte se destina a la producción de tablero de partículas. Asimismo, aunque cuentan con una importancia menor, a los restos de madera de carácter industrial cabe añadir los residuos de madera urbanos. Actualmente, con el desarrollo de puntos limpios y la recogida independiente de residuos voluminosos, principalmente muebles, las grandes ciudades gallegas generan conjuntamente en torno a unas 3.000 toneladas de este tipo de materiales. Figura 7 2.4. Balance global. La figura 8 representa un balance global de los subproductos y residuos de madera generados en Galicia, excluyendo los restos de corta que actualmente no están siendo recogidos. Como se puede observar, los subproductos de madera generados por la cadena monte-industria de Galicia, unidos a los recogidos en otras actividades industriales y urbanas, suman aproximadamente unas 916.000 toneladas. Estos materiales se utilizan en su mayor parte (aproximadamente un 93%) como materia prima en la fabricación de tableros derivados de la madera. El resto se emplea principalmente en explotaciones agropecuarias y en la fabricación de sustratos vegetales o compost. Figura 6 Revista CIS-Madera 11 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL PREVISIONES DE DESARROLLO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES EN ESPAÑA. El “Plan de Fomento de las Energías Renovables”, elaborado por el Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía (IDEA), recoge una serie de orientaciones destinadas a alcanzar el grado de desarrollo de las energías renovables que emana de la ley 54/1997 del sector eléctrico. Las razones básicas que justifican la puesta en marcha de este plan vienen dadas por dos motivos. Por un lado, la conveniencia de desarrollar fuentes de energía de carácter autóctono, que reduzcan el alto nivel de dependencia energética externa existente (sensiblemente superior a los niveles medios de la Unión Europea que se sitúan en torno al 50%) y, por otro, la necesidad de reducir las emisiones atmosféricas de CO2 y otros gases, con el fin de alcanzar los objetivos establecidos por el Protocolo de Kioto. Tomando como referencia el año 1998, la aportación de energías renovables al balance energético nacional, en términos de energía primaria, fue del 6,3% (el 51,1% corresponde a producción eléctrica y el 48,9% a producción térmica). La contribución de la biomasa corresponde fundamentalmente al consumo de residuos forestales para calefacción en el sector residencial y a la producción de energía térmica en el sector de transformación de la madera y la industria alimentaria. La siguiente figura representa los incrementos parciales establecidos por el Plan con el fin de alcanzar el objetivo de cubrir con energías renovables el 12% de la demanda total en el año 2010. Esta previsión integra paralelamente el efecto de las políticas de ahorro y eficiencia energética establecidas. Por su contribución global al consumo de energía primaria, el mayor crecimiento previsto es el de la biomasa, con un objetivo de incremento de 6 millones de toneladas equivalentes de petróleo (tep), de los cuales 0,9 corresponden a usos térmicos en los sectores de consumo final, y 5,1 destinados a la generación de electricidad para su vertido a la red. La energía eólica es la segunda en importancia, por su aportación al consumo de energía primaria en el año 2010, multiplicando por más de 10 su contribución. 12 Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL Por otra parte, los materiales residuales utilizados en aplicaciones energéticas suman unas 926.000 toneladas. Entre los mayores consumidores de este material se encuentran la industria del tablero con un consumo del 58% y la industria de celulosa con el 22%. El 19% se destina principalmente a procesos de combustión realizados en aserraderos, industrias de 2ª transformación de la madera, centrales de producción de energía eléctrica y otro tipo de industrias. Por lo tanto, en la actualidad, tan sólo el 1% de estos residuos no está siendo utilizado. mente, es la más desfavorable para el tratamiento del material, debido a que los equipos de recogida alcanzan un rendimiento muy bajo en estas condiciones. Restos de Pinus pinaster en "situación 1" ● Figura 8 Restos de corta agrupados en pequeños montones dispuestos durante el aprovechamiento (situación 2). Este estado es asimilable a un aprovechamiento maderero realizado manualmente, siguiendo una metodología de trabajo adecuada a la recogida de biomasa, o bien cuando se realiza la explotación con equipos mecanizados de desramado y tronzado (cabezales procesadores). 3. EVALUACIÓN DE SISTEMAS DE RECOGIDA DE BIOMASA FORESTAL. El objetivo de esta tarea fue analizar, en las condiciones locales, el funcionamiento de algunos de los equipos y técnicas más avanzados en el tratamiento de la biomasa generada a través de los aprovechamientos forestales. Para ello se utilizaron varias máquinas que, en algunos casos, fueron trasladadas desde explotaciones operativas situadas en el Norte de Europa. 3.1. Preparación de los restos de corta. Un aspecto de crucial importancia en la optimización de la recogida de los restos de corta es la integración de las operaciones previas de aprovechamiento. Con el fin de valorar adecuadamente esta cuestión, se realizó una distinción en tres situaciones iniciales, partiendo de un aprovechamiento normal (corta a hecho a fin de turno) ● Restos de corta extendidos por la parcela (situación 1). En este caso, las ramas se depositan de forma dispersa por el monte, al no establecerse en este sentido una metodología de trabajo específica durante el aprovechamiento. Esta situación, que corresponde a la mayor parte de las explotaciones existentes actualRevista CIS-Madera Restos de Pinus pinaster en "situación 2" ● Restos de corta agrupados en montones a pie de pista (situación 3). En este caso, los restos de corta se recogen con un tractor forestal o autocargador, con el fin de apilarlos en grandes montones cerca de la pista. La conveniencia de esta situación puede venir dada por la necesidad de reducir el contenido de humedad del material, o por razones logísticas debidas a la estacionalidad del consumo u otras causas. En el primer caso, cabe la opción de cubrir la pila con un papel especial que facilite la pérdida de humedad. 13 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL POSIBLE INCIDENCIA DE LA POLÍTICA ENERGÉTICA EUROPEA SOBRE LA INDUSTRIA DE LA MADERA. √ El objetivo adoptado por la Unión Europea a través del Libro Blanco de las Energías Renovables (1997), de alcanzar un 12 % de suministro de energía primaria con fuentes renovables en el año 2010, implica indirectamente un incremento importante en el consumo de biomasa. Aunque el Libro Blanco no especifica las cantidades exactas que corresponden a este incremento, un estudio realizado en el año 2000 (1) cifra su contribución a la demanda de madera o residuos derivados en 163 millones de metros cúbicos adicionales. La primera parte del estudio mencionado ("Modelling analysis of the influence of the EC White Paper on renewable energy sources on the wood forest based industry") establece 4 escenarios para el año 2010, que contrastan con la situación existente en 1996 en cuanto a la disponibilidad de madera en Europa. El escenario A corresponde a una situación en la que las tendencias de consumo siguen su evolución actual. ! El escenario B incorpora el efecto de una demanda adicional provocada por la implementación de medidas derivadas del Libro Blanco. ! El escenario C supone que el incremento en la demanda (contemplado en la situación B), va acompañado de una subida de precios, que propicia la entrada en el mercado de nuevos materiales como, por ejemplo, astilla procedente de residuos forestales. ! El escenario D añade a lo anterior el efecto de un incremento en la recuperación de residuos (madera reciclada, etc.). ! Este análisis concluye indicando el incremento de precios que corresponde a cada uno de los anteriores escenarios, considerando dos situaciones diferentes en función de la sensibilidad de la demanda. √ Variación real de precios 1996-2000 I E Escenario A +18% 0% Escenario B +75% +39% Escenario C +49% +29% Escenario D +26% +18% I: Bajo suministro (inelástico). E: Alto suministro (elástico). Otro estudio, más reciente, realizado en Alemania (2), revisa la situación actual generada en el mercado de madera reciclada, como consecuencia de la puesta en servicio de nuevas plantas de biomasa. Este trabajo se basó en la información recogida sobre 60 nuevas plantas proyectadas, de la cuales 9 ya se encontraban operativas (el resto en distintas fases de realización). Tras el análisis realizado, el estudio concluye indicando que, si todas la inversiones anunciadas son llevadas a término, puede producirse un déficit de madera reciclada equivalente a 1/6 del consumo anual de la industria alemana del tablero. Esta información fue presentada en el seminario "Strategies for the sound use of wood" celebrado en Rumanía el pasado mes de marzo de 2003. Este evento fue organizado por el Timber Committee de la UNECE (United Nations Economic Commision for Europe) y la Comisión Forestal Europea de la FAO (Food and Agriculture Organization). (1) Louk J.M. Dielen, Solen Guegan, Paul-Antione Lacour, Päivi K. Mäki, Johan A.N. Stolp, Antti Rytkönen, “EU Energy Policy Impacts on the Forest-Based Industry”. (2) Ralf Köpke, Kerstin Schmidtfrerick, Altholz-Kraftweke, “Kampf bis aufs Messer”, Neue Energie, 10/2002, 2435. 14 Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL ción 2) esta operación puede alcanzar un rendimiento sensiblemente superior. Algunas referencias bibliográficas («Logging residue as a source of energy in Finland», Pentti Hakkila & Juha Nurmi) cifran entre 8 y 11 toneladas de material verde por hora, el rendimiento alcanzable con un autocargador, partiendo de la situación 2. Si se emplean medios adaptados (pinza y contenedor especiales) el rendimiento puede elevarse hasta alcanzar un valor situado entre 10 y 14 toneladas por hora. Restos de Pinus pinaster en "situación 3" Con el fin de contar con parcelas representativas de la situación 3, se realizaron dos pruebas de recogida y apilado de restos de corta de pino y eucalipto sobre una superficie de 3 a 4 hectáreas en cada caso. Para ello, se utilizaron dos parcelas en las que, tras una corta final realizada manualmente, los restos habían quedado distribuidos por el monte sin que fuera adoptada ninguna pauta de apilado específica (situación 1). Para conocer la cantidad de material recogido y apilado, éste se procesó posteriormente en las pruebas de recogida con los equipos de compactado y astillado. El rendimiento obtenido fue de 3,2 y 4,0 toneladas de material verde por hora de trabajo, para restos de corta de pino y eucalipto, respectivamente. Si consideramos un coste horario para el tractor de 27 €/ hora, el coste de recogida y apilado corresponde a 8,4 €/tonelada verde para los restos de pino, y de 6,8 €/ tonelada verde para los restos de eucalipto. El rendimiento obtenido con restos de eucalipto fue algo mayor debido a la conformación de las ramas . Figura 9 3.2. Recogida de los restos de corta. La mayor limitación que afecta a la manipulación de la biomasa forestal es su baja densidad aparente, que dificulta y encarece el transporte. Por esta razón, las tecnologías de recogida se basan, bien en reducir la granulometría del material, astillándolo, o bien en comprimirlo hasta formar unidades compactas de mayor densidad. Recogida y apilado con tractor forestal Como consecuencia de la gran dispersión del material, la tarea que ocupó la mayor parte del tiempo de operación del equipo fue la recogida del material con la grúa. En el caso de que se prepare la recogida de los restos, agrupándolos durante la corta (situaRevista CIS-Madera 15 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL 3.2.1 Descripción de los equipos de astillado. Se realizaron pruebas con dos equipos de astillado de diferentes características en su configuración y movilidad: astilladora móvil tipo “chipharvester” y astilladora semimóvil de alta capacidad. a) Astilladora móvil tipo “chipharvester”. Este equipo está compuesto básicamente por una astilladora de tambor con cuchillas, que se encuentra conectada a un contenedor que almacena directamente la astilla producida. El conjunto se instala sobre el chasis de una máquina forestal de alta movilidad (normalmente un autocargador) equipado con grúa y pinza adaptada a la recogida de residuos. Este tipo de equipos vienen siendo los más utilizados en los países nórdicos, especialmente en Suecia, para el aprovechamiento de la biomasa forestal procedente de cortas de madera. La experiencia acumulada durante más de 20 años de trabajo, ha permitido incorporar numerosas mejoras a estas máquinas, lo cual garantiza unas elevadas prestaciones en cuanto a su capacidad de producción y fiabilidad. "Chipharvester" trabajando en "situación 2" (pino). En las pruebas realizadas, se utilizó el modelo 803CT de la firma sueca “Bruks”. Este astillador dispone de un rotor de 800 mm y dos cuchillas, alimentado por un motor independiente de 415 CV. La entrada del material se compone de una mesa con cadenas motorizadas y rodillo superior prensor dentado. La mesa de alimentación es abatible con el fin de facilitar el transporte de la máquina. El material se almacena en un depósito con balderas desplegables, con una capacidad de 20 m3. La descarga de la astilla se realiza mediante el volteo del depósito sobre un contenedor. El conjunto formado por la astilladora y el depósito se instala habitualmente sobre el chasis de un autocargador forestal. En este caso, se utilizó el modelo Valmet 892 de seis ruedas y 207 CV. 16 b) Astilladora semimóvil de alta capacidad. Este equipo está compuesto por una astilladora de tambor con cuchillas, instalada sobre una plataforma rígida de dos ejes, con eje delantero motriz acoplable mediante un reductor a la toma de fuerza de un vehículo tractor. Astilladora semimóvil de alta capacidad En las pruebas se utilizó el modelo PHT 1200 de la firma italiana “Pezzolato”. Este astillador dispone de un rotor de 1.000 x 1.200 mm con dos cuchillas, alimentado por un motor independiente de 550 CV. La mesa de entrada del material está formada por un rodillo superior prensor dentado y una cinta metálica motorizada. La descarga del material se realiza mediante un transportador inclinado, situado lateralmente. La alimentación se realiza con una grúa forestal instalada sobre un vehículo auxiliar, que en este caso fue un tractor. 3.2.2. Descripción de los equipos de compactación. Se realizaron pruebas con dos equipos de recogida de restos forestales, cuyo principio de funcionamiento se basa en la compactación del material. La diferencia entre los distintos sistemas se encuentra básicamente en el sistema de atado y en la geometría de los productos. a) Compactadora “Fiberpac”. La empresa finlandesa “Timberjack”, especializada en la fabricación de maquinaria de explotación forestal, ha desarrollado en los últimos años la máquina “Fiberpac”. Este equipo produce pacas cilíndricas de geometría similar a la de la madera en rollo (diámetro 70 cms. y longitud variable). De esta forma, es posible optimizar el almacenamiento y transporte utilizando equipamiento forestal convencional. Otra ventaja viene dada por la flexibilidad que permite el hecho de no necesitar disponer de forma continua de medios de transporte auxiliares (contenedores, etc.). Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL “film” plástico de polietileno. A continuación la cámara se abre, retirándose la bala terminada mediante una grúa. Compactadora "Fiberpac" en "situación 3" (eucalipto) El atado de las pacas se realiza con cuerda plástica a intervalos regulares, normalmente cada 50-60 cm. La compactación se efectúa de forma continua, exceptuando el tiempo dedicado al corte que se realiza mediante una sierra de cadena basculante. En las pruebas realizadas (año 2002) se utilizó el Modelo “Fiberpac 370 B”, montado sobre un autocargador Timberjack 1210 B de 8 ruedas y 127 KW. Este modelo utiliza para su funcionamiento la central hidráulica del autocargador. Actualmente, existe un modelo posterior (“Fiberpac 370 C”), en el que el equipo compactador y el autocargador se encuentran totalmente integrados, mejorando su capacidad al introducir una central hidráulica independiente conectada al equipo de compactación. b) Compactadora “BalaPress”. La empresa sueca “Bala”, especializada en la recogida de residuos, dispone de un modelo de compactadora adaptada al tratamiento de los residuos forestales. Este equipo, que produce balas cilíndricas (diámetro: 1,2 m. y longitud 1,2 m.) incorpora un sistema de alimentación compuesto por una mesa y un rodillo superior dentado. Cuando el material introducido en la cámara de compactación es suficiente para lograr la presión requerida, se procede al atado de la bala mediante un Compactadora "Balapress" en "situación 3" (pino) Revista CIS-Madera 3.2.3. Análisis de las pruebas. Las pruebas con los equipos se realizaron sobre cortas a hecho de masas a fin de turno de pino gallego (Pinus pinaster) destinado a la industria de aserrado y eucalipto (Eucalyptus globulus) de trituración. En ambos casos se consideraron distintas situaciones de partida en cuanto a la preparación del material. Todos los aprovechamientos fueron realizados manualmente, efectuándose el desembosque de la madera con tractor forestal o tractor agrícola adaptado. Durante todas las pruebas se realizó una recogida continua y exhaustiva de información que ha permitido obtener un estudio de tiempos pormenorizado, así como datos de producción y consumo de combustible, entre otros aspectos. Para cada hipótesis considerada, las pruebas tuvieron una duración mínima de 1 jornada de trabajo. a) Pruebas de recogida con “chipharvester”. Se realizaron un total de 4 pruebas: ● Astillado de restos de corta de pino en la situación 2 (restos agrupados en pequeños montones). ● Astillado de restos de corta de pino en la situación 3 (restos acumulados junto a la pista de acceso). ● Astillado de restos de corta de eucalipto en la situación 1 (restos dispersos). ● Astillado de restos de corta de eucalipto en la situación 3. En la siguiente figura se representan esquemáticamente los 3 procedimientos de trabajo aplicados, dependiendo de la situación de partida existente. Figura 10 17 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL 18 Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL Debido a las diferencias existentes entre las condiciones de cada tipo de parcela, con el fin de poder comparar de forma directa la producción del equipo en distintas situaciones, con independencia de aspectos coyunturales, se han valorado las producciones segregando el tiempo empleado en el desembosque de la astilla. De esta forma, la mayor producción del equipo se logra en la situación 3, con unos valores de 65 m3 estéreos/hora en el caso del pino, y 61 m3 estéreos/hora en el caso del eucalipto. Esta pequeña diferencia puede ser atribuida a que, como consecuencia de un mayor requerimiento de potencia, el sistema automático que regula la alimentación actúa con más frecuencia en el caso de los restos de eucalipto. Analizando los datos obtenidos en las pruebas, y tomando como referencia una distancia media de 300 m al punto de descarga, la mayor producción se da en la situación 3 con valores similares en eucalipto (39,6 m3 estéreos/hora) y pino (41,1 m3 estéreo/hora). En el caso de trabajar en situaciones más desfavorables, se obtienen niveles de producción inferiores: 31,6 m 3 estéreo/hora con pino en la situación 2 y 28,3 m3 estéreo/hora con eucalipto en la situación 1. Descarga de astilla sobre contenedor auxiliar Detalle del sistema de alimentación En las situaciones más desfavorables, con respecto a la preparación del material, la producción desciende hasta valores de 38 m3 estéreos/hora con restos de eucalipto dispuestos en la situación 1 y 44 m3 estéreos/hora para restos de pino en la situación 2. Para incorporar al análisis las condiciones de accesibilidad a la zona de descarga, se elaboraron unas curvas de producción en función de la distancia al contenedor de recogida. Figura 11 Revista CIS-Madera La densidad del material verde astillado en el contenedor del chipharvester fue de 340 kg/m3 estéreo para el pino y de 317 kg/m3 estéreo para el eucalipto. La densidad obtenida en el transporte por carretera fue más alta, debido principalmente a la labor realizada con la grúa en la compresión y colocación de la astilla en el contenedor. De esta forma las densidades de transporte final fueron aproximadamente 410 kg/ m3 estéreo para la astilla de pino verde, y de 385 kg/ m3 estéreo para la astilla de eucalipto verde. La menor densidad de la astilla de eucalipto, pese a que la densidad de la madera es más alta, se justifica como consecuencia del alto volumen aparente que posee la corteza de eucalipto astillada. Descarga sobre autocargador auxiliar 19 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL Por último cabe añadir que, en la organización del trabajo de este equipo, cuando las condiciones de accesibilidad no son adecuadas, es posible utilizar un autocargador auxiliar para realizar el transporte intermedio desde la zona de astillado a las pistas de acceso en las que se disponen los contenedores. b) Pruebas de recogida con astilladora semimóvil de alta capacidad. Las características de esta máquina hacen que sea adecuada para trabajar en parques de almacenamiento intermedios o bien a pie de pista (situación 3). El sistema de trabajo aplicado estuvo compuesto por el siguiente equipamiento auxiliar: grúa de alimentación, tractor con pinza frontal y camión con remolque o depósito de recogida. El tractor con pinza frontal se utilizó con el fin de evitar desplazamientos continuos del conjunto formado por la astilladora y el camión de recogida. La producción obtenida con restos de pino fue de 37 m3 estéreo/hora, equivalente a 13,6 toneladas de material verde/hora. En terrenos forestales, especialmente si la condiciones de pendiente son acusadas, la mayor limitación de este sistema viene dada por la necesidad de disponer de un área de trabajo suficientemente amplia para organizar las operaciones de forma adecuada. Pruebas con astilladora semimóvil de alta capacidad c) Pruebas de recogida con máquina compactadora “Fiberpac”. Se realizaron 4 pruebas sobre restos procedentes de cortas no mecanizadas: ● Compactado de restos de corta de pino en la situación 2 (restos agrupados en pequeños montones). ● Compactado de restos de corta de pino en la situación 3 (restos acumulados junto a pista de acceso). 20 ● ● Compactado de restos de corta de eucalipto en la situación 1 (restos dispersos). Compactado de restos de corta de eucalipto en la situación 3. Compactadora trabajando en la "situación 1" con restos de eucalipto. En el caso de la situación 3 los restos fueron recogidos y apilados previamente con un tractor forestal. Con restos de eucalipto la máquina registró la mayor producción media en la situación 3 (18,3 unidades/hora frente a las 13,9 unidades/hora producidas en la situación 1). Las pacas producidas presentaron un alto grado de compactación, con independencia del grado de humedad del material. La única tarea donde la máquina encontró dificultades extraordinarias fue la operación de sección de la paca, al ser necesario iniciar varias secuencias de corte en cada caso. El tiempo medio empleado en el corte osciló entre 34 y 37 segundos por unidad. Aplicando algunas mejoras que permitan ajustar esta operación (reduciendo el tiempo de corte a unos 20-25 segundos) estimamos que es posible alcanzar una producción situada en torno a las 19-20 pacas/hora trabajando en la situación 3. En las pruebas con restos de eucalipto en estado verde, se obtuvo un peso medio por unidad compactada de 650 kg, con un contenido en humedad medio del 80% en base seca. Con el material más seco (humedad media en torno al 35%) el peso medio fue de 480 kg. En el caso de las pruebas con restos de pino, las pacas con un contenido de humedad del 55% tuvieron un peso medio de 460 kg. En la siguiente tabla se muestra una estimación del peso medio de las pacas (kg) en función del grado de humedad del material. Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL En el caso de los restos de pino, los niveles de producción obtenidos fueron muy similares con independencia de la situación inicial. En la situación 2 se obtuvieron 16,2 pacas/hora frente a las 15,6 pacas/ hora producidas en la situación 3. Este hecho se explica como consecuencia de que los restos de corta dispuestos en la situación 2 se encontraba menos fracturados, facilitando la compactación. En este sentido, hay que tener en cuenta que el bajo grado de humedad del material (en torno al 45% en base seca) hacía que éste fuera relativamente frágil. con equipamiento auxiliar de tipo forestal, especialmente en zonas de fuerte pendiente. 3.3. Evaluación del rendimiento de la recogida Un aspecto importante que afecta tanto a la eficiencia de las operaciones como a la evaluación de su impacto ambiental es el rendimiento de la recogida. Para valorar este aspecto se realizaron unas parcelas de control con el fin de cuantificar los restos de corta generados en el monte tras el aprovechamiento forestal, así como la cantidad residual que se quedó tras las pruebas de recogida. Dentro cada una de las zonas utilizadas en las pruebas se replantearon una serie de parcelas de 5 x 5 m., en las que se recogió y pesó la cantidad total de biomasa, tomándose muestras de humedad para referenciar los valores obtenidos a peso anhidro. Figura 12 Parcela de control d) Pruebas de recogida con máquina compactadora “Balapress”. Con este equipo se realizó una única prueba de compactado con restos de pino gallego en la situación 3. El equipo tuvo una producción media de 9,5 balas/hora, sin considerar los tiempos muertos de la prueba. La producción media final considerando los tiempos muertos bajó hasta 6,6 balas/hora. El valor medio de los restos dejados tras la corta final, en el caso del eucalipto, fue de 39 toneladas de material anhidro/ha, lo que se corresponde a unas 74 toneladas de material verde/ha (considerando una humedad del 90% en base seca). En el caso del pino, el valor medio de restos dejados tras la corta final es de 41 toneladas de material anhidro/ha, lo que se corresponde a unas 78 toneladas de material verde/ha. Por su parte, el valor medio de la fitomasa residual existente en el monte de eucalipto, tras la recogida de los restos de corta, fue de 18 toneladas de Extracción de la bala de la cámara de compactación Aunque los bajos niveles de producción alcanzados, pueden atribuirse a causas que podrían solventarse modificando el sistema de alimentación de la máquina, la geometría de las balas limita las posibilidades de este sistema, si se pretende trabajar Revista CIS-Madera Figura 13 21 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL BIOMASA PROCEDENTE DE CLAREOS "PRECOMERCIALES". En 1997 la “Agencia Internacional de la Energía” (IEA), promovió un estudio orientado a valorar técnica y económicamente, el potencial de aprovechamiento energético de biomasa obtenida a través de tratamientos selvícolas aplicados en las primeras fases del ciclo productivo. Este trabajo se realizó contando con la participación de prestigiosos expertos de Canadá, Dinamarca, Finlandia, Holanda, Nueva Zelanda, Suecia y el Reino Unido. En los países considerados en el estudio, los primeros tratamientos selvícolas se realizan frecuentemente cuando la edad de la masa está entre los 8 y los 20 años (2-7 metros de altura), con densidades situadas en torno a 4.000 pies por hectárea en plantaciones, y más de 20.000 pies por hectárea en zonas regeneradas naturalmente. Tras el clareo la densidad media de la masa puede cifrarse en unos 2.000 pies por hectárea en plantaciones, siendo significativamente superior en masas de regeneración natural. La cantidad de biomasa obtenida puede alcanzar hasta 70 toneladas de materia seca por hectárea, dependiendo de la densidad inicial y de la intensidad del tratamiento. Estos clareos, además de traer consigo una importante mejora desde el punto de vista del crecimiento y calidad de la madera, generan beneficios adicionales de diverso carácter (fitosanitario, mecanización de operaciones posteriores, resistencia al viento, usos recreativos, etc.). No obstante, en la clase de edad considerada, a menudo los árboles no presentan unas condiciones que permitan su aprovechamiento industrial como materia prima. En la actualidad, en los primeros clareos predomina la corta manual con motosierra, realizándose el transporte desde vías de saca de unos 4 metros de anchura, distanciadas por intervalos de 20-25 metros. El astillado se realiza generalmente con astilladoras móviles dispuestas a pie de pista o en lugares cercanos. Dado que la productividad de la corta manual está relacionada inversamente con la densidad, disminuyendo de forma dramática en masas con más de 10.000 pies/ha, el coste operacional alcanza valores relativamente altos ante la falta de una tecnología específicamente adaptada para realizar este trabajo. En el estudio anteriormente mencionado se cita como referencia un coste comprendido entre 25 y 75,5 US $ por tonelada seca, dependiendo de las condiciones locales y la distancia de transporte, entre otros aspectos. Como referencia adicional, la siguiente figura incluye datos comparativos sobre el precio sin IVA de biomasa en aplicaciones energéticas en Finlandia en 1995 (Hakkila 1996). Estos datos fueron obtenidos integrando la información proporcionada por un gran número de plantas consumidoras. A B C D A 1 5.9 1.25 2.5 B 0.17 1 0.21 0.42 C 0.8 4.72 1 2.1 D 0.4 2.36 0.48 1 A: m3 aparente o estéreo. B: Tonelada anhidra. C: Megavatios hora (MWh). D: m3 sólido. 22 Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL material anhidro/ha, lo que se corresponde a unas 34 toneladas de material verde/ha. En el caso del pino, el valor medio de restos dejados tras la recogida con tractor fue de 23 toneladas de material anhidro/ha, lo que se corresponde a unas 44 toneladas de material verde/ha. Estos datos permiten obtener una referencia acerca del grado de aprovechamiento alcanzado (5060%) con un rendimiento de recogida normal y un riesgo de arrastre de piedras bajo. En el caso de que las operaciones se organicen de forma integrada, dejando los restos de corta agrupados durante el aprovechamiento de la madera, este rendimiento puede mejorar hasta alcanzar valores máximos estimados en torno al 70-80%. 4. CONCLUSIONES. Tras el balance realizado, considerando el conjunto de residuos y subproductos generados en los procesos productivos vinculados a la “cadena monte-industria”, los resultados del estudio ponen de manifiesto que los únicos residuos en los que hay un potencial significativo de nuevo aprovechamiento son los restos de corta. Con respecto a los residuos industriales, la cantidad que no está siendo utilizada es prácticamente insignificante. En su mayor parte este tipo de residuos son aprovechados internamente dentro del sector de transformación de la madera, bien como residuo energético o bien como subproducto. Entre los residuos forestales, la corteza de eucalipto se distingue por su menor adecuación a una posible valoración energética, debido fundamentalmente al alto contenido en humedad que presenta este material. Un artículo a incluir en el siguiente número incluirá información detallada sobre la caracterización físico-química de las distintas fracciones de biomasa. Al margen de la técnica de recogida empleada en cada caso, hay dos aspectos clave que se ponen de manifiesto para lograr optimizar económicamente este tipo de operaciones: ● Por un lado, la planificación integrada de todas las tareas a realizar (incluyendo las labores de aprovechamiento previas) es un requerimiento imprescindible para alcanzar niveles de eficiencia adecuados, teniendo en cuenta su alto impacto sobre el rendimiento de la recogida. ● La organización del trabajo de las máquinas debe realizarse de forma que pueda alcanzarse un número de horas de trabajo suficiente para reducir el coste fijo horario hasta niveles asumibles. En este sentido, cabe indicar que alguno de los más avanzados sistemas de aprovisionamiento europeos están realizando las operaciones forestales de recogida aplicando turnos que cubren las 24 horas. Realizando una estimación basada en los datos de producción recogidos y en una serie de hipótesis de cálculo, el coste horario de operación de las máquinas utilizadas oscila a partir de 80 euros/hora, dependiendo fundamentalmente del nivel de utilización considerado. En el coste anterior no están incluidos ni los costes indirectos ni los costes de transporte por desplazamiento de las máquinas. En ambos casos, estas variables están sujetas a un alto grado de variabilidad dependiendo de las características de cada organización. Con el fin de proporcionar una referencia concreta con respecto a la incidencia del coste de transporte, la siguiente figura representa la relación existente entre el número de horas de trabajo realizadas en cada explotación, y el coste por unidad de desplazamiento y por hora de trabajo. Como se puede apreciar, el tamaño medio de las explotaciones tiene una importante repercusión sobre el coste horario. Figura 14 Figura 15 Revista CIS-Madera 23 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL En este sentido, cabe añadir que la superficie media de los montes particulares (claramente mayoritarios en la distribución de la propiedad forestal en Galicia) oscila entre 1,5 y 2 ha., generalmente repartidas en un alto número de parcelas. Lógicamente, esta situación supone un importante obstáculo para lograr una organización eficiente del trabajo. Al margen de lo indicado anteriormente, hay dos componentes más que deben ser considerados, como son el transporte y astillado en planta. Este último factor sólo interviene en el caso de que se emplee el sistema de recogida mediante compactación. La conveniencia de uno y otro sistema (astillado/ compactación) vendrá dada en función del equipamiento disponible y, sobre todo, del tipo de organización logística adoptado. En este sentido, hay que tener en cuenta que el sistema de compactación permite una mayor flexibilidad en la organización del transporte a planta y, a diferencia del sistema de astillado, admite medios de transporte comunes en trabajos forestales. Figura 17 La figura 18 muestra los resultados de un muestreo realizado con el fin de analizar la clasificación granulométrica de la astilla obtenida en las pruebas de recogida. Como se puede comprobar, existe una fracción importante de material leñoso susceptible de aprovechamiento como materia prima. La posible separación de esta fracción constituye una posibilidad de valorización añadida. Figura 16 Si bien un análisis concreto pormenorizado exige considerar las condiciones particulares que se den en cada caso (para ello existen modelos de simulación informáticos), de acuerdo a la estimación realizada en este estudio, considerando una organización óptima de las operaciones de recogida y una distancia de transporte de 100 kms., el rango de costes mínimo se sitúa entre 20 y 27 euros/tonelada verde. En la figura 14 aparece indicado el poder calorífico inferior medio, correspondiente a los restos de corta en condiciones normales de disponibilidad. Teniendo en cuenta que este valor de referencia varía en función del mayor o menor grado de humedad del material, en determinados casos, un almacenamiento previo al transporte a planta puede ser conveniente. Por esta razón, en algunos países es habitual realizar un secado natural de varios meses de duración con los residuos recogidos en invierno. 24 Figura 18 Los factores reseñados anteriormente son los elementos básicos a considerar en la optimización del aprovechamiento de la biomasa forestal. La información incluida a continuación, en la parte II, introduce consideraciones y recomendaciones orientadas a asegurar la sostenibilidad de este aprovechamiento desde un punto de vista medioambiental. Asimismo, artículos que se publicarán en próximas ediciones de la revista contribuirán a divulgar los resultados de este trabajo en aspectos complementarios. Nota: Este proyecto fue financiado parcialmente por el Programa de Fomento de la Investigación Técnica (PROFIT) del Ministerio de Industria y Tecnología. Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL BIBLIOGRAFÍA. " C ENTRO DE I NVESTIGACIONES E NERGÉTICAS , MEDIOAMBIENTALES Y TECNOLÓGICAS (CIEMAT). “La biomasa: fuente de energía y productos para la agricultura y la industria”. " HAKKILA, P; HEINO, M; PURANEN, E. 1997. “Forest management for bioenergy”. The Finnish Forest Research Institute. " HAKKILA, P. 1995. “Procurement of timber for the Finnish forest industries”. Finnish Forest Research Center. " IDAE. 1999. “Plan de Fomento de Las Energías Renovables en España”. " JARABO, F. 1999. “La energía de la biomasa”. Publicaciones técnicas, S.L. " KAI SIPILÄ, K.; KORHONEN, M. 1999. “Power production from Biomass”. Technical Research Centre of Finland (VTT). Revista CIS-Madera " PNDU; UNDESA; CME. 2001. “Informe mundial de la energía”. IDEA. " PROCEEDINGS OF THE 1ST WORLD CONFERENCE ON BIOMASS FOR ENERGY AND INDUSTRY. 2000. James&James (Science Publishers) Ltd. " PUTTOCK, D; RICHARDSON, J. 1998. “Wood fuel from early thinning and plantation cleaning”. The Finnish Forest Research Institute. " S EAMUS H OYNE . 1996. “A study of the mechanisation of forest residue handling and the design of a bundling system”. University of Limerick. Irlanda. " ZARAUZA L. 2001. “El futuro tecnológico de la Energía Eléctrica”. Revista de Debate sobre Energía. Instituto Energético de Galicia (INEGA). 25 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL Aprovechamiento de la Biomasa Forestal producida por la Cadena Monte-Industria. Parte II: Cuantificación e Implicaciones ambientales ✍ Balboa, M.; Alvarez, J. G.;RodríguezSoalleiro, R.; Merino, A. Escuela Politécnica Superior, Universidad de Santiago de Compostela Dada la amplia vocación forestal de Galicia, en el momento actual el aprovechamiento de la biomasa forestal no maderable como fuente de materia prima y de energía, parece una interesante alternativa. Si fuera económicamente viable, esta práctica podría mejorar la rentabilidad de la propiedad forestal, directamente, incrementando y diversificando los beneficios, o indirectamente, reduciendo una serie de inconvenientes en la gestión selvícola ocasionados por la gran cantidad de restos que se generan durante las cortas parciales y finales (accesibilidad, proliferación de plagas, riesgo de incendios). El aprovechamiento de los restos de corta necesita herramientas para poder cuantificar de manera sencilla la cantidad de materia disponible y prevenir los potenciales riesgos sobre el medio ambiente. Revista CIS-Madera 27 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL MODELIZACIÓN DE LA BIOMASA ARBÓREA Para evaluar los residuos producidos en los aprovechamientos forestales, se analizaron en una serie de plantaciones de Eucalyptus globulus y Pinus pinaster, la acumulación y distribución de la biomasa arbórea. Para ello, se estudiaron seis plantaciones de Eucalyptus globulus de las provincias de A Coruña y Pontevedra y otras seis de Pinus pinaster en las provincias de Lugo y Pontevedra, tres de ellas de pinaster costero y las otras tres de pinaster interior. Área de estudio Las características de las seis plantaciones de Eucalyptus globulus estudiadas figuran en la tabla 1. Las características de las plantaciones de Pinus pinaster estudiadas se muestran en la tabla 2. Las masas de Pontevedra proceden de regeneración natural, mientras que las masas de Lugo proceden de plantación. En ambos casos, lo habitual es que no se haya planteado un correcto esquema selvícola de claras, de forma que las densidades son excesivamente elevadas, a lo que hay que añadir que es bastante frecuente encontrar masas degradadas por efecto de cortas antiselvícolas. Material y métodos Este trabajo se basó en la instalación de una parcela temporal de muestreo en cada una de las masas analizadas. Se midieron las principales variables dasométricas y se seleccionaron 13 árboles en función de la distribución diamétrica de la parcela. Estos 28 árboles fueron apeados y troceados, descomponiendo la biomasa arbórea en las siguientes fracciones: madera (hasta 7 cm en punta delgada con corteza), corteza, ramas gruesas (diámetro en la inserción con el tronco o con una rama superior entre 7 y 2 cm), ramas finas (diámetro en la inserción con el tronco o con una rama superior entre 0,5 y 2 cm), ramillos (diámetro menor de 0,5 cm en la inserción con el tronco o con una rama superior) y hojas o acículas. Las ramas gruesas, ramas finas y ramillos se han analizado como fracciones íntegras formadas por madera más ritidoma. En campo, y para cada uno de los árboles apeados, se fraccionaron y pesaron en húmedo la madera con corteza, las ramas gruesas, y de forma conjunta las ramas finas, los ramillos y las hojas. Se tomaron tres muestras del tronco en forma de discos transversales a diferentes alturas y también muestras del conjunto ramas finas, ramillos y hojas en la parte baja, media y alta de la copa, de modo que en el laboratorio, después de separar cada fracción y secarlas a 65ºC hasta peso constante, se determinó la humedad de cada muestra y se estimó su peso seco. Con estos datos se procedió a ajustar las relaciones matemáticas que estiman la biomasa de las diferentes fracciones arbóreas en función de variables de árbol individual y de masa. Las ecuaciones se han ajustado simultáneamente, empleando el programa SAS/ETS, de forma que para calcular la biomasa conjunta de dos o más de las fracciones o incluso la biomasa total basta con sumar los pesos parciales. Resultados y discusión para Eucalyptus globulus Las ecuaciones ajustadas para la estimación de la biomasa de las diferentes fracciones arbóreas se recogen en la tabla 3. Se ha incluido una ecuación que permite estimar la biomasa de los frecuentes brotes que aparecen en cada pie y que pueden llegar a suponer un porcentaje importante de la biomasa total. Tareas de fraccionamiento de árboles en campo. Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL Revista CIS-Madera 29 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL En la tabla 4 se recogen los valores medio, máximo y mínimo de peso seco y sus porcentajes para las diferentes fracciones arbóreas obtenidos en las 6 plantaciones analizadas. Los valores de biomasa arbórea total oscilan entre 142 y 426 t ha-1, que corresponden a la parcela más joven (13 años y densidad de 1200 pies ha-1) y a la de más edad (24 años, densidad 1150 pies ha-1), respectivamente. Los porcentajes de peso seco son bastante constantes en todas las parcelas, como se deduce de los valores de los coeficientes de variación. La madera es claramente la fracción que más biomasa aporta, representando una media del 82 % del peso total arbóreo, y le sigue la corteza, con un 7 %. Si se consideran los restos de corta como el conjunto de hojas, ramillos, ramas finas, y ramas gruesas, se observa que suponen una media del 11 % de la biomasa arbórea. Resultados y discusión para Pinus pinaster Las ecuaciones ajustadas para la estimación de la biomasa de las diferentes fracciones arbóreas se recogen en la tabla 5. Los valores de peso seco y sus porcentajes para cada una de las seis fracciones arbóreas consideradas figuran en la tabla 6. Los porcentajes de peso seco son muy constantes en todas las parcelas, como se deduce de los valores de las desviaciones típicas, sin embargo los pesos son muy variables, oscilando entre las 203 y las 437 t ha-1. Estas diferencias se deben a que en varias de las masas analizadas no se han realizado tratamientos selvícolas, de modo que la biomasa estimada es la producción total hasta la fecha, mientras que en las restantes los pesos se han reducido por la realización de claras previas al inventario. La madera es la fracción que lógicamente aporta mayor biomasa, representando una media del 68 % del peso total arbóreo. La corteza y las acículas suponen el 11 % y el 5 % respectivamente. Considerando como restos de corta el conjunto de acículas, ramillos, ramas finas y ramas gruesas se obtiene algo más del 20 % de la biomasa arbórea total. IMPLICACIONES AMBIENTALES Los restos de corta, al igual que otros componentes orgánicos (matorral, mantillo) desempeñan diferentes funciones que aseguran la sostenibilidad de nuestras masas forestales. Entre los diferentes beneficios, se pueden señalar que los restos de corta a) proporcionan una eficaz protección frente a la erosión, preservando no sólo los suelos, sino también la calidad de las aguas, b) durante su descomposición devuelven una parte importante de los nutrientes acumulados por la plantación, c) mantienen (e incrementan) el contenido de materia orgánica y carbono en el sue- 30 lo, d) reducen la evaporación y el período de sequía, e) reducen el riesgo de compactación (por maquinaria y por impacto de las gotas de lluvia), f) disminuyen el desarrollo de vegetación accesoria y su competencia y g) tienen una contribución directa sobre el regeneración natural del monte afectado por las cortas. No obstante, los efectos que se producen con la retirada de la biomasa serán más o menos acusados en función de la cantidad y del tipo de fracción de biomasa que se aproveche, de la especie forestal que se emplee, de las condiciones de los suelos, así como de las medidas de protección que se adopten. Con el propósito de evaluar y discutir las posibles implicaciones ambientales generadas del aprovechamiento de la biomasa forestal no maderable, se está desarrollando una serie de experiencias que se fundamentan en los siguientes objetivos: 1. Determinar la cantidad y distribución de nutrientes en las fracciones arbóreas (madera, corteza, ramas y hojas) y en los suelos, para definir la estabilidad nutricional del sistema al aprovechar las diferentes partes del árbol. 2. Realizar una primera evaluación de la incidencia de la retirada de los restos de corta sobre los procesos de escorrentía y erosión del suelo. 3. Realizar un seguimiento a medio-largo plazo de la vegetación accesoria, la regeneración natural y de la materia orgánica del suelo en función del tipo de aprovechamiento. Este artículo se centra fundamentalmente en el primer objetivo, para lo que se presenta, de forma sintética, los resultados más importantes y se discuten las implicaciones que entrañaría el aprovechamiento en relación a un posible deterioro del estado nutricional de las masas forestales. Los otros dos aspectos se encuentran en fases más incipientes de desarrollo, por lo que, aquí tan sólo se realiza una síntesis de los resultados más destacados obtenidos hasta este momento. OBJETIVO 1: Estabilidad nutricional de los ecosistemas forestales y aprovechamiento selvícola de tipo intensivo Los datos sobre distribución de nutrientes en el sistema forestal son útiles para realizar una gestión sostenible de las masas forestales que tenga en cuenta la conservación de los suelos. Esta información permite evaluar las cantidades de elementos extraídos por los diferentes tipos de aprovechamiento y, de esta manera, estimar la reposición necesaria de nutrientes, aspecto contemplado en los programas de gestión forestal sostenible. Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL Tabla 7.- Concentración de nutrientes en las diferentes fracciones arbóreas de Eucalyptus globulus y Pinus pinaster. Se presentan datos de seis plantaciones de cada especie. Las diferentes letras indican diferencias significativas entre ambas especies al nivel de p<0.05 La metodología seguida para cuantificar la cantidad de biomasa y distribución de nutrientes en los sistemas forestales de carácter intensivo se ha basado en el estudio de seis plantaciones Eucalyptus globulus y otras seis de Pinus pinaster. Para esto se seleccionaron parcelas con diferentes índices de sitios, sobre diferentes suelos y zonas climáticas distintas en Galicia. Los análisis químicos de las diferentes fracciones de biomasa incluyeron macro (C, S, N, P, K, Ca y Mg) y microelementos (Al, Fe, Cd, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, Zn y B). Con los datos de los análisis nutricionales y la cantidad en peso seco de la biomasa por unidad de superficie (estimada a partir de los datos de campo y modelos desarrollados en otra fase del trabajo) se calcularon las cantidades de elementos contenidos, en kg ha-1, en cada una de las fracciones. Para determinar la reserva de nutrientes en los suelos, en cada plantación se efectuaron tres calicatas, en las que se tomaron muestras de los horizontes orgánicos y minerales. Las cantidades de nutrientes en el suelo por unidad de superficie se calcularon para cada horizonte mineral a partir de los datos medios de espesor, pedregosidad, densidad aparente y concentración de nutrientes. En el caso de los horizontes orgánicos, las concentraciones de nutrientes se multiplicaron por la masa de éste. En las dos especies evaluadas las concentraciones de nutrientes descienden en el orden: hojas >>ramillos >corteza > ramas finas > ramas gruesas >> madera (tabla 7). Diferencias significativas entre las dos especies se encontraron para K, Na, Ca, Mg, Al, Zn y Cu. Se puede señalar las elevadas concentraciones de Ca y Mg encontradas en todas las fracciones de Eucalyptus globulus, pero especialmente en las hojas y corteza. El análisis químico de las hojas de esta especie revelan niveles adecuados de N, Ca, Mg, pero deficientes de P. En las masas de Pinus pinaster se encontraron mayores niveles de Al, Fe y Zn. Los niveles de N y K en acículas de las plantaciones de Revista CIS-Madera pinos son adecuados, pero los de P y Mg fueron bajos. Distribución de nutrientes en las masas de Eucalyptus globulus En la figura 1 y en la tabla 8 se muestra la distribución de nutrientes en los dos sistemas evaluados. Como consecuencia de su mayor masa relativa, en ambas especies la madera es la fracción del árbol que acumula la mayor cantidad de elementos. En el caso de E. globulus, la retirada de madera supone la extracción del 37-57 % de los nutrientes más limitantes -N, P, K, Ca y Mg- contenidos en la masa. Si el aprovechamiento incluye la retirada de corteza, se produciría la retirada del 71-75 % de esos mismos elementos. Este incremento afectaría especialmente al Ca y Mg, elementos que en esta especie se acumulan de manera muy importante en la corteza. Si, además de la madera y corteza, se aprovecharan las ramas, la extracción de todos los nutrientes en esta especie sería del 90 % de los contenidos en el árbol. La comparación de las cantidades de nutrientes en la biomasa forestal con respecto a la reserva en los suelos permite valorar la estabilidad del sistema para los diferentes nutrientes. De este modo, la figura 1 y la tabla 2 muestran también las cantidades de elementos acumulados en la biomasa frente a las cantidades disponibles en los horizontes superficiales de los suelos. Como puede observase, las reservas de N en el suelo (y la capacidad de mineralización de N) son superiores a las cantidades de estos nutrientes acumulados en la biomasa. De hecho, estos sistemas no están limitados por este elemento. Una situación muy diferente es la presentada por elementos como el P, K, Ca y Mg. Las reservas de estos elementos en forma asimilable en los suelos son inferiores a las correspondientes acumulaciones en la biomasa arbórea. Estos datos definen una situación de inestabilidad para estos elementos, lo que está con- 31 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL firmado por las comunes deficiencias que aparecen en las masas de E. globulus en Galicia. Nótese que el aprovechamiento actual de esta especie, basado en la extracción de madera y corteza, ya supera las cantidades de Ca y Mg disponibles en los suelos. Los datos de la tabla 8 también muestran que la extracción de algunos nutrientes, como el Ca y Mg, que se realiza por el aprovechamiento de esta especie es aproximadamente doble que la que tiene lugar con el de Pinus pinaster, siendo el turno de corta mucho más reducido. Distribución de nutrientes en las masas de Pinus pinaster Como se desprende de la figura 1 y tabla 8, el aprovechamiento tradicional de Pinus pinaster, que incluye madera y corteza, implica la extracción de nutrientes equivalente al 49-60 % de las cantidades acumuladas por el árbol. Si además de estas fracciones se aprovecharan las ramas, la extracción de elementos ascendería hasta el 70-90 %, afectando de manera especial al Ca, Mg y K. Al igual que sucedía con el eucalipto, las masas de Pinus pinaster son inestables para P, Mg, Ca y K, es decir, las cantidades de elementos acumulados en la biomasa arbórea son similares o superiores a las reservas en los suelos, lo que también se corresponde con las deficiencias frecuentemente encontradas en las plantaciones en Galicia. No obstante, a diferencia de E. globulus el aprovechamiento de madera y corteza implica una menor extracción relativa de nutrientes. En este caso, además habría que considerar los mayores turnos corta de esta especie, que permitiría una mayor reposición de nutrientes a través de los procesos naturales, como los aportes atmosféricos y la alteración mineral, o de procesos artificiales como consecuencia de la gestión selvícola (podas, claras,...). Aprovechamiento sostenible de la biomasa forestal Los datos del presente trabajo sugieren que los dos tipos de plantaciones evaluadas presentan una marcada inestabilidad nutricional, por lo que la gestión selvícola debería asegurar la restitución de la mayor parte de los elementos extraídos durante el aprovechamiento forestal. Esta restitución se puede realizar mediante la apropiada gestión de los restos de corta y/o programas de fertilización. En el caso de los pinos, estas medidas se pueden complementar con la elección de una gestión selvícola de densidad baja y claras fuertes. El presente estudio, junto con otros de otras áreas, revela la importante acumulación de nutrientes en los restos de corta (ramas, hojas y, en el caso del eucalipto, corteza). La descomposición sobre la superficie del terreno de estas fracciones permite recuperar buena parte de los elementos que la masa ha ido asimilando a lo largo de la rotación. A través de los aportes atmosféricos y de la alteración de los minerales del suelo también tiene lugar una entrada relativamente importante de algunos elementos, como K, Mg y Ca. Estudios previos en cuencas han mostrado que estos aportes pueden ser insuficientes para abastecer la demanda de estos elementos por una masa forestal con una gestión de tipo intensivo. Un caso especialmente preocupante es el del P, elemento muy poco disponible en estos suelos ácidos y que presenta nulos aportes a través de la atmósfera o de la alteración mineral. Con todo ello, en algunos sistemas donde la fertilidad edáfica es baja, la disponibilidad de nutrientes parece estar muy determinada por los aportes durante la descomposición de los restos orgánicos que se generan durante el desfronde y el aprovechamiento forestal. El aprovechamiento de la biomasa debe complementarse con programas de fertilización adecuada Dado el importante potencial forestal de Galicia, en los últimos años se está planteando el aprovechamiento de biomasa no maderable para fines industriales y energéticos. Esta práctica reduciría los aportes de Figura 1.- Distribución relativa de nutrientes en sistemas forestales de Eucalyptus globulus y Pinus pinaster de Galicia. En cada caso los datos son valores medios de nutrientes que se producen por descomposición de seis plantaciones. Los valores absolutos, en kg ha-1, se encuentran en la tabla 2 los restos forestales. A la vista de los resultados de 32 Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL Tabla 8.- Distribución de nutrientes en los sistemas de Eucalyptus globulus y Pinus pinaster en Galicia. Los datos que se recogen son media de seis plantaciones (entre paréntesis aparece el valor de desviación típica). Se ha utilizado las tablas de producción para estas especies en Galicia para predecir la masa acumulada a los 18 (Eucalyptus globulus) y 40 (Pinus pinaster) años de edad este trabajo, y de otros anteriores, el aprovechamiento de la biomasa forestal, entre otras medidas, debería ir acompañada de programas de fertilización a lo largo de la rotación que compensaran las importantes extracciones de nutrientes que conllevaría este tipo de aprovechamiento. La fertilización que normalmente se practica en las repoblaciones forestales de Galicia, consistente en 100-150 g de fertilizante NPK por planta (10-20 de N, 8-14 de P y 8-10 de K kg/ha) en el momento de la plantación, no es suficiente para recuperar los nutrientes extraídos durante el aprovechamiento convencional ni tampoco para asegurar un óptimo estado nutricional a medio plazo. De hecho, a los pocos años Revista CIS-Madera las plantaciones vuelven a manifestar niveles deficientes de nutrientes. Los datos de este trabajo, junto con otros anteriores que muestran las frecuentes deficiencias de P, Mg y Ca, sugieren la conveniencia de practicar fertilizaciones en fases posteriores al establecimiento, tal como se realiza en otros países, muy especialmente si el aprovechamiento contempla la retirada de restos de corta. La tabla 8 recoge los datos de extracción de elementos en unidades por superficie que pueden servir de referencia para desarrollar programas de fertilización en estos sistemas. Esto sugiere la necesidad de destinar este tipo de aprovechamientos a las plantaciones ubicadas en terrenos de reducida pendiente, mecanizables y con 33 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL menor riesgo de arrastre de los fertilizantes. Si parte de la biomasa se destinara a obtención de energía calorífica o eléctrica, las propias cenizas generadas podrían emplearse para restituir los nutrientes a los suelos, práctica que ha demostrado unos beneficios satisfactorios en Galicia. ¿Qué fracciones arbóreas se podrían emplear y qué especie es la más apropiada? Es difícil proponer una fórmula general válida para todas las masas forestales y todas las situaciones. Al margen de otros aspectos técnicos y económicos, y teniendo en cuenta tan sólo aspectos de conservación de suelos, el aprovechamiento de la biomasa forestal debería realizarse en los terrenos con amplia capacidad agrícola/forestal de tipo intensivo, es decir con suficiente profundidad, pendientes de ladera suaves, bajo riesgo de erosión y con posibilidades de fertilización mecanizada. Como ya se ha comentado, no parece recomendable realizar un aprovechamiento de las fracciones no maderables del árbol si no se contempla un adecuado programa de restitución de nutrientes mediante fertilización. Esto es incluso deseable con el aprovechamiento actual del eucalipto (basado en la retirada de madera y corteza), ya que éste extrae una elevada cantidad de nutrientes. Las posibilidades de fertilización vienen determinadas por las posibilidades de mecanización y por el riesgo de arrastre del fertilizante por agua de escorrentía, y ambos dependen de la pendiente, entre otros factores. En cualquier caso parece recomendable evitar la extracción de las hojas y ramillos, porque estas fracciones no sólo proporcionarán nutrientes durante el proceso de descomposición, sino que ayudarán a mantener los contenidos de materia orgánica en los suelos (este aspecto se evalúa en otra fase del presente proyecto). Alternativas selvícolas que reducen la retirada de nutrientes Las medidas anteriores se pueden combinar con determinadas prácticas selvícolas que ayudarán a reducir las extracciones de nutrientes, como por ejemplo, la consideración de regímenes de menor densidad, la prolongación de los turnos de corta o el establecimiento de masas mixtas con especies con diferentes demandas. En este sentido, los datos del presente trabajo están sirviendo de base para simular diferentes opciones selvícolas. Un ejemplo lo constituye los datos de la tabla 9. De ella se desprende que una selvicultura de claras fuertes (densidad baja) podría compensar la extracción adicional de otro componente de la biomasa (las 34 Tabla 9.- Extracción de nutrientes de dos tipos aprovechamiento (madera y corteza frente a madera, corteza y ramas gruesas) de Pinus pinaster con diferentes regímenes selvícolas. (M: madera; C: corteza; RG: ramas gruesas) ramas gruesas). Este efecto es más notorio en las mejores calidades de estación, que por otro lado son las más propensas a esa intensificación de la extracción por poder realizar fertilizaciones de reposición. En el caso del eucalipto, si fuera técnicamente viable, se podría sustituir el aprovechamiento actual de corteza por el de ramas gruesas. Como se observa en la tabla 8, la cantidad de biomasa acumulada por estas fracciones son similares, pero la extracción de nutrientes es mucho menor si se aprovecharan las ramas en lugar de la corteza. OBJETIVO 2: Evaluación de la escorrentía y de la erosión después del aprovechamiento Por otro lado, los restos de corta también ofrecen una eficaz protección frente a la erosión, aspecto que reviste importancia en la región, dado que muchas de las plantaciones se encuentran en laderas de pendiente acusada. Desde Septiembre de 2002 se han venido recogiendo datos en relación a la incidencia de la reti- Detalle de unos de los canales Gerlach empleados en la recogida de la escorrentía en la parcela experimental de O Saviñao (Lugo). Revista CIS-Madera APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL rada de los restos de rama tras el aprovechamiento maderero sobre los procesos de erosión-escorrentía del suelo. Se han considerado dos parcelas de experimentación de 200 m2, situadas en un monte del Término Municipal de Escairón con una pendiente del 40% donde previamente se había realizado una corta final a hecho de Pinus pinaster, y se habían dejado en monte alrededor de 45 tm/ha de peso seco de restos. En una de estas parcelas de experimentación se procedió a retirar los restos de corta de forma manual (tratamiento SR), haciendo especial incidencia en los fragmentos de ramas más gruesos (ramas gruesas y ramas finas) y no tanto los ramillos y las acículas, que se mantienen en una importante proporción sobre el terreno. La otra parcela se ha mantenido sin alterar y en ella se han conservado los restos de corta (tratamiento CR). En estas parcelas se está realizando un seguimiento de los procesos erosivos y de los relacionados con el lavado de nutrientes. En estos primeros seis meses se han registrado 720 mm de lluvia en la zona de estudio. Los datos recogidos durante este período indican una muy baja escorrentía en ambos tratamientos, posiblemente debido a la estructura de tipo franca de los suelos que favorece la conductividad hidráulica y a la presencia de los restos de corta que interceptan y retienen un porcentaje importante del agua de lluvia. Las mayores diferencias se registran en los meses de mayor precipitación, en los que se encuentra una mayor generación de escorrentía en la parcela donde se practicó la retirada de ramas. Este efecto, que no llega a ser relevante, se origina por la menor captación de agua en este tipo de tratamiento. La concentración de sedimentos es también muy escasa en ambos tratamientos. importante a las condiciones climáticas del suelo, modificando la tasa de evaporación y el régimen térmico. Este aspecto influye directamente sobre la supervivencia de las plántulas y sobre la actividad microbiana del suelo. En este último factor reside la evolución del componente más activo del suelo, la materia orgánica. La actividad microbiana del suelo también determina en buena medida la capacidad de los sistemas forestales para asimilar C atmosférico. No debemos olvidar que muchos de los sistemas forestales, como los de Galicia, acumulan la mayor parte del C orgánico en el suelo. Los suelos de Galicia, acumulan cantidades de C superiores a la biomasa forestal. Desde Septiembre de 2002 han quedado instaladas una serie de parcelas experimentales de evolución de la regeneración natural arbórea y de la actividad microbiana del suelo. Estas parcelas se ubican en un monte del municipio de Maceda (Ourense) donde en la primavera del 2002 se realizó una corta final a hecho de Pinus pinaster de 35 años. Se han realizado tres tratamientos distintos de los restos de corta (ramas gruesas, ramas finas, ramillos y hojas): dejarlos en el monte tras la corta, sobre el terreno, y no Figura 2.- Evolución de la escorrentía en las parcelas de seguimiento OBJETIVO 3: Seguimiento de la regeneración arbórea y de la evolución de la materia orgánica del suelo en función de diferentes tratamientos sobre los restos de corta La gestión de restos de corta afecta de manera muy Revista CIS-Madera Tratamiento de los restos de corta en la parcela experimental de Maceda (Ourense). 35 APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA FORESTAL actuar sobre ellos, retirada parcial con pinza de tractor forestal y desbroce. En la actualidad se está realizando un seguimiento de las condiciones de temperatura y humedad del suelo, que pueden afectar a la regeneración y a la supervivencia de las plántulas. Estas parcelas permanecerán instaladas durante varios años de modo que además se puedan medir diferentes " BASURCO F., NORIEGA M. 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