La bioenergia proveniente de los residuos como fuente de energia

En crecimiento
La bioenergía proveniente de los residuos como fuente de energía
La bioenergía está comenzando a cobrar importancia en la lucha global para evitar el cambio climático. En el año
2006, tres anuncios de consideración aumentaron el nivel de conciencia del público respecto de esta fuente de energía
potencial:
Primero, el Informe Stern del gobierno del Reino Unido puso énfasis en las amenazas ambientales y económicas
planteadas por el calentamiento global y las oportunidades que ofrecen las tecnologías ambientales y la biomasa para
enfrentar el cambio climático.
Segundo, Richard Branson y el grupo Virgin declararon que invertirán hasta 400 millones de dólares estadounidenses
en iniciativas destinadas a la energía renovable durante los próximos tres años.
Tercero, el 27 de septiembre de 2006, el gobernador de California, Schwarzenegger, firmó la Ley de Soluciones para
el Calentamiento Global (Global Warming Solutions Act) y declaró: “Simplemente debemos hacer todo lo que esté a
nuestra alcance para disminuir el calentamiento global antes de que sea demasiado tarde”.
Además, a principios de este año la Comisión Europea anunció que está evaluando la aplicación de planes estrictos
para limitar el cambio climático a no más de 2º C por encima de la temperatura de la era preindustrial mediante el
compromiso autónomo de reducir sus propias emisiones en por lo menos el 20% para el año 2020.
En este contexto, corresponde analizar el modo en que la bioenergía derivada de los residuos sólidos contribuye al
desarrollo de la capacidad de producción de energía renovable en todo el mundo.
Bioenergía: lo esencial
La bioenergía es energía proveniente del sol que se almacena en materiales de origen biológico. Eso incluye la
materia de origen vegetal y los residuos de origen animal, denominados biomasa. Las plantas almacenan energía
solar a través de la fotosíntesis en la celulosa y la lignina, mientras que los animales almacenan la energía en las
grasas. Cuando se queman, esos azúcares se descomponen y liberan energía exotérmicamente, liberando dióxido de
carbono, calor y vapor. Los productos derivados de esa reacción pueden capturarse y manipularse para crear energía,
comúnmente denominada bioenergía. Se considera que la biomasa es renovable porque el carbón se extrae de la
atmósfera y se repone con mayor rapidez que los millones de años necesarios para que se formen los combustibles
fósiles. El uso de biocombustibles con el fin de reemplazar los combustibles fósiles contribuye a una reducción de la
liberación global de dióxido de carbono en la atmósfera y, por ende, ayuda a enfrentar el calentamiento global.
Los residuos sólidos municipales contienen un componente biodegradable importante. Cuando esos residuos se
encuentran en un relleno sanitario, se descomponen y liberan el gas de dicho relleno. Si no se captura ni se aprovecha,
ese gas puede ser una fuente potente de gas de efecto invernadero y un elemento colaborador de envergadura para el
cambio climático. Esa situación llevó a que Unión Europea implementara la Directiva sobre Rellenos Sanitarios, que
exigía que se redujera la disposición en rellenos sanitarios de los residuos biodegradables sin tratamiento; y,
posteriormente, ha prohibido tal acción en ciertos países de la UE a partir del año 2005.
Un informe reciente, encargado por la Agencia Ambiental Europea, realizó investigaciones relativas a cuánta
biomasa se encontraría técnicamente disponible para la producción de bioenergía sin provocar un aumento de la
presión ambiental. Y concluyó en que para el año 2020 se encontrarán disponibles 19 millones de toneladas
equivalentes de petróleo (TEP) provenientes de biomasa, 1 46% de las cuales derivarían de los bioresiduos (RSM,
residuos de la actividad agrícola, residuos de las granjas y otras corrientes de residuos biodegradables). Dichas
conclusiones tienen un impacto de enorme consideración sobre toda la industria dedicada a la gestión de residuos y
van de la mano con el logro de objetivos de desviación del relleno sanitario.
La bioenergía proveniente de residuos: las tecnologías
En la actualidad, hay un crecimiento de la gama de tecnologías para el tratamiento de residuos diseñadas
especialmente para la producción de bioenergía. Existen una cantidad de áreas clave de la bioenergía proveniente de
residuos que incluye, pero no se limita, al biogás, los biocombustibles y el uso térmico de la biomasa.
Cuando se analiza el uso de la bioenergía, es importante considerar la emisión total del carbón en el proceso de
producción de electricidad. No es razonable emitir más carbón a la atmósfera por la fabricación de un biocombustible
que el que se emite por su uso como fuente de energía. Como tal, al momento de evaluar el uso de una fuente de
bioenergía, es necesario lograr un equilibrio completo de carbón y energía para cada escenario en particular.
Biogás
El biogás característicamente contiene de 50% a 75% de metano y dióxido de carbono junto con otros gases menores.
El metano se utiliza para la generación de electricidad o como combustible para el transporte. El biogás se produce
por digestión anaeróbica, en la cual las moléculas de carbono complejas de la materia orgánica se descomponen en
estructuras más simples, incluso en CH4 y CO2. El biogás puede producirse a partir de una amplia gama de cargas de
alimentación o materias primas derivadas de residuos biodegradables, incluso de sedimentos cloacales, residuos
biodegradables y residuos municipales mezclados o como parte de un proceso natural de descomposición en los
rellenos sanitarios. Característicamente, deben usarse distintas variantes de digestores anaeróbicos para tratar cada
una de las cargas de alimentación de manera óptima.
El Reino Unido es el principal productor de biogás crudo de Europa. En 2004, se calculó que la producción del R.U.
fue de 1.473 millones de TEP. 2 La mayor parte de ese gas se valoriza en forma de electricidad. El gas de relleno
sanitario es una forma de biogás y constituye gran parte de la producción de biogás del R.U. Tanto la Directiva sobre
Rellenos Sanitarios, que funcionó en términos de impulsor, así como los mecanismos para el respaldo a la producción
de energía verde, la Obligación de comprar combustibles no fósiles (Non-Fossil Fuels Obligation, NFFO) y
subsiguientes, Certificados de obligaciones renovables (Renewables Obligation Certificates, ROC), fueron el
estímulo más importante para el desarrollo de la capacidad de generación de biogás del R.U.
Los digestores anaeróbicos permiten la producción controlada del biogás. Los digestores varían su rendimiento de
acuerdo con la clase específica utilizada y con su aplicación en las distintas corrientes de residuos. La industria de
aguas residuales ha tenido una larga historia en el uso de sistemas de digestión destinados a los sedimentos de las
aguas residuales. Así, su naturaleza líquida favorece especialmente la producción de digestores anaeróbicos; sin
embargo, el hecho de que la materia biodegradable ya ha atravesado una vez el proceso de digestión hace que la
producción de biogás sea menor.
Biocombustibles
Los residuos orgánicos pueden transformarse en varias clases distintas de combustible, como se detalla a
continuación.
Sólidos digeridos como biocombustible
Los residuos ‘sólidos digeridos’ producidos a partir de la digestión anaeróbica son el mejorador de suelo de uso más
habitual. Los ‘sólidos digeridos’ se componen en mayor medida de lignina y fibras de celulosa que los
microorganismos generados naturalmente no pueden descomponer por completo. Una vez que se secan, los sólidos
digeridos también pueden utilizarse como biocombustible. De acuerdo con el método de procesamiento usado, los
sólidos digeridos pueden tener valores caloríficos adecuados para la generación de energía. Sin embargo, hay
algunas discusiones sobre este tema, respecto de si los sólidos digeridos pueden usarse mejor como un sumidero de
carbono estabilizado, fijando una proporción de residuos de carbono al suelo.
Biodiésel proveniente de residuos del petróleo
El biodiésel refiere a un equivalente del diésel generado del diesel proveniente de combustibles fósiles y se crea a
1
Agencia Ambiental Europea (2006)
partir de fuentes biológicas de origen reciente. El biodiésel puede crearse a partir de algunos aceites de origen vegetal
o de grasas de origen animal. Los cultivos sembrados especialmente para la producción de aceite vegetal directo
(straight vegetable oil, SVO) o para aceites vegetales de residuos (waste vegetable oils, WVO) pueden refinarse para
producir biodiésel que puede usarse directamente en cualquier motor diésel estándar. El proceso de producción de
biodiésel proveniente de aceites residuales es relativamente sencilla y puede transformarse en una amplia variedad de
escalas.
La planta de biodiésel Biofuels Corporation, ubicada en Seal Sands, es un avance fundamental hacia la ampliación de
la infraestructura para la producción de biodiésel del R.U. La planta tiene una capacidad de producción inicial de 284
millones de litros de biodiésel por año. Principalmente utilizará SVO como aceites de palma, de colza y de canola
aunque también puede aceptar sebo y aceites de cocina amarillos usados.
Bioetanol proveniente de residuos de azúcares
El bioetanol es etanol de origen biológico. El etanol puede usarse como combustible para vehículos directamente o
mezclarse con gasolina en distintos porcentajes. Cuando se lo utiliza solo o mezclado, el bioetanol ayuda a reducir
las emisiones de carbono de los vehículos.
El bioetanol y el potencial de dicho alcohol vegetal no es ninguna novedad. Después de la crisis del petróleo de
1973, Brasil comenzó a impulsar un programa nacional para el uso de bioetanol, producido a partir de refinar caña de
azúcar como combustible local para vehículos. Esa industria fue impulsada mediante la creación de impuestos a la
gasolina y la entrega de subsidios para la producción de etanol. En los últimos años, se ha generado una renovada
atención global hacia el bioetanol como fuente de combustible. La Directiva sobre Biocarburantes de la Unión
Europea. ha planteado como objetivo usar el 5,75% de biocombustibles de entre todos los combustibles utilizados
para el transporte. Y en el reciente Discurso sobre el Estado de la Unión de George W. Bush, el presidente destacó el
apoyo al crecimiento a una industria nacional de bioetanol que provea las necesidades de los Estados Unidos.
Uso térmico de la biomasa
La biomasa derivada de la madera habitualmente se transforma en energía a través del proceso de combustión o de
gasificación. La biomasa puede cultivarse especialmente en el caso de los cultivos para la producción de
biocombustibles como el Miscanthus, una herbácea perenne, alta, de rápido crecimiento, que tiene un gran potencial
energético o que puede recuperarse de productos de residuos forestales.
Los residuos forestales constituyen una parte significativa de una variedad de corrientes de residuos municipales,
comerciales e industriales. Es una práctica común la disposición de estos residuos forestales en rellenos sanitarios
donde se degrada paulatinamente y ocupa apreciables espacios vacíos. Esa madera es una buena fuente de energía y
es una alternativa a los cultivos para la producción de biocombustibles.
Habitualmente, la madera se astilla en partes más pequeñas y transportables que pueden utilizarse con más facilidad
como combustible. Si bien se presta mayor atención a la generación de electricidad a partir de fuentes de energía
renovables, el R.U. utiliza muchísima más energía térmica que electricidad, como se refleja en las conclusiones del
grupo de trabajo sobre biomasa. La tecnología de calderas para biomasa está madura y disponible para calderas
domésticas de poca envergadura hasta instalaciones industriales capaces de producir muchos megawatts de potencia,
con una eficiencia mayor al 90%. La tecnología facilita un potencial para instalaciones dedicadas a la producción
combinada de calor y electricidad (PCCE) que pueden proveer tanto calor como electricidad por módulos, reduciendo
aún más la necesidad de electricidad derivada de combustibles fósiles.
Cómo aprovechar otras fuentes de energía calorífica residual
Además de quemar residuos forestales, es posible aprovechar de otras maneras el potencial de generación de calor
que posee este recurso.
La generación de bioenergía puede estimularse todavía más con motores de ciclo Rankine como el generador
orgánico Freepower turbo ciclo Rankine. Próximamente, se proyecta desarrollar un lugar de prueba para un motor de
120kW en los Países Bajos. Esos sistemas, complementarios a la infraestructura existente, usan la energía calorífica
residual de los motores de gas (como los que se usan en los rellenos sanitarios) para aumentar hasta el 10% de la
producción de bioelectricidad. Los residuos térmicos origen biológico se usan para calentar un sistema de ciclo
cerrado de generación de electricidad. Aumentar la eficiencia de la conversión del gas en electricidad maximizará el
rendimiento de la energía potencial del gas proveniente del relleno sanitarios.
Conclusiones
La bioenergía es una fuente de energía en crecimiento, que atraviesa una etapa de aumento ininterrumpido dentro del
sistema de suministro de electricidad. El aporte potencial de la industria de los residuos a la bioenergía es descomunal
y representa una fuente extraordinaria en la producción de bioenergía total de la Unión Europea.
Los subsidios y las multas gubernamentales por la disposición de residuos biodegradables y la producción de gases de
efecto invernadero impulsan el uso de la bioenergía. Los combustibles fósiles son fuentes de energía no sostenibles y
los biocombustibles ofrecen la posibilidad de contribuir en gran medida con los esfuerzos iniciales destinados al
cambio de las mezclas utilizadas para la producción de energía en todo el mundo. La gama de tecnologías destinadas
a la producción de energía proveniente de residuos de origen biológico está crecimiento e incluye combustibles
gaseosos, líquidos y sólidos para una amplia variedad de usos.
Alex Marshall es Consultor Senior del RPS Group, Reino Unido.
Correo electrónico: [email protected]
Notas
1.
2.
Agencia Europea de Medio Ambiente (2006) How much bioenergy can Europe produce without
harming the environment? EEA Report No. 7 http://reports.eea.europa.eu/eea_report_2006_7/en
European Commission (2005) Bioenergy: Objectives-Technology. Bent, E. (2006) Fast Growth of
Wood Heat, British Bioenergy News, Issue 4, p. 6-7.
ArrowBio produce electricidad proveniente del biogás
En Israel y Australia, se han desarrollado sistemas híbridos de digestión anaeróbica, que combinan la eficiencia de la
digestión de las aguas residuales con el contenido energético de una mezcla de residuos sólidos. El proceso
ArrowBio está diseñado para tratar más de 70.000 toneladas de RSM mezclados por año y produce biogás con una
concentración del 75% de metano. La primera planta de ArrowBio está en funcionamiento en las afueras de Tel Aviv
en el parque Hiriya desde el año 2003. Una segunda planta de ArrowBio está en construcción en el relleno sanitario
Jack’s Gulley, próximo a la ciduad de Sydney, que procesará 90.000 toneladas por año de RSM y generará más de 2
Mw de electricidad proveniente de biogás.
Digestores anaeróbicos de dos etapas de ArroBio. Foto: Oaktech 2006
Producción piloto de una mezcla de alcoholes de MixAlco
El Proceso MixAlco produce una variedad de alcoholes mezclados que derivan de cargas de alimentación
biodegradables. Una planta piloto ya se encuentra en operación en College Station, Texas. El proceso es un sistema
similar a las etapas iniciales de la digestión anaeróbica. Las bacterias anaeróbicas, cultivadas en el rumen del ganado,
se utilizan para alentar la producción de ácidos carboxílicos. Los procesos naturales de producción de metano se
evitan mediante el agregado de yodoformo, un inhibidor químico. La carga de alimentación resultante continua con
una proceso de fermentación de levaduras y genera una variedad de precursores útiles y, después, alcoholes como el
etanol, el propanol y el butanol.
La planta piloto MixAlco de College Station, Texas. Foto: texas a&m university 2006
Waste Management World, marzo de 2007
Autor: Alex Marshall
Para ver este artículo en inglés, visite:
http://www.waste-managementworld.com/articles/article_display.cfm?ARTICLE_ID=289598&p=123
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