Reporte Biomasa - Ambientalex.info

INFORMACION CLIMATOLOGICA
PARA LA APLICACION DE LA
ENERGIA DE LA BIOMASA
PREPARADO POR
SANDRA ROBLES-GIL
RAPPORTEUR DE ENERGIA SOLAR
COMISION DE CLIMATOLOGIA
ORGANIZACION METEOROLOGICA MUNDIAL
AGOSTO 2001
LA PAZ, B.C.S. MEXICO
2
3
CONTENIDO
I.
Página
INTRODUCCION.…….…..…………………………………………………….… 5
II. ALGUNAS CONSIDERACIONES ACERCA DE LA ENERGIA
DE LA BIOMASA…………………………………………………………………. 7
III. PRINCIPALES TIPOS DE SISTEMAS DE ENERGIA DE LA
BIOMASA Y SUS USOS…………………………………………..……………….. 9
A. Conversión Termoquímica.………………………………………………...… 9
1. Combustión Directa….…………………………………………….... 9
2. Pirólisis..………………………………………………………….….. 19
3. Gasificación..……………………………………………………….... 24
B. Conversión Bioquímica..…………………………………………………….. 29
1. Digestión Anaeróbica..………………………………………………. 29
2. Fermentación Alcohólica……………..…………….………….……. 35
C. Conversión Físicoquímica.…………….……………………………….…..... 39
1. Prensado/Extracción.………………..…………………………..…..... 39
IV. PLANTACIONES ENERGETICAS……………….………………………..…. 40
1. Plantaciones Energéticas…………………………………………….. 40
2. Plantaciones Energéticas y Mitigación del Cambio Global…..……… 43
V. REQUERIMIENTOS DE INFORMACION CLIMATOLOGICA……….……. 49
1.
2.
3.
4.
Usuarios de Información Climatológica……………………..…….... 49
Requerimientos de Información Climatológica…………….…..….… 50
Información Climatológica proporcionada por los SMNs.…..….…... 55
Formas en que los SMNs pueden ayudar al desarrollo
de la información climatológica para la aplicación
de la energía de biomasa………………………………………………58
GLOSARIO…….........................…....................................................................…..…. 62
ABREVIACIONES USADAS…...............................................................…….......… 65
REFERENCIAS .........................................................................................….......…... 66
ANEXO 1 ..................................................................................................…............… 73
4
5
I. INTRODUCCION
Desde tiempos remotos, la biomasa ha proporcionado a la humanidad no solamente
comida, sino también combustibles, alimento para el ganado, materia prima, fibras y
abonos (llamados las “6Fs”)1 . Los combustibles forestales constituyeron la principal fuente
de energía hasta principios del siglo XX cuando, en gran medida, fueron reemplazados por
los combustibles fósiles.
Hoy en día, la biomasa es la cuarta fuente de energía más importante del mundo,
proporciona alrededor del 13% del consumo mundial de energía. No obstante, es la
principal fuente de energía en los países subdesarrollados, donde alcanza el 33% del total
de la energía usada. Su contribución en los países industrializados es en promedio del 3%
de la energía total consumida (Hall et al., 1999).
Casi 2,000 millones de personas en los países subdesarrollados dependen de los
combustibles tradicionales (madera, estiércol y residuos agrícolas) que son recolectados por
lo general en sitios lejanos y, a menudo, utilizan tecnologías ineficaces que apenas les
permiten satisfacer sus necesidades básicas de nutrición, calefacción ambiental e
iluminación. Sin embargo, ya se están empezando a usar sistemas modernos de energía de
biomasa, en especial en los países desarrollados donde suministran electricidad,
combustibles líquidos y gaseosos.
El interés por las fuentes de energía renovables ha aumentado en las últimas
décadas, esto es debido al impacto negativo que el consumo de los combustibles fósiles
causa al medio ambiente, al aumento en los precios de los combustibles convencionales, la
dependencia de petróleo extranjero y la disminución en los recursos de combustibles
fósiles.
El problema que se tiene al quemar combustibles fósiles es que el carbono
absorbido por la biomasa “antigua” es liberado después de millones de años como un
bióxido de carbono “nuevo”, desequilibrando al ciclo del carbono. Así, pues, el uso de los
combustibles fósiles no sólo disminuye los recursos no-renovables, sino que también
contribuye con el efecto de invernadero.
A pesar de algunas percepciones públicas negativas basadas en concepciones
erróneas, la energía de la biomasa representa una de las opciones más prometedoras pues es
una fuente renovable que puede ser producida y usada de manera limpia y sostenible. Es
más, proporciona significativos beneficios al medio ambiente, al desarrollo socioeconómico
local y a la seguridad energética nacional.
Mientras que las preocupaciones ambientales, como las emisiones de bióxido de
carbono y el calentamiento global, han motivado a los países industrializados a usar
sistemas modernos de energía de biomasa; las consideraciones socioeconómicas, tales
como la equidad para las comunidades de bajos ingresos y sus necesidades de combustible,
han sido las que han propiciado que los países subdesarrollados mejoren el uso tradicional
de la energía de biomasa.
Los pronósticos realizados por el IPCC, la Shell, la IEA y la CNUMAD indican que
la biomasa y otras fuentes de energía renovables, después del año 2020, jugarán un papel
importante y creciente en la contribución futura de la energía mundial (Hall, 1998).
1
Por sus nombres en inglés: “food, fuel, feed, feedstock, fibre and fertiliser”, respectivamente.
6
Sin embargo, la biomasa todavía se enfrenta actualmente con muchos problemas
económicos, sociales, técnicos e institucionales. Así, pues, es importante que haya una
mayor colaboración y esfuerzo entre las instituciones para producir y usar la energía de la
biomasa de manera más eficiente y sostenible.
Nosotros, como climatólogos, podemos ayudar a implementar la energía de la
biomasa teniendo una mejor comprensión de los sistemas y de sus necesidades, a fin de
proporcionar el conocimiento climatológico y los datos necesarios que podrían ayudar a los
usuarios a realizar y mejorar su trabajo.
Por eso, en este estudio se hace un reporte de los principales usos actuales de la
energía de la biomasa en el mundo, incluyendo su contexto tecnológico, económico y
climático; así como los resultados de una encuesta que permitió evaluar las necesidades de
información climatológica que se tienen en las aplicaciones de la energía de biomasa.
AGRADECIMIENTOS
Este reporte fue posible gracias a la contribución de tantas personas alrededor del
mundo, quienes muy amablemente compartieron sus valiosos conocimientos y experiencias
con nosotros.
Quiero expresar mi gratitud también a todos los usuarios de información
climatológica, quienes de manera sumamente cooperativa contestaron los cuestionarios
reportando sus necesidades y preocupaciones, así como también por sus útiles
recomendaciones.
Y por último, agradezco a las siguientes Instituciones que tan gentilmente nos
permitieron el uso de sus fotografías: Biblioteca de Fotos, División de Información de la
FAO; Departamento de Energía, Ministerio Federal de Asuntos Económicos y del Trabajo
de Austria (BMWA); Madhya Pradesh Urja Vikas Nigam Ltd. Bhopal, India (MPUVN);
Comité Nacional para la Industria y Desarrollo Técnico de Suecia (Nutek); y Programa de
BioEnergía del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE). Así como también
a los fotógrafos que tomaron dichas fotos, pues nos permiten visualizar mejor los diferentes
tipos de sistemas de energía de biomasa.
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II. ALGUNAS CONSIDERACIONES ACERCA
DE LA ENERGIA DE LA BIOMASA
La fuente de energía de la biomasa
La energía de la biomasa es una forma de energía solar ya que depende de la
fotosíntesis. Las plantas verdes transforman la energía de la luz solar en energía química, al
convertir el bióxido de carbono del aire y el agua del suelo en compuestos orgánicos ricos
en energía, principalmente azúcar, celulosa, almidón y lignina, pero también proteínas y
aceites.
La eficiencia de la fotosíntesis es un factor limitante. Las plantas usan solamente las
longitudes de onda entre 0.4 y 0.7 micras (espectro visible), que comprenden alrededor del
45% de la energía solar que llega a la Tierra. Como una gran parte de esta energía es
absorbida y dispersada por la atmósfera, la eficiencia máxima de la fotosíntesis es de 6.7%
para las plantas C4 (llamadas así porque el primer producto es un azúcar de 4 carbones),
como el maíz, el sorgo y la caña de azúcar que se desarrollan mejor en climas relativamente
cálidos. Y de 3.3% para las plantas C3 , como el trigo, el arroz, el frijol de soya, los árboles
y otras plantas que predominan en los climas templados y que abarcan el 95% de la
biomasa total. La fotosíntesis se ve afectada por ciertos factores, tales como la temperatura,
las enfermedades, la disponibilidad adecuada de nutrientes y agua, que disminuyen dichos
valores a 2-3% y 1% para las plantas C4 y C3 , respectivamente (Hall et al., 1992b).
Aunque este proceso no es muy eficiente, la energía generada es relativamente
económica y se produce en grandes cantidades sobre vastas áreas en tierra. Esta energía
química, aún cuando el Sol no se encuentre brillando, se almacena en los enlaces químicos
de la biomasa producida (MBEP, 1999).
Energía solar y productividad de la biomasa
La Tierra recibe anualmente 178,000 TW de energía de la luz solar, misma que
iguala 15,000 veces el consumo mundial de la energía comercial y más de 100 veces las
reservas probadas de carbón, gas y petróleo del mundo. No obstante, las plantas sólo usan
100 TW al año para producir toda la biomasa mundial: cerca de 120,000 millones de
toneladas de biomasa seca (Anderson y Ahmed, 1995; Shell, 1999).
Al evaluar la magnitud de la radiación solar sobre la superficie terrestre, podemos
encontrar que las áreas con una máxima radiación global (6-8 kWh m-2 diaria) se localizan
alrededor de los 30º de latitud, dentro de los principales desiertos del mundo.
Sin embargo, una manera de examinar la fotosíntesis como fuente de energía y de
materia, es estimar la productividad en términos del carbono reducido (Calvin, 1974). La
producción más grande de carbono fijo se encuentra no en las áreas donde la radiación solar
es más alta, sino más bien en donde existen las mejores condiciones para su crecimiento
durante todo el año. Así, la presencia de agua en el área ecuatorial favorece el crecimiento
de una gran cantidad de vegetación natural.
Recursos energéticos de la biomasa
Los recursos energéticos de la biomasa son enormes y variados. La materia prima
incluye los productos forestales, las plantas herbáceas, los cultivos agrícolas y sus residuos,
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los desechos municipales sólidos, los desechos animales y humanos, los desperdicios del
procesamiento de alimentos, y las plantas acuáticas.
Algunas de las plantas usadas en la producción de energía se cultivan
específicamente con este propósito. Pero, la mayoría de la biomasa utilizada con fines
energéticos consiste de residuos que de otra forma se pudrirían, se quemarían en el bosque
o se convertirían en un relleno sanitario. Los residuos representan un enorme potencial de
energía fácilmente disponible que en la actualidad se encuentra sub-utilizado.
9
III. PRINCIPALES TIPOS DE SISTEMAS DE ENERGIA
DE LA BIOMASA Y SUS USOS
Los sistemas de conversión de energía de la biomasa van desde simples procesos
tradicionales hasta tecnologías modernas altamente eficientes. En la actualidad, algunos de
estos sistemas están establecidos comercialmente y se encuentran totalmente disponibles;
otros, todavía requieren ciertas mejoras técnicas y que sus costos disminuyan; y algunos
otros necesitan un financiamiento a largo plazo que permita el desarrollo de técnicas
sostenibles, y alentar su reproducción.
La mayoría de las materias primas se usan directamente como combustibles con una
mínima preparación. Algunas veces, la biomasa no se quema directamente, sino que se
procesa en formas más adecuadas en las cuales sus características permanecen básicamente
sin cambios. Sin embargo, las tecnologías más eficientes requieren modificaciones
significativas en las que los combustibles sólidos son transformados en combustibles
secundarios con profundos cambios físicos, químicos y mecánicos.
Los principales procesos de conversión son:
A. Conversión Termoquímica
1. Combustión directa
2. Pirólisis
3. Gasificación
B. Conversión Bioquímica
1. Digestión anaeróbica
2. Fermentación alcohólica
C. Conversión Físicoquímica
1. Prensado/extracción
A. Conversión Termoquímica
La conversión termoquímica está basada en la descomposición de la biomasa por
medio de calor. Esta transforma a la biomasa en productos con un más alto valor o más
convenientes y, dependiendo de las condiciones del proceso, se obtienen diferentes
proporciones de productos sólidos, líquidos y gaseosos (Kaltschmitt y Dinkelbach, 1997).
1. Combustión directa
La combustión directa es el método más sencillo y común de capturar la energía
contenida en la biomasa. Desde tiempos antiguos, la leña fue la principal fuente de energía
hasta la Revolución Industrial cuando el carbón la desplazó casi totalmente.
La biomasa todavía continúa siendo la principal fuente de energía en las áreas
rurales de los países subdesarrollados. Sin embargo, a causa del aumento en la demanda de
la leña y la insuficiente reforestación en algunas áreas, ésta se ha vuelto escasa provocando
una crisis rural de energía conocida como la “crisis de la leña”2 (Rady, 1992).
2
Llamada también la “otra crisis energética”.
10
Operación y tecnologías
El equipo usado en la combustión directa incluye fogatas a cielo abierto, estufas,
hornos, carboneras y calderas. Estos, por lo general, son sencillos y están hechos de
materiales locales.
Las plantas de combustión directa son similares a las plantas térmicas
convencionales, excepto por las calderas que deben diseñarse para manejar un mayor
contenido de humedad y cenizas. Esta tecnología se encuentra bien desarrollada y hay
diferentes tipos comerciales de calderas disponibles.
La eficiencia en la conversión de la biomasa para cocinar y calentar – de manera
tradicional - es bastante baja, alcanzando únicamente el 5-10%. No obstante, en años
recientes el uso para aplicaciones modernas ha ido creciendo.
La madera, por lo general, se corta y resquebraja en tamaños que facilitan su
transporte (astillas y pellets) y se seca antes de quemarla. Y con el fin de superar la
naturaleza voluminosa, la baja eficiencia y la emisión de humo de la leña y los residuos
agrícolas, se han desarrollado algunas nuevas y atractivas formas de combustibles. Por
ejemplo, mediante el prensado, los desperdicios son comprimidos en briquetas (“carbón
blanco”) y en leños combustibles.
La combustión directa es sólo económicamente atractiva en regiones donde los
costos de la materia prima son significativamente más baratos que los combustibles fósiles,
y en áreas alejadas de centros urbanos más desarrollados.
Aplicaciones de la combustión directa
La mayor parte del consumo de los combustibles forestales es para uso tradicional
en los hogares, principalmente para cocinar, calentar agua e iluminar, y dependiendo del
clima también para la calefacción ambiental. Otra parte se usa de manera extensiva en
ciertas industrias agrícolas y no-agrícolas, y en pequeños establecimientos comerciales.
La combustión directa es una tecnología comprobada en la generación de
electricidad, especialmente en las mismas industrias que producen los residuos, como son
los ingenios azucareros, las industrias de pulpa y papel y los aserraderos. Este uso
proporciona grandes beneficios pues elimina los residuos, y reduce los costos de la
electricidad y la disposición de la basura.
La instalación de sistemas eficientes de co-encendido y cogeneración puede
aumentar la eficiencia de la energía de la biomasa para aplicaciones de calor y generación
de electricidad (COGEN, 1999; Johnson, 2000).
El uso de la combustión directa en algunos países
De toda la madera extraída en el mundo en 1995 (3,350 millones de m3 ), el 63% se
usó para producir energía (FAO/FEF, 2000). Y del consumo total de los combustibles
forestales en el mundo (Figura 1), los países asiáticos tienen la contribución más alta, con
43.6%; seguidos por Africa, con 21.1%; Canadá y los Estados Unidos, 11.8%; América
Latina, 11.7%; y Europa, con sólo 8.5%
Países subdesarrollados
En los países subdesarrollados existe una muy importante contribución de los
combustibles de biomasa en el abasto total de la energía primaria. La mayoría de los
combustibles de biomasa usados provienen de los bosques, principalmente la leña y el
11
carbón vegetal. Sin embargo, la contribución de los residuos agrícolas y el estiércol animal
en algunos países también es significativa.
Figura 1. Distribución del Consumo de Energía Forestal por Regiones, 1995.
Fuente: World Energy Council/FAO (1999).
Oceanía Subdesarrollada
0.3%
Europa
8.5%
América Latina
11.7%
Asia
43.6%
URSS previa
1.9%
Canada y EEUU
11.8%
Oceanía Desarrollada
1.1%
Africa
21.1%
Leña
El consumo de los combustibles leñosos en los países subdesarrollados es del 15%;
en las áreas tropicales alcanza el 26%, y en las no-tropicales el 6% (WEC/FAO, 1999). Una
perspectiva más detallada muestra que:
• Africa depende fuertemente de la leña para satisfacer sus necesidades básicas de
energía, especialmente en las regiones tropicales. En algunos países como Chad,
Angola, Tanzania y Etiopía la contribución es mayor del 90%.
• La leña es una importante fuente de energía también en el sur y sureste de Asia.
La contribución más alta se encuentra en Laos, Nepal, Bután, Myanmar y
Camboya con mas del 80% (RWEDP/FAO, 1999).
• La mayor contribución en América Latina está en Guatemala, Honduras,
Nicaragua y El Salvador, con más del 50% (Bouille y Gallo, 1993).
• En las islas del Pacífico abarca la mitad de la energía total (Liebentahl et al.,
1994).
Desventajas de la combustión directa tradicional
Existen varios reportes (Mercer y Soussan, 1992; Barnes et al., 1994; Hedon, 1995;
WEC/FAO, 1999) que informan que el uso de tecnologías ineficaces en la combustión de
los combustibles forestales tiene varios inconvenientes:
• Desperdicio de valiosos recursos forestales. Aún cuando ésta no es la principal
causa, exacerba la deforestación.
• Emisión de grandes cantidades de contaminantes, como partículas, monóxido de
carbono, óxidos de nitrógeno, formaldehído y otros hidrocarburos.
• Efectos adversos en la salud por causa del humo en áreas encerradas sin
ventilación. La exposición humana puede exceder 10-20 veces los niveles
recomendados por la OMS. Estudios recientes han encontrado que la prolongada
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exposición al humo es una causa significativa de problemas en la salud humana:
infecciones respiratorias agudas, enfermedad crónica del pulmón y cáncer,
irritación en los ojos y bajo crecimiento intrauterino.
• Consecuencias alimenticias negativas. La escasez de combustibles puede
originar cambios en el número o en el tipo de comidas cocinadas, afectando a las
mujeres en una manera desproporcionada.
• La recolección de la leña es una dura actividad física que exige mucho tiempo.
Una ardua carga, sobre todo, para las mujeres y los niños (Figura 2).
• Falta de recursos energéticos modernos. Reduce la posibilidad de que haya
cambios en la economía rural que podrían aumentar las actividades que generan
un ingreso y mitigan la pobreza.
Algunas preocupaciones y conceptos erróneos
La recolección de la leña fue considerada como la principal causa de la
deforestación. Sin embargo, investigaciones posteriores han demostrado que la
transformación de las tierras forestales en zonas agrícolas, de pastoreo y en áreas urbanas
debido al crecimiento de la población y al aumento en la demanda de alimentos, ha sido,
más que cualquier otro factor, la causa de la deforestación (Lefevre et al., 1997; FAO,
1999).
La explotación comercial para los mercados urbanos de leña y carbón vegetal sí
tiene un impacto en muchas regiones. Por ejemplo: la producción de carbón vegetal para la
fundición de acero en la región de Carjas, en Brasil, es una amenaza para la selva del
Amazonas; y los bosques de acacia de la región de Bahía, en Somalia, están siendo
devastados por la producción de carbón vegetal para el mercado de Mogadicio.
Figura 2. Un niño lleva una carga de leña, Eritrea.
(Foto R. Faidutti/FAO).
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Estufas
El principal uso doméstico de la dendroenergía es para cocinar. Se usan varios tipos
de estufas, pero el más sencillo y de mayor antigüedad es el fogón de tres piedras.
La mayoría de las estufas tradicionales de biomasa tienen bajas eficiencias y
queman la leña de una manera incompleta, ocasionando la emisión de ciertos
contaminantes. Otras desventajas importantes son la dispersión de las llamas y el calor
causadas por el viento, un bajo control del fuego, la exposición al calor y al humo, y el
riesgo de un incendio.
Estufas mejoradas
Las estufas mejoradas abarcan una tecnología de fuego cerrado, con un mecanismo
a través del cual el usuario puede voluntariamente distribuir y controlar el calor. La estufa
de biomasa mejorada constituye un paso importante hacia la autosuficiencia y un nivel más
alto de vida para los millones de personas que tienen acceso a combustibles biomásicos de
bajo costo y de fácil disponibilidad, pero que no les alcanza para estufas modernas ni
combustibles más caros (Franco, 1994; World Bank, 1995).
FAO/RWEDP (1996) informan que debido a la crisis del petróleo y a la
preocupación por los recursos forestales, los primeros programas en los años de 1970 se
enfocaron fuertemente en la eficiencia de las estufas y el ahorro de la leña. Sin embargo,
muchos fracasaron pues no tomaron en cuenta los requerimientos de los usuarios.
Hoy en día, los programas también toman en cuenta los aspectos socio-económicos,
la salud y el medio ambiente. Existen muchos diseños de estufas en el mundo (Astra,
Lorena, Rondereza, Ceta, Tsotso, etc.) que han logrado varios adelantos. Son más eficientes
y prácticas, tienen una mejor presentación, y el uso de chimeneas contribuye también a
disminuir el humo.
El uso de las estufas mejoradas en algunos países
De acuerdo con Barnes et al. (1994), China y la India cuentan con los programas de
estufas más grandes del mundo. China tiene alrededor del 90% de las estufas mejoradas que
están instaladas en el mundo, reportando la instalación en 1990 de 120 millones de estufas
mejoradas que han sido un gran éxito. Estas estufas eran principalmente para cocinar, pero
en las provincias del norte, donde las temperaturas en invierno son extremadamente bajas,
incluyeron estufas de doble uso para la cocción de alimentos y la calefacción ambiental.
El “Programa Nacional Hindú de Chulhas Mejoradas” comenzó en 1983, y se
distribuyeron en los hogares rurales de la India 8 millones de estufas mejoradas. Sólo la
mitad de las estufas mejoradas se encuentran todavía en uso, pues en realidad no ahorraban
energía ni eliminaban humo, y no eran compatibles con los hábitos de cocinar.
Algunos otros países, como Kenya, Madagascar, Rwanda, Burundi, Tanzania,
Níger, Malí, Ghana, Laos y Honduras, han instalado con éxito un gran número de estufas
mejoradas (Figura 3).
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Figura 3. Mujer cocinando en una estufa mejorada que no
produce humo, dentro de su choza, Ghana. (Foto P. Cenini/FAO)
Algunos beneficios de las estufas mejoradas
El uso de las estufas mejoradas beneficia principalmente a las mujeres y a aquéllos
dentro de la sociedad con un nivel de ingresos medio y bajo. Una estufa mejorada permite a
los usuarios obtener directamente los siguientes beneficios (Ellegård y Egnéus, 1993;
Ahmed, 1994; Barnes et al., 1994; Hedon, 1995):
• Ahorrar combustible, ya que las eficiencias son mayores (hasta del 30-50%).
• Disminuir la presión local sobre los recursos forestales.
• Reducir las emisiones de monóxido de carbono y metano a la atmósfera.
• Mejorar la salud al: reducir la exposición al humo, mejorar la nutrición, contar
con más combustible para hervir agua para beber, y reducir los dolores de
espalda, las quemaduras y las escaldaduras.
• Utilizar materiales de construcción accesibles a las comunidades (lodo, ruedas de
automóviles).
• Ahorrar dinero, especialmente en las familias urbanas que compran combustibles
de biomasa.
• Reducir el esfuerzo al aligerar la carga de trabajo de las mujeres y los niños.
• Ahorrar el tiempo empleado en la recolección de la leña. Por ejemplo, las
mujeres en Nepal destinan alrededor de 2.5 horas al día para recolectar leña,
forraje y pastos (las encuestas en Africa y América Latina arrojan resultados
similares). Se podría aprovechar más tiempo en el cuidado de los niños, la
educación y en actividades que generen ingresos.
• Mejorar la calidad de vida en los hogares al cocinar de manera más conveniente y
facilitar la limpieza de la cocina y los trastes.
El uso de las estufas mejoradas responde de muchas maneras al llamado de la
Agenda 21, porque éstas ayudan a proteger el medio ambiente, combatir la pobreza y el
subdesarrollo, promover la salud humana e intensificar el desarrollo de la mujer.
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Algunas preocupaciones
Franco (1994) considera que la introducción de las estufas mejoradas podría
modificar las tradiciones al alterar la forma de vida familiar, pues las fogatas abiertas no
sólo producen calor y luz, sino que también ofrecen un sitio muy importante de reunión.
Residuos agrícolas y estiércol animal
La FAO ha estimado que alrededor de 800 millones de personas en el mundo
dependen de los residuos agrícolas y el estiércol animal para obtener energía, especialmente
en ciertas partes del mundo subdesarrollado donde la leña es escasa (Hall et al., 1992a;
Thomas et al., 1997).
Los residuos agrícolas usados para obtener energía varían de un lugar a otro. Los
más importantes son el bagazo de la caña de azúcar, la cáscara de arroz y la mazorca del
maíz.
El estiércol animal (Figura 4) contribuye considerablemente como una fuente de
energía para cocinar en los hogares rurales de algunos países asiáticos como Bangladesh,
India, Pakistán, Bután, Nepal y Viet Nam, y también en Perú, donde el estiércol de alpaca
se ha usado por siglos. Después de ser recolectado, el estiércol generalmente se compacta y
se seca al Sol antes de usarse mezclado con leña (Bala y Hossain, 1992; Bouille y Gallo,
1993; Lefevre et al., 1997).
Figura 4. Una niña ha recolectado estiércol seco de vaca
para su uso como combustible, India. (Foto G. Pangane/FAO).
Industrias
La leña es usada también para encender hornos y carboneras, secar o hervir
productos, producir humo, vapor y electricidad para la energía mecánica en:
• Agroindustrias: producción de azúcar, tabaco, secado de café y té, molienda de
arroz, producción de aceite de copra y coco, preparación de forraje animal y
especies.
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• Industrias de procesado de alimentos: panaderías, productos lácteos, destilerías,
pescado ahumado, conservas de frutas, puestos de comida y restaurantes.
• Industrias de procesamiento de metales: fundiciones (hierro, latón), herrerías y
fabricación de joyas que usan principalmente carbón vegetal.
• Industrias basadas en minerales: fabricación de ladrillos y mosaicos, caleras y
cerámica.
• Productos madereros: secado de madera y aserraderos.
• Industrias textiles: impresión textil, tinte de telas y fabricación de hilados.
• Actividades diversas: curtido de pieles, elaboración de velas, cremaciones,
construcción de carreteras (fundición de brea) y fabricación de jabón.
Los ingenios azucareros y las destilerías de alcohol, por ejemplo, usan el bagazo
para obtener energía eléctrica. En términos de eficiencia y flexibilidad, la caña de azúcar es
una de las materias primas más apropiadas, y ha sido muy importante para la industria
agrícola y la economía general de muchos países tropicales alrededor del mundo.
Aunque los ingenios azucareros exportan una limitada producción de electricidad a
las comunidades vecinas, el mayor desarrollo en su capacidad para la generación ocurrió en
los años de 1970, cuando la industria azucarera consolidó sus quemadores de baja presión
en unidades de alta presión que podían generar electricidad de manera más eficiente
(Overend et al., 1996).
En lugares como Cuba, Brasil, la India, Mauricio, Nicaragua, República
Dominicana, Zimbabwe, Reunión y Hawai (Figura 5), existe una gran contribución del
bagazo de la caña de azúcar en la participación total de la energía primaria. Algunos de
éstos ya están usando sistemas avanzados de co-encendido y cogeneración con bagazo que
producen electricidad con tarifas comercialmente competitivas (Horta y da Silva, 1996;
Moreira, 1998; Jensen, 1999; Johnson, 2000).
Figura 5. Uso de bagazo como combustible para
generar energía, Brasil. (Foto NREL/EREN/DOE)
17
Países desarrollados
Leña
Van den Broek (1997) menciona que el consumo de la leña para la obtención de
energía contribuye con el 4% del suministro total de la energía primaria en Europa y los
otros países de la OCDE (Australia, Canadá, Japón, Nueva Zelandia y Estados Unidos). En
algunos países éste es mayor, como en Austria que alcanza el 14%, y en Suecia y Finlandia
con más del 17%.
Del total de la leña en Europa extraída de los bosques, cerca del 30-50% se usa con
fines energéticos. Algunas excepciones incluyen a Francia, Austria, Dinamarca, Albania y
Turquía, en donde más del 70% del total de la remoción se utiliza como leña. En los países
de la OCDE que no son europeos, este porcentaje es ligeramente inferior, de un 40%; pero
en países como Canadá, solamente un 20% de sus remociones se usa para obtener energía.
Mientras que el uso de la leña es de gran importancia en las áreas rurales de los
hogares de Europa, sobre todo en Suecia, Francia y Austria, donde la biomasa se usa de
manera extensiva en los calentadores de agua de pequeña escala; su contribución en el
sector industrial y el de generación eléctrica es modesta. Pero debido a fuertes incentivos en
la producción de calor, se han establecido algunas grandes plantas alimentadas con biomasa
que generan calor, y muchas plantas que usan combustibles fósiles están siendo
modificadas para el uso de biomasa (Gustavsson et al., 1995; Gustavsson 1998).
La tecnología en la producción de briquetas se encuentra también bien desarrollada
en países como Suiza, los Estados Unidos, Dinamarca, Canadá y el Reino Unido.
Kaltschmitt y Dinkenlbach (1997) reportan que los recursos biomásicos más
ampliamente usados en Europa son la leña, los residuos de madera de la industria maderera,
los productos forestales recuperados, el licor negro (particularmente en los países nórdicos)
y la paja (Figura 6).
Figura 6. Licor negro usado en un aserradero para producir
energía, Austria. (Foto SCA Fine Paper/BMWA)
18
Sin embargo, existe un gran potencial de recursos biomásicos que en la actualidad
están sin uso: madera, residuos de madera (desmonte de las carreteras, parques públicos,
jardines particulares), residuos agrícolas (poda de árboles frutales, plantaciones de olivos y
viticultura) y cultivos energéticos (Olesen, 1996).
Desechos municipales sólidos (basura)
Europa se encuentra a la cabeza del resto del mundo en lo que se refiere al uso de
los desechos municipales sólidos para la calefacción ambiental y la generación de
electricidad. Su uso comenzó en el Reino Unido (Sheffield y Nottingham) y se ha
extendido al continente, en donde algunos países ya están recuperando energía a partir de la
basura. Por ejemplo, los incineradores en Suiza tienen que estar equipados para suministrar
energía; la ciudad de Upsala usa los desechos municipales sólidos en el 42% de su sistema
distrital de calefacción ambiental; y, en Francia, el 25% del total de los desechos
municipales sólidos son incinerados para producir energía (DOE, 2000).
Ventajas
La energía moderna obtenida de la basura, junto con el reciclaje y/o el compostaje,
es el ideal para un manejo efectivo y sostenible de los desperdicios, y tiene una gran
capacidad para la cogeneración de calor y energía.
Porteous (1997a-b) reporta que la energía producida a partir de la basura tiene
algunos otros beneficios:
• Reduce la gran cantidad de desechos enviados a los rellenos sanitarios.
• Alcanza una significativa reducción neta de CO2 , en comparación con los
combustibles fósiles.
• Elimina el metano de los rellenos sanitarios.
• Destruye las dioxinas.
• Dispone de la basura de una manera higiénica y ambientalmente segura.
• Ayuda a controlar el olor.
• Produce un mejorador de suelos.
• Proporciona el proceso de combustión más estrictamente controlado de la Unión
Europea.
Desventajas
Debido a la mezcla tan heterogénea de los desechos municipales sólidos, la
eficiencia térmica de la conversión es 10% menor que la alcanzada por un calentador de
agua con un sólo combustible.
Información climatológica
Los datos de temperatura y precipitación son muy importantes en las necesidades de
calefacción y secado. El mayor consumo de biomasa para uso energético, por ejemplo, se
encuentra en los climas fríos, las montañas y en las comunidades con escasa población,
restricciones de comunicación, y menor ingreso (Bouille y Gallo, 1993).
El consumo de la leña también presenta ciertas variaciones estacionales del clima,
éste es mayor en invierno, así como también durante las estaciones lluviosas y en las áreas
afectadas por el monzón. Por ejemplo, las unidades de secado son necesarias cuando no es
19
suficiente secar los cultivos al Sol en los trópicos húmedos, donde por lo menos una
cosecha se da en la estación húmeda (Ramachandra, 1998).
La selección de la materia prima también está relacionada con el clima. Por
ejemplo, el clima de algunos países nórdicos hace que los residuos forestales sean mucho
más atractivos y económicos que la biomasa agrícola pues los niveles de las cosechas son
bastante bajos (Sipilä et al., 1993); en tanto que en algunos lugares más secos, donde la
leña es escasa, se pueden obtener residuos agrícolas, estiércol y arbustos.
Las condiciones meteorológicas afectan tanto la demanda como el suministro de
energía. Por ejemplo, una onda fría aumentará el consumo de leña; mientras que el
excedente de ciertas materias primas, como la paja en el norte y centro de Europa, varía
considerablemente año con año (Olesen, 1996).
La combustión directa se ve afectada no sólo por la naturaleza de la madera, como
es la proporción de humedad, su dimensión y densidad, sino también por ciertos factores
externos, tales como el oxígeno y las condiciones meteorológicas (Mlaouhi et al., 1998a).
El estado del tiempo puede agravar la contaminación generada por la combustión de
la biomasa. Por ejemplo, durante las estaciones lluviosas y las ondas frías provoca una alta
concentración de humo en áreas encerradas donde la mínima ventilación se ve, aún más,
reducida; o, cuando se presenta una inversión térmica el humo permanece cerca del suelo.
2. Pirólisis
El proceso termoquímico de la pirólisis es una forma de descomponer los
compuestos orgánicos (carbohidratos, celulosa y lignina) en su carbono, hidrógeno y
oxígeno elemental. Este proceso ocurre cuando el material orgánico (madera) es calentado
a altas temperaturas (por encima de los 600º C) en una atmósfera lo suficientemente
deficiente en oxígeno como para que ocurra la combustión (Cassedy y Grossman, 1998).
Históricamente, la pirólisis ha sido usada para elaborar el carbón vegetal. Debido a
las altas temperaturas que el carbón vegetal produce, éste fue el combustible que la gente
usó para fundir los metales en las Edades de Cobre y Hierro. Hasta más recientemente es
cuando la pirólisis ha sido utilizada en la producción de combustibles gaseosos y en aceite.
Carbón vegetal
Operación y Tecnologías
El carbón vegetal se produce en su mayor parte de la leña y de los residuos de
madera. El método más antiguo y, probablemente, el que todavía se usa más ampliamente
en la producción del carbón vegetal es el horno parva de tierra, que en Europa data de hace
más de 5,500 años.
Existen dos tipos de hornos: el pozo de tierra y la pila de tierra. Su uso depende
principalmente del tipo de suelo, por ejemplo, la pila de tierra se usa de manera preferente
donde el suelo es rocoso, duro o somero, o donde el nivel freático está cerca de la superficie
del suelo (Figura 7).
20
Figura 7. Hornos de pila de tierra para la producción de
carbón vegetal, India. (Foto G. Bizarri/FAO)
Los hornos de tierra pueden construirse con un mínimo costo. La tecnología se
encuentra bien establecida en el mercado y ha sido perfeccionada por décadas; de ahí que la
reducción potencial de los costos sea baja.
La elaboración del carbón vegetal, por lo general, se lleva a cabo cerca del lugar
donde la madera está disponible. Pero, cuando el transporte de la madera resulta
relativamente sencillo, entonces, se realiza frecuentemente cerca de la casa de los
carboneros a fin de controlar mejor el proceso de carbonización. Las carboneras
permanentes se usan comúnmente donde hay una gran cantidad de madera disponible, y las
carboneras temporales se utilizan con frecuencia donde hay una cantidad relativamente
pequeña (FAO, 1997).
Aplicaciones del carbón vegetal
El carbón vegetal representa una parte muy pequeña del total de la biomasa usada
como fuente de energía. Se utiliza sobre todo en el sector doméstico para cocinar, calentar
agua y en la calefacción ambiental. El sector comercial, no obstante, usa el carbón vegetal
también en la cocción de alimentos y el secado de cultivos.
Hornos de carbonización mejorados
La producción del carbón vegetal en algunas partes del mundo todavía es ineficaz,
requiriendo un consumo de leña de tres a cuatro veces más su peso (DOE, 2000). No
obstante, en varios países se han realizado esfuerzos desde hace mucho tiempo para mejorar
los métodos de carbonización. El objetivo común de estos esfuerzos es el de disminuir la
presión sobre los recursos forestales, al reducir el monto de la leña requerida para producir
una cantidad dada de carbón vegetal (Mercer y Soussan, 1992).
Las carboneras mejoradas no requieren un fuerte capital de inversión; simplemente
necesitan un mejor entendimiento y control del proceso de carbonización. El secado de la
leña, su tamaño, una mejor agrupación y control, en combinación con una chimenea para
21
forzar una corriente invertida, pueden aumentar la eficiencia de la carbonización de un 9%
a más del 20%.
El Banco Mundial ha financiado en años recientes varios programas para promover
las estufas de carbón vegetal mejoradas para uso residencial y también industrial.
Factores que determinan el uso del carbón vegetal como una alternativa viable
El carbón vegetal presenta varias ventajas en comparación con la leña: una
eficiencia y conveniencia más altas, así como mayor facilidad en su distribución. Es un
combustible relativamente económico que satisface perfectamente las necesidades de los
usuarios, y representa un aumento en su calidad de vida. Mucha gente en las zonas rurales,
al no tener que usar leña o residuos agrícolas, considera que el carbón vegetal es más bien
un combustible moderno que tradicional.
Van der Plas (1995) señala las siguientes ventajas y desventajas de quemar carbón
vegetal:
Ventajas
• Puede ser adquirido en las cantidades deseadas.
• Se quema sin humo o llamas peligrosas que rodeen los recipientes de cocción.
• Se almacena bien sin descomponerse.
• Es usado en estufas sencillas y más económicas.
• En las zonas rurales proporciona un número considerable de empleos. Por
ejemplo, en Kenya y Camerún laboran en este sector unas 30,000 personas; y en
Costa de Marfil, no menos de 90,000.
• Es menos caro que los combustibles fósiles y la electricidad.
Desventajas
• Los hornos pobremente diseñados tienen bajas eficiencias: las carboneras
tradicionales en ciertos países alcanzan un 8%, mientras que en algunos otros,
más del 20%.
• Produce altas emisiones de bióxido de carbono, monóxido de carbono y metano.
• Aún cuando las estufas de carbón vegetal son más eficientes que las estufas de
leña, son menos eficaces que las estufas de combustibles modernos (queroseno,
GLP y eléctricas).
• En los países subdesarrollados ha sido difícil la regulación en la producción del
carbón vegetal.
Algunas preocupaciones
Por la manera destructiva con que se practica la producción del carbón vegetal
actualmente en varios países, han habido algunos intentos para prohibirla. A pesar de ello,
la demanda está aumentando y cambiar de los combustibles leñosos a los combustibles
fósiles (queroseno y GLP) no es ahora rentable para las familias de bajos ingresos
económicos. Pero, el carbón vegetal sería neutro al ciclo del carbono sí éste se produjera de
manera sostenible, sin provocar la deforestación.
22
El uso del carbón vegetal en algunos países
Países subdesarrollados
El carbón vegetal sigue siendo una fuente importante de energía en muchos países
de Africa, América Latina y Asia, sobre todo en las poblaciones urbanas pues éstas crean
generalmente una fuerte demanda de carbón vegetal.
Brasil es el principal productor de carbón vegetal en el mundo. La introducción de
hornos de carbonización mejorados ha sido muy exitosa, y el carbón vegetal que se obtiene
del cultivo de eucaliptos de corta rotación es usado ampliamente en las industrias de acero
(WEC/FAO, 1999). Es más, una industria de carbón vegetal de Brasil llamada Mafla
(Mannesmann Florestal) está comenzando a exportar carbón vegetal para uso doméstico a
Europa (FAO/FEF, 1999a).
Algunos países africanos, como Uganda, Chad, Ruanda, Senegal y Tanzania, han
establecido exitosamente programas que promueven el uso de carboneras mejoradas. Estos
proyectos se enfocan en la promoción del medio ambiente sostenible y la mitigación de la
pobreza, y ayudarán a reducir la degradación del suelo, los incendios de matorrales y la
deforestación (Mlaouhi et al., 1998a; MMEP, 1996).
En ciertos países, como la India y México, se requieren permisos para convertir la
madera en carbón vegetal, así como para su transporte a los mercados. En tanto que en
algunos otros, como Nepal y Túnez, la producción de carbón vegetal es ilegal y los
carboneros tienden generalmente a acelerar el proceso obteniendo un producto de baja
calidad (FAO, 1997; Mlaouhi et al., 1998b).
Un ejemplo de producción temporal de carbón vegetal es el Proyecto de Emergencia
llevado a cabo en Nicaragua en 1999. Este proyecto duró 6 meses y los principales
objetivos fueron crear fuentes de trabajo e ingresos para los damnificados por el huracán
Mitch, aprovechando la gran cantidad de madera caída y enterrada (FAO/FEF, 1999b).
Países desarrollados
La contribución del carbón vegetal en la demanda de energía en Europa es pequeña.
La mayor parte del carbón vegetal producido es para uso particular (como combustible en
parrilladas) y para la producción de carbón activo (no para fines energéticos).
Yudkevtich y Jagodin (1999) informan que, antes del siglo XX en Rusia, la
elaboración del carbón vegetal era bastante sencilla y proporcionaba combustible,
principalmente de los Urales, a las fraguas y pequeñas fábricas rurales. Las carboneras de
ladrillo y metal aparecieron en el siglo XVIII, y las grandes industrias de carbón vegetal se
crearon a principios del siglo XIX. Estas fábricas fueron las responsables de clarear casi
toda la madera disponible en el área.
La tendencia difundida actualmente en Rusia es la de producir carbón vegetal de
calidad a partir de los residuos de madera y la corteza. Este proceso no solamente traerá
beneficios económicos sino también ambientales, ya que algunas industrias de celulosa
depositan miles de toneladas de corteza y residuos de madera en los basureros (Jagodin et
al., 1999).
Información climatológica
El consumo de carbón vegetal varia de acuerdo con las regiones climáticas, las
zonas semiáridas tienen una pequeña producción, mientras que en los climas húmedos la
producción es más alta.
23
La humedad relativa es un parámetro meteorológico importante que debe conocerse
para la carbonización, ya que la duración del proceso es proporcional a la cantidad de
humedad que tiene la madera (Mlaouhi et al., 1998a).
Aceite de pirólisis
Operación y Tecnologías
El aceite de pirólisis se obtiene a través de la descomposición termoquímica con el
fin de recobrar tanto combustible líquido como sea posible. El aceite de pirólisis recibe
también muchos nombres, incluyendo el de bio-oil, aceite de madera y madera líquida.
Se puede usar una gran variedad de materias primas, en su mayor parte residuos y
cultivos energéticos. Como la tecnología se encuentra en una etapa temprana de desarrollo,
los costos resultan ser todavía altos y necesitan disminuir significativamente para poder
alcanzar una producción de mercado.
La pirólisis rápida (por flasheo) es un proceso avanzado de alta temperatura en el
cual la biomasa, en ausencia de oxígeno, es calentada rápidamente. Como resultado, la
biomasa se descompone generando sobre todo vapores y aerosoles, y algo de carbón
vegetal. Después de que se enfría y condensa, se forma un líquido café oscuro que tiene un
poder calorífico con un valor cercano a la mitad del de un combustible de petróleo
convencional (Bridgewater, 1999).
Para combustibles líquidos, la pirólisis rápida todavía es una industria incipiente con
limitadas oportunidades comerciales.
Aplicaciones del aceite de pirólisis
Las aplicaciones potenciales del aceite de pirólisis son variadas. Puede ser usado en
diversas formas para sustituir al petróleo crudo en múltiples aplicaciones estáticas,
incluyendo calentadores de agua, calderas, motores y turbinas para la generación de calor o
electricidad. El bio-oil puede mejorarse para ser usado como combustible en el transporte,
pero actualmente no resulta económico. Otra práctica potencialmente robusta, puede ser el
co-encendido con carbón mineral pulverizado (Bain y Overend, 1992).
Factores que determinan el uso del aceite de pirólisis como una alternativa viable
Ventajas
El bio-oil tiene la gran ventaja de poder ser almacenado y transportado, así como el
potencial de proporcionar un gran número de productos químicos valiosos. Sin embargo, se
requiere mucho trabajo para poder caracterizar y estandarizar este líquido y desarrollar una
mayor variedad de aplicaciones energéticas.
El aceite de pirólisis ofrece también otros beneficios potenciales (Girard, 1999;
Seidel, 2000):
• Logra reducir grandemente las emisiones, tanto de bióxido de carbono como de
bióxido de azufre.
• Contribuye con un mayor uso de los recursos de biomasa, todavía sub-utilizados.
• La reducción de los costos es alta.
• Sustituye al diesel en una emergencia.
Desventajas
• Su poder calorífico es alrededor del 40% del petróleo o diesel.
24
• No se mezcla con combustibles de hidrocarburos.
Algunas preocupaciones
El bio-oil contiene cientos de diferentes químicos en variadas proporciones. De
manera que al evaluar el impacto de las actividades de la pirólisis rápida, es necesario
considerar los aspectos de salud, seguridad y medio ambiente (Girard, 1999).
El uso del aceite de pirólisis en algunos países
La integración del aceite de pirólisis en el sistema energético europeo para sustituir
al petróleo crudo es sencilla, y la contribución potencial en el abasto de energía es enorme.
Por ejemplo, en ciertas industrias forestales de Canadá y Suecia se está desarrollando la
producción de aceite de pirólisis para su uso como combustible en calentadores de agua
(Nutek, 1998).
Debido al desarrollo en el conocimiento y la construcción de plantas de
demostración, así como también a la promoción y difusión de esta tecnología mediante
grupos de trabajo como el de PyNe (“European network on pyrolisis”), las actividades de la
pirólisis rápida en Europa están aumentando.
3. Gasificación de la biomasa
La gasificación de la biomasa es el proceso de conversión termoquímico de la
biomasa sólida en un combustible gaseoso. Stassen (1995) reporta que los principios
básicos de este proceso se conocen desde fines del siglo XVIII, y que las aplicaciones
comerciales ya se usaban a mediados del siglo XIX cuando grandes áreas de Londres tenían
lámparas de gas. Sin embargo, fue hasta los años de 1920 en que el gas combustible se uso
para la combustión interna en motores estacionarios, así como también en automóviles,
camiones y tractores.
La gasificación de la madera o del carbón vegetal comprobó su viabilidad técnica e
importancia en Europa en la 2ª Guerra Mundial, durante los tiempos de escasez de petróleo,
cuando más de un millón de vehículos con gasificadores ayudaron a mantener en marcha
los sistemas básicos de transporte. Después del aumento de los precios del petróleo en
1973, la tecnología revivió y hubo numerosos intentos a través de agencias de apoyo al
desarrollo para introducir la gasificación en los países subdesarrollados (Foley, 1992;
Stassen, 1995).
A pesar de todo el progreso alcanzado en la gasificación de la biomasa, la
tecnología se encuentra aún en una etapa de desarrollo y los costos son relativamente altos.
De acuerdo a Cassedy y Grossman (1998), la gasificación es el método más novedoso para
generar electricidad a partir de la biomasa, pero será atractivo hasta que suban los precios
del petróleo en el mercado mundial.
Operación y Tecnologías
La gasificación de la biomasa es un proceso de dos pasos en el que la biomasa
sólida, en un ambiente de escaso oxígeno, se descompone mediante el calor para producir
un gas combustible, compuesto principalmente de metano (CH4 ), hidrógeno (H2 ) y
monóxido de carbono (CO).
La pirólisis ocurre en el primer reactor donde la biomasa se encuentra rodeada de
arena caliente. Los componentes volátiles de la biomasa aquí son liberados como gases
25
combustibles y no-combustibles, alquitrán y vapor de agua, dejando como subproductos a
los residuos de carbón (carbono fijo) y las cenizas. En el segundo reactor, el carbón es
quemado para proporcionar calor a la pirólisis y a la gasificación del primer reactor.
Finalmente, el gas pasa a través de un purificador donde las partículas son removidas
(DOE, 1999).
Los principales tipos de gasificadores de biomasa incluyen los de lecho fijo y los de
lecho fluidizado. Estos se usan con un modo de encendido directo cuando los gasificadores
se alimentan directamente de aire, produciendo un gas con bajo contenido calorífico; o, de
modo indirecto, cuando se abastece externamente calor para gasificar la biomasa,
generando un gas con un contenido calorífico medio (EREN, 1999).
Como los gasificadores pueden usar materia prima con diferentes contenidos de
humedad y cenizas, su disponibilidad para la gasificación es muy alta: leña, carbón vegetal,
residuos de cultivos herbáceos, cultivos energéticos y desperdicios orgánicos, como los
lodos de las aguas residuales.
Aplicaciones de la gasificación de la biomasa
Aún cuando el gas carburante no es un combustible de alta calidad, éste puede ser
usado eficazmente en varias aplicaciones que requieran combustibles gaseosos limpios,
similares al gas natural:
1. Gasificadores térmicos: un quemador externo produce calor en los calentadores de
agua, secadores o carboneras.
2. Gasificadores eléctricos: un motor de combustión interna produce energía para
generar electricidad, bombear agua, moler granos y aserrar madera.
Los gasificadores eléctricos deben producir un gas muy limpio que pueda usarse en
un motor de combustión interna, en consecuencia son más complejos en su diseño y
operación, y más costosos que los gasificadores térmicos que no requieren sistemas
elaborados para purificar el gas (Figura 8).
26
La gasificación de la biomasa, unida a ciclos avanzados de energía, ofrecerá a los
productores de energía una gran flexibilidad, de manera similar a como lo hacen las plantas
de co-encendido (Bain y Overend, 1992).
Factores que determinan el uso de los gasificadores de biomasa como una alternativa
viable
Ventajas
Los gasificadores de biomasa, en comparación con los sistemas convencionales de
energía, son relativamente benignos para el medio ambiente. No producen óxidos de azufre,
previniendo la formación de lluvia ácida; tienen bajos niveles de partículas; y, sí los
gasificadores consumen biomasa producida de manera sostenible, no provocan un aumento
neto en los niveles globales del CO2 .
Algunos otros beneficios:
• Crean fuentes de trabajo en las zonas rurales.
• Pueden usar materia prima que no es adecuada para la combustión directa.
• La reducción potencial de los costos es alta.
• Los gasificadores térmicos de biomasa de pequeña escala son técnicamente confiables
y económicamente viables.
• Los subproductos filtrados se reciclan de regreso a los campos agrícolas.
Desventajas
Debido a la presencia del monóxido de carbono (CO), el gas combustible es tóxico.
En su forma cruda, el gas tiende a ser extremadamente sucio, conteniendo cantidades
importantes de alquitrán, hollín, cenizas y agua.
Algunas preocupaciones
La operación de los gasificadores de biomasa puede ocasionar una exposición a
emisiones de gases tóxicos (CO), riesgos por incendio y explosión, y efluentes líquidos
dañinos. Para evitar estos riesgos se debe, ante todo, de seguir las medidas de seguridad.
Los riesgos de salud y seguridad se pueden mantener dentro de niveles aceptables o,
inclusive, se pueden eliminar mediante la capacitación del operador, un equipo y
procedimiento adecuados.
El uso de los gasificadores en algunos países
Los gasificadores de biomasa que en la actualidad proporcionan un gas con un
contenido calorífico bajo/medio ya están operando tanto en los países industrializados
como en los subdesarrollados. Pero, a pesar del considerable número de compañías que
ofrecen gasificadores de leña y carbón vegetal en Europa y Norteamérica, el número de
unidades instaladas es muy pequeño.
Países desarrollados
Cassedy y Grossman (1998) reportan que en los Estados Unidos se instalaron
alrededor de 3,000 gasificadores de leña de tipo sencillo que proporcionan solamente
energía térmica y con una modesta capacidad para uso interno de las industrias. Algunos de
estos gasificadores ya han sido abandonados.
27
En Europa, se encuentra en operación sólo un pequeño número de gasificadores
comerciales para aplicaciones térmicas. Las razones se deben a ciertos problemas técnicos
y a los costos relativamente altos de esta tecnología de conversión (Kaltschmitt y
Dinkelbach, 1997).
La implementación de una tecnología a mayor escala y más avanzada está en
camino. Los Estados Unidos han desarrollado dos proyectos importantes de conversión
eléctrica: un gasificador de alta presión en Hawai, que produce gas de bajo poder calorífico
a partir del bagazo de la caña de azúcar; y un gasificador indirecto de baja presión en
Vermont, que produce gas con un poder calorífico medio a partir de astillas de madera
(Figura 9). Y por el otro lado, la Unión Europea también ha iniciado un programa de
investigación (THERMIE) para cambiar el uso de la materia prima, de carbón mineral a
biomasa, en las instalaciones de gasificadores integrados (Bain y Overend, 1992; Kinoshita
et al., 1997).
Figura 9. Gasificador que usa astillas de madera para generar
energía, Vermont. (Foto W. Gretz, NREL/EREN/DOE)
Las tecnologías de cogeneración que usan biomasa gasificada se encuentran en una
etapa piloto. La primera planta de demostración en el mundo que usa un gasificador
presurizado de lecho fluidizado con una tecnología de ciclo combinado fue construida y
probada durante la década de 1990 en Värnamo, Suecia (Gustavsson y Johansson, 1994).
Esta tecnología todavía no está comercialmente disponible, y se requieren más pruebas y
demostraciones (Gustavsson, 1998).
Países subdesarrollados
En respuesta a los altos precios del petróleo, algunos países subdesarrollados como
China, la India, Brasil, Indonesia, las Filipinas y Tailandia han establecido el uso de
gasificadores de biomasa basándose, sobre todo, en las tecnologías locales.
La mayoría de los pocos gasificadores energéticos de pequeña escala de tipo
comercial que están operando en el mundo se encuentran en China, donde hay unos cien
gasificadores de cáscara de arroz. Este diseño chino ha estado funcionando también de
28
manera exitosa en Malí (Foley, 1992; Taylor y Bogach, 1998). La India ha mantenido
también cierto nivel de producción de gasificadores para aplicaciones térmicas y eléctricas
que usan leña y algunos residuos agrícolas, como el bagazo, la mostaza, los rastrojos de
algodón, la cascarilla de arroz o de soya (Figura 10).
Figura 10. Gasificador que usa cascarilla de
arroz para generar electricidad, India.
(Foto Madhya Pradesh Urja Vikas Nigam Ltd, Bhopal)
Un número decreciente de gasificadores para generar energía a partir del carbón
vegetal continúa en operación en América Latina, sobre todo en Brasil, y también se
encuentran en operación algunos gasificadores eléctricos comerciales de leña, la unidad
más grande está en una localidad Menonita en Paraguay.
Uno de los principales proyectos para generar electricidad a partir de la biomasa en
Brasil es el BIG-GT (“Biomass Integrated Gasifier - Gas Turbine”) que está siendo
desarrollado por varias compañías (EletroBrás, Shell y MCT - Ministério de Ciência e
Tecnologia -) con financiamiento del Banco Mundial (MST, 1998; BMD, 2000).
29
B. Conversión bioquímica
La conversión bioquímica de la biomasa en un combustible se puede lograr por
medio de la digestión anaeróbica o la fermentación. Ambas tecnologías están
comercialmente disponibles y, para ciertos procesos y en algunos países, su aplicación es
masiva.
1. Digestión anaeróbica
La producción de un combustible gaseoso a partir de la biomasa, para diferentes
fines, ha estado en uso desde el siglo XIX. En 1859, un grupo de misioneros instaló un
biodigestor en una colonia de leprosos cerca de Bombay y utilizó el gas para cocinar y
alumbrar; en 1896, el biogas fue utilizado en Exeter en el alumbrado público (Alonso y
Rodríguez, 1985).
Los principales esfuerzos de investigación sobre la digestión anaeróbica se
realizaron entre 1930 y 1940. Pero con la llegada de los combustibles fósiles baratos la
investigación se abandonó por varias décadas, hasta los años de 1970 cuando ocurrió la
crisis petrolera y los precios del petróleo aumentaron.
La producción del biogas se considera actualmente como una tecnología de punta.
Es una de las tecnologías de biomasa más maduras en términos del número de instalaciones
y los años de uso (Hall, 1991; Kaltschmitt y Dinkelbach, 1997).
Operación y Tecnologías
La digestión anaeróbica es el proceso mediante el cual ciertos microorganismos, en
una atmósfera deficiente en oxígeno, descomponen la materia orgánica en biogas.
Dependiendo de la materia prima y de lo completo del proceso, la composición del biogas
producido en los digestores es de 50-65% de metano (CH4 ), con la mayor parte del resto de
bióxido de carbono (CO2 ).
El biogas es una opción para la materia prima que tiene un alto contenido de
humedad y que no puede ser quemada directamente, como el caso del estiércol animal, los
subproductos agrícolas, los lodos de las aguas residuales y los desperdicios de origen
doméstico. Otra fuente la constituyen los rellenos sanitarios municipales, pues la
descomposición ya ocurre dentro del vertedero y el gas resultante también es metano. Pero,
en lugar de que por medidas de seguridad sea ventilado o quemado, podría ser captado y
usado como combustible.
Un biodigestor típico consiste de una cámara de digestión, un domo con un tubo de
salida para el gas, una entrada y una salida para los sólidos y un agitador para el mezclado
(Figura 11). La cámara de digestión puede ser un tanque de metal o simplemente un hoyo
en el suelo emparejado con materiales locales (ladrillos o piedras). El domo atrapa al biogas
que está por encima de la pasta líquida y mantiene al gas bajo presión, para ser liberado a
través del tubo de salida (Cassedy y Grossman, 1998).
Los tipos de digestores anaeróbicos más importantes son:
• Chino, con un domo fijo de ladrillos que incrementa la presión a medida que se forma el
gas.
• Hindú, con una cubierta de metal flotante que mantiene constante la presión.
30
Aplicaciones de la digestión anaeróbica
La digestión anaeróbica es considerada como una de las fuentes de energía más
económicas y de fácil adquisición para pequeñas comunidades (Figura 12). El biogas
obtenido puede ser utilizado para múltiples aplicaciones: cocción de alimentos,
iluminación, refrigeración, calefacción ambiental para uso residencial y comercial, calor
útil para procesos industriales, echar andar bombas de agua y otras maquinarias agrícolas,
motores de combustión interna para energía motriz, y generación de electricidad (Hall,
1991).
Figura 12. Una mujer cocinando con gas producido por estiércol
animal y humano, Camboya. (Foto G. Buthaud/FAO).
31
Factores que determinan el uso de la digestión anaeróbica como una alternativa viable
Ventajas
La producción de biogas a partir de la digestión anaeróbica garantiza una fuente de
energía renovable, confiable y más limpia porque:
• Ayuda a mitigar el cambio climático, al prevenir que el metano sea liberado en el aire.
• Reduce la contaminación del agua, al usar las materias primas que podrían terminar en
ríos o lagos.
• La materia prima es de fácil recuperación en ganado estabulado o donde los costos
laborales son bajos.
• Es económicamente viable con un abastecimiento regular de estiércol de ganado o de
otra materia prima.
• Requiere una área pequeña, en comparación con la disposición de los desechos
municipales sólidos.
• Incrementa las condiciones de higiene.
• Reduce las molestias causadas por el olor.
• Ayuda a reducir las plantas, que como los lirios acuáticos se han vuelto una plaga.
Además del combustible, el proceso de fermentación proporciona lodos residuales
que pueden usarse como alimento para animales o como abono de excelente calidad y de
más rápida producción, contribuyendo de esta manera a la conservación y el sostenimiento
de la fertilidad del suelo (Rady, 1992; Bala y Hossain, 1992).
Desventajas
La producción del biogas tiene todavía algunos problemas técnicos y económicos
que han limitado su uso como un combustible energético (Foley, 1992; Li y Teo, 1993):
• Los digestores son costosos porque, con el fin de evitar grietas, fugas y corrosión,
tienen que construirse bajo un alto estándar estructural.
• A causa de las impurezas corrosivas y a su menor contenido calorífico, comparado con
el del gas natural, el biogas no es apropiado para ser comprimido o inyectado en un
sistema de ductos. Pero, al eliminar el bióxido de carbono, el vapor de agua y los
restos de sulfuro de hidrógeno, la proporción de metano aumentará hasta casi un
100%, incrementando su eficiencia y su valor económico.
• La reducción potencial de los costos es baja.
Algunas preocupaciones
Como el estiércol es una importante fuente de fertilización, existe cierta
preocupación de que se use para fines energéticos. Sin embargo, no habría problema alguno
si el efluente del digestor se regresará al campo, ya que todos los minerales de la materia
cruda se conservan en la pasta, la que resulta ser un mejor abono que el estiércol mismo.
Es más, la digestión anaeróbica también tiene una función sanitaria. La aplicación
directa del estiércol en el campo representa un riesgo potencial de infecciones. De acuerdo
a Zubr (1993), el tratamiento anaeróbico de los desechos que están infectados es capaz de
controlar algunos de los agentes patógenos (Salmonella, virus, larvas de Schistosoma,
larvas de lombrices, etc.) y también a sus transmisores (las moscas). Y, un tiempo de
retención prolongado reduce algunos otros de los patógenos persistentes.
32
El uso de la digestión anaeróbica en algunos países
Países subdesarrollados
La tecnología del biogas es conocida en la mayoría de los países subdesarrollados,
misma que ha alcanzado un extenso uso en las últimas décadas. Los digestores en estos
países son generalmente alimentados con estiércol animal, un recurso biomásico con un
gran potencial. También se han instalado con éxito unidades más pequeñas, alimentadas
con los desperdicios de las cocinas, lirios acuáticos, excremento humano y paja.
China es un líder mundial en la aplicación de las tecnologías de la digestión
anaeróbica. En los años de 1970, el gobierno chino desarrolló el primer programa de
biomasa a gran escala cuando instaló: 7 millones de digestores, principalmente en la
provincia cálida y húmeda de Sechuán, que proporcionan biogas para cocinar y alumbrar a
unos 25 millones de chinos; y, alrededor de 10,000 digestores de tamaño grande y mediano
que suministran electricidad a las granjas (Hall, 1991; Foley, 1992).
Además de los millones de unidades de tamaño doméstico en China, en la
actualidad hay unas 150 unidades que operan con aguas residuales de origen industrial. Y,
por cuestiones ambientales, existe la prioridad de utilizar la digestión anaeróbica en las
destilerías y en otras plantas industriales (Taylor y Bogach, 1998).
El segundo programa más grande fue lanzado en la India, donde en 1985 se
instalaron 280,000 digestores de pequeña escala (Foley, 1992). Aún cuando en ese país se
encuentran en uso varios modelos de plantas de biogas, la “Deenbabdhu” (que significa
amigo del pobre) ha sido rigurosamente probada en diferentes condiciones agroclimáticas,
y es considerada como la más fuerte y barata.
La India está empezando a producir biogas a partir de los desechos industriales. Un
gran número de granjas lecheras, que durante muchos años habían sido una fuente
importante de contaminación para los ríos, está usando ahora la metanización para procesar
el estiércol animal y otros desechos, y el biogas resultante se usa para generar energía
(Figura 13). En la actualidad se han instalado también plantas para el uso de las aguas
residuales de algunas destilerías (MPUVN, 2000).
Figura 13. Planta de metanización para procesar el estiércol
de ganado en la generación eléctrica, India.
(Foto Madhya Pradesh Urja Vikas Nigam Ltd, Bhopal)
33
Se han desarrollado proyectos de colaboración con el fin de promover el biogas en
algunos países como Tanzania, Senegal, Viet Nam, Tailandia y, también, en América
Latina. La transferencia de conocimientos y capacidades no es solamente una operación
Norte a Sur, sino también Sur a Sur, como la India que promueve su tecnología en
Camboya.
No obstante, el número de proyectos de biogas que han tenido éxito fuera de China
y la India es pequeño, y sólo algunos pocos han comprobado ser sostenibles en un período
más largo de tiempo. Germano do Nascimento (1999) reporta que, durante los años de 1970
el gobierno brasileño instaló en la Provincia Noroeste alrededor de 200 digestores de diseño
hindú y chino. Debido, en parte, al clima local ambos diseños tuvieron problemas de
fracturas y corrosión, y en consecuencia fugas y pérdidas de gas. Recientemente, estos
modelos han sido mejorados y adaptados a las condiciones locales, como el digestor “PE”
que ahora está siendo usado con éxito en la generación de energía y la producción de
abonos.
Países desarrollados
Los países industrializados tienen algunos programas de divulgación para el uso de
los biodigestores, y han construido digestores más grandes y con un control más elaborado.
En estos países, los digestores de metano tienden más a usar los lodos de aguas residuales,
los desechos municipales sólidos o las aguas orgánicas residuales de origen industrial
(procesamiento alimenticio, lecherías, cervecerías, farmacéuticas, pulpa y papel y
producción de alcohol).
Alemania, por ejemplo, ha implementado la primera planta piloto completa en un
sistema vitivinícola sostenible que, con el fin de satisfacer su demanda de electricidad, usa
las aguas residuales y los desechos para obtener energía a través de la conversión
anaeróbica (Dobelmann y Müller, 2000).
Algunos países, como Suecia, están usando en la producción de biogas también los
subproductos de cultivos que tienen un bajo contenido de lignina, tales como el trigo y la
alfalfa. Se ha encontrado que este último es un cultivo preferible debido a los bajos costos
de sus insumos (Gustavsson et al., 1995; Johansson, 1996).
El gas producido en los rellenos sanitarios está continuamente cobrando
importancia. Existen algunas plantas generadoras de energía que ya están operando en
Austria, Francia, Finlandia, el Reino Unido y los Estados Unidos. BMWA (1998) reporta
que, además de algunas pequeñas instalaciones, la planta más grande que genera energía a
partir de los rellenos sanitarios en Europa está en Viena, la cual ha recuperado gas para
producir energía desde 1991 (Figura 14).
Y algunos países con clima seco como Israel, que no pueden destinar grandes áreas
agrícolas para la bioconversión de combustibles, han instalado plantas de biogas para la
explotación de los desechos municipales y agrícolas, así como también de las aguas
residuales. El gas es usado tanto para la generación de electricidad en motores de diesel
modificados, o como una fuente de calor en procesos industriales (Tabor, 1996).
34
Figura 14. Recuperación de gas de un relleno sanitario.
Se usa en una planta térmica y de fuerza motriz combinada,
Austria. (Foto Jenbacher AG/BMWA)
Se han desarrollado algunos programas de computación a fin de proporcionar una
evaluación preliminar acerca de la viabilidad técnica y económica de la digestión
anaeróbica del estiércol animal, los desechos y las aguas residuales industriales, los
desechos municipales sólidos o de combinaciones (co-digestión). Los programas son
completamente interactivos, permitiendo la selección de varios tipos de digestores y
materias primas (IEA, 1998).
Información climatológica
Foley (1992) menciona que la tecnología de los digestores de biogas puede ser
empleada en un clima continuamente húmedo y que los siguientes parámetros influyen en
los sistemas:
• Temperatura ambiente. El proceso del biogas es altamente susceptible a los cambios de
temperatura: las bajas temperaturas disminuyen la producción de biogas, mientras que
las altas temperaturas aumentan la proporción de la producción. El PNUD y el Banco
Mundial (UNDP/World Bank,1997) reportan, por ejemplo, que la producción diaria de
biogas en Sechúan durante el invierno fue de 1.6-1.8 m3 , mientras que en el verano
aumentó a un promedio diario de 8.1 m3 de biogas.
• Humedad. La alta humedad puede causar la corrosión de los materiales, en tanto que
las sequías pueden provocar el agrietamiento de las estructuras.
• Lluvia. Se requieren grandes cantidades de agua para que las plantas trabajen todo el
año.
La experiencia de los años de 1980 mostró que la tecnología del biogas no tuvo
éxito donde no se cumplieron estas condiciones.
Es más, la colaboración entre algunos países, tales como Suecia y China, ha traído
varias mejoras a los digestores de biogas. Esta tecnología particularmente adecuada para los
climas cálidos puede también ser usada en regiones mas frías. Pero, para alcanzar una alta
35
tasa de producción y eficiencia durante todo el año se tiene que suministrar calor en el
invierno (Zubr, 1993).
Un concepto muy progresista lo constituye el calentamiento solar pasivo del reactor.
Con el fin de eliminar los efectos de condiciones meteorológicas inestables, como las de
Dinamarca, se necesitan llevar a cabo las siguientes mejoras:
• Construcción de un edificio para proteger el digestor.
• Aislamiento del edificio.
• Instalación de un sistema de calefacción (agua caliente circulando por unos tubos).
2. Fermentación alcohólica
Las antiguas sociedades del mundo ya conocían y usaban la fermentación de la
biomasa en la elaboración de vinos y licores. Su uso como fuente de energía comenzó sólo
hasta el siglo XIX; una de las primeras aplicaciones fue la fermentación del maíz en la
producción de alcohol para un sistema de alumbrado en Cincinati.
Durante la 2ª Guerra Mundial se intensificaron los esfuerzos para obtener un
combustible líquido a partir de la biomasa. Estos intentos decayeron en los años de 1950
debido a la gran disponibilidad de petróleo barato, pero renacieron cuando subieron los
precios del petróleo (Alonso y Rodríguez, 1985).
Operación y Tecnologías
A partir de la biomasa se pueden producir tanto etanol como metanol. En la
fermentación de etanol sólo se puede usar la biomasa rica en azúcar (remolacha, caña de
azúcar) o en almidón (maíz, sorgo, trigo).
La fermentación de azúcares es básicamente el mismo proceso que se utiliza en la
elaboración de bebidas alcohólicas: se usa levadura y calor para descomponer los azúcares
complejos (sucrosa) en azúcares más simples (glucosa), produciendo etanol. La
fermentación de almidones requiere además pasos adicionales y diferentes enzimas para
convertir primero los almidones en sucrosa (ABA, 2000).
El proceso de fermentación necesita varios días para completarse y, después, la
mezcla fermentada es destilada. Los productos de la destilación son 96% etanol y un 4% de
fracción de agua y residuos sólidos (destilados). Antes de usarse como combustible, esta
mezcla de etanol-agua debe deshidratarse en un paso por separado.
La tecnología para producir alcohol, a partir del azúcar o del almidón contenidos en
la biomasa, se encuentra actualmente muy desarrollada (Kaltschmidt y Dinkelbach, 1997).
Existe otro proceso, relativamente nuevo, para producir etanol que utiliza la parte celulósica
de la biomasa (árboles, pastos y desechos agrícolas), pero todavía no está disponible
comercialmente.
Aplicaciones
Los combustibles líquidos de la biomasa albergan una esperanza particular para
reemplazar, de una manera económicamente competitiva, a los combustibles fósiles
(gasolina y diesel) en el transporte. Si los combustibles líquidos de biomasa, como el
alcohol, pudieran producirse de forma masiva y competitiva, las ventajas tecnológicas y
económicas de los motores de combustión interna pudieran ser llevadas a una nueva Era de
energía sostenible (Cassedy y Grossmann, 1998; ABA, 2000).
36
El etanol (C2 H5 OH), conocido como “alcohol de grano”, puede ser fácilmente usado
en el sector transporte en lugar de la gasolina o como una mezcla. En tanto que el metanol
(CH3 OH), conocido como “alcohol de madera”, no es conveniente en la sustitución de
combustibles debido a su alta toxicidad.
La OMS indica que las directrices con respecto a la calidad del aire están excedidas
en un gran número de grandes ciudades. De manera que la bioenergía podría contribuir
considerablemente al suministro de energía de las ciudades en crecimiento, donde la
contaminación del aire se ha convertido en un muy serio problema ambiental y de salud
(FAO, 1996; Moreira, 2000).
Factores que determinan el uso de la fermentación de la biomasa como una
alternativa viable
Ventajas
El alcohol comparte con el petróleo algunas de sus ventajas más importantes. Por
ejemplo, el contenido energético es equivalente, ambos tienen la misma capacidad de ser
transportados y almacenados, y tiene una portabilidad similar a la de la gasolina, esto es
que proporciona la distancia de manejo y la velocidad de los automóviles que usan
combustibles fósiles. Los motores no requieren modificación alguna cuando el alcohol se
usa como una mezcla.
Además, el uso de los combustibles líquidos de biomasa, en particular del etanol, es
mucho más benigno para el medio ambiente que la gasolina, porque:
• La cantidad neta de bióxido de carbono liberado es cero.
• Las emisiones de monóxido de carbono son menores.
• No contiene aditivos de plomo.
• Sus más bajas temperaturas de combustión provocan menores emisiones de óxidos de
nitrógeno.
• Se reduce el smog y el ozono fotoquímico debido a la ausencia de emisiones
aromáticas.
• Las mezclas de alcohol/gasolina producen menos contaminantes que la gasolina pura.
• Un derrame de etanol es biodegradado más rápida y fácilmente.
La producción de alcohol para fines energéticos ayuda a revitalizar las comunidades
rurales creando un gran número de fuentes de trabajo dentro de muchos sectores, que van
desde las plantaciones hasta las instalaciones de conversión. También incrementa la
seguridad energética nacional pues proporciona una protección contra la dependencia del
petróleo extranjero, el probable aumento en el precio de los combustibles convencionales
y la disminución de los recursos petroleros.
Desventajas
Sin embargo, el uso del etanol como combustible presenta algunas desventajas:
• Las emisiones de aldehídos son más altas que las de la gasolina. Estas pueden
constituir un serio problema pues se conoce que los aldehídos son reactivos.
• A pesar de que los costos de producción han disminuido en los últimos 15 años, los
costos energéticos son todavía altos y la reducción potencial de los precios es baja.
37
Algunas preocupaciones
Los cultivos energéticos que también son cultivos alimenticios, tales como el maíz y
la caña de azúcar, producen una situación poco deseada al entremezclar el mercado
alimenticio con el de los combustibles, distorsionando los precios y creando un impacto en
el mercado. En Brasil, por ejemplo, se experimentaron significativos problemas de mercado
cuando el país comenzó un programa de gran escala para producir etanol a partir de la caña
de azúcar (Cassedy y Grossmann, 1998).
El uso de la fermentación de la biomasa en algunos países
El interés mundial sobre el etanol como un combustible ha aumentado
considerablemente en las últimas décadas. Muchos países han iniciado programas de etanol
para combustible, tanto en pequeña como en gran escala. Brasil cuenta con el programa
más grande de bioetanol, que también constituye el proyecto más importante de reducción
de carbono en el mundo (Hall, 1991; Johnson, 2000).
Países subdesarrollados
La fermentación de la biomasa es una tecnología bien establecida que ha sido
recomendada como un medio para proporcionar a los países subdesarrollados la capacidad
de producir su propio combustible líquido (Foley, 1992).
Brasil comenzó el desarrollo de un combustible para sustituir a la gasolina durante
la 1ª Guerra Mundial. Este primer combustible de alcohol, llamado Usga, fue introducido
comercialmente en 1927 y usado con una gran eficiencia en automóviles, locomotoras e
industrias. El costo de este combustible de alcohol fue bastante bajo pues se producía a
partir de la melaza, un subproducto de la producción del azúcar, y no directamente de la
caña de azúcar. La implementación de una política energética más extensa ha aumentado
también la demanda de este combustible (Aonde Vamos, 2000).
Más recientemente, con el fin de sustituir a la gasolina, Brasil lanzó otro proyecto
de alcohol a gran escala llamado ProAlcool (“Programa Nacional do Alcool”). Este
programa representó un paso político fundamental en el compromiso a largo plazo del país
para proporcionar un sustituto del combustible importado.
ProAlcool, un agronegocio moderno y eficiente capaz de competir con cualquiera de
sus contrapartes en el extranjero fue un éxito técnico. Sin embargo, cuando los precios del
petróleo se desplomaron en los años de 1980, presentó serios problemas económicos (Hall
et al., 1992a).
Hoy en día, ProAlcool se encuentra prácticamente desactivado y su producción es
un tercio menor a la que tuvo. Aún con esa producción, Brasil ha podido reducir su
dependencia energética del exterior, el déficit de su balance comercial, así como también
algunos problemas ambientales (Moreira, 1998).
El gobierno está rescatando el programa bajo algunos otros objetivos de los que lo
hicieron comenzar (el alto precio del petróleo y el riesgo en el abasto). Una de las metas
más importantes es la de crear fuentes de trabajo en la industria azucarera.
Aunque en una mucho menor escala, Zimbabwe y Malawi tienen otros programas
significativos con éxitos similares. En ambos países, el etanol es más caro que la gasolina
que reemplaza, y para poder asegurar la duración de estos programas se requiere que los
costos bajen y que se tomen en cuenta algunas consideraciones políticas.
38
Algunas grandes ciudades ya están usando alcohol como un aditivo en la gasolina
para disminuir la contaminación. Por ejemplo, en 1998 los vehículos públicos en la ciudad
de México empezaron a utilizar etanol como una mezcla.
Países desarrollados
Las consideraciones sobre la seguridad en el abasto causadas por la crisis petrolera a
principios de los años de 1970, dispararon también un programa de etanol en los Estados
Unidos llamado Gasohol. La producción de etanol a partir del maíz ha estado operando en
ese país a una escala mucho menor que la de Brasil.
El potencial de este proceso de conversión para contribuir con la demanda de
energía en Europa, así como para reducir las emisiones causadas por los energéticos, es
bajo ya que la cantidad de tierra arable disponible para sembrar estos cultivos energéticos
es limitada. La remolacha, no obstante, es un cultivo adecuado para producir etanol en
Europa, y tiene una productividad muy alta en algunas regiones como el sur de Suecia,
(Johansson, 1996).
Algunos países ya están usando alcohol como combustible o en mezclas. Los
Estados Unidos, por ejemplo, tienen varios modelos de automóviles que pueden usar un
combustible alterno con mezclas tan altas de E85, 85% etanol y 15% gasolina. El uso de
etanol en mezclas con niveles aún bajos (E10) puede proporcionar beneficios ambientales
porque produce menos monóxido de carbono, bióxido de azufre y bióxido de carbono que
la gasolina reformulada. Estas mezclas han ayudado a eliminar los problemas de monóxido
de carbono en algunas ciudades de los Estados Unidos (Denver y Phoenix).
El metanol en Europa se usa regularmente en la gasolina hasta con un nivel de 3%
(Ahmed, 1994).
Información climatológica
El uso de etanol solo como combustible en el transporte en climas fríos representa,
en cierta forma, un problema pues es menos volátil que la gasolina. Tiene que tener una
adaptación para los diferentes comportamientos de encendido, requiriendo de un precalentador del motor.
39
C. Conversión físicoquímica
1. Prensado/extracción
La ruta de conversión físicoquímica produce un biocombustible líquido a partir de
la biomasa que contiene aceite vegetal. Esta tecnología es similar a las rutas de conversión
para producir aceite vegetal en la industria alimenticia.
El aceite vegetal se produce al prensar y/o extraer el aceite de la semilla. De manera
que sólo se pueden usar especies que contienen aceite, como la semilla de colza, el girasol,
el frijol de soya y el aceite de palma. La producción de aceite vegetal se considera, desde
hace décadas, como una tecnología de punta, pero los costos energéticos son todavía altos y
la reducción potencial de los precios es baja.
El uso de este aceite como combustible es muy sencillo. En los sistemas de
calefacción ambiental, por ejemplo, se puede usar puro o en mezclas dependiendo del tipo
de quemador. También puede sustituir al diesel o ser añadido a éste sin problemas (BMFT,
1992). La producción del biodiesel se puede llevar a cabo ya sea a partir del aceite virgen o
de los desechos de aceite y las grasas de origen vegetal o animal.
Producción de aceite éster metilo
Los aceites vegetales pueden utilizarse directamente como combustibles, pero
tienen un mejor desempeño después de un tratamiento químico, un paso de esterificación
que produce aceite éster metilo. Durante este proceso, el aceite se combina químicamente
con el alcohol, ya sea metanol o etanol, y el combustible resultante se puede mezclar con
diesel para su uso comercial.
Para fines energéticos, la utilización del aceite éster metilo proveniente de aceites
vegetales está relacionada con ciertas aplicaciones que proporcionan grandes beneficios
ambientales, ya que su degradación biológica es más fácil comparada con la de los
combustibles basados en el petróleo crudo. Esta propiedad es importante en el uso de
combustibles para barcos o lanchas en lagos que contienen agua para beber (Shell, 1999).
La producción del biodiesel ya está siendo aplicada, hasta cierto punto, en algunos
países europeos como Austria, Italia y Francia. Y, aún cuando hay una gran necesidad de
combustibles para el transporte, el potencial del aceite éster metilo vegetal para contribuir
con el abasto energético es moderado pues la cantidad de tierra arable disponible para la
producción de semillas oleaginosas es limitada.
Seidel (2000) menciona que el aceite vegetal es cada día más apreciado en muchos
lugares, en especial en áreas aisladas donde los combustibles convencionales son escasos y
más caros. Este tiene algunos otros beneficios:
• Reduce los residuos agrícolas.
• Disminuye la contaminación ambiental.
• Ayuda al desarrollo agrícola.
Brasil desarrolló en los años de 1970 un proyecto llamado ProOleo, cuyo objetivo
era el de sustituir el diesel por aceite vegetal usando sobre todo el aceite de palma. La
tecnología ha estado disponible, pero todavía existen algunos detalles técnicos que deben
mejorarse (BMD, 2000).
40
IV. PLANTACIONES ENERGETICAS
1. Plantaciones Energéticas
La investigación acerca de los cultivos leñosos de corta rotación comenzó a
mediados de los años de 1960 en los Estados Unidos. Durante las siguientes décadas, el
desarrollo en el mundo se centró en las plantaciones de comunidades o en áreas forestales
privadas que resultaron ser costosas y que tuvieron un éxito limitado.
Sin embargo, una nueva manera de pensar - la explotación forestal sostenible floreció en los años de 1990. Las posibilidades de aumentar la producción de la biomasa a
través de proyectos agroforestales, granjas forestales y el manejo natural de los bosques
proporcionan varios beneficios, además de un aumento en la producción de la leña, el
forraje, las medicinas, las frutas y los postes para la construcción (Hall 1991; World Bank,
1996; WEC/FAO, 1999).
Hoy en día, existe una creciente colaboración especialmente entre los países
desarrollados en relación con una serie de aspectos tecnológicos y políticas energéticas,
denominadas a menudo como las “3Es”: desarrollo económico, seguridad energética y
protección del entorno. Para alcanzar un desarrollo sostenible, estas “3Es” necesitan
conciliarse (FAO, 1999).
Cultivos energéticos
Los cultivos energéticos pueden desarrollarse en plantaciones en cantidades
potencialmente muy grandes. Los mejores cultivos energéticos son:
• Arboles, que crecen muy rápido y vuelven a brotar después de ser cortados cerca del
suelo, un proceso llamado “tala rasa o descopar”. Las mejores variedades para las
regiones con un clima más fresco y húmedo son el álamo, el arce y el sauce; las
mejores opciones para los climas templados son el sicomoro y el liquidámbar; y, en
las áreas tropicales el eucalipto crece bien.
• Pastos. Los pastos perennes de tallo delgado como el zacate látigo y el gran tallo azul
crecen muy rápido en diferentes climas, y se pueden cosechar hasta durante 10 años
antes de volverse a plantar. Los perennes de tallo grueso como la caña de azúcar y el
zacate elefante se pueden cultivar en climas cálidos y húmedos.
Estos cultivos son escogidos por sus características de crecimiento, manejo e
impacto ambiental. Por ejemplo, la paja y el sauce tienen las emisiones más bajas de CO2
por unidad de energía liberada (Börjesson, 1998). Y el zacate látigo tiene un potencial muy
alto para capturar carbono (ABA, 2000).
Algunos de estos cultivos han sido desarrollados a través de la ingeniería genética
para maximizar su crecimiento (“súper árboles”) o para consumir mucho más CO2
(“árboles come-smog”) que los árboles normales (FAO/FEF, 1998a).
El uso de las plantaciones modernas en algunos países
El concepto de cultivar la biomasa con fines específicamente energéticos es muy
joven y la experiencia todavía es muy limitada. Sin embargo, su uso está aumentando
rápidamente y las aplicaciones modernas de energía a partir de la madera se están
volviendo más competitivas con las aplicaciones convencionales.
41
Países desarrollados
Algunos países industrializados han establecido varios programas de investigación,
demostración y desarrollo. Por ejemplo: dentro de los cultivos sembrados en Europa que
resultan ser prometedores para fines energéticos están ciertos árboles de corta rotación
como los sauces (Suecia) y los álamos (Figura 15); y algunos cultivos herbáceos como el
sorgo dulce, la paja (Reino Unido) y el zacate elefante. Otros cultivos energéticos
favorables incluyen las plantas que pueden ser procesadas para obtener combustibles
líquidos, como la semilla de colza para el bio-oil (Hall, 1991; Overend et al., 1996; Olesen,
1996).
Figura 15. Bosques energéticos de corta rotación. Cosecha y corte de
álamos, Suecia. (Foto B. Danfors/Nutek, IEA)
Los Estados Unidos han establecido al álamo híbrido y al zacate látigo como
cultivos energéticos en el área continental; y, al eucalipto y la caña de azúcar en Hawai.
La producción de cultivos leñosos de ciclo corto con fines energéticos ha alcanzado
la etapa de demostración en Suecia y Finlandia, mientras que algunas compañías
productoras de pulpa y papel han logrado el nivel de comercialización en los Estados
Unidos (Overend et al., 1996).
Países subdesarrollados
Los países subdesarrollados también están implementando de una manera
sostenible, programas de biomasa con fines energéticos (Figura 16). Existen varios
ejemplos: los granjeros de Kenya, la India y Ruanda están regresando a las actividades
agroforestales para responder a la demanda local de leña y para mejorar el medio ambiente.
Otras experiencias efectivas se pueden encontrar en China, Brasil, Uruguay, Pakistán,
Turquía, las Filipinas, Etiopía y Sri Lanka, las cuales han ayudado a mejorar algunos de los
daños ambientales causados por anteriores deforestaciones (World Bank, 1996; Saraçoglu,
1998).
42
Figura 16. Pilas de leña en una plantación de
eucaliptos, Uganda. (Foto R. Faidutti/FAO)
Con una gran extensión de tierra para el cultivo, lluvia constante y relativa baja
demanda de energía, Brasil cuenta con condiciones muy favorables para desarrollar un
sistema de energía que dependa del proceso fotosintético para la conversión energética.
Una de las compañías de celulosa más grandes del mundo, ARACRUZ, está produciendo
electricidad por medio de un proceso de cogeneración, en el cual el 94% de la energía
proviene de la madera de eucalipto cortada para la producción de pulpa (FAO/FEF, 1998b).
FAO ha implementado en América Central un importante programa denominado
MADELEÑA, diseñado para las plantaciones energéticas y el mejoramiento de estufas y
hornos, así como también a otros sistemas que ahorran energía (Bouille y Gallo, 1993).
Honduras, por ejemplo, tiene un proyecto en el que usa bambú para diferentes aplicaciones:
comida, alimento para el ganado, papel y generación de electricidad (FAO/FEF, 1997).
La crisis energética y económica en varios países, los ha forzado a realizar
importantes cambios en sus políticas. Cuba, por ejemplo, vio a mediados de los años de
1990 una excelente oportunidad para vincular la recuperación agrícola con un nuevo
sistema de abastecimiento energético basado en la energía de la biomasa. Como resultado,
la electricidad generada a partir del bagazo de la caña de azúcar fue de más de 2,500 GW a
mediados de los años de 1990, comparados con los 1,500 GW de 1990, y los 380 GW de
1959 (FAO, 1999).
Beneficios
La bioenergía moderna traerá muchos beneficios importantes (FAO, 1997;
Börjesson, 1998; UCSUSA, 1999; ABA, 2000).
Beneficios ambientales:
• Los cultivos pueden proteger y mejorar el suelo, al añadir materia orgánica,
reducir la erosión del agua y del viento, y retener los nutrientes.
43
• Los cultivos energéticos perennes tienen un menor impacto que los cultivos
convencionales anuales, pues sirven para estabilizar el suelo y como un
amortiguador para las corrientes de agua.
• Los cultivos energéticos pueden reducir la contaminación del agua, ya que
necesitan menos fertilizantes, herbicidas y pesticidas que los cultivos en surcos,
ayudando a proteger la calidad del agua superficial y subterránea.
• Los cultivos perennes ayudan a reducir las inundaciones, pues durante todo el
año ofrecen una cubierta al suelo y una extensa red de raíces que favorece la
infiltración del agua.
• Los cultivos perennes pueden crear un mejor hábitat para la vida silvestre que
los cultivos anuales, ya que atraen una mayor variedad de especies,
principalmente aves y pequeños mamíferos.
• Reducen las emisiones de gases de efecto de invernadero, así como también los
de azufre y los metales pesados.
• Mejoran las zonas áridas y deforestadas.
Beneficios socio-económicos:
• Ayudan a revitalizar las comunidades rurales, pues las plantas generadoras de
energía se localizan por lo regular cerca de donde se cultiva la materia prima.
• Crean un gran número de fuentes de trabajo, ya que incluyen la preparación del
sitio, la siembra, la vigilancia, la cosecha, el manejo, el transporte, la disposición,
el montaje y la venta del producto antes de que éste llegue al usuario final.
• Diversifican la producción.
• Reducen la migración hacia las zonas urbanas.
• Ahorran dinero, pues los cultivos energéticos requieren una menor cantidad de
químicos, y menos trabajo y manejo que los cultivos con fines alimenticios.
• Fortalecen la economía local, pues mantienen el ingreso reciclándose en la
comunidad.
• Aumentan la estabilidad del ingreso, ya que los rendimientos de los cultivos
energéticos son más confiables que los de los cultivos alimenticios.
Beneficios energéticos:
• Diversifican el abasto de combustibles, reduciendo el riesgo de manipulación de
los precios por el monopolio o una interrupción inesperada en el suministro.
• Incrementan la seguridad energética nacional.
• Ahorran divisas extranjeras, a causa de la reducción en la importación de
petróleo.
• Proporcionan seguridad económica, pues las plantaciones serán menos
susceptibles a la imposición de costos ambientales por tecnologías
contaminantes.
2. Plantaciones energéticas y mitigación del cambio climático global
El interés por la biomasa como una fuente de energía renovable, sostenible y limpia
se ha reavivado en años recientes, debido a las serias preocupaciones ambientales, como
son el cambio climático global asociado al uso de los combustibles fósiles.
44
Las plantaciones energéticas son una de las opciones más atractivas para considerar
las preocupaciones del CO2 , ya que tanto su cultivo como conversión involucran el reciclaje
del carbono atmosférico, dando como resultado el que no haya una agregación neta de CO2
en la atmósfera. De hecho, la cantidad de carbono capturado puede ser mayor que el
liberado durante la combustión, pues la mayoría de los cultivos energéticos son perennes y
se cosechan, más bien, cortándolos que sacándolos de cuajo, por lo que las raíces
almacenan carbono y se regeneran al año siguiente (ABA, 2000).
La deforestación es una fuente importante emisora de CO2 global, liberando
anualmente 3 Gt a la atmósfera (FAO, 1996). La posibilidad de reducir este proceso a
través de la protección de tierras boscosas, la reforestación y la forestación, es una parte
potencialmente importante dentro de la estrategia para mitigar el cambio climático global.
Las plantaciones forestales permanentes pueden actuar como un sumidero temporal
de carbono. Pero la perspectiva de reemplazar a los combustibles fósiles por la biomasa
producida de manera sostenible, reducirá el flujo neto del CO2 a la atmósfera (Figura 17).
Y, origina que el potencial de usar los bosques para prevenir las emisiones de carbono sea
mayor a largo plazo (Hall, 1991; Gustavsson et al., 1995; Beaumont, 1995; Schlamadinger
y Marland, 1996; Swisher, 1997; FAO/FEF, 1999b).
Figura 17. El zacate látigo usado para energía. También tiene un
alto potencial para capturar carbono, EE.UU. (Foto EREN/ORNL/DOE)
Cultivar y usar la biomasa de manera continua para sustituir a los combustibles
fósiles, tiene claras ventajas en comparación con el uso de la biomasa para sólo capturar
carbono (Hall, 1998; FAO, 1999). Los problemas de cultivar la biomasa únicamente como
un sumidero de carbono son los siguientes:
• Una vez que los árboles o las plantas alcanzan su madurez comienzan a perder el
carbono almacenado. Por ejemplo, los árboles de rápido crecimiento fijan el carbono
unas tres veces más que la proporción de crecimiento durante su madurez.
45
• Los costos por mantenimiento y protección se adquieren a lo largo de toda la vida de
los árboles.
Por ejemplo, mientras que una planta de energía de 1 MW que usa carbón mineral y
opera durante 30 años, requiere de una plantación anual de 500 hectáreas de bosques
permanentes para capturar las emisiones de CO2 ; una planta de energía de 1 MW, que usa
combustibles forestales, requiere sólo de 500 hectáreas de bosques para compensar las
emisiones de carbono a perpetuidad (FAO/FEF, 1998b).
Además de reemplazar los combustibles fósiles por los biocombustibles, también es
importante usar productos de madera que sustituyan otros materiales que en su
producción requieren más combustibles fósiles, tales como el acero, los ladrillos, los
plásticos, el aluminio (Schlamadinger y Marland, 1996).
Una idea novedosa es la de conjuntamente producir energía y capturar carbono, y se
alcanzará como resultado una reducción significativa en los costos. Esto se puede lograr
en los llamados “complejos - energéticos” con la integración de procesos biológicos que
podrían producir energía, tratar basura, capturar carbono y fabricar productos de utilidad
(FAO, 1999).
Esto significará el cambio de una “economía de hidrocarburos” fundada en recursos
petroleros limitados, a una “economía de carbohidratos” basada en recursos renovables de
biomasa (EECA/CAE, 1996).
Control de las emisiones de bióxido de carbono y el “comercio del carbono”
Históricamente, los gobiernos han intervenido en el sector energético para controlar
las emisiones mediante dos acercamientos principales: un límite en las emisiones y los
impuestos a la contaminación (Gustavsson y Börjesson, 1998). Sin embargo, en la
Cumbre de Río de Janeiro en 1992, hubo un llamado a la comunidad internacional para
que se tomaran medidas ante el amenazante cambio climático global. Como resultado,
muchos países industrializados acordaron reducir las emisiones globales de los gases de
efecto de invernadero (GHG).
Algunas de las principales políticas que proporcionan los medios para lograr esta
reducción son:
• Eliminación a los subsidios de los combustibles fósiles.
• Impuestos al carbono y a la energía.
• Aumento en la eficiencia.
• Incentivos a la energía renovable y la cogeneración.
• Apoyos a la captura del carbono.
Mitigación del cambio climático en algunos países
Alrededor de 4 millones de hectáreas de bosques en el mundo son administradas
actualmente con fondos para la mitigación de gases de efecto de invernadero (FAO/FEF,
2000). El potencial para capturar carbono es mayor en las selvas tropicales (80%), pero
también es substancial en los bosques templados (17%) y boreales (3%) (Flavin y Dunn,
1997).
46
Países desarrollados
Algunos países industrializados, especialmente de Europa, están comenzando a
integrar en sus planes forestales de largo plazo las preocupaciones sobre el cambio
climático. Dentro de los países que han alcanzado con mayor éxito sus metas voluntarias de
estabilizar las emisiones de gases de efecto de invernadero al nivel que había en 1990, son
Dinamarca, Alemania y los Países Bajos que tiene una cartera política muy fuerte.
Alemania, por ejemplo, favorece la expansión de los bosques, en parte, a través de un
“nuevo bono de forestación”. Y el plan forestal de los Países Bajos tiene como meta
incrementar el área forestal mediante la combinación de fondos gubernamentales y
acciones voluntarias, como son los sistemas de crédito de carbono en los que las compañías
siembran árboles para compensar sus emisiones. Bouman (2000) reporta que las compañías
que utilizan bio-oil y carbón vegetal para reemplazar al carbón mineral de las unidades de
electricidad están recibiendo, en los Países Bajos, un subsidio en la inversión por reducir las
emisiones de CO2 .
Países como Francia, Japón, Suecia y el Reino Unido han realizado un progreso
importante. En años recientes, por ejemplo, Francia ha establecido subsidios a la
reforestación, ha aumentado su área forestal y el gobierno planea introducir en el 2001 un
impuesto a la energía. Suecia cuenta, desde los años de 1990, con impuestos al carbono y a
la energía, mismos que han permitido que la biomasa sea menos costosa para producir calor
que el carbón mineral y el petróleo, y que los bosques en crecimiento compensen el 90% de
las emisiones de carbono en el país. Al promover la forestación, el Reino Unido ha
adquirido una cubierta forestal en constante aumento (Flavin y Dunn, 1997; Börjesson,
1998; FAO/FEF, 2000).
El uso del petróleo como combustible en la industria de pulpa y papel en Canadá ha
sido reducido a la mitad desde 1989, y más del 56% del combustible usado para generar
energía proviene de la biomasa obtenida de actividades sostenibles. De tal manera que, esta
industria está conduciendo al país en el compromiso que tiene para reducir las emisiones de
CO2 (FAO/FEF, 1999b).
Algunas industrias, tales como el grupo Royal Dutch/Shell, Mobil Corporation y
Peugeot, están invirtiendo en proyectos forestales sostenibles en regiones en vías de
desarrollo como Chile, Uruguay, Paraguay, Congo y el Amazonas.
Con el creciente interés en opciones para mitigar el flujo neto del CO2 en la
atmósfera, varios grupos de investigación están desarrollando modelos que examinan el
impacto en el ciclo del carbono.
Países subdesarrollados
Aún cuando los países subdesarrollados no estuvieron incluidos en la meta acordada
en Río de Janeiro, es importante mencionar que en la década pasada varios de ellos
establecieron significativas reformas políticas. Estas incluyen reducciones en los subsidios
a los combustibles fósiles, que han sido difíciles desde un punto de vista político y que han
obtenido un notable resultado incrementando el uso de las energías renovables en Brasil y
la India, y un aumento en la eficiencia en China (Flavin y Dunn, 1997).
Brasil tiene varios proyectos que esperan reducir el calentamiento global, la
producción de etanol a partir de la caña de azúcar y el carbón vegetal proveniente de
plantaciones (MST, 1998). Tiene también un proyecto muy ambicioso de reforestación
llamado FLORAM, cuyo objetivo principal es sembrar 10 billones de árboles nativos que
absorberán por lo menos el 20% del bióxido de carbono liberado a la atmósfera por este
47
país. En otros países de América Latina se han establecido también proyectos de
reforestación aunque no tan grandes como el brasileño, están el IFONA en Argentina y el
BOSQUE en Ecuador (Bouille y Gallo, 1993).
Comercio del carbono
El Protocolo de Kioto (1997) proporciona tres flexibles mecanismos para ayudar a
los países a reducir sus emisiones globales de gas (Marland y Schlamadinger, 1998;
FAO/FEF, 1999a):
• Un sistema de comercio de emisiones. Un país que exceda su meta de reducción
de emisiones puede vender el exceso a otro que no ha alcanzado su objetivo.
• Implementación conjunta. La creación de unidades de reducción de emisiones
derivadas de las inversiones entre los participantes.
• El mecanismo para un desarrollo limpio. La creación de reducciones certificadas
de emisión, a través de inversiones en los países subdesarrollados, reguladas por
una autoridad recientemente creada.
Se espera que cada país reduzca sus emisiones o adquiera una cuota de otros países,
de tal manera que la suma de estos dos no sea mayor al límite nacional de emisiones
(WMO/UNEP, 1996).
El uso de “créditos de carbono” para atraer fondos con el fin de secuestrar carbono
ha sido ávidamente promovido por Costa Rica en intercambio por inversiones en proyectos
que captan carbono. El gobierno de Costa Rica ha logrado la primera venta a escala
mundial al gobierno de Noruega por 200,000 toneladas de CO2 , representando un ingreso
de 2 millones de dólares para ser invertidos en programas de protección y renovación de los
recursos naturales (Flavin y Dunn, 1997).
Algunos otros países en América Latina, Europa Central y Oriental, y Asia están
comenzando también, mediante proyectos de “implementación conjunta” con los Estados
Unidos y algunos otros países, a atraer capital privado para capturar carbono.
Información climatológica
La principal área donde probablemente los datos climatológicos tienen una mayor
aplicación es en la producción de cultivos energéticos. La información climatológica ha
estado involucrada en la agricultura desde hace mucho tiempo y, más recientemente, desde
el comienzo de la investigación forestal intensiva con rotación de especies, para los fines
energéticos.
Esta información es muy importante, en primera instancia para determinar el mejor
clima para las especies y los clones considerados y para encontrar las zonas más adecuadas
para su cultivo. Más adelante, las variables meteorológicas representan una parte
importante en los estudios de los procesos ecológicos y fisiológicos de las plantas; y
finalmente, la meta es obtener una simulación en la producción de un lugar dado o cierta
región. Este enfoque de modelado continúa, pero con el objetivo de predecir la producción
bajo diferentes circunstancias, de las cuales el estado del tiempo es un factor fundamental
(Perttu, 2000; Karau, 2000).
Muchas actividades en las granjas se ven afectadas por la radiación solar y pueden
planearse mejor si se conoce la insolación. Por ejemplo, Jensenius (1989) informa que los
pronósticos de insolación deben considerarse:
48
• En los modelos de cultivos para predecir con precisión las etapas críticas del
desarrollo de las plantas.
• En los horarios de riego, pues tanto la evaporación como la evapotranspiración se
encuentran muy fuertemente relacionadas con la incidencia de la radiación solar.
• Antes de la aplicación de pesticidas, fungicidas y herbicidas, pues la radiación
solar afecta a muchos de estos compuestos químicos.
• Durante el corte de algunas plantas que requieren un pronóstico de varios días de
buen secado.
La información climatológica ha sido de gran utilidad para los productores en la
toma de decisiones y para publicar diferentes tipos de guías de cómo establecer, manejar,
cosechar y utilizar la energía forestal.
Algunos otros usuarios están estudiando el efecto de mitigación que tienen los
bosques en el cambio climático y la absorción del carbono. El uso que le dan a la
información climatológica es, sobre todo, para modelar los impactos de varias prácticas de
cosecha en los ecosistemas forestales, y para modelar el impacto del cambio climático en
los bosques.
49
V. REQUERIMIENTOS DE INFORMACION CLIMATOLOGICA
El clima y el estado del tiempo, entre algunas otras variables, juegan un papel muy
importante en la disponibilidad de los recursos de la biomasa, el consumo de la energía y la
selección de los combustibles.
Ambos afectan a los sistemas de energía de la biomasa y los procesos de
conversión, así como a algunas de las actividades relacionadas con su uso, tales como el
trabajo de campo, la irrigación, la cosecha y los métodos de recuperación, el fragmentado,
el transporte y la distribución, el secado y el almacenamiento.
1. Usuarios de la información climatológica
Para poder identificar a los usuarios y a la información climatológica requerida en
las aplicaciones de la energía de la biomasa, se preparó un cuestionario (Anexo 1) que fue
enviado por correo y correo electrónico a unos 390 diferentes grupos de trabajo de energía
de biomasa en el mundo, la mayoría en países industrializados.
Los cuestionarios contestados representan el 21%, con una proporción ligeramente
superior de países desarrollados. Es importante mencionar que de todas las personas que
contestaron, el 70% reportó también que para el desarrollo de sus actividades se necesita la
información climatológica.
Los principales usuarios de información climatológica para las aplicaciones de
energía de biomasa que se encontraron en las encuestas son los siguientes:
1. Centros de Investigación, tanto en países industrializados como en vías de desarrollo.
Estos incluyen diferentes departamentos de agricultura, silvicultura, ciencia, tecnología,
medio ambiente e ingeniería de varias Universidades; y también Institutos de ingeniería,
investigación eléctrica, recursos naturales y biocombustibles; en donde se llevan a cabo
las siguientes actividades:
• Evaluación de los recursos de biomasa.
• Investigación, diseño y operación de la producción de la biomasa (plantaciones
energéticas), combustión directa, digestión anaeróbica, pirólisis, gasificación,
fermentación alcohólica y sistemas de compactado.
• Investigación sobre el balance de los gases de efecto de invernadero en los
sistemas de biomasa y de combustibles fósiles.
2. Departamentos Gubernamentales de Energía, Silvicultura y Agricultura, la mayoría en
países desarrollados, que incluyen:
• Programas nacionales que impulsan el desarrollo de las actividades energéticas
de biomasa.
• Programas nacionales que promueven el desarrollo de varias materias primas
para diferentes aplicaciones de energía biomásica.
• Investigación, diseño y operación de diferentes sistemas energéticos de biomasa.
• Programas regionales que desarrollan la producción de la biomasa con fines
energéticos.
3. Compañías, especialmente de los países industrializados, abarcando las siguientes áreas:
investigación, diseño, construcción, operación, servicios, asesoría, ventas, exportación e
importación. Y cuyas principales actividades son:
50
• Fabricación de sistemas de energía de biomasa (calentadores de agua, calderas,
gasificadores, digestores).
• Producción de materia prima y combustibles (cultivos energéticos, carbón
vegetal, astillas, briquetas, bio-oil, gas combustible, biogas, etanol y biodiesel).
• Uso de desechos municipales sólidos, aguas residuales, desperdicios animales e
industriales para producir energía por medio de la combustión directa, la
digestión anaeróbica y la gasificación.
• Implementación de sistemas de co-encendido y cogeneración.
• Desarrollo de tecnologías energéticas eficientes.
• Estudios de impacto ambiental de la producción de biomasa y de las centrales
eléctricas.
Por otro lado, algunos grupos que trabajan con energía de biomasa informan que al
no estar involucrados en el desarrollo de tecnologías, sus actividades no requieren de
información climatológica. Estos grupos incluyen algunos Organismos de Cooperación
Internacional, Centros y Asociaciones Científicas, y Compañías que tratan con aspectos
políticos, socio-económicos, financieros o de mercados.
Y, finalmente, otros pocos países como Arabia Saudita reportaron que no tienen
actividades en el campo de la energía de la biomasa.
2. Requerimientos de Información Climatológica
Como el clima y el estado del tiempo actúan de diversas maneras, sus efectos en los
sistemas de energía de la biomasa y en los procesos de conversión son bastante diferentes.
Por eso, la información climatológica requerida depende considerablemente del sistema y
sus componentes, y también de las diferentes etapas de la actividad.
Como los sistemas de energía deben ser diseñados cuidadosamente para operar de
manera confiable, eficiente y a bajos costos, las etapas de planeación y de diseño tienen una
mayor necesidad de información climatológica. Esta consiste, generalmente, de datos
climatológicos promedio que se requieren en la evaluación de:
• La disponibilidad de los recursos y las materias primas.
• La selección del sitio para las plantas energéticas de biomasa.
• El desempeño óptimo del sistema.
• Las variaciones (estacionales) en la demanda de energía.
• Los impactos ambientales.
Una vez que el sistema de energía ya se encuentra operando, es menos probable que
las condiciones medias del estado del tiempo y del clima afecten su funcionamiento. Por
ejemplo, los usuarios tienen la concepción de que si hay los recursos suficientes para abrir
una planta, entonces habrá bastantes recursos para operarla durante muchos años.
Pero, los sistemas de energía pueden verse más comúnmente afectados por eventos
poco usuales del estado del tiempo y la variabilidad climática, ya que éstos rara vez son
incluidos en la etapa temprana del diseño y la planeación.
Durante la etapa operativa se requiere sobre todo de información a tiempo real,
pronósticos y avisos del estado del tiempo, especialmente para controlar las condiciones de
crecimiento, las predicciones del rendimiento, el desempeño diario de los sistemas y para la
toma de decisiones.
51
Por otro lado, el seguimiento y la predicción del clima resulta de gran ayuda en la
planeación anticipada y para rectificar en caso de que se presenten ciertas anomalías de
mayor escala.
Requerimientos
Tomando en cuenta el número de cuestionarios contestados que se recibieron y los
requerimientos reportados, se puede considerar que la información climatológica tiene una
mayor aplicación en los siguientes sistemas de energía de la biomasa:
Producción de la biomasa - Plantaciones energéticas Los administradores agrícolas y forestales informan que el uso de la información
climatológica es esencial para su trabajo, pues el clima y el estado del tiempo influyen de
manera considerable en la productividad de una región.
Los usuarios reportan que los parámetros más indispensables en la planeación, el
diseño y la operación de una plantación energética son los valores medios y extremos de la
precipitación y la temperatura, y la duración de la insolación (Tabla 1).
Algunas otras variables necesarias o recomendadas son la radiación global, la
temperatura del suelo, la distribución solar espectral, la velocidad y dirección del viento, la
evaporación, la evapotranspiración, el número de días sin heladas, la humedad del suelo a
20 cm de profundidad y ciertas características del suelo, como son la capacidad de campo y
el punto de marchitamiento permanente.
Los productores necesitan saber cómo va a ser el estado del tiempo, ya que las
plantaciones pueden verse afectadas por condiciones meteorológicas severas y eventos
adversos, tales como granizadas, heladas, fuertes vientos, tormentas eléctricas, tornados,
intensas lluvias, inundaciones y sequías. Por lo general, necesitan los pronósticos de la
precipitación y los avisos de heladas.
Los usuarios reportan también que la información climatológica es útil para estimar
los recursos leñosos de la biomasa y la productividad anual de diferentes áreas agroecológicas. Se requiere, asimismo, en la aplicación de diferentes tipos de modelos como
son: el crecimiento de los cultivos, la simulación del bosque, los flujos netos del carbono
hacia y desde la atmósfera, y el impacto en el ciclo del carbono y la asignación de los
créditos de carbono (o débitos).
Combustión Directa
La necesidad de información climatológica entre los usuarios es bastante variada
pues los sistemas de combustión directa incluyen varios componentes y diferentes
aplicaciones.
Los usuarios reportan que las variables más importantes que se deben conocer en el
diseño y la operación de los sistemas de combustión, por lo general, son los valores medios
y extremos de la temperatura, la precipitación, el viento y la humedad relativa (Tabla 1).
Las plantas de energía de biomasa, por ejemplo, están diseñadas tanto para
situaciones extremas de temperatura como de humedad, las que determinan en gran medida
su eficiencia.
Tabla 1.
Información climatológica requerida por los grupos de trabajo de biomasa.
Aplicación
Precipitación
Temperatura del
aire
Humedad
relativa
Producción
de la
Biomasa
Valores
medios y
extremos:
1 (P,D,O)
Valores
medios y
extremos:
1 (P,D,O)
Valores
medios y
extremos:
1 (P,D,O)
Media:
1 (P,D,O)
máxima:
3 (P,D,O)
1 (P,D,O)
Valores
Combustión medios
y
Directa
extremos:
Valores
medios y
extremos:
1 (D,O)
2 (P)
Valores
medios y
extremos:
1 (D,O)
2 (P)
Valores
medios y
máximos:
1 (D,O)
2 (P)
2 (P,D,O)
Valores
medios y
extremos:
1 (P,D,O)
Valores
medios y
extremos:
1 (P,D,O)
Media:
1 (P,D,O)
máxima:
1 (D)
2 (P,O)
1 (D,O)
Actividad:
Nivel:
(P) =
(D) =
Planeación
Diseño
Operación
1 (D,O)
2(P)
Valores
Digestión
medios y
Anaeróbica extremos:
1 (P,D,O)
Prioridad:
1 = requerida
2 = recomendada
3 = deseada
(O) =
Velocidad Duración Tempe- Radiación Nubodel viento insolación ratura del global
sidad
Suelo
1 (P,D,O)
1 (P,D,O)
1 (P,O)
Evapo- Humedad Presión Distribución
ración del suelo atmossolar
férica
espectral
1 (P,D,O)
1 (O)
3 (P,D,O)
1 (P,D,O)
2 (O)
1 (D,O)
3 (P,D,O)
3 (P,D,)
3 (P)
1 (P,D,O)
1 (P,D,O)
2 (P,D)
2 (O)
2 (P,D,O) 3 (P,D,O) 2 (P,D,O)
3 (P,D)
2 (P)
1 (P,D,O)
2 (P,D,O) 2(P,D,O,) 2 (P,D,O)
3 (P,D,O)
Otra información
Número de días con lluvia, granizo y
sin heladas, y evapotransp iración.
Capacidad de campo y punto de
marchitamiento permanente.
Ondas frías y de calor.
Vientos dominantes. Pronósticos de
precipitación y avisos de heladas.
Vientos dominantes y patrones de
circulación. Estimación de la carga
del viento. Inversión de temperaturas.
Ondas frías, de calor y pronóstico de
precipitación.
Vientos dominantes.
Sequías y pronósticos
de precipitación.
Algunos otros parámetros, incluyendo la radiación global, la duración de la
insolación, la humedad del suelo, la temperatura del suelo y la evaporación, son de igual
forma recomendados.
Dentro de la etapa operativa, los sistemas a veces necesitan algunos ajustes diarios,
por lo que la información a tiempo real y los pronósticos del tiempo resultan muy útiles.
Los siguientes ejemplos muestran la importancia que tiene la información
climatológica y meteorológica dentro de la planeación, el diseño y la operación de las
plantas de energía de biomasa:
• El diseño de las plantas que se van a instalar en las zonas cálidas y húmedas
puede complicarse un poco, ya que éstas pueden necesitar materiales especiales o
recubrimientos que prevengan la corrosión, y su operación puede requerir
sistemas de enfriamiento y de aislamiento.
• Un diseño seguro de torres de enfriamiento requiere la estimación de la carga del
viento, la que se basa sobre todo en valores históricos extremos del viento y en
modelos de la capa de mezcla.
• Los sistemas de condensación de vapor necesitan cierta información
climatológica, como la temperatura, la humedad y la velocidad del viento, a fin
de determinar las eficiencias del condensador de aire y de las torres de
enfriamiento.
• Las calderas que queman biomasa para producir vapor y electricidad, se ven
afectadas por la precipitación, ya que ésta aumenta la humedad del combustible
disminuyendo la eficiencia de la combustión.
• El pronóstico de la generación de energía es muy susceptible a la temperatura.
Por ejemplo, las compañías que generan energía planean con anticipación su
producción de electricidad, por lo que necesitan conocer con anticipación eventos
como son las ondas frías y de calor, ya que éstas pueden aumentar la demanda y
el consumo de energía.
• La materia prima requiere de secado cuando: el material crudo contiene más del
10% de humedad; es bagazo y aserrín; y en regiones donde la estación lluviosa
dure más de seis meses (como en el sur de la India), pues el contenido de
humedad permanece bastante alto.
• La materia prima apilada puede verse afectada por una precipitación excesiva
que puede causar avenidas o problemas con su manejo.
Los usuarios informan que los estudios ambientales que toman en cuenta los efectos
de la combustión de la biomasa, también requieren datos climatológicos y meteorológicos.
La precipitación, la intensidad y la dirección del viento, el patrón de la circulación (por
ejemplo: las brisas de mar y tierra) y la frecuencia de las inversiones de temperatura (datos
de radiosondeo) son parámetros importantes, pues ayudan a determinar dónde y cuándo se
presentan las condiciones más desfavorables que impiden la dispersión de los
contaminantes en el aire.
Los usuarios mencionan que para el diseño y la operación de los rellenos sanitarios
se debe conocer la siguiente información:
• Lluvia, en el manejo de los desechos y la estabilización de la basura.
54
• Vientos dominantes, para sembrar barreras de árboles y controlar las emisiones a fin de
evitar problemas de salud y olores.
• Inversiones de temperatura, porque los olores de los rellenos sanitarios se quedan
cerca del suelo, contaminando las áreas cercanas.
Digestión anaeróbica
Muchos usuarios que trabajan en el desarrollo de la digestión anaeróbica alrededor
del mundo, reportaron que la información climatológica es muy importante, sobre todo, en
la etapa de diseño de las plantas de biogas. Esta información también es relevante en la
evaluación de los recursos y cuando los componentes de la digestión de la biomasa se
encuentran esparcidos sobre el terreno (por ejemplo: los lodos residuales y el agua filtrada
obtenida al secar los desechos de los puercos).
Los principales requerimientos de los usuarios son los valores medios y extremos de
la temperatura, la humedad relativa y la precipitación; así como también la presión
atmosférica, la velocidad del viento y la duración de la insolación (Tabla 1).
En menor medida se necesitan la temperatura y la humedad del suelo. En tanto que
se recomiendan la radiación global, la cobertura de nubes y la evaporación.
Algunos usuarios, no obstante, informaron que, para ciertas tecnologías como son la
digestión anaeróbica de sólidos en procesos totalmente encerrados y automatizados, el
estado del tiempo no es un factor importante.
Con relación a los otros sistemas de conversión de la biomasa (gasificación,
pirólisis, fermentación alcohólica y extracción/prensado) solamente se recibieron muy
pocos cuestionarios. No obstante, los usuarios reportaron los siguientes requerimientos
climatológicos y situaciones.
Producción de carbón vegetal
Los usuarios mencionan que en la planeación para producir carbón vegetal en
hornos se recomienda la siguiente información: valores medios y extremos de la
precipitación, la humedad relativa y la temperatura; y también la cobertura de nubes y la
duración de la insolación.
En la etapa operativa, resulta muy importante conocer las condiciones
meteorológicas, especialmente la humedad relativa y la probabilidad de lluvia, ya que
ambas afectan el proceso de carbonización.
Fermentación alcohólica
Los principales requerimientos de información climatológica en la conversión
alcohólica son para etapas de planeación y diseño de los sistemas. Los parámetros
requeridos incluyen los valores medios y extremos de la temperatura y la humedad relativa,
y la duración de la insolación.
Gasificación
Los usuarios reportan que los datos climatológicos usados en el proceso de
gasificación son sobre todo para el diseño de los gasificadores, y comprenden los valores
medios y extremos de la temperatura y la humedad relativa, así como también la velocidad
media del viento y los vientos predominantes.
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Esta información se requiere de forma mensual durante la etapa de diseño, y con
una frecuencia diaria y horaria durante el funcionamiento del gasificador.
Mitigación del cambio climático
Dentro de la gasificación, la política en el uso de fuentes renovables de energía ha
fomentado la sustitución del carbón mineral por leña, y algunos otros procesos como la
producción del bio-oil por medio de la pirólisis de madera.
Los usuarios reportan que ninguno de estos procesos, hoy en día, son viables
comercialmente sin un apoyo financiero, para el cual es necesario e importante la
información respecto al cambio climático, a fin de rectificar las decisiones políticas.
Aceite de pirólisis
Algunas personas involucradas en la tecnología de la pirólisis para producir aceite
de alta calidad a partir de la biomasa mencionaron que este proceso no requiere de
información meteorológica.
3. Información climatológica proporcionada por los Servicios Meteorológicos
Nacionales (SMNs).
Los Servicios Meteorológicos Nacionales pueden contribuir con la implementación
de los sistemas de energía de la biomasa no sólo al proporcionar la información que los
usuarios requieren, sino también al mejorar la calidad y la difusión de su información.
Disponibilidad de la información
La información climatológica requerida por la mayoría de los usuarios para las
aplicaciones de la energía de biomasa es, por lo general, la que se mide rutinariamente en
las estaciones sinópticas. Sin embargo, es importante mencionar que estas estaciones se
encuentran comúnmente situadas en áreas urbanas o cerca de las ciudades, y que la red de
cobertura es mucho más amplia en los países industrializados.
Por otro lado, las estaciones climatológicas por lo regular están ubicadas en las
áreas rurales y tienen una cobertura más amplia tanto en los países desarrollados como en
los subdesarrollados. Sin embargo, estas estaciones miden menos parámetros de los
requeridos por los usuarios de energía de biomasa, y no tan frecuentemente como lo hacen
las estaciones sinópticas.
Cierta información meteorológica que, comúnmente, no es medida por estas
estaciones se obtiene de manera regular a partir de otros parámetros, mediante diferentes
tipos de relaciones estadísticas de modelos físicos más o menos simplificados (por ejemplo:
la evapotranspiración y la radiación solar global).
Muchos países en el mundo ya han compilado su información climatológica
nacional en mapas y atlas, mismos que resultan muy útiles para dar una idea general de las
condiciones climatológicas.
Varios países industrializados han desarrollado algunas bases de datos
meteorológicos y de radiación solar, mismos que fomentan el uso de información de las
ciencias atmosféricas en diferentes aplicaciones incluyendo, entre otras, la energía de la
biomasa. Por ejemplo, en los Estados Unidos están el “National Solar Radiation Data Base”
de la NOAA, y el “Surface Solar Energy” de la NASA (Olson et al., 2000); y en Europa, el
“METEONORM” (Oficina Federal de Energía de Suiza).
56
Además de los datos climatológicos, se ha preparado algún otro tipo de información
para fomentar el desarrollo de las tecnologías de la energía renovable. Por ejemplo, la
Unión Europea ha apoyado la producción de unos CD-ROMs que proporcionan
información técnica, económica y ambiental útil para diferentes aplicaciones como, por
ejemplo, la combustión de la biomasa, y el biogas de la basura y del tratamiento de las
aguas residuales (FAO/FEF, 2000).
Calidad de la información
Los usuarios que contestaron este cuestionario concuerdan, en términos generales,
que la calidad de la información proporcionada por los SMNs en los países desarrollados es
buena, pero que en los países menos desarrollados es insuficiente. Los usuarios también
mencionaron que las mejoras que se hagan en los SMNs serán de gran ayuda para apoyar el
progreso en el uso de la energía de biomasa.
Países desarrollados
Una perspectiva más detallada de los puntos de vista que tienen los usuarios con
respecto a la calidad de la información muestra que, el 64% de los usuarios que
respondieron el cuestionario coincide en que la claridad, la precisión, la oportunidad, la
frecuencia y la terminología de la información meteorológica proporcionada por los SMNs
en estos países es buena. En tanto que el 33% piensa que la calidad es razonable (Tabla 2).
Tabla 2.
Opinión de los usuarios con respecto
a la calidad de la información climatológica
de los SMNs en los países desarrollados.
Buena
Razonable
Insuficiente
(%)
(%)
(%)
Claridad
68
32
0
Precisión
64
32
4
Oportunidad
65
35
0
Frecuencia
62
33
5
Terminología
63
32
5
Promedio
64
33
3
Sin embargo, examinando la pregunta sobre el mejoramiento de los servicios
climáticos, el 61% de los usuarios contestó que los SMNs en los países desarrollados
deberían de realizar algunas mejoras. El resto de los usuarios (39%) estuvo de acuerdo en
que los servicios actuales son apropiados y que la información proporcionada para la
aplicación de los sistemas de energía de la biomasa es adecuada, muy bien documentada y
ampliamente disponible. Es más, ellos consideraron que sus necesidades de información
climatológica se encuentran plenamente satisfechas y que no hay necesidad de que los
SMNs mejoren.
Países subdesarrollados
Existe una opinión más heterogénea acerca de la información proporcionada por los
SMNs de los países subdesarrollados (Tabla 3). En promedio, los usuarios coinciden que la
57
precisión de la información es razonable y la oportunidad es insuficiente. Sus puntos de
vista con respecto a la claridad y la terminología de la información son diferentes, algunos
de los usuarios piensan que son buenas, mientras que otros consideran que sólo son
razonables o insuficientes. Y con respecto a la frecuencia, la mitad de los usuarios opina
que ésta es razonable y la otra mitad que es insuficiente.
Tabla 3.
Opinión de los usuarios con respecto
a la calidad de la información climatológica
de los SMNs en los países subdesarrollados.
Buena
Razonable
Insuficiente
(%)
(%)
(%)
Claridad
30
30
40
Precisión
0
60
40
Oportunidad
10
20
70
Frecuencia
0
50
50
Terminología
40
30
30
Promedio
16
38
46
En cuanto a la necesidad de que estos servicios climáticos mejoren, todos los
usuarios creen que la información proporcionada por los SMNs en los países
subdesarrollados debería de mejorar.
El uso de otros servicios climáticos
Con relación a otros servicios climáticos utilizados además de los proporcionados
por los SMNs, se puede concluir por todas las respuestas recibidas que los usuarios de la
información climatológica para fines energéticos de biomasa dependen principalmente de
los SMNs de sus países para satisfacer sus necesidades.
Sin embargo, se reportaron algunas situaciones diferentes:
• La información climatológica en algunos países industrializados se encuentra
ampliamente disponible y es adecuada en la planeación de proyectos y los
participantes de energía de biomasa conducen, por lo general, sus necesidades
climatológicas básicas de manera directa a través de otras agencias que reúnen y
distribuyen rutinariamente dicha información.
• Algunos otros usuarios hacen sus propias mediciones que en la mayoría de los
casos satisfacen sus necesidades. Pero tienen ciertas desventajas, como una
limitada duración de los registros y dificultades para su mantenimiento.
• En algunos países subdesarrollados, la información climatológica a este nivel es
bastante pobre.
58
4. Formas en que los SMNs pueden ayudar al desarrollo y la divulgación de la
información climatológica para la aplicación de la energía de la biomasa.
Algunas preocupaciones
Las siguientes aseveraciones representan algunos de los problemas detectados o
directamente reportados por los usuarios de la información climatológica para el desarrollo
energético de la biomasa. Estos tratan principalmente con la distribución espacial de los
observatorios meteorológicos, las preocupaciones relativas a la instrumentación, la falta de
cierto tipo de información, la insuficiente divulgación y difusión, la confiabilidad de las
mediciones, su distribución temporal, la presentación de los datos y las políticas.
• Las redes de observación en algunos países o áreas se encuentran demasiado
dispersas y las estaciones están situadas preferentemente donde vive la gente. Por
eso, la cobertura de las estaciones es particularmente débil en algunas zonas
como son los bosques, las granjas y las montañas, donde frecuentemente se
localizan las plantaciones y ciertas centrales de energía de biomasa, y donde la
información más se requiere.
• Este limitado número de estaciones meteorológicas, en algunas áreas, hace que
los usuarios utilicen datos no muy ajustados a los sitios.
• Anteriormente, cierta información útil como la de los lisímetros del suelo estaba
disponible en algunas estaciones. Y ahora, la mayoría de las estaciones sólo
tienen datos del tanque de evaporación, y los usuarios en algunas ocasiones
necesitan también la evapotranspiración.
• De manera particular, los datos de precipitación en estaciones distintas a las
sinópticas oficiales son a menudo medidos por voluntarios en algunos países.
Esto puede representar cierta incertidumbre.
• Algunas personas no utilizan la información climatológica porque no están
familiarizadas con los SMNs, ni con la información que estos proporcionan.
Recomendaciones
La mayoría de los usuarios de información climatológica para aplicaciones de
energía de biomasa consideraron que los servicios proporcionados por los SMNs deberían
de una manera u otra mejorar. En general, piensan que las siguientes sugerencias podrían
ayudar a su mejoramiento y divulgación:
1. Distribución espacial
• Instalando un mayor número de estaciones para obtener una mejor cobertura y
certidumbre, especialmente en aquéllas áreas del mundo donde éstas son escasas,
y en sitios como bosques y granjas donde se necesita la información
climatológica.
2. Instrumentación
• Adquiriendo mejores instrumentos para garantizar una mayor precisión.
• Proporcionando un mantenimiento regular y adecuado.
• Introduciendo instrumentos útiles como los lisímetros de suelo que pueden medir
con precisión la evapotranspiración, así como también algunos otros para la
radiación solar y la calidad del aire.
59
• Realizando verificaciones y calibraciones periódicas con el fin de proporcionar
datos más precisos (especialmente para los instrumentos de radiación solar).
3. Mediciones
• Mejorando las técnicas de medición para obtener una mayor calidad de los datos.
• Registrando y notificando los datos sobre la calidad del aire, como por ejemplo:
las áreas urbanas con riesgo de desarrollar smog, y determinar los límites que
prohiban el tránsito de automóviles particulares en favor del transporte público o
de autos que usen combustibles con biodiesel ya que producen menos emisiones.
4. Distribución temporal
• Recolectando y guardando información de manera más constante (horaria, diaria,
decenal y mensual) que pudiera facilitar y mejorar las evaluaciones de la energía
de la biomasa.
• Consolidando la información anual, misma que debería ser proporcionada a todos
los usuarios.
5. Presentación de los datos y medios de acopio
• Teniendo una mejor disposición de información climatológica comprensible.
• Mejorando el acopio de información de manera electrónica para que sea más
accesible y útil.
• Mejorando los cálculos de la información climatológica (por ejemplo, la
evapotranspiración).
6. Divulgación de la información
• Proporcionando información climatológica regularmente a los usuarios y
manteniendo periódicamente boletines y pronósticos.
• Mayor acceso y formas más expeditas de distribuir la información climatológica.
• Pronta ayuda por teléfono.
• Información detallada a través de la TV y el radio, con una frecuencia no menor
de 4 veces al día.
• Poniendo información climatológica comprensiva en el Internet, para un mayor y
fácil acceso.
• Análisis estructurales por países disponibles por Internet.
• Un sitio de fácil acceso en el Internet que responda a preguntas específicas a
escala global.
7. Costos
• Proporcionando un acceso gratuito a la información climatológica para los
proyectos de energía e investigación.
• La información climatológica podría bajarse de forma gratuita del Internet.
8. Difusión
• Los SMNs deberían de dar a conocer a los usuarios el tipo de información
climatológica que pueden ofrecer, así como también los beneficios que los
usuarios podrían obtener con esta información.
60
9. Aplicaciones
• Se deberían de transferir a los SMNs un conjunto estándar de modelos de
simulación (por ejemplo, evapotranspiración, producción de biomasa) y a partir
de los cuales, los granjeros, los planificadores, los que toman las decisiones y los
científicos que utilizan la energía de la biomasa y que necesitan información
climatológica especialmente evaluada, podrían adquirir dicha información.
• Identificando las áreas de alto riesgo por incendio, y proporcionando la
información a través de la publicación de boletines a nivel más de predicción y
con relación a las fases de sembrado, manejo y explotación de las plantaciones.
• Para la aplicación energética de la biomasa se necesitan detalles sobre los tipos
de biomasa disponibles en varios países.
10. Políticas
• Incluyendo en la elaboración de los inventarios climatológicos nacionales los
requerimientos básicos de los proyectos de biomasa.
• Mayor participación por parte de los administradores de los SMNs en las
discusiones sobre políticas dendroenergéticas.
• Compartiendo la información con otros SMNs y con la OMM.
• Elevando los servicios climáticos, la divulgación de la información y la
capacidad de predicción de los países subdesarrollados a una calidad cercana a la
de los países más desarrollados.
• Promoviendo, en el ámbito de agencias gubernamentales, la integración
horizontal de los diferentes proyectos de energía de biomasa llevados a cabo por
las agencias gubernamentales, ya sea en el ámbito regional o nacional.
• Administrando la OMM al Clima Mundial a través de un programa con una
política regional de indicativos relativos al uso de la energía.
• Adquiriendo la OMM la autoridad de manejar el Clima Mundial para servir
mejor a las civilizaciones del mundo, en relación con las sequías, las
inundaciones, los huracanes, etc.
Conclusión
A partir de ciertos comentarios expresados por varios usuarios de información
climatológica para aplicaciones energéticas de biomasa, se puede concluir lo siguiente:
• Muchos usuarios ya se están beneficiando de la información climatológica y
meteorológica. Esta información les ayuda a efectuar sus actividades energéticas
de biomasa, y también les ha proporcionado fundamentos significativos en los
que se han basado importantes decisiones de ingeniería.
• Algunas otras personas, que no tenían conocimiento de los SMNs y de la
información climatológica proporcionada por éstos, se dieron cuenta con el
cuestionario que recibieron, que dicha información podría ser útil no solamente
para consideraciones de diseño, sino también para fines operativos.
La necesidad que hay de información climatológica para aplicaciones energéticas de
biomasa aumentará a medida que la biomasa gane reconocimiento como un recurso
energético valioso y que su uso se expanda. Por eso, la práctica mundial de ciertos procesos
61
energéticos de biomasa, va a requerir y a beneficiarse de una información meteorológica y
climatológica completamente científica.
Para concluir, es importante trabajar juntos y continuar no sólo enfocándonos a las
necesidades de los usuarios, sino también haciendo nuestro mejor esfuerzo para
satisfacerlas. Pues un uso creciente y más eficiente de la energía de la biomasa podría
resolver diferentes problemas, trayendo consigo significativos beneficios socioeconómicos
a muchos países y personas, así como también mejoras ambientales esenciales para algunos
otros que, en conjunto, podrían ayudar a hacer que nuestro mundo sea un mejor lugar para
vivir.
62
GLOSARIO
Astillas (“Chips”) - madera reducida a propósito en pequeñas piezas, proveniente de
madera en bruto, o de residuos que resultan ser adecuados para fines energéticos. Por lo
general son cortados con descantilladoras mecánicas (FAO).
Biocombustible - biocarburante - (“Biofuel”) - combustible usado para el transporte,
producido a partir de la biomasa, como el etanol, el metanol, el biodiesel y los aditivos de la
gasolina reformulada. Los biocombustibles son usados de manera pura o mezclados con
gasolina (NREL).
Biodiesel (“Biodiesdel”)- combustible elaborado a partir de los aceites de las plantas, que
puede sustituir al diesel o, bien, mezclarse con éste.
Bioenergía - ene rgía de biomasa - (“Bioenergy”) - material producido directa o
indirectamente por la fotosíntesis, y usado como materia prima en la producción de
combustibles y sustitutos de petroquímicos, y de otros productos energéticos intensivos.
Incluye también los desperdicios orgánicos forestales y agrícolas, y los desechos
municipales sólidos, así como los estudios sobre aspectos técnicos y económicos, y los
balances de gases de efecto de invernadero en los sistemas de bioenergía (FAO).
Biogeneración de calor y electricidad (“Biopower”) - se puede producir calor y
electricidad a partir de los procesos de combustión o gasificación. Incluye los de
encendido/gasificación con biomasa solamente, o los de co-encendido/co-gasificación que
combinan la biomasa y los combustibles fósiles.
Biomasa (“Biomass”) - todos los tipos de material que provienen directa o indirectamente
de reacciones fotosintéticas contemporáneas, como toda la materia vegetal y sus derivados:
combustibles forestales, carbón vegetal, papel, estiércol y una gran parte de los
desperdicios urbanos (FAO).
Briquetas (“Briquettes”) - material (aserrín, residuos de cultivos, restos de carbón vegetal)
compactado bajo presión (densificación) para mejorar las características de los materiales
para el transporte y su uso como fuente de energía. Al estar comprimidos y tener un bajo
contenido de agua, éstos tienen una mayor densidad energética que la leña común, y para su
almacenamiento necesitan un espacio menor. Se les llama también “carbón blanco”.
Carbón vegetal (“Charcoal”) - residuos sólidos derivados de la carbonización, la
destilación, la pirólisis y la torrefacción de la madera (de troncos y ramas de árboles) y de
subproductos de madera que usan hornos de carbonización de pozo, ladrillo y metal.
Incluye también las briquetas de carbón vegetal hechas de carbón de origen leñoso.
(CEERD/AIT).
Co-encendido (“Cofiring”) - la práctica de introducir a la biomasa como una fuente
complementaria de energía para los calentadores de agua de alta eficiencia que se
encienden con carbón mineral (u otros combustibles fósiles).
Cogeneración (“Cogeneration”) - basada en la producción simultánea de electricidad y
calor, de las cuales ambas son usadas (COGEN).
Combustibles biomásicos (“Biomass fuels”) - todos los combustibles orgánicos de origen
biológico usados con fines energéticos. Incluye toda la vegetación terrestre y acuática, sus
residuos, tales como la leña, las ramas delgadas, la hojarasca, las cáscaras; los cultivos y
sus residuos, como la paja de los cereales, las vainas de las semillas, el bagazo; los
productos pecuarios y sus residuos (por ejemplo: estiércol) (CEERD/AIT).
63
Combustibles forestales (“Woodfuels”) - incluye todos los tipos de biocombustibles que
proceden directa e indirectamente de los árboles y los matorrales que han crecido en
bosques y en áreas no boscosas. También incluye la biomasa procedente de las actividades
silvícolas (raleo, poda, etc.) y cosecha y tala (copas, raíces, ramas, etc.), así como también
los subproductos industriales que son usados como combustibles y que provienen de las
industrias forestales primarias y secundarias. También abarcan los combustibles forestales
que proceden de las plantaciones forestales energéticas (FAO). Los principales
componentes de los combustibles forestales son la leña, el carbón vegetal y los
combustibles derivados de la madera (por ejemplo: licor negro, metanol, etanol)
(CEERD/AIT).
Deforestación (países desarrollados) (“Deforestation”) - alteración de los bosques con
una reducción a menos del 20% de la cobertura de las copas de los árboles (FAO).
Deforestación (países subdesarrollados) (“Deforestation”) - alteración de los bosques con
una reducción a menos del 10% de la cobertura de las copas de los árboles (FAO).
Dendroenergía (“Dendroenergy”) - término comúnmente usado en América Latina para
referirse a la energía forestal (FAO).
Desarrollo sostenible (“Sustainable development”) - desarrollo que satisface las
necesidades del presente sin comprometer la habilidad de las futuras generaciones para
satisfacer sus propias necesidades (CNUMAD).
Desechos de madera (“Wood wastes”) - aserrín y poda de árboles, desperdicios de papel y
recortes de los patios.
Desechos municipales sólidos (“Municipal solid waste” -MSW) - desperdicios
recolectados en los predios caseros y urbanos, que son retirados estatutariamente por las
autoridades locales.
Eficiencia (“Efficiency”) - la conversión de una forma de energía a otra solamente es
posible con pérdidas. De manera que la eficiencia del proceso indica el porcentaje de
energía útil que permanece después de la conversión.
Energía de biomasa - bioenergía - (“Biomass energy”) - energía derivada de la
combustión de los combustibles biomásicos (CEERD/AIT).
Energía forestal (“Wood energy”) - energía que proviene de los combustibles forestales
(CEERD/AIT).
Energía forestal - dendroenergía (“Forest energy”) - incluye todos los combustibles
(sólidos, líquidos, y gaseosos) provenientes de bosques y árboles para ser usados como
combustibles primarios o secundarios (por ejemplo: carbón vegetal), en la generación de
energía térmica, eléctrica y/o mecánica. La FAO considera que la terminología usada
actualmente como “leña”, no representa toda la variedad de los combustibles que puede
provenir de la biomasa forestal (FAO).
Forestación/re -forestación (“Afforestation/reafforestation”) - establecimiento de una área
cultivada con árboles, la cual ha estado siempre o por mucho tiempo ausente. Cuando éste
fracasa y vuelve a repetirse, se le llama re-forestación (FAO).
Fuentes de combustibles forestales (“Woodfuel sources”) - de acuerdo a su origen los
combustibles forestales se pueden dividir en tres grupos: combustibles forestales directos,
que consisten de madera directamente removida de los bosques o de otras tierras forestales;
combustibles forestales indirectos, consistentes en subproductos industriales derivados de
las industrias madereras primarias (aserraderos, fábricas de pulpa y papel, conglomerados)
y secundarias (ebanisterías, carpinterías), tales como productos defectuosos de los
aserraderos, aserrín, virutas y astillas, corteza, licor negro; y combustibles forestales
64
recuperados, biomasa leñosa procedente de todas las actividades económicas y sociales
fuera del sector forestal (FAO).
Generación eléctrica a partir de la biomasa (“Biomass power”) - cuando los materiales
biomásicos son usados en plantas de energía para generar electricidad.
Leña (“Fuelwood”, “firewood”) - madera en bruto, proveniente de bosques así como
también de áreas no boscosas, y que es usada únicamente para fines energéticos. La leña
incluye varas, ramas, astillas de madera, pellets y polvo que proceden de bosques naturales
o de otro tipo, o aún, de áreas no boscosas (por ejemplo: jardines particulares), de residuos
industriales de madera y madera recuperada (CEERD/AIT)
Leños combustibles (“Burnable logs”)- biodesechos compactados (aserrín, cascarilla de
arroz, estopa de cáñamo, huesos de aceituna, paja, polvo de carbón vegetal y cáscaras de
nuez) en pequeños leños inflamables (11 cm de diámetro) que son ideales para ser
quemados (FAO).
Licor negro (“Black liquor”) - exhausta solución alcalina proveniente de los digestores en
la elaboración de pulpa de sulfato o sosa durante la producción de papel. El contenido
energético proviene de la lignina removida de la pulpa de madera (WETT/FAO).
Madera recuperada (“Recovered wood”) - se refiere a los residuos de actividades en
procesos madereros, como la explotación forestal, los aserraderos y la fabricación de
muebles.
Pellets (“Pellets”) - combustibles provenientes de la auto-aglomeración de material leñoso
resultado de la aplicación combinada de calor y alta presión en una máquina de expulsión.
Estos tienen hasta un 96% de eficiencia de energía calorífica comparada con el 50-55% de
un quemador de leña y el 15-20% de un fuego abierto (FAO).
Plantaciones (“Plantations”) - bosques comerciales que han sido establecidos
artificialmente para producir un cultivo forestal. Se encuentran tanto en tierras que
previamente no tenían bosques por más de 50 años (forestación) o en tierras que han tenido
bosques en los últimos 50 años y donde los cultivos originales han sido reemplazados por
otros diferentes (reforestación) (IPCC).
Reforestación (“Reforestation”) - plantación de bosques en tierras que históricamente
tuvieron bosques pero que han sido convertidos para algunos otros usos (IPCC).
Tipos de combustibles forestales (“Woodfuel types”) - de acuerdo a la conveniencia, los
combustibles forestales pueden presentarse en cuatro tipos de productos: leña, carbón
vegetal, licor negro y otros (etanol, metanol, gas combustible) (FAO).
65
ABREVIACIONES USADAS
ABA - Asociación Americana de Bioenergía
BMFT - Ministerio Federal de Investigación y Tecnología (Alemania)
BMWA - Ministerio Federal de Asuntos Económicos (Austria)
BTU – British Thermal Unit
CEERD/AIT - Centro de Investigaciones y Desarrollo del Medio Ambiente y de la Energía
en el Instituto Asiático de Definiciones
CNUMAD - Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y Desarrollo
DOE - Departamento de Energía (EE.UU.)
EREN - Energy Efficiency and Renewable Energy Network (DOE)
FAO - Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación
FEF – Foro de Energía Forestal
GLP - Gas licuado de petróleo
HEDON - Household Energy Donor Organisational Network
IEA – Agencia Internacional de Energía
IPCC – Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático
MW - megawatt
NASA – Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (EE.UU.)
NOAA – Administración Nacional del Océano y de la Atmósfera (EE.UU.)
NREL – Laboratorio Nacional de Energía Renovable (DOE)
OCDE - Organización de Cooperación y Desarrollo Económico
OMM - Organización Meteorológica Mundial
OMS - Organización Mundial de la Salud
ORNL – Laboratorio Nacional de Oak Ridge (DOE)
PNUD – Programa de la Naciones Unidas para el Desarrollo
RWEDP – Programa Regional de Desarrollo de la Energía Forestal (FAO)
TW - terawatt
UCSUSA - Union of Concerned Scientist of United States
UNEP – PNUMA - United Nations Environment Programme – Programa de las Naciones
Unidas para el Medio Ambiente
WEC – Consejo Mundial de Energía
WETT - Wood Energy Today for Tomorrow
66
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73
ANEXO 1
CUESTIONARIO RELATIVO A LA INFORMACION CLIMATOLOGICA REQUERIDA
PARA EL APROVECHAMIENTO ENERGETICO DE LA BIOMASA
Hoja 1
I. ¿Qué tipo de actividades relacionadas con el uso de la biomasa desarrollan?
A) Combustión directa (leña y carbón):
Sí____ No ____
B) Producción de biomasa (plantaciones):
Sí ____ No ____
C) Digestión anaeróbica (biogas):
Sí ____ No ____
D) Fermentación de biomasa (alcohol)
Sí ____ No ____
E) Gasificación de biomasa ( leña, carbón)
Sí ____ No ____
F) Otros: __________________________________________________
II. Según el tipo de actividad que realizan, ¿cuáles son los parámetros climatológicos
que utilizan en las siguientes fases: planeación, diseño y operación de las diferentes
tecnologías de biomasa? (Favor de llenar una tabla por cada actividad que desarrolla).
1. Actividad: _______________________
De acuerdo a la prioridad y periodicidad de la información requerida, favor de escribir:
• una letra: N (necesaria), R (recomendada) o D (deseada);
• diario, mensual, …?.
Y marcar o realizar cualquier anotación cuando considere usted conveniente.
Parámetros
Planeación
Diseño
Operación
1. Temperatura del aire
a) media
b) máxima
c) mínima
2. Presión atmosférica
3. Humedad relativa
a) media
b) valores extremos
4. Viento (intensidad, dirección?)
a) medio
b) dominante
c) rachas máximas
5. Precipitación (lluvia, granizo?)
a) media
b) máxima
6. Radiación solar
a) Global
b) Distribución espectral
7. Nubosidad
8. Insolación (duración de luz)
9. Temperatura del suelo
10. Humedad del suelo
11. Otros: (rocío, evaporación?)
74
Hoja 2
2. Actividad: _____________________________
De acuerdo a la prioridad y periodicidad de la información requerida, favor de escribir:
• una letra: N (necesaria), R (recomendada) o D (deseada);
• diario, mensual, …?.
Y marcar o realizar cualquier anotación cuando considere usted conveniente.
Parámetros
1. Temperatura del aire
a) media
b) máxima
c) mínima
2. Presión atmosférica
3. Humedad relativa
a) media
b) valores extremos
4. Viento (intensidad, dirección?)
a) medio
b) dominante
c) rachas máximas
5. Precipitación (lluvia, granizo?)
a) media
b) máxima
6. Radiación solar
a) Global
b) Distribución espectral
7. Nubosidad
8. Insolación (duración de luz)
9. Temperatura del suelo
10. Humedad del suelo
11. Otros: (rocío, evaporación?)
Planeación
Diseño
Operación
75
Hoja 3
III. Características de la información climatológica de los Servicios Meteorológicos
Nacionales.
1. ¿Encuentra usted que la información climatológica disponible en los Servicios
Meteorológicos Nacionales está suficientemente adaptada a sus problemas de aplicación?
Calidad de la Información
a) Claridad de la información
b) Exactitud de la información
c) Oportunidad
d) Frecuencia
e) Terminología utilizada
Buena
Razonable
2. ¿Considera que se deberían de mejorar estos servicios?
Sí
Insuficiente
No
3. ¿Cómo cree usted que se podrían mejorar estos servicios?
4. ¿Cómo considera usted que los Servicios Meteorológicos Nacionales puedan ayudar en
el desarrollo y la divulgación de la información climatológica para su aplicación en el
aprovechamiento de la biomasa como fuente de energía?
III. ¿Qué otros servicios de información climatológica utiliza?
Tipo de servicio
1.
2.
3.
¿Satisface sus necesidades?
Sí
No
Sí
No
Sí
No