Energía de biomasa: beneficios, desafíos y potencial futuro

En producción energética, la biomasa es una forma común de generar electricidad usando residuos animales, pellets de madera, etc. Aunque hay factores ambientales, se considera fuente renovable. El debate continúa sobre si es la energía más verde comparada con otras.

A lo largo de los años, la biomasa ha demostrado ser beneficiosa y una alternativa con potencial para ser fiable y constante. En el Reino Unido, más del 45% de energía renovable consumida proviene de biomasa (~12% del total), siendo el segundo mayor contribuyente tras la eólica. Conocerás definición, aplicaciones, tipos, funcionamiento, efecto ambiental, ventajas, desventajas, conversión a energía y generación eléctrica.

¿Qué es la energía de biomasa?

Biomasa significa "materia orgánica": cualquier cosa viva o que lo fue (residuos animales, cultivos, jardín). La energía renovable de biomasa es la potencia obtenida usando materia de biomasa. La biomasa obtiene y almacena energía del sol: las plantas absorben energía solar en fotosíntesis. La energía química en plantas pasa a animales y personas que las comen.

Material vegetal y animal puede ser caña de azúcar, maíz, astillas de madera, estiércol. Estos materiales se llaman materias primas (feedstocks) cuando se usan como biomasa.

Según UE y ONU, la biomasa es renovable porque puede renovarse plantando más árboles y plantas. Sin embargo, podría no ser tan verde como se espera: quemar biomasa crea una deuda de carbono que podría tardar hasta 104 años en reabsorberse. Pero sigue considerándose renovable porque:

• Residuos de bosques, aserraderos, madera de desecho nunca dejarán de existir.
• Los bosques se gestionan adecuadamente por sus beneficios.

Fuentes de biomasa para energía:

• Madera y residuos de procesamiento: leña, pellets, astillas, aserrín y desechos de muebles, licor negro de papeleras.
• Cultivos y residuos agrícolas: maíz, soja, caña de azúcar, pasto switchgrass, plantas leñosas, algas, residuos de procesamiento de cultivos y alimentos.
• Materiales biogénicos en residuos sólidos urbanos: papel, algodón, lana, alimentos, residuos de jardín y madera.
• Estiércol animal y aguas residuales humanas.

Aplicaciones de la energía de biomasa

Las aplicaciones son vastas, pero las materias primas pueden crear 3 tipos de energía: calor, electricidad y biocombustibles (biodiésel). La mayoría de plantas de biomasa son multitarea: calor y electricidad (plantas CHP - Cogeneración). Crean calor quemando materias primas como se hace desde hace milenios.

Aplicaciones varían desde estufas pequeñas en hogares hasta grandes plantas para servicios centrales de electricidad. En residencial: cocción y calefacción. Madera es el combustible más común, aunque otros materiales pueden usarse. Estufas de nuevos diseños mejoran eficiencia, reduciendo combustible necesario.

En industria y negocios: calefacción de espacios, agua caliente, generación eléctrica. Muchas instalaciones industriales (aserraderos) producen residuos orgánicos naturalmente.

En 2020, la biomasa aportó ~4.532 billones de BTU (~4,5 cuatrillones BTU), ~4,9% del consumo primario de EE. UU. ~2.101 TBTU de madera y derivados, ~2.000 TBTU de biocombustibles (principalmente etanol), ~430 TBTU de biomasa en residuos urbanos.

Tipos de recursos de energía de biomasa

Madera y residuos de madera

Forma más común. Usada milenios para calefacción y cocción. Sigue siendo fuente importante: ~84% de combustible de madera y residuos en EE. UU. consumido por industria, comercio, productores eléctricos. El resto, principalmente madera, en hogares para calefacción y cocción.

Residuos comunes: corteza, aserrín, astillas, desperdicios de madera. Aportan ~2% de energía actual. Muchas industrias de madera y papel usan residuos para producir su propio vapor y electricidad: ahorran dinero, evitan disposición de residuos y compran menos electricidad.

Residuos sólidos urbanos, gas de vertedero y biogás

Residuos sólidos urbanos (RSU): basura (restos de comida, recortes de césped, hojas). Fuente de energía quemando RSU en plantas de valorización energética o capturando biomasa. En el primero, la basura se quema para producir vapor para calefacción o electricidad.

En vertederos, la biomasa se pudre y libera metano (biogás o gas de vertedero). La mayoría tienen sistemas de captura de metano como combustible. Algunos ganaderos obtienen biogás de "digestores" donde ponen estiércol de sus establos.

Biocombustible

Dos comunes: etanol y biodiésel. Hechos de materiales de biomasa, usualmente mezclados con petróleo (gasolina, diésel). Pueden usarse solos. Usar etanol o biodiésel reduce quema de combustibles fósiles. Suelen ser más caros pero queman más limpio, menos contaminantes atmosféricos.

Etanol: alcohol de azúcar en granos (maíz, sorgo, trigo), cáscaras de papa, arroz, caña de azúcar, remolacha, recortes de jardín. Investigación para abaratar etanol usando toda la planta/árbol. Biodiésel: aceite vegetal, grasas, aceites reciclados de restaurantes. Usado en motores diésel sin cambios. Renovable, seguro, biodegradable, reduce emisiones de la mayoría de contaminantes.

Efecto ambiental de la biomasa

La biomasa puede contaminar el aire al quemarse, aunque menos que combustibles fósiles. No produce contaminantes como azufre, pero libera CO₂ (gas de efecto invernadero). Sin embargo, al cultivar cultivos de biomasa, se captura una cantidad casi equivalente de CO₂ mediante fotosíntesis. Distintos tipos de biomasa impactan el ambiente de forma diferente. Ejemplo: humo de madera contiene monóxido de carbono y partículas; muchas áreas prohíben chimeneas/estufas de leña en días de alta contaminación. Capturar y usar gas de vertedero y biogás reduce metano liberado al aire. El metano es gas de efecto invernadero asociado al cambio climático.

Cómo se convierte la biomasa en energía

Conversión mediante varios procesos:

• Combustión directa (quema) para producir calor.
• Conversión termoquímica para producir combustibles sólidos, gaseosos, líquidos.
• Conversión química para producir combustibles líquidos.
• Conversión biológica para producir combustibles líquidos y gaseosos.

Combustión directa es la forma más común. Biomasa quemada directamente para calefacción de edificios/agua, procesos industriales, generación eléctrica en turbinas de vapor. En conversión química (transesterificación), aceites vegetales, grasas animales, se convierten en ésteres metílicos de ácidos grasos para producir biodiésel.

Conversión biológica: fermentación para etanol, digestión anaeróbica para gas natural renovable (biogás o biometano).

Al quemar biomasa, libera energía como calor para generar vapor. Energía del vapor dirigida por tuberías a turbinas. Vapor sube para mover turbinas que producen electricidad o calor para hogares e industrias.

Mira el video sobre conversión de biomasa en energía:

Ventajas y desventajas de los recursos de energía de biomasa

Ventajas:

• Fuente de energía limpia.
• Buena para la naturaleza y los negocios.
• Emite CO₂ y lo recaptura para su propio crecimiento.
• Minimiza llenado de vertederos.
• Residuos dañinos convertidos en energía útil.
• Emisiones no dañinas.
• Totalmente natural, sin efectos secundarios.
• Ciclo de vida completo.
• Recursos renovables.
• Reduce dependencia de combustibles fósiles.
• Pueden desarrollar productos diversos.

Desventajas:

• Biodiésel (etanol) comparativamente ineficiente vs. combustible fósil.
• A veces mezclados con fósiles para mejor rendimiento.
• Combustión requiere mucho espacio.
• Gases como metano emitidos al quemar biomasa.
• Puede causar degradación ambiental.
• Puede ser dañino para la naturaleza.

Conclusión

Según UE y ONU, la biomasa es renovable porque puede renovarse plantando más árboles y plantas. La energía renovable de biomasa es la potencia obtenida usando materia de biomasa. Las materias primas pueden crear 3 tipos de energía: calor, electricidad, biocombustibles (biodiésel). Se cubrieron definición, aplicaciones, tipos, funcionamiento, ventajas, desventajas, conversión y generación eléctrica. ¡Espero que lo hayas aprovechado! Compártelo con otros estudiantes. ¡Gracias por leer, nos vemos la próxima vez!