Calor de combustión de la biomasa
La biomasa es un material de origen vegetal que se utiliza como combustible para producir calor o electricidad. Algunos ejemplos son la madera y los residuos de la madera, los cultivos energéticos, los residuos agrícolas y los desechos de la industria, las granjas y los hogares[1] Dado que la biomasa puede utilizarse directamente como combustible (por ejemplo, los troncos de madera), algunas personas utilizan las palabras biomasa y biocombustible indistintamente. Otros subsumen un término bajo el otro.[a] Las autoridades gubernamentales de Estados Unidos y la UE definen el biocombustible como un combustible líquido o gaseoso, utilizado para el transporte.[b][c] El Centro Común de Investigación de la Unión Europea utiliza el concepto de biocombustible sólido y lo define como materia orgánica cruda o procesada de origen biológico utilizada para la energía, por ejemplo, leña, astillas de madera y pellets de madera.[d]
En 2019, se produjeron 57 EJ (exajulios) de energía a partir de la biomasa, en comparación con 190 EJ de petróleo crudo, 168 EJ de carbón, 144 EJ de gas natural, 30 EJ de energía nuclear, 15 EJ de energía hidráulica y 13 EJ de energía eólica, solar y geotérmica combinadas. [2][e] Aproximadamente el 86% de la bioenergía moderna se utiliza para aplicaciones de calefacción, el 9% para el transporte y el 5% para la electricidad[f] La mayor parte de la bioenergía mundial se produce a partir de recursos forestales[g] Las centrales eléctricas que utilizan biomasa como combustible pueden producir una potencia estable, a diferencia de la energía intermitente producida por los parques solares o eólicos[h].
¿Es la biomasa renovable?
La investigación, el desarrollo y la aplicación de la energía de la biomasa y los productos sustitutivos del petróleo son formas eficaces de garantizar el suministro de energía, reducir la dependencia de la energía fósil y resolver los problemas energéticos del futuro. En la actualidad, con el continuo consumo de recursos fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural, el desarrollo y la utilización de la energía de la biomasa han atraído cada vez más atención. La biomasa es una sustancia orgánica formada por la fotosíntesis de las plantas verdes, directa o indirectamente. Incluye plantas, animales y microorganismos distintos de los combustibles fósiles y sus excreciones y metabolitos. La energía de la biomasa se refiere a una energía almacenada en forma de energía química por la energía solar. La planta es fotosintética, y la energía formada por medios directos o indirectos es la biomasa.
Con la continua investigación sobre la energía de la biomasa y los productos sustitutivos del petróleo y el desarrollo y la aplicación de las tecnologías relacionadas en el país y en el extranjero, ahora se han cumplido las condiciones para la producción industrial a gran escala. Los expertos y estudiosos pertinentes consideran que la energía de la biomasa, como alternativa al petróleo, espera convertirse en los futuros sustitutos del petróleo y en las nuevas fuentes de energía de China, lo que no sólo supondrá una amenaza para la seguridad alimentaria del país, sino también para la producción de alimentos de China. Para promover, también promoverá en gran medida el desarrollo seguro, estable y rápido de la industria energética de China.
Ventajas de la biomasa
La composición química de la biomasa vegetal varía según las especies. Sin embargo, en términos generales, las plantas están compuestas aproximadamente por un 25% de lignina y un 75% de carbohidratos o azúcares. La fracción de hidratos de carbono está formada por muchas moléculas de azúcar unidas en largas cadenas o polímeros. Se distinguen dos categorías: la celulosa y la hemicelulosa. La fracción de lignina está formada por moléculas de tipo no azucarado que actúan como un pegamento que mantiene unidas las fibras de celulosa.
El poder calorífico de un combustible suele expresarse como poder calorífico superior (HHV) y/o poder calorífico inferior (LHV). La diferencia se debe al calor de evaporación del agua formada a partir del hidrógeno del material y de la humedad. Hay que tener en cuenta que la diferencia entre los dos valores caloríficos depende de la composición química del combustible. El VCH corresponde a la máxima energía potencial liberada durante la oxidación completa de una unidad de combustible. Incluye la energía térmica recapturada al condensar y enfriar todos los productos de la combustión. El VHL se creó a finales del siglo XIX cuando se hizo evidente que la condensación del vapor de agua o del óxido de azufre en las chimeneas provocaba la corrosión y la destrucción de los sistemas de escape. Como era técnicamente imposible condensar los gases de combustión del carbón rico en azufre, se consideró que el calor por debajo de los 150°C no tenía ninguna utilidad práctica y, por tanto, se excluyó de las consideraciones energéticas. La propiedad más importante de las materias primas de biomasa con respecto a la combustión -y a los demás procesos termoquímicos- es el contenido de humedad, que influye en el contenido energético del combustible. La figura siguiente muestra la evolución del valor calorífico inferior (VCI, en MJ/kg) de la madera en función del contenido de humedad.
Recursos de biomasa
La biomasa es materia orgánica renovable que proviene de plantas y animales. La biomasa fue la mayor fuente de consumo energético anual de Estados Unidos hasta mediados del siglo XIX. La biomasa sigue siendo un combustible importante en muchos países, especialmente para cocinar y calentar en los países en desarrollo. El uso de combustibles de biomasa para el transporte y la generación de electricidad está aumentando en muchos países desarrollados como medio para evitar las emisiones de dióxido de carbono derivadas del uso de combustibles fósiles. En 2020, la biomasa proporcionó casi 5 cuatrillones de unidades térmicas británicas (Btu) y alrededor del 5% del uso total de energía primaria en Estados Unidos.
La biomasa contiene energía química almacenada procedente del sol. Las plantas producen biomasa mediante la fotosíntesis. La biomasa puede quemarse directamente para obtener calor o convertirse en combustibles líquidos y gaseosos renovables mediante diversos procesos.
La combustión directa es el método más común para convertir la biomasa en energía útil. Toda la biomasa puede quemarse directamente para calentar edificios y agua, para el calor de procesos industriales y para generar electricidad en turbinas de vapor.