Los sistemas de calefacción de biomasa generan calor a partir de la biomasa .
Los sistemas se clasifican en las categorías de:
- combustión directa ,
- gasificación ,
- calor y energía combinados (CHP),
- digestión anaeróbica ,
- digestión aeróbica .
Beneficios de la calefacción con biomasa
El uso de biomasa en sistemas de calefacción es beneficioso porque utiliza residuos y desechos agrícolas, forestales, urbanos e industriales para producir calor y / o electricidad con menos efecto sobre el medio ambiente que los combustibles fósiles. [1] Este tipo de producción de energía tiene un efecto limitado a largo plazo sobre el medio ambiente porque el carbono en la biomasa es parte del ciclo natural del carbono ; mientras que el carbono de los combustibles fósiles no lo es, y añade carbono de forma permanente al medio ambiente cuando se quema como combustible ( huella de carbono ). [2] Históricamente, antes del uso de combustibles fósiles en cantidades significativas, la biomasa en forma de leña proporcionaba la mayor parte del calentamiento de la humanidad. Una fuente potencial de calentamiento de biomasa que es objeto de investigación es la hidrólisis y monomerización de celulosa como fuente de calor que da como resultado una baja producción de gases de efecto invernadero. [3]
Salud forestal
Debido a que la biomasa forestal se deriva típicamente de madera que tiene un valor comercial más bajo, la biomasa forestal generalmente se cosecha como un subproducto de otras operaciones de extracción de madera. La calefacción de biomasa proporciona mercados para la madera de menor valor, lo que permite una gestión forestal saludable y rentable. En Nueva Inglaterra a partir de 2017, una de las mayores amenazas para la salud de los bosques es la conversión de bosques a agricultura y desarrollo. Los científicos de Harvard Forest informaron en 2017 que se estaban perdiendo 65 acres de bosque por día por conversión. Al proporcionar mercados para la madera de baja calidad, se mejora el valor de los bosques, lo que hace menos probable la conversión a la vivienda o la agricultura. [4]
Inconvenientes del calentamiento con biomasa
A gran escala, el uso de biomasa agrícola elimina las tierras agrícolas de la producción de alimentos , reduce la capacidad de secuestro de carbono de los bosques que no se gestionan de manera sostenible y extrae nutrientes del suelo. La combustión de biomasa crea contaminantes del aire y agrega cantidades significativas de carbono a la atmósfera que puede que no regrese al suelo durante muchas décadas. [5] El tiempo que transcurre entre el momento en que se quema la biomasa y el momento en que se extrae el carbono de la atmósfera cuando una planta o un árbol crece para reemplazarlo se conoce como deuda de carbono. El concepto de deuda de carbono está sujeto a debate. Los impactos reales del carbono pueden estar sujetos a la filosofía, escala de cosecha, tipo de tierra, tipo de biomasa (pasto, maíz, madera nueva, madera residual, algas, por ejemplo), tipo de suelo y otros factores. [6]
El uso de biomasa como combustible produce contaminación del aire en forma de monóxido de carbono , NOx (óxidos de nitrógeno), COV ( compuestos orgánicos volátiles ), partículas y otros contaminantes, en algunos casos a niveles superiores a los de fuentes tradicionales de combustible como el carbón o el gas natural. . [7] [8] El carbono negro , un contaminante creado por la combustión incompleta de combustibles fósiles, biocombustibles y biomasa, es posiblemente el segundo mayor contribuyente al calentamiento global. [9] En 2009, un estudio sueco de la neblina marrón gigante que cubre periódicamente grandes áreas en el sur de Asia determinó que se había producido principalmente por la quema de biomasa y, en menor medida, por la quema de combustibles fósiles. [10] Los investigadores midieron una concentración significativa de 14 C , que se asocia con la vida vegetal reciente más que con los combustibles fósiles. [11] Los aparatos modernos de combustión de biomasa reducen drásticamente las emisiones nocivas con tecnología avanzada, como los sistemas de recorte de oxígeno. [12]
En la combustión, el carbono de la biomasa se libera a la atmósfera en forma de dióxido de carbono (CO 2 ) . La cantidad de carbono almacenado en la madera seca es aproximadamente del 50% en peso. [13] Cuando proviene de fuentes agrícolas, la materia vegetal utilizada como combustible se puede reemplazar plantando para un nuevo crecimiento. Cuando la biomasa proviene de los bosques, el tiempo para recuperar el carbono almacenado es generalmente más largo y la capacidad de almacenamiento de carbono del bosque puede reducirse en general si se emplean técnicas forestales destructivas. [14] [15] [16] [17]
La propuesta de biomasa forestal es carbono neutral presentada a principios de la década de 1990 ha sido reemplazada por una ciencia más reciente que reconoce que los bosques maduros e intactos secuestran carbono de manera más efectiva que las áreas cortadas. Cuando el carbono de un árbol se libera a la atmósfera en un solo pulso, contribuye al cambio climático mucho más que la madera de los bosques que se pudre lentamente durante décadas. [18] Algunos estudios indican que "incluso después de 50 años, el bosque no se ha recuperado hasta su almacenamiento inicial de carbono" y "es probable que la estrategia óptima sea la protección del bosque en pie". [19] Otros estudios muestran que el almacenamiento de carbono depende del bosque y del uso de la biomasa recolectada. Los bosques a menudo se gestionan para árboles de varias edades con cosechas más frecuentes y más pequeñas de árboles maduros. Estos bosques interactúan con el carbono de manera diferente a los bosques maduros que están talados. Además, cuanto más eficiente sea la conversión de madera en energía, menos madera se utilizará y más corto será el ciclo del carbono. [20]
Calefacción de biomasa en nuestro mundo
El precio del petróleo aumenta desde 2003 y los consiguientes aumentos del precio del gas natural y el carbón han aumentado el valor de la biomasa para la generación de calor. Las representaciones forestales, los desechos agrícolas y los cultivos cultivados específicamente para la producción de energía se vuelven competitivos a medida que aumentan los precios de los combustibles fósiles densos en energía . Los esfuerzos para desarrollar este potencial pueden tener el efecto de regenerar tierras de cultivo mal administradas y ser un engranaje en la rueda de una industria de energía renovable descentralizada y multidimensional . Los esfuerzos para promover y hacer avanzar estos métodos se hicieron comunes en toda la Unión Europea durante la década de 2000. En otras áreas del mundo, los medios ineficientes y contaminantes para generar calor a partir de la biomasa, junto con las malas prácticas forestales, se han sumado significativamente a la degradación ambiental .
Tanques intermedios
Los depósitos de inercia almacenan el agua caliente que genera el aparato de biomasa y la hacen circular por el sistema de calefacción. [21] A veces denominados "depósitos térmicos", son cruciales para el funcionamiento eficiente de todas las calderas de biomasa donde la carga del sistema fluctúa rápidamente o el volumen de agua en el sistema hidráulico completo es relativamente pequeño. El uso de un recipiente intermedio de tamaño adecuado evita los ciclos rápidos de la caldera cuando la carga está por debajo de la salida mínima de la caldera. El ciclo rápido de la caldera provoca un gran aumento de emisiones nocivas como monóxido de carbono , polvo y NOx , reduce en gran medida la eficiencia de la caldera y aumenta el consumo eléctrico de la unidad. Además, los requisitos de servicio y mantenimiento se incrementarán a medida que las piezas se vean afectadas por los ciclos rápidos de calentamiento y enfriamiento. Aunque la mayoría de las calderas afirman poder reducir hasta el 30% de la potencia nominal, en el mundo real a menudo esto no se puede lograr debido a las diferencias entre el combustible y el combustible "ideal" o de prueba. Por lo tanto, se debe considerar un tanque intermedio de tamaño adecuado cuando la carga de la caldera descienda por debajo del 50% de la potencia nominal; en otras palabras, a menos que el componente de biomasa sea puramente carga base, el sistema debe incluir un tanque intermedio. En cualquier caso en el que el sistema secundario no contenga suficiente agua para la eliminación segura del calor residual de la caldera de biomasa independientemente de las condiciones de carga, el sistema debe incluir un tanque de compensación de tamaño adecuado. El calor residual de una unidad de biomasa varía mucho según el diseño de la caldera y la masa térmica de la cámara de combustión. Las calderas ligeras y de respuesta rápida requieren solo 10L / kW, mientras que las unidades industriales de madera húmeda con una masa térmica muy alta requieren 40L / kW. [22]
Tipos de sistemas de calefacción de biomasa
El uso de biomasa en sistemas de calefacción tiene un uso en muchos tipos diferentes de edificios, y todos tienen usos diferentes. Hay cuatro tipos principales de sistemas de calefacción que utilizan biomasa para calentar una caldera. Los tipos son completamente automatizados, semiautomatizados, de pellets y combinados de calor y energía.
Completamente automatizado
En los sistemas totalmente automatizados, la madera de desecho astillada o triturada se lleva al sitio en camiones de reparto y se deposita en un tanque de almacenamiento. Luego, un sistema de transportadores transporta la madera desde el tanque de almacenamiento hasta la caldera a una cierta velocidad administrada. Esta tasa es administrada por controles de computadora y un láser que mide la carga de combustible que está trayendo el transportador. El sistema se enciende y apaga automáticamente para mantener la presión y la temperatura dentro de la caldera. Los sistemas totalmente automatizados ofrecen una gran facilidad en su operación porque solo requieren que el operador del sistema controle la computadora, y no el transporte de madera, mientras que ofrecen soluciones integrales y rentables para desafíos industriales complejos. [23] [24]
Semiautomático o "contenedor de compensación"
Los sistemas semiautomáticos o "Surge Bin" son muy similares a los sistemas totalmente automatizados, excepto que requieren más mano de obra para mantenerse operativos. Tienen tanques de retención más pequeños y sistemas de transporte mucho más simples que requerirán personal para mantener el funcionamiento del sistema. El razonamiento de los cambios del sistema totalmente automatizado es la eficiencia del sistema. El calor creado por la cámara de combustión se puede usar para calentar directamente el aire o se puede usar para calentar agua en un sistema de caldera que actúa como el medio por el cual se entrega el calor. [25] Las calderas alimentadas con leña son más eficientes cuando funcionan a su máxima capacidad, y el calor requerido la mayoría de los días del año no será el pico de calor requerido para el año. Teniendo en cuenta que el sistema solo necesitará funcionar a alta capacidad unos días al año, está hecho para cumplir con los requisitos durante la mayor parte del año para mantener su alta eficiencia. [24]
De pellets
El tercer tipo principal de sistemas de calefacción de biomasa son los sistemas de pellets . Los pellets son una forma procesada de madera, lo que los encarece. Aunque son más caras, están mucho más condensadas y uniformes y, por tanto, son más eficientes. Además, es relativamente fácil alimentar automáticamente los pellets a las calderas. En estos sistemas, los pellets se almacenan en un silo de almacenamiento tipo grano y se utiliza la gravedad para trasladarlos a la caldera. Los requisitos de almacenamiento son mucho menores para los sistemas de pellets debido a su naturaleza condensada, lo que también ayuda a reducir los costos. Estos sistemas se utilizan para una amplia variedad de instalaciones, pero son más eficientes y rentables para lugares donde el espacio para los sistemas de almacenamiento y transporte es limitado, y donde los pellets se fabrican bastante cerca de la instalación. [24]
Sistemas de pellets agrícolas
Una subcategoría de sistemas de pellets son las calderas o quemadores capaces de quemar pellets con mayor índice de cenizas (pellets de papel, pellets de heno, pellets de paja ). Uno de este tipo es el quemador de pellets PETROJET con cámara de combustión cilíndrica giratoria. [26] En términos de eficiencia, las calderas de pellets avanzadas pueden superar otras formas de biomasa debido a las características más estables del combustible. Las calderas de pellets avanzadas pueden incluso funcionar en modo de condensación y enfriar los gases de combustión a 30-40 ° C, en lugar de 120 ° C antes de enviarlos a la chimenea. [27]
Calor y potencia combinados
Los sistemas combinados de calor y energía son sistemas muy útiles en los que los desechos de madera, como las astillas de madera , se utilizan para generar energía y el calor se crea como un subproducto del sistema de generación de energía. Tienen un costo muy alto debido a la operación de alta presión. Debido a esta operación de alta presión, la necesidad de un operador altamente capacitado es obligatoria y aumentará el costo de operación. Otro inconveniente es que, si bien producen electricidad, producirán calor, y si no es deseable producir calor durante ciertas partes del año, es necesaria la adición de una torre de enfriamiento y también aumentará el costo.
Hay ciertas situaciones en las que la CHP es una buena opción. Los fabricantes de productos de madera utilizarían un sistema combinado de calor y energía porque tienen una gran cantidad de madera de desecho y necesitan tanto calor como energía. Otros lugares donde estos sistemas serían óptimos son los hospitales y las cárceles, que necesitan energía y calor para el agua caliente. Estos sistemas están dimensionados para producir suficiente calor para igualar la carga de calor promedio, de modo que no se necesita calor adicional y no se necesita una torre de enfriamiento. [24]
Ver también
- Combustible de madera
Referencias
- ^ Vallios, yo; Tsoutsos, T; Papadakis, G (2009). "Diseño de Distritos de Biomasa". Biomasa y Bioenergía . 33 (4): 659–678.
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- ^ "Caldera de pellet condescendiente Okofen" .
enlaces externos
- Consejo de Energía Térmica de Biomasa - Información sobre biomasa y legislación sobre biomasa en los EE. UU.
- Planta de energía de biomasa innovadora basada en tecnología de calentador de guijarros y turbina de aire caliente