18.6: Biocombustibles (Energía de Biomasa)
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Los biocombustibles (energía de biomasa) contienen energía producida a partir de organismos, como desechos animales, plantas o algas. Es otra forma indirecta de energía solar. Los biocombustibles tienen muchos usos. Se queman directamente o primero se convierten en etanol (a menudo con la ayuda de bacterias y hongos) para generar electricidad. El calor de la combustión produce vapor y hace girar una turbina para alimentar un generador. El biodiesel ofrece una alternativa a los petroquímicos para el abastecimiento de combustible de vehículos. Los biocombustibles incluso se han utilizado para alimentar aviones pequeños (figura\(\PageIndex{a}\)). Además, la quema de madera o paja proporciona calentamiento.
A diferencia de los combustibles fósiles, los biocombustibles son neutros en carbono (cifra\(\PageIndex{b}\)). Los combustibles fósiles almacenan carbono que fue capturado por organismos hace millones de años. Cuando los quemamos, el dióxido de carbono se libera mucho más rápidamente de lo que se eliminó. Los biocombustibles eliminaron el dióxido de carbono de la atmósfera más recientemente y se forman en períodos de tiempo más cortos. Cuando se queman los biocombustibles, este dióxido de carbono que se eliminó recientemente se libera de nuevo a la atmósfera.
Otra ventaja de los biocombustibles es que se pueden producir localmente y pueden cultivarse en muchos lugares diferentes. Por otro lado, ocupan un espacio que de otra manera podría ser utilizado para la producción de alimentos. Para complicar aún más las cosas, las características que hacen que una especie de planta sea ideal para biocombustibles (como ser resistente a plagas y rápido crecimiento) también son características que ayudan a que las especies invasoras prosperen. Se debe tener cuidado para contener estas especies si se cultivan fuera de sus rangos nativos.
Combustión de residuos sólidos municipales (ver abajo) o residuos animales como biocombustibles, reduce los residuos y genera electricidad simultáneamente. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de las formas de energía renovable, la combustión de biocombustibles contamina el aire. (El dióxido de carbono liberado no es un problema ya que los biocombustibles son neutros en carbono, pero también se liberan otros contaminantes del aire). De hecho, la contaminación del aire interior por los incendios utilizados para cocinar dentro del hogar es una de las principales causas de muerte en los países en desarrollo.
Cada tipo de biomasa debe ser evaluada por su impacto ambiental y social para determinar si realmente está avanzando en la sustentabilidad y reduciendo los impactos ambientales. Por ejemplo, talar grandes franjas de bosques solo para la producción de energía no es una opción sustentable porque nuestras demandas energéticas son tan grandes que rápidamente desforestaríamos el mundo, destruyendo hábitat crítico. Para que la biomasa sea una opción sustentable, generalmente necesita provenir de material de desecho, como aserrín de aserrín de aserradero, lodo de fábrica de papel, desechos de jardín o cálices de avena de una planta de procesamiento de avena, estiércol de ganado o basura. Estos materiales de otra manera simplemente se acumularían o descompondrían. A continuación se discuten con más detalle varios ejemplos de uso de biocombustibles, incluyendo las ventajas y desventajas específicas del tipo de uso.
Leña Ardiente
El uso de madera y carbón vegetal hecho de madera para calentar y cocinar puede reemplazar a los combustibles fósiles y puede resultar en menores emisiones de dióxido de carbono. Si la madera se cosecha de bosques o leñales que tienen que ser adelgazados o de árboles urbanos que se caen o necesitan ser talados de todos modos, entonces su uso para biomasa no afecta a esos ecosistemas. Sin embargo, el humo de la madera contiene contaminantes dañinos como monóxido de carbono y partículas (ver Contaminación del aire).
Para la calefacción del hogar, es más eficiente y menos contaminante cuando se usa una estufa de leña moderna o un inserto de chimenea que están diseñados para liberar pequeñas cantidades de partículas. Sin embargo, en lugares donde la madera y el carbón son los principales combustibles para cocinar y calentar, como en los países en desarrollo, la madera puede cosecharse más rápido de lo que los árboles pueden crecer dando como resultado la deforestación (figura\(\PageIndex{c}\)). La mayor parte del uso de biocombustibles proviene de la biomasa tradicional, en su mayoría leña recolectada para cocinar y calentar los hogares, a menudo sin tener en cuenta el reemplazo sustentable.
La biomasa se puede utilizar en pequeñas plantas de energía. Por ejemplo, Colgate College ha tenido una caldera de leña desde mediados de la década de 1980 (figura\(\PageIndex{d}\)). En un año procesó aproximadamente 20,000 toneladas de astillas de madera cosechadas de manera local y sostenible, el equivalente a 1.17 millones de galones (4.43 millones de litros) de fueloil, evitando 13,757 toneladas de emisiones y ahorrando a la universidad más de 1.8 millones de dólares en costos de calefacción. La instalación de leña que genera vapor de la Universidad ahora satisface más del 75% de las necesidades de calor y agua caliente doméstica del campus.
Residuos Sólidos Municipales
Los residuos sólidos municipales (RSU) se conocen comúnmente como basura y pueden crear electricidad quemándolos directamente o quemando el metano producido a medida que se descompone. Los procesos de conversión de residuos en energía están ganando interés, ya que pueden resolver dos problemas a la vez: la eliminación de residuos y la producción de energía a partir de un recurso renovable. Muchos de los impactos ambientales son similares a los de una planta de carbón: contaminación del aire, generación de cenizas, etc. Debido a que la fuente de combustible está menos estandarizada que el carbón y los materiales peligrosos pueden estar presentes en RSU, los incineradores y las centrales eléctricas de residuos en energía necesitan limpiar los gases de materiales nocivos. La Agencia de Protección Ambiental en Estados Unidos regula estas plantas de manera muy estricta y requiere que se instalen dispositivos anticontaminación. Además, mientras se incinera a alta temperatura, muchos de los químicos tóxicos pueden descomponerse en compuestos menos dañinos. La ceniza de estas plantas puede contener altas concentraciones de diversos metales que estuvieron presentes en los desechos originales. Si la ceniza está lo suficientemente limpia, puede ser “reciclada” como una cubierta de vertedero RSU o para construir carreteras, bloques de cemento y arrecifes artificiales (similares a los arrecifes de coral, pero construidos por humanos).
Gas de Relleno Sanitario (Biogás)
El gas de relleno sanitario (biogás) es una especie de gas “biogénico” hecho por el hombre como se discutió anteriormente (figura\(\PageIndex{e}\)). El metano se forma como resultado de procesos biológicos en plantas de tratamiento de aguas residuales, vertederos de desechos, compostaje anaeróbico y sistemas de manejo de estiércol ganadero. Este gas es capturado y quemado para producir calor o electricidad. La electricidad puede reemplazar la electricidad producida por la quema de combustibles fósiles, reduciendo las emisiones de dióxido de carbono. Los únicos impactos ambientales son de la construcción de la propia planta, similar a la de una planta de gas natural.
Bioetanol y Biodiesel
El bioetanol y el biodiesel son biocombustibles líquidos fabricados a partir de plantas, típicamente cultivos. El bioetanol se puede fermentar fácilmente a partir del jugo de caña de azúcar, como se hace en Brasil. Adicionalmente, se puede fermentar a partir de almidón de maíz descompuesto, como se hace principalmente en Estados Unidos.
Es necesario considerar los efectos económicos y sociales del cultivo de plantas para combustibles, ya que la tierra, los fertilizantes y la energía que se utilizan para cultivar biocombustibles podrían ser utilizados para cultivar cultivos alimentarios. La competencia de la tierra por combustible versus alimentos puede incrementar el precio de los alimentos, lo que tiene un efecto negativo en la sociedad. También podría disminuir el suministro de alimentos aumentando la desnutrición y el hambre a nivel mundial. También, en algunas partes del mundo, grandes áreas de vegetación natural y bosques han sido talados para cultivar caña de azúcar para bioetanol y soja y árboles de palma aceitera para hacer biodiesel. Esto no es un uso sustentable del suelo. Los biocombustibles derivados de partes de plantas no utilizadas como alimento, como los tallos, reducen su impacto ambiental. El biodiesel puede estar hecho de aceite vegetal usado y se ha producido de manera muy local. En comparación con el diesel, un producto petroquímico derivado del petróleo crudo, la combustión de biodiesel produce menos óxidos de azufre, partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos no quemados y otros hidrocarburos, pero produce más óxido de nitrógeno (ver Contaminación del Aire).
Los biocombustibles líquidos suelen reemplazar al petróleo y se utilizan para alimentar vehículos (figura\(\PageIndex{f}\)). Si bien las mezclas de etanol-gasolina queman más limpias que la gasolina pura, también son más volátiles y por lo tanto tienen mayores “emisiones evaporativas” de los tanques de combustible y los equipos dispensadores. Estas emisiones contribuyen a la formación de ozono dañino, a nivel del suelo y smog (ver Contaminación del Aire). La gasolina requiere un procesamiento adicional para reducir las emisiones evaporativas antes de ser mezclada con etanol.
Atribución
Modificado por Melissa Ha de Energía Renovable y Desafíos e Impactos del Uso de Energía de la Biología Ambiental por Matthew R. Fisher (licenciado bajo CC-BY)