5.3: Energía de Biomasa
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La energía de biomasa proviene de la energía almacenada en materiales de origen biológico como plantas y animales. La energía de biomasa es la fuente de energía más antigua utilizada por los humanos. Hasta que la Revolución Industrial provocó un cambio hacia los combustibles fósiles a mediados del siglo XVIII, la energía de biomasa era la fuente de combustible dominante en el mundo. Incluye la combustión directa de biomasa sólida para proporcionar energía para calentar, cocinar e incluso generar electricidad. La fuente más común para la combustión directa es la madera, pero la energía también se puede generar quemando estiércol animal (estiércol), material vegetal herbáceo (no maderero), turba (tejidos vegetales y animales parcialmente descompuestos) o biomasa convertida como carbón vegetal (madera que ha sido parcialmente quemada para producir un tipo de carbón sustancia). La biomasa también se puede convertir en biocombustibles líquidos utilizados para alimentar vehículos como el etanol a partir de maíz, residuos de caña de azúcar y soja o incluso aceite de cocina usado para biodiesel. La energía de biomasa también puede estar en forma gaseosa como el metano. Actualmente, alrededor del 12 por ciento de la energía del mundo proviene de la biomasa (Figura\(\PageIndex{2}\)). La biomasa se utiliza con mayor frecuencia como fuente de combustible en muchos países en desarrollo, pero con la disminución de la disponibilidad de combustibles fósiles y el aumento de los precios de los combustibles fósiles, la biomasa se está utilizando cada vez más como fuente de combustible incluso en las naciones desarrolladas.
5.3.1: Combustión directa de biomasa sólida
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 CO 2. 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. Para la calefacción del hogar, es más eficiente y menos contaminante al usar una estufa de leña moderna o reemplazar insertos 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 industrializados, la madera puede cosecharse más rápido que los árboles pueden crecer, lo que resulta en la deforestación.
9La biomasa también se está utilizando a mayor escala, donde las pequeñas centrales eléctricas son alimentadas por biomasa como las astillas de madera (Figura\(\PageIndex{1}\)). Por ejemplo, Central State Hospital, Milledgeville, GA tiene una planta de quema de astillas de madera que era el sistema más avanzado disponible para su época y operando hoy en día. La Universidad Colgate en Hamilton, Nueva York, ha tenido una caldera de leña desde mediados de la década de 1980 que procesa alrededor de 20,000 toneladas de astillas de madera cosechadas localmente y de manera 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 sobre 1.8 millones de dólares en costos de calefacción. La instalación de leña que genera vapor de la Universidad ahora satisface más del 75 por ciento de las necesidades de calor y agua caliente doméstica del campus. Para más información sobre esto, da clic aquí Colgate University.
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Los productos de desecho de diversas industrias y procesos como aserrín de aserrín, lodos de fábricas de papel, desechos de yardas, cálices de avena de una planta de procesamiento de harina de avena, desechos leñosos de la tala, desechos orgánicos de corrales y residuos de cultivos también se pueden usar como energía. Los procesos de residuos a energía están ganando un interés renovado ya que pueden resolver dos problemas a la vez: 1) eliminación de residuos a medida que disminuye la capacidad de relleno sanitario, y 2) producción de energía a partir de un recurso renovable. En Estados Unidos se han construido varias plantas para quemar residuos de biomasa urbana y utilizar la energía para generar electricidad. Muchos de los impactos ambientales son similares a los de una planta de carbón, como la contaminación del aire, la generación de cenizas, etc. Dado que la fuente de combustible está menos estandarizada que el carbón y los materiales peligrosos pueden estar presentes en los desechos sólidos municipales (RSU), o la basura, los incineradores y las centrales eléctricas de residuos en energía necesitan limpiar el gases de apilamiento de materiales nocivos. La EPA de Estados Unidos regula estas plantas de manera muy estricta y requiere la instalación de dispositivos anticontaminación. Si no están contenidos, los residuos se distribuyen en muchos ecosistemas. 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 se puede reciclar como una cubierta de vertedero RSU o para construir carreteras, bloques de cemento y arrecifes artificiales. Además, mientras que la incineración a alta temperatura muchos de los químicos tóxicos pueden descomponerse en compuestos menos dañinos.
5.3.2: Biomasa Gaseosa
El material orgánico puede convertirse en metano, el principal componente del gas natural, por descomposición anaeróbica o fermentación, un proceso que utiliza bacterias anaerobias. El metano es un combustible relativamente limpio que se quema de manera eficiente. Se puede generar a partir de cualquier tipo de desechos orgánicos como alcantarillado municipal y basura, estiércol de ganado, cocina y desechos de jardín. De hecho, los vertederos municipales son sitios activos de producción de metano que contribuyen anualmente al metano en la atmósfera y al calentamiento global. Este gas puede y actualmente está siendo capturado por numerosos rellenos sanitarios alrededor de Estados Unidos que lo queman para generar electricidad en las centrales eléctricas o suministrarlo a hogares para calefacción. La electricidad puede reemplazar la electricidad producida por la quema de combustibles fósiles y resultar en una reducción neta de las emisiones de CO 2. Quemar metano producido a partir del estiércol proporciona más calor que quemar el estiércol en sí, y el lodo que queda de la digestión bacteriana es un rico fertilizante, que contiene bacterias saludables, así como la mayoría de los nutrientes originalmente en el estiércol. Los principales impactos ambientales provienen de la construcción de la propia planta. La quema de metano libera CO 2 y aunque el CO 2 es un gas de efecto invernadero, su potencial de calentamiento global es mucho menor que el del metano (ver capítulo 7). Además, dado que este metano es de desechos orgánicos resultantes de procesos fotosintéticos en curso, se considera neutro en carbono, a diferencia del CO 2 de los combustibles fósiles.
5.3.3: Biocombustibles Líquidos
Los biocombustibles son combustibles de transporte producidos a partir de fuentes vegetales y utilizados para alimentar vehículos. Los más comunes son el etanol y el biodiesel. El etanol, también conocido como alcohol etílico o alcohol de grano, se produce fermentando cultivos como maíz, caña de azúcar y otros cultivos y luego mezclado con gasolina convencional. Como aditivo, el etanol disminuye la dependencia del petróleo convencional y aumenta la eficiencia de combustión de la gasolina, reduciendo las emisiones contaminantes. En Brasil, que tiene una industria considerable del etanol basada en la caña de azúcar, toda la gasolina que se vende contiene 25 por ciento de alcohol, y más del 70 por ciento de los autos que se venden cada año pueden funcionar con etanol o gasolina. Las mezclas de etanol-gasolina queman más limpias que la gasolina pura pero 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. La gasolina requiere un procesamiento adicional para reducir las emisiones evaporativas antes de ser mezclada con etanol.
El biodiesel que es esencialmente aceite vegetal, también puede derivarse de una amplia gama de fuentes vegetales, incluyendo colza, girasoles y soja, y se puede usar en la mayoría de los motores diesel convencionales. El biodiesel también se puede hacer a partir de aceite vegetal usado y se ha producido de manera muy local. Debido a que se quema más limpiamente que su contraparte a base de petróleo, el biodiesel puede reducir la contaminación de vehículos pesados como camiones y autobuses. En comparación con el diesel de petróleo, la combustión de biodiesel produce menos óxidos de azufre, partículas, monóxido de carbono e hidrocarburos no quemados y otros, pero más óxido de nitrógeno.
El cálculo de la energía neta o CO 2 generada o reducida en el proceso de producción del biocombustible es crucial para determinar su impacto ambiental. Los biocombustibles pueden derivarse de partes de plantas no utilizadas como alimento (biomasa celulósica) reduciendo así ese impacto. La materia prima de etanol celulósico incluye pastos nativos de pradera, árboles de rápido crecimiento, aserrín e incluso papel usado. También, en algunas partes del mundo, grandes áreas de vegetación natural y bosques han sido talados para cultivar caña de azúcar para etanol y soja y árboles de palma aceitera para hacer biodiesel. Esto no es un uso sustentable del suelo.
La energía de biomasa puede considerarse neutra en carbono porque las plantas que se utilizan para elaborarlas (como el maíz y la caña de azúcar para etanol, o la soja y las palmeras para biodiesel) toman CO 2 de la atmósfera a través de la fotosíntesis a medida que crecen y pueden compensar el CO 2 producidos cuando se queman. Si la biomasa no se quema para la generación de energía, el carbono contenido en la biomasa aún sería devuelto a la atmósfera como CO 2 cuando los organismos mueren y se descomponen para completar el ciclo. La quema de biomasa, por lo tanto, no da como resultado nuevo CO 2 adicional en la atmósfera sino que devuelve el carbono que vino de la atmósfera y utilizado para producir la biomasa en primer lugar. Por otro lado, la quema de combustibles fósiles introduce nuevo carbono en la atmósfera que anteriormente se almacenaba en lo profundo de la corteza terrestre y se habría quedado ahí si nosotros (los humanos) no lo extraemos.
5.3.4: Impactos ambientales de la energía de biomasa
Un reto importante de la biomasa es determinar si realmente es una opción más sustentable. El contenido energético de algunas fuentes de energía de biomasa puede no ser tan alto como el de los combustibles fósiles, por lo que se debe quemar más para generar la misma energía. A menudo se necesita energía para hacer energía y la biomasa es un ejemplo donde el procesamiento para hacerla puede no ser compensado por la energía que produce. Si se utilizan cultivos tradicionales de monocultivo como el maíz o la soja, requieren grandes cantidades de combustible fósil para fabricar fertilizantes, ejecutar máquinas agrícolas y enviar el combustible a los mercados, por lo que estos biocombustibles no siempre ofrecen ahorros netos significativos de energía sobre la gasolina y el diesel. En tales casos, los biocombustibles pueden no ser neutros en carbono porque el proceso de producción de los biocombustibles da como resultado más CO 2 agregado a la atmósfera que el eliminado por los cultivos en crecimiento. Incluso si el impacto ambiental es neto positivo, por ejemplo si se utilizan fuentes de energía renovables para elaborar los biocombustibles, es necesario considerar los efectos económicos y sociales de cultivar plantas de combustibles. La tierra, los fertilizantes, el agua y la energía utilizados para cultivar cultivos de biocombustibles podrían ser utilizados para cultivar cultivos alimentarios en su lugar. La competencia de la tierra por el combustible vs. los alimentos puede incrementar el precio de los alimentos, lo que tiene un efecto negativo en la sociedad. También podría disminuir el suministro de alimentos e incrementar la desnutrición y el hambre a nivel mundial.
Los árboles que se cortan para leña con frecuencia no se replantan. Para ser utilizado de manera sostenible, se debe plantar un árbol por cada corte. Si se toma demasiada biomasa puede reducir las contribuciones de bosques y pastizales a los servicios ecosistémicos. Los bosques y pastizales ayudan a sacar CO 2 de la atmósfera a través de la fotosíntesis y la pérdida de actividad fotosintética da como resultado mayores cantidades de CO 2 en la atmósfera y contribuyen al calentamiento global ya que el CO 2 es un gas de efecto invernadero. La quema de biomasa directamente (madera, estiércol, etc.) produce una alta contaminación de material particulado (ver capítulo 6 sobre Contaminación del Aire), produce CO 2 y priva al suelo de los nutrientes que normalmente habría recibido de la descomposición de la materia orgánica. Cada tipo de fuente de energía de biomasa, por lo tanto, debe ser evaluada por su impacto en el ciclo de vida completo para determinar si realmente está avanzando en la sustentabilidad y reduciendo los impactos ambientales.