Tecnologías de conversión termoquímica para la utilización de la biomasa leñosa

1. Caldera de vapor convencional o de combustión directa

La mayoría de las plantas de biomasa leñosa para producir energía utilizan un sistema de combustión directa o una caldera de vapor convencional, en virtud del cual la materia prima de la biomasa se quema directamente para producir vapor que conduce a la generación de electricidad. En un sistema de combustión directa, la biomasa se alimenta desde el fondo de la caldera y el aire se suministra en la base. Los gases de combustión calientes pasan a través de un intercambiador de calor en el que se hierve el agua para crear vapor.

La biomasa se seca, se clasifica en trozos más pequeños y luego se granula o se briqueta antes de su cocción. La peletización es un proceso de reducción del volumen a granel de la materia prima de la biomasa por medios mecánicos para mejorar el manejo y las características de combustión de la biomasa. Los pellets de madera se producen normalmente a partir de residuos de madera industrial seca, como por ejemplo virutas, serrín y polvo de lijadora. La peletización resulta en:

1. Concentración de energía en la materia prima de la biomasa.
2. Fácil manejo, costes de transporte reducidos y almacenamiento sin problemas.3. Combustible de baja humedad con buenas características de combustión.4. Combustible bien definido y de buena calidad para uso comercial y doméstico.

La biomasa procesada se añade a un horno o a una caldera para generar calor que luego pasa por una turbina que acciona un generador eléctrico. El calor generado por el proceso exotérmico de combustión para alimentar el generador también puede ser utilizado para regular la temperatura de la planta y otros edificios, haciendo que todo el proceso sea mucho más eficiente. La cogeneración de calor y electricidad es una opción económica, especialmente en aserraderos u otros lugares donde ya existe una fuente de residuos de biomasa. Por ejemplo, los residuos de madera se utilizan para producir tanto electricidad como vapor en las fábricas de papel.

2. Co-firing

La combustión conjunta es la forma más sencilla de utilizar la biomasa con sistemas energéticos basados en combustibles fósiles. Pequeñas porciones (hasta el 15%) de biomasa leñosa y herbácea como el álamo, el sauce y el pasto de transición pueden utilizarse como combustible en una central eléctrica de carbón existente. Al igual que el carbón, la biomasa se coloca en las calderas y se quema en dichos sistemas. El único coste asociado a la modernización del sistema es el de la compra de una caldera capaz de quemar los dos combustibles, lo que resulta más rentable que la construcción de una nueva planta.

Los beneficios ambientales de añadir biomasa al carbón incluyen la disminución de los óxidos de nitrógeno y azufre, que son responsables de la contaminación por smog, lluvia ácida y ozono. Además, se libera a la atmósfera una cantidad relativamente menor de dióxido de carbono. La cofinanciación proporciona una buena plataforma para la transición hacia prácticas de energía renovable más viables y sostenibles.

3. Pirólisis

La pirólisis ofrece una forma flexible y atractiva de convertir la biomasa sólida en un combustible fácilmente almacenable y transportable, que puede utilizarse con éxito para la producción de calor, electricidad y productos químicos. En la pirólisis, la biomasa se somete a altas temperaturas en ausencia de oxígeno, lo que da lugar a la producción de aceite de pirólisis (o bioaceite), carbón o gas de síntesis que puede utilizarse para generar electricidad. El proceso transforma la biomasa en combustible de alta calidad sin crear ceniza o energía directamente.

Los residuos de madera, los residuos forestales y el bagazo son importantes materias primas a corto plazo para la pirólisis, ya que son abundantes, de bajo coste y buena fuente de energía. La paja y los residuos agrícolas son importantes a largo plazo; sin embargo, la paja tiene un alto contenido de cenizas que puede causar problemas en la pirólisis. Los lodos de depuradora son un recurso importante que requiere nuevos métodos de eliminación y pueden ser pirólizados para obtener líquidos.

El aceite de pirólisis puede ofrecer grandes ventajas sobre la biomasa sólida y la gasificación debido a la facilidad de manipulación, almacenamiento y combustión en una central eléctrica existente cuando no son necesarios procedimientos especiales de puesta en marcha.

4. Gasificación de biomasa

Los procesos de gasificación convierten la biomasa en gases combustibles que contienen idealmente toda la energía originalmente presente en la biomasa. En la práctica, se logran eficiencias de conversión que oscilan entre el 60% y el 90%. Los procesos de gasificación pueden ser directos (utilizando aire u oxígeno para generar calor a través de reacciones exotérmicas) o indirectos (transfiriendo calor al reactor desde el exterior). El gas puede ser quemado para producir calor industrial o residencial, para hacer funcionar motores de energía mecánica o eléctrica, o para hacer combustibles sintéticos.

Los gasificadores de biomasa son de dos tipos: de corriente ascendente y de corriente descendente. En una unidad de corriente ascendente, la biomasa se alimenta en la parte superior del reactor y se inyecta aire en la parte inferior del lecho de combustible. La eficiencia de los gasificadores de corriente ascendente oscila entre el 80 y el 90 por ciento debido al eficiente intercambio de calor a contracorriente entre los gases ascendentes y los sólidos descendentes. Sin embargo, los alquitranes producidos por los gasificadores de corriente ascendente implican que el gas debe ser enfriado antes de que pueda ser utilizado en motores de combustión interna. Así, en la práctica, las unidades de corriente ascendente se utilizan para aplicaciones de calor directo, mientras que las de corriente descendente se utilizan para el funcionamiento de los motores de combustión interna.

Las aplicaciones a gran escala de los gasificadores incluyen versiones completas de las tecnologías de corriente ascendente y corriente descendente a pequeña escala, y tecnologías de lecho fluidizado. La transferencia superior de calor y masa de los lechos fluidizados conduce a temperaturas relativamente uniformes en todo el lecho, una mejor utilización de la humedad del combustible y una tasa de reacción más rápida, lo que resulta en una mayor capacidad de rendimiento.

Escrito por Salman Zafar , Renewable Energy Expert.

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