Observatorio Industrial del Sector de Fabricantes de Bienes de Equipo Biomasa. Oportunidades para el sector de fabricantes de Bienes de Equipo

Transcripción

1 Observatorio Industrial del Sector de Fabricantes de Bienes de Equipo Biomasa. Oportunidades para el sector de fabricantes de Bienes de Equipo FECHA: Diciembre 2011 TITULO 1/127

2 INDICE INDICE Introducción: Biomasa Situación actual en España y Europa Estructura y evolución del sector Tipos de biomasa Procesos de conversión Formas de energía de la biomasa Necesidad energética. Análisis de la situación actual del sector de la biomasa en España y expectativas de crecimiento Biomasa (solida) Estado del sector Estado de las tecnologías Problemática detectada Biocombustible (líquido) Estado del sector Estado de las tecnologías Problemática detectada Biogás. (Gas) Estado del sector Estado de las tecnologías Problemática detectada Análisis de las necesidades tecnológicas del sector. Determinación de las potenciales oportunidades para las empresas del sector de fabricantes de bienes de equipo Biomasa Soluciones para solventar la problemática detectada Aplicaciones Mercado potencial Legislación Biocombustible Soluciones que se pueden aportar para solventar la problemática detectada Aplicaciones Mercado potencial Legislación Biogás. (Gas) Soluciones que se pueden aportar para solventar la problemática detectada Aplicaciones Mercado potencial Legislación Bibliografía

3 1. Introducción: Biomasa La biomasa abarca todo un conjunto heterogéneo de materias orgánicas, tanto por su origen como por su naturaleza. En el contexto energético, el término biomasa se emplea para denominar a una fuente de energía renovable basada en la utilización de la materia orgánica formada por vía biológica en un pasado inmediato o de los productos derivados de ésta. También tienen consideración de biomasa la materia orgánica de las aguas residuales y los lodos de depuradora, así como la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (RSU), aunque dadas las características específicas de estos residuos se suelen considerar como un grupo aparte. La biomasa tiene carácter de energía renovable ya que su contenido energético procede en última instancia de la energía solar fijada por los vegetales en el proceso fotosintético. Esta energía se libera al romper los enlaces de los compuestos orgánicos en el proceso de combustión, dando como productos finales dióxido de carbono y agua. Por este motivo, los productos procedentes de la biomasa que se utilizan para fines energéticos se denominan biocombustibles, pudiendo ser, según su estado físico, biocombustibles sólidos, en referencia a los que son utilizados básicamente para fines térmicos y eléctricos, y líquidos como sinónimo de los biocarburantes para automoción. La biomasa es una excelente alternativa energética por dos razones. La primera es que, a partir de ella se pueden obtener una gran diversidad de productos; la segunda, se adapta perfectamente a todos los campos de utilización actual de los combustibles tradicionales. Así, mediante procesos específicos, se puede obtener toda una serie de combustibles sólidos, líquidos o gaseosos que pueden ser aplicados para cubrir las necesidades energéticas de confort, transporte, cocinado, industria y electricidad, o servir de materia prima para la industria. Los biocombustibles son aquellos combustibles producidos a partir de la biomasa y que son considerados, por tanto, una energía renovable. Se pueden presentar tanto en forma sólida (residuos vegetales, fracción biodegradable de los residuos urbanos o industriales) como líquida (bioalcoholes, biodiésel) y gaseosa (biogás, hidrógeno). Biocombustibles sólidos Dentro del grupo de los biocombustibles sólidos, los más importantes son los de tipo primario, constituidos por materias lignocelulósicas procedentes del sector agrícola o forestal y de las industrias de transformación que producen residuos de dicha naturaleza. La paja y los restos de poda de vid, olivo y frutales, la leña, las cortezas y los restos de podas y aclareos de las masas forestales son materia típica para elaboración de biocombustibles sólidos de origen agrario. También las cáscaras de frutos secos y huesos de aceituna y otros frutos, los orujillos procedentes de la extracción del aceite de orujo en las almazaras y los restos de las industrias del corcho, la madera y el mueble, constituyen una buena materia prima para la fabricación de biocombustibles sólidos. Otro grupo de biocombustibles sólidos lo constituye el carbón vegetal, que resulta de un tratamiento térmico con bajo contenido en oxígeno de la biomasa leñosa, pero al ser el resultado de una alteración termoquímica de la biomasa primaria, debe ser considerado de naturaleza secundaria. Aunque una parte importante de la biomasa se utiliza directamente, como por ejemplo la leña en hogares y chimeneas, la utilización energética moderna de los biocombustibles sólidos requiere un acondicionamiento especial. Las formas más generalizadas de utilización de este tipo de combustibles son astillas, serrín, pelets y briquetas. Las astillas constituyen un material adecuado para ser empleado en hornos cerámicos, de panadería, viviendas individuales, calefacción centralizada de núcleos rurales o pequeñas industrias. Se obtienen a partir de los restos leñosos de los tratamientos silvícolas, de las 3

4 operaciones de corte de madera o de las podas de árboles de cultivos leñosos. Cuando las astillas se van a utilizar en quemadores específicos (que necesiten inyectores, por ejemplo), previamente hay que molerla para obtener un combustible más fino y a fin de eliminar restos (piezas metálicas, arena, piedras o vidrios). Las briquetas son cilindros (de 50 a 130 mm de diámetro y de 5 a 30 mm de longitud).tienen una densidad elevada (entre y kg/m 3 ) y se fabrican por medio de prensas, en las que el material es sometido a altas presiones y se calienta, produciendo en su interior procesos termoquímicos que generan productos adherentes que favorecen la cohesión del material. También se pueden añadir adherentes artificiales para facilitar la cohesión y reducir la presión de prensado. Es una forma normal de tratar el serrín procedente de las industrias del mueble y la madera. Los pelets (o pellets) son cilindros más pequeños. Se preparan mediante prensas de granulación, análogas a las utilizadas para la fabricación de los piensos compuestos. La compactación se consigue de forma natural o mediante la adición de elementos químicos que no contengan elementos contaminantes en la combustión. La materia prima, al igual que en el caso de las briquetas, debe tener poca humedad y baja granulometría. Es un producto muy manejable que puede servir para automatizar instalaciones de pequeño o mediano tamaño. Biocombustibles líquidos La denominación de biocombustibles líquidos se aplica a una serie de productos de origen biológico utilizables como combustibles de sustitución de los derivados del petróleo o como aditivos de éstos para su uso en motores. El principal inconveniente que presentan los biocombustibles líquidos son su alto coste frente a los combustibles tradicionales, por ello es necesario un escenario de exenciones fiscales junto a la disminución de costes en producción. - El bioetanol, incluyendo su derivado el etilterbutileter. Se obtiene mediante la fermentación de materias ricas en azúcares o en almidón. Se utilizan como sustitutivo o aditivo a la gasolina. - El biodiesel. Son ésteres metílicos de aceites vegetales obtenidos mediante reacción catalítica del aceite con metanol. Otras materias primas para su producción son los aceites de fritura usados y las grasas animales. Biocombustibles gaseosos Entre los biocombustibles gaseosos que se pueden obtener a partir de la biomasa están el gas de síntesis y el biogás. Gas de síntesis Al someter la biomasa (o el cisco y la brea resultantes de la pirólisis) a altas temperaturas (entre 800 y 1.500ºC) en ausencia de oxígeno, se originan productos gaseosos, con un poder calorífico bajo (de a kcal/m 3 ) consistentes, principalmente, en N 2, CO, H 2, CH 4 y CO 2 en proporciones variables. Este proceso se realiza en los llamados gasógenos, que se utilizan con fines térmicos o, en combinación con motores, para producir energía mecánica o eléctrica. En principio, el destino del gas de gasógeno suele ser la producción de calor por combustión directa en un quemador o la generación de electricidad por medio de un motor o turbina. En la actualidad, los procesos de gasificación avanzada, basados en sistemas de lecho fluidizado, son los mas prometedores para la generación de electricidad, con una alta eficiencia en base a ciclos combinados de turbina de gas y ciclo de vapor. Para esta finalidad es muy importante la obtención de gases limpios. Biogás 4

5 La digestión de la biomasa en condiciones anaerobias da origen al llamado "biogás", a razón de unos 300 l por kg de materia seca, con un valor calórico de unos kcal/m 3. La composición de biogás es variable, pero está formado principalmente por metano (55-65%) y CO 2 (35-45%); y, en menor proporción, por nitrógeno, (0-3%), hidrógeno (0-1%), oxígeno (0-1%) y sulfuro de hidrógeno (trazas). El poder calorífico del biogás está determinado por la concentración de metano (9.500 kcal /m 3 ), pudiéndose aumentar ésta, eliminando todo o parte del CO 2 que le acompaña. Este tipo de transformación se produce de manera espontánea en pantanos o fondos de lagunas y lagos en los que haya depósitos de materia orgánica. Por este motivo al metano se le ha llamado el gas de los pantanos.también se produce en los vertederos de RSU, pudiéndose obtener el gas mediante perforaciones. El biogás se suele utilizar para generar electricidad. En el caso de los vertederos, su uso para este fin tiene como ventajas añadidas la quema del metano y su transformación en CO 2 y agua. De esta forma se reduce el efecto perjudicial del metano como gas de efecto invernadero (su potencial de absorción de la radiación infrarroja es muy superior al del CO 2 ). La digestión anaerobia es un proceso típico de depuración, por lo que también se emplea para el tratamiento de aguas residuales y efluentes orgánicos de industrias agrarias o de explotaciones ganaderas Las principales tecnologías de conversión energética que se utilizan en el área de la biomasa se resumen en el gráfico siguiente: Ventajas de utilizar la biomasa El uso de la biomasa tiene una serie de ventajas ambientales y económicas. Ventajas ambientales Balance neutro en emisiones de CO2 (principal responsable del efecto invernadero). La combustión de biomasa produce CO2, pero una cantidad análoga a la emitida fue captada previamente por las plantas durante su crecimiento, por lo que la combustión de la biomasa no supone un incremento neto de este gas en la atmósfera. Al tener escaso o nulo contenido en azufre, la combustión de la biomasa no produce óxidos de este elemento, causantes de las lluvias ácidas, como ocurre en la quema de combustibles fósiles. 5

6 En el caso de los biocarburantes utilizados en motores, las emisiones contienen menos partículas sólidas y menor toxicidad que las emisiones producidas por carburantes procedentes del petróleo. Permite recuperar en las cenizas de la combustión importantes elementos minerales de valor fertilizante, como fósforo y potasio. Como una parte de la biomasa procede de residuos que es necesario eliminar, su aprovechamiento energético supone convertir un residuo en un recurso. Contribuye al mejor cumplimiento de los compromisos de España en los objetivos , En particular: o Reducción de emisiones de CO2: mitigación del cambio climático. o Utilización de energías renovables o Mayor eficiencia energética desde el momento que una parte significativa de la biomasa se pudre o quema en las cunetas para su destrucción. Es una energía renovable, totalmente compatible con la protección de nuestro entorno. La utilización energética de subproductos domésticos y de la industria que actualmente van a vertedero reduce el volumen de material desechado y aumenta la duración de dichos depósitos de rechazos. Facilita la gestión de los montes colaborando al aprovechamiento sostenible de sus productos, especialmente para masas forestales de especies con aprovechamiento energético tradicional que se abandonó con la generalización del butano. Facilita la recogida de restos del cultivo agrícola. Disminuye los riesgos de incendio mejorando por tanto a largo plazo la biodiversidad. Mejora el estado fitosanitario de los montes reduciendo el riesgo de plagas. Pone en valor amplias superficies agrícolas y forestales marginales que actualmente están sumidas en el abandono Ventajas socioeconómicas Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles. Favorece el desarrollo del mundo rural y supone una oportunidad para el sector agrícola, ya que permite realizar cultivos energéticos en sustitución de otros excedentarios. La producción de cultivos energéticos en tierras agrícolas de barbecho, supone creación de puestos de trabajo con el consiguiente ahorro de subvenciones por desempleo y favorece el incremento de la actividad del sector agrario (maquinaria, fertilizantes, técnicos etc...) Abre oportunidades de negocio a la industria española, favorece la investigación y el desarrollo tecnológicos, e incrementa la competitividad comercial de los productos. La tecnología para su aprovechamiento cuenta con un buen grado de desarrollo tecnológico para muchas aplicaciones. Es un importante campo de innovación tecnológica, las respuestas tecnológicas en curso están dirigidas a optimizar el rendimiento energético del recurso, minimizar los efectos ambientales de los residuos aprovechados y de las propias aplicaciones, incrementar la competitividad comercial de los productos y posibilitar nuevas aplicaciones de gran interés como los biocombustibles, entre otros. Mejora de la garantía de suministro ya que es un combustible local. Disminución de costes de suministro energético respecto a combustibles de importación. Mayor estabilidad de precios. Mejora de la rentabilidad de la industria que genera subproductos biomásicos aumentando su competitividad. Disminución del déficit exterior. Genera puestos de trabajo en el medio rural en mucha mayor medida que cualquier otro combustible alternativo 6

7 Genera puestos de trabajo en actividades de mantenimiento en mucha mayor medida que los combustibles fósiles pero de forma competitiva por el menor coste de la biomasa sobre los combustibles alternativos. Avanza hacia una economía libre en carbono sin afectar a la calidad de vida ya que es básicamente la energía renovable gestionable Desventajas en el uso de la biomasa como fuente de energía. La principal desventaja del uso de la biomasa con fines energéticos es la competencia que habría para la utilización de suelos, alimentación biomasa. 1.1 Situación actual en España y Europa El futuro de la biomasa en la UE La voluntad de Europa de sustituir parte del consumo de energía fósil (petróleo, gas y carbón) por energía proveniente de la biomasa empieza a dar sus frutos. El Plan de Acción para la Biomasa fue redefinido a finales del 2005 por la Comisión y describe un nuevo objetivo para el conjunto de los 27 países miembros (25 en el momento de la revisión). La CE estima que las medidas previstas en este plan aumentarán el uso de la biomasa (biomasa sólida, biogás, biocarburante o desechos municipales renovables) hasta un total que alcance aproximadamente los 150 Mtep en el año 2010 (55 Mtep para la producción de electricidad, 75 Mtep para la producción de calor y 19 Mtep para el transporte) Teniendo en cuenta la evolución actual y la capacidad de ciertos países de valorizar su potencial, EurObserv ER (organismo independiente que anualmente publica informes sobre la evolución de las renovables en Europa) estima en 78,6 Mtep el consumo de la biomasa sólida para 2010 y en 6,5 Mtep el consumo energético asociado a desechos sólidos urbanos. Si añadimos las cifras de los últimos barómetros de EurObserv ER en torno a los biocarburantes (9,9 Mtep en 2010) y el biogás (8,7 Mtep en 2010), la previsión del consumo de energía primaria de biomasa será de 103,7 Mtep en 2010, es decir 46,3 Mtep menos que los previstos en el Plan de Acción Dentro del objetivo global de aportación de las EERR al total de Energía primaria del 12% en 2010, el Plan de Acción de la Biomasa de la Comisión Europea1 (CE), propone el objetivo de incremento del uso de la Biomasa hasta 150 Mtep/año lo que supondría aproximadamente un 10% de la producción de energía primaria en Recientes Comunicados de la CE, como el paquete de medidas integradas sobre la energía y el cambio climático para reducir las emisiones en el siglo XXI (enero 2007) proponen todavía objetivos ambiciosos a plazos más largos, como la participación de las EERR en un 20% del total de energías consumidas en 2020, medida que se complementa con un objetivo de sustitución del 10% de biocarburantes en el sector del transporte. Además, en su comunicado COM (2007) 18 del 31 de enero de 2007 la Comisión Europea propone una revisión de la directiva 98/70/EC, que permita la introducción de un porcentaje mayor de biocarburante en la gasolina mediante la modificación de los límites máximos permitidos en la presión de vapor y contenido en oxígeno, entre otras medidas propuestas. En ese mismo comunicado, propone a los 1 Comunicación de la Comisión sobre el Plan de acción de la biomasa COM(2005)628 final 7

8 suministradores de carburantes una reducción de un 1% anual en las emisiones gases de efecto invernadero de los carburantes desde 2010 hasta Sin embargo, si no se modifica drásticamente la tendencia actual, estos objetivos probablemente no serán alcanzados. En 1999, la Biomasa (aplicaciones eléctricas, térmicas y en transporte) contribuyó, aproximadamente, en dos tercios al total de la producción de energías renovables en la UE (2.000 Petajulios 48 Mtep) lo que supuso un 4% del total de suministro de energía primaria. En 2003 tan sólo se alcanzaron 69 Mtep, lo que supone, como se ha mencionado, un ritmo de crecimiento claramente insuficiente para alcanzar los objetivos previstos. La Biomasa para electricidad (incluyendo la biomasa sólida, el biogás y la fracción biodegradable de los RSU) constituye actualmente el 2% del consumo eléctrico de la UE2. En los últimos años se ha venido incrementando su producción de forma continuada: 18% en 2002, 13% en 2003, 19% en 2004 y 23% en Si la tendencia actual continúa, en 2010 se podría alcanzar la generación de 167 TWh a partir de biomasa, lo que correspondería a la biomasa necesaria para alcanzar el objetivo del 21% de electricidad de origen renovable en 2010 (suponiendo que la biomasa contribuya en un 40% a dicho objetivo como estipula el comunicado de la Comisión COM (2004) 366 final). Por el contrario, según el Comunicado de la Comisión Europea de 10 de enero de 2007 sobre el paquete energético, en 2003 los biocarburantes representaron un 0,5% en el mercado de los carburantes de automoción, en 2004 un 0.7% y en 2005 se alcanzó tan sólo un 1%, es decir, la mitad del valor de referencia establecido en la Directiva 2003/30, y menos que el valor que se hubiera alcanzado si todos los Estados miembros hubieran cumplido con los objetivos indicativos que se marcaron y comunicaron a la Comisión, cuya media era de 1,4%. Sin embargo hay que indicar que durante 2006 este valor se incrementó hasta un 1,8%, lo cual supuso un incremento del 80% con respecto al valor alcanzado en Según diferentes modelos de predicción, se estima que sólo se alcanzará un 3,9% (modelo PRIMES) o incluso un 2,4% (modelo Green-X) de sustitución en 2010, mientras que el objetivo marcado por la Directiva es de 5.75%. Actualmente el consumo de bioetanol en mezcla directa en Europa se centra fundamentalmente en Suecia, donde se utiliza en mezclas del 5% en volumen para cualquier vehículo de gasolina y de hasta del 85% de etanol en gasolina (E-85) para los llamados vehículos de carburante flexible (FFvs) o en los autobuses de bioetanol (E-95). El consumo de bioetanol en otros países europeos se basa en la producción de ETBE como componente para la gasolina. Sin embargo hay que destacar que cada vez hay más iniciativas de proyectos en los que se emplean flotas cautivas cuyo objetivo es fomentar el empleo de estas mezclas (Madrid, Pais Vasco,) Los mayores consumidores y productores de biodiésel son Alemania, Francia e Italia. En 2005, estos tres países produjeron más del 70% de la UE. El consumo de biodiésel se centra en mezclas entre el 5% y el 30% en volumen (B-5 y B-30 respectivamente) en la mayoría de países europeos, con un consumo de biodiésel puro (B-100) especialmente significativo en Alemania. Otros biocarburantes con menor volumen de mercado en Europa son el biogás (principalmente, en Suecia) y el aceite vegetal puro (principalmente, en Alemania). 2 Comunicación de la Comisión. Acción de seguimiento del Libro Verde. Informe sobre el progreso de la electricidad renovable SEC(2007) Biofuels Barometer. EurOvserbÉR

9 La biomasa para usos térmicos ha alcanzado niveles de desarrollo dispares en los distintos Estados miembros de la UE, debido a la inexistencia, actualmente, de un marco legal global en el que se estipulen objetivos específicos en este sector. La producción de calor bruto a partir de biomasa sólida en la Unión Europea pasó de 5,297 Mtep en 2004 a 5,478 Mtep en Conviene remarcar que se trata de la aplicación donde se obtienen los mayores ahorros de GEI. El empleo de la biomasa en el sector doméstico constituye la aplicación más competitiva de este recurso pero su desarrollo está dificultado por la falta de incentivos que sirvan para cubrir los riesgos iniciales de la implantación comercial. En algunos países, como Austria, que han apoyado con medidas adecuadas esta utilización de la biomasa, los biocombustibles sólidos constituyen en la actualidad una de las principales fuentes energéticas en este sector. La utilización térmica de la biomasa en el sector industrial viene condicionada por su falta de competitividad en general con los combustibles fósiles, por lo que, en las circunstancias actuales, está prácticamente reducida al autoconsumo por parte de algunas industrias de sus propios residuos. Por último, destacar que la Directiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de abril de 2009, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, establece que cada Estado Miembro elaborará un Plan de Acción Nacional en Materia de Energías Renovables (PANER) para conseguir los objetivos nacionales fijados en la propia Directiva. Situación en España. El Plan de Energías Renovables (PER) calcula los recursos potenciales de biomasa en España en unos ktep ( corresponden a biomasa residual y casi a cultivo energéticos) y considera este recurso como un pilar fundamental para cumplir los objetivos perseguidos. De hecho, la biomasa constituye el 45% de los objetivos del PER. Sin embargo, su desarrollo no está siendo el esperado, hasta el punto de que a finales de 2010 sólo se había alcanzado en torno a un 50% del objetivo perseguido. Uno de los problemas principales es la disponibilidad del recurso. La recogida, el transporte, el almacenaje y el tratamiento de la materia prima conllevan una logística casi siempre compleja y, por tanto, costosa. Además, hasta la aprobación del Real Decreto 661/07, nuevo marco regulador de las renovables, las retribuciones hacían poco viable la rentabilidad de las plantas. Las nuevas tarifas, sin embargo, han acabado con este escollo. Queda por resolver otro: la complejidad de los trámites administrativos que ha de superar un proyecto para convertirse en realidad, que impide a un productor abrir una central en un periodo inferior a dos años. El Real Decreto 661/07 también ofrece estabilidad al sector por otra vía: la hibridación y la mezcla de combustibles, o sea, la posibilidad de generar electricidad en una misma instalación mezclando tecnologías o combustibles (abre así la opción, por ejemplo, de que las centrales térmicas convencionales de carbón y gas consuman también biomasa o biogás). El actual Plan de Energías Renovables en España (PER) establece un objetivo de capacidad instalada en biomasa eléctrica de MW en su borrador. La meta a alcanzar en el PER , es de 817 MW instalados en 2015 y MW en A ellos habría que 4 Solid Biomass Barometer. EurOvserb ER

10 añadir otros 200 MW procedentes de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU). El PER , que incluye los elementos esenciales del PANER, efectúa un detallado análisis sectorial que contiene, entre otros aspectos, las perspectivas de evolución tecnológica y la evolución esperada de costes. De momento, siguen habiendo un reducido número de centrales de producción eléctrica a partir de biomasa en España. Andalucía es la región que tiene más: 16, con potencia conjunta de 151 MW de los casi 500 MW instalados en España. Gran parte de esas centrales utilizan combustible procedente de la biomasa del olivar. La situación de la biomasa con fines térmicos es aún más escueta. En 1999 el municipio de Cuellar (Segovia) abría una planta de biomasa con su correspondiente red de tuberías para abastecer de calefacción y agua caliente a una buena parte de su vecindario. Ocho años más tarde, apenas hay instalaciones similares. Dos de las más significativas se localizan en Molíns del Rei (Barcelona), que lleva la calefacción a 700 viviendas, y en Geolit (el Parque Científico y Tecnológico del Aceite y del Olivar de Jaén), que distribuye calor y frío. Lo que sí abunda, y cada vez más, son las pequeñas calderas domésticas de biomasa. El objetivo contemplado en el PER para la biomasa con fines térmicos es que para 2010 haya 582,5 ktep. Figura: consumo final bruto de energía en 2010 (PER ) En la siguiente tabla se puede ver el objetivo en biomasa para generación eléctrica según el PER MW GWh MW GWh MW GWh Biomasa sólida RSU Biogás TOTAL Biomasa Tabla: Objetivos en Biomasa del plan de energías renovables en el sector eléctrico En la siguiente tabla se puede ver el objetivo en biomasa para calefacción según el PER

11 ktep Biomasa sólida y residuos Biogás TOTAL Biomasa Tabla: Objetivos en Biomasa del plan de energías renovables en el sector calefacción En la siguiente tabla se puede ver el objetivo en biomasa para transporte según el PER Los biocarburantes contemplados son los obtenidos a partir de desechos, residuos, materias celulósicas no alimentarias y material lignocelulósico, según lo referido al Artículo 21, Apartado 2 de la Directiva 2009/28/CE. ktep Bioetanol Biodiesel Tabla: Objetivos en Biomasa del plan de energías renovables en el sector transporte 1.2 Estructura y evolución del sector La situación actual, y las tendencias previstas varían mucho en función del sector: Biomasa sólida El potencial de biomasa disponible en España, bajo hipótesis conservadoras, se sitúa en torno a 87 millones de toneladas de biomasa primaria en verde, incluyendo restos de masas forestales existentes, restos agrícolas, masas existentes sin explotar y cultivos energéticos a implantar. A este potencial se suman más de 12 millones de toneladas de biomasa secundaria seca obtenida de residuos de industrias agroforestales. En la actualidad la mayor parte de los ktep de consumo térmico final de biomasa en España proviene del sector forestal, utilizándose en sector doméstico, mediante sistemas tradicionales poco eficientes (uso de leñas) y en industrias forestales para consumo térmico o cogeneración. Existe una potencia instalada de 533 MW abastecida con residuos de industrias agroforestales y restos de cultivos agrícolas principalmente. En los últimos años se está iniciando el desarrollo de los cultivos energéticos y de la mecanización específica para la recogida, extracción y tratamiento de biomasa. Respecto a las aplicaciones, la implantación de tecnologías modernas para la biomasa térmica en edificios y los desarrollos tecnológicos en gasificación y ciclos ORC para la implantación de cogeneraciones hacen prever, para los próximos años, una importante expansión de la biomasa en el sector térmico en edificios e instalaciones industriales. Por consiguiente, en los próximos años además de avanzar en una mayor aportación cuantitativa de la biomasa, se producirá un cambio cualitativo a tecnologías actualizadas y eficientes. Todo ello unido a la generación de energía eléctrica distribuida mediante pequeñas cogeneraciones y plantas en el entorno de los 10 MW de potencia de generación pura. Por consiguiente, en los próximos años además de avanzar en una mayor aportación cuantitativa de la biomasa, es posible que se produzca un cambio cualitativo a tecnologías actualizadas y eficientes 11

12 El crecimiento de la producción eléctrica con biomasa permitirá la generación distribuida a través de pequeñas cogeneraciones y centrales eléctricas en el entorno de los 15 MW, para lo que se establecen nuevos programas de financiación y mejoras en el sistema de retribución de la energía eléctrica renovable (especialmente para instalaciones con menos de 2 MW), a la vez que se busca una simplificación de los trámites y una reducción de los procesos de maduración y puesta en marcha de estos proyectos. Biogás El potencial de generación de biogás en España se evalúa en unos 1,8 Mtep, destacando el biogás agroindustrial que aporta el 78% de este potencial. Si bien hasta la fecha, el biogás de vertedero ha sido el principal contribuyente a la generación de biogás en España, tanto la normativa europea de gestión de residuos (encaminada a reducir el depósito en vertedero de residuos biodegradables) como los altos potenciales de biogás agroindustrial, hacen pensar que la tecnología de generación de biogás que más se desarrollará en la próxima década será la de los digestores anaerobios, aplicada, principalmente, a residuos ganaderos y agroindustriales. La tecnología de digestión anaerobia es una tecnología madura, para la cual no se esperan grandes cambios. No obstante, hay margen de desarrollo para las tecnologías de pretratamiento y de valorización de los digestatos y, sobre todo, para las tecnologías de valorización del biogás generado. En este sentido, la inyección de biogás purificado en las redes de gas o el uso en vehículos son opciones que presentan un gran potencial de desarrollo Biocarburantes De acuerdo con los datos de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), los biocarburantes cubrieron en 2010 el 2,08% de la oferta mundial de petróleo. Los principales mercados de bioetanol son el norteamericano y el brasileño, mientras que el mayor consumo de biodiésel se produce en la Unión Europea. En España, la capacidad de producción instalada a finales de 2010 (datos del IDAE) superó los 4 millones de tep, repartidos en toneladas de bioetanol (4 plantas) y toneladas de biodiésel (47 plantas). Sin embargo, el sector ha atravesado durante los últimos años una difícil situación, en gran parte por prácticas comerciales, que han llevado a grandes importaciones y a una producción nacional por debajo de la capacidad instalada. El marco de promoción de los biocarburantes en España se basa en dos pilares: el incentivo fiscal (tipo cero del impuesto de hidrocarburos), vigente hasta finales de 2012, y la obligación de uso, que se desarrolla en la Orden ITC/2877/2008 y en la que se enmarcan los objetivos aprobados en el Real Decreto 459/2011. Y junto a ello, la normativa sobre calidad de los carburantes, cuya última referencia ha sido la aprobación del Real Decreto 1088/2010. En cuanto a los objetivos de biodiesel, se prevé que el ritmo de crecimiento se intensifique gracias a los objetivos de biocarburantes establecidos para el inicio de la década. En concreto, para los años 2011, 2012 y 2013, los cuales forman parte de las medidas establecidas en el Plan de Intensificación del Ahorro y la Eficiencia Energética del Gobierno, de marzo de Asimismo, este consumo seguirá una senda ascendente a lo largo de la década, apoyado por el desarrollo de especificaciones para mezclas etiquetadas. Respecto al bioetanol, se prevé que el consumo prácticamente se doble, desde 2011 hasta Su proyección ascendente será en 12

13 parte motivada por la probable desaparición de la gasolina de protección y la generalización de la especificación de mezclas etiquetadas de gasolina. En España hay múltiples plantas de producción de biocombustibles repartidas por todo el territorio nacional (Mapa 1). Según estimaciones del IDAE, en noviembre del año 2009 existían un total de tep/año instaladas en España. Además se calcula que con los proyectos de futuras plantas que actualmente están en ejecución y promoción esta capacidad instalada podría ascender a tep/año más, siendo el total de capacidad instalada mayor a tep/año. Distribución de las plantas de biocombustibles en España (IDAE y APPA). 1.3 Tipos de biomasa La biomasa es, desde el punto de vista energético, un combustible procedente de productos y residuos naturales (agrícolas o forestales). El Diccionario de la Real Academia Española lo define como materia total de los seres que viven en un lugar determinado, expresada en peso por unidad de área o de volumen y también como materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. Hay varios tipos de biomasa utilizables como fuente de energía, distinguiéndose los que corresponden al entorno forestal de los del agrícola. La biomasa de origen forestal permite diversas clasificaciones, según proceda de cortas de masas no comerciales, de restos de corta de otras especies comerciales o de residuos de las industrias forestales (serrerías, polvo de lijado, etc.). La agrícola también presenta diferentes orígenes (orujo, paja, cardo, maíz) e igualmente aporta residuos de sus industrias (alpechines, cáscaras de frutos secos, harineras, etc.).también se obtiene biomasa de cultivos energéticos, tanto forestales (chopo, eucalipto, paulonia, acacia, etc.) como agrícolas (sorgo, colza, etc,). 13

14 Por último, la biomasa residual está constituida por subproductos de la actividad de distintos sectores, como el industrial, urbano y agropecuario. En esta amplia definición se engloban múltiples y variadas materias susceptibles de ser utilizadas en la producción de energía, como queda reflejado en el siguiente esquema: A continuación se hace una clasificación de la biomasa en función de su procedencia: Biomasa natural: es la que se produce espontáneamente en la naturaleza sin ningún tipo de intervención humana. Los recursos generados en las podas naturales de un bosque constituyen un ejemplo de este tipo de biomasa. La utilización de estos recursos requiere de la gestión de su adquisición y transporte hasta la empresa lo que puede provocar que su uso sea inviable económicamente. Biomasa residual: se incluyen en este grupo los subproductos sólidos o líquidos no utilizados en las actividades agrícolas, en las forestales y en los procesos de las industrias agroalimentarias y de transformación de la madera y que, por tanto, son considerados residuos. Este tipo de biomasa es el que, en la actualidad, presenta un mayor interés desde el punto de vista de aprovechamiento industrial. Este grupo de biomasas incluye: - Residuos forestales son los generados en los bosques y proceden de los tratamientos y limpiezas de las masas vegetales realizados para la defensa y mejora de éstas. Se obtienen tras la realización de operaciones de corta, saca y transporte primario a pista. Se componen de leñas, ramas, cortezas, matorrales, etc. - Residuos de industrias forestales proceden de los procesos de 1ª y 2ª transformación de la madera y papelera y forman parte de un grupo de materiales heterogéneos: astillas, corteza, serrín, recortes, finos y otros. Su origen es siempre establecimientos industriales (aserraderos, fabricación de corcho, fabricación de pasta de papel, etc) - Residuos agrícolas: Se generan como restos de cosechas y se pueden dividir en leñosos y herbáceos. Dentro de los residuos agrícolas leñosos estarían las podas de olivos, viñedos y frutales, y dentro de los residuos agrícolas herbáceos se encontrarían la paja de los cereales (trigo, cebada, etc.), cañotes de maíz, restos de algodón, etc. - Residuos de industrias agrícolas: tiene un origen muy variado, aunque por su cuantía los más importantes son los procedentes de la industria relacionada con el aceite de oliva, pero dentro de este grupo existe otro conjunto de materiales constituido por restos 14

15 vegetales con diferentes grados de humedad como son la cáscara de almendra, la cascarilla de arroz, etc. - Residuos de industrias agroalimentarias: Son las aguas residuales de industrias agroalimentarias que se generan en conserveras, producción de harinas cárnicas y de pescado, azucareras, conserveras de vegetales, vinícolas y lácteas. Por tratarse de vertidos biodegradables, son susceptibles de ser valorizados mediante métodos biológicos debido al alto contenido en materia orgánica que poseen. - Residuos ganaderos: Dentro de los residuos ganaderos se incluyen tanto los residuos sólidos (estiércol) como los líquidos (purines). Este tipo de residuos se generan es explotaciones porcinas, bovinas, ovinas y aviares. Este tipo de residuos contienen un alto porcentaje de humedad y de materia orgánica por lo que los procesos biológicos son los más adecuados para su valorización. Cultivos energéticos: son cultivos realizados con la única finalidad de producir biomasa para su valorización energética. Los cultivos energéticos presentan unas características especiales: - se suelen plantar en zonas marginales de baja productividad agrícola - poseen alta productividad en biomasa - son cultivos poco exigentes (alta rusticidad), lo que conlleva a la menor utilización de fertilizantes en comparación con otros cultivos - no son cultivos específicos, por lo que las variedades a cultivar pueden ser mayores. Para que un cultivo pueda considerarse energético su producción, tanto en fruto como en los residuos de su recolección, debe de ser totalmente valorizable y debe de tener un poder calorífico considerable. Además, debe de presentar un balance energético positivo, es decir, alto rendimiento en biomasa recolectable en comparación con el gasto energético generado en su producción. Algunos ejemplos de cultivo energético tradicional son la caña de azúcar, trigo, cebada, remolacha, arroz, girasol, etc. Estos cultivos precisan de un terreno fértil y agua con lo que entran en competencia directa con el sector alimentario. También pueden considerarse cultivos energéticos aquellas especies forestales de rápido crecimiento como el eucalipto, sauce y el álamo. En los últimos años, se han incluido otras especies menos frecuentes como cultivo energético. Son especies que se pueden cultivar en terrenos o condiciones desfavorables para otros cultivos. Entre ellas están la pataca (su materia seca es valorizable en procesos termoquímicos), las chumberas (contiene azúcares fermentables a alcohol) y los helechos (por tener alto contenido en humedad su digestión anaerobia genera biogás). Otros cultivos más novedosos son los generados en el mar. Las algas pueden a llegar a alcanzar una producción de 70 t/ha año en peso seco con un poder calorífico de 11 MJ/kg. La valorización de las algas se puede producir tanto por medios termoquímicos, tratamiento térmico de la materia seca, como por medios biológicos, mediante la generación de metano. Residuos Urbanos y Lodos de Depuradora: Desde un punto de vista estricto, es considerada como biomasa residual valorizable la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (RSU) y de los lodos generados en las estaciones depuradoras de aguas residuales. Estos residuos forman parte de un tipo de biomasa que ya existe, no hay que producirla, y cuya eliminación es un problema grave y de solución costosa. Además, se estima que el crecimiento anual en su producción es del 2 al 6%. Por otro lado, también hay que tener en cuenta que esta biomasa 15

16 residual está concentrada en lugares determinados, las ciudades, por lo que puede ser aprovechada con unos costes de transporte muy reducidos. Dentro de los residuos urbanos aprovechables se encuentran: los residuos domiciliarios, los procedentes de actividades comerciales asimilables a las domiciliarias, los derivados de la limpieza urbana y los provenientes de pequeñas construcciones. La clasificación realizada, de los diferentes tipos de biomasa, se puede resumir en el siguiente cuadro: CLASE TIPO EJEMPLO Biomasa natural Biomasa residual Cultivos energéticos Biocombustibles líquidos Residuos Sólidos Urbanos y lodos de EDAR Res. forestales Res. Industria forestal Residuos agrícolas Res. industrias agrícolas Res. industria agroalimentaria Residuos ganaderos Tradicional Nuevo Podas en los bosques Leñas, ramas Cortezas, serrín, recortes, astillas Leñosos Podas olivos, viñedos, frutales Herbáceos Paja cereal, cañote maíz Cáscara almendra, restos de la fabricación del aceite, cascarilla arroz Aguas residuales de las conserveras, azucareras, industria vinícola, láctea, producción harina cárnica Sólidos Estiércol Líquidos Purines Caña de azúcar, trigo, cebada, girasol, remolacha, eucalipto, sauce Pataca, chumbera, helecho, algas Bioetanol y su derivado, etilterbutíleter Biodiesel Fracción Orgánica Como se puede apreciar, la biomasa abarca multitud de materiales con diferentes propiedades en función de su procedencia, lo que hace que pueda ser utilizada tanto para obtener calor como para la obtención de productos químicos, como puede ser el hidrógeno. Aún así, la biomasa aprovechable energéticamente debe de cumplir una serie de características con el fin de desarrollar mercados complementarios sin suponer un gran cambio para el agricultor o gestor: Bajo coste unitario de producción Posibilidad de siembra en tierras de baja productividad Fácil mecanización Balance energético positivo Uso eficiente de recursos naturales, como el agua. Además de estas características, es importante conocer las propiedades físicas y químicas de la biomasa con el fin de conocer su viabilidad a la hora de utilizarla como recurso energético. Entre estas propiedades están su contenido energético (PCI), cantidad de cenizas que deja su 16

17 combustión, materia orgánica biodegradable (MV), humedad relativa que posee, etc. Estas características determinarán la tecnología a utilizar para su aprovechamiento, así como los pretratamientos necesarios para optimizar el rendimiento de operación de dicha tecnología. En el siguiente cuadro se indica algunas de las características mencionadas de las biomasas más frecuentes: TIPO EJEMPLO CARACTERISTICAS %Humedad %MV %H PCI Residuo forestal Leña Res. Industria forestal Corteza pino Res. Industria forestal Serrín pino Residuo agrícola herbáceo Paja trigo Res. Industria agrícola Cáscara almendra Residuo ganadero Purín de cerdo Cultivo energético Cardo Cultivo energético Eucalipto Residuo Urbano Fracción orgánica Residuo Urbano Lodo de EDAR Biocombustibles líquidos Bioetanol %MV, %H y PCI calculado en base seca; PCI en kcal/kg; En función de las características de la biomasa (grado de humedad fundamentalmente) y con el objetivo de optimizar el gasto energético se utilizan diferentes tecnologías de aprovechamiento, las cuales se esquematizan en la siguiente tabla: TIPO DE BIOMASA TECNOLOGIA DE TRANSFORMACION PRODUCTO GENERADO Combustión Vapor Aceite térmico Agua caliente Aire caliente Biomasa residual seca Gasificación Gas combustible (1) Gas de síntesis (1) Producción de Biocarburantes Aceite vegetal (2) Biodiesel (2) Etanol (2) ETBE (2) 17

18 Compostaje Compost Biomasa residual húmeda Digestión Anaerobia Biogás (1) Combustión Vapor Aceite térmico Agua caliente Aire caliente Gasificación Gas combustible (1) Gas de síntesis (1) Cultivos energéticos Producción de Biocarburantes (1) productos para la obtención de energía térmica y/o mecánica (2) productos para la obtención de energía mecánica Aceite vegetal (2) Biodiesel (2) Etanol (2) ETBE (2) Tabla: Sistemas de aprovechamiento energético en función de la biomasa disponible 1.4 Procesos de conversión En España se suele utilizar el término de biocombustible de una forma genérica para designar a los productos de la biomasa que se emplean para fines energéticos. En la mayoría de los países de Europa se tiende a matizar más, empleando el término de biocombustible para los productos energéticos de origen biológico que se van a utilizar en aplicaciones térmicas (calor o electricidad), principalmente combustibles sólidos y el de biocarburante para los que se utilizan en motores térmicos (de explosión o de combustión interna). Para evitar confusiones es preferible utilizar una terminología que haga referencia al estado físico de combustible, así los biocombustibles sólidos, en referencia a los que son utilizados básicamente para fines térmicos o como materia prima para la pirolisis o la gasificación, biocombustibles líquidos como sinónimo de los biocarburantes para automoción y biocombustibles gaseosos para fines térmicos, mecánicos o para la producción de electricidad. Estos biocombustibles también pueden ser utilizados como materia prima para la industria 5. 5 barreras para el desarrollo del empleo de los biocombustibles sólidos y líquidos. J. Fernández. Jornadas Sobre Aportación De La Biomasa Al Desarrollo De Las Energías Renovables CC.OO. IDEA

19 Las tecnologías para convertir la biomasa en un producto sólido, líquido o gaseoso que pueda ser utilizado energéticamente se presentan en el siguiente esquema. Procesos de conversión de la biomasa Figura 3: Tecnologías de conversión de la biomasa A continuación, se realizará un breve resumen de las tecnologías a emplear para convertir la biomasa en un biocombustibles sólido, en un combustible líquido o en un biocombustibles gaseoso. Biocombustibles sólidos Los procesos más utilizados de tratamiento de la biomasa para obtener un biocombustibles sólido son: - astillado - secado, natural o forzado - molido - densificación pelletizado o briqueteado 19

20 Biocombustibles líquidos o biocarburantes: Los procesos más utilizados de tratamiento de la biomasa para obtener un biocombustibles líquido son: - Para obtener biodiésel, la transesterificación de aceites vegetales y grasas animales 6. - Para obtener bioetanol, a partir de la fermentación de los azucares que se encuentran en los productos vegetales, tales como cereales, remolacha, caña de azúcar o biomasa. - Para obtener biooil, a partir de la degradación térmica de la biomasa mediante un proceso denominado pirólisis. Biocombustibles gaseosos Los procesos más utilizados de tratamiento de la biomasa para obtener un biocombustibles gaseosos son: - Para la obtención de biogás, mediante digestión anaerobia de la biomasa. - Para la obtención de gas de síntesis, a partir gasificación de biomasa. 1.5 Formas de energía de la biomasa La energía que se produce a partir de la biomasa puede ser básicamente eléctrica, eléctrica y térmica o sólo térmica. La principal tecnología empleada es la cogeneración. En Europa representa alrededor de tres cuartas partes de la energía eléctrica total y los principales productores de energía con biomasa tienen más potencia instalada en cogeneración que en electricidad. Suecia, Alemania y Dinamarca, entre otros, no tienen plantas que sólo produzcan electricidad. En España, se utilizan una serie de tecnologías comercialmente disponibles y de las que se espera que se desarrollen a corto plazo de forma intensa. Podemos agruparlas en el siguiente cuadro: 6 Biocarburantes líquidos: biodiesel y bioetanol.. J.M. García, J. A. García. Informe de Vigilancia Tecnológica Ciemat

21 Figura: Tecnologías de recuperación energética de la biomasa Energía Térmica. Las aplicaciones térmicas con producción de calor y agua caliente sanitaria son las más comunes dentro del sector de la biomasa. Estas aplicaciones incluyen un primer escalafón referido al uso de calderas o estufas individuales a escala doméstica (las estufas de toda la vida pero notablemente más eficientes), y las calderas que permiten su adaptación a un sistema de radiadores o de suelo radiante y a otros con producción de agua caliente sanitaria. En un segundo escalafón se sitúan las calderas diseñadas para un bloque o edificio de viviendas, equiparables en su funcionamiento a las habituales de gasóleo C o gas natural, que proveen a las viviendas de calefacción y agua caliente. El uso de estos sistemas exige disponer de un lugar adecuado (amplio y seco) para almacenar el biocombustible (pellets, casi siempre), por lo que pueden ser una buena solución, tanto económica como medio ambiental, para edificios de nueva construcción, sobre todo si se atienen a las nuevas ordenanzas y reglamentos, con el Código Técnico de la Edificación. En el centro y norte de Europa está también muy extendido el uso de district heating, red de calefacción y de agua caliente centralizadas capaces de atender esas necesidades energéticas de urbanizaciones enteras, edificios públicos, centros deportivos, complejos comerciales e incluso industrias. El mayor tamaño, tanto de las calderas como de los silos de almacenamiento del combustible, requiere de instalaciones exclusivas para estas centrales térmicas. En España empiezan a hacerse un hueco. Los consumos térmicos de determinadas industrias también son abastecidos por calderas de biomasa. Respecto al uso final térmico, dada la dificultad de asegurar grandes volúmenes a través de empresas de logística y de abastecimiento de biomasa, sólo aquellas empresas que pueden autoconsumir sus residuos o el sector doméstico, cuyo sistema de distribución es menos complicado, pueden presentar cifras relevantes e consumo. 7 Energía eléctrica. 7 Conama. Nov