Cifras Básicas de la Relación MADERA-Fijación de Carbono-CO 2 atmosférico

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1 Cifras Básicas de la Relación MADERA-Fijación de Carbono-CO 2 atmosférico Alejandro Carazo Gerente de Térmica AFAP S.A Ingeniero de Montes (Univ. Politec. Madrid) Diplomado en Adm. y Dir. de Empresas (ESADE) ACtermicaAFAP@terra.es RESUMEN: Se pretende ofrecer al lector 3 relaciones cuantitativas aproximadas, básicas y suficientes, para conocer, entender y estimar las cantidades de madera, carbono y dióxido de carbono que intervienen en las reacciones de: 1) emisión de CO 2 por combustión de la madera y 2) fijación de Carbono en la biomasa, y en la madera en particular. En el nº 82 de la revista MONTES leí dos citas al respecto de esto: la 1ª citaba al Profesor Alberto Pardos en el 4º Congreso Forestal Español (pág. 7: un m 3 de madera puesta en obra inmoviliza 1 Tm de CO 2 durante 20 a 30 años y ) y la 2ª en el publirreportaje de Nuestros Bosques frente al Cambio Climático (pág. 13 y 14: Un m 3 de madera retiene aproximadamente una tonelada de CO 2 ). La 1ª afirmación es técnicamente intachable, por el verbo utilizado, como pretendo demostrar y contribuir a aclarar en este artículo; pero la 2ª es -o más bien parece, como también quiero demostrar- una paradoja físico matemática, por la cierta metáfora que implica aquí el uso del verbo retener: Cómo puede retener un m 3 de madera -que pesa 500, 600 o 900 kgs., según sea su humedad- una tonelada de algo (en este caso de CO 2 )? Es decir, Cómo puede haber Kg. de algo, en un cuerpo que pesa menos de Kg? Y es que el lenguaje juega con la ciencia (como el juego dialéctico del medio metro cuadrado y la mitad de un metro cuadrado, etc.) pero aquí no hay auténtica paradoja matemática, del tipo de las del cálculo infinitesimal (e.g.: la liebre que nunca cogerá a la tortuga que va delante, porque antes de llegar a ella deberá recorrer infinitamente la mitad de la mitad, de la mitad, de la distancia que les separa, que también infinitamente aumenta, aunque. ambas distancias Convergiendo! a un valor finito, bastante más próximo que la meta; lo cual es la clave de las paradojas infinitesimales: la convergencia en el límite). Pág. 1

2 Por cierto que en la ref. bibliográfica que cito (del nº 81 de la revista MONTES) se daba la equivalencia de 1 t de carbono retenido por 3,667 t de CO 2, la cual de paso también voy a incluir y justificar aquí, pues es otra forma de expresar la misma fórmula. Pero vamos ya con la ciencia de los hechos: Se tiene que partir de una hipótesis simplificadora para hacer asequible el cálculo, cálculo que por otra parte interesa como cálculo técnico más que como exacto cálculo científico, pues se aplica en entornos macroeconómicos de carácter forestal, agrícola, industrial y ambiental en definitiva. La única hipótesis simplificadora necesaria es: MADERA = CELULOSA Ya que realmente la madera es celulosa en su mayor parte. Y ésta es un polímero natural cuya macromolécula tiene de fórmula empírica n(c 6 H 10 O 5 ), siendo n un valor entre 100 y veces el monómero glucosa, monosacárido de fórmula C 6 H 12 O 6, la cual se polimeriza linealmente en una cadena -o varias unidas paralelamente- mediante condensación que libera una molécula de agua en cada unión glucosa-glucosa (por ello también la celulosa puede verse formulada como n(c 6 H 10 O 5 )H 2 O, que indica esta formación). En nuestra hipótesis la madera será UNICAMENTE celulosa y su fórmula simplificada n(c 6 H 10 O 5 ). La combustión de madera sería por tanto combustión de celulosa y la reacción molecular de la misma -estequiométricamente ajustada- podría llamarse Reacción química fundamental de la combustión de madera : n(c 6 H 10 O 5 ) + n 6O 2 n 6CO 2 + n 5H 2 O Lo que traducido a lenguaje común es que 1 mol (molécula gramo) de celulosa reacciona exactamente (estequiométricamente) con 6 moles de oxígeno para dar 6 moles de dióxido de carbono y 5 moles de agua. Para los que están aún más olvidados de la química, recordar que 1 mol es la cantidad de masa de un compuesto, que contiene el número de Avogadro de moléculas, y que dicha masa es precisamente el peso molecular del compuesto expresado en gramos; por lo cual 1 mol de cualquier sustancia tiene el mismo nº de moléculas (6,0235x10 23 Pág. 2

3 = nº de Avogadro) que 1 mol de cualquier otra sustancia distinta. Esto significa en la Reacción Fundamental de arriba, y repetimos, que: 1 mol de (C 6 H 10 O 5 ) + 6 moles de O 2 6 moles de CO moles de H 2 O Teniendo en cuenta los pesos moleculares de estas moléculas y el principio de Avogadro apuntado, la anterior relación molar se traduce y queda igualmente ajustada en gramos como: 162 gr. de (C 6 H 10 O 5 ) gr. de O gr. de CO gr. de H 2 O Si se dividen estos pesos por 162 se tendrá la reacción ajustada para 1 Kg de madera, es decir, 1 Kg. de celulosa: 1 Kg. (C 6 H 10 O 5 ) + 1,19 Kg. O 2 1,63 Kg. CO 2 + 0,56Kg. H 2 O Este sería el Balance Técnico de Masas para la Combustión de Madera del cual se pueden extraer y justificar todas las relaciones citadas al principio del artículo: 1. un m 3 de madera puesta en obra inmoviliza 1 Tm de CO 2 durante 20 a 30 años y : En efecto, ya que por cada Kg. de madera combustionada se producen 1,63 Kg. de CO 2, recíprocamente la formación de madera utiliza, vía fotosíntesis, esa cantidad de CO 2 atmosférico para utilizar y retener su carbono -y su oxígeno 1 - en las moléculas de celulosa. Y si 1,63 Kg. de CO 2 se invierten en construir un Kg. de madera, Kg. de CO 2 producirían proporcionalmente 613,5 Kg. de madera, que no por casualidad se aproxima bastante al peso medio de 1 m 3 de madera en condiciones normales, lo que justifica la afirmación subrayada. Es una relación técnica aproximada, con todas las salvedades debidas a nuestra hipótesis simplificadora madera=celulosa más las consideraciones de humedad de la madera que quieran hacerse, pero sirve para cálculos técnicos y cifras redondas fáciles de recordar. Los años son por la vida media -y yo diría mínima- de los productos derivados de la madera, antes de su degradación/combustión final. Pág. 3

4 2. Un m 3 de madera retiene aproximadamente una tonelada de CO 2 :Sí, pero como indicaba arriba, con un cierto sentido metafórico, en el sentido de que no hay CO 2 retenido como tal en la madera, pero sí está retenido el carbono que forma dicho CO 2 atmosférico (y la mitad de su oxígeno) formando madera (celulosa, polisacáridos). Por tanto si se matiza así, o se sobreentiende -que era el caso- no se puede estar en desacuerdo con la afirmación t de carbono retenido equivale a 3,667 t de CO 2 : hay que volver a la Reacción Química Fundamental para ver esta relación. El carbono representa un 44,44% del peso molecular (Pm) de la celulosa: Pm C 6 / Pm (C 6 H 10 O 5 ) = (6 x 12) / 162 = 0,4444 por tanto son 2,25 t de celulosa (= madera) las que contienen 1 t de C y como 1t de madera produce 1,63 t de CO 2, 2,25 t de madera emiten 3,667 t de CO 2. Explicado de forma más amplia y sencilla: el C de un combustible cualquiera se transforma -en una combustión completa y estequiométrica- en CO 2, cuya relación de pesos atómicos C/ CO 2 es 12 a 44, es decir 1 a 3,67: 1 Kg. de C produce en una combustión 3,67 Kg. de CO 2. Explicadas estas relaciones, Cuidado con interpretaciones y conversiones apresuradas de cosas similares o relacionadas, pero no iguales! Por ejemplo, y me explico, aunque para forestales estas afirmaciones sean muy básicas, casi de Perogrullo: 1. No todo es carbono en la madera t de madera no es 1 m 3 madera. Porque he oído alguna vez, respectivamente, que 1 Kg de madera equivale o inmoviliza 3,67 Kg de CO 2 y que se retiene o evita una t de CO 2 por cada t de madera en pie ; lo primero es falso por exagerado, ya que es un Kg de carbono lo que produce eso y se ha visto que sólo un 44,4% en peso de la celulosa es carbono, luego un Kg. de madera inmoviliza 0,444 x 3,67 = 1,63 Kg. de CO 2, nuestro resultado conocido; y lo segundo es falso por defecto, ya 1 En la fotosíntesis, es el oxígeno del agua el que se libera a la atmósfera, siendo su hidrógeno, junto con el carbono y oxígeno del CO 2, los que se aplican a la formación del glúcido elemental. En reacciones posteriores Pág. 4

5 que es un m 3 de madera (aprox. 613 Kg.) la que aproximadamente inmoviliza o evita una t de CO 2 ; por tanto una t de madera equivale a unos Kg. de CO 2 (1.000/613 = 1,631) coincidente como es lógico con la relación estequiométrica del Balance Técnico de Masas. dicho glúcido elemental se combinará hasta formar glucosa y después ésta se polimerizará a celulosa. Pág. 5

6 CONCLUSIONES: Si nos atenemos a la Reacción química fundamental de la combustión de madera y su correspondiente Balance Técnico de Masas y dentro de la hipótesis simplificadora de madera = celulosa, las relaciones técnicas concluyentes son (Cuadro Resumen): 1 Ton MADERA 1,6 Ton CO 2 1 m 3 MADERA 1 Ton CO 2 1 Ton C 3,7 Ton CO 2 1. La formación de un Kg. de madera sustrae (inmoviliza, utiliza) 1,63 Kg de CO 2 atmosférico. 2. La combustión de 1 m 3 de madera emite una t de CO 2 y viceversa: hay una t menos de CO 2 en la atmósfera por cada m 3 de madera producido en la biosfera. 3. Una t de carbono retenido en cualquier combustible (renovable o fósil) equivale a 3,67 t de CO 2 liberado a la atmósfera. En relación con esto último y para terminar, un cuadro comparativo (Tabla 1) de las cantidades grosso modo de CO 2 que emiten diversos combustibles (elaborada a partir de datos de las refs. Bibliográficas 2 y 3): COMBUSTIBLE Energía almacenada CO 2 emitido Ratio Emisión por Energía PCI (Kcal./Kg.) (Kg.) (mg. CO 2 / Kcal) Biomasa de madera (Kg.) , Gas natural (Kg. en CN(*)) , Carbón (Kg.) , Gasóleo (Kg.) , (*) CN: Condiciones Normales: 1 atm. 0ºC. Tabla 1. Comparación energética, emisiva y Ratio Emisión/Energía de diversos combustibles pone en evidencia que lo relevante no es tanto el CO 2 emitido sino el origen del combustible, ya que aparte de la menor o mayor limpieza de las combustiones (el gas es la más limpia: Ojalá se produjera gas natural renovable en grandes cantidades!) y la generación de contaminantes no indicados aquí (SO 2 en los carbones y fuelóleos) la gran diferencia en el Pág. 6

7 medio ambiente la produce el hecho de que, salvo la biomasa, al utilizar los demás combustibles de la tabla LIBERAMOS un carbono que estaba retenido fósil desde hace millones de años; y así convendría dejarlo mientras no seamos capaces de frenar la emisión antrópica de CO 2, ya que el ciclo natural de formación de esos combustibles sobrepasa la escala humana y ni siquiera hay certeza de que se puedan repetir las condiciones que propiciaron la formación de esos yacimientos carboníferos (petróleo, gas, carbón). A efectos prácticos es como si abriéramos un grifo global de aporte de CO 2 a la atmósfera del planeta, SIN RETORNO a su origen o sumidero de carbono, del cual se extrajeron. Sin embargo la biomasa, aunque también su combustión es una liberación de carbono retenido y considerable, como indica la tabla- es una liberación temporal, de unas cuantas décadas, ya que el ciclo del carbono -el que ocurre en las condiciones actuales- vuelve a fijar el CO 2 atmosférico en biomasa en el transcurso de medio siglo, por término medio. Dicho de otro modo: la emisión de CO 2 producida al quemarse la biomasa, es la misma que la que se retira de la atmósfera durante el periodo de crecimiento de dicha biomasa. Por ello se dice que la biomasa al quemarse tiene emisiones neutras de CO 2. Lo importante es el saldo final de emisiones, la cual se conseguirá reducir cuanto mayor sea la cantidad de combustibles fósiles SUSTITUIDA por combustibles renovables, biocombustibles y energías renovables en general (Protocolo de Kyoto). La incineración de residuos -de ciertos residuos cuya combustión no añade otros problemas de contaminación a la atmósfera- contribuye en el mismo sentido que la biomasa. La energía nuclear también. Pero esto ya son otros temas, y otras polémicas. BIBLIOGRAFÍA: 1. PASCUAL PUIGDEVALL, Jesús; ROMEO GIMÉNEZ, Luis M.; Carbono Retenido en la Superficie Arbolada de la Provincia de Teruel. MONTES nº 81: MERINO, Luis; MOSQUERA, Pepa; Energías Renovables para Todos. Colección editada por Haya Comunicación 3. IDAE Manual de Energía de la Biomasa. Biblioteca CINCO DIAS. Ed. Especial Cinco Días. Aranjuez, Marzo de Pág. 7