ANÁLISIS DEL POTENCIAL DE BIOMASA FORESTAL EN EXTREMADURA (ESPAÑA) MEDIANTE SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

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1 X CONGRESO INTERNACIONAL DE INGENIERIA DE PROYECTOS VALENCIA, Septiembre, 2006 ANÁLISIS DEL POTENCIAL DE BIOMASA FORESTAL EN EXTREMADURA (ESPAÑA) MEDIANTE SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA C. Pérez Atanet (p), F. López Rodríguez, F.J.Moral García, A. Ruiz Celma. Abstract One of the main existing problems for the power use of biomass is the impossibility to assure a constant supply for the production in heat or electricity power plants. The viability of any project will depend to a great extent, as much of the availability of the biomass resource like of its management. During the last years, the power applications related to residues originated in forestal treatments applied to forest masses have become in an increasing interest. Facing an advantage and management of this fraction, it is important to study its potential. The objective of this work is to quantify and to map potential the power production of residual biomass coming from the more representative forest species in Extremadura (Spain), using like tool a SIG Finally, by means of using the SIG, a search of optimal points for the location of plants of power production well be made in next works. The application of methodology explained here, can be allowed to define the optimal location for a biomass power plant. Keiwords: biomass, GIS, resources maps. Resumen Una de las principales barreras existentes para la utilización energética de la biomasa es la imposibilidad de asegurar una oferta constante para la producción en las instalaciones generadoras de calor o electricidad. La viabilidad de cualquier proyecto dependerá en gran medida, tanto de la disponibilidad del recurso biomásico, como de su gestión. Durante los últimos años las aplicaciones energéticas relacionadas con los restos procedentes de tratamientos selvícolas aplicados a las masas forestales han venido 246

2 suscitando un creciente interés. De cara a un aprovechamiento y logística de esta fracción no maderable, es importante estudiar su potencial. El objetivo de este trabajo es cuantificar y cartografiar la producción energética potencial de biomasa residual procedente de las especies forestales más representativas de Extremadura (España), utilizando como herramienta informática un SIG Finalmente, mediante el uso del SIG, se realiza una búsqueda de puntos óptimos para la ubicación de plantas de producción energética. La aplicación de la metodología que se aquí se presenta, permitirá definir la ubicación óptima de una central de aprovechamiento de este tipo de biomasa y un área de acopio para la misma, con un radio de acción aproximado de 35 km, permitiendo en posteriores trabajos obtener los costes de recogida y transporte a la central. Palabras clave: biomasa, SIG, potencial energético, mapas de recursos. 1.Introducción En Extremadura, un 39% de la superficie total de la región, como se muestra en la figura 1 [1], es superficie forestal. Las actividades selvícolas generan cantidades apreciables de subproductos y residuos que pueden ser aprovechados para diversos fines energéticos. otras superficies 8% superficie cultivo 29% superficie forestal 39% prados y pastizales 24% Figura 1. Análisis de la superficie por tipo de aprovechamiento en Extremadura Una de las principales barreras existentes para la utilización energética de la biomasa es la imposibilidad de suministrar una oferta constante que asegure la producción en las instalaciones generadoras de calor o electricidad. La viabilidad de cualquier proyecto dependerá en gran medida, tanto de la disponibilidad del recurso biomásico como de su gestión. La estimación y localización de las cantidades de biomasa que puede generar la actividad forestal permitirá llevar a cabo un aprovechamiento planificado de estas, en el que se tenga en cuenta tanto los aspectos económicos como de conservación del medioambiente. 247

3 2.Objetivos El objetivo de este trabajo es la cuantificación y localización de la biomasa forestal disponible para la producción energética y la localización cartográfica de estos recursos utilizando como zona de estudio la Comunidad Autónoma de Extremadura. 3.Metodología A continuación se expone la metodología que se ha aplicado para estimar la energía que se podría generar a partir de la biomasa de origen forestal en la Comunidad Autónoma de Extremadura. En primer lugar se determinan las especies susceptibles de ser aprovechadas energéticamente, y una vez seleccionadas, se establecerá la metodología a aplicar para cuantificar la cantidad de biomasa anual que se genera, así como el potencial energético de la misma. Por último se expone el procedimiento que se ha seguido para la integración de la anterior metodología en un Sistema de Información Geográfica. 3.1 Fuentes de datos Las principales fuentes utilizadas han sido los límites regionales de la Comunidad de Extremadura, y la versión digital del mapa forestal nacional para las provincias de Badajoz y Cáceres a escala 1: (MFE50), realizada por el Banco de datos de la Naturaleza (BDN) [3]. Teniendo en cuenta que el presente inventario forestal ha sido elaborado a partir del mapa forestal, parece lógico basar el estudio principalmente en esta fuente de información. Para trabajar con archivos compatibles con el sistema de información geográfica (ArcGIS v. 8.3), se han utilizado los archivos de intercambio e00 de ArcInfo, proporcionados en el CD de la versión digital del mapa forestal. Estos archivos se han exportado a ArcInfo como coberturas, y posteriormente se han ido añadiendo al archivo del módulo ArcMap de ArcGIS como capas. Así, el archivo con el que hemos trabajado está compuesto por un total de 103 capas Elección de especies forestales arboladas Las especies forestales en estudio se han seleccionado en base a dos aspectos: la extensión de su distribución regional y la viabilidad tecnológica de su aprovechamiento. Para determinar las masas más representativas en Extremadura, se realizó un análisis de la información proporcionada por los formatos importados del mapa forestal al programa ArcGIS. No se han considerado en este estudio las superficies de matorral puesto que si bien ocupan una superficie importante en la comunidad de Extremadura, su baja productividad y su gran dispersión así como las dificultades logísticas en su recogida, aconsejan que no sean consideradas. Las especies forestales seleccionadas teniendo en cuenta los criterios anteriormente expuestos son: pino pinea, pino pinaster, eucaliptus glóbulus, eucaliptus camaldulensis, Quercus ilex, Quercus suber, Quercus pyrenaica. 248

4 En el gráfico siguiente se observa la distribución espacial de las diferentes especies arbóreas que existen en Extremadura y los porcentajes e superficie que ocupan, lo que justifica la elección de las especies anteriormente mencionadas. Quecus suber 25% Quercus pyrenaica 15% Castanea Sativa 1% Quercus ilex 20% Eucaliptus camaldulensis 20% Pinus pinea 4% Eucaliptus globulus 2% Pinus pinaster 13% Figura 2. Principales especies arboladas de Extremadura, en función de la superficie ocupada 3.3 Metodología de estimación del potencial energético de la biomasa forestal Conocida la distribución espacial de las diferentes especies forestales seleccionadas es necesario calcular que cantidad de biomasa residual generarían. Para ello se aplica un estimador de residuo especifico para cada especie, expresado en t/ha año. En las especies arbóreas la biomasa residual aprovechable para la generación de energía (residuo forestal), se produce consecuencia de los tratamientos selvícolas que se aplican a las masas. Por tanto, el estimador de residuo forestal, dependerá no solo de la productividad de la especie de la que se trate, sino también de los tratamientos que se le apliquen y de la frecuencia de los mismos. Los estimadores utilizados se han obtenido de estudios precedentes realizados por la Agencia Extremeña de la Energía y la Universidad de Extremadura [2], y se muestran en la tabla 1. ESPECIE TRATAMIENTO ESTIMADOR MEDIO DE RESIDUO (t/ha año) Encina Poda 0,52 Alcornoque Poda 0,18 Roble Poda 0,30 P.pinea Clareo 0,23 P.pinea Clara 0,71 P.pinea C.final 3,72 P.pinaster Clareo 0,88 Eucalipto C.final 1,33 Tabla 1. Estimadores de residuos húmedos. En el caso de la encina, alcornoque y roble, el estimador cuantifica únicamente la cantidad anual de taramas y no de leñas, puesto que estas tienen otro uso. 249

5 El potencial energético asociado a cada especie forestal, dado en toneladas equivalentes de petróleo (tep), se calcula mediante la siguiente expresión: Siendo 7 P = S( ha) Er( t / ha año) PCI( Kcal / kg) 1000kg / t 1tep /10 Kcal (1) S: superficie en hectáreas E r : estimador de residuo forestal húmedo en toneladas/año PCI: poder calorífico inferior de la biomasa en base húmeda (30%) Según esta fórmula, para el cálculo del potencial energético de la biomasa residual forestal, es necesario asociar a los restos forestales, además de la superficie (ha) y el estimador de residuo de cada especie en húmedo (t/ha año), un poder calorífico. Los poderes caloríficos utilizados se han obtenido a partir de ensayos realizados por la Universidad de Extremadura, mostrándose en la tabla siguiente. ESPECIE FORESTAL PCI (kcal/kg) Pinus pinea 3084,28 Pinus pinaster 3212,04 Quercus pyrenaica 3032,91 Quercus ilex 2920,16 Quercus suber 3250,09 Mezcla de eucaliptos 3060,00 Eucalyptus globulus 3084,28 Eucalyptus camaldulensis 3049,44 Tabla 2. PCI por especie. Se debe tener en cuenta que la humedad a la que se mide el PCI debe ser la misma que a la que se calcule la disponibilidad (estimador). La humedad considerada en este estudio ha sido un 30%, siendo ésta la humedad de la biomasa forestal secada al aire. 3.4 Integración de la metodología de estimación del potencial energético de la biomasa forestal en el SIG La energía potencial de la biomasa forestal residual, en Extremadura, se obtendrá integrando en la tabla de atributos de cada una de las 103 capas, la expresión (1). Para ello, añadimos a la tabla tabla de atributos un nuevo campo, llamado POTENCIAL, mediante el comando Add field de ArcMap y posteriormente calculamos su valor introduciendo la expresión (1) mediante el comando Calculate values. Para mostrar el comportamiento espacial de una variable en un mapa o para realizar determinados análisis con la información, esta debe estar contenida o bien en la tabla de atributos de la capa o bien haber sido vinculada a la misma. Como en este caso una parte de los datos necesarios están almacenados en tablas externas, en las que los registros no tienen ningún tipo de vinculación inicial con los objetos geográficos, el paso previo para poder utilizar esa información espacialmente es generar un nexo de unión entre estos archivos de excel y las tablas de atributos de las capas. 250

6 Para poder realizar las operaciones necesarias expuestas en el punto anterior, en primer lugar se ha creado un tabla de excel que contiene la información necesaria correspondiente a todas las especies forestales existentes en Extremadura, los valores de estimador de residuo para cada especie y el poder calorífico A continuación se creó una tabla que contenía la información de las dos originales. Para ello fue necesario realizar una unión (joint) uno a muchos, pues la tabla de atributos de cada capa, incluye información para cada una de las teselas en que se divide la parcela, mientras que la tabla excel, contiene un único valor para cada especie. El campo común de ambas tablas, y por tanto en el que se basa la unión es el SP1, que es el identificador numérico de cada especie. Figura 3. Unión uno a muchos realizado entre tabla de atributos de cada capa y tabla de excel Tras distintas operaciones repetidas para todas las capas se obtuvo como resultado la distribución geográfica del potencial energético de cada especie. Sumando estos potenciales, es posible obtener una capa con el potencial energético total para la Comunidad de Extremadura. 251

7 Figura 4. Tabla de atributos de una capa con potencial energético por tesela Cartografía de los resultados Para cartografíar los resultados se utilizó también el módulo ArcMap de ArcGIS. El mapa principal representa la distribución espacial del potencial energético de biomasa forestal en Extremadura. También es posible apreciar la distribución espacial de las distintas especies forestales, lo que constituye el mapa especies forestales en Extremadura. 4.Resultados Como se muestra en la Figura 5, la encina es la principal especie contribuyente a la producción energética potencial en la comunidad de Extremadura a partir de restos forestales. Es una especie abundante en la mayoría de zonas de la región, ocupando como especie dominante un área próxima a ha. Además de los mapas obtenidos, hay que destacar que en la aplicación de ArcMap elaborada, para cada una de las capas se recogen en la tabla de atributos datos importantes, como el potencial correspondiente a cada tesela, superficie de la misma, especie dominante, estimador de residuo de dicha especie y PCI del residuo considerado. La aplicación permite también representar cartográficamente cualquiera de las variables, mencionadas anteriormente, obteniendo por tanto su distribución espacial para Extremadura. Es importante señalar que los resultados de este trabajo se refieren únicamente la energía potencial. De cara a considerar su explotación, sería necesario tomar en cuenta otros factores como el porcentaje de residuos que es posible acopiar en función de los medios empleados, de las características oreográficas cada zona, etc. Todos estos factores se analizarán en fases posteriores de esta investigación. A continuación, en las figuras 5 y 6 se pueden apreciar los mapas que representan la distribución geográfica de las especies forestales y el potencial energético de los restos de las mismas en Extremadura. 252

8 Figura 5. Distribución geográfica de especies forestales en Extremadura Figura 6. Potencial Energético de la biomasa forestal 253

9 5.Conclusiones El principal objetivo ha sido desarrollar un modelo para la estimación del potencial energético de la biomasa forestal en la comunidad autónoma de Extremadura y la integración del mismo en una herramienta SIG. La metodología desarrollada, estima la biomasa procedente de residuos forestales en Extremadura. Los propósitos que se cubren con aquella son los siguientes: Generación de un modelo de estimación del potencial energético de los residuos forestales en la comunidad de Extremadura, atendiendo a los restos generados por las operaciones selvícolas realizados por las especies arbóreas de interés. Fácil actualización de los datos básicos, lo que permite reajustar las estimaciones. Con ello se pueden valorar de forma rápida cambios o alteraciones en las masas forestales y por tanto en su potencial energético. El modelo desarrollado de estimación de biomasa, es adaptable a otras comunidades, incorporando la información necesaria de éstas. La integración del modelo en una herramienta SIG posibilita: Empleo de información específica para las especies estudiadas; concretamente el mapa forestal, que se ha utilizado para definir la biomasa procedente del terreno forestal arbolado, Posibilidad de emplear datos procedentes de distintas fuentes cartográficas, datos de campo e imágenes de satélites. Los datos se operan en el modelo (usando la herramienta SIG) con la misma metodología, por lo que los resultados son comparables e integrables. Basada en la información ofrecida por el Mapa Forestal, que al tratarse de inventarios continuos, garantiza la disponibilidad de información actualizable, y en consecuencia, el diseño de una herramienta SIG que también lo sea. En cuanto a los resultados obtenidos, se ha partido de unos estimadores para determinar la biomasa generada por las distintas especies forestales en función del tratamiento que le corresponde. Es importante reseñar que estos son valores medios, que se aportan para dar una referencia numérica de los resultados para cada tratamiento. Por último, es de destacar que los SIG pueden ser de una gran ayuda para la evaluación de recursos biomásicos, ya que permiten el tratamiento y análisis de los datos y su representación geográfica Referencias. [1]. Anuario Estadístico Junta de Extremadura. [2]. Pérez Atanet, C, López Rodríguez, F, Ruiz Celma, A. Potencial de biomasa forestal en Extremadura y su aprovechamiento energético. Congreso Nacional sobre las Energías Renovables. P Murcia, Depósito Legal MU [3]. Mapa Forestal de España. MFE50. Comunidad Autónoma Extremadura. Banco de datos de la Naturaleza. Ministerio de Medio Ambiente

10 [4]. Javier Domínguez Bravo et al. Evaluación de la biomasa potencial como recurso energético en la región de Navarra (España). Revista Internacional de Ciencia y Tecnología de la Información Geográfica, nº 3 p1-10. SIN: [5]. Mitchell, C. P. (2000): Development of decision support systems for bioenergy applications, Biomass and Bioenergy, 18, pp [6]. Voivontas, D. et al. (2001): Assessment of biomass potential for power production: a GIS based method, Biomass and Bioenergy, 20, pp Correspondencia (para más información contacte con) Fernando López Rodríguez. Universidad de Extremadura. Escuela de Ingenierías Industriales. Dpto de Expresión Gráfica. Av de Elvas s/n Badajoz (Spain). Phone: Fax ferlopez@unex.es 255