TIPOS DE BIOCOMBUSTIBLES Biocombustible Hebra Grado de transformación medio sólido Paca Harina Grado de transformación alto Cáscara o similar Astilla Pélet Briqueta Carbón vegetal Otros Sin transformación industrial bioenergética Aceite vegetal puro per se Licor negro Producto principal de una transformación Biodiésel industrial bioenergética Bioetanol Biocombustible Biometanol líquido Bio-ETBE Subproducto de una transformación Bio-DME industrial bioenergética Otros carburantes sintéticos Líquido piroleñoso Otros Digestión anaerobia Gas de vertedero Gas de tratamiento biológico Biocombustible Gas de tratamiento termoquímico gaseoso Otros procesos Biohidrógeno Otros gases sintéticos Otros
Aplicaciones energéticas A) GENERACIÓN DE ENERGÍA TÉRMICA Quemar biomasa sólida Quemar gas de digestión anaerobia Quemar gas de gasificación B) GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA TECNOLOGÍA BIOMASA TAMAÑO COMENTARIOS Ciclo de vapor Sólida > 4 Mw Turbina de gas Gas de síntesis > 1 Mw Sobre todo para cogeneración Ciclo combinado Gas de síntesis > 10 Mw Motor alternativo Gas de síntesis o biogás > 50 kw Sobre todo para cogeneración COGENERACIÓN: Producción conjunta de energía térmica y eléctrica. Mayor rendimiento que por separado Adecuado para consumo eléctrico elevado y posibilidad de aprovechar energía térmica a alta temperatura
DESTINO Doméstico Equipos sencillos de construcción Equipos sofisticados de regulación Acumulación de cenizas, sinterización, fusibilidad Industrial Equipos robustos Cámara de policombustión Menor exigencia en calidad Centrales térmicas Exigente en homogeneidad en PC Cenizas < 3 %
VENTAJAS QUE PRESENTA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO Alta volatilidad Bajo contenido en azufre Más fácil de gasificar Biomasa: < 2 % S Volátiles biomasa: 70 90 % Volátiles carbón: 30 45 % Bajo contenido en nitrógeno Quemar a T < 1.000 ºC Bajo contenido en cenizas Cenizas biomasa: 0,5 3 % Cenizas carbón: hasta 30 %
Inconvenientes que plantean las calderas de biomasa Los rendimientos de las calderas de biomasa son algo inferiores a los de las que usan un combustible fósil líquido o gaseoso. La biomasa posee menor densidad energética, o lo que es lo mismo, para conseguir la misma cantidad de energía es necesario utilizar más cantidad de recurso. Esto hace que los sistemas de almacenamiento sean, en general, mayores. Los sistemas de alimentación de combustible y eliminación de cenizas son más complejos y requieren unos mayores costes de operación y mantenimiento (respecto a las que usan un combustible fósil líquido o gaseoso). No obstante, cada vez existen en el mercado sistemas más automatizados que van minimizando este inconveniente. Los canales de distribución de la biomasa no está tan desarrollados como los de los combustibles fósiles (sólo aplicable en el caso de que los recursos no sean propios). Muchos de estos recursos tienen elevados contenidos de humedad, lo que hace que en determinadas aplicaciones puede ser necesario un proceso previo de secado.
Caracterización físico-química de la biomasa Material C% H% N% S% O% Cenizas (% ) Kj/kg Corteza pino 52.3 5.8 0.2 0 38.8 2.9 20.4 Pino 53.3 5.9 0.1 0 40.3 0.2 21.4 Abeto 52.3 6.3 0.1 0 40.5 0.8 21 Haya 51.6 6.3 0 0 41.5 0.6 20.3 Nogal 49.7 6.5 0 0 43.1 0.7 20.1 Álamo 51.6 6.3 0 0 41.5 0.6 20.7 Arce 50.6 6 0.3 0 41.7 1.4 19.9 Cáscara arroz 38.5 5.7 0.5 0 39.8 15.5 15.3 Cáscara trigo 39.2 5.1 0.6 0.1 35.8 19.2 15.8 Serrín(pélet) 47.2 6.5 0 0 45.4 1 20.45 Papel 43.4 5.8 0.3 0.2 44.3 6 17.57 Roble 49.5 5.7 0.2 0 41.3 3.3 19.18 Residuo animal 42.7 5.5 2.4 0.3 31.3 17.8 17.1 R.S.U. 47.6 6 1.2 0.3 32.9 12 19.8 Carbón vegetal 80.3 3.1 0.2 0 11.3 3.4 31.2 Lignito 64 4.2 0.9 1.3 19.2 10.4 24.85 Carbón 74.4 5.1 1.5 3.8 7.9 7.3 31.23
H = h / (1 + h) h = H / (1 - H) se deduce que: * PCI = PCS (1 - H) - 269 H - 316 El PCI para un determinado grado de humedad, tomado para simplificar como concentración de hidrógeno el 6%, y como calor de vaporización del agua de 585kcal/kg, viene dado por cualquiera de las dos expresiones siguientes: PCI = PCS (1-h ) 269 h - 316 PCI = [PCS 585 (h + 0.54) ] / (1+h) Referido respectivamente a la humedad en base húmeda y en base seca.
Caracterización energética de la biomasa Poder calorífico superior (P.C.S.) Es la cantidad total de calor de un combustible, incluyendo el calor latente del agua formada por la combustión del hidrógeno contenido en dicho combustible. Poder calorífico inferior (P.C.I.) Es la cantidad de calor que resulta al restar del poder calorífico superior el calor latente del agua formada por la combustión del hidrógeno contenido en el combustible.
Poder calorífico inferior C H 2 + O 2 N 2 CO 2 H 2 O N 2 + CALOR Combustible Aire Gases de combustión El vapor de agua contenido en los gases de combustión no condensa Calor de oxidación del combustible PODER CALORÍFICO INFERIOR
Poder calorífico superior C H 2 + O 2 N 2 CO 2 H 2 O N 2 + CALOR + CALOR Combustible Aire Gases de combustión El vapor de agua contenido en los gases de combustión condensa Calor de oxidación del combustible Calor de condenación del vapor de agua Poder calorífico Inferior PODER CALORÍFICO SUPERIOR
PCI PCS 597. G PCI: punto calorífico inferior (kcal/kg combustible) PCS: punto calorífico superior (kcal/kg combustible) 597: calor de condensación del agua a 0ºC (kcal/kg agua) G: Porcentaje en peso del agua formada por la combustión del H más la humedad propia del combustible (kg agua/kg combustible) G = 9H + H 2 O 9 kg de agua al oxidar 1 kg de H H: % de H en el comustible H 2 O: % de humedad del combustible PCI PCS 597. 9H H 2O
Poder calorífico de los elementos simples C + O 2 CO 2 + 8.140 kcal/kg C C + ½O 2 CO + 2.440 kcal/kg C H + ½O 2 H 2 O + 34.400 kcal/kg H S + O 2 SO 2 + 2.220 kcal/kg S
Poder calorífico superior (P.C.S.) Es la cantidad total de calor de un combustible, incluyendo el calor latente del agua formada por la combustión del hidrógeno contenido en dicho combustible. * PCS = 8.140 C + 34.400 (H - O/8) + 2.220 S (kcal/kg) C: Contenido en carbono (g/g MS) H: contenido en hidrógeno (g/g MS) O: contenido en oxígeno (g/g MS) S: contenido en azufre (g/g MS) O/8: H combinado con O del mismo combustible dando agua de combinación Poder calorífico inferior (P.C.I.) Es la cantidad de calor que resulta al restar del poder calorífico superior el calor latente del agua formada por la combustión del hidrógeno contenido en el combustible. * PCI = 8.140 C + 29.000 (H - O/8) + 2.220 S (kcal/kg) COMBUSTIBLE SECO * PCI = 8.140 C + 29.000 (H - O/8) + 2.220 S 597 H 2 O (kcal/kg) COMBUSTIBLE HÚMEDO
SECADO NATURAL BIOMASA FRESCA H > 50 % BIOMASA SECA H = 20-30 % En montón, según se va generando Astillado SECADO FORZADO Consecuencia de su utilización con fines energéticos INCREMENTO DE LOS COSTES DE EXTRACCIÓN Y MANEJO ENCARECIMIENTO DEL TRANSPORTE DIFICULTAD O IMPOSIBILIDAD DE TRANSFORMACIÓN EN COMBUSTIBLE REDUCCIÓN DE LOS RENDIMIENTOS EN LAS FASES DE TRANSFORMACIÓN BAJOS RENDIMIENTOS EN PROCESOS DE CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA PROBLEMAS OPERATIVOS EN LAS INSTALACIONES DE CONVERSIÓN INCREMENTO DE LA CONTAMINACIÓN (CO 2, NOx, CO) FORMACIÓN DE INCRUSTACIONES EN LAS PAREDES DE LAS CALDERAS COMBUSTIÓN INESTABLE
Caracterización energética de la biomasa P.C.I. a humedad H (%) (Kj/Kg) PRODUCTO H (%) P.C.I. H (%) P.C.I. H (%) P.C.I. Leñas y ramas 0 19.353 20 15.006 40 10.659 Serrines y virutas 0 19.069 15 15.842 35 11.537 Orujillo de oliva 0 18.839 15 15.800 35 11.746 Cáscara de almendra 0 18.559 10 16.469 15 15.424 Cortezas (Coníferas) 0 19.437 20 15.257 40 11.077 Cortezas (Frondosas) 0 18.225 20 14.087 40 9.948 Poda de frutales 0 17.890 20 13.836 40 9.781 Paja de cereales 0 17.138 10 15.173 20 13.209 Vid (Sarmientos) 0 17.765 20 13.710 40 9.656 Vid (Ramilla de uva) 0 17.263 25 12.331 50 7.399 Vid (Orujo de uva) 0 18.894 25 13.543 50 8.193
DENSIDAD LEÑA Cortada en invierno: 900 kg/m 3 Cortada en verano: 1.000 kg/m 3 LEÑA SECA AL AIRE 650-700 kg/m 3 350-400 kg/estéreo Densidad: 900-1.300 kg/m 3 700 800 kg/estéreo
Densidades medias de las leñas m 3 /estéreo kg/estéreo Roble 0.680 600 Encina 0.580 572 Haya 0.650 515 Pino silvestre 0.600 451 Pino negral 0.580 512 Pino Salgareño 0.620 528 Pino carrasco 0.520 450 Pino piñonero 0.620 528 Briquetas: 700 800 kg/estéreo
Composición química de briquetas y carbón PARÁMETRO BRIQUETA CARBÓN HUMEDAD (% b.h.) 8 3.6 CARBONO FIJO (% b.s.) 18 80 VOLÁTILES (% b.s.) 81.5 7 CENIZAS (% b.s.) 0.6 13.5 Las briquetas generan menos cenizas CARBONO (% b.s.) 50 82 AZUFRE (% b.s.) 0.02 1.5 Las briquetas emiten menos azufre HIDRÓGENO (% b.s.) 0.4 2.64 NITRÓGENO (% b.h.) 6 1.6 P.C.S. (Kcal/Kg) 4.700 7.160 1 kg de carbón = 1,5 2 kg de briquetas P.C.I.(Kcal/Kg) 4.300 7.000 Fuente: Ministerio de Industria
Características de briquetas combustibles BRIQUETA HUM.( % b.h.) DENS. kg/m 3 VOLAT. (% b.s.) CENIZA (% b.s.) P.C.I. (kcal/kg) RESIST. (% ) CHOPO 8.6 1048 75 5.3 3859 88-93 PINO 9.5 1194 78 1 4156 62-80 EUCALIPTO 9.4 985 80 1.2 4058 71-75 CORTEZA 14 1031 64 7.7 3602 62 TOJO 10 1052 74 6.7 4184 88-89 SAPELY 8.5 1119 78 0.7 4079 63 SAMBA 8 1119 78 1.7 4073 97 GUATAMBU 9 1135 81 1.2 3988 97 ROBLE 11.3 1031 80.4 2.3 3708 92 PIÑAS 10.5 1111 73 0.7 4083 92 Fuente: IER-CIEMAT Con las briquetadoras de pistón operativas en nuestro país se obtienen briquetas cuyas características son: Longitud media: 25 cm, con una desviación típica de 6,25cm (intervalo 18,77-31,28) Diámetro medio: 6,89 cm, con una desviación de 1,22 cm (intervalo 5,6 8 cm) Densidad media: 1.170 kg/m 3
BRIQUETADORA DE PISTÓN
Origen Mat prima: 45 % Aserradero 45 % Ind. Transf. madera 10 %: Podas, claras, etc Alto coste manipulación restos vegetales No ofrecen ventajas significativas, con respecto a otros combustibles, para cambiar el sistema de combustión Tiene que ser compatibles con equipos existentes, con poca o ninguna modificación Cocinas abiertas de leña o carbón de uso doméstico Estufas y hornos industriales, de leña o carbón
COMBUSTIBLE P.C.I. (kcal/kg) P.V.P. (cent. /kg) c /cal Butano comercial 10.950 137 12,5 Gas natural 9.550 11 1,2 Gasóleo C 10.200 94,6 9,3 Antracita 7.300 120 16,4 Leña 3.000 37 12,3 Briqueta 4.300 24 5,6
Gases de combustión de carbón y pellets CARBÓN PÉLET Temperatura ambiente (ºC) 24,27 23,54 Temperatura de los gases (ºC) 153,75 228,74 Se obtiene la misma cantidad de calor con la misma cantidad de producto Oxígeno (% en los gases) 18,28 13,8 CO (% en los gases) 1140,76 172,2 NO (p.p.m. en los gases) 7,23 143,55 Se elimina casi todo CO Mayor emisión de NO NO 2 (p.p.m. en los gases) 5,1 1,1 SO 2 (p.p.m. en los gases) 107,92 0 Se elimina el SO 2 Por debajo de lo admitido CO 2 (% en los gases) 2,33 6,55 Índice de Opacidad (humos) 0,15 1,89 Mayor emisión de humos Rendimiento (%) 61,29 78,66 Consumo (Kg) 300,5 307 Residuos (Kg ceniza e inquemados). 38,38 1,32 Temperatura de los humos (ºC) 159,66 127,4 El pellet tiene mayor rendimiento en la combustión El pellet tiene menos inquemados Fuente: CADEM - EVE
Composición química de pellets y carbón PARÁMETRO PÉLLET CARBÓN HUMEDAD 6-8 % B.H. 1,5-4 % CARBONO FIJO 20% B.S. 85 % VOLÁTILES 80 % B.S. 8 % CENIZAS 6-10 % B.S. 0,5-1 % CARBONO 50 % B.S. 80-85 % AZUFRE 0,02-0,05% B.S. 1,1-1,5 % HIDRÓGENO 6.7 % B.S. 2.6-3 % NITRÓGENO 0,9 % B.H. 1,6-1,7 % OXÍGENO 40% B.S. 2,2% P.C.S. (humedad: 8%) 4.700-4.800 kcal/kg 7.100-7.900 kcal/kg P.C.I. 4.440 kcal/kg 7.796 kcal/kg Fuente: Ministerio de Industria
NORMATIVA DEL PELLET DE Norma LA BIOMASA europea EN 14961-2 Biocombustibles sólidos-especificaciones y clases de combustible-parte 2: Pellets de madera para usos no industriales Clase de propiedad/ método de análisis Origen y fuente Unidad de medida A1 A2 B Leña del tronco del árbol Residuos de leña sin tratamiento químico Corteza Árboles enteros sin las raíces Leña del tronco del árbol Residuos del corte de troncos de árbol Leña virgen o de bosque Productos derivados y residuos de la industria de transformación de la leña Leña procedente de otros usos mm D06, 6 ± 1; D06, 6 ± 1;3, D06, 6 ± 1; 3,15 L 40 15 L 40 3,15 L 40 Diámetro "D" y Largo "L" D08,8 ± 1; D08, 8 ± 1; D08, 8 ± 1; 3,15 L 40 3,15 L 40 3,15 L 40 HUMEDAD EN 14774-1, EN 14774-2 Ceniza, "A", EN 14775 DURABILIDAD EN 15210-1 Polvo en el caso de transporte a granel(durante la carga) o en bolsas para uso doméstico (hasta 20 kg) y en grandes sacos para el uso industrial (durante el embalaje o la entrega al cliente final), "F", FprEN 15149-1 w-% sobre base M10 10 M10 10 M10 10 húmeda, como la muestra recibida w-% en seco A0.7 0,7 A1.5 1,5 A3.0 3,0 w-% como la muestra recibida w-% como la muestra recibida DU97.5 97,5 DU97.5 97,5 DU96.5 96,5 F1.0 1,0 F1.0 1,0 DU96.5 96,5 Aditivos w-% en seco 2 w-% tipo y cantidad por determinar 2 w-% tipo y cantidad por determinar Q16.3, 16,3 Q 19 o Q4.5, 4,5 Q 5,3 Potencia calorífica neta, "Q"EN 14918 MJ/kg o kwh/kg, como la muestra recibida Q16.5, 16,5 Q 19 o Q4.6, 4,6 Q 5,3 Densidad aparente kg/m3 600 600 600 600 600 600 2 w-% tipo y cantidad por determinar Q16.0, 16,0 Q 19 o Q4.4, 4,4 Q 5,3
PELETIZADOR DE RODILLOS DE MATRIZ ANULAR AJUSTE HIDRÁULICO DEL CABEZAL RODILLOS EJE MATRIZ PLANA ENGRANAJE Producto base: Humedad: 8 15 % bh Tamaño partícula: 0,5 cm Producto final: Ø: 0,5 2,5 cm Longitud: 1 3 cm
COMBUSTIBLE P.C.I. (kcal/kg) P.V.P. (cent. /kg) c /cal Butano comercial 10.950 137 12,5 Gas natural 9.550 11 1,2 Gasóleo C 10.200 94,6 9,3 Antracita 7.300 120 16,4 Leña 3.000 37 12,3 Pellet 4.400 20 4,5