Resultados

Avances en el Proyecto Biomasa-AP en 2019 y 2020

Actividad 3: Aprovechamiento energético

Dentro de la actividad 3 se han desarrollado y optimizado diferentes tecnologías de aprovechamiento energético a pequeña escala (sistemas de combustión, microcogeneración y gasificación), que se pueden alimentar con los nuevos biocombustibles desarrollados.

El papel de INEGI en este proyecto fue trabajar tanto en la optimización de los sistemas de densificación y aditivos de los nuevos biocombustibles (actividad 2, Figura 1), así como en la validación de su uso como combustible en los sistemas de combustión (Figura 2) y gasificación (Figura 3), identificando oportunidades paralelas de desarrollo tecnológico. Con respecto a la densificación, se encontró que todas las especies de biomasa estudiadas tenían características fisicoquímicas capaces de producir biocombustibles densificados con altos potenciales de energía teniendo en cuenta la comparación con las briquetas comerciales.

Figura 1: Briquetas de vid (izquierda), kiwi (centro) y tojo (derecha)

 

A la hora de realizar los ensayos de combustión, se observó que estos mismos biocombustibles presentaban resultados bastante satisfactorios en términos de eficiencia térmica e higiene de la combustión, teniendo en cuenta la comparativa con la quema de briquetas comerciales. Solo el contenido de material no quemado (cenizas) en las especies estudiadas era ligeramente superior al de las briquetas comerciales, lo que es un punto menos favorable. Para minimizar este parámetro, se encuentra en fase de estudio la adición de aditivos al material densificado. Para los ensayos de gasificación realizados hasta la fecha y en determinadas condiciones de funcionamiento, se ha producido un gas sintético de alto poder calorífico (valores próximos a 2kWh/m3). Teniendo en cuenta las características del gas de síntesis producido por cada especie de biomasa sometida a ensayo, se han realizado estudios de viabilidad técnico-económica para posibles aplicaciones.

En el siguiente PDF que se puede descargar se presenta el informe asociado al documento: Resultados de análisis  de Syngas y cenizas y de fusibilidad de cenizas, así como el documento: Operación y conclusiones de los sistemas de combustión e intercambio térmico con BNVAP en estufas de briquetas.

Por otro lado, el Grupo de Tecnología Energética de la Universidade de Vigo ha determinado experimentalmente la viabilidad técnica de diversos combustibles de Biomasa No Valorizable de Alto Potencial (BNVAP) pelletizados en dos instalaciones diferentes: un quemador experimental fabricado en el laboratorio y una caldera comercial. Diversas facetas de la combustión de BNVAP han sido estudiadas, desde la estabilidad de la combustión a lo largo de horas de funcionamiento de la instalación hasta los residuos dejados por ésta tras el ciclo de funcionamiento completo, pasando por muchos otros. Los resultados reflejan el potencial de algunos combustibles para sustituir a la madera o complementarla, presentando poderes caloríficos similares y permitiendo, con la adecuada retirada de cenizas, su combustión durante periodos comparables de tiempo. En las imágenes que acompañan a este texto se presentan un análisis de la estabilidad del combustible fabricado a partir de podas de vid, que muestra grandes similitudes a la madera en cuanto a sus periodos transitorio y estable; el quemador experimental de biomasa en funcionamiento y tres muestras de combustible a partir de BNVAP.

Ilustración 1: Control de la estabilidad con pellet de vid

 

Ilustración 2: Quemador experimental en funcionamiento    Ilustración 3: Combustibles de vid (izquierda), tojo (derecha) y kiwi (fondo)

 

En el siguiente PDF descargable se muestra en Entregable 5: Informe de Operatividad y conclusiones de los sistemas de combustión e intercambio térmico con BNVAP en calderas de pellets.

En la actualidad no existen soluciones comerciales estándar de equipos de cogeneración de baja potencia (MCHP) alimentados con biomasa (salvo construidos Ad hoc), al contrario de lo que ocurre con los equipos de microcogeneración con combustibles fósiles (equipos comerciales a gas natural con ciclo Stirling).

Desde EnergyLab se ha evaluado la viabilidad de la aplicación de la microcogeneración como sistema de valorización energética de las Biomasas No Valorizadas de Alto Potencial estudiadas dentro del proyecto mediante un Ciclo Orgánico de Rankine (ORC) acoplado a una caldera de biomasa. Para ello, se cuenta con un laboratorio único en la Eurorregión con los siguientes componentes principales (Figura 1).

Figura 1: Componentes principales de la planta de microgeneración: (a) caldera, (b) ORC.

Las pruebas experimentales llevadas a cabo se basaron en variar las condiciones de disipación, (diferencia de temperatura entre los focos caliente y frío). En cada una de las pruebas realizadas se estudiaron el rendimiento y la potencia eléctricos globales obtenidos a lo largo de las diferentes temperaturas del agua alcanzadas con cada uno de los biocombustibles estudiados. Por último en el punto de máximo rendimiento eléctrico observado se estudió el rendimiento térmico y la eficiencia del proceso de cogeneración, alcanzándose valores próximos a un 96%, demostrándose así la idoneidad de las biomasas estudiadas para la producción simultánea de calor y electricidad a pequeña escala.

Para más información, en el siguiente PDF se muestra el Entregable 2: Informe de “Operatividad y resultados de los sistemas de microcogeneración con BNVAP”.

Actividad 2: diseño, preparación y optimización de biocombustibles sólidos

 

El material recogido fue pretratado con el objetivo de alcanzar unas condiciones idóneas para su posterior densificado. El primer paso para lograrlo fue someter dicho material a un proceso de secado. Esta operación se llevó a cabo combinando secado natural y forzado. Durante el proceso se observó que algunas de las tipologías de biomasas estudiadas permitían su secado natural en big-bag ventilados durante días e incluso semanas, reduciendo su contenido en humedad de manera considerable.

Sin embargo, se pudo observar que la humedad existente en tipologías como las podas de kiwi provocaba que éstas comenzaran a compostar a los pocos días de ser recogidas.

Tras el proceso de secado, el material fue sometido a trituración con el fin de reducir el tamaño hasta unas dimensiones adecuadas para ser tratado en los equipos de densificación (briquetado y pelletizado). Además, se llevó a cabo una separación granulométrica para obtener un tamaño de partícula adecuado. Esta separación granulométrica permite a su vez la separación de aquellas fracciones con mayores contenidos en cenizas.

Los numerosos problemas con los que se ha topado el equipo técnico a la hora de pretratar una de las biomasas objeto de estudio, las podas de coníferas, ha hecho descartar a esta biomasa residual como posible materia prima para la obtención de un nuevo biocombustible sólido, no resultando viable su aprovechamiento bajo las condiciones de trabajo usadas en el proyecto.

En el último semestre del año las principales novedades del proyecto están relacionadas con las tecnologías de aprovechamiento energético de las tipologías de biomasas no valorizadas de alto potencial seleccionadas (Actividad 3).

En la actualidad se están realizando ensayos de valorización energética (combustión, gasificación y microcogeneración) con los primeros biocombustibles sólidos en forma de pellets y briquetas. Estos biocombustibles han sido elaborados sin selección de fracciones, lo que se estima que supondrá una mayor rentabilidad del proceso, ya que de este modo se aprovecha gran parte de la materia prima recogida. En biomasas como las podas de kiwi, se ha detectado la necesidad de añadir un aditivo ligante para favorecer la compactación del material durante el densificado, evitando que éste se disgregue fácilmente y mejorando a su vez su comportamiento durante los ensayos. Los resultados obtenidos hasta el momento son altamente prometedores prácticamente equiparables a aquellos obtenidos con biomasas empleadas habitualmente como biocombustibles.

A su vez, técnicos especializados están trabajando en el diseño 3D en CAD, en la definición del modelo numérico a utilizar y en las posteriores pruebas del modelo y simulación fluido-dinámica de los citados procesos con el fin de predecir el comportamiento de los nuevos biocombustibles y extrapolar los datos obtenidos a escala real.

Teniendo en cuenta el papel fundamental que juega la biomasa para cumplir, no sólo con las prioridades marcadas por las estrategias regionales de investigación e innovación de Galicia y Portugal, sino también con los objetivos marcados para la Unión Europea para los próximos años en materia de Energía, el proyecto contempla la creación de una Red Transfronteriza de biomasa que permita poner en contacto a todos los agentes implicados en la cadena productiva y compartir todos aquellos avances que se logren en el campo de la biomasa.

Esta Red que se apoya en una herramienta online ya desarrollada y activa, entrará en funcionamiento a partir de enero de 2019. Además, el equipo de Biomasa-AP tiene proyectado la celebración de cursos de formación presenciales y online, tanto en Galicia como en Portugal, que contemplan la impartición de módulos ambientales, técnicos y económicos con el objetivo de formar tanto a agentes públicos como privados en materia de biomasa, fomentando el uso de la misma en ambos lados de la frontera.

Actividad 1: selección y recogida de las biomasas objeto de estudio en la Eurorregión: restos de poda de vid, kiwi y matorrales

 

El análisis de los principales productores de los sectores de la biomasa y la evaluación del potencial de las biomasas seleccionadas han concluido que en la Eurorregión existen aproximadamente un 1 millón de hectáreas de superficie con masas de matorrales sin arbolado, de las que Galicia tiene el 53% y el Norte de Portugal el 47% restante. Dentro de las áreas con mayor concentración de matorrales, están las provincias de Ourense y Lugo en Galicia, y Alto Tras-os-Montes y Douro en el Norte de Portugal.

Además, en la misma área se dispone de más de 108 mil ha de viñedo, de las que el 80% se encuentran en el Norte de Portugal, y unas 2.500 ha de kiwi, de las que el 72% se encuentra en el Norte de Portugal.

La biomasa que presenta una mayor potencialidad desde el punto de vista cuantitativo, es la procedente de los matorrales. Sin embargo, se ha realizado una estimación más realista del potencial energético, considerando varios aspectos:

1.- Se han clasificado las superficies de matorrales en tres rangos de pendiente media. 0-20%, 20-35% y >35%, considerándose inviable la mecanización de las áreas con más de 35%, siendo eliminadas estas áreas del estudio.

2.- Se aplicó un valor medio de carga de biomasa por ha, en función del tipo de masa de matorral (Tojo – Retamas – Brezos), y se corrigió la superficie en función de la Fracción de Cabida Cubierta del Matorral.

3.- Se aplicó un rendimiento medio de los equipos de recogida del 70% en peso.

4.- Se estimó, que del total de superficie mecanizable, un 30% no será posible ser aprovechada por otros aspectos como pueden ser pedegrosidad, tamaño parcela, …

5.- Se consideró un período o turno de 8 años, para realizar el aprovechamiento de las masas existentes.

 

Tomando en consideración estos aspectos, se evaluó que existe un potencial de superficie mecanizable de entorno a las 500 mil hectáreas equivalentes de matorral con una cobertura de 100% de cabida cubierta. De esta forma las existencias potenciales de matorral, contemplando las áreas mecanizables por pendiente, sería de cerca de 25 M de toneladas verdes de biomasa.

De esta forma, se estima que la posibilidad anual de aprovechamiento de masas de matorrales en la región Galicia – Norte de Portugal, podría llegar a alcanzar 1,5 M de toneladas de biomasa en estado verde, que equivaldría energéticamente a más de 341.000 tep (tonelada equivalente de petróleo).

En el caso del viñedo, en la euroregión hay algo más de 108.000 ha de viñedo, de las cuales el 80% se encuentran en la región Norte de Portugal. De toda esta superficie, existen áreas donde es imposible realizar la mecanización de la recogida de las podas, sobre todo por accesibilidad, tipo de cultivo y anchura de las calles. Por ello, se estimó para cada una de las denominaciones de origen, tanto de Galicia como de Portugal, unos factores de corrección.

De esta forma, se estima que podría ser viable la mecanización en el entorno de las 55.000 ha. Sin embargo, todavía existen otros factores que van a hacer inviable en algunas situaciones como puede ser el tamaño de la parcela, la utilización de prepodadoras o la utilización de otros sistemas de tratamiento de los residuos. Con estos últimos condicionantes, se estima que podría ser viable la recogida de restos de poda en el entorno de las 38.000 ha.

Considerando que de media, una ha de viñedo genera 3 t de restos de poda en estado verde, de las que se podría recoger unas 2 t verdes, tendríamos un potencial de unas 75.000 t año de biomasa verde procedente de poda de viña, que equivaldría energéticamente a unos 17.000 TEP (toneladas equivalentes de petróleo).

 

En el caso del kiwi, en la euroregión hay unas 2.500 ha de plantación, de las cuales el 72% están en la región norte de Portugal y el resto prácticamente en las provincias de Pontevedra y A Coruña. Como habitualmente estas plantaciones están preparadas para posibilitar su mecanización, y además suelen disponer en su mayor parte de un tamaño relativamente grande, se ha considerado que prácticamente es viable recoger las podas en todas las explotaciones. Limitantes como la altura de los alambres de sujeción, sÍ deben ser tenidos en cuenta en la selección del equipo a utilizar para la recogida.

Considerando que de media, se generan anualmente 4,65 t verdes de biomasa por ha, y que de estas aproximadamente un 77% es posible recogerlas, se estima que el potencial de aprovechamiento de biomasa de poda de kiwi en la euroregión es de unas 9.000 t en estado verde, lo que equivale energéticamente a 1.300 TEP (toneladas equivalentes de petróleo).

Por otro lado, siguiendo el curso marcado en el proyecto y tras el testeo de las tecnologías de recogida de biomasa escogidas, el equipo de Biomasa-AP ya dispone de interesantes resultados en referencia al testeo de las mismas.

La recogida de podas de kiwi en las diferentes parcelas ensayadas muestra productividades que pueden oscilar desde los 1.650 kg/ha hasta unos valores máximos de 7.000 kg/ha, lo que supone un valor medio que ronda los 4.650 kg/ha. En el caso de la recogida de biomasa no sólo es importante la cantidad de restos recolectados sino también aquella biomasa que la maquinaria no es capaz de recoger pero que se encuentra igualmente disponible sobre el terreno. En el caso del kiwi, se obtuvo un valor medio de podas no recogidas de 1050 kg/ha, lo que supuso una eficiencia en la recogida que osciló entre un 74 y un 80%. Estos datos se han traducido en una capacidad de trabajo de la maquinaria empleada de entre el 0,88 y 1,80 ha/h en función de las condiciones de la parcela de ensayo.

En el caso de la vid, los valores se ven ligeramente disminuidos alcanzando productividades máximas de 5.150 kg/ha y mínimas de 1.973 kg/ha, representando una productividad media de 1.611 kg/ha menos. Con respecto a las podas no recogidas, el valor fue muy similar al obtenido en el caso del kiwi, alcanzándose un valor medio de 1.042 kg/ha. Sin embargo, la menor densidad del material depositado supuso una disminución de la eficiencia de recogida hasta un valor medio del 65%. En este caso, la capacidad de trabajo máxima lograda ha sido de 1,05 ha/h a una velocidad de trabajo de 3,8 km/h, registrándose una capacidad mínima de 0,57 ha/h a velocidades comprendidas entre los 2,2 y 2,7 km/h.

La variabilidad de las condiciones disponibles de cada una de las parcelas ensayadas tales como la concentración de las podas en las líneas o en las cabeceras, la altura del emparrado o las características del suelo (rugosidad, afloramientos, etc.) condicionaron de manera significativa la eficiencia de la maquinaria específica de recolección empleada.

Lo mismo ha ocurrido con el matorral, donde la mezcla de matorral de tojo con otras especies, una pendiente media del 25% con zonas de mayor pendiente de hasta 30-35 % son factores que contribuyen a la variabilidad en la productividad, rendimiento y densidad del material recogido.

Este sitio web utiliza cookies para que usted tenga la mejor experiencia de usuario. Si continúa navegando está dando su consentimiento para la aceptación de las mencionadas cookies y la aceptación de nuestra política de cookies

ACEPTAR
Aviso de cookies