Uso de biomasa para la generación de energía en centrales térmicas
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Uso de la biomasa para la generación de energía eléctrica en
centrales térmicas en Argentina
La competitividad del sector agroindustrial, el conocimiento técnico y la abundancia de tierras
cultivables hacen de la Argentina un país con un alto potencial en la generación de biomasa. El
presente trabajo explora la posibilidad de combinar estos factores para brindar una solución
conjunta a dos problemáticas: la mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero y
el autoabastecimiento energético.
El objetivo es desarrollar un modelo de aplicación de la biomasa para la generación de energía
eléctrica que sea a la vez viable económicamente y sustentable desde el punto de vista
ambiental.
Contexto actual de la energía de biomasa
En la Argentina y en el mundo, la discusión sobre el cambio climático está latente y el impacto
que puede tener el uso de fuentes de energía renovables cobra especial importancia. En este
marco, como principales iniciativas en materia de políticas públicas podemos mencionar:
● PROBIOMASA (Proyecto para la promoción de la energía derivada de biomasa) es
una iniciativa que busca incrementar la producción de energía térmica y eléctrica
derivada de biomasa a nivel local, provincial y nacional.
● La ley 26.190, que establece el “Régimen de fomento nacional para el uso de fuentes
renovables de energía destinada a la producción de energía eléctrica”. Los beneficios
de esta ley incluyen un régimen de inversión y remuneración adicional respecto del
precio de mercado de la energía.
Actualmente, varios proyectos en operación en Argentina utilizan para el autoabastecimiento
de energía eléctrica sus propios residuos de biomasa como combustible: cáscara de maní,
bagazo de caña de azúcar, residuos leñosos de la industria forestal, son ejemplos de
subproductos empleados para tal fin.
Desarrollo
El presente trabajo explora una propuesta concreta para el aprovechamiento de la biomasa
como combustible en la generación de energía eléctrica.
La viabilidad de dicha propuesta dependerá de factores económicos, técnicos, ambientales y
sociales.
Hay tres aspectos fundamentales para definir si el proyecto es o no factible desde el punto de
vista económico: el desarrollo de una plantación destinada a proveer la biomasa, el transporte
de la misma y las adaptaciones que se tengan que hacer en la central para la recepción,
manipulación, acondicionamiento y combustión de la biomasa. Se analizarán los costos en
cada etapa, para obtener el costo final por unidad de energía de la biomasa en la central.
Los aspectos técnicos se refieren a la elección de una alternativa tecnológica que permita
hacer uso del combustible de biomasa en las instalaciones de una central eléctrica sin realizar
importantes modificaciones en sus equipos existentes.
Se analizará también el impacto que el proyecto pueda tener sobre el medio ambiente. En
particular interesa saber si la utilización de la biomasa ayuda a mitigar las emisiones de gases
de efecto invernadero.
La dimensión social se hace presente en el marco de la discusión entre el uso que se le da a la
tierra, ya sea para generar alimentos o energía. Es una condición necesaria para la viabilidad
de un proyecto de estas características la elección de tierras que no compitan en su uso con
fuentes de alimentos.
Teniendo en cuenta todas estas cuestiones, se define un modelo de aplicación que consiste en
reemplazar parte del consumo de combustibles de origen fósil en la central termoeléctrica
Central Puerto por combustible de biomasa, obtenido a partir de plantaciones desarrolladas
específicamente para esa finalidad.
En general, el principal impedimento para los proyectos de generación con biomasa es la
necesidad de cercanía entre las fuentes y la demanda de combustible. En el caso propuesto, se
hace uso de la Hidrovía del río Paraná para aprovechar el transporte por barcaza y de esta
forma poder integrar el potencial de biomasa de la región con la demanda energética de
Buenos Aires.
Demanda de combustibles
Central Puerto cuenta con seis unidades de Turbina con Caldera a vapor, que suman una
potencia instalada de 1009 MW de generación eléctrica. La caldera está diseñada para
quemar indistintamente gas natural o fuel oil. En general se prefiere el primero de éstos por su
menor costo pero, durante el invierno, cuando aumenta la demanda domiciliaria de gas natural
y esto genera a su vez una menor disponibilidad de este combustible para su uso en
generación de energía eléctrica, se quema fuel oil o una mezcla de ambos. Por lo tanto, la
opción más rentable sería la de disponer de la biomasa en invierno, para reemplazar parte del
consumo de fuel oil.
Localización
La provincia de Entre Ríos, en la zona del delta del río Paraná, posee extensiones de tierras
que actualmente no son explotadas, en donde se podría desarrollar el cultivo de la biomasa sin
tener una competencia por el uso de la tierra con otro tipo de producción.
El hecho de hacer uso de tierras que actualmente no están siendo explotadas sirve a un doble
propósito. En primer lugar, el no competir por el uso de la tierra con proyectos generadores
de alimentos es una condición necesaria para la sustentabilidad del modelo propuesto. En
segundo lugar, el precio que se debe pagar por estas tierras es menor al que habría que pagar
por tierras aptas para cultivos tradicionales. Más aún, la puesta en valor de estas tierras y su
utilización productiva podrían influir significativamente en el desarrollo económico de la región.
Cultivo energético
El switchgrass, también conocido como pasto varilla, es un pasto perenne de estación
cálida, hallado naturalmente en EE.UU. y México. Su rápido crecimiento permite obtener un
rendimiento promedio de 15 toneladas secas por año por hectárea cosechada, lo que equivale
en términos de energía a 6 toneladas de fuel oil o 238 MMbtu de gas natural.
Este cultivo ha sido estudiado ampliamente debido a su gran potencial como generador de
combustible de biomasa. Es una especie muy resistente, requiere relativamente pocos
cuidados y puede crecer en tierras marginales y sobrevivir hasta 15 años sin necesidad de
resiembra.
Se han estudiado los rendimientos del switchgrass con una o varias cosechas al año y en
distintos momentos del año. La alternativa más recomendada es cosechar una vez al año y en
invierno. Este momento coincide con el pico de mayor demanda domiciliaria de gas natural y
la demanda de fuel oil en Central Puerto.
En la Tabla 1 pueden observarse las operaciones necesarias para la obtención del switchgrass
y sus costos. En la Tabla 2 se detalla el consumo de combustible en cada operación.
Acondicionamiento y transporte de la biomasa
Una vez cosechado el switchgrass, es necesario reducir el contenido de humedad y densificar
al material. Se le realiza un proceso de henificación y se obtienen fardos del material seco y
comprimido, con un contenido de humedad de 10%.
La biomasa se lleva inicialmente por camión desde los campos hasta el Puerto Ibicuy, en Entre
Ríos. Se supuso para esta primera etapa de transporte una distancia promedio de 50 km y un
costo de US$ 0,08 por tonelada y por kilómetro.
El transporte de la biomasa desde el Puerto Ibicuy hasta Central Puerto se realiza por
barcazas, minimizando de esta forma los costos de transporte. Un tren de barcazas puede
transportar hasta 30 mil toneladas de carga, con un costo de US$ 0,02 por tonelada y por
kilómetro.
Adaptaciones necesarias en la central
Generalmente se acepta que una caldera de vapor puede sustituir hasta un 10% de su
combustible (medido como input energético) sin sufrir pérdidas significativas de eficiencia. La
sustitución del combustible requiere de adaptaciones que pueden variar en costo y
complejidad, dependiendo de las características de cada planta y del combustible primario
que se utilice.
Las adaptaciones que deben encararse para quemar biomasa en una central térmica pueden
incluir:
● Equipos especiales para la manipulación de la biomasa
● Instalaciones para su recepción y almacenamiento
● Sistemas de transformación de la biomasa (molienda, licuefacción, gasificación, etc.)
● Sistemas de inyección de la biomasa en el caudal de combustible
● Incorporación de quemadores diseñados específicamente para biomasa.
Como una central eléctrica está diseñada para determinados tipos de combustible, un aspecto
clave para la viabilidad del modelo es la posibilidad de incorporar la biomasa al flujo de
combustible de origen fósil y, de esta manera, utilizar los quemadores existentes sin incurrir en
grandes modificaciones. Una forma de lograr esto en el caso de Central Puerto es mediante un
proceso de gasificación de la biomasa.
Gasificacion de la biomasa
Una de las tecnologías más incipientes para la transformación de la biomasa es la de
gasificación, que consiste en introducir la biomasa en un reactor del cual se obtiene un gas de
bajo poder calorífico pero con buenas características de combustión. Este sistema tiene un
gran potencial de desarrollo ya que permite obtener un combustible que puede mezclarse con
el gas natural que va hacia la caldera. El menor poder calorífico de la mezcla de gases
resultante puede compensarse corrigiendo el flujo de combustible sin comprometer la
eficiencia de la planta.
El proceso es altamente eficiente, pudiendo variar en función del tipo de biomasa entre un
65% y un 85%, y utiliza parte de la biomasa como input energético. A los efectos del presente
estudio, se tomó un valor intermedio de 75%.
La principal restricción a la gasificación de biomasa es la escala. Central Puerto cuenta con
1009 MW de capacidad instalada en unidades de tipo caldera de vapor, mientras que los
equipos de gasificación comercializados actualmente pueden alcanzar un output energético de
2,2 MW. Si bien existen desarrollos modulares que permiten incorporar varios equipos en
paralelo, se está lejos de poder satisfacer el 10% de la demanda de una central de estas
características.
Es, por lo tanto, una condición necesaria para este proyecto el desarrollo de aplicaciones para
la gasificación de biomasa destinadas a grandes centrales.
Impacto Ambiental
El uso de la biomasa permite reducir las emisiones de CO2, dado que el contenido de
carbono liberado a la atmósfera durante la combustión fue previamente “tomado” de la misma
al desarrollarse el cultivo. Es por este motivo que, si la biomasa fue generada en forma
renovable (es decir, si no proviene de un proceso de desmonte), se la considera neutra en
términos de emisiones.
En la práctica, sin embargo, el procesamiento de la biomasa hasta transformarla en un
combustible apropiado para su uso en una central térmica, el manejo de los cultivos y su
transporte hasta la central implican un consumo significativo de energía proveniente de fuentes
no renovables. Este consumo debe tomarse en cuenta si se quiere determinar en qué medida el
uso de biomasa reduce efectivamente las emisiones de CO2.
Un análisis de ciclo completo del combustible de biomasa contabiliza este consumo para
expresar el porcentaje en se reducen las emisiones de CO2 al utilizar biomasa en reemplazo
de un determinado combustible de origen fósil. En la Tabla 2 se muestra este cálculo para el
caso de estudio y en la Tabla 3 figuran las emisiones para los principales tipos de
combustibles, expresados como toneladas equivalentes de CO2.
El modelo propuesto de generación en base a biomasa logra efectivamente reducir las
emisiones de gases de efecto invernadero. El saldo de reducción de emisiones de CO2 indica
que la energía obtenida por estos medios es en un 95,3% renovable.
Conclusiones
La biomasa es la forma más limpia y eficiente de energía renovable que se tiene actualmente.
Esto queda evidenciado por el cálculo de la Huella de Carbono o emisiones equivalentes de
CO2.
Además de ser limpia, se demostró que puede ser competitiva en términos de costo por
unidad de energía, incluso en relación a combustibles baratos como el gas natural.
Si bien desde el punto de vista técnico no se llegó todavía a una solución para la gasificación
de biomasa a gran escala, esto no debe verse como un impedimento sino más bien como un
incentivo para la investigación y el desarrollo. La tecnología existe, está puesta en práctica y
simplemente hace falta ampliarla.
En cuanto a lo social, el proyecto es un modelo de integración regional mediante la utilización
de la infraestructura fluvial del Paraná, la puesta en valor de terrenos que actualmente no están
siendo aprovechados, la mejora en la calidad de vida para un ambiente más saludable, el
incentivo al desarrollo de tecnologías y la generación de puestos de trabajo.
Referencias
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Shahab Sokhansanj, Sudhagar Mani, Anthony Turhollow, Amit Kumar, David Bransby,
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