Dr. LUÍS ORTIZ TORRES – D. ANTONIO VÁZQUEZ TORRES – Dr. ÓSCAR GONZÁLEZ PRIETO
Obxectivo: optimizar o aproveitamento enerxético de diferentes subprodutos forestais provenientes de diversas tipoloxías dos montes galegos. Tres tipoloxías de material biomásico susceptible do seu aproveitamento enerxético: material de piñeiro país (Pinus pinaster) procedente dunha errada repoboación nun monte na provincia de Lugo; material dunha repoboación afectada por incendio de eucalipto glóbulus (Eucaliptus globulus) nun monte de Coruña; por último, material dun monte da provincia de Ourense con acacia mimosa (Acacia dealbata) de brote natural.
Unha vez cultivado o material e empacado, obtéñense unhas mostras aleatorias de diferentes pacas das tres tipoloxías dos restos biomásicos, para que o equipo de investigación da Universidade de Vigo realice a súa caracterización enerxética. Ademais desta caracterización, realizouse un desenvolvemento de biochar partindo do mesmo material. Isto permitiu por unha banda, caracterizar a tipoloxía e enerxeticamente a biomasa colleitada, e doutra banda, a elaboración de biochar e a súa caracterización tamén enerxética e outras característica. O traballo tamén permite comparar os resultados da biomasa orixinal co biochar elaborado.
Segundo os valores medios obtidos de poder calorífico, é o piñeiro o que obtén un maior PCS e PCI (en base anhidra), cun resultado de 4.923 e de 4.565 Kcal/kg, respectivamente, mentres que o eucalipto alcanza 4.855 e 4.498 Kcal/kg, e a acacia alcanza os valores de 4.695 e 4.338 Kcal/kg. Isto é previsible debido á presenza de acedos resínicos na conífera. Con todo, a acacia alcanza un valor medio próximo ao do piñeiro e ao do eucalipto.
En canto á emisión de volátiles, xeración de cinzas e carbono fixo, os resultados indican que é a acacia a que mostra un maior valor de volátiles (83 %) e un menor valor de cinza (0,65 %), fronte a valores máis reducidos de volátiles do piñeiro (80 %) e do eucalipto (81 %), ou de acumulación de cinzas máis elevados para o piñeiro (2,8 %) e para eucalipto (2,6 %). Por tanto, a acacia móstrase cun grao de inflamabilidade moi elevado e beneficia a redución de acumulación de cinzas e inquemados nas caldeiras, e previsiblemente reduciría os posibles problemas por escoriación e hollinado (slagging e fowlling).
En canto aos valores obtidos de densidade aparente, a acacia mostra unha densidade de 213 Kg/m3 en base húmida e de 142 Kg/m3 en base anhidra. Os valores do piñeiro son próximos a estes, con 203 Kg/m3 en base húmida e 116 Kg/m3 en base anhidra, e lixeiramente máis reducidos no eucalipto, con valores de 125 Kg/m3 en base húmida e 91 Kg m3 en base anhidra. Estes resultados mostran que o material analizado de acacia é máis próximo en tipoloxía ao material analizado do piñeiro, e lixeiramente diferente ao do eucalipto, posiblemente pola presenza de poliñas e follas da acacia, con formas, xeometrías e tamaños máis similares ás acículas e poliñas de piñeiro. Pola contra, a tipoloxía de material destas dúas materias é diferente ás ramas e follas de eucalipto de certa.
En canto aos resultados das análises elementais considéranse moi típicos e habituais neste tipo de biomasa. Compróbase a limpeza desde o punto de vista de S ou N e, por tanto, a súa viabilidade para o uso enerxético por non xerarse gases que puidesen xerar choiva aceda, etc. En canto á porcentaxe de carbono todas as mostras sitúanse con valores moi próximos, co 48,2% do piñeiro, o 49,5% da acacia e o 49,9% do eucalipto.
Tamén se realiza o ensaio da fusibilidade das cinzas xeradas durante a combustión das diferentes biomasas, sometéronse as tres mostras estudadas a temperaturas entre os 900°C e os 1200°C. Cos resultados obtidos, en todas as mostras a totalidade das cinzas xeradas quedan totalmente fusionadas a temperaturas de ata 1200°C. No caso de piñeiro e eucalipto a 1100°C xa se empezan a producir pequenos restos sinterizados débiles, pero algúns xa quedan incrustados na base dos crisois. A 1150°C eses sinterizados adheridos son máis abundantes. Por tanto, unha das conclusións preliminares para estes dous materiais, sería non traballar por encima dos 1100°C para evitar os procesos de slagging e fowlling nas caldeiras, grellas, intercambiadores, chemineas, etc. Con todo, no caso da acacia eses sinterizados son máis leves mesmo a 1150°C, polo que ese sería o límite máximo admisible, superior ao das outras dúas tipoloxías de biomasa. En todo caso, obsérvase que a acacia ten unha composición de cinzas que permite atrasar a aparición de sinterizados varios.
Outro dos parámetros analizados é a determinación de elementos maioritarios e minoritarios. A interpretación destes elementos permite avaliar o comportamento da cinza nun proceso de conversión térmica e mesmo prever a utilización futura con usos diversos de emendas, etc. Tamén permiten interpretar a presenza de contaminantes na biomasa orixinal, como terra, areas ou inertes, especialmente cando manifestan valores altos dalgúns elementos. Os resultados obtidos corroboran que non hai ningún problema para o uso deste tipo de materias, debido a que os metais pesados, xofre ou cloro son residuais, mesmo despois da carbonización. Por outra banda, identifícase un incremento porcentual de cationes básicos como calcio, magnesio ou potasio. Isto é positivo desde o punto de vista de fertilizante e mellorante de chans ou para o incremento de pH de substratos. Estes compostos mesmo se incrementan no biochar obtido.
Finalmente, realízase un desenvolvemento para a elaboración biochar mediante un sistema patentado de dobre grella e co-combustión. O funcionamento baséase en xerar unha combustión parcial controlada para lograr unhas temperaturas en cámara entre os 300 a 500 ° C. Unha vez alcanzada, redúcese o osíxeno gradualmente ata niveis inferiores ao nivel estequiométricos. Na dobre cámara, xérase un proceso termoquímico pirolítico lento, que se concreta nunha gasificación, seguida dunha torrefacción e carbonización. Desta maneira, obtense un produto final de biochar con altos contidos de carbono.
Os primeiros resultados a escala indican que, en principio, requírese aproximadamente 1 kg de biomasa para xerar entre 0,5 kg e 1 kg de biochar, en función da densidade da biomasa para carbonizar. Practicamente todos os ensaios realizados consegue entre un 30 e un 40 % de rendemento de produción de biochar. Isto pode deberse á propia natureza das biomasas utilizadas, que son residuais, heteroxéneas e variadas en natureza e granulometría.
Na caracterización do biochar obtido, para as tres materias de biomasa inicial estudadas, cabe destacar, que para a biomasa de acacia obtéñense os valores de % Carbono fixo máis altos, incrementándose nun 80 % no biochar obtido fronte ao valor inicial da biomasa (con valores que se elevan desde unha 16,1 % inicial ata o 79,1 % final). En canto ao poder calorífico superior anhidro do biochar, a acacia volve destacar fronte ás outras dúas biomasas, mostrando un valor superior, cun incremento do 35 % fronte á biomasa orixinal (paso de valor inicial de 4.695 a 7.268 Kcal/Kg final).
Nada despreciable é o incremento obtido para o biochar de piñeiro, que incrementa un 76% no seu %Carbono fixo (de 16,9% inicial a 70,0 % final), e o seu poder calorífico superior anhidro increméntase un 29 % (do valor inicial de 4.923 a 6.874 Kcal/Kg final), mentres que para o eucalipto conséguese un incremento do 77% no %Carbono fixo (pasa de 16,2 % ao 71,1%) e o seu poder calorífico superior anhidro increméntase un 31 % (pasando dun valor de 4.855 a 7.018 Kcal/Kg). En todos os casos analizados, compróbase que os restos carbonizados poden utilizarse en combustión cunhas características térmicas moito mellores que as mostras de biomasa sen tratar. Ademais, alcanzáronse en todos as mostras valores de %Carbono fixo superiores ao 70%, incluso sendo na acacia preto do 80%, o cal é moi interesante, pois con estes valores poderíase exporse utilizar este tipo de produtos para a fabricación mesmo de carbón activo, co que se multiplicaría por 10 o valor engadido da biomasa.
En canto á densidade aparente do biochar, tanto os valores de base húmida como os valores de base anhidra son iguais, xa que as súas un material deshidratado, e os seus valores oscilando desde o 126 Kg/ m3 do biochar de acacia, o 104 Kg/m3 do biochar de eucalipto e o 146 Kg/m3 do biochar de piñeiro. Estes valores increméntanse con respecto aos valores obtidos na biomasa orixinal, xa que previsiblemente a descomposición en fragmentos pequenos e máis fráxiles ao ser carbonizados, provoca a xeración de partículas finas e po e, por tanto, increméntase o dato de densidade aparente.
Sen dúbida, como xa se remarcou, el resultado máis relevante é o referente ao %Carbono fixo. No caso da acacia, obtivéronse valores próximos ao 80%, o que permitiría exporse a posibilidade de utilizar o biochar obtido para a fabricación de carbón activo. Isto aumentaría de forma moi significativa o uso deste tipo de biomasa residual como materia prima para fabricar materiais tecnolóxicos, filtros, materiais de depuración, fertilización, compostos bioquímicos, etc. de gran valor engadido.
Compróbase por tanto que todos os restos de biomasa analizados poden utilizarse perfectamente con fins enerxéticos, destacando os resultados do material de acacia. Este tipo de biomasa ten vantaxes relativas con respecto ás outras especies como o piñeiro ou o eucalipto. Os restos de acacia teñen baixo % en cinzas e un PCI mesmo superior ao do eucalipto. O seu emprego con materia enerxética exponse segundo os resultados obtidos, como unha posibilidade interesante para a súa xestión, tratamento e eliminación.
