Dr. LUIS ORTIZ TORRES – D. ANTONIO VÁZQUEZ TORRES – Dr. ÓSCAR GONZÁLEZ PRIETO
Objetivo: optimizar el aprovechamiento energético de diferentes subproductos forestales provenientes de diversas tipologías de los montes gallegos. Tres tipologías de material biomásico susceptible de su aprovechamiento energético: material de pino país (Pinus pinaster) procedente de una fallida repoblación en un monte en la provincia de Lugo; material de una repoblación afectada por incendio de eucalipto glóbulus (Eucaliptus globulus) en un monte de Coruña; por último, material de un monte de la provincia de Ourense con acacia mimosa (Acacia dealbata) de brote natural.
Una vez cosechado el material y empacado, se obtienen unas muestras aleatorias de diferentes pacas de las tres tipologías de los restos biomásicos, para que el equipo de investigación de la Universidad de Vigo realice su caracterización energética. Además de esta caracterización, se ha realizado un desarrollo de biochar partiendo del mismo material. Esto ha permitido, por un lado, caracterizar la tipología y energéticamente la biomasa recolectada, y por otro lado, la elaboración de biochar y su caracterización también energética y otras característica. El trabajo también permite comparar los resultados de la biomasa original con el biochar elaborado.
Según los valores medios obtenidos de poder calorífico, es el pino el que obtiene un mayor PCS y PCI (en base anhidra), con un resultado de 4.923 y de 4.565 Kcal/kg, respectivamente, mientras que el eucalipto alcanza 4.855 y 4.498 Kcal/kg, y la acacia alcanza los valores de 4.695 y 4.338 Kcal/kg. Esto es previsible debido a la presencia de ácidos resínicos en la conífera. No obstante, la acacia alcanza un valor medio próximo al del pino y al del eucalipto.
En cuanto a la emisión de volátiles, generación de cenizas y carbono fijo, los resultados indican que es la acacia la que muestra un mayor valor de volátiles (83%) y un menor valor de ceniza (0,65%), frente a valores más reducidos de volátiles del pino (80 %) y del eucalipto (81 %), o de acumulación de cenizas más elevados para el pino (2,8%) y para eucalipto (2,6%). Por lo tanto, la acacia se muestra con un grado de inflamabilidad muy elevado y beneficia la reducción de acumulación de cenizas e inquemados en las calderas, y previsiblemente reduciría los posibles problemas por escoriación y hollinado (slagging y fowlling).
En cuanto a los valores obtenidos de densidad aparente, la acacia muestra una densidad de 213 Kg/m3 en base húmeda y de 142 Kg/m3 en base anhidra. Los valores del pino son próximos a estos, con 203 Kg/m3 en base húmeda y 116 Kg/m3 en base anhidra, y ligeramente más reducidos en el eucalipto, con valores de 125 Kg/m3 en base húmeda y 91 Kg/m3en base anhidra. Estos resultados muestran que el material analizado de acacia es más próximo en tipología al material analizado del pino, y ligeramente diferente al del eucalipto, posiblemente por la presencia de ramillas y hojas de la acacia, con formas, geometrías y tamaños más similares a las acículas y ramillas de pino. Por el contrario, la tipología de material de estas dos materias es diferente a las ramas y hojas de eucalipto de cierta edad.
En cuanto a los resultados de los análisis elementales se consideran muy típicos y habituales en este tipo de biomasa. Se comprueba la limpieza desde el punto de vista de S o N y, por tanto, su viabilidad para el uso energético por no generarse gases que pudieran generar lluvia ácida, etc. En cuanto al porcentaje de carbono todas las muestras se sitúan con valores muy próximos, con el 48,2 % del pino, el 49,5 % de la acacia y el 49,9 % del eucalipto.
También se realiza el ensayo de la fusibilidad de las cenizas generadas durante la combustión de las diferentes biomasas, se han sometido las tres muestras estudiadas a temperaturas entre los 900 °C y los 1.200 °C. Con los resultados obtenidos, en todas las muestras la totalidad de las cenizas generadas quedan totalmente fusionadas a temperaturas de hasta 1.200 °C. En el caso de pino y eucalipto a 1.100 °C ya se empiezan a producir pequeños restos sinterizados débiles, pero algunos ya quedan incrustados en la base de los crisoles. A 1.150 °C esos sinterizados adheridos son más abundantes. Por tanto, una de las conclusiones preliminares para estos dos materiales, sería no trabajar por encima de los 1.100 °C para evitar los procesos de slagging y fowlling en las calderas, parrillas, intercambiadores, chimeneas, etc. Sin embargo, en el caso de la acacia esos sinterizados son más leves incluso a 1.150 °C, por lo que ese sería el límite máximo admisible, superior al de las otras dos tipologías de biomasa. En todo caso, se observa que la acacia tiene una composición de cenizas que permite retrasar la aparición de sinterizados varios.
Otro de los parámetros analizados es la determinación de elementos mayoritarios y minoritarios. La interpretación de estos elementos permite evaluar el comportamiento de la ceniza en un proceso de conversión térmica e incluso prever la utilización futura con usos diversos de enmiendas, etc. También permiten interpretar la presencia de contaminantes en la biomasa original, como tierra, arenas o inertes, especialmente cuando manifiestan valores altos de algunos elementos. Los resultados obtenidos corroboran que no hay ningún problema para el uso de este tipo de materias, debido a que los metales pesados, azufre o cloro son residuales, incluso después de la carbonización. Por otra parte, se identifica un incremento porcentual de cationes básicos como calcio, magnesio o potasio. Esto es positivo desde el punto de vista de fertilizante y mejorante de suelos o para el incremento de pH de sustratos. Estos compuestos incluso se incrementan en el biochar obtenido.
Finalmente, se realiza un desarrollo para la elaboración biochar mediante un sistema patentado de doble parrilla y co-combustión. El funcionamiento se basa en generar una combustión parcial controlada para lograr unas temperaturas en cámara entre los 300 a 500 °C. Una vez alcanzada, se reduce el oxígeno gradualmente hasta niveles inferiores al nivel estequiométricos. En la doble cámara, se genera un proceso termoquímico pirolítico lento, que se concreta en una gasificación, seguida de una torrefacción y carbonización. De esta manera, se obtiene un producto final de biochar con altos contenidos de carbono fijo.
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 cuanto a la densidad aparente del biochar, tanto los valores de base húmeda como los valores de base anhidra son iguales, ya que un material deshidratado, y sus valores oscilando desde los 126 Kg/m3 del biochar de acacia, los 104 Kg/m3 del biochar de eucalipto y los 146 Kg/m3 del biochar de pino. Estos valores se incrementan con respecto a los valores obtenidos en la biomasa original, ya que previsiblemente la descomposición en fragmentos pequeños y más frágiles al haber sido carbonizados, provoca la generación de partículas finas y polvo y, por tanto, se incrementa el dato de densidad aparente.
SSin duda, como ya se ha remarcado, el resultado más relevante es el referente al %Carbono fijo. En el caso de la acacia, se han obtenido valores próximos al 80%, lo que permitiría plantearse la posibilidad de utilizar el biochar obtenido para la fabricación de carbón activo. Esto aumentaría de forma muy significativa el uso de este tipo de biomasa residual como materia prima para fabricar materiales tecnológicos, filtros, materiales de depuración, fertilización, compuestos bioquímicos, etc. de gran valor añadido.
Se comprueba por lo tanto que todos los restos de biomasa analizados pueden utilizarse perfectamente con fines energéticos, destacando los resultados del material de acacia. Este tipo de biomasa tiene ventajas relativas con respecto a las otras especies como el pino o el eucalipto. Los restos de acacia tienen bajo % en cenizas y un PCI incluso superior al del eucalipto. Su empleo con materia energética se plantea según los resultados obtenidos, como una posibilidad interesante para su gestión, tratamiento y eliminación.
