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17. GENERACIÓN DE ENERGÍA CON BIOMASA VEGETAL

La bioenergía es la energía generada a través de materias primas como ma-dera, carbón vegetal, excremento animal, residuos agrícolas y forestales.

La transformación de la biomasa, o materia viva de una parte de un organis-mo, en energía es una de las alternativas más interesantes que el hombre tiene a su alcance para enfrentar el agotamiento del petróleo y gas en el planeta. Las fuentes actuales de energía están basadas en petróleo, carbón y gas natural fundamentalmente, es decir, fuentes de energías fósiles. Por esto, la generación de energía mediante el aprovechamiento de recursos renovables, como residuos agrícolas y forestales, es una alternativa para proteger el medioambiente y para tener otras fuentes de energía a bajo costo.

17.1 Proceso

Uno de los principales problemas que enfrenta la sociedad a nivel global es el agotamiento de las fuentes de energías fósiles y el incremento sostenido de los precios. Es aquí donde nace la oportunidad para el país y para el sector forestal nacional de llevar a cabo proyectos para la utilización de la biomasa residual con el propósito de generar energía calórica, mecánica y eléctrica.

En este sentido, en Chile algunas compañías forestales, en el marco de la entrada en vigencia del Protocolo de Kyoto y del Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL), han definido desarrollar Proyectos de Generación de Energía con el fin de disminuir los gases de efecto invernadero (GEI), basándose en el aprovecha-miento de recursos renovables como residuos forestales y astillas combustibles.

Para la obtención de energía a partir de biomasa se necesitan los siguientes elementos:

• Residuos forestales en cantidad suficiente y a una distancia razonable.

• Tecnología para el quemado de los residuos y producción de vapor.

• Tecnología para la transformación del vapor en energía eléctrica.

• Transmisión de la energía eléctrica a los centros de consumo (industrias o Sistema Interconectado Central-SIC).

En general, el proceso de producción de energía comienza con la recolec-ción de los residuos o la biomasa producida en cultivos agrícolas o forestales destinados a este fin; se transportan y almacenan; se transforman físicamente y, finalmente, se realiza el proceso de conversión, del cual se obtiene el producto energético listo para su empleo y distribución (cuadro 17.1).

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La energía eléctrica a partir de residuos forestales provenientes de raleos, podas y cosechas (como trozas defectuosas y ramas) o de la industria, barracas y aserraderos (tapas, orillas, despuntes, aserrín, corteza), se puede obtener de las formas que se indican en lo que sigue.

17.1.1 Quemado de los residuos y producción de vapor

Para mejor comprensión, se explica en base a la figura 17.1. Los residuos agrícolas o forestales (a) son depositados en una caldera (b), se queman y se produce vapor (c). Este vapor sirve para hacer funcionar un generador de elec-tricidad (d) que produce energía eléctrica y también para mover unas turbinas y producir energía mecánica (e). Esta energía eléctrica es usada por la misma em-presa que la genera en sus procesos productivos (f), además si existen exceden-tes en la producción, se puede vender la electricidad sobrante a las compañías eléctricas (g).

Figura 17.1. Diagrama del proceso de obtención de energía eléctrica a partir de biomasa.

Cuadro 17.1. Tipos de biomasa y energía que pueden generar.

Fuente: Proyecto ENERMED (2007).

Tipo de biomasa

Residuos forestalesCultivos energéticos

Residuos de ganadería

Soja, Maravilla

Remolacha, Sorgo

Proceso deconversión

Materialesleñosos

Estiércol

Plantas oleagi-nosas

Plantas de azúcar

Combustión

Digestión anaerobia

Esterificación

Fermentación

Producto

Calor

Biogás

Biodiesel

Bioetanol

Empleo

CalefacciónEnergía eléctrica

Energía eléctricaCalefacción

Motores diesel

Motores de gasolina

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17.1.2 Gasificación

Aquí, los residuos son convertidos en un gas combustible mediante quema-do a alta temperatura (1.000 a 1.300 ºC), lo que se conoce como pirólisis. En este proceso los mejores materiales son residuos como aserrín, viruta, astillas, corteza y despuntes. El gas producido sirve para poner en funcionamiento un motor el que genera energía eléctrica, que puede ser usada principalmente por las peque-ñas y medianas empresas (figura 17.2).

17.1.3 Plantaciones energéticas

La idea es plantar árboles a una alta densidad (5.000 a 11.000 árboles por hectárea), que sean de rápido crecimiento y reproducción por rebrote, para que al ser cosechados sirvan para alimentar las calderas que generarán electricidad. Algu-nas especies que se pueden utilizar son el sauce, aromo y eucalipto (figura 17.3).

Figura 17.2. Esquema general de un gasificador.

Figura 17.3. Cultivo de sauce a partir de rebrote, con fines energéticos.

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17.2 Usos

Para generar energía eléctrica con residuos de cosechas agrícolas y foresta-les, se debe considerar los elementos que siguen.

17.2.1 Disponibilidad de biomasa

Que exista abastecimiento seguro de los residuos y a una distancia menor a 50 km de los centros de consumo. Esto generalmente sucede en grandes com-pañías forestales, que anualmente generan toneladas de residuos tanto en el bosque como en la industria.

17.2.2 Sector industrial

Se refiere al hecho de que las empresas que generan biomasa como residuo, deberán tener a su vez altas demandas de energía para el desarrollo de sus proce-sos. En general estas empresas (plantas de celulosa, aserraderos y tableros, entre otras), consumen del orden de los 700 kWh por tonelada de producto producido.

17.2.3 Tecnología

Se debe contar con tecnologías para la reducción de la biomasa, en el caso de residuos de bosque (triturados, pelletizados u otros), además para la genera-ción de vapor y para la transformación a energía.

17.2.4 Mercado energético

Generalmente, las empresas de este rubro tienen excedentes de energía, los que deben ser entregados al mercado formal de la energía.

17.2.5 Beneficios legales

Debido al alto costo de estas instalaciones, hay una serie de beneficios in-cluidos en las Leyes Corta I y II, que dicen relación con la exención de impuestos por peajes de generación y transmisión para las generadoras. En tanto que a las distribuidoras se las obliga a comprar un 5% de la energía proveniente de recur-sos renovables no convencionales.

17.3 Beneficios

Entre los beneficios de usar residuos vegetales para la producción de ener-gía, se pueden indicar los siguientes:

• Permite disminuir o erradicar los residuos agrícolas y forestales de los terre-nos, con la consiguiente disminución del riesgo de incendios forestales.

• Eficiencia energética: desplazamiento de combustibles fósiles en el SIC.

• Disminución de emisiones de metano (CH4): por apilado de biomasa en gran-des volúmenes.

• Manejo de residuos: utilización de biomasa apilada.

• Reducción de CO2 por uso de biomasa.

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• Mejoramiento de la calidad del aire local debido a la sustitución de combusti-bles fósiles por biomasa.

• Generación de empleos (abastecedores de residuos).

• Disminución de las importaciones de combustibles.

17.4 Experiencias en Chile

Algunos ejemplos en el país son empresas como Forestal y Papelera Con-cepción S.A., que usa alrededor de 230.000 toneladas de residuos forestales al año para producir 10 MW de energía eléctrica para sus instalaciones.

En tanto que el Aserradero Bucalemu, de propiedad de CMPC Maderas S.A., para ampliar su potencia en 30 GWh utilizará 80.000 toneladas anuales de resi-duos forestales, las que han ingresado al negocio de la energía eléctrica, debido a la potencialidad de biomasa en Chile que se resume en los siguientes puntos:

• Generación de residuos de Pino de 23 años (fuste y ramas): 27,2 ton/ha.

• Generación de residuos de Eucalipto de 11 años (fuste, ramas y corteza): 36,25 ton/ha.

• Cosecha anual Pino y Eucalipto = 104.000 ha/año.

• Biomasa total = 3,14 millones de ton/año.

• Con toda esa biomasa se pueden generar casi 7 millones MWh al año, usan-do sólo residuos forestales.

En la actualidad hay diversas centrales que generan energía eléctrica usan-do biomasa, tal es el caso de:

Centrales del Grupo Arauco. Arauco (101 MW), Constitución (40 MW), Lican-cel (27 MW), Trupan (29 MW), Valdivia (140 MW), Nueva Aldea Fase 1 (29 MW), Nueva Aldea Fase 2 (140 MW).

Centrales de Energía Verde. Laja (8,7 MW), Constitución (8,7 MW), Mostazal (8,7 MW).

En la región del Maule, con las autorizaciones correspondientes, se pueden visitar las instalaciones de Energía Verde, a 100 km al oeste de la ciudad de Tal-ca y 6 km de la ciudad de Constitución.

Además, se puede visitar la Caldera de Poder de la Planta CELARAUCO Constitución, en Constitución y de la Planta de Celulosa Licancel, en Licantén.

17.5 Costos y Financiamiento

Aproximadamente, para implementar un sistema se requieren 12 a 20 millo-nes de dólares, según tamaño. Para financiar proyectos de producción de energía a partir de residuos, la Corporación de Fomento de la Producción (CORFO) y la Comisión Nacional de Energía (CNE) han puesto a disposición fondos concursa-bles para proyectos de energía de pequeño tamaño a partir de fuentes renova-bles. Se trata del subsidio llamado Estudios de Preinversión o Asesorías Especia-

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lizadas en Etapa de Preinversión de Proyectos de Energía de Pequeño Tamaño a Partir de Fuentes Renovables. Sólo se financia el estudio para una asesoría para la construcción de una planta, no la construcción misma.

A disposición del público interesado, se encuentran algunas empresas, que si bien no financian, prestan servicios de estudios de factibilidad, ingeniería y ejecución de proyectos de este tipo; la mayoría de ellas incluyen asesorías en búsqueda de financiamiento.

A nivel internacional existen empresas que venden maquinaria para la com-bustión de biomasa, construyen infraestructura para generación de energía a tra-vés de residuos y además ofrecen consultorías en esta área. Algunas empresas son: Foster Wheeler (www.fc.com), Wärtsila (www.wartsila.com) y Aker Kvaerner (www.akersolutions.com).

La Fundación para la Innovación Agraria (FIA) (www.fia.gob.cl), tiene varias herramientas para promover la innovación en energía a partir de residuos. Estas herramientas son: Estudios y Proyectos Innovativos en Biocombustibles, Progra-ma de Captura y Difusión Tecnológica, Programa Formación de Recursos Huma-nos, Programa de Cooperación Internacional y Seminarios sobre Innovación.

Finalmente, la empresa BIOAGFO Energía LTDA (www.bioagfo.cl), ubicada en la ciudad de Valdivia, presta servicios de planificación, construcción y gestión de proyectos en áreas vinculadas a la energía de residuos agrícolas y forestales.

17.6 Glosario

Bioenergía: energía obtenida a partir de la biomasa, materia orgánica que es aportada por los animales, vegetales, residuos industriales y también por la basu-ra orgánica.

Biomasa: masa total de la materia viva de una parte de un organismo, población o ecosistema. Por lo general, se da en términos de materia seca por unidad de área (por ejemplo kg/ha o g/m²).

Combustibles fósiles: los combustibles fósiles son tres: petróleo, carbón y gas natural, y se formaron hace millones de años, a partir de restos orgánicos de plantas y animales muertos.

Efecto invernadero: calentamiento global de la tierra debido a la acumulación de los llamados gases invernadero (dióxido de carbono, ozono, metano y clorofluoro-carbonos) en la atmósfera.

Energías fósiles: obtención de energía a partir de fuentes no renovables como petróleo, gas natural y carbón.

Esterificación: proceso por el cual se sintetiza un éster. Un éster es un compues-to derivado formalmente de la reacción química entre un ácido carboxílico y un alcohol. Corresponde a la reacción entre un alcohol y un ácido, en presencia de ácido sulfúrico como catalizador, y mediante la cual se obtienen un éster y agua.

Ley Corta I y II: reemplazan a la Ley Eléctrica y generan los incentivos necesa-rios para que los privados inviertan en proyectos eléctricos.

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Mecanismo de Desarrollo Limpio: el protocolo de Kyoto contempla una serie de instrumentos que permiten que los países desarrollados cumplan con sus metas de reducción de emisiones de gases de efectos invernadero, con flexibilidad y a un menor costo. Uno de estos instrumentos es el Mecanismo de Desarrollo Lim-pio (MDL), mediante el cual los países desarrollados pueden cumplir sus metas a través de proyectos implementados en países en vías de desarrollo, como Chile. Aquellos proyectos que reduzcan o capturen emisiones de gases invernadero podrán generar Certificados de Reducción de Emisiones, los que se podrán ven-der a los países en desarrollo, para que puedan acreditar el cumplimiento de sus obligaciones.

Protocolo de Kyoto: acuerdo cuya principal misión fue establecer compromisos más estrictos de reducción y limitación de emisiones de gases causantes del efecto invernadero (GEI), para los países desarrollados, estableciendo un calen-dario específico para cumplir dichos compromisos. El acuerdo principal fue la reducción conjunta en al menos un 5% de las emisiones de GEI para el periodo 2008-2012.

Sistema Interconectado Central (SIC): el SIC es el principal sistema eléctrico del país, entregando suministro eléctrico a más del 90% de la población nacional. El SIC se extiende desde la ciudad de Taltal por el norte, hasta la Isla Grande de Chiloé por el sur.

17.7 Fuentes Consultadas

Ampliación de la Capacidad de Central Laja. Disponible en: www.conama.cl/pin/6-PIN_EnergíaVerde.pdf.

Bioenergía. Disponible en: http://www.fao.org/sd/dim_en2/en2_050402_es.htm.

Bioenergía Verde. Tecnología que limpia. Disponible en: http://www.bioplanet.net/ magazine/bio_marabr_2002/bio_2002_marabr_reportaje.htm

Cogeneración de Energía de Forestal y Papelera Concepción S.A. Disponible en www.e-seia.cl/

Seminario Generación Energía con Biomasa (1º, 2006, Concepción, Chile). Pre-sentaciones.

17.8 Links de Interéshttp://www.corfo.cl

http://www.energiaverde.cl

http://www.arauco.cl

http://www.forestal.uchile.cl/bioenergia/index.html

www.fc.com

www.akersolutions.com

www.bioagfo.cl

www.fia.gob.cl