Diferentes estudios y pruebas realizadas en Galicia y el norte de Portugal demuestran que la biomasa procedente de las podas de viñedos, plantaciones de kiwi y matorrales constituye un recurso con un gran potencial, tanto desde el punto de vista energético como económico. De una hectárea, dependiendo del terreno, se pueden sacar en promedio 3 toneladas de restos de poda, los que procesados se convierten en 2 toneladas de biomasa. Y esas 2 ton de biomasa equivalen a 0,45 ton de petróleo.
El proyecto Biomasa-AP está liderado por la Fundación Centro Tecnológico de eficiencia e sostenibilidad energética (EnergyLab), y en él participan un total de 9 beneficiarios, 4 de ellos de Portugal y 5 de Galicia, entre los que se encuentra la Fundación Empresa Universidad Gallega (Feuga), como agente experto en transferencia y comunicación. Esta institución cuenta con 40 años de experiencia en el fomento de la transferencia de tecnología entre las universidades, la industria y la sociedad, y de ellos, más de 13 años en el ámbito de la innovación vitivinícola.
Los centros de la eurorregión conformada por el Norte de Portugal y Galicia, en España, se caracterizan por contar con una elevada disponibilidad de tipología de biomasa, es decir que tienen un alto potencial energético y económico. Los trabajos planteados por Biomasa-AP permitirán la disminución de los costos de gestión de residuos de los sectores forestal y agrícola, la implantación de mejores sistemas de recolección de residuos y la obtención, comercialización y valorización energética de nuevos biocombustibles.
El clima y las condiciones óptimas existentes en estas regiones han provocado que desde años atrás la actividad vitivinícola sea considerada como clave en la economía de ambos países. Los restos procedentes de sus podas, que hasta hace poco tiempo eran considerados un problema para el productor, se han convertido en un recurso de valor a la hora de elaborar biocombustibles sólidos en forma de pellets (aserrín compactado en un tamaño similar al de una pila chica o un corcho), briquetas (biocombustible compactado en forma de ladrillos) o astillas.
La valorización energética de los restos de poda permitirá cerrar el círculo productivo de la vid, reduciendo la huella de carbono del sector del vino. El proyecto, que se encuentra en su recta final, ha contribuido a mejorar las capacidades de los centros de Investigación y Desarrollo (I+D) de las regiones de Galicia y Norte de Portugal que trabajan en la implantación de sistemas de recolección de biomasa y en la obtención, comercialización y valorización de nuevos biocombustibles. Sus resultados permitirán la disminución de los costos de gestión de la biomasa agroforestal (entre la que se encuentran los restos de poda del viñedo) y por lo tanto mejorarán la competitividad de estos sectores.
Biomasa-AP ha desarrollado diferentes actividades relativas a la selección y recolección de la biomasa, al diseño de nuevos biocombustibles sólidos y al desarrollo de mejoras tecnológicas en su aprovechamiento energético a través de diversos procesos termoquímicos (combustión, gasificación y microcogeneración) para la obtención de bioenergía en forma de calor, electricidad o gas de síntesis.
Selección y recolección de biomasa
En la eurorregión Galicia-Norte de Portugal hay algo más de 108.000 ha de viñedos. Entre esta superficie, existen áreas donde es imposible mecanizar la recolección de los restos de poda. En base a esto, se considera una superficie potencial de aproximadamente 55.000 ha. Sin embargo, existen otros factores que en algunas situaciones podrían hacer inviable la mecanización, como pueden ser la superficie de la parcela, el uso de prepodadoras o la utilización de otros sistemas de tratamiento de biomasa. Teniendo en cuenta estos condicionantes, la superficie potencialmente mecanizable en la recolección de los restos de poda vitícolas disminuye hasta unas 38.000 ha.
Considerando que una ha de viñedo genera 3 tn de restos de poda en estado verde, de las que se podrían obtener alrededor de 2 tn de biomasa, en esta eurorregión habría disponibles unas 75.000 tn anuales de biomasa verde procedentes del sector vitivinícola, que equivaldrían energéticamente a unos 17.000 TEP (Toneladas Equivalentes de Petróleo).
¡Al año, biocombustible por 72.000.000 de kilos equivalentes a petróleo!
En Mendoza hay alrededor de 160.000 hectáreas de viñedos. Si de cada hectárea obtuviésemos 2 toneladas de biomasa (0,45 Toneladas Equivalentes a Petróleo o TEP), que es el rendimiento estimado promedio, eso significa que obtendríamos un total de 72.000 TEP al año. Para ello haría falta tecnología apropiada y un mercado consumidor que lo demande, para luego vender y aprovechar el biocombustible.
Como prácticas habituales, podemos encontrar diferentes formas de gestión de los restos de poda: desde su trituración en superficie o incorporándolos al suelo mediante laboreo, a su retirada de la parcela por medios manuales o mecanizados para su posterior quema. En cualquiera de ellas, la gestión de los restos de poda supone un alto costo para el viticultor o la bodega, simplemente para su eliminación, sin realizar ningún aprovechamiento.
El proyecto Biomasa-AP realizó diversas pruebas de recolección mecanizada de los restos de poda con maquinaria equipada con dos tecnologías diferentes de recolección y triturado. El objetivo fue evaluar su viabilidad técnica y económica para las bodegas y viticultores de la eurorregión.
Los diferentes equipos testeados se basan en un primer rodillo cargador de púas que va recogiendo los sarmientos del suelo y los introduce en una cámara donde el material es triturado. El material triturado se acumula en un depósito para su transporte y descarga en la zona de acopio. La principal diferencia entre los equipos probados son los diferentes sistemas de trituración: mientras uno de ellos dispone de martillos libres, el otro tiene un sistema de dientes fijos y contracuchillas.
El análisis de ambos equipos se centró tanto en aspectos productivos y de costos como en las características granulométricas del material triturado, ya que existe una gran diferencia en este aspecto.
Es interesante destacar que, para optimizar la recolección de los sarmientos, es necesario que los restos de poda se acumulen entre las filas, bien en toda su longitud o en pequeños montones. En el caso de utilizar equipos de prepoda, la recolección del sarmiento es prácticamente inviable ya que la pequeña longitud del sarmiento no permite al rodillo cargador de los equipos recoger eficazmente el material.
La recolección de podas de la vid alcanzó productividades máximas de 5.150 kg/ha y mínimas de 1.973 kg/ha, representando una productividad media de 3.562 kg/ha. 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, etcétera) condicionaron de manera significativa la eficiencia de la maquinaria específica de recolección empleada.
Diseño, preparación y optimización de nuevos biocombustibles sólidos
El primer paso fue someter el material recogido a un proceso de secado, combinando secado natural y forzado, para su posterior densificado en condiciones óptimas. El secado natural, dada la baja densidad del material y su granulometría, facilita en muchos casos (vid y matorral) el secado natural bajo cubierta o con cubiertas de geotextil.
El segundo paso fue la trituración de los restos de poda de vid, con el objetivo de reducir el tamaño del material al tamaño adecuado a los equipos de densificación (briquetado y peletizado) y para lo que no se encontraron problemas.
Posteriormente, se llevó a cabo la separación granulométrica para obtener una partícula adecuada a los equipos de densificación y mejorar la calidad del biocombustible al separar fracciones con mayores contenidos en cenizas y, finalmente, se realizaron las pruebas de densificación para la producción de pellets y briquetas con los materiales seleccionados (poda
de kiwi, de vid y matorral de tojo).
Fue posible realizar pellets con los tres materiales, si bien hay que tener en cuenta que el material de la poda de vid presenta una densidad relativamente baja y una buena calidad de gránulo, lo que deberá tenerse en cuenta en el sistema de alimentación.
Con respecto a la densificación de astilla en briquetas, 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, y se constató que la poda de vid presentaba las mejores características de densificación después del tojo. Para mejorar las características estructurales y de cocción de las briquetas, se estudió la inclusión de nuevos aditivos, como caolín, almidón y caparazón de
mejillón.
En términos de poder calorífico superior e inferior, se constata que los valores obtenidos son muy similares entre sí y en relación con la briqueta comercial.
Se espera que los resultados beneficien a las empresas en la industria de pellets y briquetas, ya que habrá nuevas biomasas disponibles para la producción de biocombustibles nuevos y más económicos, asegurando así su entrada y posicionamiento en el mercado y garantizando su correcta combustión y funcionamiento.
Desarrollo de tecnologías de aprovechamiento energético de la biomasa
Los combustibles utilizados no son comerciales, por lo que uno de los objetivos fundamentales de este proyecto es analizar su viabilidad comercial.
Para ello se llevaron a cabo una serie de ensayos con la finalidad de realizar una comparación entre el valor de los diferentes parámetros para pellets de madera comercial y para cada uno de los combustibles desarrollados en este proyecto.
Los ensayos se realizaron en dos instalaciones diferentes, un quemador experimental de biomasa y una caldera comercial, estudiando diversas facetas de la combustión de las biomasas, 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 el adecuado retiro de cenizas, su combustión durante períodos comparables de tiempo.
En la siguiente imagen se presenta un análisis de la estabilidad del pellet fabricado a partir de podas de vid, que muestra grandes similitudes a la madera en cuanto a sus períodos transitorio y estable:
A la vista de los resultados obtenidos en ambas instalaciones se puede concluir que la combustión de algunas biomasas es viable tanto en el quemador experimental como en la caldera comercial (concretamente, los mejores resultados se obtienen con tojo y vid).
Si bien resulta necesaria la inclusión de alguna medida o estrategia de reducción de emisiones, los combustibles no presentan grandes problemas de aparición de sinterizados, existiendo la posibilidad de eliminarlos mediante el aditivo o la eliminación de finos, estrategia esta última
que también funciona para la reducción de partículas sólidas en la corriente de gas de salida.
Si la caldera en cuestión dispone de sistema de eliminación de cenizas y limpiado de tuberías automatizados, estas características negativas no adquieren una gran relevancia, resultando en una combustión estable durante períodos largos de tiempo.
En definitiva, los pellets de estas biomasas resultan, en líneas generales, una alternativa técnicamente viable a, o junto con, los de madera. Por otro lado, se están llevando a cabo estudios de la viabilidad del empleo de la microcogeneración como sistema de valorización energética de aquellos biocombustibles sólidos más prometedores, entre ellos la vid. Para ello, se analiza el rendimiento energético (eléctrico y térmico) de un sistema de cogeneración de baja potencia (CHP-combined heat and power) basado en un Ciclo Orgánico de Rankine (ORC) capaz de producir hasta 4,4 kWe alimentado por una caldera de baja potencia (60 kW).
Hasta el momento las biomasas empleadas como combustibles han sido pellets de vid y de tojo. Los resultados obtenidos son muy prometedores, alcanzándose rendimientos de cogeneración próximos a un 96%. Dichos valores perfilan a este método de valorización como idóneo para la obtención simultánea de calor y electricidad a partir de los materiales estudiados, convirtiéndolo en una opción a tener en cuenta para el abastecimiento energético en aplicaciones a pequeña escala (sectores terciario y residencial).
Una vez realizadas las pruebas de eficiencia térmica de la combustión de briquetas comerciales, briquetas de poda y briquetas de tojo, con y sin aditivos (almidón, mejillón y caolín) se concluye que en este caso, las briquetas resultantes de la poda de las vides tienen un bajo rendimiento térmico, siempre por debajo del rendimiento térmico de las briquetas comerciales, frente a las briquetas de tojo que lo tienen muy positivo y son en su mayoría más altas que las briquetas comerciales.
En relación con la gasificación, las pruebas siempre se realizaron con astilla en su estado natural y en lecho fluidizado. En estas pruebas hubo variaciones en varios parámetros, como la combustión, con la finalidad de obterner los mejores resultados posibles, que en el caso de la gasificación fue conseguir un gas de síntesis con un buen rendimiento.
Se llevaron a cabo para cada tipo de biomasa, (vid, kiwi y tojo) pruebas para diferentes masas de muestra, con el fin de verificar qué influencia tiene la masa de muestra en la composición final del gas de síntesis. Se descubrió que cuanto mayor era la masa de la muestra, mejores porcentajes de metano se obtendrían en el gas de síntesis final. En este caso, al contrario de lo que sucedió en las pruebas de combustión, las podas de vid y kiwi son las especies que presentan el mayor porcentaje de los compuestos que poseen mayor poder calorífico (≤ 2,0 kWh/m3 ), monóxido de carbono (CO), metano (CH4) e hidrógeno (H2), siendo el tojo la biomasa que tuvo el peor desempeño en las pruebas de gasificación.
Informe Completo: Biomasa AP
Fuente: Infowine
Autores: Gonzalo Piñeiro (Axencia Galega da Industria Forestal – CIS Madeira), Leticia Pérez (EnergyLab) Anxela Montero (Fundación Empresa-Universidad Gallega)
