Biomassa
Que es la Biomassa?
La biomassa, tot i originar-se i reproduir-se de forma natural i/o forçada, no es pot considerar com a una font d'energia renovable degut al seu baix poder energètic i la seva regeneració es mes lenta que les necessitats de consum; a més, caldria ocupar molts recursos naturals (zones destinades a altres tipus de cultius, a la pastura o zones de bosc o salvatges) per al seu conreu.
Està formada per materia orgánica (vegetal o animal) provinent de de conreus especialment creats per a tal fi o del reaprofitament de subproductes d'altres cultius (restes vegetals), forestals (llenya i restes vegetals), d'explotacions animals (fems), residus industrials i/o urbans (deixalles o resta orgànica), ...
Com a principals tipus de biomassa tenim:
-
biomassa forestal o llenyosa, engloba material llenyós d'origen forestal o de cultius llenyosos utilitzat desde l'antiguitat com a principal font d'energia tèrmica. Aquesta materia primera pot ser utilitzada directament o transformada mitjançant diversos processos industrials per tal d'obtenir-ne un major rendiment o d'utilitzar subproductes o residus derivats d'un altre procés industrial, com pot ser la estella forestal o el pèl·let o les briquetes, i que actualment s'utilitza generalment per a la obtenció d'energia calorífica o térmica, i en alguns casos s'aprofita aquesta energia per a la seva transformació en energia elèctrica mitjançant una central termoelèctrica.
-
productes o subproductes agrícoles com la closca d'ametlla i altres fruits secs o la pinyolada d'oliva per a la seva utilització com a combustible.
-
biogàs, que es un gas combustible (metà generalment) obtingut de la digestió anaeròbica de productes o subproductes orgànics (fems, purins, llots deles depuradores d'aigua, residus d'escorxadors, residus orgànics sòlids urbans, ...) i que tant es pot utilitzar per obtenir calor biogàs metà com electricitat, i de la seva obtenció s'obté un residu anomenat compost que es pot fer servir com a fertilitzant; obtenint un doble aprofitament de productes que haguessin anat a un abocador.
-
Biocarburants, es tracta de biocombustibles o combustibles obtinguts de la biomassa (vegetals, essers vius, residus, ...) que no es pot considerar sostenible degut a que no presenta beneficis en la contaminació atmosfèrica ver d'altres combustibles fòssils, a més de que cal mes energia per a produir-los que la que generen durant la combustió i que, al igual que la biomassa llenyosa o de subproductes agrícoles, els conreus dels quals s'obtenen, tampoc es regeneren prou ràpidament respecte la demanda. Com a biocarburants tenim:
-
-
bioetanol, es un compost químic obtingut a partir de la fermentació de sucres d'algunes espècies vegetals i s'utilitza com a combustible líquid per certs vehicles motoritzats com a agrocombustible additiu de la gasolina.
-
biodièsel, en un combustible sintètic líquid obtingut a partir d'olis vegetals o greix animal i substitueix total o parcialment un combustible fòssil derivat del petroli
-
-
Incineració de residus urbans o industrials, que revaloritzen aquest residus, mitjançant la seva incineració, obtenint-ne energia elèctrica mitjançant la seva combustió controlada, que s'injecta a la xarxa elèctrica o per generar vapor que es pot aprofitar en industries adjacents.
En general, podriem dir que la utilització de la biomassa es factible per utilitzar a petita escala, aprofitant subproductes o residus per obtenir biogàs metà per exemple, que revaloritzen un subproducte o residu, obtenint-ne encara un altre/s subproducte/s, fet que ens permet treure'n cert rendiment, en lloc de simplement llençar-lo perquè es descomposi o tenir-lo que gestionar; pero en canvi, no els podem utilitzar com a font d'energia habitual, ja que caldria mes energia i recursos produir-los que la energia o subproductes que n'obtindríem.
Poder Calorífic de la Biomassa
Definim el poder calorífic com la energia tèrmica que es desprèn durant la combustió completa d'un combustible per unitat de massa, establint combustible i comburent a una temperatura i pressió de referencia, i es mesura mitjançant bombes calorimètriques.
PC = Q/m on PC: poder calorífic
Q: calor alliberat
m: massa de combustible
Dins del poder calorífic tenim:
-
El Poder Calorífic Superior o PCS, que mesura tot el calor alliberat durant la combustió, incloent el calor alliberat durant la condensació de l'aigua que contenen els fums. Aquest aigua a més pot tenir dos orígens, l'aigua formada durant la reacció de la combustió de la biomassa, i l'aigua continguda dins del propi combustible, i per tant es distingeixen dos tipus de PCS:
-
PCS amb base seca o PCSS, es calcula assecant totalment una mostra de biomassa, fins obtenir el 0% d'humitat, pesant aquesta mostra mitjançant una balança de precisió i introduint-la a un calorímetre.
-
PCS amb base humida o PCSH, es calcula pesant la mostra de la biomassa i mesurant el seu % d'humitat; la calor alliberada serà menor, ja que la mostra de biomassa pesada, en part es aigua, que no participa en la combustió. Quan s'indica el PCSH, llavors caldrà indicar el % de humitat per tal de poder calcular la equivalencia amb el PCSS mitjançant la següent expressió:
-
PCSH = PCSS x (100 - % humitat) o PCSS = PCSH / (100 - % humitat)
Existeixen calderes especialment dissenyades per al aprofitament d'aquesta energia, i s'anomenen calderes de condensació.
-
El Poder Calorífic Inferior o PCI, te en compte que una part de la calor alliberada s'utilitzarà per evaporar tant l'aigua que contingui la biomassa com la que se'n generi a resultes de la combustió, essent aquest mes semblant al procés de combustió que habitualment es produeix en aquest tipus de processos, al no tenir en compte el calor alliberat per a la evaporació de l'aigua, i que per tant, no es aprofitable.
PCI = PCS - 600 x (Gaigua/Gcombustible) on Gaigua: pes d'aigua [Kg]
Gcombustible: pes del combustible [Kg]
Igualment, en aquest cas també tenim:
-
PCI amb base seca o PCIS,
-
PCI amb base humida o PCIH,
Per tal d'entendre'n millor la diferencia s'adjunta aquest vídeo informatiu on es descriu la diferencia entre ambdòs.
Amortització del cost de les instal·lacions
Per tal de conèixer l'amortització d'una instal·lació o adaptació d'una caldera, podem calcular el consum anual de la nova caldera i fer-ne la comparació de consum i manteniments anuals del sistema actual (habitualment calderes de gasoil).
Consum anual de biomassa [t/any] = (potència caldera [kW] x hores funcionament any caldera [h/any]) / PCI biomassa [kWh/t]
I amb el consum anual, podem multiplicar-lo per el cost del combustible escollit, obtenint el cost anual de consum mitjançant la següent expressió:
Cost anual de biomassa [€/any] = potència caldera [kW] x hores funcionament caldera/any [h/any] x cost unitari biomassa [€/tona]
Si aquest valor li sumem el cost de la instal·lació i li restem any rere any, la diferencia entre el cost actual en combustible i el cost obtingut en la instal·lació de biomassa, podrem obtenir en quants anys estarà amortitzada la instal·lació.
Anys d'amortització [anys] = Cost total instal·lació Biomassa [€] / (Cost actual anual [€/any] - Cost estimat anual Biomassa [€/any])
Per tal d'obtenir la comparativa entre diferents tipus de combustible, tan sols ens faria falta realitzar aquests càlculs en una taula Excel per exemple, tenint en compte els preus dels diferents tipus de materials, i n'obtindríem les diferents amortitzacions.
O podriem agafar els costs anuals que ens facilita el Dept. d'Agricultura, Ramaderia, Pesca, Alimentació i Medi Natural de la Generalitat a la seva Guia de Biomassa Forestal de la següent taula:
font: Biomassa Forestal - Dept. d'Agricultura, Ramaderia, Pesca, Alimentació i Medi Natural de la Generalitat
O també podem utilitzar els calculadors automàtics de diferents pàgines web per calcular l'estalvi al instal·lar Biomassa vers calderes de Gasoil:
Rendiment de les calderes de Biomassa
Segons ens indica la Instrucció tècnica del RITE IT-1.2.4.1.2.1, referent a les exigències d’eficiència energètica en rendiments dels equips generadors de calor, el rendiment instantani mínim de qualsevol generador de calor que utilitzi biomassa haurà de ser del 75% mínim a plena càrrega (màxima demanda de calefacció i ACS).
En els casos de combustió per a la obtenció de calor, les estufes es troben entre el 75% i el 90%, la majoria de calderes tradicionals que hi ha actualment al mercat acostumen a estar entre el 80% i el 92% de rendiment (exceptuant algunes estufes, llars de foc o cuines que donen servei de ACS), i les calderes per condensació superen el 100% ja que reaprofiten la energia de condensació de l'aigua evaporada durant la combustió mitjançant sistemes de condensació interns.
Les calderes policombustibles tenen rendiments instantanis diferents depenent del biocombustible utilitzat, al tenir diferents PCI cadascun, per tant cadascun ens aportarà una energia tèrmica diferent depenent de la procedencia del material (alzina, roure, ...), del tipus de material (pèl·let, estella, ...), de la humitat continguda, del tipus de caldera (tradicional o de condensació) i de la aportació d'aire; pero per fer-nos una idea, la Guia de Biomassa Forestal del Dept. d'Agricultura, Ramaderia, Pesca, Alimentació i Medi Natural de la Generalitat a la seva ens dona com a referencia:
PCI d'estella al 30% d'humitat en base humida 3,5 kWh/kg = 1.123 kWh/m³ = 3.011,5 kcal/kg
PCI de pèl·let (DIN Plus) > 18 ML/kg = > 4,9 kWh/kg = > 3.055 kWh/m³ = > 4.321 kcal/kg
Característiques principals d'una Caldera de Biomassa
Una caldera de biomassa es basa en una estufa que s'alimenta de biomassa (pèl·let, estella, ...) per tal de generar calor, ja sigui per a calefactar una vivenda, una nau industrial, escalfar ACS, fabricar llum, etc.
Per tenir una caldera de Biomassa, necessitarem tenir, a part de la propia caldera, un magatzem i un mecanisme per a la dosificació de la biomassa, habitualment integrades a la propia caldera si aquesta es de mida petita, i adjacents a la mateixa si no ho es tant.
Com a parts principals d'una caldera de biomassa tenim:
-
tolva, o dipòsit del combustible, que pot estar integrat o no dins la mateixa caldera,
-
un mecanisme de dosificació, que generalment acostuma a ser un bisenfí,
-
una cambra de combustió,
-
una bugia, per prendre la flama,
-
un o mes entrades d'aire per afavorir la combustió,
-
un intercanviador de calor per a l'aprofitament de la calor generada
-
i element per a la recol·lecció de cendres.
font: www.iedes.com/calderas
Per a la seva correcta instal·lació, tant legal com funcional, caldrà garantir (a part del seguiment de les indicacions de cada fabricant) tenir en compte el correcte muntatge des següents elements:
-
estufa,
-
correctament dimensionada (35 kcal per cada 1m³ ≈ 1kW per cada 10m² amb h=2,5m),
-
colocada en un lloc adequat que suporti el seu pes,
-
es muntarà ben anivellada i guardarà les distàncies de seguretat, per tant no es podrà posar cap element combustible a menys de 1,5m de la part frontal de la estufa i a 20cm dels laterals i la part del darrera; tot i que si hi ha materials inflamable caldrà com a mínim 50 cm depenent del tipus de material,
-
es deixaran lliures tant la entrada posterior d'aire com les anteriors (si no es una estufa estanca), i caldrà que la casa no estigui perfectament segellada hermèticament, perquè sinó, la estufa es quedarà sense aire (es pot solucionar prolongant el tub horitzontalment fins a l'exterior de la vivenda perquè agafi l'aire directament del exterior o, si això no es possible, caldrà col·locar una reixeta a la vivenda de 80cm² com a mínim),
-
-
connexió de sortida de gasos de la estufa cap a la xemenia,
-
mitjançant tub homologat d'acer amb juntes que en garanteixin la estaqueitat,
-
amb diversos registres i/o tapes d'inspecció per por desmuntar la estufa per netejar-la, així com totes les parts d'aquesta connexió,
-
tubs horitzontals amb una inclinació per facilitar la sortida dels fums d'entre 3 i 5º,
-
amb un recorregut màxim de 6m i tenint en compte que cada colze que es col·loqui equival a 1m de tub, el qual haurem de restar dels 6m màxim que es recomana posar,
-
es recomana mirar d'augmentar la sortida de fums de 80mm per tal de facilitar la seva evacuació,
-
el primer tram vertical ha de ser de 1,5m mínim,
-
el/s tram/s horitzontal/s no es convenient que sigui/n superior/s a 2,5m ,
-
minimitzar el nombre de colzes,
-
-
xemeneia,
-
amb capacitat d'aguantar altes temperatures,
-
capacitat de generar una depressió de com a mínim 10Pa,
-
de formigó, de totxo, prefabricada o metàl·lica,
-
ha de tenir doble paret i estar aïllada per evitar el mal tiro i la condensació,
-
ha de sobresortir del punt mes alt de la casa com a mínim 40 cm, per evitar taponaments deguts a turbulències,
-
alçada mínima desde la base de la estufa fins al barretet de 4m,
-
diàmetre mínim de 10cm per estufes de fins a 8,5kW i de 12 cm com a mínim a partir de 9kW en amunt, i amb un diàmetre màxim de 18cm (si fos superior hi hauria un excés de tir, i caldria entubar per dins per evitar-ho),
-
-
barretet,
-
amb el mateix diàmetre que la xemeneia i la secció d'evacuació de gasos ha de ser el doble,
-
amb una caputxa que eviti que pugui entrar l'aigua de pluja dins la xemeneia,
-
i ha de tenir una banda anti-vent.
-
Dimensionat dels dipòsits de combustible
Segons el quadern de Biomassa Forestal del Departament d'Agricultura, Ramaderia, Pesca, Alimentació i Medi Natural de la Generalitat, la equivalencia energètica entre els diferents combustibles es de:
≈
≈
≈
≈
1 tona o 1,25m³
de fusta de pi acabada de tallar
640 kg o 2,48 m³
d'estelles al 30% d'humitat
2.240 kWh
224 litres
de gasoil
457 Kg
de pèl·let
i que, depenent de la humitat del producte, obtindrem un poder calorífic o un altre. A continuació es mostra el poder calorífic (quantitat de calor despresa per 1 kg de combustible a 1 bar de pressió)
font: Biomassa Forestal - Dept. d'Agricultura, Ramaderia, Pesca, Alimentació i Medi Natural de la Generalitat
Tenint en compte les variacions d'humitat i fixant-nos en la següent taula que relaciones els diferents PCI en funció de la humitat,
font: Biomassa Forestal - Dept. d'Agricultura, Ramaderia, Pesca, Alimentació i Medi Natural de la Generalitat
podem calcular la demanda de la nostra instal·lació mensual, per exemple, per estalviar en transport i tenir pautades les entregues, i en unció del consum màxim que ens doni, podriem dimensionar el magatzem del material que escollim per a la nostra instal·lació.
Per saber el consum de la nostra caldera [kWh], caldrà que tinguem en compte la potència de la nostra caldera [kW], escollir el combustible que utilitzarem i les hores de funcionament. Si el que volem saber es el dimensionat del nostre magatzem, el que farem serà agafar les hores de funcionament del mes d'hivern (amb la major demanda) per a realitzar els càlculs.
Consum màxim mensual biomassa [t/mes] = (potència caldera [kW] x hores funcionament mes + consum [h/mes]) / PCI biomassa [kWh/t]
Si el valor obtingut es massa elevat per fer un magatzem viable, podem preveure reposicions mes properes, i si es massa baix, podem mirar d'allargar els reposicions (si disposem del espai suficient) per tal de minimitzar els costs derivats de les entregues del material, i afavorir (en el cas que la caldera ens ho permeti) realitzar un canvi a un material del qual en podriem arribar a necessitar mes quantitat per garantir el mateix nivell de consum, o preveient un possible augment de consum; pero això ja depèn de la intenció de disseny i de les previsions que se'n faci durant el mateix.