Aprovechar el poder de la Biomasa

Los productores de energía de biomasa no están haciendo una pausa mientras que las políticas actuales favorecen el desarrollo de combustibles renovables en un esfuerzo para reducir la dependencia del petróleo extranjero. La energía renovable desempeñará un papel fundamental en los intentos del mundo para reducir los gases de invernadero. Ahora que la tecnología de primera generación ha madurado, se sigue trabajando en el desarrollo de nuevas tecnologías basadas en las lecciones aprendidas.

En 2000, Richard Bain estaba trabajando en un informe que analizaba las plantas existentes para identificar lo que se requiere para producir con éxito energía de biomasa.

Las cuestiones de combustible encabezaron la lista en el informe, titulado “Lecciones Aprendidas de las instalaciones existentes de energía de biomasa”. Los temas incluyeron la adquisición de un combustible de bajo costo, prestando atención a donde se amontona la biomasa y cómo se alimenta a la planta y la planificación para la flexibilidad de la materia prima. Las lecciones son válidas hoy en día, dice Bain, que colabora con el Centro Nacional de Bioenergía en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL).

Algunas de las lecciones aprendidas eran de la Estación Generadora de McNeil en Burlington, Vt., Que tiene un cuarto de siglo de experiencia en convertir astillas de madera en energía. Fue uno de los primeros y más grandes generadores de biomasa cuando se puso en marcha en 1984. Alrededor del 5 por ciento de su materia prima son tarimas de madera, desechos de jardín y árboles de Navidad, suministrados por los residentes y negocios locales. Otro 25 por ciento proviene de la zona de los molinos de los fabricantes de sierras, fábricas de muebles y un fabricante de chapa. Alrededor de 30 contratistas proporcionan el 70 por ciento restante de los residuos forestales, subproductos de la cosecha de la madera, pulpa o leña. Los contratistas usan una astilladora móvil en el lugar y camiones llevan las astillas de madera al patio de almacenamiento de McNeil. Debido a que la estación de McNeil está dentro de los límites de la ciudad de Burlington, junto a un barrio residencial, se requiere que la planta reciba el 75 por ciento de su materia prima por ferrocarril, lo que añade un 20 por ciento al costo de la madera, dice John Irving, gerente de la estación de McNeil .

La planta de McNeil está configurada para quemar astillas de madera, gas natural o combustible, cambia de combustible según el costo y la disponibilidad. El costo de la madera de la planta se mantuvo estable en $ 19 dólares por tonelada hasta hace cuatro años, cuando el precio aumentó a $ 29 dólares por tonelada. Actualmente la estación de McNeil puede producir electricidad a partir de la madera en $ 50.45 por un megawatt hora (o 5 centavos de dólar por kilowatt-hora), que sigue siendo una ganga en comparación con otros combustibles. Al ritmo actual, el coste eléctrico sería de $ 151 por megawatt hora de combustible y $ 98 a partir del gas natural.

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Cofiring y Pirólisis

Ya que se basa en la experiencia, la industria de energía de biomasa continúa desarrollando nuevas tecnologías centradas en la utilización eficiente de combustible. Ahora que la primera generación de tecnologías de combustión directa ha madurado, el cofiring y la pirólisis son dos de las tecnologías que se están estudiando más.

Switchgrass recibe una gran cantidad de una prensa como la materia prima para el etanol celulósico futuro, sin embargo, en Ottumwa, Iowa, Alliant Energy Corp. está dispuesta a utilizar el cofiring comercial con carbón para generar electricidad. El proyecto de Iowa ilustra muchas de las lecciones relevantes en el informe de 2000.

Hace casi 15 años, el grupo de Conservación y Desarrollo de Recursos del Valle de Chariton comenzó a investigar el heno como un nuevo cultivo potencial para los agricultores de la zona. Alliant Energy se asoció con el Departamento de Energía de los EE.UU. para estudiar el potencial en su estación de generación a carbón de 725 megawatts Ottumwa. Una prueba en 2000, quemó 1.300 toneladas de heno para reunir los resultados preliminares y establecer los pasos a seguir en la evaluación de potencial de la materia prima. En diciembre de 2003, otra prueba utilizó 1.500 toneladas de heno cultivado localmente. Basado en la serie de pruebas, varias cuestiones debían abordarse, dice Bill Johnson, gerente de mercados de biomasa para Alliant. “El manejo del heno es diferente que el manejo de carbón,” él dice. “Hay peligros de polvo, problemas mecánicos, además de las características de combustión.” También tenían que probar la idoneidad del producto derivado de cenizas volantes para su uso en el hormigón para construir carreteras. Estas normas se basan en las cenizas volantes de carbón. “Eso es un recurso económico muy importante para nosotros”, dice Johnson. “Lo que no puede ser vendido para uso en una mezcla de cemento tiene que ir al vertedero.” Las normas ahora aceptan la ceniza mezclada.

El uso de la biomasa agrícola para generar energía puede presentar desafíos, Bain admite. “En California, las podas de huerto son un residuo agrícola que no presenta problemas”, dice. Sin embargo, altos niveles de contenido de potasio en la biomasa pueden causar problemas de formación de escoria. La escorificación se produce cuando los minerales cambian a los líquidos en una caldera de alta temperatura, que puede ensuciar las superficies de transferencia de calor, reducir la eficiencia e incluso causar paradas. Para evitar estos problemas ocurran, cada materia prima potencial tienen que ser evaluados para el rendimiento. Hasta el momento de la cosecha de la biomasa tiene un efecto. El heno, por ejemplo, es más adecuado para cofiring cuando se cosecha en el otoño debido a que los nutrientes se almacenan en las raíces, dice Bain. Si los productores tratan de conseguir dos cortes, podría crear problemas en la planta de energía, porque el heno de verano tiene contenido de potasio superior.

Con la prueba completada y las modificaciones que la planta hizo, Ottumwa está lista para suministrar el 5 por ciento de sus necesidades energéticas con heno. Eso requerirá tanto como 200.000 toneladas de hierba anual de 50,000 acres de tierra e involucrar a un máximo de 500 agricultores. “En este momento un grupo local está desarrollando una estructura de negocio para la agregación de heno”, dice Johnson.

Sobre la base de lo que ha aprendido, Alliant es la planificación de la capacidad adicional de generación en dos plantas de energía existentes cerca de Cassville, Wis., Y Marshalltown, Iowa, para quemar 10 a 20 por ciento de la biomasa. La compañía ve un beneficio de la reducción de su huella de carbono, dice Johnson. “Vemos beneficios para la comunidad y el medio ambiente en la prestación de nuevos mercados para los cultivos de cobertura que se pueden cultivar en tierras marginales y proporcionando nuevas oportunidades de negocio para las personas involucradas en la agregación, el transporte y el procesamiento de la biomasa”, dice.

Johnson está evaluando potenciales materias primas para los nuevos proyectos para averiguar si las materias primas pueden ser sostenibles para la vida de la central eléctrica. “Las calderas tendrán que ser diseñadas para la fuente de combustible que es más frecuente”, explica. Los beneficios pueden ser impresionantes. En Cassville, las proyecciones iniciales indican que la combinación de nuevos sistemas de control y la adición de biomasa con el carbón reducirán las emisiones hasta en un 70 por ciento, dice Johnson.

Gasificación

Mientras el cofiring de biomasa se está desarrollando para la energía del carbón “verde”, la tecnología de gasificación se está investigando para maximizar el potencial de la utilización de una gama más amplia de combustibles con mayor eficiencia. Sobre la base de la química de pirólisis, los gasificadores se utilizan para calentar la biomasa a altas temperaturas para crear un biogás que se puede utilizar directamente para cofiring. El reto ha sido idear sistemas para purificar el gas para aplicaciones más amplias y más eficientes.

La Estación Generadora McNeil organizó un proyecto de demostración financiado por el DOE para agregar 12 megawatts de energía a partir de la gasificación de 50 megawatts que genera a partir de biomasa leñosa convencionalmente desechada. “Funcionó bien en cofiring”, dice Irving. El biogás se quemó junto con astillas de madera para crear vapor para alimentar las turbinas. El proyecto de investigación se centró en la mejora de la pirólisis de gas para su uso en una turbina de gas de ciclo combinado. “Eso implica que se puede tomar el proceso de gasificación y limpiarlo adecuadamente para usar el biogás en una turbina de gas, y esa es la parte difícil. Eso es lo que estábamos trabajando”, dice Irving. Cuando el DOE y otros cooperadores el proyecto terminó en 200. Parte de la razón por la que no continuó con el proyecto de gasificación en Burlington es que no había una gran cantidad de residuos agrícolas para utilizar como materia prima en Vermont. Para empeorar las cosas, hay una percepción pública negativa hacia el uso de los residuos sólidos urbanos de manera que se descarta como materia prima potencial, añade.

Ya sea para elegir el cofiring, la gasificación o combustión directa, se convierte en una decisión específica del sitio, dice Irving. Visitó una planta a carbón de 200 megawatts en Lahti, Finlandia, que añadió un gasificador térmico de lecho fluidizado de 40 megawatts, lo que les permitió quemar turba, madera, llantas y basura. “Ellos toman gas de muy bajos BTU (unidad térmica británica) y soplan eso en su caldera de carbón y la convierten en electricidad de esa manera”, dice.

Hay una media docena de gasificadores en diferentes configuraciones que continúan creando un mejor sistema, según Glenn Farris, presidente y CEO de Biomasa Gas and Electric LLC. “Creemos que es el futuro del negocio de la biomasa”, dice Farris quien trabajó en el proyecto de pirólisis en McNeil. Biomass Gas and Electric con sede en Atlanta Ga., dio los primeros pasos concretos en el desarrollo de dos plantas de energía a base de pirólisis cuando firmó acuerdos de energía para las plantas en Tallahassee, Fla., Y el condado de Forsyth, Ga.

El uso de sistemas avanzados de pirólisis con turbinas de ciclo combinado puede generar electricidad con una eficiencia del 40 por ciento, dice, en comparación con la combustión directa de la biomasa que genera energía con eficiencia en sólo 20 por ciento. La Universidad Estatal de Florida en Tallahassee está iniciando un programa de energía sostenible para integrar las tecnologías de gas de hidrógeno y pilas de combustible con la gasificación. “Estas configuraciones pueden tomar la eficiencia hasta el rango de 60 por ciento”, dice.

Biomass Gas and Electric está desarrollando proyectos de elegir la mejor tecnología de gasificación según la situación, dice Farris. La compañía está planeando su primera aplicación comercial basada en la gasificación de pirólisis y vapor, para abastecer a la ciudad de Tallahassee con 38 megawatts de electricidad para su sistema de energía municipal y 60 decatermos de gas para su gasoducto de gas natural. En el condado de Forsyth, Biomass Gas and Electric usará un gasificador de corriente ascendente para entregar 28 megawatts a la red en un contrato de energía con Georgia Power Co. La planta estará ubicada al lado de un vertedero de construcción y demolición que suministrará los residuos leñosos. Farris señala que Georgia ha gestionado más comercialmente bosques que cualquier otro estado. Debido a la pérdida de la producción de pulpa y papel en el extranjero, dice, “tenemos un excedente de ese tipo de material leñoso.”

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