La Co-combustión de Biomasa y combustibles fósiles

Hoy es posible aprovechar las carboeléctricas existentes en México y las que se construyan en un futuro para generar un importante porcentaje de energía limpia y reducir los Gases de Efecto Invernadero. ¿Cómo? Utilizando la biomasa. Con esta opción además se crearía un importante  número de empleos y ahorrarían recursos monetarios por importación de carbón. Al sustituir el carbón por biomasa se logra producir una cantidad considerable de energía eléctrica con combustible renovable.

La energía eléctrica en su mayor parte se "produce" con combustibles fósiles como el petróleo y el carbón. Sin embargo, en los últimos años se ha venido implementando un conjunto de nuevas tecnologías que utilizan biomasa como combustible. La biomasa es cualquier material orgánico, terrestre o acuático, con origen inmediato en un proceso biológico, que puede ser utilizado para la producción de energéticos, materias primas y bienes de consumo. Ejemplos de biomasa son cultivos como la caña de azúcar, maíz, trigo, sorgo, papa; residuos orgánicos como bagazo de agave, periódico, residuos sólidos municipales, estiércol, aserrín, etcétera.

Instalar plantas que utilicen la biomasa como único combustible para generar energía eléctrica es costoso, de ahí que una opción es combinar los biocombustibles sólidos con los combustibles fósiles como el carbón. A este proceso se le llama co-combustión, misma que la Agencia Internacional de Energía (IEA) define como “la sustitución parcial de carbón mineral por biomasa o residuos en una caldera de usina (planta) eléctrica”.

A fines de los años 80 se iniciaron experiencias de co-combustión de biomasa con carbón mineral en plantas eléctricas. Hoy, esta tecnología se usa ampliamente en Europa, y hay por lo menos 234 instalaciones donde se probó o utiliza para reducir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) y otros gases contaminantes como óxidos de nitrógeno [NOx] y dióxido de azufre [SO2] hasta en un 40% y aprovechando al mismo tiempo la alta eficiencia de las grandes plantas eléctricas a carbón.

En México existen tres centrales carboeléctricas, las cuales emiten 20.8 millones de toneladas de dióxido de carbono al año. Implementar la co-combustión de biomasa en esas plantas ayudaría al medio ambiente reduciendo las emisiones de GEI así como los riesgos asociados al calentamiento global y al cambio climático.

Además de biomasa nativa (la que se produce sin intervención humana) o cultivada (producida por plantaciones), hay una amplia gama de residuos de operaciones agrícolas, forestales y agroindustriales que pueden ser utilizados en la co-combustión. Estas distintas biomasas tienen propiedades muy diferentes en cuanto a contenido de humedad, cenizas, tamaño y fibrosidad, las que afectan mucho su densidad energética, facilidad de molienda y temperatura de combustión. La composición de las cenizas es importante, ya que la presencia de cloruros de metales alcalinos -potasio (K) sodio (Na)- puede generar problemas de cenizas fundentes (que facilita la fusión), volátiles o líquidas, que se depositan en las superficies de intercambio de las calderas. Al implementar la co-combustión se modifica la composición de las cenizas por la mezcla de carbón y biomasa, por lo cual los sistemas de separación y limpieza de cenizas de las calderas deben ser adaptados.

Estos son algunos de los diferentes tipos de biomasas:

• Maderas en trozos, astillas, aserrín, cortezas o pellets;
• Bagazos de caña, de maguey, de coco, de palma aceitera;
• Pajas y tallos herbáceos de cultivos de cereales, granos, oleaginosas, etc.;
• Cáscaras y huesos de frutas como girasol, cacahuate, nueces, mango, etc.

Maderas en trozos

Aserrín.

Además, la biomasa sirve para producir biocombustibles como el etanol y el biodiesel, mismos que pueden sustituir a la gasolina; igualmente se procesa para obtener biogás, el que se utiliza como fuente de iluminación, para cocinar o para generar electricidad en plantas pequeñas.

Ver también: Cambio climático y ahorro de energía

La co-combustión puede implementarse con distintas opciones (*):

1. Co-combustión directa.
Se llama así, pues la biomasa se adiciona directamente al carbón mineral antes de entrar a los molinos. Esta mezcla pulverizada alimenta a los quemadores convencionales ya existentes en la caldera. También se puede procesar independientemente la biomasa, para ello sería necesario invertir en instalaciones dedicadas para el manejo del biocombustible, distintas de las del carbón.




2. Co-combustión indirecta.
Es necesario modificar algunas de las calderas de la planta eléctrica para quemar sólo biomasa, con una tecnología apropiada al tipo de biomasa disponible y al diseño original de la caldera. El resto de las calderas se mantienen operando sólo con carbón. De igual forma se puede gasificar la biomasa para quemarla en un combustor adicional en una caldera de carbón.

Las tecnologías de co-combustión son técnicamente maduras y comerciales a nivel mundial. Por ahora, no se utilizan en México, donde como ya se mencionó sólo hay tres centrales carboeléctricas en operación que usan una mezcla de carbón nacional e importado. A futuro, es posible el ingreso de nuevas plantas carboeléctricas al Sistema Eléctrico Nacional, a medida que la demanda de potencia y la salida de servicio de otras plantas lo hagan necesario. ¿Será viable aplicar la cocombustión de biomasa en las plantas ya existentes o en las nuevas carboeléctricas a instalar en el futuro?

La respuesta es sí. En primer lugar, porque la co-combustión de biomasa en grandes plantas eléctricas a carbón permite lograr altas eficiencias y ahorros de combustible importantes en comparación con plantas independientes de biomasa. Por eso, es una de las opciones más realistas y eficaces para aumentar la contribución de fuentes renovables en el balance energético nacional y poder reducir así las emisiones de Gases de Efecto Invernadero. Además, la tecnología es comercial, está disponible y puede ser incluida en el diseño de cualquier nueva planta a carbón.

Para usarla en nuevas plantas, la tecnología de co-combustión deberá ser flexible, porque no existe todavía un mercado internacional de biocombustibles parecido al del carbón y porque los recursos de biomasa disponibles a lo largo y lo ancho de México son bastante diferentes. Así, la tecnología seleccionada deberá poder utilizar un rango amplio de biomasas de diferente tipo y origen, para poder aprovechar las que sean más abundantes, cercanas y de bajo costo.

En realidad, no son muchos los problemas a resolver:

1. Asegurar el abastecimiento de biomasa de calidad adecuada (bajo contenido de cenizas, baja humedad) en cantidad suficiente y a costo competitivo con el carbón importado.
   
2. Desarrollar redes de proveedores de biomasa sustentable.
   
3. Adecuar los sistemas de separación de cenizas.
   
4. Ensayar alternativas como molienda conjunta, molienda e inyección, independientes, gasificación, para mejor adecuación a las instalaciones existentes.
   
5. Encontrar esquemas de compensación o pago por emisiones evitadas de GEI.
   
   

Resolviendo los puntos anteriores, creemos que la co-combustión en carboeléctricas mexicanas podría ahorrar muchos millones de dólares en importaciones de carbón, crear gran cantidad de empleos en el campo, y reducir las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera. Una posibilidad  que debería ser bienvenida para todos los mexicanos y que merece un análisis y consideración cuidadosas.

Las emisiones de gases contaminantes se han acelerado en los últimos años y con ello el cambio climático, por lo que poco a poco se registran climas más extremosos o fenómenos climáticos inusuales.

* Cremers, MFG (2009) IEA Bioenergy Task 32. Deliverable 4. Technical status of biomass co-firing.