Biomasa - Biomass

Este artículo trata sobre la biomasa como fuente de energía renovable. Para el uso del término en ecología, consulte Biomasa (ecología) .
Pellets de madera

La biomasa es material vegetal o animal que se utiliza como combustible para producir electricidad o calor . Algunos ejemplos son la madera, los cultivos energéticos y los desechos de bosques, patios o granjas. Dado que la biomasa técnicamente se puede utilizar como combustible directamente (por ejemplo, troncos de madera), algunas personas usan los términos biomasa y biocombustible de manera intercambiable. La mayoría de las veces, la palabra biomasa simplemente denota la materia prima biológica de la que está hecho el combustible. La palabra biocombustible suele reservarse para los combustibles líquidos o gaseosos que se utilizan para el transporte. La Administración de Información Energética (EIA) de EE. UU . Sigue esta práctica de denominación.

El IPCC (Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático) define la bioenergía como una forma renovable de energía. En 2017, la IEA (Agencia Internacional de Energía) describió la bioenergía como la fuente más importante de energía renovable. La IEA también sostiene que la tasa actual de despliegue de bioenergía está muy por debajo de los niveles requeridos en escenarios de bajas emisiones de carbono, y que se necesita con urgencia un despliegue acelerado. Los investigadores han cuestionado que el uso de biomasa forestal para energía sea carbono neutral .

Materias primas de biomasa

Fardos de paja

La madera y los residuos de madera son la mayor fuente de energía de biomasa en la actualidad. La madera se puede utilizar como combustible directamente o transformarse en pellets u otras formas de combustibles. También se pueden usar otras plantas como combustible, por ejemplo , maíz , pasto varilla , miscanthus y bambú . Los principales de energía de residuos de materias primas son residuos de madera, residuos agrícolas , residuos sólidos municipales , residuos de fabricación , y el gas de vertedero . Los lodos de depuradora son otra fuente de biomasa. Hay investigaciones en curso que involucran algas o biomasa derivada de algas. Otras materias primas de biomasa son enzimas o bacterias de diversas fuentes, cultivadas en cultivos celulares o hidropónicos .

La biomasa también se utiliza para producir fibras y productos químicos industriales .

Según la fuente de biomasa, los biocombustibles se clasifican en general en tres categorías principales:

Los biocombustibles de primera generación se obtienen de fuentes alimentarias, como la caña de azúcar y el almidón de maíz . Los azúcares presentes en esta biomasa se fermentan para producir bioetanol , un alcohol combustible que sirve como aditivo a la gasolina, o en una pila de combustible para producir electricidad.

Los biocombustibles de segunda generación utilizan fuentes de biomasa no alimentaria, como los cultivos energéticos perennes (cultivos de bajos insumos) y los desechos agrícolas / municipales. Los defensores argumentan que existe un enorme potencial para los biocombustibles de segunda generación. Los biocombustibles de tercera generación se refieren a los derivados de microalgas.

Conversión de biomasa

Planta de biomasa en Escocia.

La mejora de la biomasa cruda a combustibles de mayor calidad se puede lograr mediante diferentes métodos, clasificados en términos generales como térmicos, químicos o bioquímicos.

Conversiones térmicas

Los procesos de conversión térmica utilizan el calor como mecanismo dominante para convertir la biomasa en un combustible mejor y más práctico. Las alternativas básicas son la torrefacción , la pirólisis y la gasificación , estas están separadas principalmente por el grado en que se permite que se desarrollen las reacciones químicas involucradas (controladas principalmente por la disponibilidad de oxígeno y la temperatura de conversión).

Hay otros procesos térmicos menos comunes, más experimentales o patentados que pueden ofrecer beneficios, como la mejora hidrotermal . Algunos se han desarrollado para su uso en biomasa con alto contenido de humedad, incluidas suspensiones acuosas, y permiten que se conviertan en formas más convenientes.

Conversión química

Se puede utilizar una variedad de procesos químicos para convertir la biomasa en otras formas, como para producir un combustible que sea más práctico de almacenar, transportar y usar, o para explotar alguna propiedad del proceso en sí. Muchos de estos procesos se basan en gran parte en procesos similares basados ​​en carbón, como la síntesis de Fischer-Tropsch . La biomasa se puede convertir en múltiples productos químicos básicos.

Conversión bioquímica

Como la biomasa es un material natural, en la naturaleza se han desarrollado muchos procesos bioquímicos altamente eficientes para descomponer las moléculas de las que se compone la biomasa, y muchos de estos procesos de conversión bioquímica pueden aprovecharse. En la mayoría de los casos, se utilizan microorganismos para realizar el proceso de conversión: digestión anaeróbica , fermentación y compostaje .

Las glucósido hidrolasas son las enzimas implicadas en la degradación de la mayor parte de la biomasa, como los polisacáridos presentes en el almidón y la lignocelulosa. Las variantes termoestables están ganando roles cada vez más importantes como catalizadores en aplicaciones de biorrefinación , ya que la biomasa recalcitrante a menudo necesita tratamiento térmico para una degradación más eficiente.

Conversiones electroquímicas

La biomasa se puede convertir directamente en energía eléctrica mediante la oxidación electroquímica (electrocatalítica) del material. Esto se puede realizar directamente en una celda de combustible de carbono directo , celdas de combustible líquido directo como la celda de combustible de etanol directo , una celda de combustible de metanol directo , una celda de combustible de ácido fórmico directo , una celda de combustible de ácido L-ascórbico (celda de combustible de vitamina C), y una pila de combustible microbiana . El combustible también se puede consumir indirectamente a través de un sistema de pila de combustible que contiene un reformador que convierte la biomasa en una mezcla de CO y H 2 antes de que se consuma en la pila de combustible.

Neutralidad de carbono para la biomasa forestal

Emisiones de gases de efecto invernadero de la producción y el transporte de pellets de madera (Hanssen et al.2017).

La IEA define la neutralidad de carbono y la negatividad de carbono de la siguiente manera: «Neutralidad de carbono, o 'cero neto', significa que cualquier CO 2 liberado a la atmósfera por la actividad humana se equilibra con una cantidad equivalente que se elimina. Convertirse en carbono negativo requiere que una empresa, sector o país elimine más CO 2 de la atmósfera del que emite ». La intensidad real de carbono de la biomasa varía según las técnicas de producción y la duración del transporte. Según la UE, el ahorro típico de emisiones de gases de efecto invernadero al sustituir los combustibles fósiles por pellets de madera de residuos forestales es del 77% cuando la distancia de transporte está entre 0 y 500 km, también del 77% cuando la distancia de transporte está entre 500 y 2500 km, 75% cuando la distancia está entre 2500 y 10 000 km, y 69% cuando la distancia es superior a 10 000 km. Cuando se usa madera de tallo, los ahorros cambian solo marginalmente, entre el 70 y el 77%. Cuando se utilizan residuos de la industria de la madera, los ahorros aumentan entre un 79 y un 87%.

Asimismo, Hanssen et al. argumentan que el ahorro de emisiones de gases de efecto invernadero de los pellets de madera producidos en el sureste de los EE. UU. y enviados a la UE es de entre el 65 y el 75%, en comparación con los combustibles fósiles. Calculan que las emisiones netas medias de GEI de los pellets de madera importados de los EE. UU. Y quemados para generar electricidad en la UE ascienden a aproximadamente 0,2 kg de equivalentes de CO 2 por kWh, mientras que las emisiones medias de la combinación de combustibles fósiles que se queman actualmente para generar electricidad en la UE. equivale a 0,67 kg de CO 2 -eq por kWh (consulte la tabla de la derecha). Las emisiones del transporte marítimo ascienden al 7% de las emisiones de mezcla de combustibles fósiles por kWh producido (equivalente a 93 kg CO 2 -eq / t frente a 1288 kg CO 2 / t).

IEA Bioenergy estima que en un escenario en el que se utilizan pellets de madera canadienses para reemplazar totalmente el uso de carbón en una planta de carbón europea, las emisiones específicas originadas por el transporte marítimo de los pellets, que van de Vancouver a Rotterdam, ascienden aproximadamente al 2% del total de la planta. Emisiones relacionadas con el carbón.

Más CO 2 de la combustión de madera que de la combustión de carbón

Cuando se quema en instalaciones de combustión con la misma eficiencia de conversión de calor a electricidad, la madera seca en horno emite un poco menos de CO 2 por unidad de calor producido, en comparación con el carbón seco en horno. Sin embargo, muchas instalaciones de combustión de biomasa son relativamente pequeñas e ineficientes, en comparación con las plantas de carbón típicamente mucho más grandes. Además, la biomasa bruta puede tener un mayor contenido de humedad en comparación con algunos tipos de carbón comunes. Cuando este es el caso, una mayor parte de la energía inherente de la madera debe gastarse únicamente en la evaporación de la humedad, en comparación con el carbón más seco, lo que significa que la cantidad de CO 2 emitida por unidad de calor producido será mayor.

Puerto de carbón en Rusia.

Algunos grupos de investigación (por ejemplo, Chatham House) argumentan que «[...] el uso de biomasa leñosa para obtener energía liberará niveles más altos de emisiones que el carbón […]».

La cantidad de CO 2 «extra» que se libera depende de factores locales. Algunos grupos de investigación estiman emisiones adicionales relativamente bajas. IEA Bioenergy, por ejemplo, estima un 10%. El grupo consultor de bioenergía FutureMetrics sostiene que los pellets de madera con un 6% de humedad emiten un 22% menos de CO 2 por la misma cantidad de calor producido, en comparación con el carbón subbituminoso con un 15% de humedad, cuando ambos combustibles se queman en instalaciones con la misma conversión. eficiencia (aquí 37%). Asimismo, afirman que «[…] la madera seca con CM [contenido de humedad] por debajo del 20% tiene la misma o menos emisión de CO 2 por MMBTU [millón de unidades térmicas británicas ] que la mayoría del carbón. Los pellets de madera con menos del 10% de MC producen menos emisiones de CO 2 que cualquier carbón en circunstancias iguales ». (El contenido de humedad en los pellets de madera suele ser inferior al 10%, como se define en la norma ISO 17225-2: 2014). Sin embargo, cuando se utilizan astillas de madera en bruto (45% de contenido de humedad), esta biomasa de madera emite un 9% más de CO 2 que el carbón en general, por la misma cantidad de calor producido. Según el Centro de Investigación de Tecnología del Carbón de Indiana, la antracita de tipo carbón contiene típicamente menos del 15% de humedad, mientras que el bituminoso contiene del 2 al 15%, subbituminoso del 10 al 45% y lignito del 30 al 60%. El tipo de carbón más común en Europa es el lignito.

Otros grupos de investigación estiman emisiones adicionales relativamente altas. El Centro Manomet para las Ciencias de la Conservación, por ejemplo, sostiene que para los servicios públicos de menor escala, con una eficiencia de conversión del 32% para el carbón y del 20 al 25% para la biomasa, las emisiones de carbón son un 31% menores que las de las astillas de madera. El contenido de humedad asumido para las astillas de madera es del 45%, como se indicó anteriormente. No se proporciona el contenido de humedad asumido para el carbón.

El IPCC (Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático) calculó sus estimaciones de «CO 2 extra » para la biomasa en aproximadamente un 16% extra para la madera sobre el carbón en general, en algún punto intermedio en comparación con las estimaciones anteriores. Argumentan que centrarse en las emisiones brutas pierde el sentido, lo que cuenta es el efecto neto de las emisiones y la absorción tomadas en conjunto: «La estimación de las emisiones brutas únicamente crea una representación distorsionada de los impactos humanos en el ciclo del carbono del sector terrestre . Si bien la extracción forestal para madera y leña y el cambio de uso de la tierra (deforestación) contribuyen a las emisiones brutas, para cuantificar los impactos en la atmósfera, es necesario estimar las emisiones netas, es decir, el balance de las emisiones brutas y las absorciones brutas de carbono del atmósfera a través de la regeneración del bosque […]. »

Molino de pellets de madera en Alemania.

IEA Bioenergy proporciona un argumento similar: «Es incorrecto determinar el efecto del cambio climático del uso de biomasa como energía comparando las emisiones de GEI en el punto de combustión». También argumentan que «[…] el enfoque equivocado en las emisiones en el punto de combustión desdibuja la distinción entre carbono fósil y biogénico, e impide una evaluación adecuada de cómo el desplazamiento de combustibles fósiles con biomasa afecta el desarrollo de las concentraciones atmosféricas de GEI». IEA Bioenergy concluye que el CO 2 adicional de la biomasa «[…] es irrelevante si la biomasa se deriva de bosques gestionados de forma sostenible».

¿Qué son los bosques gestionados de forma sostenible? El IPCC escribe: «La ordenación forestal sostenible (OFS) se define como 'la administración y el uso de los bosques y las tierras forestales de una manera y a un ritmo que mantenga su biodiversidad, productividad, capacidad de regeneración, vitalidad y su potencial para cumplir, ahora y en el futuro, funciones ecológicas, económicas y sociales relevantes, a nivel local, nacional y global, y que no cause daño a otros ecosistemas ”[…]. Esta definición de MFS fue desarrollada por la Conferencia Ministerial sobre la Protección de los Bosques en Europa y desde entonces ha sido adoptada por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación [de las Naciones Unidas (FAO)]. » Además, el IPCC escribe: «La gestión forestal sostenible puede prevenir la deforestación, mantener y mejorar los sumideros de carbono y puede contribuir a los objetivos de reducción de emisiones de GEI. La ordenación forestal sostenible genera beneficios socioeconómicos y proporciona fibra, madera y biomasa para satisfacer las crecientes necesidades de la sociedad ».

En el contexto de la mitigación de CO 2 , la medida clave con respecto a la sostenibilidad es el tamaño de la reserva de carbono forestal. En un trabajo de investigación para la FAO, Reid Miner escribe: «El objetivo central de todos los programas de gestión sostenible en los bosques de producción es lograr un equilibrio a largo plazo entre la cosecha y el rebrote. […] [E] l efecto práctico de mantener un equilibrio entre la cosecha y el rebrote es mantener estables las reservas de carbono a largo plazo en los bosques gestionados ».

A nivel mundial, la reserva de carbono forestal ha disminuido un 0,9% y la cubierta arbórea un 4,2% entre 1990 y 2020, según la FAO. El IPCC afirma que existe un desacuerdo sobre si el bosque mundial se está reduciendo o no, y cita una investigación que indica que la cobertura arbórea ha aumentado un 7,1% entre 1982 y 2016. El IPCC escribe: «Si bien se estima que las existencias de carbono de la biomasa aérea están disminuyendo en el trópicos, están aumentando a nivel mundial debido al aumento de las existencias en los bosques templados y boreales […]. »

Protección forestal

Bosque de abetos antiguos en Francia.

Algunos grupos de investigación parecen querer más que «solo» bosques gestionados de forma sostenible, quieren aprovechar el potencial de almacenamiento total de carbono de los bosques . Por ejemplo, EASAC escribe: «Existe un peligro real de que la política actual exagere el uso de los bosques en la producción de energía en lugar de aumentar las reservas forestales para el almacenamiento de carbono». Además, argumentan que «[…] son ​​los bosques más antiguos, de rotación más larga y los bosques primarios protegidos los que exhiben las mayores reservas de carbono». Chatham House sostiene que los árboles viejos tienen una absorción de carbono muy alta y que la tala de árboles viejos significa que se pierde este gran potencial de absorción de carbono en el futuro. Además, argumentan que hay una pérdida de carbono del suelo debido a las operaciones de cosecha.

Las investigaciones muestran que los árboles viejos absorben más CO 2 que los árboles jóvenes, debido al área de hojas más grande en los árboles adultos. Sin embargo, el bosque viejo (en su conjunto) eventualmente dejará de absorber CO 2 porque las emisiones de CO 2 de los árboles muertos anulan la absorción de CO 2 de los árboles vivos restantes . Los bosques viejos (o rodales forestales) también son vulnerables a las perturbaciones naturales que producen CO 2 . El IPCC escribe: «Cuando la vegetación madura o cuando la vegetación y los reservorios de carbono del suelo alcanzan la saturación, la remoción anual de CO 2 de la atmósfera desciende a cero, mientras que las reservas de carbono se pueden mantener (nivel de confianza alto). Sin embargo, el carbono acumulado en la vegetación y los suelos corre el riesgo de sufrir pérdidas futuras (o reversión de sumideros) provocadas por perturbaciones como inundaciones, sequías, incendios o brotes de plagas, o una mala gestión futura (nivel de confianza alto) ». Resumiendo, el IPCC escribe que «[…] los paisajes con bosques más viejos han acumulado más carbono pero su fuerza de hundimiento está disminuyendo, mientras que los paisajes con bosques más jóvenes contienen menos carbono pero están eliminando CO 2 de la atmósfera a una tasa mucho mayor [.. .]. » Con respecto al carbono del suelo, el IPCC escribe: «Estudios recientes indican que los efectos de las acciones de manejo forestal sobre las reservas de C [carbono] del suelo pueden ser difíciles de cuantificar y los efectos reportados han sido variables e incluso contradictorios (ver Cuadro 4.3a).» Debido a que la «base científica actual no es suficiente», el IPCC no proporcionará actualmente factores de emisión de carbono del suelo para la gestión forestal.

Con respecto al efecto climático neto de la conversión de bosques naturales a bosques gestionados, el IPCC argumenta que puede variar en ambos sentidos: «La OFS [gestión forestal sostenible] aplicada a escala de paisaje a los bosques no gestionados existentes puede primero reducir las existencias de carbono forestal promedio y, posteriormente, aumentar la tasa a la que se elimina el CO 2 de la atmósfera, porque la producción neta del ecosistema de rodales forestales es más alta en las edades intermedias de los rodales (Kurz et al. 2013; Volkova et al. 2018; Tang et al. 2014). El impacto neto en la atmósfera depende de la magnitud de la reducción de las reservas de carbono, el destino de la biomasa recolectada (es decir, el uso en productos de vida corta o larga y para bioenergía, y por lo tanto el desplazamiento de emisiones asociadas con materiales de construcción intensivos en GEI y combustibles fósiles) y la tasa de rebrote. Por lo tanto, los impactos de la OFS en un indicador (por ejemplo, la reducción pasada de las existencias de carbono en el paisaje boscoso) pueden ser negativos, mientras que los de otro indicador (por ejemplo, la productividad forestal actual y la tasa de eliminación de CO 2 de la atmósfera, los combustibles fósiles evitados) emisiones) pueden ser positivas. Los paisajes forestales gestionados de forma sostenible pueden tener una menor densidad de carbono en la biomasa que los bosques no gestionados, pero los bosques más jóvenes pueden tener una tasa de crecimiento más alta y, por lo tanto, contribuyen a sumideros de carbono más fuertes que los bosques más antiguos (Trofymow et al.2008; Volkova et al.2018; Poorter et al. al. 2016). »

En otras palabras, existe una compensación entre los beneficios de tener una reserva de carbono forestal maximizada, sin absorber más carbono, y los beneficios de tener una parte de esa reserva de carbono "desbloqueada" y, en cambio, funcionar como una herramienta de reemplazo de combustibles fósiles renovables. . Cuando se pone en funcionamiento, este carbono reemplaza constantemente al carbono en los combustibles fósiles utilizados, por ejemplo, en la producción de calor y la producción de electricidad de carga base, sectores en los que no es económico o imposible utilizar fuentes de energía intermitentes como la eólica o la solar. Al ser una fuente de carbono renovable, la parte desbloqueada sigue circulando de un lado a otro entre los bosques y los productos forestales como la madera y los pellets de madera. Para cada ciclo, reemplaza cada vez más a las alternativas basadas en fósiles, por ejemplo, cemento y carbón.

El investigador de la FAO Reid Miner sostiene que la «competencia» entre el carbono forestal bloqueado y desbloqueado se gana con el carbono desbloqueado: «A largo plazo, el uso de biomasa forestal producida de forma sostenible como sustituto de productos intensivos en carbono y combustibles fósiles proporciona una mayor reducciones en el CO 2 atmosférico que la conservación. »

Bosque de plantaciones en Hawaii.

Resumiendo lo anterior, IEA Bioenergy escribe: «Como ha señalado el IPCC en varios informes, los bosques gestionados para producir madera aserrada, bioenergía y otros productos madereros pueden contribuir en mayor medida a la mitigación del cambio climático que los bosques gestionados solo para la conservación, durante tres razones. Primero, la fuerza del hundimiento disminuye a medida que los bosques de conservación se acercan a la madurez. En segundo lugar, los productos de madera desplazan a los materiales intensivos en gases de efecto invernadero y a los combustibles fósiles. En tercer lugar, el carbono en los bosques es vulnerable a la pérdida a través de eventos naturales como infestaciones de insectos o incendios forestales, como se ha observado recientemente en muchas partes del mundo, incluidas Australia y California. La gestión de los bosques puede ayudar a aumentar la cantidad total de carbono secuestrado en los depósitos de carbono de los productos forestales y de la madera, reducir el riesgo de pérdida de carbono secuestrado y reducir el uso de combustibles fósiles ».

El IPCC sugiere además que la posibilidad de ganarse la vida de la silvicultura incentiva las prácticas forestales sostenibles: «[…] La ordenación forestal sostenible [ordenación forestal sostenible] destinada a proporcionar madera, fibra, biomasa y recursos no maderables puede proporcionar medios de vida a largo plazo para las comunidades , reducir el riesgo de conversión forestal a usos no forestales (asentamientos, cultivos, etc.), y mantener la productividad de la tierra, reduciendo así los riesgos de degradación de la tierra […]. » Además: «Al proporcionar medios de vida a largo plazo para las comunidades, la ordenación forestal sostenible puede reducir el grado de conversión de los bosques a usos no forestales (por ejemplo, tierras de cultivo o asentamientos) (nivel de confianza alto)».

La Asociación Nacional de Programas Universitarios de Recursos Forestales está de acuerdo: «La investigación demuestra que la demanda de madera ayuda a mantener la tierra en el bosque e incentiva las inversiones en bosques nuevos y más productivos, todos los cuales tienen importantes beneficios de carbono. […] No considerar los efectos de los mercados y la inversión en los impactos del carbono puede distorsionar la caracterización de los impactos del carbono de la energía de la biomasa forestal ».

Favero y col. se centran en el posible aumento futuro de la demanda y argumenta: «El aumento de la demanda de bioenergía aumenta las reservas de carbono forestal gracias a las actividades de forestación y una gestión más intensiva en relación con un caso sin bioenergía […] una mayor demanda de biomasa aumentará el valor de las tierras forestales, incentiva la inversión adicional en el manejo forestal y la forestación, y resultan en mayores reservas de carbono forestal a lo largo del tiempo ».

Posiblemente reforzando los argumentos anteriores, los datos de la FAO muestran que la mayoría de los pellets de madera se producen en regiones dominadas por bosques gestionados de forma sostenible. Europa (incluida Rusia) produjo el 54% de los pellets de madera del mundo en 2019, y la reserva de carbono forestal en esta área aumentó de 158,7 a 172,4 Gt entre 1990 y 2020. Asimismo, América del Norte produjo el 29% de los pellets del mundo en 2019, mientras que El stock de carbono forestal aumentó de 136,6 a 140 Gt en el mismo período. Las existencias de carbono disminuyeron de 94,3 a 80,9 Gt en África, de 45,8 a 41,5 Gt en el sur y sudeste de Asia combinados, de 33,4 a 33,1 Gt en Oceanía, de 5 a 4,1 Gt en Centroamérica y de 161,8 a 144,8 Gt en Sudamérica. La producción de pellets de madera en estas áreas combinadas fue del 13,2% en 2019. Chatham House responde al argumento anterior de la siguiente manera: "Los niveles de existencias de carbono forestal pueden permanecer iguales o aumentar por razones totalmente ajenas al uso de energía".

Tiempo de recuperación del carbono

Algunos grupos de investigación todavía argumentan que incluso si el stock de carbono forestal de Europa y América del Norte está aumentando, simplemente se necesita demasiado tiempo para que los árboles cosechados vuelvan a crecer. La EASAC, por ejemplo, sostiene que dado que el mundo está en camino de superar el objetivo acordado de un aumento de temperatura de 1,5 grados ya en una década más o menos, el CO 2 de la madera en rollo quemada, que reside en la atmósfera durante muchas décadas antes de ser reabsorbido, hace es más difícil lograr este objetivo. Por lo tanto, sugieren que la UE debería ajustar sus criterios de sostenibilidad de modo que solo la energía renovable con tiempos de recuperación del carbono de menos de 10 años se defina como sostenible, por ejemplo, la eólica, la solar, la biomasa de residuos de madera y el aclareo de árboles que de otro modo se quemarían o descompondrían. relativamente rápido, y biomasa procedente de rebrotes de rotación corta (SRC). Chatham House está de acuerdo, y además argumenta que podría haber puntos de inflexión a lo largo de la escala de temperatura donde el calentamiento se acelera. Chatham House también sostiene que varios tipos de madera en rollo (principalmente madera para pasta) se utilizan en la producción de pellets en los Estados Unidos.

FutureMetrics sostiene que no tiene sentido que los silvicultores vendan madera en rollo con calidad de troncos a las fábricas de pellets, ya que obtienen mucho más dinero por esta parte del árbol de los aserraderos. Los silvicultores obtienen el 80-90% de sus ingresos de la madera en rollo de calidad de troncos (la parte recta más baja y más gruesa del tallo del árbol), y solo el 10-15% de la madera para pulpa, definida como a.) La parte media de los árboles maduros (la parte más delgada parte del tallo que a menudo se dobla un poco, más ramas) y b.) aclareo de árboles (árboles pequeños y jóvenes talados para aumentar la productividad de toda la masa forestal). Esta biomasa de bajo valor se vende principalmente a plantas de celulosa para la producción de papel. , pero en algunos casos también a las peletizadoras para la producción de pellets. Los gránulos se fabrican típicamente a partir de residuos de aserraderos en áreas donde hay aserraderos y de madera para pasta en áreas sin aserraderos.

Chatham House argumenta además que casi todos los residuos de aserraderos disponibles ya se están utilizando para la producción de pellets, por lo que no hay espacio para la expansión. Para que el sector de la bioenergía se expanda significativamente en el futuro, una mayor parte de la madera para pasta recolectada debe destinarse a las peletizadoras. Sin embargo, la cosecha de madera para pasta (aclareo de árboles) elimina la posibilidad de que estos árboles envejezcan y, por lo tanto, maximicen su capacidad de retención de carbono. En comparación con la madera para pasta, los residuos de los aserraderos tienen emisiones netas más bajas: «Algunos tipos de materia prima de biomasa pueden ser neutrales en carbono, al menos durante un período de algunos años, incluidos en particular los residuos de los aserraderos. Estos son desechos de otras operaciones forestales que no implican una recolección adicional, y si de otra manera se queman como desechos o se dejan pudrir, liberarían carbono a la atmósfera en cualquier caso ».

Una presuposición importante para el argumento de que «el crecimiento de los árboles es demasiado lento» es la opinión de que la contabilidad del carbono debe comenzar cuando se queman árboles de rodales forestales determinados y aprovechados, y no cuando los árboles de esos rodales comienzan a crecer. Dentro de este marco de pensamiento, es posible argumentar que el evento de combustión crea una deuda de carbono que debe pagarse mediante el recrecimiento de los rodales cosechados.

En cambio, cuando se asume que la contabilidad del carbono debe comenzar cuando los árboles comiencen a crecer, se vuelve imposible argumentar que el carbono emitido constituye una deuda. FutureMetrics, por ejemplo, sostiene que el carbono cosechado no es una deuda, sino «[…] un beneficio que se obtuvo tras 30 años de gestión y crecimiento […]». Sin embargo, otros investigadores sostienen que «[…] lo que es importante para la política climática es comprender la diferencia en los niveles futuros de GEI atmosféricos, con y sin cambiar a energía de biomasa leñosa. El crecimiento previo del bosque es irrelevante para la cuestión de la política […] ».

Tiempos de paridad de gases de efecto invernadero para la electricidad de pellets de madera a partir de diferentes materias primas (Hanssen et al.2017).

Algunos investigadores limitan su contabilidad de carbono a masas forestales particulares, ignorando la absorción de carbono que tiene lugar en el resto del bosque. En oposición a esta práctica de contabilidad de rodales forestales únicos, otros investigadores incluyen todo el bosque al hacer su contabilidad de carbono. FutureMetrics, por ejemplo, sostiene que todo el bosque absorbe continuamente CO 2 y, por lo tanto, compensa inmediatamente las cantidades relativamente pequeñas de biomasa que se queman en las plantas de biomasa día a día. Asimismo, IEA Bioenergy critica a EASAC por ignorar la absorción de carbono de los bosques en su conjunto, señalando que no hay pérdida neta de carbono si la cosecha anual no excede el crecimiento anual del bosque.

El IPCC argumenta en líneas similares: «Si bien los rodales individuales en un bosque pueden ser fuentes o sumideros, el balance de carbono forestal está determinado por la suma del saldo neto de todos los rodales». El IPCC también afirma que el único enfoque universalmente aplicable a la contabilidad del carbono es el que contabiliza tanto las emisiones de carbono como las remociones de carbono (absorción) para todo el paisaje (ver más abajo). Cuando se calcula el total, se restan las perturbaciones naturales como incendios e infestaciones de insectos, y lo que queda es la influencia humana. De esta manera, todo el paisaje funciona como un proxy para calcular las emisiones de GEI específicamente humanas: «En el sector AFOLU [Agricultura, Silvicultura y Otros Usos de la Tierra], la gestión de la tierra se utiliza como la mejor aproximación de la influencia humana y, por lo tanto, las estimaciones de las emisiones y absorciones en tierras gestionadas se utilizan como un sustituto de las emisiones y absorciones antropogénicas sobre la base de que la preponderancia de los efectos antropogénicos se produce en las tierras gestionadas (ver Vol. 4 Capítulo 1). Esto permite la coherencia, la comparabilidad y la transparencia en la estimación. Conocido como el Proxy de Tierras Administradas (MLP), este enfoque es reconocido actualmente por el IPCC como el único enfoque universalmente aplicable para estimar las emisiones y absorciones antropogénicas en el sector AFOLU (IPCC 2006, IPCC 2010). »

Hanssen y col. señala que al comparar la producción continua de pellets de madera con un posible cambio de política en el que el bosque está protegido, la mayoría de los investigadores estiman un intervalo de tiempo de paridad de carbono (recuperación) de 20 a 50 años para los pellets de madera quemada. Pero cuando, en cambio, se compara la producción continua de pellets con los escenarios alternativos más realistas de 1.) en lugar de utilizar toda la biomasa cosechada para producir papel, pulpa o paneles de madera, 2.) abandonar la práctica de raleo por completo (dejar los árboles pequeños solos, dándose cuenta más de su potencial de crecimiento, pero al mismo tiempo reducir el potencial de crecimiento de los árboles más grandes), y 3.) dejar el residuo forestal solo, para que se descomponga en el bosque con el tiempo, en lugar de quemarse casi inmediatamente en las plantas de energía, el resultado es que los tiempos de recuperación del carbono (paridad) para los pellets de madera se reducen a 0-21 años en todos los escenarios de demanda (consulte el gráfico de la derecha). La estimación se basa en el paisaje y no en la práctica de contabilidad de carbono del rodal forestal individual.

Beneficios climáticos a corto plazo y a largo plazo

Los investigadores de ambos lados coinciden en que, a corto plazo, las emisiones podrían aumentar en comparación con un escenario sin bioenergía. El IPCC, por ejemplo, afirma que las estrategias para evitar las emisiones de carbono de los bosques siempre brindan un beneficio de mitigación a corto plazo, pero argumenta que los beneficios a largo plazo de las actividades forestales sostenibles son mayores:

En relación con una línea de base, las mayores ganancias a corto plazo siempre se logran a través de actividades de mitigación destinadas a evitar emisiones […]. Pero una vez que se ha evitado una emisión, las reservas de carbono en ese bosque simplemente se mantendrán o aumentarán ligeramente. […] A largo plazo, la estrategia de manejo forestal sostenible dirigida a mantener o aumentar las reservas de carbono forestal, mientras se produce un rendimiento anual de madera, fibra o energía del bosque, generará el mayor beneficio de mitigación sostenido.

-  IPCC 2007

De manera similar, al abordar el tema de las consecuencias climáticas para la bioenergía moderna en general, el IPCC afirma: «Las emisiones de GEI del ciclo de vida de las alternativas de bioenergía modernas suelen ser más bajas que las de los combustibles fósiles […]». En consecuencia, la mayoría de las vías de mitigación de GEI del IPCC incluyen un despliegue sustancial de tecnologías de bioenergía. Las vías de bioenergía limitadas o nulas conducen a un aumento del cambio climático o al desplazamiento de la carga de mitigación de la bioenergía a otros sectores. Además, los costos de mitigación aumentan.

IEA Bioenergy también prioriza los beneficios a largo plazo: «La preocupación por las emisiones a corto plazo no es un argumento sólido para detener las inversiones que contribuyen a la reducción neta de emisiones más allá de 2030, ya sea la ampliación de la fabricación de baterías para apoyar la electrificación de flotas de automóviles, el desarrollo de infraestructura ferroviaria, o el desarrollo de sistemas de suministro de biomasa e innovación para proporcionar productos de base biológica que desplacen a los combustibles fósiles, el cemento y otros productos intensivos en GEI. Afirmamos que es fundamental centrarse en la trayectoria de las emisiones globales necesaria para lograr la estabilización climática, reconociendo las posibles compensaciones entre los objetivos de reducción de emisiones a corto y largo plazo. Un fuerte enfoque en los balances de carbono a corto plazo puede dar lugar a decisiones que dificulten el cumplimiento de los objetivos climáticos a largo plazo ». La AIE afirma que «[…] la tasa actual de despliegue de bioenergía está muy por debajo de los niveles requeridos en escenarios de bajas emisiones de carbono. Se necesita con urgencia un despliegue acelerado para incrementar la contribución de la bioenergía sostenible en todos los sectores […] ». Recomiendan un aumento de cinco veces en el suministro de materia prima bioenergética sostenible.

La Asociación Nacional de Programas Universitarios de Recursos Forestales está de acuerdo y sostiene que se recomienda un período de 100 años para producir una evaluación realista de las emisiones acumuladas: «Comparaciones entre las emisiones de biomasa forestal y las emisiones de combustibles fósiles en el momento de la combustión y por períodos cortos a partir de entonces, no tienen en cuenta la acumulación de carbono a largo plazo en la atmósfera y pueden distorsionar significativamente o ignorar los impactos comparativos del carbono a lo largo del tiempo. […] El período de tiempo más común para medir los impactos de los gases de efecto invernadero es de 100 años, como lo ilustra el uso generalizado de los potenciales de calentamiento global de 100 años. Este plazo proporciona una contabilidad más precisa de las emisiones acumuladas que los intervalos más cortos ».

Neutralidad de carbono para cultivos energéticos

Cultivo energético Miscanthus x giganteus , Alemania.

Al igual que con los bosques, es la cantidad total de emisiones equivalentes de CO 2 y la absorción juntas lo que determina si un proyecto de cultivo energético es carbono positivo, carbono neutral o carbono negativo. Si las emisiones durante la agricultura, el procesamiento, el transporte y la combustión son más altas de lo que se absorbe, tanto por encima como por debajo del suelo durante el crecimiento de los cultivos, el proyecto es carbono positivo. Asimismo, si la absorción total a lo largo del tiempo es superior a las emisiones totales, el proyecto es carbono negativo.

Muchos proyectos de biomasa de primera generación son carbono positivos (tienen un costo de ciclo de vida de GEI positivo), especialmente si las emisiones causadas por cambios directos o indirectos en el uso de la tierra se incluyen en el cálculo del costo de GEI. Sin embargo, el IPCC afirma que los efectos indirectos del cambio de uso de la tierra son muy inciertos. Algunos proyectos tienen emisiones totales de GEI más altas que algunas alternativas basadas en fósiles. Los combustibles para el transporte pueden ser peores que los combustibles sólidos en este sentido.

Durante el crecimiento de las plantas, desde unos pocos meses hasta décadas, las nuevas plantas reabsorben el CO 2 . Mientras que los rodales forestales regulares tienen tiempos de rotación de carbono que abarcan muchas décadas, los rodales de silvicultura de rotación corta (SRF) tienen un tiempo de rotación de 8 a 20 años y los rodales de forestación de rotación corta (SRC) de 2 a 4 años. Los pastos perennes como el miscanthus o el pasto napier tienen un tiempo de rotación de 4 a 12 meses. Además de absorber CO 2 y almacenarlo como carbono en su tejido por encima del suelo, los cultivos de biomasa también secuestran carbono bajo tierra, en las raíces y el suelo. Por lo general, los cultivos perennes secuestran más carbono que los cultivos anuales porque se permite que la acumulación de raíces continúe sin perturbaciones durante muchos años. Además, los cultivos perennes evitan los procedimientos de labranza anual (arado, excavación) asociados con el cultivo de cultivos anuales. La labranza ayuda a las poblaciones de microbios del suelo a descomponer el carbono disponible, produciendo CO 2 .

Se ha observado que el carbono orgánico del suelo es mayor debajo de los cultivos de pasto varilla que debajo de las tierras de cultivo cultivadas, especialmente a profundidades inferiores a 30 cm (12 pulgadas). Un metaestudio de 138 estudios individuales, realizado por Harris et al., Reveló que las gramíneas perennes de segunda generación (miscanthus y pasto varilla) plantadas en tierras cultivables almacenan en promedio cinco veces más carbono en el suelo que el monte bajo de rotación corta o las plantaciones forestales de rotación corta. (álamo y sauce).

McCalmont y col. comparó varios informes europeos individuales sobre el secuestro de carbono de Miscanthus x giganteus , y encontró tasas de acumulación que van desde 0,42 a 3,8 toneladas por hectárea por año, con una tasa de acumulación media de 1,84 toneladas (0,74 toneladas por acre por año), o el 25% de carbono total cosechado por año. Cuando se utiliza como combustible, los ahorros de gases de efecto invernadero (GEI) son grandes; incluso sin considerar el efecto GEI de la captura de carbono, el combustible de miscanto tiene un costo de GEI de 0,4 a 1,6 gramos de CO 2 equivalentes por megajulio, en comparación con los 33 gramos del carbón, 22 para el gas natural licuado, 16 para el gas del Mar del Norte y 4 para las astillas de madera importadas a Gran Bretaña desde los Estados Unidos.

Vías de producción de carbono negativo (miscanthus) y carbono positivo (álamo).

Asimismo, Whitaker et al. argumentan que un cultivo de miscanthus con un rendimiento de 10 toneladas por hectárea por año captura suficiente carbono bajo tierra que el cultivo compensa con creces las emisiones de la agricultura, el procesamiento y el transporte. El gráfico de la derecha muestra dos vías de producción de miscanthus negativas para CO 2 y dos vías de producción de álamos positivas para CO 2 , representadas en equivalentes en gramos de CO 2 por megajulio. Las barras son secuenciales y se mueven hacia arriba y hacia abajo a medida que se estima que el CO 2 atmosférico aumenta y disminuye. Las barras grises / azules representan las emisiones relacionadas con la agricultura, el procesamiento y el transporte, las barras verdes representan el cambio de carbono del suelo y los diamantes amarillos representan las emisiones finales totales.

Relación entre el rendimiento sobre el suelo (líneas diagonales), el carbono orgánico del suelo (eje X) y el potencial del suelo para el secuestro de carbono exitoso / no exitoso (eje Y). Básicamente, cuanto mayor sea el rendimiento, más tierra se podrá utilizar como herramienta de mitigación de GEI (incluida la tierra relativamente rica en carbono).

El secuestro exitoso depende de los sitios de plantación, ya que los mejores suelos para el secuestro son aquellos que actualmente tienen un bajo contenido de carbono. Los variados resultados que se muestran en el gráfico resaltan este hecho. Para el Reino Unido, se espera un secuestro exitoso de tierras arables en la mayor parte de Inglaterra y Gales, y se espera un secuestro infructuoso en partes de Escocia, debido a los suelos ya ricos en carbono (bosques existentes) más rendimientos más bajos. Los suelos que ya son ricos en carbono incluyen turberas y bosques maduros.

Milner y col. Además, argumentan que el secuestro de carbono más exitoso en el Reino Unido tiene lugar debajo de los pastizales mejorados . Sin embargo, Harris et al. señala que, dado que el contenido de carbono de los pastizales varía considerablemente, también varía la tasa de éxito de los cambios de uso de la tierra de pastizales a perennes. El gráfico inferior muestra el rendimiento estimado necesario para lograr la negatividad de CO 2 para diferentes niveles de saturación de carbono del suelo existente. Cuanto mayor sea el rendimiento, más probable será la negatividad del CO 2 .

Impacto medioambiental

Biodiversidad y contaminación

Gasparatos y col. revisa la investigación actual sobre los efectos secundarios de todo tipo de producción de energía renovable y argumenta que, en general, existe un conflicto entre "[...] los objetivos de conservación específicos del lugar / local y las prioridades de mitigación del cambio climático / política energética nacional [.. .]. " Los autores argumentan que, por ejemplo, la biodiversidad debería verse como un "objetivo igualmente [...] legítimo de la Economía Verde como la reducción de las emisiones de GEI". La palma aceitera y la caña de azúcar son ejemplos de cultivos que se han relacionado con la reducción de la biodiversidad. Otros problemas son la contaminación del suelo y el agua por el uso de fertilizantes / plaguicidas y la emisión de contaminantes del aire ambiental, principalmente por la quema de residuos en campo abierto.

Los autores señalan que el alcance del impacto ambiental "[...] varía considerablemente entre las diferentes opciones de energía de biomasa". Para mitigar el impacto, recomiendan "[...] adoptar prácticas de producción de bioenergía respetuosas con el medio ambiente, por ejemplo, limitar la expansión de las plantaciones de monocultivos, adoptar prácticas de producción respetuosas con la vida silvestre, instalar mecanismos de control de la contaminación y realizar un seguimiento continuo del paisaje". También recomiendan "paisajes [...] bioenergéticos multifuncionales". Otras medidas incluyen "una selección cuidadosa de la materia prima, ya que diferentes materias primas pueden tener compensaciones ambientales radicalmente diferentes. Por ejemplo, estudios estadounidenses han demostrado que las materias primas de segunda generación cultivadas en tierras no fertilizadas podrían proporcionar beneficios a la biodiversidad en comparación con los monocultivos anuales cultivos como el maíz y la soja que hacen un uso extensivo de agroquímicos ". Miscanthus y switchgrass son ejemplos de tales cultivos.

Calidad del aire

El uso tradicional de leña en cocinas y fuegos abiertos produce contaminantes que pueden tener graves consecuencias para la salud y el medio ambiente. Sin embargo, un cambio a la bioenergía moderna contribuirá a mejorar los medios de vida y puede reducir la degradación de la tierra y los impactos en los servicios de los ecosistemas. Según el IPCC, existe una fuerte evidencia de que la bioenergía moderna tiene "grandes impactos positivos" en la calidad del aire. Cuando se quema en instalaciones industriales, la mayoría de los contaminantes provenientes de la biomasa leñosa se reducen en un 97-99%, en comparación con la quema al aire libre. Un estudio de la neblina marrón gigante que cubre periódicamente grandes áreas en el sur de Asia determinó que dos tercios de ella se habían producido principalmente por la cocina residencial y la quema agrícola, y un tercio por la quema de combustibles fósiles.

Consecuencias de la baja densidad de producción de energía superficial

Si bien en general se acepta que la bioenergía tiene un impacto neto de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero a escala mundial, el aumento de la demanda de biomasa puede crear una presión social y ambiental significativa en los lugares donde se produce la biomasa.

El impacto está relacionado principalmente con la baja densidad de potencia superficial de la biomasa (ver más abajo). La baja densidad de potencia de la superficie tiene el efecto de que se necesitan áreas de tierra mucho más grandes para producir la misma cantidad de energía, en comparación con, por ejemplo, los combustibles fósiles. En algunos casos, grandes áreas de bosques naturales se han talado ilegalmente (por ejemplo, en Rumania y Siberia) y el bosque restante se ha incendiado para encubrir operaciones ilegales.

Las evaluaciones de viabilidad para reemplazar el carbón en las centrales eléctricas alemanas con biomasa de arbustos recolectada en Namibia, que experimenta la invasión de arbustos en más de 30 millones de hectáreas, han provocado protestas de organizaciones ambientales. Las organizaciones argumentan que los árboles y arbustos almacenan carbono y que quemarlos libera más CO 2 por adelantado que quemar carbón. Los investigadores de Namibia argumentan que la invasión de arbustos causa menores ingresos para los agricultores, menor biodiversidad, menor nivel de agua subterránea y desplazamiento de la vida silvestre. También se produjeron protestas contra las exportaciones forestales de biomasa en Suecia y Canadá. En Mississippi, una empresa que produce pellets de madera para centrales eléctricas del Reino Unido fue multada con 2,5 millones de dólares por exceder la contaminación por compuestos orgánicos volátiles durante varios años. El transporte de biomasa a larga distancia ha sido criticado como derrochador e insostenible.

Densidades de producción de energía de superficie de biomasa en comparación con otras energías renovables

Para calcular los requisitos de uso de la tierra para diferentes tipos de producción de energía, es esencial conocer las densidades de producción de energía de superficie relevantes. Vaclav Smil estima que las densidades medias de energía en la superficie del ciclo de vida para la producción de biomasa, eólica, hidroeléctrica y solar son de 0,30 W / m 2 , 1 W / m 2 , 3 W / m 2 y 5 W / m 2 , respectivamente (potencia en el forma de calor para biomasa y electricidad para eólica, hidráulica y solar). La densidad de energía de la superficie del ciclo de vida incluye la tierra utilizada por toda la infraestructura de apoyo, la fabricación, la minería / recolección y el desmantelamiento. Van Zalk y col. estima 0,08 W / m 2 para la biomasa, 0,14 W / m 2 para hidro, 1,84 W / m 2 para el viento, y 6,63 W / m 2 para solares ( mediana de los valores, con ninguna de las fuentes renovables superior a 10 W / m 2 ) . El gas fósil tiene la densidad de superficie más alta con 482 W / m 2, mientras que la energía nuclear con 240 W / m 2 es la única fuente de energía de alta densidad y baja emisión de carbono . El consumo medio de energía humana en terrenos sin hielo es de 0,125 W / m 2 (calor y electricidad combinados), aunque aumenta a 20 W / m 2 en áreas urbanas e industriales.

Las plantas con bajos rendimientos tienen menor densidad de potencia superficial en comparación con las plantas con altos rendimientos. Además, cuando las plantas se utilizan solo parcialmente, la densidad de la superficie desciende aún más. Este es el caso de la producción de combustibles líquidos. Por ejemplo, el etanol a menudo se elabora a partir del contenido de azúcar de la caña de azúcar o del almidón de maíz, mientras que el biodiésel se elabora a menudo a partir del contenido de aceite de semilla de colza y soja.

Smil estima las siguientes densidades para combustibles líquidos:

Campos de trigo en Estados Unidos.

Etanol

Combustible para aviones

Biodiesel

  • Colza 0,12 W / m 2 (media de la UE)
  • Colza (ajustada por el aporte de energía, Países Bajos) 0,08 W / m 2
  • Remolacha azucarera (ajustada por aporte energético, España) 0,02 W / m 2
Plantación de eucalipto en India.

La combustión de biomasa sólida es más eficiente energéticamente que la combustión de líquidos, ya que se utiliza toda la planta. Por ejemplo, las plantaciones de maíz que producen biomasa sólida para combustión generan más del doble de energía por metro cuadrado en comparación con las plantaciones de maíz que producen etanol, cuando el rendimiento es el mismo: 10 t / ha generan 0,60 W / m 2 y 0,26 W / m 2 respectivamente.

La biomasa seca del horno en general, incluida la madera, el miscanto y el pasto napier, tiene un contenido calórico de aproximadamente 18 GJ / t. Al calcular la producción de energía por metro cuadrado, cada t / ha de rendimiento de biomasa seca aumenta la producción de energía de una plantación en 0.06 W / m 2 . En consecuencia, Smil estima lo siguiente:

En Brasil, el rendimiento medio de eucalipto es de 21 t / ha (1,26 W / m 2 ), pero en África, India y el sudeste asiático, los rendimientos típicos de eucalipto son inferiores a 10 t / ha (0,6 W / m 2 ).

La FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación) estima que los rendimientos de las plantaciones forestales oscilan entre 1 y 25 m 3 por hectárea por año en todo el mundo, lo que equivale a 0,02 a 0,7 W / m 2 (0,4 a 12,2 t / ha):

  • Pino (Rusia) 0,02–0,1 W / m 2 (0,4–2 t / ha o 1–5 m 3 )
  • Eucalipto (Argentina, Brasil, Chile y Uruguay) 0,5–0,7 W / m 2 (7,8–12,2 t / ha o 25 m 3 )
  • Álamo (Francia, Italia) 0,2–0,5 W / m 2 (2,7–8,4 t / ha o 25 m 3 )

Smil estima que los bosques naturales mixtos templados rinden una media de 1,5 a 2 toneladas secas por hectárea (2 a 2,5 m 3 , equivalente a 0,1 W / m 2 ), que van desde 0,9 m 3 en Grecia a 6 m 3 en Francia). El IPCC proporciona datos de crecimiento anual neto promedio de la biomasa de los bosques naturales a nivel mundial. El crecimiento neto varía entre 0,1 y 9,3 toneladas secas por hectárea por año, y la mayoría de los bosques naturales producen entre 1 y 4 toneladas, y el promedio mundial es de 2,3 toneladas. El crecimiento neto promedio de los bosques de plantaciones varía entre 0,4 y 25 toneladas, y la mayoría de las plantaciones producen entre 5 y 15 toneladas, y el promedio mundial es de 9,1 toneladas.

Como se mencionó anteriormente, Smil estima que el promedio mundial de producción de energía eólica, hidráulica y solar es de 1 W / m 2 , 3 W / m 2 y 5 W / m 2 respectivamente. Para igualar estas densidades de energía superficial, los rendimientos de las plantaciones deben alcanzar las 17 t / ha, 50 t / ha y 83 t / ha para la energía eólica, hidráulica y solar, respectivamente. Esto parece alcanzable para las plantaciones tropicales mencionadas anteriormente (rendimiento de 20 a 25 t / ha) y para pastos de elefante, por ejemplo, miscanthus (10 a 40 t / ha) y napier (15 a 80 t / ha), pero es poco probable para los bosques y muchos otros tipos de cultivos de biomasa. Para igualar el promedio mundial de biocombustibles (0,3 W / m 2 ), las plantaciones deben producir 5 toneladas de masa seca por hectárea por año. En cambio, cuando se utilizan las estimaciones de Van Zalk para energía hidroeléctrica, eólica y solar (0,14, 1,84 y 6,63 W / m 2 respectivamente), los rendimientos de las plantaciones deben alcanzar 2 t / ha, 31 t / ha y 111 t / ha para poder competir. Sin embargo, solo los dos primeros de esos rendimientos parecen alcanzables.

Los rendimientos deben ajustarse para compensar la cantidad de humedad en la biomasa (la humedad que se evapora para alcanzar el punto de ignición suele ser energía desperdiciada). La humedad de la paja o las balas de biomasa varía con la humedad del aire circundante y las eventuales medidas de presecado, mientras que los pellets tienen un contenido de humedad estandarizado (definido por ISO) de menos del 10% (pellets de madera) y menos del 15% (otros pellets). Del mismo modo, para la energía eólica, hidráulica y solar, las pérdidas de transmisión de las líneas eléctricas ascienden aproximadamente al 8% a nivel mundial y deben contabilizarse. Si la biomasa se va a utilizar para la producción de electricidad en lugar de la producción de calor, tenga en cuenta que los rendimientos deben triplicarse aproximadamente para competir con la energía eólica, hidráulica y solar, ya que la eficiencia actual de conversión de calor a electricidad es solo del 30-40%. Cuando simplemente se compara la densidad de energía de superficie sin tener en cuenta el costo, esta baja eficiencia de conversión de calor a electricidad empuja efectivamente al menos los parques solares fuera del alcance incluso de las plantaciones de biomasa de mayor rendimiento, en términos de densidad de energía de superficie.

Producción mundial

Producción de energía a partir de biocombustibles sólidos y residuos renovables (MW)
# País 2020
1 porcelana porcelana 17 784
2 Brasil Brasil 15 228
3 India India 10 518
4 Estados Unidos Estados Unidos 9 916
5 Reino Unido Reino Unido 5 393
6 Suecia Suecia 4 402
7 Tailandia Tailandia 3 835
8 Alemania Alemania 2 674
9 Finlandia Finlandia 2 481
10 Canadá Canadá 2 360
11 Dinamarca Dinamarca 1990
12 Indonesia Indonesia 1 775
13 Japón Japón 1 470
14 Rusia Rusia 1 370
15 Francia Francia 1 339
dieciséis Italia Italia 1 174
17 Austria Austria 1 085
18 Guatemala Guatemala 1029
19 Cuba Cuba 951
20 España España 855
21 Corea del Sur Corea del Sur 822
22 México México 811
23 Malasia Malasia 798
24 Polonia Polonia 797
25 Australia Australia 678
26 Portugal Portugal 646
27 Países Bajos Países Bajos 624
28 Bélgica Bélgica 591
29 pavo pavo 533
30 República Checa República Checa 472
31 Pakistán Pakistán 423
32 Uruguay Uruguay 423
33 Chile Chile 410
34 Hungría Hungría 397
35 Taiwán Taiwán 393
36 Vietnam Vietnam 378
37 Filipinas Filipinas 339
38 Colombia Colombia 316

Ver también

Parte de una serie sobre
Energía renovable
Logotipo de energía renovable por Melanie Maecker-Tursun V1 bgGreen.svg

Notas

Referencias

Fuentes

  • Pishvaee, Mir Saman; Mohseni, Shayan; Bairamzadeh, Samira (2021). "Una visión general de las materias primas de biomasa para la producción de biocombustibles". Diseño y planificación de la cadena de suministro de biomasa a biocombustible en condiciones de incertidumbre . Elsevier. doi : 10.1016 / b978-0-12-820640-9.00001-5 . ISBN 978-0-12-820640-9. S2CID  230567249 .
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enlaces externos