Los procesos de energía de biomasa se pueden apreciar mejor una vez que comprenda qué es la energía de biomasa y los objetivos para crearla.
Procesos de energía de biomasa
Por definición, la energía de la biomasa se crea mediante la quema (combustión) o la conversión bioquímica de cualquier materia orgánica que se utilizará como combustible. Algunos de los materiales orgánicos utilizados como fuente de energía de biomasa incluyen madera, aserrín, pastos, maíz, caña de azúcar, desechos agrícolas (estiércol de vaca) y otras plantas. Los procesos para convertir la biomasa en energía son numerosos.
Combustión
El proceso más conocido es simple. Se está quemando (combustión). El proceso de combustión genera calor que se transforma en energía. En el proceso de combustión, la biomasa se quema y se convierte en energía.
La ventaja de la combustión de biomasa es que puedes usar el calor sin necesidad de convertirlo en otra forma de energía como la electricidad. Simplemente usa el calor directamente para cosas tales como calentar su hogar y calentar el agua en su hogar. Además, el calor de la combustión se puede utilizar como calor directo en plantas, instalaciones de fabricación e incluso edificios de oficinas. El calor directo también se puede convertir en electricidad.
Proceso de co-encendido
El proceso de combustión conjunta se considera un método de combustión ineficiente. En este proceso, la biomasa reemplaza entre el 15 y el 20 por ciento del carbón utilizado en una planta de energía. Esto ayuda a reducir las emisiones del combustible de carbón e incluso reduce los costos operativos. Switchgrass es el material más común utilizado para este proceso.
Switchgrass es una hierba perenne de verano que es una planta natural que se encuentra en la región de las Grandes Llanuras de Estados Unidos y en algunas áreas del sur. Es una planta fuerte y resistente que puede soportar sequías, inundaciones, plagas y suelos pobres. Es un cultivo resistente que también se puede cultivar sin la necesidad de fertilizantes dañinos que pueden provocar la contaminación por escorrentía en los ríos, arroyos y océanos. Muchos científicos creen que el pasto varilla es una materia prima más eficiente que el maíz para la producción de etanol.
El proceso de combustión produce algo de contaminación del aire y no es tan eficiente como otros métodos ya que una gran parte de la energía producida se escapa.
Conversión Térmica
Los procesos de conversión térmica utilizan calor para extraer energía mediante la alteración de la biomasa en una sustancia química diferente a través de diversas reacciones químicas y la interacción con el oxígeno. Estos incluyen:
Gasificación
El proceso de gasificación se lleva a cabo utilizando altas temperaturas y controlando la cantidad de oxígeno y vapor al convertir materiales de carbono como petróleo, carbón, biomasa y biocombustibles en hidrógeno y monóxido de carbono. Este proceso de conversión produce lo que se conoce como gas de síntesis y es un producto de biomasa más eficiente que el proceso de combustión. El gas de síntesis puede quemarse directamente, usarse para crear metanol e hidrógeno e incluso convertirse en un combustible sintético. Es posible que esté familiarizado con el proceso de gasificación actual de los combustibles fósiles.
Pirólisis
La pirólisis ocurre cuando la biomasa se calienta sin oxígeno en la cámara. El agua, el carbón vegetal, el alquitrán, el aceite y gases como el hidrógeno, el metano, el dióxido de carbono y el monóxido de carbono son los productos de la pirólisis de la biomasa. Estos cambios químicos están determinados por el tipo de biomasa que se procesa y el tiempo que tarda en calentarse. El carbón vegetal es el producto final más común creado a partir de procesos de pirólisis, que se utiliza en metalurgia para aplicaciones de absorción.
Torrefacción
La torrefacción para la producción de biomasa es un proceso termoquímico mediante el uso de calor. La temperatura requerida para este proceso es de 200 a 320 grados centígrados. Durante el proceso se elimina el oxígeno y se elimina cualquier humedad en la biomasa, dejando lo que se denomina materia volátil. Los volátiles superfluos también se eliminan para obtener una forma más pura de biomasa utilizable. Los volátiles superfluos pueden incluir celulosa y otros biopolímeros que emiten una serie de volátiles a medida que se descomponen. El resultado de este proceso es una biomasa sólida oscura y seca que se conoce como biocarbón. El biocarbón generalmente se convierte en gránulos o briquetas y se quema para calentar hogares y combustible para industrias. El biocarbón tiene menos humo que otros combustibles.
Conversión química, procesos sin combustión
Existen otros procesos para convertir la biomasa en energía que no requieren quema. Estos métodos pueden convertir materiales de biomasa en bruto y convertirlos en diversas formas de combustible sólido, gas y líquido. Las centrales eléctricas pueden entonces utilizar estas energías convertidas, directamente sin ningún otro procesamiento.
Debido a que la mayor parte de la biomasa tiene una gran cantidad de carbohidratos, se pueden reducir a varios productos químicos diferentes que se consideran fuentes viables de combustible.
Aceites de Biomasa
El maíz, la caña de azúcar, la soja y otras plantas renovables pueden convertirse en formas líquidas como combustibles y utilizarse en lugar del diésel y la gasolina. Los aceites de cocina a menudo se recolectan de los restaurantes y se reciclan en biodiesel.
Fermentación, Metano y Alcohol
La no combustión de plantas requiere calentar las plantas en un esfuerzo por descomponer la estructura química de la planta. Estos productos químicos son sólidos, gaseosos y líquidos. Algunas de estas sustancias químicas se pueden usar directamente, mientras que otras deben descomponerse más a través de otros métodos de refinación. Por ejemplo, para usar metano se requiere un gasificador de biomasa para extraer el metano obligando a las plantas a liberarlo. Luego, el metano se usa en forma de gas para impulsar las turbinas que producen electricidad. El metano también se convierte en un combustible de hidrógeno que se utiliza para generar electricidad con muy bajas emisiones.
Bioquímica, un proceso de fermentación
Puede sonar extraño ya que la fermentación se asocia principalmente con la elaboración de licor, cerveza y vino, pero es una forma lógica de convertir la bioenergía. Es a través de un proceso de fermentación que el maíz se convierte en un alcohol de grano (etanol). Un gas de escape de este proceso es el metano, que se puede utilizar para la producción de electricidad.
Limitaciones de la Biomasa
El combustible de biomasa, como el etanol, puede producir alrededor de cinco veces la energía que se emplea para fabricarlo, lo que lo convierte en una fuente de energía económicamente viable. La desventaja es que cuanto más lejos se tiene que enviar el combustible, menos económico se vuelve. Por lo tanto, el valor de los procesos de energía de biomasa es cuando la biomasa se usa donde se produce, como en granjas y comunidades inmediatas.
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