Biomasa (Informe técnico)

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Contenido

Descripción corta

  • Idea:: Energía a través de la Biomasa
  • Tipo de Información: Informe técnico

Introducción

¿Qué es la biomasa?

La biomasa es el término utilizado para describir toda la materia orgánica, producido por la fotosíntesis que existe en la superficie de la tierra. La fuente de toda la energía de la biomasa es el sol, la biomasa actuando como una especie de almacén de energía química. La biomasa es constantemente sometidos a una compleja serie de transformaciones físicas y químicas y en proceso de regeneración, mientras que un desprendimiento de energía en forma de calor a la atmósfera. Para hacer uso de la biomasa para nuestras propias necesidades de energía, simplemente puede aprovechar esta fuente de energía, en su forma más simple es sabido, se trata de un fuego abierto de base utilizados para proporcionar calor para la cocción, calentamiento de agua o el calentamiento del aire en nuestra casa. Las tecnologías más sofisticadas existentes para la extracción de esta energía y convertirla en calor útil o el poder de una manera eficiente.

La explotación de la energía de la biomasa ha desempeñado un papel clave en la evolución de la humanidad. Hasta hace relativamente poco era la única forma de energía útil que fue explotada por el hombre y sigue siendo la principal fuente de energía para más de la mitad de la población mundial para las necesidades energéticas nacionales.

Tradicionalmente, la extracción de energía de la biomasa se divide en 3 categorías distintas:

’Biomasa sólida' - el uso de árboles, residuos de cosechas, animales y desechos humanos (aunque no es estrictamente una fuente de biomasa sólida, a menudo se incluyen en esta categoría por el bien de conveniencia), la casa o residuos industriales para la directa de combustión para proporcionar calor. A menudo, la biomasa sólida se someterán a tratamientos físicos tales como cortar, picar, briquetas, etc, pero conserva su forma sólida. Biogas’’' - biogás se obtiene en condiciones anaerobias (en un ambiente libre de aire) para digerir la materia orgánica para producir un gas combustible conocido como el metano. Los residuos animales y los residuos municipales son dos materias primas comunes para la digestión anaeróbica. Biocombustibles líquidos - se obtienen al someter a los materiales orgánicos a uno de varios químicos o físicos para producir un útil, el combustible, combustible líquido. Los biocombustibles como el etanol o aceites vegetales son a menudo transformados a base de residuos industriales o comerciales, tales como el bagazo (residuo de caña de azúcar que queda después de que el azúcar se extrae) o de cultivos energéticos específicamente para este propósito. Los biocombustibles son de uso frecuente en lugar de combustibles derivados del petróleo líquido.


En esta hoja vamos a estar mirando a la utilización de la biomasa sólida, y las tecnologías asociadas. Para obtener información adicional sobre la de otros biocarburantes véase la ficha en esta serie titulado 'El biogás y los biocarburantes líquidos'

Uso de la biomasa en el mundo en desarrollo

Más de dos millones de personas en el uso de la biomasa del mundo en desarrollo para la mayoría de sus necesidades energéticas domésticas. Se utiliza principalmente para cocinar, calentar el agua y la calefacción doméstica. El cuadro 1 muestra el consumo de energía del hogar como porcentaje del consumo total de biomasa en varios países de África. La biomasa se utiliza también ampliamente para aplicaciones no residenciales.

País

El consumo de energía de biomasa (% del consumo total de energía)

Consumo de los hogares de energía (% de la energía de la biomasa total)

Burundi

94

78,5

Etiopía

86

97

Kenia

70

93

Somalia

87

92

Sudán

84

90

Uganda

95

78,6

Cuadro 1: Consumo de energía familiar como porcentaje del consumo total de biomasa en varios países africanos seleccionados

Fuente: FWD, 1992 citado en Karekezi, 1997


La biomasa está disponible en cantidades que varían en todo el mundo en desarrollo - desde zonas densamente arboladas en las regiones templadas y tropicales del mundo, con escasa vegetación regiones áridas, donde el combustible de madera para recoger las necesidades del hogar es una tarea que consume tiempo y arduo.

En las últimas décadas, con la amenaza de la deforestación mundial, se centran mucho se ha dado a la utilización eficiente de la biomasa (así como la introducción de combustibles alternativos) en las zonas donde la escasez de leña es en particular. Aunque los usuarios domésticos de leña sufren en gran medida de los efectos de la deforestación, la principal causa de deforestación es la tala de tierras para uso agrícola y de madera comercial o leña uso.

Muchos programas se han establecido durante los últimos 3 años destinados al desarrollo y difusión de mejores tecnologías de la estufa para reducir la carga, principalmente a cargo de mujeres, de la recolección de leña, así como reducir los riesgos de salud asociados con la quema de leña. Las tecnologías también han sido introducidas para ayudar con el tratamiento de la biomasa, ya sea para mejorar la eficiencia o para permitir un fácil transporte.

Image: Biogas_p01.jpg
Figura 1: Mejora de Cookstove en Kenia © Neil Cooper / Practical Action

De cultivos de biomasa y residuos industriales que se utilizan ahora ampliamente en muchos países para proporcionar centralizado, mediano y gran producción de calor de proceso para la producción de electricidad o de otros usos con fines comerciales. Hay varios ejemplos en Indonesia de plantas procesadoras de maderas que utiliza calderas de leña de residuos para proporcionar calor y electricidad para sus propias necesidades, y ocasionalmente a la venta a otros consumidores.

Técnica

Recursos de biomasa

Como se mencionó anteriormente, los recursos naturales de biomasa varían en tipo y contenido, dependiendo de la ubicación geográfica. Por comodidad, podemos dividir la biomasa del mundo las zonas de producción en tres regiones geográficas distintas:

Regiones templadas - la producción de madera, residuos de cosechas, como la paja y hojas de vegetales y desechos humanos y animales. En Europa la rotación corta monte bajo (SRC) se ha popularizado como un medio para el suministro de leña para producir energía de forma sostenible. Especies de crecimiento rápido de la madera, como el sauce se cortan cada dos a tres años y la madera astillada para proporcionar un combustible de la caldera. En el Reino Unido existe una central eléctrica de funcionamiento 12,6 megavatios que quema cama de pollo (que tiene un contenido de humedad relativamente baja) como combustible, y otros que queman la paja del trigo. También hay muchos cultivos no leñosos, que pueden ser cultivadas para la producción de biocarburantes y el biogás, y la investigación de cultivos energéticos para la combustión directa está en marcha. En los países occidentales, donde grandes cantidades de residuos municipales generados, esto es a menudo transformados para proporcionar energía útil, ya sea a través de la incineración o la recuperación de gas metano de los vertederos. Áridas y semi-áridas regiones- el exceso de vegetación producen muy poco para el combustible. Las personas que viven en estas zonas suelen ser las más afectadas por la desertificación y, a menudo tienen dificultades para encontrar leña suficiente. Húmedos Tropicales-, producir abundancia de suministros de madera, residuos de cosechas, animales y los desechos humanos, comercial, industrial y agro-y residuos de la elaboración de alimentos. cascarilla de arroz, cáscara de algodón y conchas de maní son ampliamente utilizados para proporcionar el calor del proceso de generación de energía, en particular. bagazo de caña de azúcar es procesada para proveer el etanol, además de ser quemado directamente, y muchas plantas, como el girasol y la palma de aceite se procesan para elaborar el aceite para la combustión. Muchos de los países más pobres del mundo se encuentran en estas regiones y por lo tanto hay una alta incidencia de la biomasa de uso doméstico. Las zonas tropicales son actualmente el registro más gravemente afectadas por la deforestación y el desmonte de tierras para la agricultura.

Teoría de la combustión

Para la biomasa sólida se convierte en energía térmica útil que ha de sufrir la combustión. Aunque hay muchas tecnologías de combustión de diferentes disponibles, el principio de la combustión de biomasa es esencialmente el mismo para cada uno. Hay tres etapas principales para el proceso de combustión:

Secado - toda la biomasa contiene la humedad, y esta humedad ha de ser expulsados antes de la combustión adecuada puede llevarse a cabo. El calor para el secado es suministrado por la radiación de las llamas y el calor almacenado en el cuerpo de la estufa o el horno.

Pirólisis- la biomasa seca y se calienta cuando la temperatura alcanza entre 200 º y 350 º C los gases volátiles son liberados. Estos gases se mezclan con el oxígeno y quema produciendo una llama amarilla. Este proceso es auto-suficiente ya que el calor de los gases de combustión se utiliza para secar el combustible fresco y una mayor liberación de gases volátiles. El oxígeno tiene que ser siempre para mantener esta parte del proceso de combustión. Cuando todas las sustancias volátiles se han quemado, restos de carbón.

Oxidación - a unos 800°C, el carbón se oxida o quema. Una vez más se requiere de oxígeno, tanto en la cama de incendios para la oxidación del carbono y, en segundo lugar, por encima de la cama de fuego donde se mezcla con el monóxido de carbono para formar dióxido de carbono que se emite a la atmósfera.

Merece la pena tener en cuenta que todas las etapas anteriores pueden estar ocurriendo en un incendio en el mismo período, pese a bajas temperaturas de la primera etapa sólo se pondrán en marcha y más tarde, cuando todos los volátiles han sido quemados y añadió sin combustible nuevo, sólo la etapa final se llevará a cabo. eficiencia de la combustión varía dependiendo de muchos factores, combustible, contenido de humedad y el valor calorífico del combustible, etc El diseño de la estufa o sistema de combustión también afecta la eficiencia térmica global y el cuadro 2 da una idea de la eficiencia de algunos sistemas típicos (incluidos los no la biomasa de los sistemas para la comparación).

Tipo de tecnología de combustión

Porcentaje de eficiencia

Tres de piedra de fuego

10 a 15

Mejora de la estufa de leña

20 a 25

Carbón de leña estufa con revestimiento de cerámica

30 a 35

Sofisticado estufa de carbón para quemar

hasta el 40

Estufa de querosén presión

53

Estufa de gas GLP

57

Máquina de vapor

10 a 20

Cuadro 2: Eficiencias de conversión de biomasa de algunos sistemas de energía Fuente: Adaptado de Kristoferson, 1991

Tecnologías

Las estufas mejoradas

Gran parte de la labor de investigación y desarrollo llevados a cabo en las tecnologías de la biomasa para las áreas rurales de los países en desarrollo se ha basado en la mejora de las cocinas tradicionales. Esto fue al principio en respuesta a la amenaza de la deforestación, pero también se ha centrado en las necesidades de las mujeres a reducir los tiempos de recogida de combustible y mejorar el ambiente de la cocina de la eliminación de humo. Ha habido muchos acercamientos a la estufa de mejora, algunas llevadas a cabo a nivel local y otros como parte de programas más amplios dirigidos por organizaciones internacionales. La figura 2 muestra una variedad de tipos éxito estufa mejorada, algunas estufas pequeñas, portátiles y otros están diseñados para el montaje permanente en un hogar.

Algunas de las características de estas cocinas mejoradas se incluyen:

• una chimenea para expulsar el humo de la cocina
• un fuego cerrado para retener el calor
• cuidado diseño de agarradera para maximizar la transferencia de calor a la olla del fuego
• deflectores para crear turbulencia y por consiguiente, mejorar la transferencia de calor
• amortiguadores para controlar y optimizar el flujo de aire
• un inserto de cerámica para reducir al mínimo la tasa de pérdida de calor
• una reja para permitir una variedad de combustible que se utilizará y cenizas que eliminar
• cuerpo de metal para dar fuerza y durabilidad
• sistemas de olla múltiple para maximizar el uso del calor y permitir que varias ollas se calienten simultáneamente

Image: Biogas_p02.jpg
Figura 2: Variedad de estufa mejorada

Mejora de un diseño de la estufa es un procedimiento complejo que requiere una amplia comprensión de muchos temas. La participación de los usuarios en el proceso de diseño es esencial para obtener un conocimiento profundo de las necesidades del usuario y los requisitos para la estufa. La estufa no es simplemente un aparato para calentar la comida (ya que se ha convertido en la sociedad occidental), pero a menudo actúa como un enfoque social, un medio de iluminación y calefacción. Tar del fuego puede ayudar a proteger un techo de paja, y el humo puede mantener fuera los insectos y otras plagas. hábitos de cocina deben ser considerados, así como el estilo de vida de los usuarios. Luz estufas de carbón utilizado para cocinar la carne y las verduras son de poca utilidad para las personas que tienen dietas básicos como el ugali, que requieren grandes ollas y una enérgica agitación. Tipo de combustible puede variar mucho, en algunos países se utiliza estiércol de vaca como fuente de energía común, sobre todo donde la madera es escasa. El costo es también un factor importante entre los grupos de bajos ingresos. El no poder identificar estos problemas socioeconómicos clave se asegurará de que un programa de cocina de un error. La función de una estufa mejorada no es simplemente para ahorrar combustible.

Producción de carbón vegetal

Hay varios métodos para los residuos de elaboración de la madera para hacerlos más limpios y más fácil de usar, así como más fácil de transportar. La producción de carbón es el más común.

Vale la pena mencionar en este punto que la conversión de la leña en carbón vegetal no aumenta el contenido energético del combustible - de hecho, el contenido de energía se reduce. El carbón vegetal se producen a menudo en las zonas rurales y transportados para su uso en zonas urbanas.

El proceso puede ser descrito por considerar el proceso de combustión discutido anteriormente. La madera se calienta en ausencia de oxígeno suficiente lo que significa que la combustión completa no se produce. Esto permite que tenga lugar la pirólisis, la conducción fuera de los gases volátiles y dejando el carbono o el carbón restante. La eliminación de la humedad hace que el carbón tiene un contenido energético muy superior específicas que la madera. Los demás residuos de biomasa como el mijo tallos o mazorcas de maíz también se puede convertir en carbón vegetal.

Image: Biogas_p03.jpg
Figura 3: Horno de tierra tradicional de producción de carbón vegetal

El carbón vegetal es producido en un horno o fosa. Un horno típico de la tierra tradicional (ver figura 3) integrarán el combustible que se ha carbonizado, que se apila en un montón y cubierto con una capa de hojas y la tierra. Una vez que el proceso de combustión está en marcha el horno está sellado, y sólo una vez que se haya completado y la refrigeración se ha producido el carbón puede ser removido.

Image: Biogas_p04.jpg
Figura 4: Horno de carbón, Kenya © Heinz Müller / Practical Action

Una simple mejora en el horno tradicional también se muestra en la Figura 5. Una chimenea y conductos de aire se han introducido, que permiten un gas sofisticados y sistema de circulación de calor y con muy poco capital de inversión un aumento significativo del rendimiento se logra.

Image: Biogas_p05.jpg
Figura 5: Mejora de horno de carbón encontrados en Brasil, Sudán y Malawi

Briquetas

Briquetting es la densificación de materiales sueltos de la biomasa. Muchos productos de residuos, como residuos de la madera y el aserrín de la industria de la madera, los residuos urbanos, el bagazo de la transformación de la caña de azúcar, polvo de carbón o briquetas son para aumentar la compacidad y facilidad de transporte. Briquetting es a menudo una actividad comercial a gran escala y, a menudo la materia prima se carbonizado durante el proceso para producir un gas útil y también de briquetas un usuario más amigable. Algunas estufas mejoradas han sido diseñados específicamente para ser utilizado con briquetas (Karekezi 1997).

Residuos animales

Colecta de estiércol

Muchas familias pobres de las zonas rurales y urbanas recoger el estiércol como fuente de ingresos. Hay un grupo de mujeres en Bangladesh, que tradicionalmente recoger estiércol, hacer pasteles y venderlos a los mercados comerciales. Los recolectores tradicionales de estiércol son chicas adolescentes de familias pobres. Ellos traen de vuelta a sus hogares el estiércol y lo convierten en tortas redondas y cono-como palos para el secado al aire libre

El estiércol es considerado como uno de los mejores combustibles para la cocina tradicional de barro por las siguientes razones

• se quema lentamente
• cocina rápido
• genera calor de gran alcance en comparación con otras fuentes de combustible local
• fácil de almacenar
• menos tóxico

Los problemas relacionados con el estiércol como combustible son:
• escasez de estiércol
• los propietarios de ganado no se permita la recogida formar sus campos
• cuando el estiércol es secado existe el riesgo de que pueda ser robado • se quema más rápido que la madera si no está correctamente comprimido

Fuente: Mohammed Aslam, Bangladesh Practical Action

Uso comercial de la biomasa

La biomasa puede utilizarse para una variedad de actividades comerciales. Existen varias tecnologías que emplean la combustión directa de biomasa sin tratar o semi-elaborados para producir calor de proceso para una variedad de usos finales. El más común es el horno sencillo y sistema de caldera de vapor que se levanta para aplicaciones tales como la cura del tabaco, la generación de electricidad y fabricación de la cerveza. La biomasa también se usa para aportar calor directo para la quema de ladrillo, para la quema de cal y hornos de cemento. La ventaja de utilizar la biomasa es que puede ser de origen local, evitando así la escasez asociada a un escaso redes de suministro de combustible y los costos fluctuantes.

Otros temas

Energía de biomasa y el medio ambiente

La preocupación por el medio ambiente fue una de las principales inspiraciones de las primeras investigaciones y desarrollo en las estufas mejoradas. Una de las grandes paradojas de este trabajo es que, cuanto más se aprende sobre la gente, el combustible y la cocina, cuanto más se dio cuenta de lo poco que se sabe sobre el medio ambiente y las consecuencias sobre el uso de la energía doméstica.

En un principio, una preocupación ambiental dominó el estufas mejoradas de trabajo - los árboles de ahorro. Hoy en día, esta cuestión es considerablemente restó importancia a medida que el tiempo ha traído consigo una comprensión más clara de las verdaderas causas de la deforestación. Al mismo tiempo, otros problemas ambientales se han convertido en dominante - el entorno del hogar con su humo, el calor, las necesidades de alumbrado, etc se ha dado mayor consideración. Estas necesidades ambientales micro son a menudo tan complejos como las preocupaciones más amplias del medio ambiente y esto se refleja en el hecho de que nadie diseño estufa mejorada puede satisfacer las necesidades de una amplia y diversa de los pueblos.

de combustión a gran escala de la biomasa sólo es ambientalmente factible si se realiza sobre una base sostenible. Por razones obvias continua explotación a gran escala de recursos privados del cuidado de la biomasa para su sustitución y la regeneración causará daños al medio ambiente y también la fuente de combustible jeopodize sí mismo.

Fabricación local de estufas

Desde 1982, la Kenya de cerámica Jiko (KCJ), una estufa mejorada carbón de leña para quemar dirigida al mercado urbano ha sido desarrollado y fabricado por un gran número de pequeños productores. El KCJ tiene dos componentes principales, metal y barro cocido. Ambas partes son hechas por los empresarios; la parte metálica (revestimiento) que realizan las pequeñas empresas o artesanos individuales, mientras que (la parte de arcilla de línea) es fabricado por un poco más grande y más empresas o grupos organizados de mujeres. El KCJ es vendido por los artesanos directamente a sus clientes o los centros de venta como tiendas y supermercados. La estufa inicialmente fue promovido en gran medida al desarrollo del mercado, por el KENGO ONG y por el Ministerio de Energía de Kenia, a través de los medios de comunicación, las manifestaciones de mercado y ferias comerciales. Como resultado de esta promoción importante, ahora hay más de 200 artesanos y las microempresas manufactureras, algunas estufas mejoradas 13.600 cada mes. Hasta la fecha, se estima que hay unas 700.000 cocinas en el uso en los hogares de Kenya. Esto representa una penetración del 16,8% de los hogares en Kenia, y 56% de los hogares urbanos del país.

Fuente: Dominic Walubengo, Stove Images, 1995

Mujer, leña, trabajo y bienestar

Para las mujeres de escasos recursos de la jornada laboral se extendía desde el amanecer hasta mucho después de oscurecer. Las presiones sobre el tiempo de las mujeres son fuertes, la cocina y la recogida de combustible se encuentran entre las más arduas de sus funciones. Los efectos de la inhalación de humo de biomasa durante la cocción están recibiendo la atención de los investigadores, bronquitis crónica, enfermedades cardíacas, enfermedades respiratorias agudas y las infecciones oculares se han relacionado con los interiores llenos de humo, pero los impactos de la escasez de combustible en la cocina y la nutrición son apenas se dio cuenta.

Como la escasez de combustible hacen exigencias adicionales de tiempo y energía, las mujeres se ven obligados a diversas estrategias de afrontamiento más tiempo dedicado a acopiar combustible puede significar menos tiempo de crecimiento o preparar la comida para que la calidad y cantidad de alimentos disminuye. Las mujeres desnutridas son más vulnerables al humo de la contaminación que dañan los pulmones, los ojos, los niños y los bebés por nacer. Pero las estufas mejoradas pueden cocinar más rápido y quemar más combustible eficiente, lo que disminuye los niveles de exposición al humo de biomasa y libera tiempo para otras actividades. Adaptación de diseño de la cocina también puede ayudar a eliminar el humo de la zona de cocción.

Gran elección de la tecnología puede ayudar a emancipar a las mujeres de los trabajos penosos y darles un mayor control sobre los recursos preciosos. En algunos lugares, la cocina es una tarea de tiempo que implica, por lo que una estufa mejorada que cocina más rápido puede ser una fuente de placer. Por otra parte, las estrategias de gestión del combustible por las mujeres ahorran más combustible que los programas cuidadosamente planeados estufa. Estufa tecnólogos pueden ofrecer opciones, pero las decisiones sobre las tecnologías de energía en el hogar se debe dejar en manos de las mujeres, los verdaderos expertos en la cocina.

Image: Biogas_p06.jpg
Figura 6: La mujer puede diseñar y fabricar cocinas mejoradas. © Simon Ekless / Practical Action

Recursos

1. Karekezi, S. and Ranja, T., Renewable Energy Technologies in Africa, AFREPEN, 1997

2. Kristoferson L. A., and Bokalders V., Renewable Energy Technologies - their application in developing countries, IT Publications, 1991

3. Boiling Point, Issues No. 21,26,27,28,39, IT/GTZ.

4. Westhoff, B and Germann, D., Stove Images, Brades and Aspel Verlag GmbH, 1995

5. Stewart, B and others, Improved Wood, Waste and Charcoal Burning Stoves, IT Publications, 1987.

References and further reading

Esta entrada de Howtopedia pertenece a Practical Action Technical Brief Energy from the Wind.
Para consultar el documento original, entre en: http://www.practicalaction.org/?id=technical_briefs_energy

Direcciones útiles

Practical Action The Schumacher Centre for Technology & Development, Bourton on Dunsmore, RUGBY, CV23 9QZ, Reino Unido.
Tel.: +44 (0) 1926 634400, Fax: +44 (0) 1926 634401 e-mail: practicalaction@practicalaction.org.uk web: www.practicalaction.org

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