Cómo funciona la energía de la biomasa
Fig. 1Estructura de la BSCN sostenible para la generación de bioenergía mediante el proceso de digestión anaeróbicaImagen a tamaño completoMaterias primas necesariasEn general, el rendimiento del proceso de digestión anaeróbica como proceso biológico depende de varios factores. Uno de los factores críticos en la producción de biogás es el tipo y la composición de las materias primas, así como la densidad de los materiales en el digestor [27].
Los materiales utilizados en los sistemas de digestión deben ser solubles. Se distinguen dos sistemas de digestión en función de la proporción de contenido sólido: un proceso de digestión húmeda con un contenido sólido inferior al 15% y un proceso de digestión seca con un contenido superior al 15%. Aunque tanto el agua dulce como las aguas residuales pueden utilizarse para el suministro de agua, existen algunas limitaciones en el uso de las aguas residuales. Por lo tanto, el modelo desarrollado aquí considera un proceso de digestión húmeda utilizando agua dulce.
El coste de capital también se compone de dos elementos: el coste de capital de la central eléctrica y el del almacén. Dado que se elige el coste, el seguro y el flete (CIF) como base para las ofertas de precios internacionales, el coste de capital para la central eléctrica incluye los costes de compra, el coste de importación de los equipos al país y el coste de transporte de los equipos desde el puerto marítimo hasta la central. También incluye los costes de adquisición del terreno para la construcción de la central eléctrica y del almacén. Además de las materias primas, también se construyen almacenes para los excedentes de fertilizantes bajo demanda.
Proyecto científico sobre la biomasa
Las centrales eléctricas de Estados Unidos tratan de diversificar sus fuentes de combustible. La energía de la biomasa es un recurso renovable, generalmente con menos emisiones que los combustibles fósiles, y tiene una base amplia y diversa. Para tomar decisiones sobre la inversión en una instalación que utilice biomasa, los posibles usuarios necesitan información sobre la infraestructura, la logística, los costes y las limitaciones de todo el ciclo de vida de la biomasa. El modelo desarrollado en este trabajo está diseñado para estimar el coste y la disponibilidad de los recursos energéticos de la biomasa de las tierras agrícolas de Estados Unidos desde la perspectiva de una central eléctrica individual. Como ejemplo ilustrativo, el modelo estima la disponibilidad y el coste de utilizar switchgrass o rastrojo de maíz para alimentar una central eléctrica de combustión mixta en Illinois y calcula el coste a pie de planta de la producción de combustible de biomasa, las proporciones relativas de switchgrass y rastrojo de maíz, la mezcla de diferentes tipos de tierra y la superficie total que contribuye a la energía suministrada. Muestra que pequeñas variaciones en el rendimiento de los cultivos pueden provocar cambios sustanciales en la cantidad, el tipo y la distribución espacial de la tierra que produciría la biomasa de menor coste para una instalación energética. La elección de las tierras y los cultivos sería muy sensible a las políticas que rigen las emisiones de gases de efecto invernadero y la fijación de precios del carbono, y el modelo demuestra importantes implicaciones para las necesidades totales de superficie de tierra para el suministro de combustible de biomasa.
Modelo de energía geotérmica
La Figura 2 muestra la metodología utilizada en este estudio para cuantificar el impacto de las interrupciones operativas en las instalaciones de los sistemas convencionales de pacas y avanzados de entrega de pellets. Dado que los residuos agrícolas, en particular el rastrojo de maíz, son la materia prima elegida para la producción de etanol a corto plazo (Jessen, 2015), se desarrolla un estudio de caso para una biorrefinería de Iowa que utiliza el rastrojo de maíz como materia prima. Las siguientes tres sub-secciones: Entradas, Modelo de Simulación-IBSAL 2.0, y Escenarios, junto con un caso práctico, describen la metodología utilizada para investigar el impacto de las interrupciones operativas.
Figura 2. Esquema de la metodología utilizada para cuantificar el impacto de las interrupciones operativas en los costes, el flujo de biomasa, la utilización de los recursos, el inventario y las métricas de las instalaciones para los escenarios de entrega de balas convencionales y del sistema avanzado de entrega de pellets.
Como se describe en la Figura 2, los parámetros logísticos y de las instalaciones incluyen la capacidad de las mismas, los tiempos de avería/reparación, los costes de procesamiento, la composición de la tripulación, el tamaño, los costes de cosecha/transporte, la pérdida de materia seca en el almacenamiento, las horas de trabajo y el periodo de cosecha. Estos parámetros de entrada son específicos del caso de estudio considerado y se describen en detalle en la sección Escenarios.
Central de biomasa
Del total de la demanda mundial de bioenergía en 2050, alrededor del 60% corresponde a bioenergía sólida, casi el 30% a biocombustibles líquidos, incluido el uso de energía para su producción, y más del 10% a biogases. La demanda se concentra en sectores difíciles de electrificar o que requieren una fuente de energía renovable de bajo coste. En el sector eléctrico, la demanda de bioenergía sólida en 2050 es de unos 35 EJ. La bioenergía sólo aporta el 5% de la generación total de electricidad en 2050, pero es una fuente importante de flexibilidad de bajas emisiones para complementar la generación variable de la energía solar fotovoltaica y eólica. En el sector industrial, donde la demanda de bioenergía sólida alcanza los 20 EJ en 2050, se utiliza para satisfacer las necesidades de calor a alta temperatura que no pueden electrificarse fácilmente, como la producción de papel y cemento. En 2050, la bioenergía satisface el 60% de la demanda de energía en el sector del papel2 y el 30% de la demanda de energía para la producción de cemento. En el sector de los edificios, la demanda de bioenergía aumenta hasta casi 10 EJ en 2030, sobre todo en las economías emergentes para las cocinas mejoradas que sustituyen los usos tradicionales insostenibles de la biomasa.