Pawlonia y miscanto, dos especies con potencial para la fabricación de pellets

Chile es una potencia en la producción de madera, con 4 millones de hectáreas plantadas, principalmente a pino y eucalipto. En los últimos años está ensayando nuevas posibilidades para el aprovechamiento energético de la biomasa con el objetivo de dejar de emplear derivados del petróleo en 2050

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Héctor Pegoretti presentó las conclusiones de los estudios en la Escuela Politécnica Superior de Lugo.

Héctor Pegoretti presentó las conclusiones de los estudios en la Escuela Politécnica de Lugo.

Chile es prácticamente un país forestal. Después del cobre, la madera es su principal producción. En el país hay plantadas 4 millones de hectáreas, el 75% de ellas son pino radiata, el 17% eucalipto y el 8% restante otras especies como acacia, sauce o abedul.

Hasta el momento el cultivo forestal se centraba en la producción de madera, tanto para serrar como para pasta de papel, pero desde hace dos años Chile está apostando también por el aprovechamiento energético, desarrollando una importante industria de fabricación de pellets. “Tenemos ya 30 empresas fabricando pellets, cuando hace 2 ó 3 años eran solo 10”, explica el investigador Héctor Pegoretti De Souza, de la Facultad de Ciencias Forestales de la Universidad de Concepción.

Chile pretende substituir por completo en el 2050 los derivados del petróleo por biomasa para la producción de energía

En la actualidad, en Chile más de la mitad de la energía consumida está producida por derivados del petróleo y solo el 13% por biomasa o biogás, una situación que pretende revertir el Gobierno chileno en base a la producción forestal. “Somos un país que tiene un enorme potencial en este campo y se está trabajando para que en el 2050 la producción energética sea exclusivamente mediante biomasa”, indica Héctor.

Pero a día de hoy Chile prácticamente no consume pellets (la instalación de calderas para este combustible está aún comenzando en este país), por lo que el destino de la producción es básicamente la exportación a países como España o Italia.

El principal consumo de pellets se da en este momento en Europa y Norteamérica. Suecia, Dinamarca, Bélgica o Reino Unido usan los pellets para la producción de energía eléctrica en centrales de cofiring en substitución del carbón, una solución semejante a la que se propone para evitar el cierre de la central térmica de As Pontes, mientras que en Alemania, Italia, Austria, España, EEUU y Canadá los pellets son empleados fundamentalmente para calefacción, tanto doméstica como en edificios públicos.

Europa es el mayor productor y consumidor mundial de pellets, con más de 16 millones de toneladas anuales fabricadas

La producción mundial de pellets se sitúa en este momento en los 26 millones de toneladas anuales. Europa es el mayor productor mundial, con el 63% de la producción total, pero se están produciendo pellets ya en los cinco continentes. Tras la UE, el segundo mayor productor es EEUU, con el 21% de la producción mundial, y Canadá, con el 8%. España se situaría también en esa cifra, seguido de Alemania, con el 7%, y Suecia, con el 5%.

Países como Brasil o Chile, que suponen el 1% y el 0,5% de la producción mundial respectivamente, están en los últimos años desarrollando este sector e incrementando de manera exponencial su producción. El mercado de pellets está aumentando mucho en todo el mundo, lo que hace que la biomasa comience también a tener demanda. “Hace años en Brasil se descartaban los residuos forestales en la fabricación de pellets, hoy las empresas se pelean por ellos”, cuenta Héctor.

Nuevas plantaciones con finalidad energética

O miscanthus é unha herbácea con rendimentos por hectárea que triplican os do millo

El miscanto es originario de Asia Central

Pero a mayores del uso de desechos procedentes de la actividad maderera, la demanda de pellets está comenzando a impulsar la plantación de especies destinadas exclusivamente al aprovechamiento energético, en algunos casos especies foráneas de crecimiento rápido. Este investigador de la Universidad de Concepción presentó en la Escuela Politécnica de Lugo los resultados del proyecto Introducción y evaluación del cultivo de miscanthus y paulownia como fuente de biomasa lignocelulósica para la generación de energía renovable en la zona centro sur de Chile. Ninguna de estas dos especies eran plantadas en Chile, donde sin embargo llevan desde lo 2010 haciendo ensayos para comprobar su adaptación y buscar una mayor gama de materiales disponibles en la fabricación de pellets.

El miscanthus es una herbácea que consume relativamente poco agua y nutrientes y logra rendimientos que triplican los del maíz de grano

El miscanto es una herbácea originaria de Asia Central de la que existen 14 variedades. Es interesante por su metabolismo C4, que hace que se adapte bien a diferentes temperaturas, consuma poco agua y precise de pocos requerimientos nutricionales, por lo que puede cultivarse en suelos pobres. Generalmente se pone mediante semilla, aunque su plantación también se puede hacer mediante rizoma o esqueje. Es perenne y de larga duración, unos 20 años, y crece hasta una altura de unos 3 metros con un sistema de cosecha anual. Se estima que con una precipitación entre 500 y 600 mm se obtienen producciones de 20 a 30 tm/ha de materia seca por corte. Además de para la fabricación de pellets, también se usa mucho para la producción de Etanol, dado que tiene una productividad muy elevada en este campo, mayor incluso que la de la caña de azúcar. Su rendimiento es de 30MG/ha, tres veces más que el maíz de grado, por ejemplo.

La paulownia está considerada el árbol del futuro porque absorbe 10 veces más dióxido de carbono que otras especies y es capaz de regenerarse tras el paso del fuego

La paulownia es de origen chino y existen 17 especies diferentes de ella. Está considerada como la planta del futuro, porque absorbe gran cantidad de dióxido de carbono (hasta 10 veces más que otros árboles) y emite mucho oxígeno. También está considerada como la especie de más rápido crecimiento del mundo. Llega a los 20 metros de altura en turnos de 4 a 5 años y en 8 años alcalza una altura equivalente a un roble de 40 años. Tiene una productividad de entre 35 y 45 tm/ha/año, el doble que el eucalipto. Precisa de una precipitación mínima de 500 mm y sufre en terrenos secos en verano. Además de su rápido crecimiento, también es rápido el rebrote de la cepa después de la tala. Sus hojas son ricas en nitrógeno, por lo que constituyen un buen abono que aporta nutrientes al suelo y sus flores tienen utilidad apícola. Finalmente, también es capaz de resistir las agresiones extremas, por ejemplo, se regenera tras un incendio por lo que es capaz de resistir el paso del fuego.

A paulownia procede de China

La paulownia procede de China

En China se planta desde hace más de 3.000 años con uso maderable, desde donde pasó a Europa y de ahí salió luego a América. En Brasil, México o Colombia hay ya plantaciones de paulownia. También hay plantaciones en Italia, en la zona mediterránea de España e incluso en Galicia, donde particulares y comunidades de montes apostaron por su plantación en la última década. Por el contrario, no existen aún experiencias de miscanthus en Galicia, pero sí en países como Reino Unido o Alemania vinculadas sobre todo a la producción de biocombustibles.

Resistentes a distintas altitudes y tipos de suelo

Para los ensayos realizados en Chile se hicieron tres plantaciones de miscanthus x giganteus y de paulownia x elongata x fornutei en tres localizaciones diferentes en el centro-sur del país. Se instalaron en la VII y VIII región en fincas al lado del Pacífico, en la cordillera y en la cuenca del río Andalien para analizar su diferente comportamiento. En los tres casos se trataba de suelos pobres y se plantaron entre 20.000 y 40.000 brotes por hectárea.

El ciclo de crecimento de las dos especies para su uso como biomasa fue de tan sólo cuatro años en los estudios realizados en Chile

Las dos especies se plantaron en el 2010 y se cortaron en el 2014. Luego se hicieron pellets con cada una de ellas (en la paulownia se empleó el fuste, las ramas y la corteza, mientras que en el miscanthus se usó la pranta entera) y se analizó su comportamiento. El resultado para la paulownia fue 34,4% de lignina, 80,3% de compuestos volátiles, 1,3% de cenizas, 1% de nitrógeno y 0,25% de azufre. En el caso del miscanthus, 32,4% de lignina, 79,75% de volátiles, 4,1% de cenizas, 0,45% de nitrógeno y 0,25% de azufre.

Tanto el nitrógeno como el azufre son parámetros indeseados en los pellets por la contaminación de gases de efecto invernadero que emiten en la combustión. Por el contrario, cuanta más lignina mayor es su poder calorífico y cuanto mayor porcentaje de compuestos volátiles mejor arden. “Para celulosa queremos poca lignina pero para pellets lo que queremos es lo contrario, cuanto mayor porcentaje de lignina mejor porque mayor poder calorífico logramos”, explica Héctor. La ignición se produce entre los 200 y los 500 grados centígrados, temperatura a la que se produce la degradación de la lignina.

«Para celulosa se buscan especies con poca lignina, al contrario que para pellets, donde cuanto más porcentaje de lignina mayor poder calorífico se logra»

Las herbáceas, como es por ejemplo el caso del miscanto, tienen normalmente menos lignina y mayor cantidad de ceniza, lo que también reduce el poder calorífico en la combustión e incrementa los residuos tras la quema. “El porcentaje de ceniza del miscanthus es alto pero cuando el pellet procede de un cultivo agrícola se acepta hasta un 10% de ceniza”, detalla.

El único de los parámetros analizados a los pellets de paulownia y miscanthus que no entraron dentro de los estándares de calidad fijados en la normativa internaciononal fue el porcentaje de azufre, algo que este investigador chileno achaca al hecho de que “en plantaciones próximas a la costa el mar es el elemento que más azufre aporta a los árboles, mucho más que el tipo de suelo”. En el caso de los ensayos realizados en Chile, se trataba de suelos volcánicos próximos a la costa, situados a una distancia del litoral de entre 20 y 70 kilómetros, aunque Héctor considera que cualquiera de las dos especies resistirían ser plantadas más hacia el interior.

Las principales conclusiones del estudio son, según explica su autor, que «en general, las dos especies se pueden plantar en los diferentes suelos pero tanto a paulownia como el miscanthus mostraron mejores resultados en condiciones climáticas mediterráneas».

Complemento al pino y al eucalipto

En un segundo estudio, el equipo de investigadores de la Universidad de Concepción incluyó eucaliptus nitens y pinus radiata en el trabajo para evaluar el potencial energético de los clones de miscanto y paulownia y el análisis de las propiedades de sus pellets en comparación con las del eucalipto nitens y del pino radiata.

El proyecto, denominado Opciones para la generación de energía sostenible: producción de pellets de cuatro especies con potencial energético para la generación de energía térmica concluyó que tanto la paulownia como el miscanto poseen potencial energético para ser empleadas como complemento a especies como el pino o el eucalipto.

“Tanto el miscanthus como la paulownia tienen alto potencial energético para ampliar la gama de materiales y salir de la monotonía del pino y el eucalipto en la fabricación de pellets”

El eucalipto y la paulownia fueron las especies que mayor poder calorífico demostraron en las analíticas, a pesar de que el pino tiene mayor porcentaje de lignina. Otro parámetro clave a la hora de fabricar pellets es la densidad de la materia prima. “Todo material lignoceluloso se puede compactar, pero el coste energético de hacerlo es muy diferente en función de su densidad”, explica Héctor.

Por ejemplo, dice, “el miscanthus necesita mucha menos energía que el eucaliptus nitens para su transformación en pellets porque la relación de coste de energía es mucho más elevado en materias primas con alta densidad, lo que hace que si en vez de nitens empleásemos glóbulus el proceso sería aún más difícil y costoso”.

A esto habría que añadir los costes de transporte. Chile tiene solo 150 kilómetros de ancho, pero es un país muy largo, algo que encarece los costes a la hora de la fabricación de los pellets por la mayor distancia a las fábricas. Por eso, explica Héctor, algunas empresas cuentan ya con plantas móviles que son transportadas en un camión hasta el punto donde se encuentra la biomasa. Es decir, en vez de transportar la materia prima hasta la factoría, se lleva la planta de producción hasta el monte. Todo el sistema (depósito de materia prima, paletizadora, tanque de enfriado) está diseñado dentro de un contenedor.

Lo que no varía es el necesario secado y molido previo. “La biomasa tiene que estar en un momento óptimo para llevarla a la compactación, porque sino se pierde mucho material en el proceso de fabricación, por eso la humedad y la granulometría deben ser las idóneas”, dice.

Desechar el mito de que el color es indicativo de la calidad

Pelets fabricados coas distintas especies analizadas en Chile. No caso do piñeiro radiata empregouse tamén a casca, o que escureceu a cor do pelet resultante

Pellets fabricados con las distintas especies analizadas en Chile. En el caso del pino radiata se empleó también la corteza, lo que oscureció el producto resultante, que sino sería de un color mucho más claro, similar al del miscanto

Aunque cuenta con importantes plantaciones de eucalipto, Chile emplea a día de hoy exclusivamente pino para la fabricación de pellets, en concreto, residuo procedente de pino radiata, que es lo que más se planta en el país. Como el consumo interno es aún prácticamente inexistente, exportan casi toda la producción a países como España o Italia fundamentalmente, y ese es el motivo de la elección de la materia prima.

“El pellet que se hace con pino sin corteza es mucho más claro que el que se obtiene del eucalipto y por esa razón es mejor aceptado por el mercado”, explica Héctor, que asegura sin embargo que “el color no tiene nada que ver con la calidad, la durabilidad o el rendimiento del pellet, ese es un falso mito que hay que descartar”, asegura.

“Hay que acabar con el tabú existente de que un pellet blanco se comporta mejor energéticamente que un pellet negro porque no tiene nada que ver con la calidad ni con la durabilidad”

El 75% de la calidad del pellet lo determina la parte química, es decir, la composición y características de los materiales empleados, mientras que el 15% restante tiene que ver con la parte anatómica, pero no con el color. La paulownia da como resultado un pellet oscuro, incluso más que el procedente del eucalipto, mientras que en el caso del miscanto el pellet es claro, de un color similar al logrado con madera de pino sin corteza.

En la producción forestal, el 73% del árbol se correspondería con el tronco, que es lo que tiene el mayor valor comercial y el 27% restante serían ramas y hojas, que podrían tener un uso energético. La corteza representa, dependiendo de las especies, alrededor del 7% del tronco.

El problema del cloro

Las normas internacionales fijan una serie de parámetros de calidad que deben cumplir los pellets para su comercialización, estableciendo además unos límites máximos para determinados compuestos contaminantes, como el nitrógeno, el azufre o el cloro. “El principal problema de los pellets es el cloro y las normas europeas son muy estrictas con eso”, indica Héctor.

El límite en la UE para el cloro está puesto en 0,02%. El eucalipto, por ejemplo, duplica ese porcentaje lo que condiciona también su utilización en la fabricación de pellets para uso doméstico. “Las normas internacionales para uso doméstico son más restrictivas y exigentes que para uso industrial, donde son más flexibles”, aclara.

En Brasil están mezclando residuros agrícolas del café en la fabricación de pellets para bajar los niveles de cloro del eucalipto

Una de las soluciones en las que se está trabajando para reducir los niveles de cloro del eucalipto para poder emplearlo en la fabricación de pellets es someterlo la un proceso previo de torrefactado. “Al torrefactarlo se puede eliminar hasta un 90% el porcentaje de cloro, aunque en ese proceso también perdemos compuestos volátiles”, aclara.

Otra solución es mezclar el eucalipto con otros materiales que tienen menores niveles de cloro. En Brasil, por ejemplo, lo están mezclando con residuos agrícolas procedentes de la producción de café para de este modo bajar el nivel de cloro del eucalipto. “Mezclan un 60% de eucalipto con un 40% de café y les está dando muy buenos resultados”, explica Héctor.

2 ideas sobre “Pawlonia y miscanto, dos especies con potencial para la fabricación de pellets

  1. João Leite de Souza

    Excelente trabajo ! Opciones en materiales alternativos para la producción de biomasa!

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  2. Carlos Silva

    Excelente trabajo de Investigación, felicitaciones al Ing. Héctor Pegoretti por su aporte a la Ingeniería Forestal.

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