Biomasa es la materia viva presente en una capa muy fina de la superficie terrestre llamada biosfera, la cual representa una fracción muy pequeña de la masa terrestre. Los residuos que se generan a partir de los procesos de transformación natural o artificial de la materia viva, también se constituyen en biomasa.
                                    

La biomasa es un recurso muy variado debido a su producción y origen en los sistemas terrestres y acuáticos, lo que influye directamente sobre sus características físicas y químicas.

Se considera que la biomasa es renovable por que forma parte del flujo natural y repetitivo  de los procesos de la naturaleza (a la escala de tiempo de vida humana) siendo las plantas quienes inician este proceso con la fotosíntesis, para captar la energía del sol. La biomasa es un elemento indispensable para mantener el equilibrio ecológico y permite conservar y enriquecer biológica y el suelo.

La biomasa residual hace referencia a los subproductos que derivan de las transformaciones naturales naturales o industriales que se llevan a cabo en la materia orgánica. Algunos ejemplos de biomasa son los residuos de las cosechas, las podas de zonas verdes urbanas, los efluentes ganadores, los lodos de los sistemas y los residuos organicos de plazas de mercado.

En la composición de la biomasa se encuentran grandes cantidades de carbono, oxigeno e hidrogeno. Las cadenas largas del tipo CnHm; constituyen los compuestos involucrados en las reacciones exotérmicas generadoras de energía, por consiguiente la biomasa presenta una gran cantidad de energía almacenada en su conjunto de componentes orgánicos de origen vegetal y animal; ejemplo, cualquier especie y sus residuos contienen energía.

Cuando la biomasa se somete a un proceso de combustión, el aporte al calentamiento global por sus emisiones de CO2 es neutro, lo cual significa que se uso como recurso energético no contribuye a aumentar la proporción de CO2 en la atmosfera, siempre y cuando exista un balance cero entre la biomasa producida por el medio natural y la usada en la producción de energía.

Gran parte de la población rural en los países en via de desarrollo, que representan cerca del 50% de la población mundial, aun depende de la biomasa tradicional, principalmente de leña, como fuente de energía. La biomasa suple aproximadamente el 35% del consumo de la energía primaria en países subdesarrollados y alcanzan un 14% del total de la energía consumida en el mundo en suramerica, el consumo de biomasa para procesis de transformación, consumo propio y perdidas, ha  tenido una tasa de crecimiento favorable, siendo liderado por argentina con 10,39% colombia, en el año 2006, presento una tasa de crecimiento en el consumo de biomasa de 2,38%, lo cual indica que el país a comenzado a tomar conciencia sobre la importancia de explotar de forma mastenificada y organizada esta fuente energética.

Colombia, por su posición geográfica y variedad e climas, ofrece condiciones favorables para el desarrollo de las actividades agropecuarias. El país cuenta con una superficie continental de 114.174.800 hectarias, de las cuales el 44,77% se estima  que se destina a la actividad agropecuaria (ministerio de agricuktura y desarrollo rural, 2006). Esto evidencia que en colombia el sector agropecuario es una fuente importante de biomasa residual.

Por otra parte cabe resaltar que colombia posee un area marítima de 928.660 km2, con enorme variedad de habitas acuaticos continentales y marinos en los que es posible encontrar una gran biodiversidad y por lo tanto disponer de un abanico amplio de alternativas de fuentes de biomasa. Como ejemplo se puede citar las algas, cuyos aceites es posible transformarlo en biodiesel, mediante un proceso de hidrotratamiento o transestericacion. Las algas son los organismos fotosintéticos mas eficaces para la capacitación de radiación solar colombia, por estar localizada en la región ecuatorial, ofrece una ventaja sobre muchos países para la producción de algas, ya que no esta sujeta a ciclo estacionales que requieren gastos extras de energía para poder mantener una producción estable y sostenida a lo largo de todo el año.

En el 2005 el país reporto 4.058.470 hectarias dedicadas al cultivo de especies permanentes y transitorias como la caña de azúcar, la palma de aceite, el arroz, la caña panelera, el maíz, el café, el banano y el platano.

(ministerio de agricultura y desarrollo rural,2006). Del proceso de corte y transformación de la cosecha se generan diferentes tipos de biomasa residual agrícola que se clasifica, según su origen, en residuos agrícolas de cosecha u residuos agroindustriales.

En colombia, el sector pecuario cuenta con 76% (38.848.204 ha) del area total destinada a las actividades agropecuarias. El sectoresta presentado en un 40% por la ganadería bovina, 40% por la explotación avícola, 10% por la actividad porcicola y el restante 10% reúne las actividades caprinas, ovinas, piscícola y equina principalmente (ministerio de agricultura y desarrollo rural, 2006). Según los datos anteriores, los sistemas de producción pecuaria que se desarrollan en el país generan grandes volúmenes de estiércol, que constituyen una fuente importante de biomasa residual. La  producción de biomasa residual del sector pecuario depende principalmente de factores como el tipo de animal, su dieta alimenticia, siendo su grado de dispersión en el terreno donde se produce, un elemento limitante de su aprovechamiento.

De otra parte, los 32 departamentos, con sus 1,085 municipios, que conforman el territorio colombiano, generan aproximadamente 21.000 t/diade residuos solidos procedentes de las actividades residenciales, comerciales e industriales, con un porcentaje de material organico del 56,44% (ideam, 2008). En colombia, con una gran población de 42.888.592 habitantes (DANE, 2005), según datos de la superintendencia de servicios públicos domiciliarios, la generación de residuos ordinarios en cabeceras municipales para el año 2000 fue de 7.921.034.78 toneladas, equivalente a una producción per capita de 0,721 kg/hb/dia; mientras que para el año 2004, se generaron 8.558.981.47 toneladas (0,729 kg/hab/dia). Los anteriores datos indican que la generación per capita promedio de residuos solidos en colombia se constituye en otra fuente importante de biomasa residual.

Teniendo en cuenta los diferentes estudios realizados en el mundo sobre el potencial energético de la biomasa y el análisis de propeccion planteado en la estructura energética del país, se infiere que la biomasa residual puede llegar a ser una fuente alternativa de energía renovable para colombia, lo cual puede verificarse en el estudio de potencialidad de los cultivos energéticos y residuos agrícolas realizado en colombia por la unidad de planeación minero energética.

Fuentes de generación energética

La producción de bienes y servicios para la sociedad requiere de la transformación física y química de la materia e involucra en algunos casos biomasa residual. Exiten dos fuentes de masa residual  para la producción de energía: las actividades agroindustriales y las sociales de la comunidad. En caso de la cadena agrícola se distinguen los residuos agrícolas de cosecha (RAC) y los residuos agrícolas industriales (RAI). Ejemplos de estos tipos de biomasa son los residuos de cuescos y raquis en las plantaciones de palma, los frutos, hojas y tallos de descarter de las cosechas y las excretas de cerdos, aves de corral y reses; en el segundo caso las actividades domesticas y las cadenas comerciales o de industrias de alimentos o de productos vegetales originan los grandes volúmenes de residuos organicos urbanos.

Estos residuos pueden utilizarse para la generación de energía a gran escala y la sustitución de combustibles, de acuerdo con la responsabilidad de tecnologías de segunda y tercera generación. Sin embargo, el aprovechamiento de la biomasa residual depende fuertemente  de la facilidad de recolección, por lo cual el análisis de su dispension geográfica es de significativa importancia para valorar su uso.

Biomasa residual del sector agrícola

La agricultura es una actividad antropogenica que genera cantidades considerables de biomasa residual. En el caso del presente estudio, el 75%del total de la biomasa producida en el campo corresponde a RAC, y el restante a RAI. Estos resultados se aproximan significativamente con otros estudios. Por ejemplo para centro america la producción de RAC se reporta en 60% mientras que los desechos de proceso RAI varian entre el 20% y 40%.

Un porcentaje de los RAC debe ser dejado en el campo para proteger el suelo de la erosion y mantener el nivel de nutrientes orgánicos. El excedente recolectado de los residuos se aprovecha  para diferentes propósitos. Por ejemplo los residuos de la caña de azúcar se emplean para la generación de vapor , como sustituyente de la leña para la cocción de alimentos, para la producción de compost y como alimento animal.

Residuos forestales

Estos residuos constituyen una importante fuente de biomasa residual. Por cada árbol utilizado para la producción maderera, solo se aprovecha comercialemente un porcentaje cercano al 20%. Se estima que la cadena agrícola, un 40% de la biomasa se deja en el campo en forma de hojas y ramas, y el restante 40% en el proceso de aserrio, en forma de astillas, corteza y aserrín.

Cultivos energéticos

Corresponden a las platas cultivadas con el fin especifico de producir energía. Para este fin se seleccionan platas de crecimiento rápido y poco mantenimiento, las cuales normalmente se cultivan en tierra de bajo valor productivo. Algunos cultivos como la palma de aceite, el girasol, la soya, la higuerilla, la jatropha, el mani y las platas acuaticas, como el Jacinto de agua y ciertas algas, se emplan para producir.

Biomasa residual del sector residuos urbanos

Los centros urbanos generan los denominados residuos solidos urbanos que provienen de diferentes actividades y están constituidos por cantidades considerables de residuos como papel, madera, carbón vegetal, alimentos, agua negras y residuos vegetales provenientes de la poda de zonas verdes, los cuales constituyen su fracción organica.
                                         
Cuando su fracción organica se descompone, estos residuos generan compuestos volatines como el metano y el dióxido de carbono, que contribuye a aumentar el efecto invernadero. Por su composición fisicoquímica se considera que los residuos solidosorganicos poseen un considerable valor energético.

Elaboracion de maqueta
Energia biomasa

Biomasa como energía alternativa

  El biogás

El ser humano tiene la tradicional virtud de producir desperdicios, por lo que se ha generado un impulso para aprovechar la energía que tiene la masa de residuos (BIOMASA). El Biogas conocido como ¨Gas de los Pantanos¨ es producido por la fermentación anaeróbica (sin oxígeno) de residuos orgánicos e inorgánicos. Mezclados con agua y depositados en un recipiente cerrado e impermeable (Biodigestor) a temperaturas entre los 20 y 30 grados centígrados, se descomponen debido a las bacterias anaeróbicas. Las primeras experiencias se hicieron a principios de siglo, evitando la polución que produce la eliminación por incineración y, además motivadas por las dificultades que produjeron las guerras en el suministro de combustibles. La mayor cantidad de Biodigestores, se construyeron en granjas.

Porque en las granjas sale el compostaje el cual es el más utilizado para la realización adecuada de la energía biomasa.

 Etapas:

·         Para obtener biogás se presentan tres etapas principales: Hidrólisis, Fase Acida y Fase Hidrogenada. Al finalizar las cuales se obtienen un GAS y un LÍQUIDO.

• ·         El GAS contiene un 55-70 % de Metano, 30-40 % de Dióxido de Carbono y Hidrogeno 1-3 % 2-5 % de otros Gases.
• ·         El LÍQUIDO conocido como BIOFERTILIZANTE (inodoro) contiene 20 % de proteínas, un 14 % más de Nitrógeno y 20 % más de Potasio que igual mezcla de residuos procesados aeróbicamente, y con PH (acidez) de 7,5.
• ·         BIODIGESTION es que el 99 % de los parásitos (amebas, culis, tenias etc.) mueren en el proceso. No sólo resuelve problemas de saneamiento sino que además produce combustible y un fertilizante que posibilita la independencia energética de la propiedad rural. El proceso digestivo se completa entre los 30 y 40 días produciéndose la mayor cantidad de BIOGAS.

Se tienen que renovar los insumos (residuos) para mantener la producción. También se deberá limpiar el biodigestor (1a2 veces al año) cuando los residuos no digeribles alcanzan cierta magnitud, vaciándolo totalmente en forma manual o por bombeo. Debe tener mecanismos para extracción de los lodos y sobrenadantes, acumulación y expulsión de gases, eliminación de los sólidos y dispositivos de seguridad contra explosión y la purga del digestor.

Ø  El biogás para la generación eléctrica

El biogas puede ser utilizado como combustible para motores diesel y a gasolina, a partir de los cuales se puede producir energía eléctrica por medio de un generador. En el caso de los motores diesel, el biogas puede reemplazar hasta el 80% del combustible, la baja capacidad de ignición del biogas no permite reemplazar la totalidad en este tipo de motores que carecen de bujía para la combustión. Aunque en los motores a gasolina el biogas puede reemplazar la totalidad del mismo.

Ø  La biomasa puede ser extraída también de:

·         Plantaciones energéticas: Estas son grandes plantaciones de árboles o plantas cultivadas con el fin específico de producir energía. Para ello se seleccionan árboles o plantas de crecimiento rápido y bajo mantenimiento, las cuales usualmente se cultivan en tierras de bajo valor productivo. Su período de cosecha varía entre los tres y los diez años. También se utilizan arbustos que pueden ser podados varias veces durante su crecimiento, para extender la capacidad de cosecha de la plantación. Existen también muchos cultivos agrícolas que pueden ser utilizados para la generación de energía: caña de azúcar, maíz, sorgo y trigo. Igualmente, se pueden usar plantas oleaginosas como palma de aceite, girasol o soya y algunas plantas acuáticas como jacinto de agua o las algas, para producir combustibles líquidos como el etanol y el biodiesel.

Adicionalmente, este tipo de cultivos sirve para controlar la erosión y la degradación de los suelos, además puede proveer otros beneficios a los agricultores. Una granja típica, usualmente, sólo genera uno o dos productos de mayor valor comercial como maíz, café, leche o carne. El ingreso neto de ello es, a menudo, vulnerable a las fluctuaciones del mercado, al aumento del costo en los insumos, a las variaciones climáticas y a otros factores. Dado que las plantas de generación de energía requieren un suministro estable de combustible, los cultivos asociados a ellas pueden proveer un ingreso permanente a los granjeros que decidan diversificar su producción.

·         Residuos forestales: 

     Los residuos de procesos forestales son una importante fuente de biomasa que actualmente es poco explotada en el área  centroamericana. Se considera que, de cada árbol extraído para la producción maderera, sólo se aprovecha comercialmente un porcentaje cercano al 20%. Se estima que un 40% es dejado en el campo, en las ramas y raíces, a pesar de que el potencial energético es mucho mayor como se muestra en la figura 5, y otro 40% en el proceso de aserrío, en forma de astillas, corteza y aserrín. La mayoría de los desechos de aserrío son aprovechados para generación de calor, en sistemas de combustión directa; en algunas industrias se utilizan para la generación de vapor. Los desechos de campo, en algunos casos, son usados como fuente de energía por comunidades aledañas, pero la mayor parte no es aprovechada por el alto costo del transporte.

·         Desechos agrícolas: 

La agricultura genera cantidades considerables de desechos (rastrojos): se estima que, en cuanto a desechos de campo, el porcentaje es más del 60%, y en desechos de proceso, entre 20% y 40%. Al igual que en la industria forestal, muchos residuos de la agroindustria son dejados en el campo. Aunque es necesario reciclar un porcentaje de la biomasa para proteger el suelo de la erosión y mantener el nivel de nutrientes orgánicos, una cantidad importante puede ser recolectada para la producción de energía. Ejemplos comunes de este tipo de residuos son el arroz, el café y la caña de azúcar. Los campos agrícolas también son una fuente importante de leña para uso doméstico: más del 50% del volumen total consumido. Por otro lado, las granjas producen un elevado volumen de “residuos húmedos” en forma de estiércol de animales. La forma común de tratar estos residuos es esparciéndolos en los campos de cultivo, con el doble interés de disponer de ellos y obtener beneficio de su valor nutritivo. Esta práctica puede provocar una sobre fertilización de los suelos y la contaminación de las cuencas hidrográficas.

·         Desechos industriales:

       La industria alimenticia genera una gran cantidad de residuos y subproductos, que pueden ser usados como fuentes de energía, los provenientes de todo tipo de carnes (avícola, vacuna, porcina) y vegetales (cáscaras, pulpa) cuyo tratamiento como desechos representan un costo considerable para la industria. Estos residuos son sólidos y líquidos con un alto contenido de azúcares y carbohidratos, los cuales pueden ser convertidos en combustibles gaseosos.

·         Desechos urbanos:

       Los centros urbanos generan una gran cantidad de biomasa en muchas formas, por ejemplo: residuos alimenticios, papel, cartón, madera y aguas negras. La mayoría de los países centroamericanos carecen de adecuados sistemas para su procesamiento, lo cual genera grandes problemas de contaminación de suelos y cuencas; sobre todo por la inadecuada disposición de la basura y por sistemas de recolección y tratamiento con costos elevados de operación. Por otro lado, la basura orgánica en descomposición produce compuestos volátiles (metano, dióxido de carbono, entre otros) que contribuyen a aumentar el efecto invernadero. Estos compuestos tienen un considerable valor energético que puede ser utilizado para la generación de energía “limpia”. En el corto y mediano plazo, la planificación urbana deberá incluir sistemas de tratamiento de desechos que disminuyan eficazmente las emanaciones nocivas de los desechos al ambiente, dándoles un valor de retorno por medio del aprovechamiento de su contenido energético, pues aproximadamente el 80% de toda la basura orgánica urbana puede ser convertida en energía.

Energia Biomasa

ENERGÍA BIOMASA

Para la mayoría de la población mundial, las formas más familiares de energía renovable son las que provienen del sol y del viento. Sin embargo existen otras fuentes de biomasa, como leña, carbón de leño, cascarilla de arroz, que proveen un alto porcentaje de la energía consumida en el mundo y tienen potencial para suplir mayores volúmenes.

El término biomasa se refiere a toda la materia orgánica que proviene de árboles, plantas y desechos de animales que pueden ser convertidos en energía; o las provenientes de la agricultura (residuos de maíz, café, arroz, macadamia), del aserradero (podas, ramas, aserrín, cortezas) y de los residuos urbanos (aguas negras, basura orgánica y otros). Esta es la fuente de energía renovable más antigua conocida por el ser humano, pues ha sido usada desde que nuestros ancestros descubrieron el secreto del fuego, desde la prehistoria, la forma más común de utilizar la energía de la biomasa ha sido por medio de la combustión directa: quemándola en hogueras a cielo abierto, en hornos y cocinas artesanales e, incluso, en calderas; convirtiéndola en calor para suplir las necesidades de calefacción, cocción de alimentos, producción de vapor y generación de electricidad.

Los avances tecnológicos han permitido el desarrollo de procesos más eficientes y limpios para la conversión de biomasa en energía; transformándola, por ejemplo, en combustibles líquidos o gaseosos, los cuáles son más convenientes y eficientes. Así aparte de la combustión directa, se pueden distinguir otros dos tipos de procesos: el termo-químico y el bio-químico.  Las fuentes más importantes de biomasa son los campos forestales y agrícolas pues en ellos se producen residuos (rastrojos) que normalmente son dejados en el campo al consumirse sólo un bajo porcentaje de ellos con fines energéticos. En la agroindustria, los procesos de secado de granos generan subproductos que son usados para generación de calor en sistemas de combustión directa; tal es el caso del bagazo de caña de azúcar, la cascarilla de café y la de arroz. Por otro lado, los centros urbanos generan grandes cantidades de basura compuestas en gran parte, por materia orgánica que puede ser convertida en energía, después de procesarla adecuadamente, Se considera que la biomasa es una fuente renovable de energía porque su valor proviene del Sol. A través del proceso de fotosíntesis, la clorofila de las plantas captura su energía, y convierte el dióxido de carbono (CO2) del aire y el agua del suelo en carbohidratos, para formar la materia orgánica. Cuando estos carbohidratos se queman, regresan a su forma de dióxido de carbono y agua, liberando la energía que contienen. En la figura 3 se muestran los contenidos de carbono en la biomasa existente en un bosque primario. De esta forma, la biomasa funciona como una especie de batería que almacena la energía solar. Entonces, se produce en forma sostenida o sea - en el mismo nivel en que se consume – esa batería durará indefinidamente.

Los residuos agrícolas, como la leña y el carbón vegetal, han sido usados en procesos tradicionales en los países en vías de desarrollo y a usos primarios en pequeña escala; por ejemplo, la cocción de alimentos o las pequeñas actividades productivas como panaderías, caleras, secado de granos, etc.

Biomasa, abreviatura de masa biológica, cantidad de materia viva producida en un área determinada de la superficie terrestre, o por organismos de un tipo específico. Este término es utilizado con mayor frecuencia para referirse a la energía de biomasa, es decir, al combustible energético que se obtiene directa o indirectamente de recursos biológicos.

La energía de biomasa que procede de la madera, residuos agrícolas y estiércol, continúa siendo la fuente principal de energía de las zonas en desarrollo. En algunos casos también es el recurso económico más importante, como en Brasil, donde la caña de azúcar se transforma en etanol, y en la provincia de Sichuan, en China, donde se obtiene gas a partir de estiércol. Los combustibles derivados de la biomasa abarcan varias formas diferentes, entre ellas los combustibles de alcohol, el estiércol y la leña. La leña y el estiércol siguen siendo combustibles importantes en algunos países en vías de desarrollo, y los elevados precios del petróleo han hecho que los países industrializados vuelvan a interesarse por la leña. Los científicos están dedicando cada vez más atención a la explotación de plantas energéticas, aunque existe cierta preocupación de que si se recurre a gran escala a la agricultura para obtener energía podrían subir los precios de los alimentos.

La principal limitante para este tipo de plantaciones está en la escala, pues se requieren grandes extensiones de tierra para lograr una producción de energía rentable. Por esta razón, son factibles cuando se desarrollan con algún tipo de producción agrícola paralela, como por ejemplo, el maíz, la caña de azúcar y la palma de aceite

El bosque protector. Biomasa forestal