Estudi tècnic-econòmic sobre la biomassa d’origen forestal i els seus aprofitaments energètics a Catalunya

En el següent TPT s’ha elaborat una actualització temàtica de la situació de la biomassa forestal a Catalunya, amb l’explicació dels principals esdeveniments que s’han donat lloc a Catalunya l’any 2013. També s’ha dut a terme un estudi de casos on s’ha optat per l’ús de la biomassa forestal com a combustible per la generació de calefacció i aigua calenta sanitària. Finalment el treball conclou amb una simulació del consum energètic demandat per un habitatge unifamiliar i per un hotel, amb els diferents combustibles com a variables.

Eliminació autotròfica de nitrogen en una pila biològica (microbial fuel cells )

L’aigua i l’energia formen un binomi indissociable. En relació al cicle de l’aigua, des de fa varies dècades s’han desenvolupat diferents formes per recuperar part de l’energia relacionada amb l’aigua, per exemple a partir de centrals hidroelèctriques. No obstant, l’ús d’aquesta aigua també porta associat un gran consum energètic, relacionat sobretot amb el transport, la distribució, la depuració, etc... La depuració d’aigües residuals porta associada una elevada demanda energètica (Obis et al.,2009). En termes energètics, tot i que la despesa elèctrica d’una EDAR varia en funció de diferents paràmetres com la configuració i la capacitat de la planta, la càrrega a tractar, etc... es podria considerar que el rati mig seria d’ aproximadament 0.5 KWh•m-3.Els principals costos d’explotació estan relacionats tant amb la gestió de fangs (28%) com amb el consum elèctric (25%) (50% tractament biològic). Tot i que moltes investigacions relacionades amb el tractament d’aigua residual estan encaminades en disminuir els costos d’operació, des de fa poques dècades s’està investigant la viabilitat de que l’aigua residual fins i tot sigui una font d’energia, canviant la perspectiva, i començant a veure l’aigua residual no com a una problemàtica sinó com a un recurs. Concretament s’estima que l’aigua domèstica conté 9.3 vegades més energia que la necessària per el seu tractament mitjançant processos aerobis (Shizas et al., 2004). Un dels processos més desenvolupats relacionats amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica és la digestió anaeròbia. No obstant, aquesta tecnologia permet el tractament d’altes càrregues de matèria orgànica generant un efluent ric en nitrogen que s’haurà de tractar amb altres tecnologies. Per altre banda, recentment s’està investigant una nova tecnologia relacionada amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica: les piles biològiques (microbial fuel cells, MFC). Aquesta tecnologia permet obtenir directament energia elèctrica a partir de la degradació de substrats biodegradables (Rabaey et al., 2005). Les piles biològiques, més conegudes com a Microbial Fuel Cells (acrònim en anglès, MFC), són una emergent tecnologia que està centrant moltes mirades en el camp de l’ investigació, i que es basa en la producció d’energia elèctrica a partir de substrats biodegradables presents en l’aigua residual (Logan., 2008). Els fonaments de les piles biològiques és molt semblant al funcionament d’una pila Daniell, en la qual es separa en dos compartiments la reacció d’oxidació (compartiment anòdic) i la de reducció (compartiment catòdic) amb l’objectiu de generar un determinat corrent elèctric. En aquest estudi, bàsicament es mostra la posada en marxa d'una pila biològica per a l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals.

Efectos de la aplicación de cenizas de caldera de biomasa en el modelo jerárquico de agregación de un suelo forestal bajo condiciones oceánicas

Se ha estudiado los efectos que tiene la aplicación de cenizas de caldera de biomasa, en el modelo jerárquico de agregación (Tisdall y Oades, 1982) y en la estabilización del C orgánico en un suelo forestal situado en la zona templada del País Vasco. Para ello, se aplicaron 3 tratamientos con diferentes dosis de ceniza en muestras de suelo tamizadas a 250 μm procedentes de un huerto semillero de pinus radiata. Estas muestras fueron incubadas durante 3 meses y fraccionadas los días 29, 44, 64, 78 y 92 con la intención de separar los macroagregados grandes (LMagg), de los macroagregados pequeños (Magg), microagregados (magg), limos (silt) y arcillas (clay). Todas las fracciones fueron analizadas para determinar su contenido en C orgánico. Los resultados mostraron que con la aplicación de cenizas, el modelo jerárquico de agregación de suelo se cumple para las fracciones LMagg, Magg y magg, pero no para la fracción silt. Además se ha observado que las cenizas promueven la formación de microagregados aumentado así la capacidad de secuestro de C del suelo, pero en cambio disminuye la proporción de macroagregados, hecho que podría acarrear una disminución en la calidad estructural del suelo.

Avaluació de l'aprofitament energètic de la biomassa forestal del Parc de Collserola

En aquest treball se sintetitzen els resultats més destacats del projecte de final de carrera de la llicenciatura de Ciències Ambientals sobre l’aprofitament de la biomassa forestal al Parc de Collserola (PCo), realitzat a la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB). L’objectiu principal és determinar la disponibilitat de biomassa forestal susceptible a ser extreta del PCo a fi d’aprofitar-la per a l’obtenció d’energia. Els principals factors analitzats són: la producció anual per cada espècie, les limitacions que marquen l’explotació i la tecnologia aplicable per a l’aprofitament en tres possibles escenaris. La proposta d’explotació sostenible dels boscos del PCo s’efectua sobre les espècies de Pinus halepensis, Quercus ilex i Quercus cerrioides, que presenten una producció major de biomassa susceptible a ser aprofitada, 5.500, 4.000 i 300 t psa1/any, respectivament. Per tant, la biomassa extraïble de forma sostenible al PCo s’estima en aproximadament 9.700 tones/any. L’estudi de l’aprofitament forestal està marcat per limitacions d’extracció, tals com les limitacions silvícoles (zones amb una cobertura arbòria igual o superior al 70% i un pendent igual o inferior al 60%) i d’accessibilitat (franges de 25 metres a banda i banda de les vies forestals). Amb la quantitat de biomassa extraïble es poden establir diferents escenaris d’aplicació energètica, mitjançant la seva combustió en calderes amb diverses potències de funcionament. Des del nivell domèstic (calderes domèstiques) fins al d’una gran planta (cogeneració), passant per l’aplicació en un barri residencial (District Heating). D’aquesta manera s’obté energia tèrmica, per calefacció, o elèctrica, aplicable a residències individuals, a barris residencials o a polígons industrials. S’ha escollit l’escenari de District Heating com el més viable, ja que és el que més avantatges presenta dintre del context del parc i un ventall de possibilitats d’aplicació més elevat. Per determinar-ne la viabilitat, s’han integrat diversos aspectes: tecnològics (eficiència, producció energètica, tipus de combustible i requeriment de biomassa), ambientals (impactes generats), socials (percepció dels usuaris) i econòmics (llocs de treball generats i viabilitat econòmica).

Avaluació de la biomassa forestal disponible del Parc Natural de l'Alt Pirineu per a l'obtenció d'energia calorífica

Al present article s’han sintetitzat els resultats principals del projecte. S’avalua la biomassa forestal disponible al Parc Natural de l’Alt Pirineu, a partir d’un conjunt de mètodes d’estimació que pretenen veure la diferència de biomassa disponible segons una sèrie de restriccions que es tenen en compte en cada cas. L’estudi té com a objectiu principal l’estimació de la biomassa forestal aprofitable que és susceptible de ser utilitzada per a l’abastament de la demanda d’energia calorífica pels habitatges de la zona. S’ha realitzat per a tres àmbits d’estudi diferents: Parc Natural de l’Alt Pirineu (PNAP), Vall de Cardós i el municipi d’Esterri de Cardós. Per a cadascun d’ells s’ha analitzat la demanda total d’energia calorífica dels habitatges, així com les seves emissions en Kg de CO2 i l’energia obtinguda a partir de la biomassa disponible. Finalment, com a escenari d’aprofitament, s’ha proposat fer una substitució d’aquells habitatges que utilitzen gasoil per la biomassa, amb la finalitat de comprovar les reduccions en emissions de CO2 i en els costos econòmics que tindrien lloc.

Avaluació de l'aprofitament de biomassa disponible per a la producció d'energia calorífica al Parc Natural de l'Alt Pirineu

En aquest article es resumeixen els resultats més destacats del projecte dut a terme pel grup Projecte Biomassa. Aquest estudi té per objectiu l’avaluació de la viabilitat energètica, econòmica i ambiental de l’aprofitament de la biomassa forestal com a recurs energètic a les forests d’Arestui, Baiasca, Montenartró i Virós situades dins el Parc Natural de l’Alt Pirineu (PNAP). En el projecte s’ha fet una revisió dels Plans d’Ordenació Forestal (POF’s) de les esmentades forests per tal d’adequar-les als requeriments del PNAP i així obtenir resultats sobre el potencial de biomassa sosteniblement extraïble, sobre el seu potencial energètic i plantejar un escenari d’aprofitament a mode de cas pràctic. A més a més, s’han realitzat també un balanç socioeconòmic, un balanç d’emissions de CO2 i una avaluació d’impacte ambiental per tal de determinar la viabilitat de l’ús de biomassa al PNAP com a recurs energètic. Com a resultat final s’ha obtingut que el procés d’aprofitament de la biomassa per a la producció d’energia calorífica esdevé una opció de futur viable i positiva ja que la implantació del nou procés comporta beneficis a nivell social, econòmic i ambiental.

Durabilidade de compósito biomassa vegetal-cimento modificado por polímero

The durability of the cellulose-cement composites is a decisive factor to introduce such material in the market. Polymers have been used in concrete and mortar production to increase its durability. The goal of this work was the physical and mechanical characterization of cellulose-cement composites modified by a polymer and the subsequent durability evaluation. The work also evaluated the dispersion of acrylic polymer in composites made of Pinus caribaea residues. The physical properties observed were water absorption by immersion and bulk density. Rupture modulus and toughness were determined by flexural test. The specimens were obtained from pads, produced by pressing and wet curing. Samples were subjected to accelerated aging tests by repeated wetting and drying cycles and hot-water bath and natural aging. The scanning electron microscopy (SEM) allowed verifying the fiber and composite characteristics along the time. For the composite range analyzed, it was observed the polymer improved the mechanical properties of composites besides a significant decreasing in water absorption. The use of polymer improved the performance of vegetable fiber-cement composites when compared to the conventional mortar, due to water absorption decreasing.

Ambientes de cultivo, recipientes e substratos na produção de biomassa foliar e radicular em mudas de maracujazeiro amarelo em Aquidauana - MS

The objective of the work was to evaluate the effects of environment, recipients, and substrate compositions in passion fruit (Passiflora edulis Sims f. flavicarpa Deg.) seedlings biomass production in Pantanal region from September to November of 2006. Experimental trials were conducted in four protected environments, in two types of containers and three different substrate compositions. The environments were: A1 (greenhouse covered with low-density, 150-microns-thick polyethylene film), A2 (monofilament black screened with mesh for 50% of shade), A3 (aluminized screened with mesh for 50% of shade) and A4 (environment covered with straw of native coconut palm); the recipients were: polyethylene bags (R1) (15 x 25 cm) and polystyrene trays (R2) (with 72 cells). There substrates were: S1 (soil + organic compost + vermiculite, 1:1: 1 v/v), S2 (soil + organic compost + sawdust, 1:1: 1 v/v) and S3 (soil + organic compost + vermiculite + sawdust, 1:1: 1/2: 1/2 v/v). The experimental design was completely randomized statistical analysis in split-split-plot, with fifteen replications. The treatments in the plot were environments, in the subplots were pots, and subsubplots were substrates (4 x 2 x 3 = 24 treatments). Fresh and dry mass of aerial and root system parts were evaluated. Environments with screen showed better results for seedlings of yellow passion fruit biomass in polyethylene bags. Polyethylene bags promoted higher biomasses. The substrate with vermiculite showed better results for both types of containers. The substrate with a higher percentage of sawdust showed the worst result.

Biomassa e energia

Biomass was the dominating source of energy for human activities until the middle 19th century, when coal, oil, gas and other energy sources became increasingly important but it still represents ca. 10% of the worldwide energy supply. The major part of biomass for energy is still "traditional biomass" used as wood and coal extracted from native forests and thus non-sustainable, used with low efficiency for cooking and home heating, causing pollution problems. This use is largely done in rural areas and it is usually not supported by trading activities. There is now a strong trend to the modernization of biomass use, especially making alcohol from sugar cane thus replacing gasoline, or biodiesel to replace Diesel oil, beyond the production of electricity and vegetable coal using wood from planted forests. As recently as in 2004, sustainable "modern biomass" represented 2% of worldwide energy consumption. This article discusses the perspectives of the "first" and "second" technology generations for liquid fuel production, as well as biomass gaseification to make electricity or syngas that is in turn used in the Fischer-Tropsch process.

Hidrólise Enzimática de Biomassa

Production of ethanol from biomass fermentation has gained much attention recently. Biomass cellulosic material is first converted into glucose either by chemical or by enzymatic process, and then glucose is fermented to ethanol. Considering the current scenario, where many efforts are devoted for the search of green routes to obtaining ethanol from renewable sources, this review presents the relationship between structure and properties of cellulosic material, pre-treatments and hydrolysis of cellulosic material, and structure and function of cellulase enzyme complex.

Efeitos da depleção de nitrogênio sobre a biomassa e produção lipídica lipídica de três espécies de microalgas fitoplânticas

O uso de lipídios obtidos a partir da biomassa de microalgas tem sido descrito como uma alternativa promissora para a indústria petro-diesel e envolve etapas como o cultivo de microalgas, separação da biomassa e extração de lipídios. Para viabilizar a produção em larga escala, é necessário selecionar as espécies mais produtivas, diminuir os custos de produção e determinar as condições ideais de cultivo. Os gêneros Chlorella, Desmodesmus e Ankistrodesmus apresentam características favoráveis à produção comercial, tendo sido então selecionada uma espécie de cada no presente trabalho. O objetivo do estudo foi avaliar diferentes condições de cultivo de Ankistrodesmus fusiformis, Chlorella vulgaris e Desmodesmus spinosus visando o aumento da produtividade em biomassa e lipídios totais. As algas foram identificadas e cultivadas em laboratório, em condições controladas de temperatura a 26ºC (±1), aeração por borbulhamento à pressão ambiente e luminosidade fornecida por lâmpadas fluorescentes, com intensidade de 47,25 μmol de fótons m-2.s-1 (3500 lux), fotoperiodo de 12h e pH 7, sob duas concentrações estressantes de nitrato de sódio (0,10 g/L e 0,05g/L). Os cultivos duraram em média 16 dias, sendo as curvas de crescimento construídas com dados de espectrofotometria óptica coletados a cada 48h, e a biomassa obtida ao final do cultivo por centrifugação e liofilização de cada unidade experimental. Para extração dos lipídios totais, foi utilizada a mistura de clorofórmio: metanol (1:2), segundo a metodologia de Bligh & Dyer (1959). Os tratamentos de estresse em D.spinosus resultaram em maior acúmulo lipídico, com aumento de até 149,7%, porém com drástica diminuição do crescimento e biomassa. Em C. vulgaris, nos tratamentos de estresse, verificou-se apenas ligeiro aumento do peso seco e teor de lipídios, não havendo diferença significativa entre os tratamentos e o controle. Da mesma forma, A.fusiformis não mostrou respostas significativas ao estresse pela redução de nitrato de sódio do meio, havendo ligeira diminuição do conteúdo lipídico e aumento do crescimento e biomassa. Com respostas diferentes para cada espécie estudada, evidencia-se a necessidade do conhecimento da fisiologia e autoecologia da cepa a ser cultivada em escala comercial visando à produção de ácidos graxos para fins de biodiesel.

Tensão térmica e taxa de reação em um reator para gaseificação de biomassa do tipo concorrente

A conversão da energia química da biomassa em outras formas de energia pode ser processada de diversas maneiras. Dentre essas, encontra-se a gaseificação, que utiliza reatores para conversão da biomassa em gás combustível. Para o dimensionamento de um gaseificador e seus constituintes, vários fatores devem ser levados em consideração, desde as características do combustível até as reais necessidades de energia térmica liberada. Especificamente no dimensionamento da grelha, alguns índices servem de referência, como a tensão térmica e a taxa de reação. Este trabalho teve como objetivos determinar a taxa de reação e a tensão térmica de uma grelha plana utilizada em um gaseificador bem como comparar os valores obtidos com aqueles recomendados para o dimensionamento de grelhas em fornalhas. Foi utilizado um gaseificador de biomassa de fluxo concorrente de pequena escala, ao qual foi acoplada uma câmara para combustão do gás produzido. O combustível utilizado foi toretes de eucalipto, em pedaços com diâmetro de 4 a 8 cm e comprimento de 10 a 20 cm. Conclui-se que os índices de taxa de reação e tensão térmica encontrados podem ser utilizados como parâmetros para o dimensionamento de grelhas de gaseificadores de leito fixo.

Biomassa microbiana e matéria orgânica em solo de Caatinga, cultivado com melão na Chapada do Apodi, Ceará

O uso contínuo, ao longo dos anos, do sistema convencional de preparo do solo pode alterar os atributos microbiológicos do solo, causando a redução da biomassa e da atividade microbiana. Diante do exposto, o objetivo deste trabalho foi avaliar, sob cultivo do melão (Cucumis melo L.), as alterações microbiológicas do solo, assim como as do teor de matéria orgânica, nas profundidades de 0 a 0,10, 0,10 a 0,20, 0,20 a 0,30 e 0,30 a 0,40 m, ao longo dos anos sob cultivo do melão, durante três, cinco e dez anos, em Cambissolo Háplico eutrófico, a fim de compará-los com os do solo da mata natural (Caatinga). As amostras foram coletadas, aleatoriamente, na Fazenda Melão Doçura, localizada no município de Quixeré, Ceará, e encaminhadas para o Laboratório de Análise de Solos, Água e Planta da UFERSA, Mossoró, Rio Grande do Norte. Determinaram-se os teores de matéria orgânica (MO), o de carbono da biomassa microbiana (CBM) e o quociente microbiano (qMIC). O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado (DIC), disposto em esquema fatorial 4 x 4 (Fator I, anos de cultivo; Fator II, causa de variação na profundidade), com três repetições. Os resultados mostraram que a matéria orgânica aumentou a partir dos cinco anos de cultivo do melão. O carbono da biomassa microbiana foi elevado nas camadas superficiais, independentemente do tempo de cultivo, por causa da maior disponibilidade da matéria orgânica, água e nutrientes, e o quociente microbiano diminuiu com o tempo, apresentando menor concentração no cultivo de dez anos do melão, discriminando as possíveis alterações decorrentes do uso agrícola do solo.

Fluxo de biomassa em capim-massai durante o estabelecimento e rebrotação com e sem adubação nitrogenada

A produção de biomassa em uma pastagem pode ser incrementada com o uso de fertilizantes, principalmente os nitrogenados. Diante disso, objetivou-se, com este trabalho, avaliar o fluxo de biomassa do capim-massai, durante o estabelecimento e a rebrotação, em casa de vegetação, sob cinco doses de nitrogênio (0; 150; 300; 450 e 600 mg de N dm-3 de solo), em delineamento inteiramente casualizado, com medidas repetidas no tempo, e cinco repetições. A taxa de alongamento foliar foi incrementada pelas doses de nitrogênio (N) e o crescimento de estabelecimento apresentou maior valor, em relação ao das rebrotações. A taxa de alongamento das hastes não foi influenciada pelas doses de N. O crescimento de estabelecimento apresentou maior valor para esta variável, em relação ao das rebrotações. A taxa de senescência foliar anterior não sofreu influência das doses de N, porém, foi alterada entre os ciclos de crescimento. O número de folhas vivas por perfilho foi superior, para as maiores doses e no estabelecimento, o inverso ocorrendo para o filocrono. A dose aplicada de 600 mg dm-3 de N proporcionou um incremento de 448%, na taxa de produção de forragem, e de 455%, na taxa de acúmulo de forragem, em relação àquelas do manejo sem N. A adubação nitrogenada proporciona respostas positivas nas variáveis do fluxo de biomassa do capim-massai.

Biomassa seca acumulada, partições e rendimento industrial da cana-de-açúcar irrigada no Semiárido brasileiro

Objetivou-se, com este trabalho, determinar parâmetros de crescimento e de rendimento da cana-de-açúcar cv. RB92579, sob regime de irrigação, no Semiárido brasileiro, visando a avaliar o desempenho desta cultura nas condições edafoclimáticas locais. Foram avaliados o acúmulo de biomassa seca e as suas respectivas partições, durante dois ciclos consecutivos de cana-de-açúcar (soca e ressoca), além dos indicadores de rendimento e de qualidade da cultura ao final do período experimental. Em ambos os ciclos, foram realizadas dez coletas de amostras para se determinar a biomassa seca de seis componentes estruturais dos perfilhos (folhas verdes, bainhas, parte emergente, pseudocolmos, folhas e bainhas mortas e colmo). A cana-de-açúcar apresentou elevado acúmulo de biomassa seca da parte aérea da planta, com valor médio de 6.493 g m-2 para os dois ciclos de cultivo. No início do seu crescimento, os fotoassimilados foram destinados prioritariamente às folhas verdes, bainhas, parte emergente e pseudocolmos. Em fase posterior de crescimento, os fotoassimilados passaram a ser utilizados na formação dos colmos. Os resultados obtidos foram muito semelhantes para os ciclos de soca e ressoca. Os modelos ajustados para descrever a evolução da biomassa seca e de suas respectivas partições apresentaram ajustes satisfatórios, em função dos dias após o corte. O elevado rendimento industrial (133,88 ± 40,84 t ha-1) e a alta concentração de sacarose por biomassa seca (0,34 ± 0,10 g g-1) proporcionaram valores elevados de produção de açúcar (17,75 ± 4,44 t ha-1) e de álcool (12,73 ± 3,23 t ha-1), indicando alto desempenho produtivo da RB92579 para a região.