Práctica Evaluación de Recursos

EJEMPLO PRCTICO: EVALUACIN DE RECURSOS ENERGTICOS

DE BIOMASA

FERNANDO SEBASTIN JAVIER ROYO

Ejercicio prctico: Evaluacin de recursos

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0. OBJETIVO DE LA PRCTICA Ofrecer una visin global de la metodologa a seguir para la cuantificacin de distintos tipos de recursos de biomasa. Para ello, se definir un escenario hipottico de actuacin (zona de estudio), en el que se evaluarn los recursos de biomasa disponibles. 1. POR QU SE EVALAN PREVIAMENTE LOS RECURSOS DE BIOMASA? Si se pretende que la energa proveniente de la biomasa sea realmente renovable, su utilizacin ha de ir precedida de una estricta evaluacin de los recursos que realmente se pueden extraer de los centros de produccin, sin perturbar de forma irreversible la disponibilidad de stos. No tener en cuenta este concepto previo en su utilizacin, puede anular las supuestas ventajas ambientales asociadas a su uso, pudiendo provocar deforestacin de zonas boscosas, la extraccin de recursos de biomasa en hbitat de gran valor ecolgico, etc. 2. DEFINICIN DE LA ZONA DE ESTUDIO Se evaluar la biomasa disponible en un radio de 50 km alrededor de una determinada localidad de la provincia de Huesca. La zona elegida para la evaluacin de recursos de biomasa ha sido objeto de uno de los mayores esfuerzos de repoblacin forestal que se conocen en el mbito nacional (Huesca es la tercera provincia de Espaa con ms superficie forestal repoblada artificialmente). Estas repoblaciones masivas estuvieron motivadas tanto por la necesidad de proteger el fondo de los pantanos construidos en las dcadas de los 50 y 60 de la acumulacin de materiales, como para frenar la creciente degradacin ecolgica de los valles y sierras (prdida de suelo, deforestacin de pendientes, etc.). 3. CARACTERIZACIN Y EVALUACIN DE RECURSOS DE BIOMASA. Se describen a continuacin los distintos tipos de recursos de biomasa que se pueden encontrar en la zona de estudio. 3.1. RESIDUOS AGRCOLAS. Los residuos agrcolas estn integrados por las leas procedentes de las podas de frutales, las pajas, y otros restos generados en el cosechado de los cultivos herbceos. Se caracterizan por su marcada estacionalidad, ya que slo se producen en un perodo del ao (e incluso no todos los aos). Se deben retirar durante la cosecha o con la mayor brevedad posible para no interferir otras tareas agrcolas y evitar la propagacin de plagas o incendios, por lo que se acorta su posible periodo de utilizacin. 3.2. RESIDUOS FORESTALES. Se entiende por residuo forestal, en sentido estricto, los restos del rbol (ramas, rabern, hojas y fustes defectuosos no extrados en el aprovechamiento industrial) que quedan sobre la superficie del monte despus del aprovechamiento maderable, claras y clareos, o como consecuencia de la construccin de caminos. La acumulacin de estos residuos, producen efectos indeseables sobre el desarrollo del bosque ya que perjudica la regeneracin natural, dificulta la reforestacin artificial, impide el crecimiento del arbolado y rebaja su calidad, encarece todas las operaciones selvcolas, aumenta el peligro de


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plagas, deteriora el estado de las cuencas torrenciales, obstaculiza los movimientos por el bosque, disminuye la capacidad del aprovechamiento ganadero, reduce el hbitat de la fauna silvestre, perjudica la esttica, disminuye la capacidad de acogida recreativa y, sobre todo, aumenta enormemente el peligro de incendio.

3.2.1. Biomasa Forestal proveniente de claras y clareos.

Los clareos son tratamientos selvcolas consistentes en la corta de los pies defectuosos o no deseados en un monte bravo o latizal bajo con el fin de regular la calidad de una masa desde tempranas edades, mientras que las claras son cuidados culturales que consisten en la extraccin en los estados de latizal y fustal de los pies sobrantes para estimular el desarrollo de las masas, es decir, las claras y clareos son cortas que se realizan en la fase juvenil de las masas con la doble finalidad de:

Mejorar la masa que queda en pie. Obtener productos forestales.

3.2.2. Biomasa Forestal proveniente de cortas finales. Como tales se entienden aquellos producidos en las cortas finales de pies de mayor porte (ramas, rabern y hojas), cuya madera se destina normalmente a carpintera y a industrias de aserro, donde interesan maderas de calidad que permitan sacar piezas de buen tamao. Estas se pueden dar en dos tipos de masas:

Masas irregulares de las que se extraen los pies de mayor grosor.

Masas de repoblado que hayan alcanzado su turno de corta (100 aos para P.pinaster, 100 -120 para P.sylvestris dependiendo de la calidad de la estacin, 120 para P.nigra, y 100 para P.halepensis). En este caso, se acta por medio de claras sucesivas, o aplicando el mtodo de las cortas a hecho (ste ltimo cada vez menos usado por las crticas vecinales que provoca, y por la necesidad de acotar la zona al ganado una vez realiza la actuacin).

4. METODOLOGA PARA LA EVALUACIN DE LOS RECURSOS DE BIOMASA 4.1. DETERMINACIN DE LAS SUPERFICIES AGRCOLAS EN LAS QUE ES POSIBLE EL APROVECHAMIENTO ENERGTICO DE LOS RESIDUOS QUE GENERAN Y LA SUPERFICIE FORESTAL EN QUE SE DEBERAN EFECTUAR TRATAMIENTOS SELVCOLAS (SUPERFICIE TIL). Tras un minucioso estudio de distintas informaciones disponibles y despus de discriminar las superficies que por distintos motivos no van a poder proveer biomasa en condiciones adecuadas (superficies forestales con ms de un 50% de pendiente, superficies agrcolas de barbecho, minifundios alejados poco interesantes, etc.), se obtienen los siguientes resultados:


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SUPERFICIE AGRCOLA EXISTENTE EN EL RADIO DE ESTUDIO Cultivo Superficie total

[ha] Superficie discriminada

[ha] Superficie til

[ha] Cereales 43.056 0 43.056 Melocotn 3.654 34 3.620 Olivo 1.099 12 1.087 Almendro 453 98 355 Otros frutales 398 15 383 Vid 5.987 0 5.987

SUPERFICIE FORESTAL EXISTENTE EN EL RADIO DE ESTUDIO (en la que se puede o debe efectuar tratamiento selvcola)

Especie forestal Superficie total [ha]

Superficie discriminada [ha]

Superficie til [ha]

P. halepensis 23.000 2.500 20.500 P. nigra 15.500 4.500 11.000

4.2. ESTIMACIN DE LA PRODUCTIVIDAD DE RECURSOS EN LAS SUPERFICIES (Determinacin de ratios residuo/producto). Para poder llevar a cabo esta actividad se realizaron previamente mediciones de campo para poder estimar de la forma ms precisa posible la biomasa que se podra extraer de cada uno de los centros de produccin. Estas mediciones de campo han de ser representativas de los distintos tipos de masa forestales, cultivos frutales o de cereales de la zona de estudio. Se tuvieron en cuenta las tcnicas ms usuales de extraccin y recoleccin de biomasa y se estudiarn nuevos escenarios con maquinaria especializada que permita la optimizacin de estos procesos. A continuacin se muestran los resultados obtenidos. Para efectuar los clculos se tomar el menor valor de produccin de residuos (de entre los que aparecen en negrita) para estar del lado de la seguridad. Todas las humedades estn expresadas en base hmeda.

4.2.1. Residuos agrcolas.

Poda de la vid La poda de la vid se realiza anualmente durante los meses de invierno (perodo entre diciembre y marzo). Se han obtenido datos de tres fuentes diferentes de la cantidad de sarmientos por hectrea que se obtienen en las podas. Contrastando la informacin obtenida en la Estacin de Enologa y Viticultura de Movera y los valores que aparecen en el estudio sobre "Aprovechamiento energtico de residuos de vid en la comarca de Somontano de Barbastro", la cantidad de restos de poda se obtiene aplicando los siguientes valores, 1.200 kg/ha para las vias de secano y 1.600 kg/ha para las de regado. En las consultas realizadas a los agricultores se obtuvo que por cepa se podan obtener de 1-1,5 kg de sarmientos. El marco de plantacin de la vid en Aragn es aproximadamente 2.000 plantas por hectrea, lo que supondra obtener de 2.000 a 3.000 kg de lea por hectrea. En estudios realizados por el IER en 1987 se dan producciones de 0.8 y 1 kg/cepa y ao, lo que supondra en Aragn producciones de entre 1.600 y 2.000 kg/ha y ao. De todos los valores se usarn los primeros por estar basados en mediciones realizadas en campos aragoneses y ser los valores ms pequeos, lo que implica estar del lado de la seguridad. Nada ms efectuarse la poda, el contenido en humedad de los sarmientos est prximo al 40% en base hmeda, tras el secado natural de estos residuos se reduce a valores comprendidos entre el 10


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y el 20%. A ese contenido de humedad, 20%, la produccin de biomasa por hectrea sera de 1.200 kg/ha y ao (todo en secano). Poda del olivo

La intensidad de la poda depende de la edad del pie. sta se realiza entre Marzo y Abril. El marco de plantacin del olivo oscila entre los 70 y los 100 pies por hectrea. Por cada rbol se pueden obtener entre 5 y 35 kg de lea, dependiendo de la edad de la plantacin y del tipo de poda que se le aplique (algunos estudios mencionan incluso 9 kg de ramas gruesas y 24 de ramillas finas por poda y rbol), por lo que como cifra media podran tomarse 1.800-2.200 kg de leas por hectrea y poda, aunque en algunos casos se han llegado a obtener ms de tres toneladas de lea por ha y ao. Tambin hay que tener en cuenta que no siempre se realizan las podas en el olivo. Para los clculos se ha supuesto que se realizan podas cada dos aos y que se obtienen 2000 kg de lea por hectrea. Nada ms efectuarse la poda, el contenido en humedad de las leas de olivo est prximo al 30%, tras el secado natural de estos residuos se reduce esta a humedad a valores comprendidos entre el 10 y el 20%. La produccin media de leas por hectrea a 20% humedad en base hmeda es de 900 kg/ha y ao, valor a utilizar en los clculos. Poda del melocotonero

Es una de las especies frutales a la que se le realizan podas ms intensas pues es un rbol tpico de regado en el que el fruto nace en yemas nuevas, por lo que todos los aos debe ser podado. La poda del melocotonero se lleva a cabo en invierno, durante los meses de Enero y Febrero. Se plantan entre 300-400 melocotoneros por hectrea siguiendo el denominado sistema semiextensivo (marco de plantacin 6x5). Se pueden obtener entre 4 y 10 kg de lea por rbol por lo que se generaran entre 1.200 y 4.000 kg de lea por hectrea. Nada ms efectuarse la poda, el contenido en humedad de las leas del melocotonero est prximo al 35% en base hmeda. Poda del Almendro

La poda del almendro se realiza anualmente en el perodo que va desde Noviembre a Febrero. Los cinco primeros aos son objeto de podas fuertes, pero despus son sometidos a podas ms ligeras que otras especies de hueso. Es una especie de secano por lo que el crecimiento es menor que en el caso del melocotonero. El marco de plantacin medio es de 6x6, por lo que la densidad media es de 250-350 pies/ha. En estudios realizados en 1987 por el Instituto de Energas Renovables (IER) se estiman producciones de 0,5 kg/pie y ao, lo que supondra producciones en Aragn de entre 150 y 200 kg/ha y ao. Segn una estimacin de la Seccin de Fruticultura del Servicio de Investigacin Agroalimentaria de la D.G.A., las leas obtenidas son una dcima parte de las que se obtienen para el melocotonero, 100-400 kg/ha y ao. El IDAE ha realizado mediciones en plantaciones de almendro de secano en la Comunidad Autnoma de Murcia obteniendo una media de 300-325 kg/ha y ao. Por ser experimental, se emplear este ltimo valor. Nada ms efectuarse la poda, el contenido en humedad de las leas de almendro est prximo al 30% en base hmeda. Poda del resto de los frutales

Se consideran en este apartado especies como el peral, manzano, cerezo, etc., muy abundantes en la zona de estudio. Segn una estimacin de la Seccin de Fruticultura del Servicio de Investigacin Agroalimentaria del Gobierno de la zona, para estos frutales y en la zona evaluada, las leas obtenidas son una dcima parte de las que se obtienen para el melocotonero, 100 a 400 kg/ha y ao. Segn estudios del IER, para frutales de hueso y pepita como los aqu considerados, se obtienen 2,5 kg de lea/pie y ao, lo que implicara mayores producciones de


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leas por hectrea que en el primer caso. Segn mediciones de campo efectuadas en la zona, la cantidad media de poda obtenida se encuentra entre 1.000 y 1.500 kg/ha y por ello se considerarn estos datos para efectuar el estudio. El contenido en humedad depende de la especie considerada; en los clculos se considerar que las producciones de recursos mencionados se tienen al 20% en base hmeda.

Residuos de cultivos herbceos

Entre los residuos de cultivos herbceos se considerarn tanto los procedentes de los cereales de invierno (trigo, cebada, avena y centeno), como los procedentes de los cereales de verano (maz y girasol). En muchas ocasiones, estos residuos se emplean en actividades ganaderas (piensos y camas), aunque muchas veces se queman en el lugar de origen. Como ya se ha mencionado, se caracterizan por su marcada estacionalidad y porque deben retirarse del campo para no interferir las siguientes labores agrcolas. Se han tomado las producciones medias de los ltimos diez aos de cada comarca incluida en la zona de estudio. Considerando una relacin 1:1 entre la cosecha obtenida y el residuo generado se obtiene que la produccin media de paja por hectrea de cereal es de 2.000 a 2.300 kg/ha y ao a un 10% de humedad.

4.2.2. Residuos forestales provenientes de claras. Para poder cuantificar de forma suficientemente precisa la biomasa a extraer de los bosques repoblados de la zona de estudio se distinguirn dos estratos forestales. Ambos estn conformados por masas forestales fruto de repoblaciones monoespecficas realizadas durante los aos 60-70, el primero de ellos con la especie Pinus halepensis (Estrato 1) y el segundo con Pinus nigra (Estrato 2). Segn los tcnicos forestales encargados de la gestin de los montes de la zona, estas masas han de recibir claras por lo bajo, eliminando los pies deformes, muertos o menos desarrollados. Tras llevar a cabo un muestreo de las masas incluidas dentro de la superficie considerada adecuada para proveer biomasa, se consiguieron los siguientes resultados medios: Estrato 1 (Pinus halepensis).

VALORES MEDIOS POR HECTREA Clase diamtrica 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Total/ha

N Pies/ha por clase 211 635 426 156 12 0 0 0 0 0 0 0 0 1440 rea basimtrica (G)

en m2 1,03 9,79 10,25 6,20 0,71 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 25,89

Altura (H) en m 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 - - - - - - - - - Volumen de fuste con

corteza (VCC) en m3/ha

9,36 24,99 25,80 18,59 8,79 0 0 0 0 0 0 0 0 87,53

ECUACIN DE CUBICACIN UTILIZADA (Segn IFN2):

VCC = 7,523 + 0,446 * (G*H) [Estrato 1]


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Estrato 2 (Pinus nigra)

VALORES MEDIOS POR HECTREA Clase diamtrica 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Total/ha

N Pies/ha por clase 134 432 536 245 123 78 53 31 12 0 0 0 0 1644 rea basimtrica (G)

en m2 0,59 5,30 12,89 9,74 7,31 6,47 5,85 4,40 1,95 0,0 0,0 0,0 0,0 54,50

Altura (H) en m 5 5 5 5 5 5 5 5 5 - - - - - Volumen de fuste con

corteza (VCC) en m3/ha

12,58 24,45 43,58 35,64 29,50 27,39 25,84 22,17 16,00 0,0 0,0 0,0 0,0 237,14

ECUACIN DE CUBICACIN UTILIZADA (Segn IFN2):

VCC = 11,088 + 0,504 * (G*H) [Estrato 2]

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

6 0 0

1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0

C la s e s d ia m tr ic a s

n d

e pi

es/h

a

0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

6 0 0

7 0 0

1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0

C la s e s d ia m tr ic a s

n d

e pi

es/h

a


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Cuantificacin de la biomasa forestal procedente de los tratamientos selvcolas

Para cuantificar la cantidad de biomasa que se podra extraer de estas repoblaciones se supondr que se apean uno de cada de tres pies de la masa, correspondindose dichos pies extrados a los de las clases diamtricas inferiores (Criterio de tratamiento que los Ingenieros de Montes aplican a las masas de la zona en estudio). Una vez calculado el VCC medio extrable y conociendo la densidad media de la madera de cada una de las especies dominantes en cada estrato,

Pinus halepensis 723 kg/m3 Pinus nigra 695 kg/m3

se puede determinar la cantidad de biomasa a extraer en peso (Se considerar que presenta un 45% de humedad). A partir de numerosas mediciones de campo se estima que la proporcin en peso de fuste frente a ramas y rabern es de 1:1, es decir, por cada kg de fuste se obtiene un kg de ramas y rabern, o lo que es lo mismo, se tiene la misma cantidad en peso de ramas y de rabern que de fuste. La rotacin de las claras en las masas forestales de la zona de estudio se establece en 20 aos, es decir, las masas forestales reciben de un tratamiento cada 20 aos, dato con el que se puede calcular la disponibilidad temporal de biomasa para la central.

4.2.3. Residuos forestales provenientes de cortas finales (o clareos maderables).

Consultando la memoria de aprovechamientos forestales de la zona en estudio se puede apreciar un continuo descenso de los metros cbicos de madera extrados. El volumen de cortas finales en un determinado territorio puede estar condicionado por numerosos factores adems de los netamente forestales, por lo que resulta complicado prever el volumen de los residuos que se generan en estas actividades. En todo caso, se propone utilizar un dato medio de los aprovechamientos de los ltimos diez aos.

Aprovechamientos finales en los trminos municipales incluidos en la zona en estudio

Ao Especie VCC (m3)

Ao Especie VCC (m3)

1996 P. halepensis 13.000 2001 P. halepensis 40.544 P. nigra 9.000 P. nigra 6.456




2000 P. halepensis 11.892 2005 P. halepensis 6.320 P. nigra 7.564 P. nigra 4.729 La densidad de las maderas es idntica a la del apartado anterior pero cambia la proporcin de peso de fuste frente a ramas y rabern. En este caso, la proporcin es 1:0,6 en peso, es decir, las ramas y el rabern pesan el 60% de lo que pesa el fuste (Se considerar que la biomasa presenta un 45% de humedad).


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Nota: en este caso slo se aprovecharan en la planta de energa las ramas y el rabern, productos no comercializables como madera de sierra, mientras que en un tratamiento selvcola se aprovecharan, adems de estos recursos, los fustes. 5. DETERMINACIN DEL PODER CALORFICO DE LOS RESIDUOS FORESTALES Y AGRCOLAS.

PRODUCTO PCS x = 0 (kJ/kg) %H (base seca)

Paja de cereal 17138 5,10 Melocotonero 19501 5,98 Olivo 18946 5,68 Almendro 19136 5,33 Vid 17765 5,93 Resto de Frutales 19000 6,00 Residuos forestales 20691 6,36

( )

+= xHxxkgkJSCPkgkJxICP 100*100%9*49.24

100100]/[%)0.(..]/%)[.(..


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6. RESULTADOS 6.1. Residuos de cereal y de frutales.

Tipo de residuo

Cantidad de biomasa por ha

y ao [t/haao]

Superficie til destinada a ese

cultivo en la zona analizada

[ha]

Cantidad de biomasa disponible

cada ao [t/ao]

Potencia trmica de la biomasa disponible

(base anual; 8.000 horas/ao)[MWt]

Paja de cereales Poda de melocotn Poda de olivo Poda de almendro Poda de otros frutales Poda de vid

TOTAL 6.2. Tratamientos selvcolas

Especie VCC a extraer [m3/ha]

Cantidad fuste a

extraer por ha

[t/ha]

Cantidad total de biomasa a

extraer por ha [t/ha]

Cantidad total de biomasa disponible cada ao [t/ao]

Potencia trmica de la biomasa disponible (base anual; 8.000 horas/ao)[MWt]

P. nigra P. halepensis

TOTAL 6.3. Residuos de corta de pies maderables.

Especie

VCC de fuste

extrado [m3/ao]

Cantidad fuste talado

[t/ao]

Cantidad total de biomasa a

extraer [t/ao]

Potencia trmica de la biomasa disponible (base anual; 8.000 horas/ao)[MWt]

P. nigra P. halepensis

TOTAL

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