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Bioenergía

El impulso que llega desde los cañamelares

La generación de electricidad y de biometano podrá duplicarse en los próximos años mediante el aprovechamiento de los residuos de la industria de azúcar y alcohol

Paja de la caña de azúcar: biomasa importante para la producción de energía

Léo Ramos Chaves

La energía que Brasil obtiene a partir del procesamiento de los residuos de la industria de azúcar y alcohol prácticamente podrá duplicarse para 2030. Datos aportados por la Unión de la Industria de la Caña de Azúcar (Unica) apuntan que la bioelectricidad generada en 2018 con base en el aprovechamiento del bagazo y de la paja de la caña de azúcar fue capaz de cubrir la demanda energética de 369 centrales productoras de esa industria y aun sobraron 21.500 gigavatios-hora (GWh) que se sumaron al Sistema Interconectado Nacional (SIN) para cubrir un 4% del consumo brasileño, lo que equivale al abastecimiento energético de 11,4 millones de hogares a lo largo del año.

En los próximos años habrá dos factores que confluirán para esa expansión energética. Uno de ellos surge de la nueva Política Nacional de Biocombustibles (RenovaBio), que promueve inversiones en la expansión de los combustibles provenientes de fuentes renovables y que entrará en vigencia en enero de 2020. El gerente de Bioelectricidad de Unica, Zilmar José de Souza, estima, con base en datos de la Empresa de Investigación Energética (EPE), vinculada al Ministerio de Minería y Energía, que el programa tiene potencial para elevar la oferta de etanol de los actuales 31 mil millones de litros anuales a 49 mil millones de litros y así, proveer una mayor cantidad de biomasa para la generación eléctrica, que podría llegar a 34 mil GWh en 2030 y sumarse al SIN.

Habrá otro impulso que provendrá de nuevas oportunidades de aprovechamiento energético de los residuos de la caña aún poco explotados: la vinaza, un subproducto líquido proveniente del proceso de destilación del etanol, y la cachaza o torta de filtro, un material sólido con alto nivel de humedad, fruto de la purificación del jugo de la cañamiel. Son dos sustancias con abundante carga orgánica que, por medio de biodigestión anaeróbica, un proceso de fermentación que ocurre en ausencia de oxígeno, pueden transformarse en biogás y en un líquido que potencialmente puede utilizarse como biofertilizante.

El biogás resultante de la biodigestión está compuesto por aproximadamente un 62% de metano (CH4), un 37% de dióxido de carbono (CO2) y un 1% de otros gases, según explica Julio Romano Meneghini, director científico del Centro de Investigaciones para la Innovación en Gas (RCGI) de la Universidad de São Paulo (USP). La combustión de ese biogás puede alimentar generadores de energía eléctrica.

La eliminación del CO2 mediante un proceso complementario de purificación genera biometano, que se ajusta a los estándares establecidos por la Agencia Nacional del Petróleo, Gas Natural y Biocombustibles (ANP) y que puede insertárselo en la red de gasoductos que abastece al mercado de gas natural. En este caso, algunas industrias pueden utilizarlo como insumo en reemplazo del gas natural vehicular (GNV), o bien, en caso de su adquisición por una central termoeléctrica, puede transformárselo en energía eléctrica. Otro uso del biometano consiste en su aprovechamiento en las propias centrales para abastecer a la flota de camiones y tractores, sustituyendo al gasoil. Algunas de las principales ensambladoras de automóviles y fabricantes de equipamientos agrícolas del país tienen programado el lanzamiento de vehículos pesados impulsados con gas natural.

En el mes de agosto, un Centro de Investigaciones en Ingeniería (CPE, en portugués) integrado por la FAPESP en colaboración con la empresa Shell, publicó un estudio, indicando que el aprovechamiento de la vinaza, de la paja y de la torta de filtro disponible actualmente en los 10 principales municipios productores paulistas de esta industria sería capaz de generar 3 mil millones de metros cúbicos normales (Nm3, una medida que expresa el flujo del gas) de biogás.

Según la coordinadora del trabajo, Suani Teixeira Coelho, investigadora del Instituto de Energía y Ambiente (IEE) de la USP, el biogás tendría potencial como para generar casi 32 mil GWh, lo que significa alrededor del 80% del consumo domiciliario de energía del estado de São Paulo, según datos del Balance Energético del Estado de São Paulo. O bien, si se lo transforma en biometano, podría aportar un 30% del consumo de gas natural.

La biodigestión de la vinaza
Cada litro de etanol producido genera 12 litros de vinaza. En la zafra 2018-2019 fueron más de 390 mil millones de litros de un efluente –residuo del proceso industrial– con alto potencial de contaminación de las napas freáticas con potasio y emisión de gases de efecto invernadero, tales como CO2, CH4 y óxido nitroso (N2H). En la actualidad, ese residuo se reaprovecha como biofertilizante en las plantaciones de cañamiel.

André Elia Neto, consultor ambiental y de recursos hídricos de la Unica, relata que desde hace décadas las centrales buscan una solución tendiente a lograr un mejor aprovechamiento de la vinaza. La generación de biogás en sistemas de biodigestión anaeróbica en lagunas cubiertas o en cilindros se testeó varias veces desde la década de 1980. “Los experimentos siempre mostraron buenos resultados técnicos, pero se discontinuaban por falta de factibilidad económica”, afirma.

Geo Energética Planta industrial de producción de biogás, biometano y energía eléctrica de Geo Energética en Tamboara (estado de Paraná)Geo Energética

Según Elia Neto, hoy en día hay un mayor interés de las centrales en la producción de bioenergía. “Existe una infraestructura mayor de gasoductos para absorber el biometano generado. El costo del gasoil es más alto que en las décadas anteriores, lo que estimula al industrial a invertir en una flotar de vehículos impulsada con gas natural. También existe una mayor presión de la sociedad para la adopción de prácticas ambientales adecuadas para el desechado de residuos, como en el caso de la vinaza”, explica el consultor ambiental de la Unica. La reutilización de este efluente como insumo para la elaboración de biometano podría reducir en más de un 90% las emisiones de gases de efecto invernadero liberados por la vinaza cuando ese residuo se desecha en el ambiente.

Otro estímulo al uso de la bioenergía surge de un nuevo sistema de biodigestión, que aúna la reutilización de la vinaza, la torta de filtro y la paja. Este proceso fue desarrollado por la compañía Geo Energética, del estado de Paraná, y prevé el uso de dos biodigestores, uno para la vinaza y otro para el resto de los residuos. Uno de los directivos socios de Geo Energética, Alessandro Gardemann, comenta que la vinaza presenta una carga orgánica irregular con una gran variación de la densidad energética entre una zafra y otra, lo que genera un proceso de biodigestión inconstante. Asimismo, es un insumo difícil de almacenar, debido a su enorme volumen, siendo menester que su proceso de biodigestión se inicie inmediatamente después de la molienda de la caña.

La paja y la torta de filtro o cachaza, a su vez, poseen una carga orgánica más uniforme y son residuos con un mayor contenido de sólidos, lo que permite su almacenamiento y envío programado al proceso de biodigestión durante el transcurso de todo el período entre las zafras. “La combinación de los residuos permite generar energía permanentemente durante todo el año”, dice Gardemann. La empresa de la cual es copropietario estableció el primer proceso en 2012 en la Cooperativa Agrícola Regional de Productores de Caña (Coopcana), en Tamboara, una localidad del noroeste del estado de Paraná, con capacidad para generar 4 MW de energía eléctrica. Al final de 2019, la planta de la cooperativa será ampliada para producir 10 MW.

Y hay otras dos iniciativas programadas para comnezar a operar el año que viene. Una de ellas en la central Bonfim, en Guariba (São Paulo), propiedad de la empresa Raízen, con una producción estimada en 138 mil MWh/año, luego de invertir 153 millones de reales. Y la otra, en la central Narandiba, de Presidente Prudente (São Paulo), perteneciente al grupo Cocal, con una inversión de 160 millones de reales. Esta unidad estará en condiciones de generar 67 mil m3 diarios de biometano, que se incorporarán a la red de distribución de GasBrasiliano, una empresa asociada en este proyecto. En una subasta reciente de adquisición de energía promovida por la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (Aneel), dos centrales térmicas alimentadas con biomasa consiguieron negociar la energía que generan, comprobándose así la competitividad de esa fuente energética.

Nuevas tecnologías
Según Meneghini, el mayor interés en el biometano promueve el estudio de tecnologías más eficientes para la purificación del metano, un proceso denominado upgrade del biogás. Una tecnología usual es el filtrado mediante membranas poliméricas. Dos proyectos en la RCGI exploran el potencial de nuevos materiales, tales como membranas cerámicas zeolíticas, elaboradas con un material poroso (aluminosilicatos) que evitan recurrir a la química en el proceso de intercambio catiónico (la neutralización de iones con carga positiva).

Otro proyecto consiste en el uso de membranas de nanoestructuras de carbono, tales como grafeno y nanotubos. El físico Caetano Rodrigues Miranda, del Instituto de Física de la USP, explica que las investigaciones con nanomembranas de carbono tienen como objetivo facilitar la separación de las moléculas de metano y dióxido de carbono, que presentan diámetros similares. Resulta difícil separarlas cuando pasan en alto flujo por las membranas poliméricas convencionales.

Souza, de la Unica, considera que el potencial de la bioenergía generada por los residuos de la caña de azúcar es voluminoso y significativo, pero la materialización de ese potencial depende en buena medida de la instrumentación de políticas públicas adecuadas. Una de las reivindicaciones que impulsa la industria de azúcar y alcohol apunta a que el Ministerio de Minería y Energía promueva un modelo de subasta para la compra de energía para el SIN que diferencie entre la oferta energética proveniente de la biomasa y aquella proveniente de fuentes fósiles, tales como el carbón y el gas natural. Este embate está planteado a nivel global, dado que la energía generada a partir de combustibles fósiles normalmente tiene un costo inferior al de aquella que se produce mediante el uso de biomasa. “No tenemos la misma escala de producción y competitividad en términos de costos, pero ofrecemos una fuente renovable con un impacto ambiental positivo”, subraya.

Los caminos de la bioenergía
Un estudio exhibe mapas inéditos del potencial de generación de biogás en el estado de São Paulo


El estudio intitulado “Biogás, biometano y potencia eléctrica en São Paulo”, dado a conocer en agosto por el Centro de Investigaciones para la Innovación en Gas (RCGI) de la USP y Shell, incluyó un conjunto inédito de mapas interactivos sobre el potencial de generación de biogás a partir del reciclado de residuos urbanos (basura) y agropecuarios en São Paulo, así como sus posibles conexiones con la red de distribución de gas natural en el estado.

En dicho trabajo se constató que el biogás obtenido con la totalidad de los residuos urbanos y agropecuarios sería capaz de generar 36.200 gigavatios-hora (GWh) de electricidad, el equivalente al 93% del consumo residencial paulista. El biogás purificado y transformado en biometano podría superar en 3.870 millones de metros cúbicos normales (Nm3) al volumen anual de gas natural comercializado, o bien reemplazar al 72% del gasoil que se vende en São Paulo.

En la actualidad, según los expertos, este potencial está escasamente aprovechado. La capacidad de generación eléctrica actual instalada en el país a partir del reciclado de residuos es solamente de 200 megavatios (MW), según datos de la Asociación Brasileña de Biogás (Abiogás). En Alemania, un país al cual se lo considera un referente en cuanto a la reutilización de sus residuos, la capacidad instalada es de 5 GW, y en toda Europa llega a 11 GW.

La coordinadora del estudio, Suani Coelho, considera que el bajo aprovechamiento de los residuos urbanos para la generación de bioelectricidad en Brasil es consecuencia de deficiencias en la recolección selectiva de la basura y de la pequeña cantidad de vertederos urbanos organizados. La escasa inversión en tratamiento de aguas residuales también reduce la oferta de un insumo adecuado para el biogás. En el campo, la actividad que dispone de una logística más perfeccionada para la reutilización de sus residuos es la industria de azúcar y alcohol, lo que convierte a este segmento en el de mayor potencial para la generación de bioenergía.

Los mapas del RCGI se elaboraron para ayudar a los inversores interesados en la generación y la distribución de biogás y biometano y también a los administradores públicos municipales y estaduales. El trabajo insumió tres años hasta su finalización. En ese período, se recabaron datos acerca de la generación de residuos de la cría de diversos ganados, de la producción agrícola y de aquellos provenientes de la basura urbana y del alcantarillado. Las informaciones fueron ordenadas según la fuente y el origen geográfico de los residuos, y se las complementó con datos al respecto de la ubicación de la red de gasoductos del estado de São Paulo.

Para elaborar los mapas se utilizaron datos del Instituto Brasileño de Geografía y Estadística (IBGE), de la Empresa de Investigación Energética (EPE), de Abiogás, de la consultora Datagro, del Centro Internacional de Energías Renovables (Cibiogás), de la Compañía de Saneamiento Básico del Estado de São Paulo (Sabesp) y de GasBrasiliano, empresa responsable de la distribución de gas natural canalizado en el noroeste paulista.

Proyecto
Brasil Research Center for Gas Innovation (nº 14/50279-4); Modalidad Programa de Centros de Investigaciones en Ingeniería; Convenio BG E&P Brasil (Grupo Shell); Investigador responsable Julio Romano Meneghini; Inversión R$ 22.780.682,05

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