La madera de desecho o selección forestal debe ser tratada para lograr un buen suministro energético. Veamos cómo

La superficie forestal total de Italia se ha triplicado en los últimos 80 años y, si consideramos plazos más restringidos , por ejemplo, de 2005 a 2015, sería fácil decir que el aumento fue de 53.000 hectáreas por año, en detrimento de pastos, tierras baldías en zonas montañosas y terrazas de colinas.

Si por un lado el aumento de la superficie forestal puede verse como un hecho positivo, por otro lado la disposición en zonas montañosas de la mayor parte de los recursos forestales, unido al progresivo despoblamiento de las mismas zonas, conduce a un problema de gestión y mantenimiento de los bosques.

La tala y limpieza selectiva de residuos de madera en zonas forestales sigue siendo una actividad importante y necesaria para la vida vegetal y para la reutilización de residuos, que se puede utilizar en muchos sectores, como el sector del mueble, en el que Italia es un actor importante.

Además, la cadena de suministro de productos madereros destinados a la producción de energía calorífica requeriría una mejor gestión de los bosques nacionales, pudiendo reducir las importaciones de madera destinada a estos fines desde el exterior.

En cuanto a la producción de elementos aptos para la combustión, podemos investigar qué procesos son necesarios para transformar un residuo de madera en un elemento apto para desarrollar energía térmica.

Davide Pettenella nos ayuda en este relato, quien estudió la cadena de suministro forestal italiana, con el objetivo de analizar la producción de biomasa leñosa para la producción de energía térmica.

Para liberar y utilizar la energía contenida en los materiales vegetales, existen diversas tecnologías de conversión disponibles: algunas de ellas son ahora aplicaciones fiables, económicas, cómodas y sencillas de usar, susceptibles de ser adquiridos tanto de forma individual como colectiva e industrial.

Otros, en cambio, aún se encuentran en fase de desarrollo, requieren estructuras de alta tecnología y dimensiones industriales. económico, aun cuando el desarrollo de este último dependa de un uso extensivo del recurso biomasa como función energética.

En el caso de la biomasa forestal, caracterizada, entre otras cosas, por contenidos de agua relativamente bajos, los procesos termoquímicos de conversión de energía ("proceso seco") se utilizan principalmente, mientras que los otros procesos se refieren particularmente a la biomasa agrícola, con un mayor contenido de humedad ("proceso húmedo").

La primera parte de este capítulo presentará los tratamientos necesarios para aumentar y estandarizar la calidad energética de los materiales de madera, mientras que la segunda parte describirá las tecnologías de conversión reales.

Técnicas de acondicionamiento

Los productos de madera potencialmente utilizables con fines energéticos se caracterizan por una extrema heterogeneidad en términos de composición, tamaño y forma: de hecho, pasamos de la madera desde polvo hasta aserrín, desde virutas hasta ramitas y troncos.

Al utilizarlos para la conversión de energía, requieren tratamientos que varían según las características físico-químicas que tenga el material y el tipo del sistema que los utiliza.

El objetivo de estas operaciones es obtener un combustible de mayor calidad energética y mayor facilidad de uso, lo que convierte a la dendro-energía en comparables posible a otros combustibles convencionales.

Secado y almacenamiento

Después de las fases de corte, preparación y talado, la madera no puede ser utilizada «convenientemente» debido al alto porcentaje de humedad ; esta puede asumir valores muy diferentes y, de media, en una planta forestal recién cortada ronda el 50%.

En estas condiciones, gran parte de la energía contenida en la madera se utilizaría para liberar el agua contenida, con evidentes pérdidas considerables en la eficiencia de conversión energética.

Una solución sencilla y económica para reducir el contenido de agua de la madera para quemar secado por transpiración (o biológico).

Consiste en un curado de la madera, cuya duración puede variar desde unos meses hasta más de un año, en relación con la tendencia climática estacional y el tipo de madera; éste, después del corte, suele almacenarse en el bosque, al borde de la carretera o cerca de los lugares de uso, al aire libre o resguardado.

Obviamente la pérdida de humedad provoca un aumento del poder calorífico de la madera, que alcanza su valor máximo con una humedad entre 12 y 15%. De hecho, un contenido de humedad demasiado bajo en la madera conduciría, en la mayoría de las instalaciones de combustión disponibles en la actualidad, a una combustión rápida y los humos serían rápidamente evacuados antes de liberar el calor.

Estos valores de humedad también corresponden a una mejor estabilidad del material. En realidad, la ganancia no es tan macroscópica, si consideramos que el peso de la madera disminuye durante el secado; de hecho, si, como debe ser, consideráramos la variación del poder calorífico sobre un mismo volumen, la ganancia en términos energéticos sería más limitada.

Por otro lado, también hay que tener en cuenta que el secado de la madera conduce a una mejor calidad de combustión, menor producción de humo y alquitrán, menor desgaste de el equipo y mayores rendimientos termodinámicos.

Astillamiento

Para homogeneizar la composición de los materiales de madera se utiliza el astillado, una operación mecánica que reduce surtidos leñosos de diferentes tamaños en pequeños copos (Chips, de ahí el nombre).

De esta forma se facilita considerablemente el manejo del material y el suministro de los sistemas.

La geometría de las virutas varía con las técnicas de corte, de hecho las dimensiones requeridas dependen del tipo de sistema y, sobre todo , de su sistema de potencia. Tienen una longitud que varía de 15 a 50 mm, un ancho igual a la mitad y un espesor igual a 1/5-1/10 de la longitud (generalmente las dimensiones son 40x20x3mm).

La geometría, el tamaño, la densidad son características importantes si las astillas se destinan a la industria de la madera; la homogeneidad, por otro lado, es el parámetro más importante para las astillas destinadas a la combustión.

La presencia de virutas de dimensiones irregulares suele provocar molestos bloqueos en los sistemas de alimentación de los sistemas automáticos.

La homogeneidad del material se puede obtener mediante el dimensionamiento a través de tamices. Un contenido de humedad de la madera superior al 40% puede causar problemas en el funcionamiento de la astilladora: después del corte, por lo tanto, es necesario estacionar el material en el sitio al borde de la carretera o en la plaza.

En cualquier caso, la humedad de la madera no debe ser inferior al 25%.

El almacenamiento de las astillas presenta problemas para el secado, ya que se pueden producir deterioros y pérdidas de material por procesos de respiración y fermentación microbiológica, la más intensa cuanto más profunda es la pila de almacenamiento, la humedad del combustible y la temperatura exterior (los mismos procesos de respiración y fermentación, por otro lado, al aumentar la temperatura y favorecer la evaporación del agua contenida en las astillas).

En el mercado italiano existen astilladoras de varias potencias hasta 15 MW, capaces de procesar madera de varios tamaños (con capacidades de trabajo que van desde unos pocos hasta unos algunas decenas de toneladas por hora), tanto autopropulsados como transportados por tractores agrícolas.

Los primeros son capaces de procesar madera de todo tipo de especies, hasta un diámetro de 30 cm. y tienen altos costes de inversión y explotación (el alquiler cuesta unos 150 euros la hora de funcionamiento), pero tienen la ventaja de una gran capacidad de trabajo y un bajo uso de mano de obra.

Las astilladoras montadas en los tres puntos del tractor tienen bajos costos de inversión y costos de operación relativamente bajos, pero requieren alimentación manual y ofrecen bajas capacidades de trabajo.

Se distinguen por el sistema de corte: este puede ser disco o tambor. El primero, generalmente utilizado en astilladoras de pequeña potencia, tiene el inconveniente de producir colas de astillado que bloquean el sinfín del sistema de alimentación de la caldera, pero por otro lado tiene costos de inversión razonables, facilidad de uso relativamente fácil mantenimiento, menores requerimientos de energía.

El segundo sistema de corte es más habitual en máquinas autopropulsadas de mayor potencia.

Densificación

En los diferentes niveles industriales de la cadena de suministro de madera, se producen cantidades significativas de residuos de madera de partículas pequeñas (virutas, aserrín, madera, etc.) que no se aprovechan fácilmente y en ocasiones plantean problemas de eliminación.

La densificación de estos materiales permite obtener combustible denso, en forma de cubos, pellets (pequeños cilindros de 8-10 mm de diámetro y 20-30 mm de longitud) y briquetas (en forma de pastilla de jabón o de cilindro con una longitud de entre 50 y 300 mm), que pueden utilizarse en el proceso de producción o venderse a otros usuarios .

Los productos densificados se caracterizan por una alta densidad energética, estabilidad y uniformidad de dimensiones, bajo porcentaje de humedad. En consecuencia, tienen menores costos de transporte y mayor facilidad de almacenamiento y uso, mejor control y mayor eficiencia de combustión.

La densidad de los productos densificados varía de 0,9 a 1,4 g/cm3, mientras que su humedad puede variar dentro de rangos muy amplios (generalmente del 5% al 10%).

El proceso de producción se divide en tres fases: almacenamiento y preparación del material, secado, densificación.

Inicialmente la madera se separa de las impurezas, se reduce a dimensiones más pequeñas y uniformes y se almacena en plataformas; desde aquí se transporta al interior de hornos de secado, donde la humedad se reduce a valores en torno al 10%.

Luego, el material se densifica por compresión (tornillo o prensa de pistón) o extrusión.

Las máquinas que trabajan por extrusión calientan el material provocando, tras el enfriamiento, la formación de una película protectora de lignina que se opone al retorno de la humedad.

La calidad del producto y el coste energético requerido (en promedio el 20% de la energía contenida en el material a densificar) dependen de la características físico-químicas de la materia prima y el tipo de proceso utilizado.

Otras técnicas de condicionamiento

Entre los productos acondicionadores cabe mencionar la madera tostada, (una forma de energía intermedia entre la madera y el carbón, con un poder calorífico superior a 5000 kcal/h, obtenido mediante el tratamiento de la madera a temperaturas de unos 300 grados, más estable y más homogénea que el material de partida y que crea menos problemas de almacenamiento y transporte) y la mezcla serrín-combustible.

El uso de estos productos responde, sin embargo, más a la necesidad de eliminación de residuos de procesamiento que a la necesidad de valorización energética.

Traducción automática. Nos disculpamos por cualquier inexactitud. Artículo original en italiano.