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Capítulo 15 - Fuentes de energía renovable y no convencional

Pequeñas centrales hidroeléctricas
Energía solar
Energía eólica
Conflictos e interacciones entre los usos energéticos alternativos y otros sectores
Referencias

La crisis energética que comenzó en 1973 disminuyó la oferta de petróleo e incrementó su precio en forma exorbitante. La crisis obligó a los países en desarrollo a reducir o retrasar importantes programas de desarrollo para poder adquirir el petróleo que necesitan para mantener la marcha de sus economías. Se planteó la urgente necesidad de encontrar y desarrollar fuentes alternativas de energía, tales como otros combustibles fósiles (carbón, gas), energía nuclear o recursos energéticos renovables.

El carbón se encuentra mayormente en los países industrializados, constituyendo las reservas de América Latina y Africa menos del uno por ciento del total mundial, por lo que resulta improbable que esta parte del Tercer Mundo pueda utilizar grandes cantidades de carbón. La alternativa nuclear resulta inconveniente; el riesgo de accidentes, la disposición de desechos radiactivos, el terrorismo nuclear y la proliferación de armas nucleares son peligrosos de por sí, y hacen que esta forma de energía resulte demasiado costosa (Brown, et al. sin fecha). Más aún, la adquisición de energía nuclear del mundo industrializado produciría una mayor dependencia tecnológica y económica con respecto a los países desarrollados. Una alternativa más factible para el petróleo, el carbón y los reactores nucleares en los países en desarrollo es la utilización directa e indirecta de la energía solar, que es renovable, abundante, descentralizada y no contaminante.

Cada día, el sol envía a la tierra muchos miles de veces más energía que la que se obtiene de las demás fuentes (el equivalente de 200 veces la energía consumida por los Estados Unidos de América en un año). Esta energía puede captarse directamente como radiación, o - lo que es aún más importante - indirectamente en caídas de agua, vientos y plantas verdes. En particular, los países de los trópicos húmedos poseen enormes recursos de biomasa forestal, la cual convenientemente manejada, podría contribuir decididamente a solucionar sus problemas energéticos, así como proporcionar madera para otros usos. Asimismo, los países de los trópicos húmedos poseen abundantes recursos hídricos y elevados niveles de radiación solar, los que presentan posibilidades de generar energía eléctrica y térmica.

Teniendo en cuenta que la tecnología necesaria para el aprovechamiento de los recursos energéticos renovables es simple y relativamente económica, es importante desde un punto de vista estratégico que la planificación energética en los países del Tercer Mundo, particularmente los del trópico húmedo, se oriente al desarrollo de la alternativa solar, ya que ésta constituye una de las pocas oportunidades de alcanzar un desarrollo independiente de los países industrializados. Con este fin, la planificación energética deberá también estimular la conservación de la energía, y optimizar el uso de los subproductos y residuos orgánicos generados por las actividades económicas y domésticas.

El Balance Nacional de Energía (MINEMIM, 1979) estableció las principales premisas para el abastecimiento de recursos energéticos primarios convencionales para el Perú entre los años 1980 y 2000 (sin considerar la significativa introducción de recursos energéticos renovables y no convencionales):

- El Perú dispone de un gran potencial hidroeléctrico estimado en 48,000 MW técnicamente aprovechables, que se utiliza actualmente sólo en un 3 por ciento.

- A pesar de no haber sido significativa su producción en la década 1967-1977, el Perú posee reservas de carbón de más de 48 millones de toneladas métricas.

- Las reservas conocidas de petróleo y de gas natural no justifican las optimistas predicciones de que los hidrocarburos mantendrán su importancia actual como fuente de energía en la economía peruana (Cuadro 15-1).

- Como el petróleo representa actualmente la única materia prima que permite obtener combustibles y lubricantes, debería utilizarse para satisfacer el consumo interno y no exportarse.

- Se ha estimado que se producirá una brecha entre la oferta y la demanda de productos derivados del petróleo a partir de los años 1988-1989, después de los cuales para satisfacer las necesidades del consumo interno será necesario importar de 30 a 38 millones de barriles en 1990, de 55 a 60 millones en 1995, y de 100 a 105 millones de barriles en el año 2000.

- La leña y los residuos vegetales continuarán siendo los principales recursos combustibles para el abastecimiento de la mayor parte de la población rural.

- Considerando las proyecciones de la oferta y la demanda de electricidad (un aumento de 484 KWh/hab. en 1975 a 1 000 KWh/hab. en el año 2000), será necesario aumentar la capacidad actual de producción en 800 MW entre 1980 y 1985, en 560 MW entre 1985 y 1990, y en 2 300 MW entre 1990 y el año 2000.

Cuadro 15-1 PRODUCCION DE GAS NATURAL Y PETROLEO EN EL PERU

Años

Gas natural

Petróleo

Millones de m3/año

Millones barriles/año

1976

2 028

28

1980

1 294

78-80

1985

1 034

75-76

1990

693

40-41

2000

386

3

Al aplicarse estas premisas a la Selva Central, pueden hacerse las siguientes observaciones:

- El 88.5 por ciento del potencial hidroeléctrico se encuentra en la cuenca amazónica, particularmente en la Selva Central.

- Las grandes centrales hidroeléctricas que el Perú necesita construir para satisfacer la demanda proyectada, estarán ubicadas principalmente en la vertiente del Atlántico. Ello permitirá a la Selva Central exportar electricidad a las zonas metropolitanas de la Costa, aunque no impedirá que un gran número de colonos de la región experimenten escasez de energía.

- La Selva Central contiene depósitos de gas natural (14,073,000,000 m3 en Aguaytía), pero no dispone de reservas probadas de carbón.

- Es probable que el transporte de carbón a la región resulte costoso.

- Si bien en los dos últimos años se han detectado nuevas importantes reservas de petróleo, éstas no son de suficiente magnitud como para alterar las conclusiones del Balance Nacional de Energía. Por consiguiente, los planificadores del desarrollo de la Selva Central enfrentarán serias dificultades para el abastecimiento de hidrocarburos.

Los principales recursos energéticos de la Selva Central están constituidos por los cursos de agua y la biomasa, que son recursos renovables y cuyo aprovechamiento no requiere, en general, de tecnologías sofisticadas. Además, como la Selva Central está situada cerca del Ecuador, recibe grandes cantidades de radiación solar. El calor y la radiación favorecen un intenso ciclo de evapotranspiración/precipitación, lo cual genera la formación de nubes que proporcionan a los bosques tropicales su nombre. Esta combinación de lluvia, calor y radiación asegura una actividad fotosintética inusitada que potencialmente puede generar grandes cantidades de biomasa. Estas condiciones sugieren que el aprovechamiento de las fuentes de energía no convencional, como las caídas de agua, la energía almacenada en las plantas verdes, los residuos orgánicos, la radiación solar y el viento pueden constituir alternativas viables al empleo del petróleo, el gas o el carbón para la satisfacción de la demanda rural de energía en la Selva Central. Todos ellos son recursos que pueden aprovecharse utilizando las tecnologías disponibles en la actualidad, como las pequeñas centrales hidroeléctricas.

Pequeñas centrales hidroeléctricas

Si bien no es una tecnología novedosa, su amplia aplicación a pequeñas caídas y otros lugares similares sí lo es. Se adapta más al aprovechamiento de caídas altas con pequeños caudales, como ocurre en los valles altos de la Sierra y de la Ceja de Selva. Así, ELECTROPERU (1979) estima conservadoramente que por lo menos 1 000 000 de KW podrían generarse mediante pequeñas centrales hidroeléctricas con una producción de 100 a 1 000 KW cada una. La inversión necesaria para proveer este tipo de electricidad a 1 186 localidades aisladas del Perú es alta - aproximadamente US$1 500 por KW. El Programa de Inversión en Pequeñas Centrales Hidroeléctricas de ELECTROPERU para los años 1979-1985 ha contemplado la construcción de 14 plantas en las regiones de la Selva Alta y Baja, que insumirían el 25 por ciento de la inversión total en este tipo de centrales durante dicho período (Cuadro 15-2). Estas plantas se clasifican de acuerdo con su potencia y tamaño de la caída (Cuadro 15-3).

Cuadro 15-2 PROGRAMA DE INVERSIONES EN PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICAS 1979-1985 (Selva peruana)

Localidad

Ubicación

KW Potencia

Inversión total (miles US$)

Pedro Ruiz

Amazonas

230

-

Chincheros

Amazonas

60

-

Satipo

Junín

750

-

Mazamari

Junín

400

500

Pichanaki

Junín

500

400

Pozuzo

Pasco

110

300

Paucartambo

Cuzco

874

240

Quincemil

Cuzco

500

400

Lamas

San Martín

360

200

San José de Sisa

San Martín

257

200

Tabolosos

San Martín

400

300

Tres Unidos

San Martín

200

00

Luya

San Martín

-

250

Jumbiya

San Martín

-

200

TOTAL

3 190

Cuadro 15-3 CLASIFICACION DE LAS PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICAS SEGUN POTENCIA Y SALTO

Tipo de central

Nivel de potencia

Saltos pequeños

Saltos medianos

Saltos elevados

(KW)

(KW)

(KW)

(KW)

Microcentrales

5-50

1.5-15

15-50

50-150

Minicentrales

50-500

2-20

20-100

100-250

Pequeñas centrales

500-5,000

3-30

30-120

120-400

Otra ventaja de utilizar los recursos hídricos en las zonas altas de la Selva Central es que las obras hidráulicas pueden ser simples y generalmente no se requieren grandes construcciones, como represas. En caso de ser necesarias, debido a lo escarpado del terreno su área de influencia será menor que en las zonas bajas.

Otra posibilidad interesante es la utilización de generadores asíncronos (motores convencionales operados como generadores) para complementar las pequeñas centrales hidroeléctricas cuando aumenta la demanda. Estos grupos requieren menores costos iniciales, y presentan ventajas técnicas de operación. En las pequeñas centrales hidroeléctricas de las zonas bajas pueden utilizarse turbinas Kaplan o Michel-Banki de rodete largo para producir de 100 a 2 000 KW.

Otras posibilidades hidroenergéticas incluyen las ruedas hidráulicas que cuando no se dispone de energía eléctrica, pueden fácil y convenientemente generar energía mecánica para ciertas industrias de la Selva Central como molinos de granos, carpinterías y trapiches. Los arietes hidráulicos, que aprovechan la energía cinética del agua para elevar pequeñas cantidades de agua, mediante válvulas de presión regulable, pueden proporcionar agua para uso doméstico y para fines agrícolas en zonas ligeramente más elevadas que los cursos de agua adyacentes. Tales zonas generalmente son escogidas por colonos aislados para establecer sus viviendas en zonas más húmedas.

ENERGIA PROVENIENTE DE LA BIOMASA

Las posibilidades tecnológicas para el aprovechamiento de la energía almacenada en las plantas verdes y desechos orgánicos son numerosas.

Combustión Directa

La combustión de la leña, los residuos forestales y otros residuos celulósicos producidos por la industria rural y urbana, constituye el más antiguo proceso empleado por el hombre para proveerse de energía tanto para uso doméstico como industrial (Cuadro 15-4). La leña y los residuos agropecuarios (bagazo y estiércol) contribuyeron en 1976 con un 33.8 por ciento de la energía primaria consumida en el Perú. Esta energía no se utiliza comercialmente, sino se utiliza casi en su totalidad en las industrias domésticas y artesanales, en las que podría aprovecharse en forma más útil y eficiente transformándose primero en carbón vegetal, un combustible sólido seco de mayor poder calorífico (Cuadro 15-5). Ya sea como leña o como carbón, podría quemarse en las viviendas en hornos que pueden producirse en industrias locales o en hornos clásicos de hierro. Las pequeñas industrias pueden utilizar hornos de leña (cerámica, fabricación de ladrillos, materiales de construcción para panaderías, fundición y otras).

Las plantaciones forestales científicamente manejadas pueden producir anualmente alrededor de 70 estéreos por hectárea. Considerando una eficiencia de conversión térmica de un 70 por ciento, puede deducirse que una hectárea de plantación equivale a 45 x 106 Kcal/ha/año, o sea 28 barriles de petróleo al año. Si las 141 764 hectáreas aptas para la explotación forestal del valle del río Perené se destinaran a la producción de leña, la producción anual de energía equivaldría a unos 4 millones de barriles de petróleo (ONERN, 1967).

En la actualidad, sin embargo, la industria maderera en la Selva Central está orientada a la extracción de madera de rodales naturales para su empleo en la construcción y la producción de muebles y papel. La mayor parte de los desechos de aserradero (virutas, aserrín y trozos inservibles) son eliminados por combustión o arrojados a los ríos. Según datos de la ONERN y de la Subdirección de Estadística (Ministerio de Agricultura) entre los años 1974 y 1980 se aserró un total de 875 413 m3 de madera en la Selva Central, generando 257 224 m3 de desechos celulósicos (factor = 0.30). Es decir, se perdió el equivalente de 102 890 barriles de petróleo.

Cuadro 15-4 BALANCE NACIONAL DE ENERGIA Y PROYECCIONES HASTA EL AÑO 2000

Fuente energética

1976

1990

2000

%

Hipótesis autónomaa

Hipótesis
IIb

Hipótesis autónomaa

Hipótesis
IIb

Hidroenergía

5.90

6.8

8.0

7.3

8.7

Gas natural

5.50

4.6

4.5

4.6

4.5

Petróleo

54.40

63.0

53.1

67.1

55.0

Carbón

0.46

1.9

6.8

2.0

7.7

Bagazo

4.20

2.8

2.4

2.4

2.0

Leña

27.30

19.4

23.8

15.5

21.1

Estiércol

2.30

1.5

1.4

1.1

1.0

a. Hipótesis autónoma: Mantenimiento de las tendencias actuales.
b. Hipótesis II: 50% por ciento de la energía transportada a los centros urbanos y limitación del 25 % de la demanda del sector transporte sobre la demanda total de energía comercial.

Fuente: MINEMIM (1979).

Cuadro 15-5 PODER CALORIFICO DE SUSTANCIAS COMBUSTIBLES SELECCIONADAS

Sustancia combustible

Poder calorífico (Kcal/kg)

Parafina

10 400

Petróleo diesel

9 800

Carbón vegetal

7 100

Madera seca

4 700

Lignito

4 000

Madera (25-30% de humedad)

3 500

Fuente: CETEC, 1980.

Procesos de Termo-conversión

El fraccionamiento térmico de los componentes de la biomasa celulósica y de leña, en diferentes condiciones de oxidación, temperatura, presión y catálisis, da origen a un conjunto de procesos de conversión térmica. La madera se convierte más comúnmente en carbón, pasando por la producción de gas pobre de madera (gas de gasógeno), pero también es posible producir combustibles sólidos, gaseosos y líquidos con diferentes características y aplicaciones, utilizando distintas tecnologías de producción, que incluyen la pirólisis y la gasificación de la madera para la producción de metanol y etanol.

La pirólisis o destilación seca de la madera, es un proceso mediante el cual la madera y otros materiales leñosos se calientan en ausencia de aire. El proceso se vuelve exotérmico y en sucesivas etapas libera gases, vapor de agua y líquidos orgánicos, quedando como residuos el carbón vegetal y aceites pesados de alquitrán. Todos los productos del proceso son combustibles, a excepción del agua.

La pirólisis más sencilla produce únicamente carbón vegetal en hornos discontinuos de construcción casera, sin recuperación de líquidos ni de gases. Las carboneras de la costa norte del Perú (Piura, Lambayeque), emplean otra tecnología primitiva, que consiste en carbonizar palos de algarrobo apilados y recubiertos de barro, en hornos que sólo se utilizan para este fin. En Brasil y en el norte de la Argentina se emplean hornos cilíndricos con techo de ladrillos (hornos "media naranja"), para obtener carbón vegetal en el bosque o en fundiciones para uso doméstico industrial.

La operación de carbonización en estos hornos discontinuos consiste en llenarlos con madera seca, luego cerrar completamente el horno dejando un orificio en la parte superior para permitir la ignición y una serie de otros orificios al nivel del suelo para permitir la entrada de aire. Después de la ignición, se controla la entrada de aire cerrando los orificios laterales, de modo que la combustión se produzca lentamente, sin aire suficiente para quemar el carbón formado. Una operación adecuada debe permitir obtener unos 40 kg de carbón por cada 100 kg de leña seca.

Un método alternativo empleado en la producción de carbón a nivel industrial es la utilización de un proceso "continuo" para recuperar los gases no condensables y mejorar el balance energético del carbón. Puede resultar más económico, ya que también permite la recuperación de otras sustancias químicas valiosas (metanol, ácido acético) contenidas en el liquido piroleñoso. Un horno del tipo "media naranja" produce 150 toneladas al año durante 5 años y cuesta US$800, mientras que un horno continuo (Sitie) puede producir 20 000 toneladas, dura un promedio de 30 años y cuesta US$20 000 000.

Otras materias primas pirolizables son las cascaras de coco y las nueces, las cuales, debido a su alta densidad y riqueza en lignina, pueden producir carbones vegetales de alta calidad para fundiciones y otras aplicaciones. Los residuos de madera provenientes de los aserraderos y plantas de papel constituyen otras materias primas potenciales.

La gasificación de la biomasa es un proceso térmico que transforma la materia vegetal (leña, carbón vegetal, residuos celulósicos) en un gas combustible que contiene monóxido de carbono e hidrógeno. La madera se quema en condiciones controladas, en oxígeno y vapor de agua, en un horno gasógeno.

En la práctica, la gasificación es una continuación o complemento natural de la pirólisis de la madera, pero en la gasificación la madera sufre un proceso de secado, carbonización y gasificación en un mismo equipo, con lo que se incrementa la eficiencia y se reducen los costos. Es por esta razón que las investigaciones actuales se orientan a la gasificación de la madera en reemplazo del carbón.

El gas producido contiene diversas proporciones de monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrógeno y metano, así como varias sustancias menores que varían de acuerdo con la composición química de la madera o del carbón utilizados y la tecnología de gasificación empleada. El gas tiene básicamente dos usos: como sustituto del petróleo en la industria y en la generación de electricidad, y como componente de la producción de metanol y amoníaco. La gasificación de la madera en la Selva Central del Perú constituye una alternativa prometedora para aplicaciones en pequeña escala con fines térmicos, tales como vehículos, calderas y hornos.

El metanol y el etanol son fuentes alternativas de energía muy utilizadas, que pueden obtenerse mediante síntesis de materias vegetales. El metanol (alcohol metílico o alcohol de madera) es un producto químico que en la actualidad se produce mundialmente en gran escala mediante el procesamiento del gas natural. Se utiliza principalmente como materia prima para la producción de formaldehído (40-50 por ciento de la producción), solventes industriales, dimetil-sulfóxido (DMSQ) y otros productos. Después de la crisis petrolera de 1973, el metanol comenzó a ser considerado como una de las alternativas más viables para los combustibles fósiles líquidos, debido a que puede sintetizarse fácilmente a partir del gas de madera. Actualmente están realizándose numerosos estudios e investigaciones sobre el metanol en los países desarrollados.

El etanol, también llamado alcohol etílico o simplemente alcohol, se fabrica mediante un proceso de síntesis a partir del etileno, o de fermentación de sustancias amiláceas y glucídicas. Actualmente, el uso del alcohol se ha ampliado de la destilación de bebidas espirituosas al sector de las industrias química, farmacéutica y de cosméticos. El alcohol puro se produce en todo el mundo a partir de la fermentación de melazas (de caña y de remolacha) con Sachoromices cerevisae, levadura que segrega enzimas específicas para la fragmentación de las hexosas y otros azúcares simples. La sustancia resultante se destila para producir el etanol puro quedando como residuo una forma de vino.

El etanol se produce principalmente a partir de la caña de azúcar, la sacarosa y la glucosa, pero también puede obtenerse de la yuca, la madera y otras sustancias. La caña de azúcar sólo necesita tratamiento físico; la yuca requiere además un tratamiento térmico y enzimático, mientras que la madera requiere un tratamiento termoácido y neutralización hidrolizada.

El alcohol de yuca ha sido estudiado en varias plantas piloto en el Brasil, existiendo actualmente en desarrollo varios proyectos industriales. Su rendimieto en alcohol comparado con el de la caña de azúcar, se presenta en el Cuadro 15-6.

Cuadro 15-6 PRODUCCION DE ETANOL A PARTIR DE LA CAÑA DE AZUCAR Y DE LA YUCA

Materia prima

Productividad agrícola
ton/ha/año

Rendimiento
1/ton

Producción de alcohol
1/ha/año

Caña de azúcar

57

70

3 990

Yuca

12.5

180

2250

Fuente: Klinge (1980).

La Selva Central presenta varias características, especialmente condiciones climáticas óptimas, que favorecen la producción de alcohol a partir de la caña de azúcar y la yuca. La región produce más yuca que la que puede utilizar como alimento, debido a las dificultades de transporte a los centros de procesamiento. Desde un punto de vista global, por lo tanto, la producción de etanol combustible a partir de productos sacáridos y amiláceos puede constituir una alternativa viable para solucionar los problemas energéticos de la Selva Central en un futuro cercano, aun cuando en la actualidad no resulta lucrativa. Este proceso genera además subproductos que pueden resultar útiles como alimento o como materia prima para la industria y la agricultura. Entre ellos se incluyen:

el bagazo, que puede utilizarse como materia prima en la industria de la pulpa, papel y tableros aglomerados; como combustible sólido para calderas; como sustancia celulósica para la obtención de alcohol mediante hidrólisis, y como alimento balanceado para animales;

los residuos no hidrolizables (de yuca o de sustancias amiláceas), que pueden utilizarse como alimentos balanceados y materia prima para la producción de biogás;

el dióxido de carbono, que puede emplearse para la producción de dióxido de carbono sólido (hielo seco) y proteína unicelular (microalgas, hongos filamentosos, etc.);

el fuel-oil, que puede emplearse para fabricar solventes industriales, ésteres aromáticos y varios productos químicos, y

la vinaza, que puede aprovecharse para la recuperación y producción de levadura, fertilización de suelos, consolidación de pistas afirmadas y, como sustrato líquido, para la producción de biogás.

Proceso de Fermentación Anaeróbica

La investigación sobre la fermentación anaeróbica ha logrado algunos resultados espectaculares, y en la actualidad el proceso parece tener varios usos que pueden contribuir al desarrollo rural, proporcionando energía, impulsando la productividad agrícola y contribuyendo al saneamiento ambiental. El proceso de fermentación anaeróbica convierte la materia orgánica compleja existente en los desechos agrícolas, pecuarios y humanos, en un gas combustible con alto contenido de metano, dejando como subproducto un residuo inofensivo y de elevado poder nutritivo. El proceso se realiza en digestores de biogás de fácil construcción y manejo, que utilizan como materia prima todo tipo de desperdicios, incluyendo desechos agrícolas (pajas, hojas), desechos animales (estiércol, líquido ruminal, vísceras), desechos orgánicos urbanos (basura, desagües) y desechos orgánicos industriales (de fábricas de alimentos, conservas de pescado, procesamiento de hortalizas y frutas).

El proceso depende de diversos factores como el pH (entre 7.0 y 7.2), la temperatura (el nivel mesofílico es de 10° a 40°C y el nivel termofílico de 40° a 60°C), la hermeticidad del digestor (ausencia de O2), y la relación carbono/nitrógeno de la materia prima. También tienen importancia ciertos parámetros de operación, como el flujo, el porcentaje de sólidos y el tiempo de procesamiento. En climas cálidos como el de la Selva Central no se necesitan fuentes externas de calor. Suponiendo un poder calorífico promedio del biogás de 4 767 KCAL/m3, el Cuadro 15-7 presenta la producción de biogás y energía proveniente de diferentes recursos.

La presencia de recursos tales como tallos de plantas, hojas, desechos de madera y desechos de café, yuca, plátanos y plantas acuáticas, combinada con las condiciones ambientales óptimas, puede convertir a la producción de biogás en una importante industria en la Selva peruana. El biogás puede constituir una fuente económica de energía doméstica y semi-industrial, que puede emplearse en la cocción de alimentos, la iluminación, la calefacción de polluelos, la refrigeración y el funcionamiento de motores y bombas (Cuadro 15-8).

Actualmente, mediante un convenio con el Proyecto Especial Madre de Dios, el ITINTEC está construyendo cuatro digestores de demostración en las localidades de Iberia, La Cachuela, Puerto Maldonado y Fundo Ganadero Amazonas. El ITINTEC también ha investigado el uso del bioabono en la agricultura y la acuicultura. La utilización de estiércol fresco ha permitido elevar notablemente el rendimiento de los cultivos de papa, lechuga, maíz, cebollas y otros. Los rendimientos han sido similares a los obtenidos con fertilizantes químicos. En ningún caso se detectaron parásitos patógenos en el bioabono.

Cuadro 15-7 PRODUCCION DE BIOGÁS Y ENERGIA PROVENIENTE DE DIFERENTES RECURSOS

Materia prima

Rendimiento de desechosa de 1 unidad

en biogás

en biogás

kcal/unidad año

kg/unidad/año

m3/kg fresco

m3/unidad/año

Estiércol vacuno

6000

0.0372

223

1 164 000

Estiércol equino

5000

0.0573

286

1 365 700

Estiércol porcino

3000

0.052

156

744 000

Estiércol ovino

800

0.152

121

580 000

Estiércol de aves

25

0.091

2.28

10 868

Estiércol humano

250

0.042

12

57 204

Desechos de maíz

9988

0.190

1,898

9 046 200

Desechos de arroz

3379

0.190

642

3 043 000

a. Unidad animal o hectárea.

Fuente: Verástegui y Matero (1979).

Cuadro 15-8 CANTIDADES DE BIOGAS REQUERIDAS PARA DIFERENTES USOS

Uso

Especificación

Cantidad m3/h

Cocina

Quemador 2"

0.33


Quemador 4"

0.47

Lámparas

De 100 bujías

0.13

de gas

Por 1 camiseta

0.07

Motor a gasolina

Biogas/hp

0.45-0.51

Refrigerador

Por pie3 de capac.

0.034

Incubadora

Por pie3 de capac.

0.013-0.017

Gasolina

Por litro

1.33-1.87 m3

Agua hervida

1 litro

0.11 m3

Gas propano

1 balón de 24 lbs.

22 m3

Otra interesante aplicación del bioabono (efluente de digestores) es su uso en la alimentación animal, habiéndose obtenido excelentes resultados en México en la alimentacón de ganado vacuno con ensilados preparados con biabono.

Aceites Vegetales

Durante los últimos años se han realizado esfuerzos tendientes a sustituir el combustible diesel por aceites vegetales provenientes de semillas oleaginosas (girasol, algodón, maní y otras).

El Programa Nacional de Oleo del Brasil (PROOLEO), está considerando aumentar a corto plazo la producción de aceite de colza, girasol y almendra a un millón de litros, y estimular al mismo tiempo la plantación y el cultivo de la palma aceitera (Ealeis guineensis) con el objeto de incrementar significativamente la producción de aceites vegetales para 1986-1987,

En el Perú, la empresa EMDEPALMA está procurando introducir, cultivar y cosechar la palma aceitera con fines comestibles en Tocache, en el Departamento de San Martín, donde ya posee 5 258 hectáreas sembradas y una planta de extracción de aceites que procesa 20 ton/ha de frutos frescos. EMDEPALMA ha identificado 210 000 hectáreas adecuadas para este cultivo en la región del río Manite.

Otras Aplicaciones Energéticas de la Biomasa

El látex del árbol del caucho (Hevea brasilensis) es una óleo-resina formada por una mezcla de hidrocarburos de alto peso molecular. En la actualidad no puede utilizarse directamente en motores de combustión interna por su alta viscosidad. Sin embargo, las investigaciones sobre ingeniería genética están procurando modificar las características físicas y químicas del látex, a fin de que pueda emplearse como sucedáneo de la gasolina.

Energía solar

La Selva Central del Perú y los trópicos húmedos amazónicos reciben altas tasas de radiación solar. Existen tantos árboles que ocultan el sol, sin embargo, que en un momento se pensó que sería difícil explotar directamente la energía solar. No obstante, en la actualidad se considera que tales esfuerzos podrían impulsar el desarrollo integrado de la Selva Central.

La energía solar puede utilizarse para la generación térmica de baja potencia. Por ejemplo:

El calentamiento del agua es necesario para los requerimientos de la pequeña industria, como fábricas de quesos y conservas. La tecnología de colectores planos es ampliamente conocida existiendo numerosas marcas en el mercado nacional, una de las cuales se fabrica en el Perú bajo licencia de ITINTEC, entidad que viene realizando estudios en este campo desde 1975.

La deshidratación solar de productos agrícolas constituye la opción más promisoria de energía solar en la Selva Central, teniendo en cuenta las enormes dificultades que enfrentan los pequeños agricultores para comercializar productos tales como el arroz, el plátano y la yuca. Un programa de difusión de tecnologías apropiadas para la deshidratación solar para los agricultores puede utilizar equipos que optimizan el uso de plásticos transparentes en lugar del vidrio, y que secan los productos (arroz) ya almacenados en silos verticales, por convección forzada de aire calentado con radiación solar. En Brasil existen empresas industriales que proveen e instalan dichos dispositivos.

La calefacción solar, por otra parte, no tiene utilidad práctica en las viviendas, aunque sí puede utilizarse con algunos fines productivos o ganaderos.

La generación térmica de potencia también es posible empleando energía solar. Existen técnicas que concentran la radiación solar en un solo punto, donde puede transformar el calor latente de la vaporización de líquidos en circuitos cerrados primarios. El calor absorbido es transferido a circuitos secundarios en serie mediante un trabajo mecánico (turbinas), generándose eventualmente energía eléctrica (centrales helioeléctricas). Actualmente, estas tecnologías se encuentran en una fase experimental y aún no son competitivas debido al altísimo costo de sus sofisticados sistemas de espejos con movimiento sincronizado por computadoras, a fin de aprovechar al máximo la energía solar.

La generación fotovoltaica es una tecnología que consiste en la conversión directa de la energía solar en energía eléctrica mediante celdas con superficie de silicio mono y policristalino que actúan como semiconductores. Probablemente pueda satisfacer en un futuro cercano la limitada demanda de electricidad de zonas rurales o alejadas. Los adelantos tecnológicos que se producen día a día en los países desarrollados han reducido el costo de la energía producida por paneles fotovoltaicos más de cinco veces con relación al costo del año 1976. En consecuencia, la producción se ha incrementado, los productos son de mejor calidad y los procesos de fabricación son ahora automatizados y emplean materiales más económicos. En el desarrollo integrado de la Selva Central, la generación fotovoltaica tiene su lugar, particularmente en la provisión de energía para telecomunicaciones y televisión, así como para el bombeo de agua y servicios eléctricos domiciliarios en lugares alejados.

Energía eólica

Existen pocas posibilidades de utilizar energía eólica en América del Sur. Aunque no se dispone de un mapa eólico de la Selva peruana, en recientes estudios de reconocimiento realizados en la Selva Alta en San Martín, Pucallpa y Satipo no se han detectado vientos que permitan un aprovechamiento energético. Sin embargo, antes de descartar esta opción y teniendo en cuenta lo aleatorio de este recurso, es preciso evaluar la velocidad del viento en los lugares donde se estima que el viento puede generar energía.

Las aplicaciones del viento con fines mecánicos (molinos) o eléctricos (aerogeneradores) dependen de la existencia de vientos regulares, la demanda (agua a ser bombeada o KW necesarios), el diseño y el dimensionamiento del equipo, y la existencia de producción nacional o local de equipos.

En el Cuadro 15-9 se muestra un resumen de las alternativas energéticas no convencionales.

Cuadro 15-9 RESUMEN DE LAS ALTERNATIVAS ENERGETICAS NO CONVENCIONALES

Tecnología energética

Proceso

Materia prima

Producto energético

Subproductos

Estado de la tecnología

Aplicaciones

Aplicabilidad en la Selva Central

1. Hidroenergía

P.C.H.

Cursos de agua y saltos

Electricidad

-

Comercial

Electrificación

- La mayor parte de las poblaciones actuales y futuras

Ruedas hidráulicas

Cursos de agua y saltos

Energía mecánica

-

Comercial

Pequeñas industrias e industrias familiares

- Aserraderos, carpinterias, molienda de granos, traphiches, etc.

Arietes hidráulicos

Cursos de agua

Energía mecánica


Comercial

Bombeo de agua para fines domésticos y otros

- Viviendas y alojamientos ubicados en laderas cerca de los ríos

2. Biomasa

Combustión directa

Leña, residuos madereros

Calor, vapor, energía mecánica

Humos, cenizas

Comercial

Domésticas, rurales e industriales

- Cocción de alimentos, deshidratación de productos agrícolas, hornos de cerámica y ladrillos, producción de industrial de papel, aserraderos, etc.

Termo-conversión

Madera, residuos celulósicos

Carbón veg. coke metalúrgico

(Fenoles) Alquitrán, metanol, ácido acético

Comercial

Domésticas, rurales, metalúrgicas, industriales

- id. además en acerías y para generar



Gas de madera madera

Cenizas, CO2

Comercial y experimental

Rurales e industriales

- Hornos, calderas y motores industriales; generación de electricidad



Metanol

Cenizas, CO2

Experimental

Industrias y transporte

- Industria química, y vehículos

Ferm. alcohólica

Caña de azúcar, yuca madera, etc.

Etanol lignina

CO2, Bagazo vinaza, aceite, fusel, ácido neutralizado

Comercial y experimental (Etanol de madera)

Transporte, metalurgia e industria

- Vehículos a gasolina, siderurgia, industria química

Ferm. anaeróbica

Desechos orgánicos, animales y vegetales

Biogás (metano)

- Bioabono, sanidad ambiental

Comercial a pequeña escala

Energía de uso doméstico, rural e industrial (experimental)

- Cocción de alimentos, iluminación, refrigeración, calefacción, motores de combustión interna, grupos electrógenos

Aceites combustibles

Plantas oleaginosas (palma aceitera, aguaje, etc.), metanol

Aceite vegetal, ésteres etílicos, o metílicos de aceites vegetales

Forraje, cascaras, etc.

Experimental (motores diesel)

Energía mecánica

- Sustitución de petróleo diesel en motores de autoignición, complementar programas de alcohol y de aceites comestibles

3. Solar

Térmica de baja potencia

Radiación solar

Calor para calent. de agua y aire

Reducción de terreno disponible

Comercial y experimental

- Deshidratación de productos agrícolas, calefacción de polluelos

- Secado de arroz, etc.

Térmica de alta potencia

Radiación solar

Calor concentrado para generación de vapor y elect.

Reducción de terreno disponible

Experimental

- Bombeo, hornos industriales, electricidad

- Ninguna a corto y mediano plazo

Fotovoltaica

Radiación solar

Corriente eléctrica continua

id.

Experimental, casi comercial

- Servicio eléctrico doméstico, bombeo, estaciones remotas de telecomunicaciones

- Gran aplicabilidad en zonas de colonización, a condición de disponer de equipos de costo accesible

4. Eólica

Eólica eólicos

Motores

Viento mecánica

Fuerza

-

Comercial

- Bombeo de agua, molienda de granos, etc.

Aerogeneradores

Viento

Electricidad continua

-

Comercial (baja potencia y experimental (alta potencia

- Electricidad continua para uso doméstico

- Escasa por la escasez de vientos

Conflictos e interacciones entre los usos energéticos alternativos y otros sectores

Conflictos e Interacciones con el Sector Ganadero

El sector ganadero sólo puede beneficiarse de las técnicas a base de biogás, las que, entre otras cosas, representan un reciclaje ecológicamente apropiado de los desechos animales. Debido a que los suelos de la Selva Central son pobres en fósforo, es preciso importar fosfato para lograr un buen crecimiento de los pastos. Una forma de obtener el fosfato es utilizar el estiércol generado por el ganado, que en la actualidad se arroja a los cursos de agua y se pierde.

El biogás puede sustituir al kerosene o al gas propano para refrigeración y para calefacción en operaciones de cría de pollos y de cerdos (la principal granja de la Selva Central utiliza actualmente esta tecnología). También puede proporcionar calefacción y electricidad a los asentamientos humanos asociados con las operaciones ganaderas. El bioabono puede asimismo reciclarse parcialmente en la dieta de los animales mediante el uso de digestores.

El estiércol animal empleado en la piscicultura requiere un pre-tratamiento aeróbico que mejora su calidad nutritiva y disminuye los riesgos de la contaminación. Esta técnica es ampliamente utilizada en China en la acuicultura de carpas y tilapias.

Conflictos e Interacciones con el Uso de Recursos Forestales

En la práctica, las operaciones forestales complementan la producción de biomasa energética. Tanto la madera que permanece en el campo como los residuos de la producción forestal pueden aprovecharse en forma mucho más eficiente que lo que se hace en la actualidad.

La región de la Selva Central participa con el 19 por ciento (132 000 m3) de la producción maderera nacional. Según una encuesta reciente, existe un total de 116 aserraderos, 22 fábricas de parquet, 3 fábricas de chapas, 40 fábricas de cajas y una de papel. Los residuos de madera para producir energía de biomasa se encuentran concentrados en las industrias, pero en la actualidad el 50 por ciento de la madera que pasa por los aserraderos se pierde, lo cual representa una sustancial pérdida de energía y de dinero. Estos residuos son quemados, arrojados a los ríos o, como en el caso de la fábrica de Pucallpa, quemados en hornos especiales que no aprovechan el calor generado. Es preciso que los productores de energía y el sector forestal encuentren formas de cooperar en el importante objetivo de eficiencia en el uso de la energía.

Conflictos y Complementos con la Agricultura

Los residuos agrícolas son un excelente elemento para la fermentación anaeróbica, que complementa la producción de biogás, por cuanto devuelve a la tierra los nutrientes necesarios. Asimismo, la utilización de los excedentes de yuca, junto con la producción de etanol carburante puede ayudar a estabilizar los precios de los agricultores. Aunque las semillas oleaginosas pueden utilizarse como alimento y como sucedáneo del combustible diesel, la alimentación tiene precedencia.

Conflictos y Complementos con la Conservación

La producción de biogás en gran escala requiere la introducción de especies exóticas de árboles (o monocultivos de especies de alto rendimiento), que pueden modificar profundamente los ecosistemas locales. Estas plantaciones pueden tener consecuencias imprevisibles sobre algunas actividades económicamente importantes, así como sobre actividades de subsistencia de los nativos, como la caza y la pesca. Si se utiliza la hidrólisis ácida de la madera para producir etanol, es necesario neutralizar el ácido remanente al término del proceso, aun cuando resulta muy tentadora la posibilidad de eliminar lotes con bajo rendimiento de azúcar sin la debida neutralización. Ello, sin embargo, puede alterar tan gravemente la vida acuática y vegetal en los puntos de descarga, que la vida podría desaparecer de los ríos, como ha ocurrido con los desechos metalúrgicos ácidos en el río Mantaro.

Los procesos de pirólisis sin recuperación de ácidos pueden también contribuir significativamente a la contaminación atmosférica por el escape de vapores de alquitrán, metanol, ácido acético y otros compuestos químicos. Es preciso reglamentar la eliminación de los subproductos y efluentes de la pirólisis y utilizar unidades de condensación de vapores.

Es fácil encontrar conflictos menores cuando no se manejan adecuadamente las operaciones de biogás. Si el usuario no permite el tiempo necesario para la degradación anaeróbica (debido a las condiciones climáticas y de operación), los efluentes utilizados como fertilizantes pueden contener parásitos, especialmente si contienen excrementos humanos.

Referencias

Brown, L.S., Mc Cracken, D. Hayes y R. Rovere. "Diálogo sobre la energía ¿Energía solar o energía nuclear?". FACETAS, International Communication Agency.

CETEC. 1980. Uso de Madeira para Fins Energéticos. Fundación Centro Tecnológico de Minas Gerais. Belo Horizonte, Brasil.

(ELECTROPERU) Compañía Nacional de Electricidad. 1979. "Fuentes de energía para la electrificación rural en el Perú". VIII Conferencia Latinoamericana de Electrificación Rural. Lima, Perú.

Klinge, S.H. 1980. Etanol a partir de la madera. CETEC. Belo Horizonte, Brasil.

(MINEMIM) Ministerio de Energía y Minas. 1979. Balance Nacional de Energía. INP/MINEMIN/PNUD, Oficina Sectorial de Planificación. Lima, Perú.

(ONERN) Oficina Nacional de Recursos Naturales. 1967. Los suelos y su capacidad de uso en la zona del Río Perené. Lima, Perú.

Verástegui, J. y M. Matero. 1979. Producción de biogás a partir de desechos orgánicos. Investigación Tecnológica Industrial y de Normas Técnicas (ITINTEC), Lima, Perú.

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