Estudi complet part 1

Execució:
LA BIOMASSA COM A FONT DE
MATÈRIES PRIMERES I D’ENERGIA:
ESTUDI DE VIABILITAT
AL MONTSENY I MONTNEGRE-CORREDOR
(MEMÒRIA FINAL)
Institut de medi Ambient (IMA) Dr. Miquel Rigola i Lapeña
Universitat de Girona (UdG) Dr. Manel Poch i Espallargues
Llic. Sergio Martínez i Lozano
Institut de Ciència i Tecnologia Dr. Jordi Bartrolí i Molins
Ambiental (ICTA) Dr. Joan Rieradevall i Pons
Universitat Autònoma Dr. David Tàbara i Villalba
de Barcelona (UAB) Dr. David Saurí i Pujol
Dr. Jordi Bartrolí i Almera
Llic. Neus Puy i Marimón

Execució:
Institut de medi Ambient (IMA) Dr. Miquel Rigola i Lapeña
Universitat de Girona (UdG) Dr. Manel Poch i Espallargues
Llic. Sergio Martínez i Lozano
Institut de Ciència i Tecnologia Dr. Jordi Bartrolí i Molins
Ambiental (ICTA) Dr. Joan Rieradevalls i Pons
Universitat Autònoma Dr. David Tàbara i Villalba
de Barcelona (UAB) Dr. David Saurí i Pujol
Dr. Jordi Bartrolí i Almera
Llic. Neus Puy i Marimón

ÍNDEX
1. INTRODUCCIÓ 1—1
2. OBJECTIU DE L’ESTUDI 2—3
3. RECURSOS FORESTALS 3—4
3.1. SUPERFÍCIE BOSCOSA 3—4
3.2. CONSUMS DE BIOMASSA 3—4
3.3. MARC ADMINISTRATIU I LEGISLATIU DE LA BIOMASSA FORESTAL 3—5
3.3.1. EL PLA D’ACCIÓ DE LA BIOMASSA A LA UNIÓ EUROPEA (UE) 3—5
3.3.2. MARC ADMINISTRATIU I LEGISLATIU DE LA GESTIÓ FORESTAL A EUROPA 3—6
3.3.3. MARC LEGISLATIU FORESTAL A CATALUNYA 3—7
4. BIOMASSA: GENERALITATS 4—10
4.1. CONCEPTE DE BIOMASSA 4—10
4.2. ORÍGENS DE LA BIOMASSA 4—10
4.3. OPCIONS DE L’APROFITAMENT DE LA BIOMASSA 4—12
5. LA BIOMASSA COM A RECURS ENERGÈTIC 5—13
5.1. TECNOLOGIES DE PREPARACIÓ DE LA BIOMASSA COM A COMBUSTIBLE 5—13
5.1.1. OBTENCIÓ DE LLENYES 5—13
5.1.1.1. TECNOLOGIES D’OBTENCIÓ DE LLENYES 5—13
5.1.2. OBTENCIÓ D’ESTELLES 5—14
5.1.2.1. TECNOLOGIES D’OBTENCIÓ D’ESTELLES 5—14
5.1.3. PEL·LETITZACIÓ 5—18
5.1.3.1. TECNOLOGIES D’OBTENCIÓ DE PÈL·LETS 5—18
5.1.3.2. ETAPES EN LA PRODUCCIÓ DE PÈL·LETS 5—19
5.1.4. BRIQUETATGE 5—21
5.1.4.1. TECNOLOGIES D’OBTENCIÓ DE BRIQUETES 5—21
5.1.5. EMPACAT 5—23
5.2. FORMES I PROPIETATS DELS COMBUSTIBLES SEGONS EL SEU ORIGEN 5—24
5.2.1. BIOMASSA D’ORIGEN FORESTAL 5—24
5.2.1.1. LLENYES 5—24
5.2.1.2. ESTELLES 5—34
5.2.1.3. BRIQUETES 5—39
5.2.1.4. PÈL·LETS 5—47
5.2.1.5. CARBÓ VEGETAL 5—52
5.2.2. ORIGEN AGRÍCOLA 5—55
5.2.2.1. CULTIUS LLENYOSOS 5—56
5.2.2.2. CULTIUS HERBACIS 5—59
5.2.3. CULTIUS ENERGÈTICS 5—60
5.2.4. ORIGEN INDUSTRIAL- SECTOR DE LA FUSTA 5—61
I

6. LA BIOMASSA COM A RECURS QUÍMIC 6—63
7. EXTRACCIÓ DE LA BIOMASSA FORESTAL 7—64
II
7.1. TECNOLOGIA DELS TREBALLS FORESTALS 7—64
7.1.1. 1ª FASE: CONSTRUCCIÓ DE CAMINS 7—64
7.1.2. 2ª FASE: NETEGES 7—66
7.1.3. 3ª FASE: TALLADA, DESBRANCAT I DESPUNTAT, I TROSSEJAT 7—66
7.1.4. 4ª FASE: APILAT, REUNIÓ I DESEMBOSC 7—67
7.1.5. 5ª FASE: TRANSPORT 7—69
7.2. ALTERNATIVES DE GESTIÓ DE L’EXTRACCIÓ 7—69
8. DESCRIPCIÓ DE LA TIPOLOGIA DE TRANSPORT SEGONS LA FONT DE BIOMASSA 8—
72
8.1. D’EXPLOTACIONS FORESTALS A PLANTA D’APROFITAMENT DE BIOMASSA 8—73
8.1.1. TIPOLOGIA DE TRANSPORT DE LA BIOMASSA FORESTAL DES DE L’EXPLOTACIÓ
FORESTAL FINS A PEU DE CARRETERA 8—74
8.1.2. TIPOLOGIA DE TRANSPORT DE LA BIOMASSA FORESTAL DES DE PEU DE CARRETERA
FINS A L’INDRET ON ES VALORA LA BIOMASSA. 8—74
8.2. INDÚSTRIES DE TRANSFORMACIÓ DEL SECTOR DE LA FUSTA A PLANTA D’APROFITAMENT
DE BIOMASSA 8—75
8.3. DE CULTIUS AGRÍCOLES A PLANTA D’APROFITAMENT DE BIOMASSA 8—76
8.3.1. TIPOLOGIA DE TRANSPORT DE LA BIOMASSA ENTRE CULTIUS AGRÍCOLES I LA
PLANTA DESHIDRATADORA 8—77
8.3.2. TIPOLOGIA DE TRANSPORT DE LA BIOMASSA ENTRE LA PLANTA DESHIDRATADORA I
L’INDRET ON ES VALORA LA BIOMASSA 8—77
8.4. DE PLANTES DE BRIQUETATGE O PELLETATGE 8—78
9. MERCAT I ECONOMIA DE LES FORMES DE BIOMASSA 9—79
9.1. ECONOMIA DE LA BIOMASSA A LA UNIÓ EUROPEA 9—79
9.2. ECONOMIA DELS PROCESSOS DE PREPARACIÓ DE LA BIOMASSA 9—80
9.2.1. COSTOS D’INVERSIÓ I ECONOMIA DEL BRIQUETATGE 9—80
9.2.2. COSTOS D’INVERSIÓ I ECONOMIA DE LA PEL·LETITZACIÓ 9—82
9.2.3. COSTOS D’INVERSIÓ I ECONOMIA DE L’ESTELLAT 9—84
9.3. MERCAT ACTUAL DE LA BIOMASSA A CATALUNYA I ESPANYA 9—84
9.3.1. MERCAT DE LES LLENYES 9—85
9.3.2. MERCAT DE LES ESTELLES 9—85
9.3.3. MERCAT DELS PÈL·LETS 9—87
9.3.4. MERCAT DEL CARBÓ VEGETAL 9—87
9.3.5. MERCAT DELS RESIDUS HERBACIS 9—89
9.3.6. MERCAT DELS RESIDUS D’ORIGEN INDUSTRIAL DEL SECTOR DE LA FUSTA 9—90
10. PROCESSOS DE TRANSFORMACIÓ DE LA BIOMASSA 10—92
10.1. INTRODUCCIÓ 10—92
10.2. LA COMBUSTIÓ 10—92
10.2.1. LA COMBUSTIÓ A PETITA, MITJANA I GRAN ESCALA 10—92
10.2.2. TECNOLOGIES DE GENERACIÓ TÈRMICA I ELÈCTRICA 10—93
10.2.2.1. LA CALDERA DE BIOMASSA I LA TURBINA DE VAPOR 10—93
10.2.2.2. LA COGENERACIÓ 10—94
10.2.2.3. LA CO-COMBUSTIÓ 10—95
10.2.3. SELECCIÓ D’UN SISTEMA DE CALDERA-CALEFACCIÓ 10—96
10.2.3.1. INSTAL·LACIONS TERMOMECÀNIQUES I SISTEMES DE CALEFACCIÓ 10—96
10.2.3.2. INSTAL·LACIÓ PER AIGUA CALENTA 10—97
10.2.3.3. INSTAL·LACIÓ PER VAPOR A BAIXA PRESSIÓ 10—98
10.2.3.4. INSTAL·LACIÓ PER AIRE CALENT 10—98
10.2.3.5. INSTAL·LACIÓ PER PANNELLS RADIANTS 10—98
10.2.3.6. CÀLCUL DE LA NECESSITAT ENERGÈTICA 10—99
10.2.3.7. EFECTE DE LA TEMPERATURA EN EL CÀLCUL DELS GRAUS-DIA 10—99

10.2.3.8. LA IRRADIACIÓ SOLAR I L’ENTERBOLIMENT ATMOSFÈRIC 10—102
10.2.3.9. EL VENT 10—105
10.2.3.10. PÈRDUA DE CALOR DE L’ÉSSER L’HUMÀ 10—107
10.2.3.11. LA TEMPERATURA DE LES PARETS 10—107
10.2.3.12. CÀLCUL DE LA DEMANDA DE CALOR PER A LES INSTAL·LACIONS DE CALEFACCIÓ 10—111
10.3. TECNOLOGIA DE LA COMBUSTIÓ A PETITA ESCALA 10—116
10.3.1. INTRODUCCIÓ 10—116
10.3.2. FORNS PER LLENYA I BRIQUETES DE FUSTA 10—117
10.3.2.1. LLARS DE FOC 10—117
10.3.2.2. ESTUFES I “CHEMINEES” 10—117
10.3.2.3. FORNS PER LLENYA 10—118
10.3.2.4. CALDERES PER FUSTA 10—118
10.3.2.5. ESTUFA ENRAJOLADA 10—119
10.3.3. FORNS PER ESTELLES DE FUSTA 10—119
10.3.3.1. FORNS AMB “UNDERSTOKER” (ALIMENTACIÓ PER LA PART INFERIOR) 10—121
10.3.3.2. FORNS AMB FOGAR D’ALIMENTACIÓ HORITZONTAL/TRANSVERSAL 10—121
10.3.3.3. FORNS AMB FOGAR D’ALIMENTACIÓ SUPERIOR (“DOWN STREAM”) 10—122
10.3.4. FORNS PER PELLETS DE FUSTA 10—122
10.3.4.1. FORNS PER NOMÉS PELLETS DE FUSTA 10—122
10.3.4.2. FORNS AMB ÚS COMBINAT DE PELLETS I BRIQUETES/LLENYA 10—123
10.3.5. EMMAGATZEMAMENT DEL COMBUSTIBLE 10—123
10.3.5.1. L'ÚS DE DIPÒSITS EN ALGUNES CALDERES 10—123
10.3.5.2. SEGURETAT DE L'EMMAGATZEMAMENT DEL COMBUSTIBLE 10—124
10.3.6. ALIMENTACIÓ DEL COMBUSTIBLE AL FORN 10—124
10.3.7. ASPECTES TÈCNICS RELACIONATS AMB LA CENDRA 10—125
10.3.7.1. EXTRACCIÓ DE LA CENDRA 10—125
10.3.7.2. ESCÒRIA 10—125
10.3.7.3. DISPOSICIÓ FINAL DE LA CENDRA 10—125
10.4. TECNOLOGIA DE LA COMBUSTIÓ A MITJANA I GRAN ESCALA 10—125
10.4.1. INTRODUCCIÓ 10—125
10.4.2. TIPOLOGIES DE FORNS DE MITJANA ESCALA 10—126
10.4.2.1. COMPONENTS I CLASSIFICACIÓ 10—126
10.4.2.2. CREMADORS DE GRAELLA 10—127
10.4.2.3. CREMADORS DE LLIT FLUIDITZAT 10—132
10.4.2.4. ALTRES TIPOLOGIES DE CREMADORS 10—133
10.4.3. RECEPCIÓ I EMMAGATZEMAMENT DE COMBUSTIBLE 10—135
10.4.3.1. ENTREGA DEL COMBUSTIBLE I CONTROL DE QUALITAT 10—135
10.4.3.2. EMMAGATZEMAMENT DEL COMBUSTIBLE 10—136
10.4.4. DISPOSITIUS ELIMINADORS DE CENDRA 10—142
10.4.5. SISTEMES DE NETEJA DE GASOS 10—143
10.4.5.1. FABRIC FILTERS, BAGHOUSES O FILTRES DE MÀNEGA 10—144
10.4.5.2. PRECIPITADORS ELECTROSTÀTICS 10—144
10.4.5.3. SEPARADORS CORE 10—145
10.4.5.4. CICLONS 10—146
10.4.5.5. SISTEMES MULTICICLÒNICS 10—149
10.4.5.6. RENTADORS HUMITS I VENTURI 10—149
10.4.6. EXEMPLES D’INSTAL·LACIÓ DE PLANTES DE COMBUSTIÓ 10—151
10.4.6.1. PETITA PLANTA 10—152
10.4.6.2. MITJANA PLANTA 10—155
10.4.6.3. GRAN PLANTA 10—158
10.5. LA GASIFICACIÓ 10—160
10.5.1. INTRODUCCIÓ 10—160
10.5.2. GASIFICACIÓ BIOQUÍMICA 10—160
10.5.2.1. L'ACCIÓ DELS MICROORGANISMES: PRODUCCIÓ DE BIOGÀS 10—160
10.5.2.2. MATÈRIES PRIMERES PER A LA BIODEGRADACIÓ 10—161
10.5.2.3. DIGESTORS 10—162
10.5.2.4. UTILITACIÓ DEL BIOGAS I DEL RESIDU DE LA GASIFICACIÓ 10—162
10.5.2.5. ASPECTES ECONÒMICS DE LA GASIFICACIÓ BIOQUÍMICA 10—163
10.5.3. GASIFICACIÓ TERMOQUÍMICA 10—164
10.5.3.1. CONVERSIÓ D'ELEMENTS DE LA BIOMASSA 10—164
10.5.3.2. PRETRACTAMENT DELS MATERIALS DE BIOMASSA 10—164
10.5.3.3. GASIFICACIÓ DIRECTA I GASIFICACIÓ INDIRECTA 10—167
10.5.3.4. TIPUS DE GASIFICADORS 10—171
10.5.3.5. TRACTAMENT DELS GASOS RESULTANTS DE LA GASIFICACIÓ 10—182
10.5.3.6. USOS DEL GAS DE GASIFICACIÓ 10—186
10.5.3.7. ASPECTES AMBIENTALS I DE SALUT 10—191
III

IV
10.5.3.8. COMPARACIÓ ENTRE TECNOLOGIES DE GASIFICACIÓ 10—192
10.5.3.9. RECULL DE TECNOLOGIES EN PLANTES GASIFICADORES D’EUROPA 10—194
10.6. EXTRACCIÓ DE MATÈRIES PRIMERES DE LA BIOMASSA 10—195
10.6.1. INTRODUCCIÓ 10—195
10.6.2. PROCESSOS DE DESCOMPOSICIÓ DE LA CEL·LULOSA VEGETAL 10—195
10.6.2.1. PROCESSOS QUÍMICS DE DESCOMPOSICIÓ DE LA CEL·LULOSA VEGETAL: LA HIDRÒLISI. 10—195
10.6.2.2. PROCESSOS BIOLÒGICS DE DESCOMPOSICIÓ DE LA CEL·LULOSA VEGETAL: ACCIÓ DE LA CEL·LULASA
10—203
10.6.2.3. PROCESSOS TÈRMICS DE DESCOMPOSICIÓ DE LA CEL·LULOSA VEGETAL: DESTIL·LACIÓ 10—205
10.6.3. BIOCOMBUSTIBLES A PARTIR DE LA BIOMASSA 10—217
10.6.3.1. INTRODUCCIÓ 10—217
10.6.3.2. TECNOLOGIA D’OBTENCIÓ DE BIOALCOHOLS A PARTIR DE LA BIOMASSA CEL·LULÒSICA 10—218
10.6.3.3. TECNOLOGIA D’OBTENCIÓ DEL BIODIESEL A PARTIR DE LA BIOMASSA 10—231
10.6.4. PRODUCTES QUÍMICS A PARTIR DE LA BIOMASSA 10—243
11. EXPERIÈNCIES D’APROFITAMENT DE BIOMASSA 11—244
11.1. INTRODUCCIÓ 11—244
11.2. EXPERIÈNCIES D’APROFITAMENT DE LA BIOMASSA COM A FONT D’ENERGIA A
CATALUNYA 11—244
11.3. EXPERIÈNCIES D’APROFITAMENT DE BIOMASSA COM A FONT D’ENERGIA A ESPANYA 11—
258
12. POTENCIAL DE BIOMASSA A CATALUNYA 12—278
12.1. POTENCIAL DE BIOMASSA TOTAL A CATALUNYA 12—278
12.2. POTENCIAL DE BIOMASSA FORESTAL A CATALUNYA 12—279
12.2.1. INTRODUCCIÓ 12—279
12.2.2. CONSIDERACIONS PER ALS CÀLCULS DE LA QUANTITAT DE BIOMASSA EXPLOTABLE
EN ELS BOSCOS DE CATALUNYA 12—279
12.2.3. SUPERFÍCIE DE BOSC EXPLOTABLE ACTUALMENT A CATALUNYA SEGONS LES
CONSIDERACIONS ANTERIORS. 12—280
12.2.4. EXPLOTACIÓ TEMPORAL I SOSTENIBLE DELS RECURSOS FORESTALS A CATALUNYA
12—281
12.2.4.1. EXPLOTACIÓ TEMPORAL DELS RECURSOS ACUMULATS ALS BOSCOS A CATALUNYA 12—281
12.2.4.2. EXPLOTACIÓ SOSTENIBLE DELS BOSCOS A CATALUNYA I A L’ÀMBIT D’ESTUDI 12—284
12.2.5. COMPTABILITZACIÓ DE LA BIOMASSA GENERADA PELS INCENDIS A CATALUNYA
12—287
12.2.6. COMPARACIÓ ENTRE ELS APROFITAMENTS ACTUALS AMB L’EXPLOTACIÓ
TEMPORAL I SOSTENIBLE A CATALUNYA 12—288
12.2.7. CONCLUSIONS 12—289
12.3. POTENCIAL DE BIOMASSA AGRÍCOLA A CATALUNYA 12—290
12.3.1. INTRODUCCIÓ 12—290
12.3.2. RESIDUS DE CULTIUS HERBACIS A CATALUNYA 12—290
12.3.2.1. PRODUCCIÓ DE BIOMASSA RESIDUAL DE CULTIUS HERBACIS A CATALUNYA 12—290
12.3.2.2. SUPERFÍCIE DE CULTIUS HERBACIS I PRODUCCIÓ POTENCIAL DE BIOMASSA RESIDUAL A CATALUNYA
12—291
12.3.2.3. VIABILITAT ECONÒMICA D’APROFITAR RESIDUS HERBACIS 12—291
12.3.3. RESIDUS DE CULTIUS LLENYOSOS A CATALUNYA 12—299
12.3.3.1. SUPERFÍCIE DE CULTIUS LLENYOSOS A CATALUNYA 12—299
12.3.3.2. PRODUCCIÓ DE BIOMASSA RESIDUAL DE CULTIUS LLENYOSOS 12—301
12.3.3.3. PRODUCCIÓ POTENCIAL DE BIOMASSA RESIDUAL DE CULTIUS LLENYOSOS A CATALUNYA 12—301
12.4. POTENCIAL DE BIOMASSA DELS RESIDUS DE LA INDÚSTRIA DEL SECTOR DE LA FUSTA
12—303
12.4.1. INTRODUCCIÓ 12—303
12.4.2. CONSIDERACIONS PER ALS CÀLCULS DE LA QUANTITAT DE RESIDUS DE LA
INDÚSTRIA DEL SECTOR DE LA FUSTA 12—303
12.4.3. RESIDUS DE LA INDÚSTRIA DE PRIMERA TRANSFORMACIÓ A CATALUNYA 12—304
12.4.4. RESIDUS DE LA INDÚSTRIA DE SEGONA TRANSFORMACIÓ A CATALUNYA 12—306
12.4.5. SUBPRODUCTES I RESIDUS DE LA INDÚSTRIA DE LA FUSTA A CATALUNYA 12—307
12.5. POTENCIAL DE BIOMASSA DE RESIDUS VOLUMINOSOS 12—308

12.5.1. INTRODUCCIÓ 12—308
12.5.2. CONSIDERACIONS PER ALS CÀLCULS DE LA QUANTITAT EXPLOTABLE DE
BIOMASSA PROCEDENT DE RESIDUS VOLUMINOSOS A CATALUNYA 12—308
12.5.3. PRODUCCIÓ DE RESIDUS VOLUMINOSOS A CATALUNYA 12—309
13. ÀREA PARTICULAR D’ESTUDI DEL PROJECTE 13—310
13.1. DESCRIPCIÓ ÀREA 13—310
13.1.1. PARC NATURAL DEL MONTSENY 13—310
13.1.2. PARC DEL MONTNEGRE I EL CORREDOR 13—311
13.2. POTENCIAL DE BIOMASSA A LES QUATRE COMARQUES D’ESTUDI (MARESME, OSONA,
SELVA I VALLÈS ORIENTAL) 13—314
13.2.1. POTENCIAL DE BIOMASSA GLOBAL A LES QUATRE COMARQUES D’ESTUDI 13—314
13.2.2. POTENCIAL DE BIOMASSA FORESTAL A LES COMARQUES D’ESTUDI 13—315
13.2.2.1. INTRODUCCIÓ 13—315
13.2.2.2. SUPERFÍCIE DE BOSC EXPLOTABLE ACTUALMENT A LES QUATRE COMARQUES D’ESTUDI 13—315
13.2.2.3. EXPLOTACIÓ TEMPORAL I SOSTENIBLE DELS RECURSOS FORESTALS A LES QUATRE COMARQUES
D’ESTUDI 13—316
13.2.2.4. COMPTABILITZACIÓ DE LA BIOMASSA GENERADA PELS INCENDIS LES QUATRE COMARQUES
D’ESTUDI 13—318
13.2.2.5. COMPARACIÓ ENTRE ELS APROFITAMENTS ACTUALS AMB L’EXPLOTACIÓ TEMPORAL I SOSTENIBLE A
LES QUATRE COMARQUES D’ESTUDI 13—319
13.2.2.6. CONCLUSIONS 13—319
13.2.3. POTENCIAL DE BIOMASSA AGRÍCOLA A LES COMARQUES DE L’ÀMBIT D’ESTUDI 13—
320
13.2.3.1. INTRODUCCIÓ 13—320
13.2.4. RESIDUS DE CULTIUS HERBACIS A LES QUATRE COMARQUES D’ESTUDI 13—320
13.2.4.1. SUPERFÍCIE DE CULTIUS HERBACIS i PRODUCCIÓ POTENCIAL DE BIOMASSA RESIDUAL A LES QUATRE
COMARQUES D’ESTUDI 13—320
13.2.5. CULTIUS LLENYOSOS A LES QUATRE COMARQUES D’ESTUDI 13—323
13.2.5.1. SUPERFÍCIE DE CULTIUS LLENYOSOS A LES COMARQUES D’ESTUDI 13—323
13.2.5.2. PRODUCCIÓ POTENCIAL DE BIOMASSA RESIDUAL DE CULTIUS LLENYOSOS A LES COMARQUES
D’ESTUDI 13—324
13.2.6. POTENCIAL DE BIOMASSA DELS RESIDUS DE LA INDÚSTRIA DEL SECTOR DE LA
FUSTA A LES COMARQUES D’ESTUDI 13—325
13.2.6.1. INTRODUCCIÓ 13—325
13.2.6.2. RESIDUS DE LA INDÚSTRIA DE PRIMERA TRANSFORMACIÓ 13—325
13.2.6.3. RESIDUS DE LA INDÚSTRIA DE SEGONA TRANSFORMACIÓ 13—325
13.2.6.4. SUBPRODUCTES I RESIDUS DE LA INDÚSTRIA DE LA FUSTA 13—326
13.2.7. POTENCIAL DE BIOMASSA DE CONREUS ENERGÈTICS AL PARC NATURAL DEL
MONTSENY I AL PARC DEL MONTNEGRE I EL CORREDOR 13—327
13.2.7.1. INTRODUCCIÓ 13—327
13.2.7.2. CONSIDERACIONS PER ALS CÀLCULS DE LA QUANTITAT EXPLOTABLE DE BIOMASSA PROCEDENT DE
CULTIUS ENERGÈTICS AL PARC NATURAL DEL MONTSENY I AL PARC DEL MONTNEGRE I EL CORREDOR 13—327
13.2.7.3. SUPERFÍCIE DE POTENCIALMENT RECEPTORA DE CULTIUS ENERGÈTICS 13—328
13.2.7.4. PRODUCCIÓ DELS CULTIUS ENERGÈTICS I QUANTITAT DE BIOMASSA QUE ES POT EXTREURE DEL
PARC NATURAL DEL MONTSENY I EL PARC DEL MONTNEGRE I EL CORREDOR 13—329
13.2.8. POTENCIAL DE BIOMASSA DE RESIDUS VOLUMINOSOS A LES COMARQUES
D’ESTUDI 13—331
13.2.8.1. INTRODUCCIÓ 13—331
13.2.8.2. PRODUCCIÓ DE RESIDUS VOLUMINOSOS QUE ES GENEREN A LES COMARQUES D’ESTUDI 13—331
14. ALTERNATIVES D’APROFITAMENT ENERGÈTIC EN LA ZONA PARTICULAR D’ESTUDI
14—332
14.1. COMBUSTIÓ EN CALDERES PETITES 14—332
14.2. COMBUSTIÓ EN CALDERES DE MIDA MITJANA 14—333
14.3. COMBUSTIÓ EN CALDERES GRANS I COGENERACIÓ 14—334
15. ANÀLISI DE SOSTENIBILITAT DELS ESCENARIS DE LA ZONA D’ESTUDI 15—335
15.1. ANÀLISI AMBIENTAL DE L’IMPACTE LOCAL 15—335
15.1.1. MARC CONCEPTUAL DE L’ESTUDI D’IMPACTE AMBIENTAL (EIA) 15—335
15.1.1.1. APROXIMACIÓ CONCEPTUAL DE L’EIA 15—335
15.1.1.2. OBJECTIU DE L’ESTUDI D’IMPACTE AMBIENTAL 15—335
15.1.1.3. MARC LEGAL 15—336
V

VI
15.1.2. METODOLOGIA GENERAL PER A L’ESTUDI D’IMPACTE AMBIENTAL (EIA) 15—339
15.1.2.1. EINES PER A LA IDENTIFICACIÓ, VALORACIÓ, DESCRIPCIÓ I AVALUACIÓ D’IMPACTES 15—339
15.1.2.2. FACTORS POTENCIALS D’IMPACTES 15—346
15.1.3. IDENTIFICACIÓ, CARACTERITZACIÓ, DESCRIPCIÓ I AVALUACIÓ DELS IMPACTES
LOCALS 15—346
15.1.3.1. IDENTIFICACIÓ DELS ASPECTES SUSCEPTIBLES DE PRODUIR IMPACTES I DELS FACTORS QUE SERIEN
AFECTATS 15—346
15.1.3.2. IDENTIFICACIÓ DELS IMPACTES SIGNIFICATIUS 15—350
15.1.3.3. CARACTERITZACIÓ DELS IMPACTES 15—357
15.1.3.4. DESCRIPCIÓ DELS IMPACTES SIGNIFICATIUS 15—364
15.1.3.5. AVALUACIÓ DELS IMPACTES 15—373
15.1.4. MESURES PREVENTIVES I CORRECTORES 15—375
15.1.4.1. MEDI FÍSIC 15—375
15.2. ANÀLISI ENERGÈTICA DE L’EXTRACCIÓ I EL TRANSPORT DE BIOMASSA 15—387
15.2.1. ANÀLISI ENERGÈTICA DE L’EXTRACCIÓ DE BIOMASSA FORESTAL 15—387
15.2.2. ANÀLISI ENERGÈTICA DEL TRANSPORT DE BIOMASSA 15—388
15.2.3. ANÀLISI ENERGÈTICA CONJUNTA DE L’EXTRACCIÓ I TRANSPORT DE BIOMASSA 15—
395
15.3. ANÀLISI AMBIENTAL DE L’EXTRACCIÓ I EL TRANSPORT DE BIOMASSA 15—398
15.3.1. INTRODUCCIÓ A LA METODOLOGIA DE L’ANÀLISI DEL CICLE DE VIDA 15—398
15.3.1.1. DEFINICIÓ DE L’ANÀLISI DE CICLE DE VIDA 15—399
15.3.1.2. ESQUEMA METODOLÒGIC DE L’ANÀLISI DE CICLE DE VIDA 15—399
15.3.2. DEFINICIÓ D’OBJECTIUS I ABAST DE L’ESTUDI D’ANÀLISI DE CICLE DE VIDA 15—
402
15.3.2.1. OBJECTIUS DE L’ESTUDI 15—402
15.3.2.2. ABAST DE L’ESTUDI 15—402
15.3.2.3. FUNCIÓ DEL SISTEMA 15—402
15.3.2.4. UNITAT FUNCIONAL 15—402
15.3.2.5. LÍMITS DEL SISTEMA 15—402
15.3.2.6. REGLES D’ASSIGNACIÓ DE LES CÀRREGUES AMBIENTALS 15—403
15.3.2.7. METODOLOGIA D’AVALUACIÓ D’IMPACTES I CATEGORIA D’IMPACTES CONSIDERADES 15—403
15.3.3. ÀNALISI DEL CICLE DE VIDA DEL TRANSPORT DE BIOMASSA 15—404
15.3.3.1. IMPACTES AMBIENTALS ASSOCIATS AL TRANSPORT DE BIOMASSA EN L’ESCENARI 1: RADI DE LES
QUATRE COMARQUES 15—404
15.3.3.2. IMPACTES AMBIENTALS ASSOCIATS AL TRANSPORT DE BIOMASSA EN L’ESCENARI 2: RADI DEL PARC
NATURAL DEL MONTSENY I DEL PARC DEL MONTNEGRE I EL CORREDOR 15—405
15.4. AVALUACIÓ AMBIENTAL DELS GASOS DE COMBUSTIÓ DESPRESOS D’UN SISTEMA
CREMADOR-CALDERA DE BIOMASSA 15—407
15.4.1. INTRODUCCIÓ 15—407
15.4.2. LEGISLACIÓ ACTUAL REGULADORA D’EMISSIONS 15—407
15.4.3. EMISSIONS DE CALDERES CREMADORES DE FUSTA DE PETITA ESCALA 15—408
15.4.3.1. ESTUDI DE CASOS 15—408
15.4.3.2. PROPIETATS DELS BIOCOMBUSTIBLES EMPRATS A LES PLANTES 15—410
15.4.3.3. QUALITAT DE COMBUSTIÓ EN LA CALDERA 15—411
15.4.3.4. NETEJA DELS GASOS DE COMBUSTIÓ 15—413
15.4.4. CONCLUSIÓ 15—424
16. AVALUACIÓ ECONÒMICA SOBRE L’EXTRACCIÓ, EL TRANSPORT I LES
TECNOLOGIES DE TRANSFORMACIÓ DE LA BIOMASSA 16—428
16.1. ANÀLISI ECONÒMICA DE L’EXTRACCIÓ I TRANSPORT DE BIOMASSA 16—428
16.1.1. COSTOS ECONÒMICS ASSOCIATS A L’EXTRACCIÓ DE BIOMASSA 16—428
16.1.1.1. COSTOS ECONÒMICS ASSOCIATS A L’EXTRACCIÓ DE BIOMASSA FORESTAL 16—428
16.1.1.2. COSTOS ECONÒMICS ASSOCIATS A L’EXTRACCIÓ DE CULTIUS AGRÍCOLES 16—429
16.1.2. COSTOS ECONÒMICS ASSOCIATS AL TRANSPORT DE BIOMASSA 16—430
16.1.2.1. COSTOS ECONÒMICS ASSOCIATS AL TRANSPORT DE BIOMASSA FORESTAL 16—430
16.1.2.2. COSTOS ECONÒMICS ASSOCIATS A L’APROFITAMENT DE BIOMASSA PROCEDENT DE LES INDÚSTRIES
DEL SECTOR DE LA FUSTA 16—433
16.1.2.3. COSTOS ECONÒMICS ASSOCIATS AL TRANSPORT DE BIOMASSA DE CULTIUS AGRÍCOLES 16—434
16.1.2.4. COSTOS ECONÒMICS ASSOCIATS AL TRANSPORT DE BIOMASSA DE PLANTES DE BRIQUETATGE O
PELLETATGE 16—434
16.2. COSTOS ECONÒMICS CONJUNTS ASSOCIATS A L’EXTRACCIÓ I AL TRANSPORT DE
BIOMASSA 16—434

16.2.1. COSTOS ECONÒMICS CONJUNTS ASSOCIATS A L’EXTRACCIÓ I AL TRANSPORT DE
BIOMASSA FORESTAL 16—434
16.2.2. COSTOS ECONÒMICS CONJUNTS ASSOCIATS A L’EXTRACCIÓ I AL TRANSPORT DE
BIOMASSA DE CULTIUS AGRÍCOLES 16—435
16.3. AVALUACIÓ ECONÒMICA SOBRE LES TECNOLOGIES DE TRANSFORMACIÓ DE BIOMASSA
16—435
16.3.1. INTRODUCCIÓ 16—435
16.3.2. AVALUACIÓ DELS SISTEMES DE GENERACIÓ ENERGÈTICA BASATS EN LA
COMBUSTIÓ DE BIOMASSA 16—436
16.3.2.1. ESTRUCTURACIÓ DE COSTOS 16—436
16.3.3. EXEMPLES DE COSTOS EN PLANTES 16—438
16.4. AVALUACIÓ DELS SISTEMES DE GENERACIÓ ENERGÈTICA BASATS EN LA GASIFICACIÓ DE
BIOMASSA 16—443
16.4.1. ESTRUCTURACIÓ DE COSTOS I DIFERÈNCIES D’INVERSIÓ 16—443
16.4.2. COSTOS DE PRODUCCIÓ 16—444
16.5. ESTUDI DE COSTOS I EFICIÈNCIES DE LES TECNOLOGIES DE CONTROL DE PARTÍCULES
16—446
16.6. AVALUACIÓ ECONÒMICA SOBRE LA PRODUCCIÓ DE PRODUCTES QUÍMICS A PARTIR DE
LA BIOMASSA 16—449
17. AVALUACIÓ INTEGRADA DE LA SOSTENIBILITAT 17—450
17.1. INTRODUCCIÓ 17—450
17.2. AVALUACIÓ INTEGRADA (AI) I PARTICIPACIÓ QUALITATIVA 17—450
17.3. OBJECTIUS DE L’AVALUACIÓ INTEGRADA 17—450
17.4. METODOLOGIA EMPRADA 17—450
17.4.1. ETAPA 1: ENTRADES D’INFORMACIÓ 17—451
17.4.2. ETAPA 2: INTEGRACIÓ I PARTICIPACIÓ 17—451
17.4.3. ETAPA 3: RESULTATS 17—452
17.5. RESULTATS 17—452
17.5.1. ANÀLISI DE LA SITUACIÓ DE LA BIOMASSA FORESTAL A CATALUNYA: 17—452
17.5.2. PRINCIPALS ACCIONS A EMPRENDRE PER SOLUCIONAR ELS PROBLEMES DEL
SECTOR FORESTAL CATALÀ 17—456
17.5.3. ASPECTES A CONSIDERAR DINS D’UN POTENCIAL APROFITAMENT ENERGÈTIC DE
LA BIOMASSA FORESTAL A CATALUNYA 17—456
17.5.3.1. ASPECTES GENERALS 17—456
17.5.3.2. ASPECTES ECONÒMICS: 17—457
17.5.3.3. ASPECTES TECNOLÒGICS 17—458
17.5.3.4. ASPECTES POLÍTICS 17—458
17.5.3.5. ASPECTES AMBIENTALS 17—459
17.5.3.6. ASPECTES SOCIALS 17—459
17.5.4. ANÀLISI DELS ESCENARIS 17—460
18. REFERÈNCIES 18—465
ANNEXOS
ANNEX I 475
ANNEX II 481
ANNEX III 489
VII

ÍNDEX DE TAULES
Taula 3.1.. Resolucions de les Conferencies Ministerials. 3—6
Taula 5.1. Classificació de les estelladores. 5—15
Taula 5.2. Característiques de màquines briquetejadores de l'empresa Briquetting 5—23
Taula 5.3. Propietats energètiques de les llenyes. 5—25
Taula 5.4. Pes de l’esteri de diverses espècies forestals. 5—26
Taula 5.5. Composició química de la fusta. 5—27
Taula 5.6. Anàlisi elemental i immediat, humitat i poder calorífic inferior dels residus forestals. 5—28
Taula 5.7. Composició de la biomassa. 5—29
Taula 5.8. Composició d’hemicel·lulosa i lignina per a espècies resinoses i frondoses. 5—29
Taula 5.9. Densitat de fusta i escorça, poder calorífic superior (PCS), poder calorífic inferior (PCI). 5—30
Taula 5.10. PCS, PCI, Humitat (M), Densitat (D) i percentatge de cendres després de la combustió en una
bomba calorimètrica, de diferents espècies vegetals al llarg de les estacions de l’any. 5—32
Taula 5.11. Propietats energètiques de les estelles. 5—35
Taula 5.12. Classificació d’estelles segons la densitat energètica. 5—38
Taula 5.13. Classificació de les estelles segons el contingut d’humitat. 5—38
Taula 5.14. Classificació de les estelles segons la mida. 5—38
Taula 5.15. Qualitats d’estella segons la normativa finlandesa. 5—39
Taula 5.16. Característiques físiques, químiques i fisicoquímiques de les briquetes. 5—41
Taula 5.17. Diferents formes de briquetes existents en el mercat. 5—41
Taula 5.18. Longituds, diàmetres, relació longitud/diàmetre, llocs de venda d’algunes briquetes cilíndriques a
Espanya. 5—41
Taula 5.19. Dimensions (cm) d’algunes briquetes del mercat espanyol. 5—42
Taula 5.20. Classificació de briquetes. 5—46
Taula 5.21. Classes de briquetes segons la seva densitat. 5—46
Taula 5.22. Classes de briquetes segons el Poder Calorífic Inferior (PCI). 5—47
Taula 5.23. Classes de briquetes segons la humitat en base humida. 5—47
Taula 5.24. Classes de briquetes segons la friabilitat. 5—47
Taula 5.25. Qualitats de briquetes. 5—47
Taula 5.26. Característiques físiques, químiques i fisicoquímiques dels pèl·lets. 5—48
Taula 5.27. Classes de pèl·lets segons la seva densitat energètica. 5—51
Taula 5.28. Classes de pèl·lets segons la humitat en base humida. 5—51
Taula 5.29. Classes de pèl·lets segons la friabilitat. 5—51
Taula 5.30. Qualitats de pèl·lets. 5—51
Taula 5.31. Elements de descripció de les característiques energètiques del carbó vegetal. 5—52
Taula 5.32. Poders calorífics del carbó vegetal. 5—55
Taula 5.33. Caracterització de diferents residus d’esporga de cultius llenyosos. 5—58
Taula 5.34. Dades orientatives sobre composició i característiques de diferents tipus de residus herbacis (dades
en % sobre base seca, excepte l’humitat). 5—60
Taula 5.35. Dades orientatives sobre composició i característiques de diferents tipus de cultius energètics (dades
en % sobre base seca, excepte l’humitat). 5—61
Taula 5.36. Poder calorífic de residus biomàssics industrials del sector de la fusta. 5—62
Taula 8.1. Taula resum de les diferents tipologies de camions, material que es pot transportar i imatge. 8—73
Taula 8.2. Tipus de biomassa, procedència, format amb què es transporta la biomassa i densitat de la biomassa
d’origen forestal. 8—73
Taula 8.3. Tipus de camions i material que transporten des de peu de carretera de les explotacions forestals fins
a l’indret on la biomassa és valorada. 8—75
Taula 8.4. Tipus de biomassa, procedència, format amb què es transporta la biomassa i densitat de la biomassa
d’indústries del sector de la fusta. 8—76
VIII

Taula 8.5. Tipus de camions i material que transporten des de les indústries de transformació de la fusta fins a
l’indret on la biomassa és valorada. 8—76
Taula 8.6. Tipus de camions i material que transporten des de les plantes de deshidratació de la palla fins a
l’indret on la biomassa és valorada. 8—77
Taula 8.7. Tipus de camions per a transportar la biomassa des de les plantes de briquetatge o pelletatge fins la
planta d’aprofitament de biomassa. 8—78
Taula 9.1. Preus de combustibles per a forns de biomassa de petita escala 9—79
Taula 9.2. Comparació de Costos Capitals (en US $) 9—81
Taula 9.3. Preu de les llenyes a Catalunya segons l’origen i espècies. 9—85
Taula 9.4. Preus sobre indústria de les llotges de contractació i mercat en origen de Vic (actualitzada a
27/03/04) i Girona (actualitzada a 30/04/04). 9—86
Taula 10.1. Processos, productes i aplicacions de la biomassa 10—92
Taula 10.2. Factors incidents en el càlcul de la capacitat necessària d’un sistema caldera-calefacció 10—99
Taula 10.3. Dades climatològiques de Catalunya, demanda de temperatura per graus.dia. 10—101
Taula 10.4. Enterboliments màxims i mínims de la radiació solar segons DIN 4710 10—102
Taula 10.5. Intensitat màxima dels rajos solars sobre superfícies normals segons DIN 4710. 10—102
Taula 10.6. Irradiació Solar Mitjana Diària a La Selva, El Maresme i al Vallès Oriental (MJ/m 2 ) Any 2003 10—104
Taula 10.7. Velocitat del vent i direcció predominant a La Selva, El Maresme i al Vallès Oriental (m/s) Any 2003
10—106
Taula 10.8. Pèrdues de calor i de vapor d’aigua de l’home* 10—107
Taula 10.9. Pèrdues de calor total de l’home en activitats diverses (graus d’activitat de I a IV segons ISO 7730)
10—107
Taula 10.10. Temperatures interiors recomanades 10—111
Taula 10.11. Exemple de càlcul de Rλ d’un element constructiu 10—112
Taula 10.12. Valors dels coeficients a i b en el càlcul del rendiment segons la tipologia de caldera. 10—116
Taula 10.13. Rendiments mínims de calderes de 10 a 400 kW amb rendiments a Plena Càrrega 10—116
Taula 10.14. Rendiments mínims de calderes de 10 a 400 kW amb rendiments a Càrrega Parcial 10—116
Taula 10.15. Relac ió dels requeriments de volum de sitges per a diferents tamanys de caldera. 10—136
Taula 10.16. Classificació de ciclons 10—148
Taula 10.17. Comparació física i d’abastament per a diferents potències energètiques 10—152
Taula 10.18. Característiques de la instal·lació, combustible i gasos emesos de la caldera de “Maison” 10—152
Taula 10.19. Característiques de la instal·lació, combustible i gasos emesos de la caldera de l’Hotel Picheyre 10—
153
Taula 10.20. Característiques de la instal·lació, combustible i gasos emesos de la caldera de Matemale 10—154
Taula 10.21. Dades tècniques de la caldera de biomassa del Districte de Pasvalys. 10—155
Taula 10.22. Reducció dels gasos de combustió de la caldera del districte de Pasvalys. 10—155
Taula 10.23. Dades Tècniques de la caldera de la indústria Schijndel B.V. 10—156
Taula 10.24. Emissions detectades als fums de combustió de la caldera de la planta Schijndel B.V. 10—156
Taula 10.25. Aspectes tècnics de la caldera, del combustible i reducció d’emissions de la planta de biomassa
instal·lada a Mosset 10—157
Taula 10.26. Dades Tècniques de la caldera KARA 10—158
Taula 10.27. Dades Tècniques de la caldera de biomassa de Jurmala 10—159
Taula 10.28. Dades Tècniques de la caldera de biomassa de Turi 10—159
Taula 10.29. Emissions detectades en la nova caldera instal·lada 10—159
Taula 10.30. Anàlisi energètic i percentatge dels components de biomassa. 10—165
Taula 10.31. Anàlisi dels components principals de la biomassa. 10—166
Taula 10.32. Processos de gasificació 10—168
Taula 10.33. Presència de contaminants al gas i problemes relatius. 10—183
Taula 10.34. Avantatges i inconvenients dels sistemes d’eliminació del quitrà. 10—184
Taula 10.35. Tipologia actual de cèl·lules de combustible. 10—189
Taula 10.36. Quantitat de biomassa necessària en la producció d’energia i calor. 10—192
Taula 10.37. Indústries relacionades amb el sector de la gasificació de biomassa. 10—194
Taula 10.38. Operacions hidrolítiques industrials. 10—198
Taula 10.39. Representació de microorganismes productors de cel·lulasa. 10—204
Taula 10.40. Productivitat de cel·lulasa per Mutants de T. Ressei en sistemes “Batch Culture”. 10—205
Taula 10.41. Rendiments en la destil·lació seca de diversos materials (% en pes). 10—208
Taula 10.42. Producció d’etanol, en milions de litres. 10—222
Taula 10.43. Resum de balanços de massa i energia i avaluació econòmica per a una planta de producció de 156
kton d’etanol/any. 10—223
Taula 10.44. Resultats de la producció d’etanol en països seleccionats com a exemple. 10—225
Taula 10.45. Característiques d’alguns combustibles oxigenats. 10—226
Taula 10.46. Característiques del metanol. 10—226
Taula 10.47. Propietats químiques i físiques del biodièsel comercial i el dièsel de petroli. 10—231
Taula 10.48. Propietats físiques i químiques relacionades amb la transesterificació. 10—236
IX

Taula 10.49. Paràmetres generals de la qualitat del biodièsel. 10—237
Taula 10.50. Paràmetres específics de l’oli vegetal per a la qualitat del biodiesel. 10—237
Taula 10.51. Comparació en els costos de producció de 6 plantes productores de biodièsel. 10—242
Taula 11.1. Nombre d’instal·lacions de calderes que utilitzen biomassa com a font d’energia, tant per a
Catalunya com per la zona d’estudi. 11—257
Taula 12.1. Potencial de biomassa global a Catalunya. 12—278
Taula 12.2. Superfície explotable i període de rotació per a cada tipus d'espècie, per comarca. 12—280
Taula 12.3. Explotació temporal de l'estrat arbori: biomassa aèria total i biomassa residual extraibles per any,
per comarca. 12—283
Taula 12.4. Explotació sostenible de l'estrat arbori: biomassa aèria total i biomassa residual extraibles per any,
per comarca. 12—285
Taula 12.5. Explotació sostenible de l’estrat arbori: biomassa àeria total i biomassa residual extraïbles per any,
per les quatre comarques de l’àmbit d’estudi. 12—286
Taula 12.6. Producció i superfície forestal arbrada afectada anualment per incendis de mitjana de 24 anys
(període 1975-98), per comarca. 12—287
Taula 12.7. Comparació dels aprofitaments temporal, sostenible i actual, per comarca. 12—288
Taula 12.8. Biomassa residual susceptible de ser aprofitada per a energia en els escenaris actual, temporal i
sostenible a Catalunya. 12—289
Taula 12.9. Producció de palla dels diferents tipus de cultius herbacis a Catalunya per secà i regadiu. 12—291
Taula 12.10. Cost (€/Tm) de les diferents variables que afecten al preu dels residus, en funció de la distància a
que han de d'ésser transportats. 12—292
Taula 12.11. Estimació de la producció total de residus (tones) de matèria fresca, dels cultius de blat, ordi, altres
cereals (civada, sègol i triticale), panís, melca, girasol, arròs i carxofera, per comarques. 12—293
Taula 12.12. Estimació de la producció total de residus (tones) de matèria seca, dels cultius de blat, ordi, altres
cereals (civada, sègol i triticale), panís, melca, girasol, arròs i carxofera, per comarques. 12—295
Taula 12.13. Estimació de la producció total d'energia (tep), dels cultius de blat, ordi, altres cereals (civada,
sègol i triticale), panís, melca, girasol, arròs i carxofera, per comarques. 12—297
Taula 12.14. Superfícies de cultius llenyosos a Catalunya. 12—299
Taula 12.15. Distribució de la superfície de cultius llenyosos segons comarques (en ha) 12—300
Taula 12.16. Producció dels residus d’esporga dels cultius llenyosos (Tn/ha·any). 12—301
Taula 12.17. Producció potencial aprofitable de biomassa, en tones, de les espècies llenyoses. Material d’esporga
i d’arrancada (Tn amb 50 % d’humitat). 12—301
Taula 12.18. Producció mitjana de residu no especial (fusta i suro) per la indústria de primera transformació en
el període 1994.1999, per comarca. 12—305
Taula 12.19. Producció mitjana de residu no especial (fusta i suro) per la indústria del moble durant el període
1994-1999, per comarca. 12—306
Taula 12.20. Tones anuals (Tn psa/any) dels subproductes i residus de les indústries de Catalunya. 12—307
Taula 12.21. Quantitat de residu voluminós i restes de poda i jardineria que es poden aprofitar per a un ús final
de la biomassa a Catalunya. 12—309
Taula 13.1. Potencial de biomassa global a l’àrea d’estudi. 13—314
Taula 13.2. Explotació temporal de l’estrat arbori: biomassa àeria total i biomassa residual extraïbles per any,
per les quatre comarques de l’àmbit d’estudi. 13—317
Taula 13.3. Explotació temporal de l’estrat arbustiu i dels arbres morts, per les quatre comarques de l’àmbit
d’estudi. 13—317
Taula 13.4. Explotació sostenible de l’estrat arbori: biomassa àeria total i biomassa residual extraïbles per any,
per les quatre comarques de l’àmbit d’estudi. 13—318
Taula 13.5. Producció i superfície forestal arbrada afectada anualment per incendis de mitjana de 24 anys
(període 1975-98), per comarca. 13—318
Taula 13.6. Comparació dels aprofitaments temporal, sostenible i actual, per les quatre comarques de l’àmbit
d’estudi. 13—319
Taula 13.7. Biomassa residual susceptible de ser aprofitada per a energia en els escenaris actual, temporal i
sostenible a les comarques de l’àmbit d’estudi. 13—319
Taula 13.8. Estimació de la producció total de residus (tones) de matèria fresca, dels cultius de blat, ordi, altres
cereals (civada, sègol i triticale), panís, melca, girasol, arròs i carxofera, per les quatre comarques de l’àmbit
d’estudi. 13—321
Taula 13.9. Estimació de la producció total de residus (tones) de matèria seca, dels cultius de blat, ordi, altres
cereals (civada, sègol i triticale), panís, melca, girasol, arròs i carxofera, per les quatre comarques de l’àmbit
d’estudi. 13—321
Taula 13.10. Estimació de la producció total d’energia (tep) dels cultius de blat, ordi, altres cereals (civada, sègol
i triticale), panís, melca, girasol, arròs i carxofera, per les quatre comarques de l’àmbit d’estudi. 13—322
Taula 13.11. Distribució de la superfície de cultius llenyosos segons les comarques de l’àmbit d’estudi (en ha).
13—323
Taula 13.12. Producció potencial aprofitable de biomassa, en tones, de les espècies llenyoses. Material d’esporga
i d’arrancada de les quatre comarques de l’àmbit d’estudi (Tn de matèria amb 50% humitat). 13—324
X

Taula 13.13. Producció mitjana de residu no especial (fusta i suro) per la indústria de primera transformació en
el període 1994-1999, per les quatre comrques de l’àmbit d’estudi. 13—325
Taula 13.14. Producció mitjana de residu no especial (fusta i suro) per la indústria del moble en el període 1994-
1999, per les quatre comrques de l’àmbit d’estudi. 13—326
Taula 13.15. Tones anuals dels subproductes i residus de les indústries per les quatre comarques de l’àmbit
d’estudi. 13—326
Taula 13.16. Superfície de conreus abandonats al Parc Natural del Montseny i al Parc del Montnegre i el Corredor
en els darrers 50 anys. 13—328
Taula 13.17. Superfície de conreus abandonats actualment al Parc Natural del Montseny i al Parc del Montnegre i
el Corredor. 13—328
Taula 13.18. Tipus de cultiu, destí, producció, poder calorífic, quantitat de biomassa i potencial energètic que es
pot extreure del Parc Natural del Montseny i del Parc del Montnegre i el Corredor per mitjà del potencial de
biomassa de conreus energètics en els darrers 50 anys. Humitat 0%. 13—329
Taula 13.19. Tipus de cultiu, destí, producció, poder calorífic, quantitat de biomassa i potencial energètic que es
pot extreure del Parc Natural del Montseny i del Parc del Montnegre i el Corredor per mitjà del potencial de
biomassa de conreus energètics actual. Humitat 0%. 13—330
Taula 13.20. Quantitat de residu voluminós i restes de poda i jardineria que es poden aprofitar per a un ús final
de la biomassa. 13—331
Taula 15.1. Matriu original d’identificació d’impactes de l’Extracció de la biomassa forestal i de Transport. 15—341
Taula 15.2. Matriu original d’identificació d’impactes de la Planta de Valorització de biomassa en l’Escenari 1. 15—
342
Taula 15.3. Matriu original d’identificació d’impactes de la Planta de Valorització de biomassa en els escenaris 2 i
3. 15—343
Taula 15.4. Matriu original de caracterització d’impactes general per a totes les Fases del projecte. 15—344
Taula 15.5. Matriu original d’avaluació d’impactes per a totes les Fases del projecte. 15—345
Taula 15.6. Matriu d’identificació d’impactes de l’Extracció de la biomassa Forestal i per al Transport. 15—351
Taula 15.7. Matriu d’identificació d’impactes de la Planta de Valorització de Biomassa segons l’Escenari 1
(Calderes Petites). 15—352
Taula 15.8. Matriu d’identificació d’impactes de la Planta de Valorització de Biomassa segons els Escenaris 2 i 3
(Tamany mitjà i Cogeneració). 15—353
Taula 15.9. Matriu d’identificació d’impactes significatius de l’Extracció de biomassa forestal i Transport. Notació:
1- Immediat o segur; 2- No immediat o potencial. En ombrejat es remarquen els impactes més significatius. 15—
354
Taula 15.10. Matriu d’identificació d’impactes significatius de la Planta de Valorització de Biomassa segons
l’Escenari 1 (Calderes Petites). Notació: 1- Immediat o segur; 2- No immediat o potencial. En ombrejat es
remarquen els impactes més significatius. 15—355
Taula 15.11. Matriu d’identificació d’impactes significatius de la Planta de Valorització de Biomassa segons els
Escenaris 2 i 3 (Tam. mitjà i Cog.). 15—356
Taula 15.12. Matriu de caracterització dels impactes per a la fase d’Extracció de Biomassa forestal. 15—360
Taula 15.13. Matriu de caracterització dels impactes per a la fase de Transport. 15—361
Taula 15.14. Matriu de caracterització dels impactes per a la fase de Planta de Valorització de Biomassa en
l’Escenari 1. 15—362
Taula 15.15. Matriu de caracterització dels impactes per a la fase de Planta de Valorització de Biomassa en els
Escenaris 2 i 3. 15—363
Taula 15.16. Matriu d’avaluació d’impactes significatius per a tot el projecte. 15—374
Taula 15.17. Consum horari de la maquinària forestal utilitzada en un aprofitament tradicional de la fusta. 15—
388
Taula 15.18. Característiques del gasoli. 15—388
Taula 15.19. Càrregues i consums de gasoli per diferents tipus de camió. 15—388
Taula 15.20. Equivalències de tipus de camió entre el Model de Transport i els utilitzats a Catalunya per al
transport de biomassa forestal. 15—389
Taula 15.21. Tipologies de camions, material a transportar i consum de combustible associat (litres/100 km).
15—390
Taula 15.22. Tipologies de camió i material que poden transportar preferentment. 15—391
Taula 15.23. Categories d’impacte ambiental agrupades segons l’àmbit geogràfic d’incidència. 15—401
Taula 15.24. Valors d’impacte del transport d’una tona de biomassa per les diferents tipologies de camions i per
la tipologia de biomassa transportada en l’escenari 1 (94 km). 15—406
Taula 15.25. Valors d’impacte del transport d’una tona de biomassa per les diferents tipologies de camions i per
la tipologia de biomassa transportada en l’escenari 2 (40 km). 15—406
Taula 15.26. Límits legals en l’emissió de gasos per calderes de biomassa

Taula 15.31. Emissions de SOx, HCl i NOx per a les diferents plantes 15—411
Taula 15.32. Emissions de CO a l’atmosfera per a cada planta 15—412
Taula 15.33. Concentració de Corg depenents de la concentració de CO 15—412
Taula 15.34. Taxes d’Emissió per a Calderes Cremadores de Fusta ( 15—413
Taula 15.35. Emissions de partícules pels tres tamanys de planta 15—416
Taula 15.36. Emissions de PCDD/F respecte diferents tipologies de combustibles i escales de combustió 15—416
Taula 15.37. Emissions de partícules per a les plantes seleccionades després del tractament 15—417
Taula 15.38. Consum de fusta i emissions de partícules per a la generació de calor i electricitat combinats i per
separat, en plantes de 2MW. 15—422
Taula 15.39. Concentracions detectades de SOx, NOx i HCl en la combustió de la fusta per calderes petites (0’6
MW) 15—424
Taula 15.40. Concentracions detectades de SOx, NOx i HCl en la combustió de la fusta per a calderes de mitjana
potència (1 MW) 15—425
Taula 15.41. Concentracions detectades de SOx, NOx i HCl en la combustió de la fusta per a calderes de gran
potència (11 MW) 15—426
Taula 16.1. Cost (€/Tn) de les diferents variables que afecten al preu dels residus, en funció de la distància a
que han de d'ésser transportats. 16—429
Taula 16.2. Fórmules per al càlcul del cost del transport de biomassa forestal (ptes/Tn psa) segons els tipus
d’aprofitament realitzat pel Pla de biomassa (CREAF-CTFC). 16—431
Taula 16.3. Cost (€/Tn) de les diferents variables que afecten al preu dels residus, en funció de la distància a
que han de d'ésser transportats. 16—434
Taula 16.4. Cost (€/Tn) de les diferents variables que afecten al preu dels residus, en funció de la distància a
que han de d'ésser transportats. 16—435
Taula 16.5. Costos de generació per a plantes elèctriques de 2 MW (centaus de USD per kWh) 16—435
Taula 16.6. Costos de co-generació de bioelectricitat 16—436
Taula 16.7. Costos d’inversió de forns per a forns de biomassa d’escala petita 16—439
Taula 16.8. Costos específics de l’energia per a forns de biomassa de petita escala 16—440
Taula 16.9. Costos en la instal·lació de plantes de diferent potència i consums de fusta anuals a Alemanya 16—
441
Taula 16.10. Contribució de cada secció en una planta de Gasificació sobre el cost global. 16—444
Taula 16.11. Exemple en l’ús de variables en una base de càlcul. 16—444
Taula 16.12. Cost de producció d’energia. 16—445
Taula 16.13. Cost de producció orientatiu d’electricitat a partir de biomassa. 16—445
Taula 16.14: Anàlisi de costos dels Sistemes de Control de Partícules (TE=0’71 lb/MMBtu FC=30%) 16—447
Taula 16.15: Anàlisi de costos dels Sistemes de Control de Partícules (TE=0’71 lb/MMBtu FC=75%) 16—448
Taula 16.16. Anàlisi de costos dels Sistemes de Control de Partícules (TE=0’3 lb/MMBtu FC=30%) 16—448
Taula 16.17. Anàlisi de costos dels Sistemes de Control de Partícules (TE=0’3 lb/MMBtu FC=75%) 16—448
XII

ÍNDEX DE FIGURES
Figura 3.1. Superfícies de terra ferma i de boscos en els territoris considerats. 3—4
Figura 3.2. Consums mundials de fusta industrial i com a combustible (FAO). 3—5
Figura 5.1 Etapes en el procés de producció de pellets (sistema productiu de CPM) 5—19
Figura 5.2. Dipòsit Condicionador de la fusta triturada, propietat de l'empresa CPM 5—20
Figura 5.3. Dipòsit Refrigerador de pellets abans de procedir al tamissat, propietat de l'empresa CPM 5—21
Figura 5.4. Tamís per a pellets, propietat de l'empresa CPM 5—21
Figura 5.5. Imatge de llenya. 5—25
Figura 5.6. Imatges d’estelles. 5—34
Figura 5.7. Imatges de briquetes. 5—40
Figura 5.8. Imatges de pèl·lets. 5—48
Figura 5.9. Imatge de carbó vegetal. 5—52
Figura 5.10. Imatges de residus de cultius agrícoles [1 – Llenyosos, 2 – Palla, 3 – Pèl·lets]. 5—56
Figura 7.1. Diagrama de flux de l’explotació forestal 7—65
Figura 8.2. Diagrama del transport de biomassa procedent d’explotacions forestals. 8—74
Figura 8.3. Diagrama del transport de biomassa des d’una explotació forestal fins a peu de carretera. 8—74
Figura 8.4. Camió amb remolc de pis mòbil. 8—75
Figura 8.5. Diagrama de flux del transport de biomassa procedent de cultius agrícoles. 8—77
Figura 8.6. Diagrama del transport de biomassa des de cultius agrícoles fins a planta deshidratadora. 8—77
Figura 8.7. Diagrama del transport de biomassa des de cultius agrícoles fins a planta deshidratadora. 8—77
Figura 9.1. Relació de la inversió necessària pel total d'instal·lacions productives en relació a la capacitat
productora de pellets 9—83
Figura 9.2. Relació d'Inversió per Capacitat de Producció 9—84
Figura 9.3. Preu dels combustibles per a la calefacció. 9—86
Figura 10.1. Tipus de turbina de vapor. 10—94
Figura 10.2. Balanç d’energia en la cogeneració de calor i electricitat 10—95
Figura 10.3. Sistema de calefacció central 10—97
Figura 10.4. Graus dia a l’any en la zona del Montseny 10—100
Figura 10.5. Temperatura de les superfícies interiors de les finestres i parets. 10—108
Figura 10.6. Temperatura de les superfícies interiors de les finestres normals i de ventilació 10—109
Figura 10.7. Representació de la pèrdua del calor humà en locals amb doble vidre i diverses calefaccions (segons
Kollmar) 10—110
Figura 10.8. Llar de foc 10—117
Figura 10.9. Estufa de llenya 10—118
Figura 10.10. Estufes amb finestra de vidre 10—118
Figura 10.11. Forn de flequer 10—118
Figura 10.12. Caldera de llenya 10—119
Figura 10.13. Estufa enrajolada 10—119
Figura 10.14. Forn d'estelles de fusta amb dipòsit intermedi (KWB USB ZI 15 - 100 kW) 10—120
Figura 10.15. Forn d'estelles de fusta amb agitador, sense dipòsit intermedi (KWB USV D 15 – 100 kW) 10—120
Figura 10.16. Fogar d'alimentació inferior 10—121
Figura 10.17. Fogar d'alimentació transversal 10—121
Figura 10.18. Fogar d’alimentació superior 10—122
Figura 10.19. Estufa operativa amb pellets de fusta 10—123
Figura 10.20. Cargol sensfi (Cargol d'Arquímedes) 10—124
Figura 10.21. Esquema d'un cremador de graella esparcidora ( Spreader- Stoker ) 10—128
Figura 10.22. Esquema d'un fogar d'alimentació inferior 10—129
Figura 10.23. Esquema representatiu d'un Cremador de fogar 10—130
Figura 10.24. Sistema Cremador - Caldera 10—130
Figura 10.25. Sistema de cremador - Caldera amb graella inclinada 10—131
Figura 10.26. Cremadors de llit Fluiditzat: (a) LF bombollejant, (b) LF Circulant 10—132
Figura 10.27. Sistema "Cigar burning" per a bales 10—133
Figura 10.28. Sistema de crema de bales de palla per a la producció d’aigua calenta 10—133
XIII

Figura 10.29. Esquema d'un Cyclone Boiler 10—134
Figura 10.30. Sistema "Whole tree energy system" 10—135
Figura 10.31. Esquema de Sitja amb Cremador i Caldera 10—137
Figura 10.32. Exemple de bunquer sota terra ( vista lateral ) 10—138
Figura 10.33. Exemple de bunquer al mateix nivell ( vista lateral ) 10—138
Figura 10.34. Exemple de bunquer al mateix nivell ( vista en planta ) 10—138
Figura 10.35. Exemple de Presitja (Visió lateral) 10—139
Figura 10.36. Exemple de Presitja (Visió en Planta) 10—139
Figura 10.37. Exemple de Sitja Elevada (Visió lateral) 10—139
Figura 10.38. Exemple de Sitja Elevada (Visió en Planta) 10—140
Figura 10.39. Exemple de dos calderes amb una sitja. 10—140
Figura 10.40. Exemple de sitja rectangular amb una caldera 10—140
Figura 10.41. Exemple de sitja rodona. 10—141
Figura 10.42. Cinta transportadora pel transport a granel 10—141
Figura 10.43. Dispositius de descàrrega de partícules 10—143
Figura 10.44. Baghouse o Filtre de mànega. 10—144
Figura 10.45. Eficiències de separació de partícules per a precipitadors de plantes energètiques cremadores de
carbó 10—145
Figura 10.46. Configuració d’un cicló 10—146
Figura 10.47. Efecte de les dimensions del cicló sobre l’eficiència de separació de partícules 10—147
Figura 10.48. Corba d’eficiència de col·lecció de partícules per mides per a un multicicló 10—149
Figura 10.49. Tipologies de Rentadors humits 10—150
Figura 10.50. Rentador Venturi 10—150
Figura 10.51. Representació de les eficiències de col·lecció d’un Rentador Venturi Rectangular 10—151
Figura 10.52. Caldera d’estelles de 35 kW de la “Maison” 10—153
Figura 10.53. Hotel Picheyre 10—154
Figura 10.54. Sitja enterrada (“búnker”) i sistema d’obertura 10—154
Figura 10.55. Caldera instal·lada a Narteikaiai Agricultural School. 10—155
Figura 10.56. Diagrama esquemàtic de la generació energètica de la planta Schijndel B.V. 10—156
Figura 10.57. Distribució per canonades de l’aigua calenta generada 10—157
Figura 10.58. Configuració de la Caldera de Mosset 10—158
Figura 10.59. Contingut de C, H, O relatius a la biomassa. 10—166
Figura 10.60. Procés de gasificació 10—167
Figura 10.61. Procés de Piròlisi. 10—167
Figura 10.62. Alternatives d’aplicacions en base al procés de gasificació 10—168
Figura 10.63. Etapes de la Gasificació. 10—169
Figura 10.64. Processos de gasificació directa i indirecta 10—170
Figura 10.65. Canvis químics durant els processos de conversió de la biomassa 10—170
Figura 10.66. Gasificadors de llit fixat. 10—172
Figura 10.67. Gasificador downdraft o de flux concurrent 10—173
Figura 10.68. Gasificadors Downdraft amb netejador de gas. 10—174
Figura 10.69. Procés de gasificació per dos passos. 10—175
Figura 10.70. Gasificadors de llit fluïditzat. 10—176
Figura 10.71. Gasificador de llit fluiditzat doble. 10—178
Figura 10.72. Gasificador de circulació interna ràpida 10—178
Figura 10.73. Exemple d'un sistema industrial de gasificació pressuritzada 10—179
Figura 10.74. Diagrama esquemàtic d'un gasificador de llit fluiditzat pressuritzat d'escala pilot 10—180
Figura 10.75. Gasificador indirecte de carbonissa 10—181
Figura 10.76. Gasificador Indirecte de Gas 10—181
Figura 10.77. Quadre resum comparatiu dels llits de gasificació. 10—182
Figura 10.78. Possible configuració d'un sistema "cofiring" amb dos calderes diferents 10—187
Figura 10.79. Possible configuració d'un sistema "cofiring" amb una caldera 10—188
Figura 10.80. Representació del funcionament d'una cèl·lula de combustible d'àcid fosfòric 10—190
Figura 10.81. Procés New Zealand de hidròlisi àcida per percloració continua 10—200
Figura 10.82. Procés Stake de conversió de biomassa 10—202
Figura 10.83. Equacions de la reacció d’hidròlisi en medi àcid de la cel·lulosa i hemicel·lulosa 10—202
Figura 10.84. Representació esquemàtica de les etapes seqüencials en la cel·lulòlisi. 10—204
Figura 10.85. Principals productes de la indústria de destil·lació de la fusta 10—209
Figura 10.86. Forn de carbonització segons el principi de les carboneres (Forn de Klar) 10—209
Figura 10.87. Forn d’Schwartz 10—210
Figura 10.89. Forn de Ljundberg 10—211
Figura 10.90. Forn de cuba 10—211
Figura 10.91. Forn de vagoneta 10—212
Figura 10.92. Retorta horitzontal per a destil·lació seca de fusta, amb capacitat d’1 esteris de fusta 10—213
XIV

Figura 10.93. Instal·lació de destil·lació seca de fusta segons el procediment Reichert. 10—214
Figura 10.94. Destil·lador seca de fusta per a treball continu. Procediment de Gröndal 10—215
Figura 10.95. Instal·lació de destil·lació de fusta amb treball continu, segons el procediment S.I.F.I.C. 10—216
Figura 10.96. Matèries primes i etapes en la producció d’etanol 10—220
Figura 10.97. Exemple de procés industrial de producció d’etanol 10—221
Figura 10.98. Exemple de planta productora d’etanol amb sistema BIG/CC 10—223
Figura 10.99. Diagrama del sistema energètic de producció d’etanol a partir de la canya de sucre a Sud-Àfrica.
10—225
Figura 10.100. Esquema de flux simplificat de la producció de metanol a partir del gas natural via “simple
reforming” 10—227
Figura 10.101. Diagrames de sistemes productors de gasos de síntesi a partir de la gasificació de la fusta 10—
228
Figura 10.102. Sistemes de reactors utilitzats en la Piròlisi Rapida 10—229
Figura 10.103. Productes de la piròlisi ràpida (a dalt) i característiques dels productes (a baix). 10—230
Figura 10.104. Aplicacions de l’oli obtingut en la piròlisi ràpida. 10—230
Figura 10.105. Transesterificació de triglicèrids amb alcohol 10—236
Figura 10.106. Batch Reaction Process 10—239
Figura 10.107. Sistema PFR 10—239
Figura 10.108. Procés d’Esterificació Directa amb catalitzador àcid 10—240
Figura 10.109. Sistema Reactor amb catalitzador base, de llit fixat 10—240
Figura 10.110. Procés Co-Solvent Biox 10—240
Figura 10.111. Procés d’esterificació supercrític 10—241
Figura 10.112. Producció i capacitat de Biodiesel a països de la UE, al 2002 10—241
Figura 10.113. Evolució de la producció de biodiesel a Europa des de 1992 10—242
Figura 12.1. Situació d'explotació temporal. 12—282
Figura 12.2. Situació d'explotació sostenible. 12—284
Figura 13.1. Percentatge de la superfície forestal explotable de les quatre comarques de l’àmbit d’estudi. 13—315
Figura 13.2. Percentatge de la superfície forestal explotable en les quatre comarques de l’àmbit d’estudi en
comparació amb la superfície forestal explotable de Catalunya. 13—316
Figura 15.1. Consum de gasoli dels tres tipus de camions per tona transportada segons el material que
transporten. 15—392
Figura 15.2. Consum d’energia dels tres tipus de camions per tona transportada segons el material que
transporten. 15—392
Figura 15.3. Consum de gasoli dels tres tipus de camions per tona transportada segons el material que
transporten. 15—393
Figura 15.4. Consum d’energia dels tres tipus de camions per tona transportada segons el material que
transporten. 15—393
Figura 15.5. Distància el camió de distribució local estelles fins al 10% d’energia que s’obté de la biomassa. 15—
394
Figura 15.6. Distància el camió de distribució local estelles fins al 10% d’energia que s’obté de la biomassa. 15—
395
Figura 15.7. Consum d’energia de l’extracció i el transport dels tres tipus de camions per tona transportada
segons el material que transporten. 15—396
Figura 15.8. Distància el camió de distribució local estelles fins al 10% d’energia que s’obté de la biomassa. 15—
396
Figura 15.9. Consum d’energia de l’extracció i el transport dels tres tipus de camions per tona transportada
segons el material que transporten. 15—397
Figura 15.10. Distància el camió de distribució local estelles fins al 10% d’energia que s’obté de la biomassa.
15—397
Figura 15.11. Fases d’una ACV. 15—399
Figura 15.12. Diagrama esquemàtic d’un sistema. 15—400
Figura 15.13. Diagrama de flux del combustible. 15—403
Figura 15.14. Valors del potencial d’escalfament global de transportar 1 tona de biomassa pels diferents
tipologies de camions i de biomassa analitzats en l’escenari 1 (radi de les quatre comarques). 15—405
Figura 15.15. Valors del potencial d’escalfament global de transportar 1 tona de biomassa pels diferents
tipologies de camions i de biomassa analitzats en l’escenari 2 (40 km). 15—405
Figura 15.16. Comparació entre gas de combustió de fusta amb 11% d’oxigen en excés i gas amb 10% de CO2
15—410
Figura 15.17. Concentració de CO i Corg al gas de combustió 15—413
Figura 15.18. Balanç d’energia en la cogeneració de calor i electricitat 15—419
Figura 16.1. Cost (€/Tn de biomassa transportada) del transport de biomassa si s’aplica el preu de gasoli
mitjançant el consum del camió de distribució local, regional i el semitràiler de llarg recorregut. 16—430
Figura 16.2. Cost (€/Tn de biomassa transportada) del transport de biomassa segons les fórmules del Pla de
Biomassa per als diferents tipus d’aprofitament. 16—432
XV

Figura 16.3. Cost (€/Tn de biomassa transportada) de l’extracció i del transport de biomassa segons les fórmules
del Pla de Biomassa i del Observatorio de mercado del transporte de mercancías por carretera per a
l’aprofitament tradicional de la fusta. 16—432
Figura 16.4. Cost (€/Tn de biomassa transportada) de l’extracció i del transport de biomassa segons les fórmules
del Pla de Biomassa i del Observatorio de mercado del transporte de mercancías por carretera per a
l’aprofitament de neteges i restes d’aprofitaments anteriors. 16—433
Figura 16.5. Cost (€/Tn de biomassa transportada) de l’extracció i del transport de biomassa segons les fórmules
del Pla de Biomassa i del Observatorio de mercado del transporte de mercancías por carretera per a
l’aprofitament de peus menors. 16—433
Figura 16.6. Cost (€/Tn de biomassa transportada) de l’extracció i del transport de biomassa segons les fórmules
del Pla de Biomassa per als diferents tipus d’aprofitament. 16—434
Figura 16.7. Costos d’inversió típics per a plantes de producció d’energia tèrmica 16—436
Figura 16.8. Costos totals en funció de la capacitat instal·lada, per a plantes productores d’electricitat. 16—437
Figura 16.9. Estructura de costos de producció energètica per plantes de 5 MWth de Finlàndia. 16—438
Figura 16.10. Relació entre potència instal·lada versus consum de fusta, i potència instal·lada versus inversió
total 16—442
Figura 17.1. Les 3 etapes típiques d’un procés d’Avaluació Integrada. 17—451
Figura 17.2. Fotografies il·lustratives de les sessions de grups de discussió realitzats. 17—452
Figura 17.3. Esquema de les relacions causa-efecte de la biomassa forestal a Catalunya detectades en el
transcurs dels grups de discussió: 17—455
XVI

1. INTRODUCCIÓ
El bosc ha estat tradicionalment una font natural de recursos, primer subministrant fusta per a la
construcció i com a font d’energia domèstica, després proveint matèria primera per a la producció de
paper i com a combustible en calderes. Encara que sempre ha tingut una funció ecològica, no ha
estat fins les darreres dècades que s’ha reclamat la necessitat de conservar-lo després de reconèixer
la seva utilitat com a suport de la biodiversitat, per la seva funció estètica, i altres valors ambientals i
socials emmarcats dins el context de la sostenibilitat. L’equilibri desitjable entre els usos presents i
futurs demana una gestió correcta dels boscos, de la qual, però, avui dia encara estem lluny.
Un ús sostenible del bosc ha d’incloure entre els seus principis bàsics de gestió el respecte i suport
als compromisos internacionals de la Convenció de Diversitat Biològica de les Nacions Unides, i de la
Convenció Marc del Canvi Climàtic de les Nacions Unides a la qual està associat el Protocol de Kioto.
Dins la primera es reclama la conservació de la diversitat biològica, el seu ús sostenible i compartir
equitativament els beneficis de l’ús dels recursos genètics. La Convenció de Diversitat Biològica és un
element clau en la gestió sostenible dels boscos per la forma en que els pot afectar els canvis en la
seva estructura, composició i connectivitat. Així cal considerar en la seva gestió aspectes com la
diversitat d’espècies o la protecció d’espècies protegides.
Una nova preocupació ambiental s’ha afegit que aconsella promoure l’explotació sostenible de la
biomassa com a font d’energia: el risc implícit en el canvi climàtic com a conseqüència de l’augment
de diòxid de carboni en l’atmosfera. Atès l’esmentat Protocol de Kioto i els compromisos adquirits, la
biomassa és un combustible de potencial d’escalfament quasi nul. La Unió Europea ha marcat com un
dels seus objectius el desenvolupament de l’explotació sostenible de la biomassa per contribuir al
consum energètic de l’euroregió. La contribució dels boscos als objectius del Protocol de Kioto es pot
plantejar també modificant el balanç en el cicle del carboni mitjançant el segrest i acumulació de
carboni en forma de biomassa, reduint així la quantitat de diòxid de carboni a l’atmosfera.
L’acompliment de la Convenció del Canvi Climàtic fa recomanable l’ús de la biomassa per cobrir
parcialment la demanda energètica de la població, avui dia majoritàriament satisfeta a partir de
recursos no renovables, i per tant insostenibles a llarg termini. L’aprofitament energètic de la
biomassa no solament és compatible amb la gestió sostenible dels boscos sinó que n’és un
component gairebé necessari per a l’equilibri forestal. Alhora, conjuntament amb altres fonts
renovables d’energia, pot assegurar estratègicament una part del subministrament energètic, i també
contribuir a una política energètica descentralitzadora de les grans centrals de generació elèctrica. Els
arguments són especialment vàlids en un país que, com és el cas de Catalunya, està mancat de
recursos energètics fòssils però té una clara potencialitat en energies renovables.
La biomassa ha estat en el passat, amés, una matèria primera per obtenir productes químics a menor
escala. Aquesta activitat es va discontinuar en el nostre territori fa unes poques dècades. Diversos
centres de recerca europeus mantenen una permanent avaluació de la producció vegetal com a font
de productes químics, al no descartar que la necessitat futura pugui reorientar en aquesta direcció.
Estretament relacionat amb la manca duna bona gestió, el bosc mediterrani pateix estacionalment un
risc greu d’incendis que enforteix els requeriments d’una gestió sostenible. Una gestió sostenible ha
de tenir en compte la maduresa del bosc i com fer compatible el seu aprofitament amb el potencial
increment de la massa forestal en condicions més segures, per tal que l’acumulació futura es faci en
condicions que no incrementin el risc d’incendis. La massa de sotabosc estava regulada fins fa pocs
anys per algunes activitats, com ara la dels flequers, que indirectament contribuïen a la neteja
forestal. Aquesta activitat, com la del conreu de molts camps que han estat abandonats els darrers
anys, han facilitat el creixement d’una vegetació addicional de fàcil inflamació. Des d’un punt de vista
energètic, aquests terrenys han de ser inclosos dins una perspectiva de gestió de més abast que
podria incloure també els cultius energètics.
Cal analitzar en conseqüència els diversos interessos que convergeixen en la gestió dels boscos i
cultius assimilables, fixar els objectius tenint en compte els diferents components d’una estructura
d’aprofitament sostenible de la biomassa d’origen forestal, actualitzar l’estat de la qüestió i deduir-ne
les actuacions de futur a considerar en una estratègia d’equilibri dels boscos catalans. En aquest
1—1

estudi s’ha considerat com un cas particular la gestió sostenible dels boscos de la zona Montseny-
Montnegre.
1—2

2. OBJECTIU DE L’ESTUDI
Identificada la necessitat d’una gestió sostenible ha estat l’objectiu de l’estudi analitzar la viabilitat de
l’ús de la biomassa com a font de matèries primeres i d’energia sota criteris de sostenibilitat, tenint
en compte les recomanacions sortides de la Cimera de Rio.
L’estudi revisa l’estat present de l’explotació de la biomassa forestal en general, tenint en compte les
experiències externes i la lògica d’una explotació local. L’estudi ha estat enfocat a un disseny
preliminar del procés considerat més assequible a la zona del Montseny i el Corredor, després d’haver
revisat les experiències del passat en aquesta zona, particularment per la presència d’una empresa a
Sant Celoni (Derivados Forestales, S.A.) que fins fa poques dècades havia tingut una activitat
significativa en la valorització dels recursos forestals. Durant l’estudi s’ha fet evident que les millors
oportunitats a curt termini es troben en els usos energètics directes de la biomassa forestal i per tant
s’ha concentrat l’atenció en aquest sector.
A l’hora de considerar la biomassa forestal com un recurs energètic, s’ha vist necessari incloure altres
tipologies de biomassa de diferent origen (agrícola, residus industrials, etc.), ja que tenen
característiques assimilables a la tecnologia d’aprofitament de la biomassa forestal. Així es pot
assegurar el subministrament de la biomassa, s’obren mercats alternatius de la biomassa i
s’amplifiquen les opcions en la seva gestió.
Conjuntament amb els impactes ambientals, el desenvolupament sostenible requereix l’anàlisi dels
impactes socials i econòmics i així incloure aspectes tals com els beneficis de la neteja de la massa
forestal, els beneficis laborals per a la població local, la disminució del risc d’incendis, i altres
impactes socials potencials sobre les comunitats de la zona.
Per aconseguir una avaluació més objectiva del projecte s’han dut a terme uns exercicis interactius
amb la participació dels actors potencialment implicats en una política d’aprofitament de la biomassa
forestal per tal d’incrementar la fiabilitat de les conclusions de l’estudi.
2—3

3. RECURSOS FORESTALS
3.1. SUPERFÍCIE BOSCOSA
L’àrea del món recoberta per boscos i llenyoses és aproximadament de 4000 milions d’hectàrees, de
les quals el 58% correspondria a zones temperades i 42 % a zones tropicals. Proporcionalment,
Europa (sense comptar Rússia) no arriba a un 5% de la superfície total de boscos del món, però és
activament present en el desenvolupament d’una gestió sostenible (Figura 1).
A Catalunya la superfície arbrada es situa en un 34% del total del territori, proporció superior a la
mitjana d’altres parts del món, d’Europa o de la mateixa mitjana espanyola, que no arriben al 30%
de la superfície. També les condicions climàtiques són apropiades per requerir, més que justificar,
una explotació dels recursos forestals dins una estratègia de gestió sostenible. En el cas de Catalunya
la necessitat d’una gestió sostenible dels boscos es veu reforçada per l’alta densitat de població, la
forta interacció que s’estableix entre població i zones forestals i els impactes associats a aquesta
interacció.
3.2. CONSUMS DE BIOMASSA
El consum mundial de fusta es va estimar per a l’any 1991 en 3300 milions de m3, amb un increment
del 2% anual. Els països desenvolupats l’utilitzen principalment com una matèria primera industrial,
mentre que en els països en desenvolupament bàsicament per cuinar i escalfament (Figura 2).
Aproximadament la meitat del consum de la biomassa com a combustible correspon a Àsia, un quart
a Àfrica, i un octau a Sud-amèrica. La producció industrial està concentrada a Nord-amèrica (40%),
Europa (19%) i Àsia (18%) [1]. De fet, una bona part del consum industrial en els països i
desenvolupats acaba com un residu de procés que en bona part tindrà un ús energètic.
Figura 3.1. Superfícies de terra ferma i de boscos en els territoris considerats.
Món
(13064)
3869
Europa
(sense
Rússia)
(571)
188
Superfície (de terra ferma) i de bosc 10 6 Ha
España
(50)
14,4
Catalunya
(3,4)
1,13
La Unió Europea ha planejat arribar l’any 2010 a una participació de la biomassa equivalent al 8,5%
del consum total projectat d’energia. El potencial energètic addicional de la UE a partir de residus
forestals s’ha estimat en 50 milions equivalents de tones de petroli (50 Mtep (A) per any. Considerant
que tot aquest potencial no és explotable, l’ús solament de la part explotable permetria reduir de un
2 a 3% les emissions de CO2, al mateix temps que la milloraria la condició dels boscos i encara
permetria augmentar la massa forestal considerablement, amb una reducció addicional del CO2 del 2
a 3% incorporat des de l’atmosfera. En conjunt fins a un 4 a 6 % del compromís de la UE del 8% de
reducció de les emissions de CO2 podria potencialment aconseguir-se per aquesta via. El potencial és
molt irregular en funció del país i en l’execució sempre poden sorgir inconvenients que limitin el
A) 1 MJ = 0,2778 kWh; 1 tep (tona equivalent de petroli) = 11,67 MWh
Explotable 0,215, en les 4
comarques d’estudi 0,068
3—4

plantejament inicial. En el cas de Catalunya les condicions juguen a favor de participar activament en
el projecte de la UE.
Figura 3.2. Consums mundials de fusta industrial i com a combustible (FAO).
(10 6 m 3
de fusta)
2000
1000
236
1210
Països
desenvolupats
1594
Combustible
Industrial
La massa forestal contribueix a l’economia mundial en un 2% del producte interior brut (PIB), i en un
3% al comerç internacional. El valor estimat de fusta consumida el 1994 fou superior als 400.000
milions de USD, amb un 75% corresponent a l’ús industrial. La contribució econòmica de la biomassa
residual és molt inferior a la que s’obté de la fusta del tronc emprada en la fusteria i fabricació de
polpa de paper.
El preu de la biomassa residual corresponen essencialment als costos d’extracció i transformació en
combustible de qualitat acceptable, quan no intervenen altres factors en la composició del seu cost,
com ara subvencions a neteges forestals. La competitivitat dels sistemes energètics basats en la
biomassa, però, és funció de la racionalitat i mecanització de la gestió. A Suècia, un dels països de
referència en el desenvolupament de l’aplicació energètica, el preu de la biomassa forestal l’any 1994
s’havia reduït a menys de la meitat del preu de 20 anys abans degut a la racionalització de
l’explotació del residus forestals [2]. A Catalunya s’ha estimat que el resultat d’agregar el cost
econòmic de l’extracció de la biomassa forestal [3] i del transport d’aquesta biomassa com s’ha fet
tradicionalment és, com a mínim, de 50 €/Tn. No es disposa a Catalunya d’estudis seriosos de camp
que permetin valoritzar els preus de la biomassa residual en el cas d’una gestió ben desenvolupada
com en l’exemple de Suècia.
3.3. MARC ADMINISTRATIU I LEGISLATIU DE LA BIOMASSA
FORESTAL
A continuació es contextualitza el marc administratiu i legislatiu sobre la biomassa forestal tant a la
Unió Europea com a Catalunya. Es defineixen els objectius i principals característiques de les
polítiques actuals que afecten a la biomassa forestal en l’àmbit comunitari i autonòmic.
3.3.1. EL PLA D’ACCIÓ DE LA BIOMASSA A LA UNIÓ EUROPEA (UE)
388
Països en
desenvolupament
Consum mundial de fusta (FAO)
La Unió Europea ha planejat arribar l’any 2010 a una participació equivalent al 8,5% del consum total
projectat d’energia, de totes les formes de la bioenergia (inclou biogàs i cultius energètics amés de
residus agroforestals). El potencial energètic addicional a partir de residus forestals s’ha estimat en
50 milions equivalents de tones de petroli (50 Mtep (B ) per any. Considerant que tot aquest potencial
B) 1 MJ = 0,2778 kWh; 1 tep (tona equivalent de petroli) = 11,67 MWh
3—5

no es explotable, l’ús solament d’una part d’aquest potencial permetria reduir de un 2 a 3% les
emissions de CO2, al mateix temps que la gestió associada dels boscos milloraria la seva condició i
encara permetria augmentar la massa forestal considerablement, amb una reducció addicional del
CO2 del 2 a 3% incorporat des de l’atmosfera. En conjunt fins a un 4 a 6 % del compromís de la UE
del 8% de reducció de les emissions de CO2 podria potencialment aconseguir-se per aquesta via. La
possibilitat és molt irregular en funció del país i la realitat pot trobar inconvenients en l’aplicació plena
del plantejament, però la situació favorable de Catalunya en molts aspectes aconsella profunditzar en
la possible contribució al projecte de la UE.
3.3.2. MARC ADMINISTRATIU I LEGISLATIU DE LA GESTIÓ FORESTAL A
EUROPA
La legislació comunitària al respecte és molt àmplia, començant pel document del Consell de 1978
anomenat Objectius i principis de la política forestal. Al 1996 es presentà a la Comissió d'Agricultura
del Parlament Europeu, com a previ a la Política Forestal Comunitària, L'Informe Thomas. En aquest
document es determina que la Unió Europea ha d'establir una nova estratègia forestal comunitària
basada en la multifuncionalitat i sostenibilitat dels boscos, conservant i revalorant els recursos
genètics i biològics de les forests. Altres punts que remarca l'Informe Thomas són els referents a
accions d'aforestació i reforestació, reducció de la contaminació atmosfèrica, protecció i lluita contra
els incendis, plagues i malures, i lluita contra l'erosió i desertització.
El 1997, el Comitè Econòmic i Social de la Unió Europea aprovà un dictamen sobre la silvicultura a
Europa, concloent que l'objectiu principal de l'estratègia forestal de la UE ha de ser el foment de
l'explotació forestal per tal de garantir i incrementar els llocs de treball a les regions més febles
estructuralment, amb una gestió forestal sostenible econòmica, social i ecològicament.
Finalment, l'Agenda 2000 inclou la Política Forestal dintre de la Política Agrària Comunitària, recollint
les propostes dels anteriors documents comunitaris mencionats, en un conjunt de mesures
dinamitzadores del sector forestal.
Cada cop més, s’està emprant la certificació forestal que permet assegurar que la gestió que s’ha fet
a les forests compleix uns criteris de sostenibilitat, i no com a una eina que es limita nomès al bosc,
sinó que continua a la indústria, fins arribar al consumidor final.
A la següent ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. es resumeixen les resolucions
de les Tres Conferències Ministerials sobre Protecció de Boscos.
Taula 3.1.. Resolucions de les Conferencies Ministerials.
Estrasburg
1990
Hèlsinki
1993
Lisboa 1998
• Xarxa Europea de parcel·les permanents pel seguiment d’ecosistemes forestals.
• Conservació de recursos genètics forestals,
• Base de dades descentralitzada sobre incendis forestals.
• Expansió de la xarxa EUROSILVA d’investigació sobre fisiologia dels arbres.
• Xarxa Europea d’investigació d’ecosistemes forestals.
Directrius generals per la gestió sostenible dels boscos a Europa.
• Directrius generals per la conservació de la biodiversitat de boscos europeus.
• Cooperació forestal amb països amb economies de transició.
• Societat, boscos i silvicultura –millora dels aspectes socioeconòmics de la gestió
sostenible de boscos.
• Criteris i indicadors paneuropeus i directrius operatives de la gestió sostenible de
boscos.
Font: Universitat de Valladolid. EUI Agraria de Soria.
Els principals punts en què es centra el marc polític i legislatiu Europeu estan relacionades amb la
silvicultura, i la gestió sostenible, així com:
• Crear i mantenir llocs de treballs a les zones rurals.
3—6

• Protecció de l’entorn natural.
• Funció social i recreativa dels boscos.
• La gestió sostenible des de el punt de vista econòmic, ecològic i social.
• La cooperació internacional panaeuropea.
• Protecció dels boscos contra la deforestació, incendis forestals i contaminació atmosfèrica.
• Foment de les forests com a dipòsit de carboni.
• Foment de l’interès mediambiental de la fusta i productes de silvicultura.
• Assegurar la competitivitat de les indústries de silvicultura.
L’últim Pla Estratègic es dedica a la certificació forestal, i recull els principis generals d’aquest procés.
3.3.3. MARC LEGISLATIU FORESTAL A CATALUNYA
En base als articles 9.10 i 10 de l'Estatut d'Autonomia de Catalunya, s'atorga a la Generalitat de
Catalunya les competències sobre el sector forestal, mediambiental i rural, i de desenvolupament
legislatiu i d'execució en matèria de medi ambient.
Com a eix principal del sector forestal a Catalunya és vigent la Llei 6/1988, de 30 de Març. Aquest
document pretén fixar uns criteris per a millorar l’ordenació de terrenys forestals atenent a la seva
problemàtica en tots els aspectes (econòmic, productiu, conservador i social), amb el següents
objectius:
• Promoure de manera sostinguda la funció socioeconòmica de les masses.
• Evitar la disminució de la superfície forestal.
• Millorar els aprofitaments silvo-pastorals.
• Promoure una silvicultura adequada.
• Introduir criteris de manteniment i increment de les masses forestals.
• Fomentar col·laboració entre els sector implicats en la producció i transformació.
• Promoure la investigació i l’experimentació forestals, així com la formació dels productors o
gestors d’activitats forestals.
D’acord amb la llei esmentada es descriuen els terrenys considerats com a forestals, i es defineix el
règim de tinença de la terra, que en funció del seu propietari pot ser:
• Propietat pública, que pertanyen a la Generalitat.
• Propietat privada, que són propietat de persones físiques i jurídiques.
• Comunals, o assimilats per tradició.
Es va vincular al Departament d’Agricultura, Ramaderia i Pesca, la responsabilitat de definir els Plans
de Desenvolupament Forestal: el Pla General de Política Forestal i els Plans de Producció Forestal.
Basat en el desenvolupament d'aquesta Llei, el 1994 s'aprovà el Pla General de Política Forestal
(PGPF), amb una vigència prevista del 1995 al 2005, i amb la finalitat d'establir mesures que
permetin garantir una disposició eficient de béns públics i privats, donades les funcions ambiental, de
reserva genètica, social i productiva dels boscos. Per assolir això, el PGPF estableix una sèrie
d'actuacions: planificació i gestió dels terrenys forestals, conservació de les masses forestals, foment
de la productivitat dels terrenys forestal i mesures de foment (Pla General de Política Forestal, 1994).
S'hi defineixen una altra sèrie d'instruments per assolir els objectius de millora de la gestió dels
terrenys forestals, com són les següents:
• Inventari Ecològic i Forestal de Catalunya.
• Catàleg de Forests d'Utilitat Pública.
3—7

• Catàleg de Forests Protectores.
• Zones d'Actuació Urgent.
• Projectes d'Ordenació i Plans Tècnics de Gestió i Millora Forestal (PTGMF).
• Taula Intersectorial Forestal.
Per la gestió de les forests de propietat privada es crea el Centre de la Propietat Forestal (CPF) el
1991, com a òrgan desconcentrat del Departament d'Agricultura, Ramaderia i Pesca per l'Article 17
de la Llei 6/1988 de 30 de març, forestal de Catalunya, per tal d'ordenar la producció forestal i
promoure la conservació i la millora dels boscos i les pastures de propietat privada. Inicialment
l'activitat es centrà en la definició i descripció dels Plans Tècnics de Gestió i Millora Forestal (PTGMF),
com a eina bàsica de l'estructuració i planejament dels terrenys forestals. En els PTGMF es fixen les
actuacions previstes durant la vigència del document (de 10 a 30 anys). La planificació a mig- llarg
termini establerta als PTGMF implica la realització de tasques de millora i manteniment per tal
d'obtenir rendibilitat econòmica.
Actualment algunes de les forests de Catalunya estan ordenades mitjançant un Pla de Gestió i Millora
Forestal (PTGMF). Cada propietari escull si vol o no acollir-se a aquest tipus de document i als seus
avantatges. El PTGMF descriu les característiques de cada finca, els objectius, i les actuacions
previstes. Per tal que pugui ser aprovat, el PTGMF ha de complir els requisits mínims de qualsevol
ordenació forestal: regeneració i sostenibilitat. Tenir aprovat el PTGMF d'una finca suposa més
rapidesa en la tramitació de permisos de tallada i avantatges en algunes de les subvencions existents
per a actuacions forestals.
La llei estableix altres disposicions de compliment a les forests, com son les següents:
• En el terreny forestals no catalogats es poden fer rompudes, mentre que al forestals, cal
autorització de l’Administració.
• Es fomenta les repoblacions, establint consorcis o altres convenis.
• Les finques forestals situades en àrees sureres sotmeses a règim especial han de tenir un Pla
tècnic que reculli les condicions d’explotació que s’estableixin per reglament.
• I es descriuen eines per la lluita contra els incendis, com el Plans de Prevenció d’Incendis
Forestals, les Agrupacions de Defensa Forestal (ADF), i el Fons Forestal de Catalunya, per
reforestar els terrenys afectats pel foc.
Els aprofitaments forestals s’han de fer segons unes disposicions específiques, tant en terrenys
públics com en privats.
D'una banda, els aprofitaments que es vulguin fer a propietats privades amb PTGMF aprovat o els
que es facin per causes majors com els incendis, poden realitzar-se mitjançant una comunicació
prèvia, a l’Administració.
D'altra banda, les finques sense PTGMF han de demanar la corresponent autorització, que si no es
contestada amb un termini de 3 mesos (silenci administratiu) permet l’aprofitament sol·licitat.
L’Administració forestal ha de redactar anualment, d’acord amb els Projectes d’Ordenació i els PTGMF
mencionats anteriorment, un programa d’aprofitaments i millores dels terrenys forestals de propietat
pública que gestiona directament, el qual ha d’ésser notificat a les entitats públiques interessades.
Cas especial són també les tallades arreu, que necessiten una autorització de l’Administració, o una
comunicació per escrit, segons es tracti d’espècies de creixement lent o de creixement ràpid. Si no hi
ha cap mena de resolució en 3 mesos, es desestima la tallada arreu.
L’autorització d’una tallada arreu es pot concedir en els supòsits següents:
• Si es pretén millorar la regeneració i l’aprofitament de les espècies. En aquest cas, no cal
autorització si les tallades estan previstes dintre dels Projectes d’Ordenació o pels PTGMF.
• Per causes majors com la protecció fitosanitària.
• Per un incendi forestal o altres causes de destrucció i mortalitat dels arbres.
3—8

• Si les tallades són necessàries per a la construcció o la conservació d’instal·lacions, obres o
infrastructures legalment autoritzades.
• Si s’autoritzen rompudes de terrenys forestals per a conreu agrícola.
• Si s’han d’establir tallafocs o bandes de protecció sota línies de conducció elèctrica o sonora.
• Si s’han de realitzar en els terrenys forestals activitats extractives legalment autoritzades.
Una vegada finalitzat l’aprofitament, els terrenys forestals han de restar en condicions tals que no
comportin cap perill per a la integritat de les masses forestals.
L’Administració i entitats locals poden sol·licitar la retirada del material que no s’aprofita, si es
considera que hi ha un situació d’alt risc, que pot arribar a suposar l’execució subsidiària a càrrec dels
responsables.
Durant la realització de l’aprofitament, així com un cop acabat, l’Administració forestal, i fins i tot,
entitats locals a les que s’ha delegat, poden fer reconeixements i inspeccions. Els agents forestals i
els agents de l’autoritat en general poden sol·licitar a tota persona que faci un aprofitament els
documents que l’acrediten, ja sigui l’autorització o llicència o el justificant de la comunicació.
A manca d’aquests documents, els agents de l’autoritat poden aturar provisionalment els
aprofitaments, i n’han de donar compte a l’Administració forestal, la qual ha de resoldre sobre la
legalitat de les operacions aturades, i la sanció corresponent fixada ja per llei, variable entre 15.000
PTA fins a 5.000.000 PTA (90–30.000 Euros), segons la infracció hagi estat lleu, greu o molt greu.
Altres disposicions normatives de les forests són mencionades a l’annex 3.
3—9

4. BIOMASSA: GENERALITATS
4.1. CONCEPTE DE BIOMASSA
La biomassa es defineix com el conjunt de plantes terrestres i aquàtiques, junt amb els seus derivats,
subproductes i residus produïts en la seva transformació (FAO, 1980).
Segons l’Institut Català de l’Energia (ICAEN)[4], el terme “biomassa” inclou tota la matèria viva, o
que l’origen en sigui la matèria viva, que existeix en un instant de temps a la Terra. L’energia que es
pot obtenir de la biomassa prové de la llum solar, la qual, gràcies al procés de fotosíntesi, és
aprofitada per les plantes verdes i transformada en energia que queda acumulada a l’interior de les
seves cèl·lules. Aquesta energia pot ser traspassada per la cadena alimentària al regne animal.
L’energia acumulada a la biomassa pot ser alliberada sotmetent-la a diversos processos
d’aprofitament energètic.
Sota el terme de biomassa es pot considerar el conjunt de materials de naturalesa biològica que, per
qualsevol causa, inclòs el mercat, no són utilitzables per alimentació humana ni dels animals que
viuen en els ecosistemes naturals, i que han patit canvis profunds en la seva composició, tal com els
que han tingut lloc durant els processos de mineralització en la formació del carbó i del petroli7.
La biomassa inclou un nombre elevat de matèries de diferent origen, i encara que en el passat va ser
matèria primera per a l’obtenció d’alguns compostos químics, avui dia es destina essencialment al seu
aprofitament energètic, i més concretament, a la seva combustió.
La biomassa és un recurs natural útil, però el seu ús depèn de la seva disponibilitat en el medi i els
costos de mà d’obra, factors variables segons diferents països.
La biomassa pot ser transformada en una àmplia varietat de productes líquids, sòlids o gasosos
interessants des del punt de vista energètic, industrial i agrícola. Els processos de valorització se
poden dividir en físics (alteració de les característiques físiques del material), termoquímics
(descomposició tèrmica de la biomassa) i bioquímics (deguts al creixement de microorganismes que
degraden la matèria orgànica) [5]
4.2. ORÍGENS DE LA BIOMASSA
Es poden distingir tres grans grups pel que fa a possibles fonts de biomassa per al seu aprofitament,
segons el CIEMAT[6]:
• Biomassa natural: És la que es produeix a la natura sense la intervenció humana. Aquest
tipus de biomassa no sembla ser la més apropiada per al seu aprofitament energètic massiu
ja que podria originar una degradació ràpida dels ecosistemes naturals. Tot i així, en casos
d’intervenció humana, restes de poda i aclarides, sembla ser adequat per tal d’evitar
possibles incendis.
• Biomassa produïda en plantacions energètiques: Els cultius energètics, realitzats amb
la finalitat de produir biomassa transformable en combustible enlloc de produir aliments, són
ja realitat en alguns països, principalment Brasil i Estats Unitats que enfoquen la producció de
la canya de sucre i el blat de moro respectivament per a l’obtenció d’etanol com a carburant
d’automoció. A Europa també s’està desenvolupant en aquests últims anys.
• Biomassa residual: És la que es genera en qualsevol tipus d’activitat humana,
principalment en els processos productius dels sectors agrícola, forestal o ramader i també la
produïda en els nuclis urbans (deixalles i aigües residuals bàsicament). La utilització d’aquest
tipus de biomassa ofereix en principi perspectives atractives, tot i que limitades, i es
considera més important la descontaminació que es pot produir que no pas l’energia que se’n
pugui obtenir.
4—10

En el present projecte es considera la biomassa residual el material útil a l’aprofitament energètic i de
matèries primeres. L’aprofitament d’aquesta biomassa es justifica pel seu valor afegit, ja que
representa un benefici enlloc del cost de gestionar un residu.
Així doncs, la biomassa residual es pot classificar segons pel seu origen el els següents grups
principals:
Biomassa residual forestal. Són els residus d'explotacions forestals (matolls, estelles, peus
menors, etc.) que s’obtenen dels treballs realitzats en les explotacions forestals (aclarides,
tallades finals, etc.).
Biomassa residual agrícola. Els residus agrícoles inclouen els residus generats en els cultius
agrícoles, que poden classificar-se en:
o Residus de cultius llenyosos (sarments, poda, etc.). La biomassa residual aprofitable
dels cultius llenyosos són els residus d’esporga i els residus de l’arrencada de la
plantació.
o Residus de cultius herbacis (palla de blat, ordi, etc.). La majoria dels residus herbacis
provenen de la collita del gra i estan formats per les restes de la part aèria de la
planta seca (fulles, tiges i/o inflorescències), que queden al camp després de la
collita. En el cas dels cereals, és el que es coneix amb el nom de "palla" i per al
panís o blat de moro, rep el nom de "canyota" [7].
Residus d'indústries forestals. Els residus d’indústries forestals es poden agrupar en:
o Residus d’indústries de primera transformació. Són aquells residus que s’obtenen en
indústries que processen directament el tronc que arriba del bosc. S’inclouen aquí les
serradores, les indústries de conglomerats, les indústries de pasta de paper, etc.
o Residus d’indústries de segona transformació: Aquells residus que s’obtenen en
indústries, la matèria primera dels quals és fusta ja elaborada en indústries de
primera transformació. S’inclouen aquí totes les indústries cel·lulòsiques que
compren pasta; indústries de la fusta per construir portes, finestres i mobles; etc.
Residus d'indústries agrícoles i agroalimentàries. Inclou closques de fruïts secs, clofolles
d'arròs, marro de cafè, sansa, etc.
Altres biomasses residuals: És la que es genera en altres activitats humanes relacionades
amb processos productius dels sectors agrícola, forestal o ramader, i també la produïda en els
nuclis urbans (deixalles i aigües residuals bàsicament). Inclou:
• Fangs d’EDARs
• Residus d'instal·lacions agropecuàries (fems, purins, etc.)
• Residus Sòlids Urbans (RSU). D’aquest grup de residus es contemplen les restes
llenyoses de poda i de jardinera i els residus voluminosos.
Dins d’aquest estudi es contemplen la biomassa residual forestal, residual agrícola, residual
d’indústries forestals i residus sòlids urbans, excepte quan es faci una menció específica. Sobre els
RSU es fa menció als residus de poda i jardineria, i els residus voluminosos.
A més de la biomassa residual abans esmentada, es consideren els cultius energètics compatibles
com a font de biomassa viable. La principal raó perquè els cultius energètics es desenvolupin és que
la producció sigui econòmicament rentable. S'han d'assolir elevats rendiments de biomassa amb
baixos costos en la producció, la recol.lecció, l'emmagatzematge i el processament per a la seva
transformació en combustible fàcilment utilitzable [7].
4—11

4.3. OPCIONS DE L’APROFITAMENT DE LA BIOMASSA
La biomassa en el seu conjunt de formes pot ser utilitzada en un elevat nombre de combinacions, i
mitjançant diverses tècniques, per aconseguir directament o de forma indirecta dues aplicacions
principals:
Combustible per a generar electricitat i/o calor
Matèria primera per obtenir altres matèries químicament més simples
Generalment, els materials de biomassa són materials sòlids. La biomassa natural forestal, matèria en
el qual se centra el present treball, resulta una font d’energia renovable. La matèria vegetal creix
absorbint Carboni en forma de CO2 de l’aire, i nutrients del sòl, bàsicament Hidrogen en forma
d’aigua, Nitrogen i Fòsfor en una proporció minoritària en comparació amb el Carboni. El CO2 absorbit
és metabolitzat per a formar noves cèl·lules i aquest teixits ja formats en forma de lignina, cel·lulosa i
hemicel·lulosa, embornals de Carboni amb un elevat poder calorífic intrínsec, és el que retorna
posteriorment al medi en forma de gasos i minerals sòlids per degradació de la fusta. L’actuació de
l’home intervenint en aquest cicle recau en l’aprofitament del poder calorífic o en el material de la
fusta per a obtenir derivats químics, obtenint CO2 en el cas de combustió de la biomassa aprofitant
l’energia que intrínsicament incorpora el material vegetal, i altres productes químics derivats de la
biomassa que finalment, al llarg del cicle de vida s’oxidaran en forma de CO2. Així doncs, el CO2
producte de les dos alternatives de gestió de la biomassa retornaria a l’aire i tornaria a tancar el cicle
degut a la nova absorció per les mateixes i/o altres espècies vegetals.
El CO2 procedent de la biomassa vegetal es diferencia del CO2 procedent del combustible fòssil pel fet
que l’origen d’ambdós compostos no es renova per a un mateix període de temps. El gas natural i el
petroli necessiten de milers d’anys per a transformar-se a partir de biomassa vegetal, i per tant si es
crema o s’aprofita químicament, la velocitat d’eliminació del recurs del seu embornal supera la
velocitat de formació, esgotant la matèria del sistema. En canvi, la biomassa vegetal es renova
contínuament, tancant un cicle amb certa “rapidesa”. Les emissions de CO2 procedents de biomassa
forestal es consideren neutres a diferència de les procedents de combustibles fòssils, degut a
l’argument exposat.
L’extracció de la biomassa i el seu aprofitament resulten un fet on s’han de considerar diversos
aspectes socioeconòmics, tecnològics i ambientals que afecten al territori. S’han de considerar
aspectes de producció de biomassa en l’àrea d’extracció considerada, l’efecte d’aquesta extracció en
l’alteració positiva o negativa de l’ecosistema, l’alteració paisatgística deguda a l’extracció i
construcció de plantes de transformació de biomassa, l’efecte social i econòmic degut al nou mercat
professional que comporta la implantació de noves tecnologies desconegudes per a la població d’un
territori, així com l’efecte en la creació de nous llocs de treball directes i indirectes que fan dependre
la viabilitat del nou implantat, els nous residus o emissions que comporta la utilització de la biomassa
i l’efecte de l’impacte del gasos produïts en substitució als produïts a partir de l’ús de combustibles
fòssils, etc.
4—12

5. LA BIOMASSA COM A RECURS ENERGÈTIC
La biomassa és transformada actualment en forma d’energia elèctrica i/o tèrmica, mitjançant
tecnologies disponibles a escala comercial. L’aplicació d’aquestes tecnologies depèn del format en
què es presenti el combustible, ja que es pot presentar en forma d’estelles, llenya, briquetes, pèl·lets,
bales, etc. La biomassa compatible a aquestes tecnologies considerades recurs energètic en el
present projecte són:
Residus d’explotacions forestals. En forma de llenyes, estelles, pèl·lets, briquetes i carbó
vegetal.
Residus d’indústries forestals. Normalment en forma d’estelles.
Residus agrícoles. En forma de llenyes, estelles i bales de palla.
Residus Sòlids Urbans. En forma de llenyes i estelles.
Cultius energètics. En forma de llenyes, pèl·lets, estelles, briquetes i bales.
L’heterogeneïtat de les tecnologies d’aprofitament energètic de la biomassa impliquen la gran
diversitat de formes de combustible que poden acceptar. Es donen a terme processos de densificació
i de preparació (estellat, mòlta o assecat) per tal d’homogeneïtzar les propietats físiques del material,
incrementar la densitat calorífica i estandarditzar el format.
A continuació es descriuen aquestes tècniques o processos de preparació i de densificació o
compactació.
5.1. TECNOLOGIES DE PREPARACIÓ DE LA BIOMASSA COM A
COMBUSTIBLE
La heterogeneïtat en la procedència dels combustibles descrits com a biomassa residual, les diferents
formes que adquireixen, la distribució de mides i els graus d’humitat [6], fan que el combustible
vegetal hagi de ser tractat per tal d’assolir característiques idònies quan s’adrecen a l’aprofitament
energètic. A continuació es presenten les tecnologies d’obtenció de llenyes, pèl·lets, estelles,
briquetes i bales de palla a partir de la biomassa residual, ja sigui d’origen forestal, agrícola,
d’indústries del sector de la fusta o de residus voluminosos.
5.1.1. OBTENCIÓ DE LLENYES
5.1.1.1. TECNOLOGIES D’OBTENCIÓ DE LLENYES
Fases dels aprofitaments de llenyes
Obtenció de llenyes forestals
El equips utilitzats en els aprofitaments energètics forestals per a obtenir llenyes depenen de les
fases de les quals consta l’aprofitament. Aquestes fases poden ser:
1. Fase de camp:
2. Fase de transport:
- Tallada de l’arbre i obtenció de la llenya o poda de la rama.
- Desramat de l’arbre tallat.
- Treure l’arbre tallat sense rames.
- Transport de la llenya al centre consumidor o a planta d’emmagatzematge de la
llenya.
5—13

3. Fase de planta:
- Emmagatzematge de la llenya.
- Assecament de la llenya.
- Picat de la llenya.
- Envasat de la llenya.
Obtenció de llenyes agrícoles
Un cop realitzada l’esporga, la fusta resta dispersa en el sòl de la plantació. En primer lloc, serà
necessari retirar la fusta que ha caigut en la fila sota els arbres i posar-la al mig dels carrers, perquè
pugui ser recollida o processada sense interferir amb els troncs o els tubs de reg que sovint s’ubiquen
damunt del sòl al llarg de la fila [8].
Independentment de l’espècie, el diàmetre dels residus llenyosos és el principal factor que influencia
l’elecció de la maquinària i del lloc per la seva recuperació.
Pel tractament de rams i rames que no sobrepassen els 3-4 cm de diàmetre, és possible l’ús
d’embaladores o trituradores mitjançant la modificació del sistema de transport, la cambra de
compressió o els elements talladors. La tecnologia disponible no permet utilitzar aquestes màquines
amb residus més grans. Per aquests, es pot utilitzar un sistema condicionador basat en l’ús de
màquines picadores similars a algunes utilitzades en l’àmbit forestal i dels sectors de manufacturació
de la fusta. La recuperació dels subproductes implica un considerable estalvi d’energia, ja que el cost
per condicionar i transportar a la finca es calcula que representa un baix percentatge respecte les
unitats de l’energia que arriben a contenir els subproductes.
En condicions òptimes (sòl regularment pla, marc de plantació regular, distancia curta al centre de la
finca), la incidència del cost energètic del procés sobre el rendiment equival al 1-2%, incrementantse
al 3,5-4% en condicions més desfavorables, però mai superen el 10% fins i tot en casos de
necessitats elevades de potència (com per operacions de tall per màquines picadores)[8].
Màquines trencadores
Existeix una gran família de màquines que reben noms molt variats i que seccionen els troncs en
trossos més petits, tot i que majors que les estelles.
El model més senzill és el d’un tascó tallador que es col·loca a la part posterior d’un tractor agrícola,
a l’augmentar gradualment la pressió, el tascó penetra en el tronc, trencant-lo. En altres casos, sobre
una plataforma es col·loca el tronc i és pressionat contra una reixa esmolada que el talla en dues
meitats.
Existeixen altres models més sofisticats com el de la màquina picadora que secciona, talla i apila. La
màquina s’acciona des de la presa de força del tractor i el sistema de tallat consta de dues parts: un
disc amb ganivets per a tallar el tronc en un pla perpendicular a l’eix i unes destrals per a picar el
tronc. Es presenta en dues versions:
- Tractor de 15 kW, produint 3 m 3 /hora i admet un diàmetre màxim de la fusta a tallar de 135
mm.
- Tractor de 24 kW, produint 4 m 3 /hora i admet un diàmetre màxim de la fusta a tallar de 185
mm.
5.1.2. OBTENCIÓ D’ESTELLES
5.1.2.1. TECNOLOGIES D’OBTENCIÓ D’ESTELLES
L’estellat de materials vegetals, o simplement de la fusta, es basa en la trituració de la matèria
obtenint fragments de l’ordre de 2 a 10 cm de llargada. La transformació del material de fusta a
5—14

estelles es pot donar a terme tan a la mateixa zona d’explotació (trituració in-situ) com en una planta
de transferència de material d’estelles (trituració ex-situ).
Segons la via de gestió del material obtingut dependrà el tipus d’estelladora a utilitzar:
Trituració in-situ
• La biomassa és triturada al mateix lloc d’origen a través de maquinària especialitzada i és
transportada fins a la planta destí.
• Respecte la biomassa forestal, la trituració a la zona d’extracció se sol dur a terme situant la
maquinària trituradora a les pistes forestals (principals vies d’accés forestals a les muntanyes)
desplaçant el material extret cap a les vores dels camins o pistes i seguidament triturant el
material amb l’estelladora.
• Al llarg de la via de transport fins a planta s’hi poden instal·lar naus d’emmagatzemament on
es duria a terme l’assecament necessari del material. L’usuari propietari de la caldera
(domèstic o industrial) recolliria les estelles mitjançant també transport de càrrega fins a la
caldera.
Trituració ex-situ
• La biomassa pot ser transportada en forma de troncs i amuntegaments de restes vegetals
cap a la planta de transferència d’estelles i ser triturada prèviament a la seva transformació
física en energia. El material triturat es dipositaria en cambres o sitges d’emmagatzemament.
Aquesta possibilitat de transport i gestió del material implica deficiència en el transport degut
a la baixa densitat per volum que presenta el material sense estellar en el remolc del camió
de transport.
En aquesta planta s’emmagatzemarien les estelles per a ser subministrades seguidament, després
d’un període d’assecat, a l’usuari final.
Les plantes de transferència dedicades a l’estellat han de complir dos objectius:
1. Producció d’estelles d’una qualitat controlada segons:
- La seva humitat.
- El seu poder calorífic.
- La seva mida.
2. Emmagatzematge per tal de garantir el subministrament d’estella.
Màquines estelladores
A. Classificació i descripció
Les estelladores es poden classificar segons la seva instal·lació, el mecanisme d’estellat, la forma
d’alimentació de la matèria primera, l’entrada de la matèria primera i la sortida de l’estella (veure
Taula 5.1).
Taula 5.1. Classificació de les estelladores.
Classificació segons: Estelladora
Instal·lació Fixes
Autopropulsades
Muntades
Mòbils
Arrossegades
Acoblades
Mecanisme d’estellat Tambor
Ganivets
Disc
Alimentació del material Manual
Mecànica
Sortida de l’estella Per gravetat
Per ventilador
5—15

Font: Adaptat de [9].
A.1. Segons la instal·lació
Les estelladores que normalment s’utilitzen en les plantes d’estellat són estelladores d’instal·lació fixa
que serveixen per a obtenir (en la major part dels casos) estelles que es destinaran a la producció de
tauler de partícules o bé per a la producció de pasta cel·lulòsica.
Les estalladores mòbils té les següents característiques tècniques:
- Capacitat d’estellat: 30-70 m 3 /hora.
- Potència del motor diesel: 160 kW.
- Obertura de boca d’alimentació: Amplada 560 mm i Altura 420 mm.
- Capacitat del contenidor: 15-20 m 3 .
- Pes aproximat de l’equip: 7000 kg.
Existeixen les estelladores mòbils muntades sobre camió. La presa de força per als mecanismes de
l’estelladora (disc estellat, grua de càrrega i sistema d’alimentació) és totalment independent del
sistema motriu del camió.
No obstant, les estelladores mòbils més utilitzades són les de tipus arrossegat. Un tractor agrícola de
45 a 74 kW és el que anima el disc estellat d’aquestes màquines (el seu diàmetre oscil·la entre 800 i
1100 mm) i el nombre de ganivets per disc és variable (entre 2 i 4).
A.2. Segons el mecanisme d’estellat
El sistema d’estellat de tambor és menys utilitzat en estelladores de camp que el de disc. Consta d’un
tambor, en el qual van incrustades 3 o 4 ganivetes. Al girar el tambor, giren les ganivetes i s’obtenen
les estelles.
L’estellat de disc consisteix en un disc al que van unides, mitjançant cargols, dos, tres o quatre
ganivetes. El residu incideix generalment de forma perpendicular o obliqua al disc, aquest gira i al
girar arrossega les ganivetes per tal que tallin el residu, tot produint estelles. Si l’estella no és de la
mida desitjada, no passa per la criba i torna ser tallada per la ganiveta.
A.3. Segons l’alimentació
L’alimentació de les estelladores pot ser manual o mecànica. L’alimentació manual presenta
l’avantatge de requerir baixos costos d’inversió (no necessita grua) però pot resultar, a mig o llarg
termini, més cara.
L’alimentació mecànica sol realitzar-se amb una ploma o grua. Presenta l’inconvenient de la inversió
inicial i els avantatges de la rapidesa, rendiment i que requereix menor mà d’obra. Un altre
inconvenient és que exigeix una correcta planificació en l’aprofitament i que el residu estigui
perfectament amuntegat per a evitar els temps morts de desplaçament de grua.
A.4. Segons la sortida de l’estella
La sortida de l’estella sol ser per gravetat o per un ventilador. La sortida per gravetat és més
econòmica, però no pot dirigir-se. La sortida per ventilador consumeix més potència, però es pot
dirigir el destí final de l’estella, cosa que pot ser necessària en certs casos.
5—16

B. Models moderns d’estelladores
Model B3
Fabricat per l’empresa desapareguda Biomasa S.A. És una recol·lectora-estelladora i es va denominar
“ Màquina agrícola impulsada per tractor, recollidora-estelladora”. La màquina va col·locada davant
del tractor, per la qual cosa recorda una mica a una recol·lectora agrícola de cereals.
El residu és extret (col·locat en línia) i la màquina el recull i l’estella, carregant-lo en un dipòsit que va
situat darrere el tractor agrícola. Les dades més remarcables d’aquesta màquina són els següents:
- Longitud total de treball: 1830 mm.
- Longitud total en circulació: 1830 mm.
- Amplada total de treball: 2220 mm.
- Amplada total en circulació: 2220 mm.
- Altura total en treball: 1500 mm.
- Altura total en circulació: 1500 mm.
- 2 rodes davanteres de recolzament.
- Pes mínim en buit: 2000 kg.
- Potència del vehicle portant: Tractor de 120 CV.
- Velocitat màxima admisible: 25 kg/hora.
- Presa de força principal: 6 estries a 1000 rpm.
Feller-bun-cher
Ideat per Matson i Winsauer, els quals van estudiar un mètode d’aprofitament energètic de recursos
forestals a Tomahawk (Wisconsin). Utilitza tres màquines: una recol·lectora per a tallar, un
autocarregador per a l’extracció i una estelladora autocarregable muntada sobre camió.
C. Factors que condicionen l’elecció de les estelladores
Els factors que condicionen l’elecció de les estelladores són:
1. La superfície a aprofitar (plantació energètica o només s’aprofitarà els residus). Si és una
plantació energètica s’ha de recórrer a sistemes molt mecanitzats. Si es tracta d’un
aprofitament de residus (podes, aclarides, etc.) es recorre a estelladores mòbils arrastrades o
suspeses.
2. El pendent del terreny, que condiciona el mètode d’extracció i la maquinària utilitzada. Amb
baixes pendents l’autocarregador és la màquina ideal, mentre que amb pendents més
pronunciades s’ha de recórrer al skider o arrossegador de troncs.
3. Altres factors propis del terreny, com la rugositat i la resistència del sòl.
4. La densitat dels camins d’extracció.
D. Estelladores Forestals
Les estelladores que s’utilitzen en l’explotació forestal es diversifiquen en[3]:
• Estelladores remolcades
• Estelladores autopropulsades o autònomes
• Estelladores fixes o pesades
5—17

Les estelladores remolcades tenen més maniobrabilitat que les autopropulsades ja que són
màquines més petites, de pes més reduït que poden accedir amb facilitat a llocs més escabrosos. La
seva diferenciació bàsica és la capacitat d’estellar mentre es va desplaçant per les pistes.
El sistema operatiu de l’estelladora remolcada precisa que es concentrin els residus de tallada, per
després fer la càrrega de l’estelladora mitjançant dos operaris que la van alimentant de forma
manual. El rendiment per a material petit és baix ja que es fan molts cicles d’alimentació de molt
volum i baix pes, essent més eficaç l’ús d’alimentació mecanitzada amb grua.
Les estelladores remolcades accionades per un autocarregador són màquines molt similars, amb la
diferència que l’estelladora està integrada al tractor, i la caixa per transportar fusta s’ha adaptat per
ficar estelles disposant d’una grua per anar alimentant l’estelladora. Aquest tipus d’estelladores
s’utilitzen quan el producte que s’obté té un circuit comercial.
Les estelladores autònomes es caracteritzen per tenir un sistema propi de tracció. Generalment
s’empren a peu de pista, vies d’extracció, i eventualment poden accedir dins el bosc quan aqest té un
pendent inferior al 30%, essent més limitat el seu ús que les que van amb remolc. Donat que el seu
cost de manteniment i d’operació són superiors a les altres estelladores, només se sol emprar en el
cas de grans explotacions intensives i on hi hagi mancança de mà d’obra.
L’estellat es podria fer a peu de l’arbre, a la pista o bé a carregador. L’elecció de fer-ho a un lloc o
altre estarà influenciat bàsicament per la mobilitat amb maquinària que pugui haver-hi dins el bosc,
així com l’accessibilitat segons la xarxa viària.
Altres tipus d’estelladores són les semifixes o pesades, que poden treballar com a fixes duran
períodes de temps relativament llargs. Les estelladores fixes es situen en plantes de transferència, i
la seva funció és la de triturar el material en forma d’arbre sencer i troncs, essent emmagatzemades
les estelles en cambres d’assecatge.
A l’Annex I es documenta mitjançant fotografies, la maquinària emprada en l’explotació de la
biomassa i la trituració que es realitza per l’acció de maquinària trituradora mòbil especialitzada (un
exemple de l’estat actual dels boscos de Finlàndia).
A l'Annex II es documenta també un seguit de maquinària productora d’estelles de fusta junt amb les
seves fitxes tècniques. La gran varietat de maquinària reflexa el ventall d’escales productores
d’estelles (per jardins o per explotacions industrials).
5.1.3. PEL·LETITZACIÓ
5.1.3.1. TECNOLOGIES D’OBTENCIÓ DE PÈL·LETS
La pel·letització és un procés de compactació de material lignocel·lulòsic de determinades condicions
(granulometria menor a 2 cm x 1,5 cm x 1,5 cm i humitat menor del 12 % en base seca) per a
obtenir cilindres d’un diàmetre entre 7 i 22 mm. La longitud del pèl·let és variable (de 2,2 cm a 7,0
cm; els més abundants són de 3,5 cm a 6,5 cm).
Bàsicament, el procés consisteix a alimentar una gran premsa cilíndrica d’extensió amb 1 a 5 rodets
que premen el residu a través d’un èmbol contra una matriu de forats de 0'5 a 2'5 cm, normalment
cilíndrica. Aquests orificis circulars de la matriu poden estar situats en dos llocs:
- En el fons del cilindre de premsat.
- En les parets laterals del cilindre de premsat.
Les produccions estimades varien en funció de la magnitud de la tecnologia emprada.
L’ús d’additius en el procés és gairebé nul. Els avantatges de la utilització d’additius són:
l’afavoriment del procés d’obtenció del pèl·let i major cohesió al producte final, amb la qual cosa
milloren la seva resistència als cops.
En canvi, els inconvenients de l’ús d’additius són:
5—18

IMPUT MATERIAL
- Encariment del procés de pel·letització, no només pel cost dels pèl·lets sinó també pels
costos originats en la seva manipulació.
- Poden resultar contaminants.
La tecnologia del pelletatge ha esdevingut una revolució a Europa davant de les seves
característiques tan bones alhora de cremar combustible vegetal per obtenir energia. La producció de
pellets augmenta cada any, corresponentment amb la demanda del material.
Com a dada representativa del volum de mercat dels pellets, el port de Rotterdam al 2002 rebia
5.000 tones al mes de pellets, preferentment de Canadà, i actualment rep més de 40.000 tones al
mes, de Canadà, Estats Units, Països Bàltics… important cap a Europa, davant la gran demanda
generada per aquest combustible.
A l'Annex III hi figuren totes les empreses d'Europa dedicades a la producció de pellets de biomassa.
5.1.3.2. ETAPES EN LA PRODUCCIÓ DE PÈL·LETS
La producció de pellets es basa en cinc etapes clau en el procés de transformació del material original
de biomassa (Figura 5.1), detallats cadascun al llarg dels següents apartats. Aquestes són:
• Trituració
• Condicionament de la matèria a processar
• Pelletatge
• Refredament del material
• Tamisat
Figura 5.1 Etapes en el procés de producció de pellets (sistema productiu de CPM)
CINTA
MAGNÈTICA
CARGOL DE DOSIFICACIÓ
MOLÍ DE MARTELLS
SECCIÓ DE TRITURACIÓ ("GRINDING")
SECCIÓ DE REFREDAMENT
SECCIÓ DE CONDICIONAMENT
SECCIÓ DE PELLETATGE
SECCIÓ DE TAMISSAT
Font: Adaptat de [10].
1'60
1'40
Trituració ("grinding")
MOLÍ DE
MARTELLS AMB
AIRE ASSISTIT
1'10 ESMICOLATS
DE MOLÍ DE
MARTELL
1'20
1'30
1'50
TRANSPORTADOR
AMB AIRE
7'20
7'30
ASPIRACIÓ
REFRIGERADOR
ESMICOLATS
DES DE
REFRIGERADOR
7'40
TRANSPORTADOR DE
SERRADURES
ADDICIÓ D'AIGUA I
VAPOR
Tot depenent de la quantitat de fusta que es vol tractar per a obtenir pellets, la magnitud de la
trituradora marcarà el ritme de producció de tota la planta, ja que aquesta secció del procés
productiu és la primera davant la cadena de producció.
2'10
BARREJADOR
3'10
BARREJADOR
MADURADOR
4'10
BARREJADOR
ALIMENTADOR
5'10
MOLÍ DE
PELLETS
TRANSPORTADOR DE
PELLETS
7'10
REFRIGERADOR A
CONTRAFLUX
8'10
TAMÍS
SERRADURES QUE
TORNEN AL PROCÉS TRANSPORTADOR DE PELLETS
5—19

Condicionament
El condicionament del material a tractar fa dependre la qualitat final dels pellets. El dipòsit
condicionador, que reté els triturats anteriors del procés, compensa les fluctuacions en quantitat dels
materials triturats per a no alterar el ritme de producció en les següents fases. Aquesta fase del
procés productiu condiciona les fibres triturades que contenen un certa humitat afegint una certa
quantitat d'aigua o vapor, per a afavorir el pelletatge posterior. La humitat externa de la fusta lubrica
el sistema.
Figura 5.2. Dipòsit Condicionador de la fusta triturada, propietat de l'empresa CPM
Font: [10].
Pelletatge
Aquesta secció, clau en el procés, és la que genera els pellets a partir de la fusta ja condicionada i
triturada provinent de les anteriors etapes. Segons l’empresa CPM (C , si es vol una producció major
de pellets s’han d’implantar més màquines proporcionalment a la producció desitjada. Així doncs,
s'utilitzaran:
2 màquines per a una producció de 10 tph
3 màquines per a una producció de 15 tph
6 màquines per a una producció de 30 tph
L'empresa d’exemple, per tal d'assolir 15 tph de pellets, utilitza vers aquesta relació, 3 màquines
pelletitzadores.
Refredament
Aquesta secció del procés de producció ve caracteritzada per la preparació del material abans i
després de la seva transformació a pellets. L'acció de la pressió exercida per la trituradora i la
pelletejadora fa augmentar la temperatura del material de fusta. Els sistemes de refrigeració aspiren
l'aire calent del sistema, renovant-lo i refredant la fusta amb la convecció de l'aire.
C) Empresa CPM: California Pellet Mill, empresa amb 300 treballadors que gestionen les fàbriques d'Estats Units (Merrimack,
Crawfordsville i Waterloo), Europa (Amsterdam, Wexford) i Àsia (Singapur), amb més de 120 unitats de producció de pellets
repartits per Europa.
5—20

Figura 5.3. Dipòsit Refrigerador de pellets abans de procedir al tamissat, propietat de l'empresa
CPM
Font: [10]
Tamissat
La funció del tamís, com a última fase del procés de producció de pellets, és la de separar els pellets
morfològicament correctes dels incorrectes després de passar per la pelletejadora.
Figura 5.4. Tamís per a pellets, propietat de l'empresa CPM
Font: [10]
5.1.4. BRIQUETATGE
5.1.4.1. TECNOLOGIES D’OBTENCIÓ DE BRIQUETES
El briquetatge consisteix en incrementar la pressió de la fusta per sobre de 200 MPa produint una
pujada de temperatura de sobre 100 ºC a 150 ºC. La lignina, component bàsic de la fusta, es
plastifica a aquesta temperatura permetent l’emmotllament del material, és a dir, la formació
d’unitats materials de combustible de fusta. Per a què es doni a terme aquest procés de
“plastificació” és necessari una certa quantitat d’aigua al material, compresa entre el 8% i el 15%,
amb una mida màxima de partícula de 0’5 a 1 cm.
Quan es disposa de residus amb aquestes característiques, la fabricació de vriquetes és molt
econòmica (40 – 60 kWh/t). Si és necessari assecar el residu o triturar-lo prèviament, els costos
s’incrementen de forma notable limitant la viabilitat econòmica de la producció.
Un metre cúbic de briquetes pesa entre 600 i 800 kg, quan un metre cúbic de fusta seca pesa entre
650 i 700 kg. En termes de transport, segons el pes i poder calorífic que implica una determinada
càrrega de briquetes en comparació amb una càrrega de llenya al remolc d’un camió, la compressió
del material en el briquetatge suposa una reducció de costos de manipulació i emmagatzemament
per unitat calorífica transportada.
5—21

L’aparença de les briquetes varia en funció del material que es tritura, de la tipologia de premsa, i del
sistema de fabricació.
Les màquines briquetadores, en general, consisteixen en una tolva d’alimentació, un sistema
dosificador simple o múltiple de velocitat variable, una cambra de compactació o densificadora, un
canal refrigerant i un sistema de talla. El consum elèctric varia en funció del tipus de premsa
utilitzada.
La premsa és un component clau en el procés de producció de briquetes. Es disposen de quatre tipus
de premsa, que es diversifiquen segons la seva tipologia i aplicació/escala industrial. Així doncs, hi ha
premses més grans o més petites segons el volum de producció industrial i el tipus de material a
comprimir (L. Ortiz i J.L. Minguez, 1995)[11]. Aquestes són:
• Premsa d’impacte
• Premsa d’extrusió
• Premsa de briquetatge hidràulica i pneumàtica
• Premsa de doble rodet
Premsa d’impacte
La premsa d’impacte aconsegueix la compactació en base a un copejament continu del material de
biomassa mitjançant un pistó accionat a través d’un volant d’inèrcia. La producció d’aquest tipus de
premsa sol ser de 200 a 1500 kg de briquetes per hora, mentre que alguns models poden produir de
2000 a 6000 kg de briquetes per hora amb densitats de 1 a 1,2 kg/dm 3 . La premsa d’impacte pot
operar amb continguts d’humitat en la fusta del 15 al 17%. Aquest sistema es coneix com a
densificació per impacte. El consum energètic per produir aquest tipus de briqueta és de 72 a 216
J/kg. (L. Ortiz i J.L. Minguez, 1995)
Premsa extrusora
La premsa extrusora produeix pressió en base a un engranatge especial de cuc, o cargol sensfi,
constituït per carbur de crom-níquel o tungstè, girant a una velocitat variable provocant l’empenta del
material cap a una cambra cònica. Alguns models contenen jaqueta tèrmica per controlar la
temperatura del procés i afavorir la plastificació del material. Aquest tipus de premsa produeix
briquetes amb un forat central que fa augmentar l’eficiència de combustió. La densitat de les
briquetes obtingudes (1’3 a 1’4 kg/dm 3 ) és superior a les obtingudes amb el sistema d’impacte, i les
produccions solen oscil·lar entre 500 i 2.500 kg/h. El contingut d’humitat de les briquetes pot arribar
a ser d’un 10%. El consum d’energia i costos són més elevats al sistema de premsa esmentat
anteriorment. El sistema es coneix com a densificació per extrusió. El consum energètic per produir
aquest tipus de briqueta és de 115.000 - 234.000 J/kg. (L. Ortiz i J.L. Minguez, 1995)
Premsa hidràulica i pneumàtica
La pressió produïda esdevé per un, dos o tres pistons, accionats per sistemes hidràulics o
pneumàtics. Les pressions arriben a ser de 200-600 kg/cm 2 . Aquest tipus de premsa és utilitzada per
densificar materials de baixa qualitat com residus de paper, cotó, etc. L’objectiu en aquest cas no és
una bona qualitat de briqueta, si no l’únic propòsit és el de reduir el volum inicial. Tenen un baix
consum d’energia i manteniment. La producció resulta de 50 a 5000 kg/h, tot depenent del fabricant i
model de la briquetadora, i les densitats obtingudes varien de 0’6 a 1 kg/dm 3 . El consum energètic
per produir aquest tipus de briqueta és de 144.000 - 432.000 J/kg. (L. Ortiz i J.L. Minguez, 1995)
Premsa de doble rodet
Es tracta d’una maquinària dotada per dos rodets, la superfície dels quals contenen una sèrie de
rodets on es diposita el producte a compactar, densificant-se i premsant-se deguda a l’acció del
moviment dels rodets. Aquest tipus de premsa s’utilitza sovint quan no es requereixen elevades
5—22

densitats finals. La forma de la briqueta depèn de les matrius que s’utilitzin. (L. Ortiz i J.L. Minguez,
1995)
Actualment existeixen nombroses cases comercials actives que fabriquen briquetes tant de materials
de fusta com d’altres naturaleses vegetals, amb possibilitat de briquetar materials metàl·lics
(objectiu: reduir el volum.). Com a exemple, la següent Taula 5.2 mostra dades corresponents a
briquetadores, pròpies de l’empresa “Briquetting” Rictec Pte Ltd, de Singapur.
Taula 5.2. Característiques de màquines briquetejadores de l'empresa Briquetting
DADES TÈCNIQUES RB 110 RB 220 RB 330 RB 440 RB 660
Capacitat 110 kg/h 220 kg/h 330 kg/h 440 kg/h 660 kg/h
Humitat del material >15%
Producció motriu (kW) 5'5 11 18'5 30 30
Poder de pressió específic
(N/cm 2 )/min
14.200 14.200 14.200 14.200 14.200
Mida briqueta
L·W·H (mm)
150 · 60 · (40 - 110)
Dimensions sense "silo"
(mm)
1,680 x 1,500 x 1,600 1,680 x 1,800 x 1,600 2,700 x 2,180 x 1,800
Pes de la màquina 1.900 kg 2.000 kg 2.200 kg 2.300 kg 3.850 kg
Font: Adaptat de [12]
5.1.5. EMPACAT
La màquina utilitzada per a la recollida del gra en els cereals i en els cultius industrials, separa el gra
de la biomassa residual. Aquesta biomassa resta sobre el camp amb l’objectiu que posteriorment
sigui o bé embalada i recollida; triturada i enterrada; o bé cremada.
Quan s'opta per recollir la palla deixada per la collita dels cereals, s’utilitza l’empacadora o
embaladora, que forma paquets comprimits, de forma i volum variable anomenats paques o bales. Hi
ha gran varietat d'empacadores, el que comporta una gran varietat de paques [7]:
Les empacadores convencionals que formen paquets prismàtics de menys de 40 kg. Dins
d'aquest grup es poden distingir les empacadores de:
- Baixa pressió: densitat de les paques entre 50 i 75 kg/m 3 . El pes de les paques es
troba entre 6 i 20 kg.
- Mitja pressió: densitat de les paques entre 75 i 100 kg/m 3 . El pes de les paques es
troba entre 6 i 20 kg.
- Alta pressió: densitat de les paques entre 100 i 150 kg/m 3 quan es subjecten amb
sisal; i pot arribar fins a 200 kg/m 3 quan la subjecció es realitza amb filferro. El pes
de les paques oscil·la entre 20 i 40 kg.
Les rotoempacadores, amb les que s'aconsegueix una paca cilíndrica molt més gran. Això
implica que no sigui necessària la intervenció manual des de la recol·lecció fins
l’emmagatzematge. A més, suprimeix els problemes d’emmagatzematge, ja que les paques
són més resistents a la intempèrie i, per tant, es poden deixar a l’aire lliure de forma
provisional o permanent.
Es pot distingir les rotoempacadores de:
- Compressió final: es caracteritza per tenir una capa externa més compacta que
permet protegir millor el nucli de la intempèrie, una fàcil evaporació de la humitat
interna i el bon desenvolupament de la paca. No obstant, presenten una major
dificultat per al transport.
- Compressió constant: es caracteritza per aconseguir paques d’una major densitat.
5—23

Les paques presenten una amplada de 1’2 i 1’5 m, i un diàmetre de 1’5 i 1’8 m, el que els
dóna un volum entre 2 i 4 m3 , i una densitat que varia de 80 a 150 kg/m 3 .
Les empacadores rectangulars realitzen paques prismàtiques amb un pes superior a 100
kg.
D'aquest tipus d'empacadores se'n poden distingir:
- De pistó amb moviment alternatiu: s’aconsegueixen paques tant de baixa densitat
(80-100 kg/m 3 ) amb les que s'obtenen paques d'uns 300-400 kg; com d'alta
densitat (120-150 kg/m 3 ) que formen paques amb un volum de quasi 4 m 3 .
- De placa de pressió amb desplaçament continu: s'aconsegueix formar paques de
120*120*240 cm 3 .
Les paques formades al camp s'han de carregar a un remolc que les transportarà al lloc on seran
utilitzades. Abans però, les bales poden ser agrupades al camp, el que facilita la seva posterior
recollida i càrrega al remolc. Tot el procés, la càrrega i posterior descàrrega de les paques, està
totalment mecanitzat.
En el cas de cultius hortícoles com la carxofera, els residus que queden al camp són les restes de la
part aèria de la planta després de la collita del fruit verd. Actualment aquests residus es deixen al sòl,
el que suposa un aport de nutrients[7].
5.2. FORMES I PROPIETATS DELS COMBUSTIBLES SEGONS EL
SEU ORIGEN
La biomassa pot prendre diferents formes segons els processos o tecnologies de preparació
esmentats. Les formes de la biomassa, tanmateix, varien en les seves característiques segons la seva
procedència. A continuació es defineixen les diverses formes, classificades segons el seu origen, que
pot prendre la biomassa per al seu aprofitament energètic i es descriuen les seves característiques
(físiques, químiques i físico-químiques).
5.2.1. BIOMASSA D’ORIGEN FORESTAL
La biomassa d’origen forestal comprèn les següents formes en el seu ús energètic: llenyes, estelles,
briquetes, pèl·lets i carbó vegetal. En aquest apartat se’n descriuen les seves propietats.
5.2.1.1. LLENYES
S’entén com a llenya la part dura dels vegetals que, tallada i feta trossos, hom destina a fer foc. La
llenya, al ser una part de l’arbre i de l’arbust, està formada sobretot per fusta i escorça, tot i que
també pot contenir petites quantitats de fulles, flors i fruit que no s’han separat del tronc o de les
rames (veure Figura 5.5) .
5—24

Figura 5.5. Imatge de llenya.
1 2
Font: 1) [4]; 2) [13]
Característiques de les llenyes
Les principals característiques físiques, químiques i fisicoquímiques de les llenyes condicionen les
seves característiques energètiques (veure Taula 5.3).
Taula 5.3. Propietats energètiques de les llenyes.
Físiques
Químiques
Fisicoquímiques
Font: [9].
PROPIETAT VARIABLES
1. Forma
2. Aspecte
3. Densitat
4. Humitat
5. Superfície específica
6. Percentatge d’escorça
1. Composició química elemental
2. Composició química per compostos
3. Poder calorífic i energia de l’esteri
1. Coeficient de conductivitat tèrmica
2. Combustibilitat. Temperatures i temps de combustió.
3. Inflamabilitat: Temperatura i temps d’inflamació
4. Inflamabilitat: Temperatura màxima de flama
5. Potència calorífica
A continuació es descriuran, en primer lloc, les propietats físiques de les llenyes; en segon lloc, les
seves propietats químiques i, finalment, les propietats fisicoquímiques.
A. Característiques físiques de les llenyes
A.1. Forma
La forma de la llenya és una variable física que influeix de manera important en la seva
combustió. La llenya té forma cilindrico-cònica, per la qual cosa crema molt ràpidament si el
diàmetre de la llenya no és gran i la densitat és petita. Com més gruixuda i més densa sigui la
llenya, més tarda a cremar.
D’altra banda, l’homogeneïtat dels trossos de llenya també influeix en el pes de l’esteri i en el
coeficient d’apilat.
A.2. Aspecte
L’aspecte d’un material ve determinat per la seva forma i el seu color. La forma ja ha estat
descrita en els paràgrafs anteriors, mentre que el color de la llenya és:
a. En la seva part lateral: el color de l’escorça, de la molsa o líquens que tingui l’escorça i
dels àrids que s’han pogut afegir en el transport.
5—25

. En la seva base o en la seva part superior: el color de la fusta.
A.3. Densitat i pes de l’esteri
La densitat de la llenya és una variable molt necessària, sobretot en els càlculs econòmic, ja que
condiciona els costos del transport. Les llenyes denses ocupen menys volum en el transport i, per
tant, són més barates quan es transporten. Es calcula en funció de la densitat de la fusta i de
l’escorça:
On: mm és la massa de la fusta
mc és la massa de l’escorça
dl és la densitat de la llenya
dm és la densitat de la fusta
dc és la densitat de l’escorça
d l
m + c
=
⎛ m ⎞ ⎛ ⎞
m mc
⎜
⎟ + ⎜
⎟
⎝ dm
⎠ ⎝ dc
⎠
m m
Es defineix com a esteri una agrupació de llenyes que ocupa un metre cúbic de volum aparent. A
la relació entre el que ocupen realment les llenyes (volum real o sòlid) i un esteri (volum aparent)
se li denomini coeficient d’apilat. Per tant:
Coeficient d’apilat = Metre cúbic real o sòlid / Metro cúbic aparent
S’entén com a pes de l’esteri, el que pesa un esteri. El pes de l’esteri depèn:
- La forma i les dimensions de la llenya apilada. Com menys rugositats i nusos tingui la
llenya, menys cònica i més homogènia en mida, serà major el valor del coeficient
d’apilat.
- L’habilitat de l’operari. Com major sigui l’habilitat de l’operari apilant llenya, major serà el
coeficient d’apilat.
- La forma d’apilar que s’hagi utilitzat. Per a cada mida i forma de llenya s’aconsella una
forma d’apilat concreta.
- La humitat de la llenya.
- El diàmetre mitjà i els diàmetres màxims i mínims de la llenya apilada.
- La densitat de la fusta i de l’escorça que componen la llenya.
A la es poden observar diversos pesos de l’esteri de diferents espècies forestals, calculats al 20%
d’humitat en base seca.
Taula 5.4. Pes de l’esteri de diverses espècies forestals.
CONÍFERES
FRONDOSES
Font:[9].
Espècie Pes de l’esteri (kg)
Pinus sylvestris 342,00-451,00
P. pinaster atlantica 328,36-580,00
P. pinaster mesogeensis resinado 325,32-580,00
P. pinaster mesogeensis no resinado 294,70-580,00
Pinus nigra 291,60
Pinus halepensis 234,00-520,00
Pinus radiata 335,50
Pinus pinea 580,00-620,00
Fagus sylvatica 650,00
Quercus robur 447,85-680,00
Quercus ilex 447,88-580,00
Quercus pyrenaica 507,96
Quercus faginea 546,14
Eucalyptus globulus 375,00
Eucalyptus camaldulensis 438,35
5—26

A.4. Humitat
Aquesta variable és molt important des del punt de vista del seu aprofitament energètic, ja que
és la que té una influència més gran en el poder calorífic. La humitat es pot mesura en base seca
o en base humida.
Si denominem h la humitat en base seca y H la humitat en base humida, les fórmules per a
obtenir h i H són:
On: Ph és el pes humit a la humitat h
h = (Ph – P0) / P0
H = (Ph – P0) / Ph
P0 és el pes de la mateixa llenya després d’haver estat assecada en estufa a 100 +5
ºC fins que perd tota la seva humitat.
El poder calorífic disminueix amb la humitat (a major humitat, menor poder calorífic), cosa que
s’explica per dos motius:
- A major humitat de la fusta, menys matèria seca per unitat de massa i, com que el que
proporciona calor al cremar és la matèria seca, menor és el calor subministrat.
- A major humitat de la fusta, major quantitat d’aigua s’ha d’evaporar. En aquesta
evaporació es consumeix calor, per la qual cosa la reacció de combustió inverteix part del
calor produït a evaporar aquesta aigua.
També cal considerar el transport, ja que quan és transporta llenyes amb molta humitat, s’està
transportant molta aigua.
A.5. Superfície específica
La superfície específica, que depèn de la forma de la llenya, la seva mida i percentatge de nusos,
és un valor que condiciona el començament i la continuació de la combustió. Com més gran sigui
la superfície específica, més ràpida és la combustió.
A.6. Percentatge d’escorça
Aquesta variable és important ja que és diferent el poder calorífic, la composició química i altres
variables físiques i químiques són diferents en la fusta que en l’escorça.
Al llarg del tronc, el percentatge d’escorça és variable. Sol ser major en les parts inferiors del
tronc, mentre que va disminuint a les parts superiors de l’arbre.
B. Característiques químiques de les llenyes
B.1. Composició química elemental
La composició química del material depèn del material del que s’obtenen les llenyes. Aquesta
variable és molt heterogènia, a més del fet que les llenyes tinguis tres elements de composició
química molt variable: fusta, escorça i impureses que queden adherides a l’escorça.
La composició química de la fusta es pot observar a la Taula 5.5, mentre que la
Taula 5.6 mostra l’anàlisi químic elemental de residus forestals.
Taula 5.5. Composició química de la fusta.
Element químic Carboni Oxigen Hidrogen Nitrogen Cendres
Percentatge en massa 50 41 6 1 2
Font: [9].
5—27

Taula 5.6. Anàlisi elemental i immediat, humitat i poder calorífic inferior dels residus forestals.
Font: [9].
Si se suposa que la fusta només conté carboni, oxigen i hidrogen, la seva fórmula empírica seria
C11 H1,44 O0,66.
En resum es pot concloure que:
a. La llenya té un contingut de sofre molt baix. Altres òrgans de l’arbre (fulles, flors i
fruits) el tenen major.
b. La llenya té un contingut de nitrogen molt baix. Altres òrgans de l’arbre (fulles, flors i
fruits) el tenen major.
c. La llenya té baixos continguts d’elements nutrients del sòl. Altres òrgans de l’arbre
(fulles, flors i fruits) els tenen majors.
Tant les fulles, flors, fruits i escorça tenen un contingut en materials diferents al carboni,
hidrogen i oxigen que varia des del 2% fins al 5% [9].
D’altra banda, cal afegir que la composició química elemental influeix en:
- Els poders calorífics.
- Els gasos emesos en la combustió.
- La composició química de les cendres
B.2. Composició química per compostos
La fusta està constituïda, generalment, per cel·lulosa, hemicel·luloses i lignina, exceptuant els
extractes (gomes, tanins, resines, etc.).
a) Cel·lulosa (C6H10O5)
La cel·lulosa és el material orgànic més abundant de la Terra. Comprén aproximadament el 50%
de tota la biomassa per una producció anual d’uns 100 bilions de tones mètriques. La seva
estructura és una llarga cadena de polímer de β-D-glucosa unida amb enllaços 1-4’-glucosídics.
D’aquesta manera, es diferencia del midó, el qual és també un polímer de la glucosa,
principalment en la configuració de la unió glucosídica, on és α per al midó.
Per a la conversió a productes químics, la importància de l’estructura de la cel·lulosa és que és un
polímer de la glucosa, en què l’estructura cristal·lina altament ordenada limita l’accessibilitat dels
reactius i dels enzims i, per conseqüència, la seva habilitat de reaccionar químicament amb la
cel·lulosa.
b) Hemicel·lulosa
Anàlisi Element Percentatge en massa
Anàlisi elemental (% en pes, base
seca)
Carboni
Oxigen
Hidrogen
Nitrogen
Sofre
Anàlisi immediat Cendres
Volàtils
Carboni fix
Humitat (% en pes, base humida) 12,10
PCI (kcal/kg) 3590
45,80
47,90
6,00
0,30
0,00
2,65
77,70
19,65
Les hemicel·luloses són polisacàrids estructurals que es distingeixen de la cel·lulosa pel fet que
estan constituïdes majoritàriament per sucres diferents a la glucosa. Tant les pentoses com les
hexoses estan usualment ramificades i tenen molts menys graus de polimerització que la
cel·lulosa. Les hemicel·luloses mostren considerables diferències entre les diverses espècies. En
plantes anuals els continguts d’hemicel·lulosa són majors que no pas els de lignina.
5—28

c) Lignina
El tercer component de la paret cel·lular dels vegetals és la lignina, la qual comprén
aproximadament el 25% restant de la composició dels vegetals dels boscos. La lignina serveix de
ciment entre les fibres vegetals, un agent que dóna rigidesa entre les fibres, i una barrera davant
la degradació enzimàtica de la paret cel·lular. Les lignines són polímers de xarxes tridimensionals
formats a partir d’unitats de fenilpropà que han estan polimeritzats per atzar per tal de constituir
una gran i complicada molècula amb molts diferents tipus d’enllaços entre els monòmers.
Per a la conversió a productes químics, el caràcter aromàtic i fenòlic de la lignina és important, i
és la unió covalent carboni-carboni qui proporciona reversabilitat als monòmers.
d) Extractes
Són els components de la planta que han de ser separats de la paret cel·lular insoluble
mitjançant la seva solubilitat en dissolvents orgànics o en aigua. En casos excepcionals, poden
comprendre més del 15% de la biomassa però generalment aquesta xifra no supera el 5%.
Inclouen els olis volàtils, terpens, àcids grassos, hidrocarburs, èsters, tanins, flavonoïds, etc.
e) Escorça
Els extractes a l’escorça són molt majors que a la fusta, xifra que augmenta d’un 20 a un 40%.
Els components típics de la paret cel·lular hi són presents en menor quantitat. Els àcids fenòlics
poden ser extrets mitjançant alcalins i poden comprendre almenys el 50% de l’escorça de les
coníferes.
El diferent percentatge dels diversos components de la biomassa es pot observar a la Taula 5.7.
Taula 5.7. Composició de la biomassa.
Components Pecentatge (%)
Cel·lulosa 50%
Hemicel·lulosa 20%
Lignina 25%
Extractes
Escorça
Font: Elaboració pròpia a partir de [4].
5%
95%
Les diferències en la composició de cel·lulosa, hemicel·lulosa i lignina segons el tipus de fusta de
les espècies resinoses (per ex. Pinus sp.) i les frondoses (per ex. Quercus sp.) es pot veure a la
Taula 5.8.
Taula 5.8. Composició d’hemicel·lulosa i lignina per a espècies resinoses i frondoses.
Fusta
Resinoses
Frondoses
Components
(Pinus)
(Quercus)
Hemicel·lulosa Manans: 10-25%
Xilans i pentosans:
Xilans: 10-15%
20-35% de la massa
total
Lignina 24-30% 17-24%
Substàncies minerals (cendres)
CaO: 50%
0.3-1% KO: 20%
Òxids de Na, Mg, Si, Fe, P.
Font: [4].
Cal afegir que la composició química per compostos influeix, a la vegada, en:
B.3. Poders calorífics
- Els gasos emesos en la combustió.
- La composició química de les cendres.
S’entén per poder calorífic la quantitat d’energia que desprèn per unitat de massa d’un
combustible quan aquest es crema.
5—29

El poder calorífic de les llenyes correspon a la matèria prima de la qual s’han obtingut les llenyes.
Es poder distingir els següents conceptes de poder calorífic:
a. Poder calorífic superior (PCS). També s’anomena calor de combustió superior (norma
UNE 23103:1978, Determinación del calor de combustión de los materiales de
construcción mediante de la bomba calorimétrica). És el calor que es desprén per la
combustió d’1 kg de combustible a la pressió d’1 bar i suposant que l’aigua generada
en el procés es troba en forma líquida. Es mesura en una bomba calorimètrica. La
combustió es realitza a volum constant. El seu valor depèn de la humitat de la
mostra.
b. Poder calorífic inferior (PCI). És el calor que es desprèn per la combustió d’1 kg de
combustible a la pressió d’1 bar i suposant que l’aigua generada en el procés es
troba en forma de vapor. Experimentalment, només es calcula el PCS i a partir
d’aquest s’obté el PCI.
c. Poder calorífic real o efectiu (PCR). També anomenat poder calorífic net, tot i que és
una denominació poc aconsellable. S’obté multiplicant el PCI pel rendiment de la
combustió que, a efectes pràctics, sol ser de 0,85 [9].
El PCI de les llenyes es calcula de la següent manera[9]:
PCIl = m · PCIm + c · PCIc
On: PCIl és el poder calorífic inferior de la llenya en kcal/kg.
m és el tant per u en pes de la fusta.
PCIm és el poder calorífic inferior de la fusta en kcal/kg.
c és el tant per u en pes de l’escorça.
PCIc és el poder calorífic inferior de l’escorça en kcal/kg.
Taula 5.9. Densitat de fusta i escorça, poder calorífic superior (PCS), poder calorífic inferior (PCI).
Densitat
(kg/m³)
Espècie Nom comú Fusta Escorça (Kcal/kg)
Acer campestre auró blanc 647 513
PCS PCI(0)
(Kcal/k
g)
PCI(20
)
(Kcal/k
g)
PCI(40
)
(Kcal/k
g)
Acer
monspessulanum
auró negre 900 695 4503 4187 3392 2824
Acer opalus blada 728 697
Alnus glutinosa vern 506 557 4715 4399 3568 2975
Arbutus unedo arboç 815 555 5113 4797 3900 3259
Betula pendula bedoll 601 633
Castanea sativa castanyer 587 556 4734 4418 3584 2989
Celtis australis lledoner 645
Corylus avellana avellaner 619 600
Crataegus
monogyna
arç blanc 670
Eucalyptus
globulus
eucaliptus 710 520 4778 4462 3621 3020
Fagus sylvatica faig 686 615 4579 - 4680 4263- 3455- 2878-
4364 3539 2950
Fraxinus
freixe de fulla 717 505
angustifolia petita
Fraxinus excelsior freixe de fulla
gran
684 560
Ilex aquifolium grèbol 727 457
Laurus nobilis llorer 670
Phillyrea latifolia aladern 700 550
Platanus hybrida plàtan 589 554
5—30

Populus alba àlber 565 330
Populus canescens 400 360
Populus deltoides carolina 470 360
Populus hybrides 560 510
Populus nigra pollancre 433 460 4449 - 4601
(bq)
Populus tremula trèmol 558 542
4133-
4285
3347-
3473
2785-
2894
Prunus avium cirerer 631 533 4584 - 4746 4268- 3459- 2882-
4430 3594 2997
Quercus suber alzina surera 830 237 4887 4571 3712 3098
Robinia
pseudacacia
robínia 683 375 4578 (bq) 4262 3454 2877
Salix alba salze 460 400 4220 3904 3156 2622
Salix atrocinerea gatell 480 280
Salix caprea gatsaule 567 560
Sorbus aria noixera 762 700
Sorbus aucuparia moixera
guilla
de 605
Tilia cordata tell
petita
de fulla 439 400 4794 (bq) 4478 3634 3032
Ulmus minor om 686 520 4290 - 4739 3974- 3214- 2672-
(bq) 4423 3588 2992
Altres planifolis 691 450
Quercus
canariensis
roure africà 755 580
Quercus cerrioides roure cerrioide 782 630
Quercus faginea roure de fulla
petita
794 662
Quercus humilis roure martinenc 770 621
Quercus ilex alzina 903 722 4851 (b) - 4815 4535- 3682- 3072-
(f) 4499 3652 3047
Quercus petraea roure de fulla
gran
732 564 4622 4306 3491 2909
Quercus pyrenaica roure reboll 810
Quercus robur roure pènol 690 420
Alzina-Roure 846 690
Abies alba avet 507 532 4816 4500 3653 3047
Cedrus deodara cedre 740 530
Juniperus
communis
ginebró 580
Juniperus
oxycedrus
càdec 700 280 5138 (b) 4822 3921 3277
Juniperus
phoenicea
savina 825 500 5370 (f) 5054 4114 3443
Pinus halepensis pi blanc 608 416 5138 (bq) 4822 3921 3277
Pinus nigra pinassa 616 331
Pinus pinaster pinatre 523 308 4820 - 4849 4504-
4533
Pinus pinea pi pinyer 591 384
Pinus radiata pi insigne 488 300
Pinus sylvestris pi roig 547 294 4556 - 4955 (e) 4240-
4639
Pinus uncinata pi negre 518 415
Pseudotsuga
menziesii
pseudotsuga 470 260
Coníferes 577 358
3656-
3680
3436-
3768
Branques de coníferes 4950 4634 3764 3143
Branques de planifolis 4600 4284 3473 2893
Serradures de coníferes 4880 4564 3706 3093
3050-
3071
2862-
3147
Serradures de planifolis 4630 4314 3498 2914
5—31

Escorça de coníferes 5030 4714 3831 3200
Escorça de planifolis 4670 4354 3531 2943
PCI amb grau d'humitat del 0% PCI(0) i poder calorífic inferior amb el 20% d'humitat PCI(20) en base al pes sec estufa de les
principals espècies arbòries de Catalunya. Les dades de densitat són en kg de matèria seca per metre cúbic. Pel poder calorífic
quan no s'indica res vol dir que és el valor de poder calorífic de la fusta (de vegades com un interval perquè hi ha valors de
diversos autors) en cas contrari s'indica entre parèntesi el material de què es tracta: branquillons (bq), fulles (f), branca (b),
escorça (e). Per passar de PCS a PCI en funció del percentatge d'humitat en base al pes sec estufa s'aplica la fórmula: PCI =
(PCS-585(h+0,54))/(1+h) on h és la humitat del material en base al pes sec estufa. Les dades de densitat provenen de l'IEFC,
les dades de PCS són de vàries fonts extretes del llibre "Inflamabilidad de las especies de sotobosque" de Miguel Elvira Martín
i Carmen Hernando Lara. Ministerio de Agricultura Pesca y Alimentación. Ed. INIA. 1989 Madrid. 99 pp i Artigas, J.; Martín, L.;
Fresneda, A.; Hernández, C. (Coord.) 1993. Manual de Biomasa. IDAE, Madrid, 123 pp.
Font:Adaptat de [3].
La Taula 5.10. mostra la variació dels poders calorífics d’algunes espècies arbòries al llarg de les
diferents èpoques de l’any.
Taula 5.10. PCS, PCI, Humitat (M), Densitat (D) i percentatge de cendres després de la combustió
en una bomba calorimètrica, de diferents espècies vegetals al llarg de les estacions de l’any.
PCS (kJ/kg) PCI (kJ/kg) M (%) D (kg/m 3 ) CENDRES (%)
Acer psudoplatanus L.
Primavera
Estiu
Tardor
Hivern
Alnus glutinosa (L.) Gaertner
Primavera
Estiu
Tardor
Hivern
Betula pendula Roth.
Primavera
Estiu
Tardor
Hivern
Castanea sativa Miller
Primavera
Estiu
Tardor
Hivern
Quercus pyrenaica Willd.
Primavera
Estiu
Tardor
Hivern
Quercus robur L.
Primavera
Estiu
Tardor
Hivern
Salix atrocinera L.
Primavera
Estiu
Tardor
Hivern
Font: Adaptat de 14.
17795 ± 71 (0’40%)
17848 ± 74 (0’42%)
18436 ± 27 (0’15%)
17834 ± 12 (0’07%)
21090 ± 121 (0’58%)
21073 ± 90 (0’43%)
20628 ± 90 (0’44%)
19861 ± 74 (0’38%)
20755 ± 131 (0’63%)
21086 ± 24 (0’12%)
20522 ± 64 (0’31%)
19837 ± 147 (0’74%)
17460 ± 58 (0’34%)
17436 ± 86 (0’50%)
17130 ± 86 (0’50%)
18667 ± 50 (0’27%)
19166 ± 35 (0’19%)
19394 ± 80 (0’41%)
19254 ± 59 (0’31%)
18893 ± 33 (0’18%)
17627 ± 45 (0’26%)
18541 ± 78 (0’42%)
17468 ± 10 (0’06%)
18112 ± 54 (0’30%)
20185 ± 113 (0’56%)
21341 ± 142 (0’67%)
19670 ± 106 (0’54%)
19030 ± 115 (0’61%)
6363 ± 36 (0’57%)
5052 ± 29 (0’58%)
5498 ± 11 (0’22%)
8747 ± 7 (0’08%)
6051 ± 46 (0’77%)
4020 ± 26 (0’66%)
5014 ± 31 (0’63%)
6703 ± 32 (0’49%)
6863 ± 56 (0’82%)
6534 ± 10 (0’15%)
8668 ± 32 (0’38%)
7696 ± 71 (0’93%)
5363 ± 24 (0’46)
5458 ± 36 (0’67%)
8515 ± 51 (0’60%)
7334 ± 25 (0’35%)
8248 ± 18 (0’23%)
10574 ± 51 (0’48%)
11195 ± 39 (0’35%)
9981 ± 20 (0’21%)
4297 ± 17 (0’41%)
7794 ± 41 (0’53%)
6654 ± 5 (0’08%)
5451 ± 22 (0’42%)
7012 ± 50 (0’72%)
7001 ± 60 (0’86%)
6952 ± 48 (0’69%)
6694 ± 52 (0’78%)
49’31
60’50
56’25
41’00
61’54
70’66
65’44
56’32
57’14
59’30
48’51
51’62
58’08
57’49
40’00
50’00
47’64
36’36
33’33
38’05
61’36
47’80
51’00
58’16
55’46
57’64
54’62
54’81
Com es pot observar, al llarg de l’estiu i la tardor es produeix una disminució del contingut d’humitat
de la fusta que repercuteix directament en el poder calorífic del material, i per tant, lleugerament en
l’eficiència de la combustió. El contingut d’humitat detectat de les matèries analitzades encara no és
suficientment baix com per a optimitzar les condicions de càrrega de les graelles dels cremadors que
produiran energia tèrmica i/o elèctrica en plantes de combustió de biomassa.
890
820
810
820
790
840
800
800
770
850
840
780
610
590
590
600
1020
930
800
900
640
620
630
640
810
800
790
720
4’62
2’67
2’13
1’15
0’48
1’44
0’24
0’24
0’46
0’86
0’37
0’18
1’58
2’18
1’71
0’30
1’14
1’20
1’70
1’52
0’66
2’28
1’42
2’53
1’18
0’75
0’47
0’22
5—32

C. Característiques fisicoquímiques de les llenyes
C.1. Coeficient de conductivitat tèrmica
El coeficient de conductivitat tèrmica és una variable termodinàmica que mesura la rapidesa de
transmissió de calor per conducció.
C.2. Combustibilitat. Temperatures i temps de combustió
La temperatura de combustió és la temperatura a la qual un combustible comença la seva combustió.
Depèn de la naturalesa del combustibles (composició química, superfície específica, etc.) però no de
la tecnologia i temperatura del forn.
El temps de combustió és el temps que tarda en començar la combustió d’un element, variant en
gran mesura amb la temperatura del forn a la qual es realitzi el procés. Es mesura en dècimes de
segon.
C.3. Inflamabilitat: Temperatura i temps d’inflamació
La temperatura d’inflamació és la corresponent a l’inici de la combustió d’un combustible emetent una
flama. Depèn en gran mesura de la temperatura del forn a la que es realitzi la combustió. Es mesura
en ºC.
El temps d’inflamació és el temps que triga en començar la combustió d’un combustible, emeten una
flama i que depèn de la temperatura del forn a la qual es realitzi la combustió. Es mesura en dècimes
de segon.
C.4. Inflamabilitat: Temperatura màxima de flama i temps de flama
El temps de flama és el temps en el qual una mostra de fusta o llenya, en condicions fixadaes de
temperatura el forn està emetent flama. Es mesura en segons. Depèn del coeficient de conductivitat
tèrmica, de la relació combustible/comburent i de la temperatura del forn.
La temperatura màxima de flama és la temperatura més alta que assoleix la flama i la seva influència
és important ja que condiciona el material on es cremen les llenyes. Es mesura en ºC.
C.5. Potència calorífica
Es defineix la potència calorífica com la quantitat de calor despresa per un combustible per unitat de
massa i unitat de temps. Depèn de:
- El poder calorífic del combustible, que depèn de la composició química del mateix.
- La forma del combustible
- La col·locació del combustible respecte al comburent (aire)
- El coeficient de conductivitat tèrmica que, a la vegada, depèn de la densitat del
mateix. A major densitat, menor serà el coeficient de conductivitat tèrmica.
- La tecnologia de combustió, és a dir, el correcte disseny del lloc on es realitzi la
combustió de la llenya.
En resum, la potència calorífica d’una llenya:
- Augmenta amb el poder calorífic.
- Augmenta amb la superfície específica.
- Disminueix quan disminueix el coeficient de conductivitat tèrmica de la llenya.
- Augmenta amb el tir de la xemeneia.
5—33

Marcos [9] comenta que en les mateixes condicions d’humitat, i a igualtat de pes, és més avantatjós
adquirir fusta de coníferes que de frondoses, fins i tot en el cas que es consideri el fet que les
frondoses dures (espècies del gènere Quercus) cremen més lentament que les coníferes. El calor de
combustió es desprèn de manera uniforme al llarg un període de temps major en el cas de les
coníferes.
També afegeix que si la fusta s’ha d’adquirir per volum, la situació canvia radicalment. El major pes
específic de les frondoses en comparació a les coníferes, provoca que el poder calorífic per unitat de
volum d’aquestes sigui inferior al de les espècies del gènere Quercus.
5.2.1.2. ESTELLES
L’estella és un material orgànic procedent de la fragmentació de la biomassa forestal, formada
generalment per fusta i escorça (veure Figura 5.6) . En alguns casos, pot contenir trossos de fulles,
flors i fruits en la fusta i l’escorça. Moltes vegades, les estelles només tenen fusta, per la qual cosa
alguns actors defenen que només han de contenir fusta, i tot el restant es consideren impureses.
Les estelles de fusta poden tenir diferents utilitats:
- Per a obtenir tauler de partícules, de fibres o de qualsevol altre tipus que utilitzi estelles.
- Per a obtenir fibres, amb les quals després es fabricarà paper.
- Com a combustible, cremant les estelles.
- Com a matèria prima per a fabricar altres biocombustibles, com briquetes i pelets.
Les estelles procedents d’explotacions forestals no tenen ni coles ni additius, pel que esdevenen un
combustible net des del punt de vista de l’emissió de gasos contaminants tipus derivats del sofre,
nitrogen, formaldehid i VOC (Compostos Orgànics Volàtils).
Figura 5.6. Imatges d’estelles.
1 2 3
4
Font: 1) [15]; 2) [16]; 3) [17] 4) [18]
5—34

Principals característiques de les estelles
A continuació s’enuncien les propietats físiques, químiques i fisicoquímiques de les estelles (veure
Taula 5.11).
Taula 5.11. Propietats energètiques de les estelles.
Propietat Variables
Físiques
1.
2.
Forma i aspecte
Densitat
3. Superfície específica
4. Humitat
Químiques
1.
2.
Composició química elemental
Composició química per compostos
3. Poder calorífic
Fisicoquímiques
1.
2.
Coeficient de conductivitat tèrmica
Variables de combustibilitat: Temperatures i temps de combustió.
3. Variables d’inflamabilitat: Temperatura i temps d’inflamació,
4.
temperatura màxima de flama
Potència calorífica
5. Índex de qualitat energètica
Font: Adaptat de [9].
A. Característiques físiques de les estelles
A.1. Forma i aspecte
L’estella té forma plana, predominant la longitud i l’amplitud sobre el gruix. La longitud oscil·la entre
3 i 10 cm, l’ample entre 2 i 6 cm i el gruix no supera, normalment, els 2 cm.
La mida de les estelles és molt més homogènia que el de les llenyes, per la qual cosa es manipulen i
transporten millor. La mida de l’estella la fixa la posició del ganivet respecte al disc o tambor
estellador (gruix) i la criba estelladora (longitud i amplitud).
Com més petita sigui una estella, més car és el seu procés d’obtenció, però també és major la seva
superfície específica i la seva densitat.
L’aspecte és el mateix que un tros de fusta o d’escorça, depèn de quin material provingui tindrà un
color o un altre.
A banda de la mida, també és important la uniformitat de mides. Com més uniformes siguin les
estelles millor serà la seva qualitat en conjunt.
A.2. Mida
La mida de l’estella ve fixada per les seves tres dimensions: llargada, amplada i gruix. Normalment,
gairebé totes les estelles, tenen un gruix petit en comparació amb la llargada i l’amplada. La llargada
sol ser superior a l’amplada.
La mida i la uniformitat de les mides de les estelles són variables molt importants a l’hora de valorar
econòmicament aquest biocombustible sòlid forestal.
La mida i la distribució de mides influeixen en:
- La superfície específica. A menor mida, major superfície específica i millor cremaria l’estella.
- L’índex de qualitat energètica de les estelles.
A.3. Densitat
La densitat aparent de les estelles és molt baixa (0,25 a 0,35 kg/dm 3 ), cosa que encareix molt el seu
transport perquè per a transportar grans pesos es necessiten volums molt grans. S’ha distingir entre
la densitat real i la densitat aparent, ja que la densitat aparent s’utilitza en el transport i la
manipulació d’estelles, a més de presentar valors més petits en comparació amb la densitat real.
5—35

La densitat aparent es mesura pesant un recipient en estelles, calculant el seu volum i dividint la
massa pel seu volum. Es repeteix aquest procés deu vegades i s’obté el valor mig.
La densitat, conjuntament amb el poder calorífic, influeix en la densitat energètica o poder calorífic
volumètric.
A.4. Superfície específica
La reacció química de la combustió és una reacció exotèrmica en la qual es precisa que el
combustible presenti superfície a l’acció del comburent (sol ser l’oxigen present a l’aire). Com major
sigui aquesta superfície, millor s’efectuarà la reacció.
La superfície de l’estella és molt major que la de les llenyes, per la qual cosa les estelles cremen molt
més ràpidament que les llenyes. Com més petit sigui la mida mitjana de l’estella, major és la seva
superfície específica.
La creació de superfícies i, per tant, de disminució de mides, suposa una despesa energètica
important, però que contribueix a:
- Millorar el transport a l’interior de la planta d’aprofitament energètic.
- Millorar l’emmagatzematge del biocombustible sòlid.
- Millorar el control de les condicions de combustió, especialment quan es tracta de
combustors de llit fluïditzat.
A major superfície específica, i mantenint constants altres variables (composició química i densitat),
major és la potència calorífica. L’augment de la superfície específica suposa la creació de superfícies i,
per aquest motiu, es consumeix energia.
A.5. Humitat
La humitat de les estelles és un dels inconvenients per al seu ús, per la qual cosa s’han realitzat
múltiples estudis per optimitzar els costos d’assecatge de les estelles. Si les estelles són molt petites
són cares d’assecar, en el cas extrem (les serradures) és molt car baixar d’ humitats menors del 8%
en base seca.
Un dels treballs més importants que es realitza amb les estelles, des del punt de vista de la seva
utilització com a biocombustible, és el seu assecat. L’assecat és car però millora el poder calorífic i
pot resultar rendible.
B. Característiques químiques de les estelles
B.1. Composició química elemental
La composició química elemental és la que correspon a la matèria primera de la qual procedeixen les
estelles, a més de la de les impureses que poden afegir-se en el seu transport i manipulació.
Si les estelles solament són de fusta, estaran formades per carboni, hidrogen i oxigen, en un
percentatge gairebé del 100% respecte a la matèria seca.
Si les estelles procedeixen de fusta i escorça, el carboni, hidrogen i oxigen es veuran acompanyats en
petites proporcions per altres compostos molt variables i que depenen de l’espècie vegetal d’on prové
la citada escorça.
B.2. Composició química per compostos
La composició química per compostos és la que correspon a la matèria prima de la que procedeixen
les estelles, més la de les impureses que puguin afegir-se en el seu transport i manipulació.
Si les estelles només són de fusta, estaran formades per cel·lulosa, hemicel·luloses i lignina.
5—36

Si les estelles provenen de fusta i escorça, la cel·lulosa, hemicel·luloses i lignina es veuran
acompanyades en petites proporcions per altres compostos molt variables i que depenen de l’espècie
vegetal d’on prové la citada escorça.
Les impureses, en molts casos, són àrids que provenen del lloc d’emmagatzematge. Aquests àrids no
són beneficiosos perquè:
- El seu poder calorífic és inferior al de la fusta i al de l’escorça.
- La seva combustió produeix més cendres, amb la despesa posterior de retirar aquestes
cendres i complicar la combustió.
- Si les estelles s’han d’utilitzar per a fabricar pelets i briquetes, aquests àrids poden fer malbé
la briquetadora o la pelletitzadora, encarint el procés de fabricació de pellets i briquetes.
B.3. Poders calorífics
El poder calorífic és el que correspon a la matèria primera de la qual s’han obtingut les estelles. És
una de les variables més importants des del punt de vista energètic, ja que mesura el calor desprès
per unitat de massa.
Quan les estelles provenen de llenya o de residus d’indústries forestals de primera i segona
transformació que puguin contenir fusta i escorça, el seu poder calorífic és el següent (Marcos,
2001):
PCIa = m · PCIm + c · PCIc
On: PCIa és el poder calorífic inferior de l’estella en kcal/kg.
m és el tant per u en pes de la fusta.
PCIm és el poder calorífic inferior de la fusta en kcal/kg.
c és el tant per u en pes de l’escorça.
PCIc és el poder calorífic inferior de l’escorça en kcal/kg.
Com que les estelles, a més de fusta i escorça, contenen impureses, si denominem i al tant per u en
pes de les impureses es compleix que:
PCIa = m · PCIm + c · PCIc + i · PCIi
On, PCIi és el poder calorífic de les impureses (en alguns casos es considera 0)
i és el tant per u en pes de les impureses.
Es compleix que: m + c + i = 1
C. Característiques fisicoquímiques de les estelles
C.1. Coeficient de conductivitat tèrmica
El coeficient de conductivitat tèrmica de les estelles de fusta és el d’aquest material. Varia amb la
direcció en què es mesura i també varia a mesura que es realitza la combustió. Al principi és el que
correspon a la fusta que composa les estelles, però després és el que correspon al residu carbonós
que es va originant en la combustió de les estelles.
C.2. Variables de combustibilitat
Altres característiques d’inflamabilitat i combustibilitat són favorables respecte a les llenyes a l’hora
de la combustió. No obstant, poden ser desfavorables a l’hora de l’emmagatzematge. Els problemes
d’autoinflamació d’un parc d’estelles són freqüents. Per evitar aquests problemes, les estelles
emmagatzemades s’han de remoure perquè s’airegin i no es produeixin fermentacions.
5—37

C.3. Potència calorífica
La potència calorífica de les estelles depèn de les estelles i del disseny del lloc on es realitza la
combustió. Si mantenim constant aquest lloc, la potència calorífica depèn de:
- El poder calorífic, que és funció de la composició química del mateix. A major poder calorífic
(mantenint iguals la resta de variables), major és la potència calorífica de les estelles.
- El coeficient de conductivitat tèrmica que, a la vegada, depèn de la densitat de les estelles. A
major densitat, menor és el seu valor. Si la densitat de la fusta de les estelles és baixa i, a
més, aquestes contenen resina (sobretot amb estelles procedents de fusta de coníferes),
llavors la combustió és més ràpida (a igualtat de gradient de temperatures llar-estelles).
- El correcte funcionament del forn o de llar on es realitzi la combustió. És molt important en
les llars que cremen estelles l’entrada d’aire primari i aire secundari; si no hi ha suficient aire
secundari (a l’altura de la flama) la combustió de les estelles no es completa, per la qual
cosa:
C.4. Índex de qualitat energètica
Augmenta la contaminació.
La combustió és més lenta i la potència calorífica, menor.
La qualitat de les estelles i altra biomassa sòlida triturada depèn de diferents variables citades
anteriorment: humitat, densitat, poder calorífic, densitat energètica, superfície específica (relacionada
amb la mida), homogeneïtat de mides, composició química elemental, etc.
A Finlàndia, les estelles es classifiquen segons tres variables: la densitat energètica (poder calorífic
volumètric), la humitat i la mida (veure Taula 5.12, Taula 5.13 i Taula 5.14).
Taula 5.12. Classificació d’estelles segons la densitat energètica.
Classe Densitat energètica mínima (MWh/m 3 ) Comparació de qualitat
E1 0,9
Millor
E2 0,8
E3 0,7
E4
Font: Adaptat de [9].
0,6
Pitjor
Taula 5.13. Classificació de les estelles segons el contingut d’humitat.
Classe Contingut màxim d’humitat* (%) Comparació de qualitat
K1 40
Millor
K2 50
K3 60
K4
* Humitat suposada en base humida.
Font: Adaptat de [9].
65
Pitjor
Taula 5.14. Classificació de les estelles segons la mida.
Classe Mida de l’estella 95% (mm) Comparació de qualitat
P1 30
Millor
P2 45
P3 60
P4
Font: Adaptat de [9].
100
Pitjor
Aquesta classificació té la limitació que considera en cap moment la composició química, amb els
processos ambientals que pot suposar l’existència d’additius i coles.
A Marcos [9] es proposen dos índexs per a mesurar la qualitat energètica de l’estella:
5—38

1) Basat en l’aplicació de la normativa finlandesa citada anteriorment
Se citen 4 qualitats d’estelles. Les de major qualitat són de qualitat 1 (C1) i les de menor qualitat són
de qualitat 4 (C4) (veure Taula 5.15).
Taula 5.15. Qualitats d’estella segons la normativa finlandesa.
Qualitat: Classe Tipologia
C1 E1, K1 I P1.
C2 No és de la classe C1.
Cap d’ells és E3, ni E4, ni K3, ni K4, ni P3, ni P4.
C3 No és de la classe C1.
No és de la classe C2.
C4 Cap d’ells és E4, ni K4, ni P4.
Cap de les anteriors.
Font: Adaptat de [9].
2) Segons l’índex de qualitat de l’estella o índex de qualitat de Marcos, només vàlid quan la humitat
de l’estella és major del 0% (en la pràctica, la totalitat dels casos). El seu valor és adimensional.
On, ICB = Índex de la qualitat de l’estella
ICA = (K1 · PCv + K2 · PCA – K3 · TM – K4 · CQ) / Hh
K1 = Constant. Val 0,002 dm 3 /kJ.
PCv = Poder calorífic volumètric (densitat energètica), mesurat en kJ/dm 3 .
K2 = Constant, mesurada en kg/W. El seu valor s’està investigant actualment.
PCA = Potència calorífica, mesurada en kW/kg.
K3 = Costant, val 0,7 cm -1 .
TM = Mida mitjana de l’estella, com a mitjana entre el valor mitjà de la longitud, amplada i
gruix, mesurats en cm.
K4 = Constant, val 2.
CQ = Suma dels percentatges, en tant per cent, de clor, sofre i nitrogen.
Hh = Humitat de l’estella, mesurada en base humida. Adimensional.
5.2.1.3. BRIQUETES
Les briquetes són un aglomerat d'estelles que poden estar fabricades per una gran diversitat de
materials compactats (veure Figura 5.7). Així, la matèria primera de la briqueta pot ser: biomassa
forestal procedent d’aprofitaments silvícoles, biomassa forestal procedent de residus de fàbriques del
sector de la fusta (serradores, fàbriques de mobles, etc.), biomassa residual industrial, biomassa
residual urbana, carbó vegetal o simplement una mescla de totes elles.
Les briquetes són un combustible, d’origen lignocel·lulòsic en la major part dels casos, format per la
compactació de biomassa. La matèria primera fonamental són les estelles i els residus de fusta. No
obstant, a vegades, les briquetes estan formades per la compactació de qualsevol tipus de biomassa
residual.
La característica comú de totes les briquetes és la seva alta densitat. La forma de les briquetes és
molt variada, tot i que abunden les briquetes de forma cilíndrica, amb diàmetre entre els 3 i 20 cm i
longituds entre els 15 i els 50 cm. Unes altres formes usuals són les de prisma quadrat o prisma
hexagonal buit. En altres casos les briquetes tenen forma de maó.
Les briquetes s’han desenvolupat per motius molt diversos, entre els quals cal destacar:
1. Per a substituir als derivats dels combustibles fòssils tradicionals, sobretot al petroli quan el seu
preu és molt alt.
5—39

Per aquest motiu, durant les dues crisis del petroli (1973 i 1979) es va desenvolupar, sobretot al
centre d’Europa, un gran interès per les briquetes.
2. Per a revaloritzar un conjunt de residus sòlids orgànics que produïen calor en la seva combustió.
Entre aquests residus sòlids orgànics, s’inclou una gran quantitat de residus que provenen tant
de treballs silvícoles i agrícoles, com d’indústries agroalimentàries, ramaderes i forestals:
a) Residus de treballs silvícoles com podes, aclarides i tallades finals.
b) Residus de podes d’arbres fruiters (cítrics, pomeres, etc.), de la poda de l’olivera i
sarments de vinya.
c) Residus d’indústries forestals:
- Residus d’indústries forestals de primera transformació: serradores i altres indústries
que treballen i processen directament el tronc de l’arbre, sense haver passat abans
per qualsevol altre tipus d’indústria forestal.
- Residus d’indústries forestal de segona transformació: fàbriques de portes, finestres,
mobles, etc.
d) Residus d’indústries agroalimentàries:
- Residus sòlids de les indústries de sucs de llimó, taronja, etc.
- Residus de la indústria de manipulació i envasat de carxofes.
e) Residus sòlids d’algunes indústries ramaderes.
f) Residus Sòlids Urbans (RSU) orgànics.
3. Per a augmentar la densitat de certs biocombustibles forestals, els quals eren molt cars de
transportar a causa de la seva baixa densitat.
Figura 5.7. Imatges de briquetes.
1 2
Font: 1)[19]; 2) [20]
5—40

Característiques de les briquetes
Les principals característiques físiques, químiques i fisicoquímiques es poden observar a la Taula
5.16.
Taula 5.16. Característiques físiques, químiques i fisicoquímiques de les briquetes.
Propietat Variables
Físiques
1.
2.
Forma
Mida
3. Aspecte (color, brillantor)
4. Densitat
5. Humitat
6. Friabilitat
Químiques
1.
2.
Composició química elemental
Composició química per compostos
3. Poders calorífics
4. Densitat energètica
Fisicoquímiques
1.
2.
Coeficient de conductivitat tèrmica
Variables de combustibilitat: Temperatures i temps de combustió.
3. Variables d’inflamabilitat: Temperatura i temps d’inflamació,
4.
temperatura màxima de flama
Potència calorífica
5. Índex de qualitat energètica
Font: Adaptat de [9].
A. Característiques físiques de les briquetes
A.1. Forma i mida
La forma de les briquetes pot ser molt variable, tot i que la forma més abundant és la cilíndrica.
Depèn de la maquinària utilitzada en la seva obtenció (veure Taula 5.17).
Taula 5.17. Diferents formes de briquetes existents en el mercat.
Font: Adaptat de [9].
Tipus Forma
Cilíndrica
Prisma hexagonal
Prisma rectangular
Massissa
Prisma quadrat “menjada en les cantonades”
Prisma octogonal
Prisma rectangular “menjada en les cantonades”
¼ de cilindre
Cilíndrica
Prisma hexagonal
Buida
Prisma quadrat “menjat en les cantonades”
Prisma octogonal
A Espanya gairebé totes les briquetes que es fabriquen són de forma cilíndrica. El seu diàmetre
supera els 5 cm, essent el diàmetre més usual el comprès entre els 7,5 i els 9,0 cm. Normalment, a
major diàmetre, major és la seva longitud (veure Taula 5.18 ).
Taula 5.18. Longituds, diàmetres, relació longitud/diàmetre, llocs de venda d’algunes briquetes
cilíndriques a Espanya.
Longitud (cm) Diàmetre (cm) Relació
longitud/diàmetre
Lloc de venda Preu (ptes/kg)
32,0 8,5 3,765 Salamanca 225/11 = 20,45
32,5 9,0 3,611 Salamanca 250/7,5 = 33,33
32,5 7,5 4,333 Salamanca 335/18 = 18,61
32,0 7,5 4,267 Madrid Variable
Font: Adaptat de [9]. Dades de desembre de 1999.
5—41

Una altra forma de les briquetes és la de secció ortogonal, amb un forat rodó en el centre. Aquesta
forma presenta inconvenients a l’hora d’emmagatzemar-la ja que es perd espai útil al ser buida la
briqueta. D’aquesta manera, s’aconsegueix una ignició més ràpida; això pot resultar avantatjós o
perjudicial, segons quin sigui l’objectiu buscat.
La secció rectangular és una altra forma que com que és lleugerament “arrodonida” o “menjada” a
les quatre cantonades, no es desintegra amb els cops. Aquest tipus de briqueta cremen més
lentament però s’emmagatzemen molt millor, ja que ocupen menys volum a igualtat de pes que el
tipus cilíndric o el de prisma octogonal buit.
Als Estats Units, i cada vegada més a Europa, es comercialitza una briqueta de forma ¼ de cilindre,
la composició química de la qual és molt poc habitual ja que incorpora serradures i parafina. A més,
porta unes estries al llarg de la cara arrodonida, les quals faciliten l’entrada d’aire perquè la briqueta
tendeix a obrir-se per aquestes. En aquesta briqueta, el propi paper que l’embolica s’utilitza com a
metxa, de manera que es crema la briqueta després de cremar-se l’embolcall. A més, la parafina és
un magnífic conductor del calor i la briqueta crema molt bé.
Segons la normativa sueca, les briquetes cilíndriques han de tenir un diàmetre superior als 25 mm. Si
és inferior, són pellets.
A la es presenta un resum de la forma de les briquetes trobades en el mercat espanyol al desembre
de 1999 [9].
Taula 5.19. Dimensions (cm) d’algunes briquetes del mercat espanyol.
Forma
Cilíndrica
Prisma quadrangular
“menjat en les
arestes”
Prisma ortogonal buit
Font: Adaptat de [9].
A.2. Aspecte i color
Diàmetre (cm)
Dimensions
Longitud (cm) Relació longitud/diàmetre
9,0 32,5 3,61
8,5 32,0 3,76
7,5 32,5 4,33
Amplada (cm) Llargada (cm) Profunditat (cm)
13,0 7,3 60,0
Aresta (cm) Profunditat (cm)
6,2 Variable
Com que la composició de la briqueta és variable, també ho és el seu color. Si a la cara exterior de la
briqueta es produeix la baqueletització de la mateixa, el color és més fosc, com negrós, com
plastificada. Aquesta característica millora la briqueta, ja que impedeix l’entrada d’aigua.
Si la briqueta es compon per parafina, l’exterior de la briqueta és més calar ja que la parafina és de
color blanc-grogós.
L’aspecte i el color més desitjable pel consumidor és el que recorda a la fusta, per aquest motiu es
procura que l’aspecte de la briqueta sigui el més semblant possible a la llenya.
A.3. Densitat
La principal característica de les briquetes, en comparació amb les llenyes, estelles i els residus
d’indústries forestals, és que són més denses, cosa que facilita el transport, manipulació i
emmagatzematge.
L’inconvenient és que resulten més cares que les estelles, ja que requereixen un procés industrial de
fabricació en el qual s’ha de triturar, homogeneïtzar la mida, assecar a una humitat prefixada i
compactar la matèria primera. La densitat mínima real ha de ser de 0,9 kg/litre, tot i que a Bèlgica es
considera una briqueta de qualitat si la densitat mínima és de 1,1 kg/litre.
L’objectiu final dels processos de peletització i briquetatge és sempre el mateix: obtenir un producte
final de major densitat que els productes inicials.
Els factors que influeixen en la densitat final de les briquetes solen ser gairebé sempre de dos tipus:
5—42

- La matèria primera utilitzada: Com més gran sigui la densitat d’una matèria primera,
major serà la densitat del proudcte final. En general, les fustes i escorces de frondoses són
més denses que les coníferes.
- La pressió exercida per la premsa: En el procés de fabricació es produeix un premsat. El
correcte disseny i manipulació de la premsa aconsegueix la pressió desitjada. Les pressions
de compactació són variables, depenent de la maquinària utilitzada.
Per tal de mesurar la densitat de les briquetes han de realitzar-se assaigs de laboratori, en els quals
només fa falta avaluar la seva massa (balança) i el seu volum (càlculs geomètrics). Els dos mètodes
que s’utilitzen són: el mètode de desplaçament d’aigua i el mètode de desplaçament de mercuri.
A.4. Humitat
La humitat de la briqueta depèn de la forma en què se subministri el producte. Normalment, la
humitat final de la briqueta resulta ésser d’un 8-10% a la sortida de la premsa. Posteriorment pot
tenir lloc:
- L’envasat de diverses briquetes en un plàstic, realitzant un paquet de 10 a 25 kg; els més
usuals són els de 10 kg. Llavors, les briquetes no absorbeixen més aigua i la seva humitat
només augmenta lleugerament.
- Es venguin a granel. Això sol tenir lloc amb els pelets i té lloc a vegades amb les briquetes.
És possible que augmentin la seva humitat ja que poden absorbir aigua. No obstant, com ja
s’ha comentat anteriorment, la briqueta o el pelet és baquelitza, cosa que impedeix l’entrada
d’aigua a l’interior del producte.
Si la matèria primera que composa la briqueta no ha estat ben assecada, l’aigua que composa la
briqueta queda a dins i al voler sortir a fora, trenca la briqueta.
Un dels problemes de la fabricació de briquetes de qualitat és l’assecat de la matèria primera que
composa la briqueta, ja que és un material combustible que pot cremar en el procés d’assecatge.
A.5. Friabilitat
Es diu que un cos és molt friable quan s’esmicola fàcilment. La friabilitat és el contrari a la resistència
als cops sense esmicolar-se.
En el cas de les llenyes i de les estelles, aquesta variable no s’estudiava ja que aquests difícilment es
disgreguen en el transport.
Ara bé, en el cas de les briquetes i els pelets, a l’estar formats per partícules que s’han unit per
simple compressió (en molts pocs casos s’afegeixen additius) poden esmicolar-se al xocar entre si,
arribant a disgregar-se.
La friabilitat de la briqueta pot ser considerada en dos casos:
- La resistència als cops en el moviment de briquetes. És a dir, abans d’entrar en combustió.
Des d’aquest punt de vista, interessa que siguin poc friables, és a dir, que tinguin una alta
resistència als cops.
- La resistència a esmicolar-se quan la briqueta està a la llar, forn o graella. Es denomina
friabilitat en la combustió. Pot ser referida a la graella oberta o a la graella tancada.
Les briquetes es comercialitzen a Espanya, majoritàriament, de dues maneres diferents:
- En paquets retractilats que contenen un número variable de briquetes (usualment és de 6 a
15 briquetes, segons la mida de la unitat). Difícilment esmicolables.
- En caixes de cartró que contenen en el seu interior un número també variable de briquetes.
Fàcilment esmicolables, en aquest cas la friabilitat és una variable important.
5—43

B. Característiques químiques de les briquetes
B.1. Composició química
La composició química de les briquetes condiciona el seu poder calorífic i depèn del material utilitzat
en la seva constitució. Si s’usen additius, caldrà considerar la seva composició química.
Per tant, es necessari conèixer els percentatges (en pes) de fusta, escorça i additius utilitzats, així
com la humitat a la que es manipulen aquests productes.
Existeixen tres maneres d’augmentar la potència calorífica:
- Variant la composició química de la briqueta. Això s’aconsegueix afegint materials que tinguin
un poder calorífic superior major que el de la fusta.
- Facilitant l’entrada d’aire a l’interior de la briqueta quan s’està cremant. Això es pot
aconseguir, per exemple, posant parafina en la briqueta o, molt millor, posant nitrats o
“semi-explosiu” dins la briqueta, és a dir, compostos químics rics en oxigen.
- Permetent un ràpid contacte entre combustible i comburent mitjançant l’augment de la
superfície específica.
B.2. Poders calorífics
S’entén per poder calorífic la quantitat d’energia despresa per un quilogram de combustible al
cremar-se. Si en la combustió l’aigua es recull condensada s’obté el Poder Calorífic Superior (PCS), i
si l’aigua s’evapora s’obté el Poder Calorífic Inferior (PCI).
En certes ocasions i, sobretot, amb combustibles líquids s’utilitza el poder calorífic volumètric, del
qual se’n pot distingir dos conceptes:
PCSV = Poder Calorífic Volumètric Superior = Densitat energètica = PCS · Densitat
PCIV = Poder Calorífic Volumètric Inferior = Densitat energètica = PCI · Densitat
Alts poders calorífics indiquen bons combustibles.
Si una briqueta s’ha realitzat mesclant:
- Un m (tant per u) d’estelles de fusta.
- Un c (tant per u) d’estelles d’escorça.
- Un b (tant per u) de biomassa residual sòlida variada procedent de taulers de fibra de
densitat mitjana.
El poder calorífic d’una briqueta serà:
PCIbr = m · PCIm + c · PCIc + b · PCIb
On, PCIm,PCIc i PCIb són respectivament el poder calorífic inferior de la fusta, escorça i
biomassa utilitzades.
No obstant, com que el poder calorífic depenen de la humitat i tant el pelet com la briqueta són més
secs que les estelles, es pot concloure que el seu poder calorífic és major. Un valor aproximat seria
de 4500 kcal/kg (PCI de la briqueta al 10% d’humitat en base humida).
Quan en la briqueta es mesclin restes de RSU, el seu poder calorífic serà menor, la seva qualitat
inferior i la seva cohesió també menor.
Referent al poder calorífic volumètric, tant el pelet com la briqueta presenten grans avantatges
envers les estelles, ja que la seva densitat és molt major.
C. Característiques fisicoquímiques de les briquetes
C.1. Variables de combustibilitat i inflamibilitat
5—44

La temperatura de combustió és superior en els pelets i briquetes que en les estelles. Amb les
llenyes, depèn del tipus de llenya. Normalment, la temperatura d’inflamibilitat és lleugerament
superior en pelets i briquetes.
La causa d’aquest augment de temperatura és que la composició química de la superfície lateral del
pelet o briqueta és diferent de la fusta, ja que, en el procés de premsat aquesta superfície s’escalfa i
la fusta pateix una combustió incompleta.
El temps d’inflamabilitat de pelets i briquetes és similar o lleugerament superior al de les llenyes.
Les llenyes presenten temperatures i temps d’inflamabilitat molt variables, ja que depenen de
l’existència o no d’escorça, tipus d’escorça, percentatge d’escorça, disposició de la llenya respecte al
tir de la llar i la superfície específica de la llenya. Els biocombustibles forestals que més aviat
s’inflamen solen ser les estelles i el carbó vegetal (a igualtat d’altres paràmetres).
El coeficient de conductivitat tèrmica de les briquetes és major que el de la fusta, ja que la
briqueta és més densa que la fusta i, per tant, conté menys aire en el seu interior. L’alta densitat
provoca que les briquetes cremin més lentament que les fustes poc denses (xop) i en comparació
amb aquestes romanguin més temps en la llar. Tanmateix, les llenyes de fustes denses (alzina, roure,
etc.) cremen més lentament que les briquetes.
C.2. Potència calorífica
Aquesta variable és difícil de quantificar i de normalitzar. No només depèn de l’estructura física de la
briqueta i de la seva composició química, sinó que també depèn de la llar, forn o graella on es
realitza la combustió i de les condicions de la combustió (temperatura, percentatge d’oxigen, etc.).
A continuació se citen alguns aspectes que incideixen en la potència calorífica:
- La forma: Per a facilitar la combustió i augmentar la seva potència calorífica, es fabriquen
briquetes buides ja que permeten l’entrada d’aire a l’interior de la briqueta.
- La humitat: Com més humida estigui la briqueta (a igualtat de composició química,
densitat, forma i altres condicions) crema més lentament i, per tant, menor és la seva
potència calorífica.
- La densitat: Com més densa sigui la briqueta (a igualtat d’humitat, composició química,
forma i altres condicions) crema més lentament. Normalment, es prefereix que les briquetes
cremin més lentament.
- El poder calorífic (depèn de la composició química): Com més alt sigui el poder calorífic
d’una briqueta (a igualtat d’altres condicions) més ràpidament crema i, per tant, major és la
seva potència calorífica.
- El coeficient de conductivitat tèrmica: Com més alt sigui aquest coeficient (a igualtat
d’altres condicions) més ràpidament crema i, per tant, major és la seva potència calorífica.
Per a mesura la potència calorífica es pot utilitzar el forn ISO de combustibilitat o una graella
normalitzada.
C.3. Índexs de qualitat energètica
La combinació de diverses variables físiques, químiques i fisicoquímiques pot donar lloc a un índex de
la qualitat de la briqueta.
Segons normativa sueca, la briqueta ha de tenir un diàmetre superior a 25 mm, si el seu diàmetre és
menor es considera un pelet.
Les briquetes, segons Marcos [9], es poden classificar en dolentes, acceptables i bones segons el seu
percentatge de matèria mineral, densitat, humitat, friabilitat en llar tancada, friabilitat en llar oberta,
incandescència en llar tancada i incandescència en llar oberta (veure Taula 5.20).
5—45

Taula 5.20. Classificació de briquetes.
Característica (unitat) Bona Acceptable Dolenta
% de matèria mineral < 10 10-20 > 20
Densitat (kg/m 3 ) > 1200 800-1200 < 800
Humitat (%) < 20 20-30 > 30
Friabilitat en llar tancada > 65 50-65 < 50
Friabilitat en llar oberta > 75 50-75 < 50
Incandescència en llar tancada > 20 10-20 < 10
Incandescència en llar oberta > 30 20-30 < 20
Font: Adaptat de [9].
Aquest autor aplica aquesta classificació al mercat espanyol i proposa:
- Que les briquetes de 1150 kg/m 3 formin part de les briquetes considerades “bones”.
- Que les briquetes de 850 kg/m 3 formin part de les briquetes considerades “dolentes”.
Existeixen dos mètodes per a definir la qualitat energètica de les briquetes: un basat en la confecció
d’un índex de qualitat i un altre basat en una classificació, els quals s’expliquen breument a
continuació.
1) Mètode de l’índex de la qualitat (energètica) de la briqueta
ICB = (K1 · PCS0 + K2 · D + K3 · TT + K4 ·(1 – M)) / (Hh · FR)
On, ICB = Índex de la qualitat de la briqueta
K1 = Constant, en kg/kcal = 1/(4500 kg/kcal)
PCS0 = Poder calorífic superior anhídric, en kcal/kg.
K2 = Constant, mesurada en dm 3 /kg = 1/1,1 dm 3 /kg.
D = Densitat, en kg/dm 3 .
K3 = Costant, en segons -1 . El valor proposat és de 1/1 hores = 1/(3600 segons)
TT = Temps total de combustió en segons.
K4 = Constant, adimensional = 0,5.
M = Tant per u en material mineral.
Hh = Humitat de l’estella, mesurada en base humida. Adimensional.
FR = Friabilitat com a mitjana entre la friabilitat en llar tancada i la friabilitat en llar oberta.
2) Mètode basat en classes de qualitat
Marcos [9] proposa quatre tipus o classes inicials amb els seus criteris per a determinar
posteriorment les classes de qualitat (veure Taula 5.21, Taula 5.22, Taula 5.23, Taula 5.24).
Des d’aquest punt de vista, se citen 4 qualitats de briqueta: les de major qualitat són de qualitat 1
(C1) i les de menor qualitat són de qualitat 4 (C4) (veure Taula 5.25).
Taula 5.21. Classes de briquetes segons la seva densitat.
Classe Densistat (kg/litre) Comparació de qualitat
D1 > 1,1
Millor
D2 0,9-1,1
D3 0,8-0,9
D4
Font: Adaptat de [9].
< 0,8
Pitjor
5—46

Taula 5.22. Classes de briquetes segons el Poder Calorífic Inferior (PCI).
Classe PCI (kcal/kg) Comparació de qualitat
P1 > 4000
Millor
P2 3600 – 4000
P3 3300 – 3600
P4
Font: Adaptat de [9].
< 3600
Pitjor
Taula 5.23. Classes de briquetes segons la humitat en base humida.
Classe Humitat en base humida (%) Comparació de qualitat
H1 < 18 %
Millor
H2 18 – 25 %
H3 25 – 35 %
H4
Font: Adaptat de [9].
> 35 %
Pitjor
Taula 5.24. Classes de briquetes segons la friabilitat.
Classe Friabilitat valor mitjà
(llar oberta + llar tancada) (% adimensional)
F1 > 70
F2 60-70
F3 50-60
F4 < 50
Font: Adaptat de [9].
Taula 5.25. Qualitats de briquetes.
Comparació de qualitat
Qualitat: Classe Tipologia
H1 D1, P1, H1 i F1.
H2 No és de la classe C1.
Cap d’ells és D3, ni D4, ni P3, ni P4, ni F3, ni F$, ni H3, ni H4.
H3 No és de la classe C1.
No és de la classe C2.
Cap d’ells és D4, ni P4, ni F4, ni H4.
H4 Cap de les anteriors.
Font: Adaptat de [9].
5.2.1.4. PÈL·LETS
El terme de pèl·lets es refereix a peces cilíndriques de fusta o d’altres materials vegetals, que tenen
una llargada entre 1 i 2 cm aproximadament (veure Figura 5.8).
Com que el pèl·let és de mida inferior en comparació amb la briqueta es pot manipular millor; es pot
carregar-se en calderes utilitzant cintes transportadores de goma i cargols sense fi.
Tant la briqueta com el pèl·let estan pensats per a ús domèstic, en xemeneies o calderes individuals,
per a calderes d’una comunitat de veïns o per a calderes de petites i grans indústries.
El pèl·let es va desenvolupar per a aprofitar els residus de materials orgànic i es ven en el mercat de
dues maneres: en sacs i a granel.
Millor
Pitjor
5—47

Figura 5.8. Imatges de pèl·lets.
1 2
Font: 1) [21]; 2) [22]
Característiques dels pèl·lets
Les principals característiques físiques, químiques i fisicoquímiques es poden observar a la Taula
5.26.
Taula 5.26. Característiques físiques, químiques i fisicoquímiques dels pèl·lets.
Propietats Variables
Físiques
1.
2.
Forma i Mida
Aspecte (color, brillantor)
3. Densitat
4. Humitat
5. Friabilitat
Químiques
1.
2.
Composició química elemental
Composició química per compostos
3. Poders calorífics
Fisicoquímiques
1.
2.
Coeficient de conductivitat tèrmica
Variables de combustibilitat: Temperatures i temps de combustió.
3. Variables d’inflamabilitat: Temperatura i temps d’inflamació, temperatura
màxima de flama
4. Potència calorífica
Font: Adaptat de [9].
5. Índexs de qualitat energètica
A. Característiques físiques de les briquetes
A.1. Forma i mida
A diferència de la briqueta, que pot tenir diverses formes, la forma del pèl·let que es comercialitza a
Espanya es sempre cilíndrica.
Segons la norma sueca, el pèl·let té un diàmetre menor o igual als 25 mm.
La mida del pèl·let és menor que la de la briqueta, i es diferencia també en la forma de fabricació i
en el seu ús. El diàmetre del pèl·let no pot superar els 2,5 cm; essent els diàmetres més normals els
que oscil·len entre 1,2 i 2,0 cm. La longitud del pèl·let és variable i, a més, quan s’esmicola, cosa que
passa bastant sovint en el transport, la longitud disminueix.
El pèl·let es fabrica sempre més petit que la briqueta , cosa que permet que sigui manipulat de forma
mecànica més fàcilment.
A.2. Aspecte (color, brillantor)
Tant el color com l’aspecte exterior del pèl·let depèn de la matèria primera de la qual estigui fabricat.
Si és fusta, té el color de la fusta lleugerament ennegrida i satinada.
5—48

A.3. Densitat
Els factors que influeixen en la densitat del pèl·let, de la mateixa manera que en la briqueta, són de
dos tipus:
- La matèria primera emprada. A major densitat de la matèria primera, major serà la
densitat del producte final.
Si la matèria és fusta, en general, les fustes i les escorces de les frondoses (alzines, roures,
etc.) són més denses que les fustes de les coníferes (pins, avets, etc.).
- La pressió exercida per la premsa en el procés de fabricació del pèl·let i el correcte
disseny i manipulació de la premsa. Les pressions de compactació són variables,
depenent de la maquinària utilitzada.
En els pèl·lets s’han de considerar dos tipus de densitats: la densitat real i la densitat aparent.
La densitat real (dr)és el quocient entre la massa real i el volum real dels pèl·lets.
dr = Massa real / Volum real
La densitat aparent (da) és el quocient entre la massa aparent (que és igual que la massa real) i el
volum aparent (que és el volum real més el volum dels buits entre els pèl·lets). Com que el volum
aparent és major que el volum real, la densitat aparent és menor que la densitat real.
da = Massa aparent / Volum aparent = Massa real / (Volum real + buits)
Per a determinar la densitat real dels pèl·lets, s’han de dur a terme assaigs de laboratori mitjançant
el mètode de “desplaçament de l’aigua”.
A.4. Humitat
La humitat del pèl·let depèn de la forma en la qual se subministri el producte. En el procés de
peletitzat de la matèria primera fins a convertir-se en pèl·lets s’utilitzen normalment partícules seques
(humitat menor del 12 % en base humida). A més, en aquest procés encara s’asseca encara més la
partícula, per la qual cosa al final de tot el procés la humitat del pèl·let sol ser d’un 8-10 % (a la
sortida de la premsa). Posteriorment pot ocórrer que:
a) S’envasin en sacs de 10, 15, 20 o 25 kg; els més usuals són els de 10 a 20 kg. Els pèl·lets no
absorbeixen més aigua i la seva humitat només augmenta lleugerament.
b) Es venguin a granel. Això sol passar amb els pèl·lets i a vegades amb les briquetes. Com que
la fusta que constitueix els pèl·lets és higroscòpica, poden agafar aigua i augmentar la seva
humitat. Ara bé, com que en el procés de pel·letització s’escalfa la superfície lateral exterior
es provoca el baquel·litzat del pèl·let, que impedeix que aquesta aigua entri fàcilment en el
seu interior.
A.5. Friabilitat
La friabilitat (que és el contrari a la resistència als cops sense esmicolar-se) és una variable molt
important en els pèl·lets, ja que s’estan manipulant contínuament i xocant els uns als altres.
La friabilitat del pèl·let pot ser considerada en dos casos:
a) La resistència als cops en el moviments dels pèl·lets. Anomenada simplement friabilitat.
b) La resistència a esmicolar-se quan el pèl·let està a la llar, forn o graella. Anomenada
friabilitat en combustió.
B. Característiques químiques dels pèl·lets
B.1. Composició química
5—49

La composició química dels pèl·lets depèn del material utilitzat en la seva constitució. Si s’utilitzen
additius, de la mateixa manera que en el cas de les briquetes, s’ha de considerar la seva composició
química.
Per a la determinació de la composició química dels pèl·lets, el millor és conèixer els percentatges (en
pes) de fusta, escorça i additius emprats, així com la humitat a la qual es manipulen aquests
productes. Coneguts aquests percentatges, pot avaluar-se de forma aproximada la composició
química de pèl·lets i briquetes.
B.2. Poders calorífics
Dependran de la matèria primera emprada per a fabricar el pèl·let.
Quan en el pèl·let es mesclin restes de residus sòlids urbans, el seu poder calorífic serà menor (en
comparació amb el pèl·let que només té residus de fusta i escorça), la seva qualitat inferior i la seva
cohesió també menor.
Referent al poder calorífic volumètric (mesurat en kcal/dm 3 ), el pèl·let té grans avantatges envers les
estelles, ja que la seva densitat és molt major. Des d’aquest punt de vista, el seu poder calorífic
volumètric és similar al de les briquetes.
C. Característiques fisicoquímiques dels pèl·lets
C.1. Coeficient de conductivitat tèrmica
A l’inici de la seva combustió, el coeficient de conductivitat tèrmica dels pèl·lets és igual al de les
briquetes si la seva composició química és la mateixa. A mesura que avança la combustió, el
producte va canviant la seva composició química i es va convertint en residus carbonosos, la
composició química dels quals i la densitat són diferents que els del material lignocel·lulòsic inicial.
Per tant, també varia el seu coeficient de conductivitat tèrmica.
C.2. Variables de combustibilitat i inflamabilitat
Es poden mesurar en forns ISO de combustibilitat.
La temperatura de combustió és superior en els pèl·lets que en les estelles.
Normalment la temperatura d’inflamabilitat és lleugerament superior en els pèl·lets, excepte el cas
d’algunes llenyes amb una escorça que cremi molt malament, com per exemple, llenyes de surera i
d’altres espècies del gènere Quercus. Aquesta temperatura superior s’explica pel fet que la
composició química lateral del pèl·let es diferent a la de la fusta, ja que en el procés de peletitzat
aquesta superfície s’escalfa i la fusta pateix una combustió incompleta, formant-se una fina pel·lícula
carbonosa que té un coeficient de conductivitat tèrmica inferior al de la fusta.
C.3. Potència calorífica
El pèl·let crema més ràpidament que la briqueta, ja que el pèl·let presenta major superfície
específica. Per tant, la seva potència calorífica és major que la de la briqueta d’igual composició
química.
C.4. Índexs de qualitat energètica
La combinació de diverses variables físiques, químiques i fisicoquímiques pot donar lloc a un índex de
qualitat del pèl·let.
A continuació se citen dos mètodes per a definir aquesta qualitat energètica (Marcos, 2001): 1) Basat
en un índex de qualitat i 2) Basat en una classificació.
5—50

1) Mètode de l’índex de la qualitat energètica dels pèl·lets
ICP = (K1 · PCS0 + K2 · D + K3 · (1 – M)) / (Hh · FR)
On, ICP = Índex de la qualitat energètica del pèl·let.
K1 = Constant, en kg/kcal = 1/(4500 kg/kcal)
PCS0 = Poder calorífic superior anhídric, en kcal/kg.
K2 = Constant, mesurada en dm 3 /kg = 1/1,1 dm 3 /kg.
D = Densitat, en kg/dm 3 .
K3 = Costant, adimensional = 0,5.
M = Tant per u en material mineral.
Hh = Humitat mesurada en base humida. Adimensional.
FR = Friabilitat com a mitjana entre la friabilitat i la mitjana de les friabilitats en llar tancada i
la friabilitat en llar oberta.
2) Mètode basat en classes de qualitat
Marcos [9] proposa quatre tipus o classes inicials amb els seus criteris per a determinar
posteriorment les classes de qualitat (veure Taula 5.27, Taula 5.28, Taula 5.29).
La qualitat de la classe C1 és major que la de les classes C2, C3 i C4. La de pitjor qualitat és la de la
classe C4 (veure Taula 5.30).
Taula 5.27. Classes de pèl·lets segons la seva densitat energètica.
Classe Densitat energètica (MJ/dm 3 ,
mínim)
E1 1,8
E2 1,7
E3 1,6
E4
Font: Adaptat de [9].
1,5
Taula 5.28. Classes de pèl·lets segons la humitat en base humida.
Comparació de qualitat
Classe Contingut d’humitat (% màxim) Comparació de qualitat
K1 40
Millor
K2 50
K3 60
K4
Font: Adaptat de [9].
65
Pitjor
Taula 5.29. Classes de pèl·lets segons la friabilitat.
Classe Friabilitat (% de pèl·lets trencats, màxim) Comparació de qualitat
P1 3
Millor
P2 8
P3 15
P4
Font: Adaptat de [9].
20
Pitjor
Taula 5.30. Qualitats de pèl·lets.
Qualitat: Classe Tipologia
C1 E1, K1, P1.
C2 No és de la classe C1.
Cap d’ells és E3, ni E4, ni K3, ni K4, ni P3, ni P4.
Millor
Pitjor
5—51

C3 No és de la classe C1.
No és de la classe C2.
Cap d’ells és E4, ni K4, ni P4.
C4 Cap de les anteriors.
Font: Adaptat de [9].
5.2.1.5. CARBÓ VEGETAL
Existeixen diverses definicions de carbó vegetal. Segons Kollmann: “El carbó vegetal és el producte
de la combustió incompleta de la fusta”. Actualment es diferencien dos usos del carbó vegetal: com a
combustible i com a carbó actiu (veure Figura 5.9).
La diferència fonamental entre la fusta i el carbó vegetal, a banda de la distinta aparença física, és
que el carbó vegetal té major contingut en carboni que la fusta, per la qual cosa el seu poder calorífic
és major i és millor combustible que la fusta. El carbó vegetal, al contenir menys oxigen, és inert,
difícilment alterable amb les condicions atmosfèriques normals i no és atacat pels agents biològics
(fons i insectes xilòfags) que ataquen la fusta.
Figura 5.9. Imatge de carbó vegetal.
1 2
Font: 1) [23];2) [24]
Característiques del Carbó vegetal
Els usos i la vàlua del carbó vegetal venen determinats per les seves característiques físiques,
químiques i fisicoquímiques (veure Taula 5.31).
Taula 5.31. Elements de descripció de les característiques energètiques del carbó vegetal.
Propietats Variables
Físiques
1.
2.
Forma, color i aspecte
Mida (llargada, amplada i gruix)
3. Densitat
4. Humitat
5. Superfície específica
6. Resistència a la compressió i friabilitat
Químiques
1.
2.
Composició química elemental
Composició química per compostos
3. Poders calorífics
Fisicoquímiques
1. Variables de combustibilitat i inflamabilitat: Temperatures i temps de
combustió i inflamació.
Font:[9].
2. Índexs de qualitat energètica
A. Característiques físiques
A.1. Forma, color i aspecte
La forma del carbó vegetal recorda a la de les llenyes, de les quals prové. El seu color i el seu
aspecte són molt diferents. El seu color és negre brillant.
En el procés de carbonització de la llenya, es produeix un canvi de la composició química però no
s’ha d’alterar l’estructura física; per a mantenir l’alta superfície específica de la fusta. Per aquest
5—52

motiu, si es mira atentament el carbó vegetal, es poden apreciar els diferents anells de creixement de
la fusta de la qual s’ha obtingut.
Els trossos de carbó tenen formes molt variades; però la mida, si està envasat, no sol presentar en
cap de les tres dimensions una mida major de 60 cm.
Si la llenya es carbonitza sense trossejar la forma és més o menys cilíndrica. Si la llenya està
trossejada el carbó vegetal té un aspecte que recorda perfectament a la fusta i escorça originàries.
A.2. Mida
El diàmetre de la llenya es manté en el carbó vegetal i sol oscil·lar entre els 5 cm i els 50 cm. Quan la
llenya és de majors diàmetres, sol trossejar-se abans de fabricar el carbó vegetal. En els sacs de
paper en els quals s’envasa i es ven el carbó vegetal per a barbacoa, la mida sol ser homogènia:
- Llargada: entre 5 i 80 cm.
- Amplada: entre 5 i 20 cm.
- Altura: entre 5 i 20 cm.
Aquestes bosses solen contenir uns 3 kg de carbó vegetal si el carbó prové d’espècies denses com el
roure, l’alzina o el castanyer; i 2,5-2,7 kg si el carbó prové d’espècies menys denses com els pins. El
volum d’aquestes bosses és aproximadament de 20 litres.
A.3. Densitat
La densitat del carbó vegetal és una propietat bastant important, sobretot si el seu ús és l’energètic.
Això s’explica pel que fet que densitats altes suposen, a igualtat de pes, volums més petits i, per tant,
una disminució de costos en el transport. A més, en l’ús industrial es busquen carbons densos, ja que
produeixen, a igualtat de volum, un major nombre de calories en la seva combustió.
La densitat del carbó vegetal depèn fonamentalment de la fusta utilitzada per a la seva obtenció. La
densitat del carbó vegetal depèn de la densitat del material carregat al forn de carbonització.
Els valors mitjans de densitat aparent (pes/volum de carbó + volum de porus d’aire existents en el
carbó) són de 0,170 kg/dm 3 a 0,5 kg/dm 3 . El carbó vegetal actualment utilitzat a Espanya té una
densitat aparent entre 0,170 kg/dm 3 i 0,350 kg/dm 3 .
Per a fustes europees, Mariller facilita les següents dades de densitat en el cas del carbó vegetal
obtingut en carbonera [9]:
- Carbó d’avet roig i pi silvestre: 140-180 kg/m 3
- Carbó d’avet de los Vosgos: 125-150 kg/m 3
- Carbó de frondoses toves: 147-200 kg/m 3
- Carbó de frondoses dures: 200-280 kg/m 3
- Carbó de roure i frondoses molt dures: 300-350 kg/m 3
La densitat del carbó vegetal augmenta amb la fusta d’origen. Com que generalment les frondoses
són més denses que les coníferes, la densitat del carbó vegetal de frondoses és major que el de
coníferes. Si durant el procés de carbonització la fusta ha suportat grans pressions, el carbó vegetal
obtingut presenta major densitat.
Referent a la densitat del carbó obtingut amb escorces, augmenta també amb la densitat de
l’escorça. Les dades existents indiquen densitats aparents de 213 kg/m 3 (conífera) a 245 kg/m 3
(frondosa).
La densitat real (pes/volum de carbó sense buits d’aire) pren valors aproximats de 1300 kg/m 3 i
depèn bàsicament de la densitat de la fusta d’origen del carbó.
5—53

A.4. Superfície específica
La gran diferència entre la densitat real i la densitat aparent posa de manifest que el carbó vegetal té
un percentatge molt alt de porus. La superfície específica, el quocient entre la superfície i la unitat de
massa, és la variable que mesura aquesta propietat. Els materials amb molts porus tenen una alta
superfície específica, mentre que els materials amb pocs porus la tenen baixa.
Aquesta magnitud és important pera algunes indústries, ja que els materials amb alta superfície
específica solent tenir un poder d’adsorció de gasos molt alt.
Per a aconseguir carbó vegetal amb altes superfícies específiques, els quals són utilitzats com a carbó
actiu, el procés de carbonització ha de respectar l’estructura de la fusta natural. D’altra banda, també
és necessari que al seu interior no es dipositin materials quitranosos, poc volàtils.
A.5. Humitat
La humitat del carbó vegetal, com la de la fusta, pot referir-se en base humida (h) o en base seca
(h’) i es calculen mitjançant les següents fórmules:
On, PH = Pes humit
PO = Pes sec.
h = (PH – PO)/ PH
h’ = (PH – PO) / PO
Generalment, la humitat de la fusta influeix molt més en el rendiment del carbó vegetal obtingut que
no pas de l’espècie de la qual s’obté el carbó. A major humitat, menor rendiment; ja que, si la
humitat és gran, la quantitat de matèria seca és menor a igualtat de pes i, per tant, menor és la
quantitat de carbó obtingut (Marcos ,2001).
El carbó vegetal que es troba en el mercat es presenta amb humitats entre el 6 i el 10% (mesurades
en base seca). Un dels avantatges del carbó vegetal, envers la fusta, és que el carbó vegetal
augmenta molt poc la seva humitat amb el temps (és inert), mentre que la fusta és molt higroscòpica
i el seu poder calorífic descendeix amb la humitat. Es considera carbó vegetal sec a l’aire si la seva
humitat està entre 4 i 9,5% (en base humida); carbó humit si està entre el 10 i el 15% i carbó mullat
si la seva humitat és major del 15%.
A.6. Resistència a la compressió
Per a la indústria metal·lúrgica que utilitza el carbó vegetal, la resistència a la compressió és una
propietat física important.
Es distingeixen dues maneres, de la mateixa manera que amb la fusta, de mesurar la resistència a la
compressió: en direcció paral·lela a la fibra i en la direcció perpendicular a la fibra. La resistència a la
compressió sol ser major en el sentit paral·lel a la fibra que en el sentit perpendicular a la fibra.
Si aquestes resistències són petites, el carbó vegetal, quan és transportat es converteix en carbonissa
i pols. Aquests materials es manipulen malament i poden obturar els conductes pels que circulen.
Quan el procés de carbonització respecta l’estructura original de la fusta i es realitza de forma ràpida
arribant a una temperatura final elevada, el carbó obtingut presenta majors resistències a la
compressió[9].
B. Característiques químiques del carbó vegetal
B.1. Composició química
El carbó vegetal es compon químicament de carboni com a component principal; també conté
hidrogen i oxigen en menors quantitats i, finalment, quantitats mínimes de nitrogen. Aquesta
composició química elemental depèn principalment de tres factors:
5—54

a. Matèria primera utilitzada
b. Temperatura de carbonització
c. Tecnologia de carbonització, que depèn a la vegada de tres factors:
i. La velocitat d’escalfament.
ii. El temps de residència en el forn.
iii. La forma d’escapament de les substàncies volàtils.
A iguals tecnologies, l’espècie de fusta influeix en el carbó vegetal obtingut: espècies vegetals amb
majors continguts de carboni provoquen carbons amb alts continguts de carboni i de major poder
calorífic.
La temperatura de carbonització influeix en la composició química del carbó vegetal. En general,
la qualitat del carbó obtingut augmenta amb la temperatura d’operació (Marcos, 2001).
La tecnologia de carbonització és qui condiciona la qualitat del carbó vegetal a última instància.
Les tecnologies artesanals la qualitat del carbó depèn, fonamentalment, de l’habilitat de l’operari. Les
tecnologies semiindustrials (forns de maons i acer) l’habilitat de l’operari influeix menys. En forns
industrials, la qualitat és gairebé constant si la conservació del forn és l’adient.
B.2. Poder calorífic
El poder calorífic del carbó vegetal depèn de la seva composició química, descrita en l’apartat
anterior.
Generalment, el poder calorífic augmenta quan augmenta també la densitat del carbó vegetal (veure
Taula 5.32).
Taula 5.32. Poders calorífics del carbó vegetal.
Material
Poder calorífic (kcal/kg)
Superior Inferior
Font
Briquetes de carbó vegetal 7200 – 7970 1090 – 7850 Kollmann
Carbó vegetal de retorta
Kollmann
- Frondoses toves
5850 – 7560
5550 – 7390
- Frondoses dures
7590 – 7764
7406 – 7577
Carbó vegetal de fàbrica
7331 – 7695
7143 – 7508
Pinus halepensis Mill. 7071 Batuecas*
Pinus sylvestris L. 7367 Batuecas*
Quercus ilex L. 6421 Batuecas*
Rhizophora mangle L. 7301 Batuecas*
Eucalyptus globulus Labill.
* Citat per Elvira (1989)
Font:[9].
7260 Batuecas*
5.2.2. ORIGEN AGRÍCOLA
En els cultius agrícoles es generen: residus llenyosos procedents de les podes d’olivers i fruiters;
palla en la recollida de cultius herbacis com els cereals (blat, ordi, civada, etc.); i en l’arrencada
d’arbres per la renovació d’arbres fruiters o per reposició d’arbres morts. Els residus herbacis també
es poden trobar en forma de pèl·let, ja explicada en els apartats anteriors.
A la Figura 5.10 es mostren els diversos formats en què es poden trobar els residus agrícoles.
Un altre gran grup de recursos de la biomassa són els cultius energètics, cultius realitzats amb l’únic
objectiu de produir biomassa transformable en combustible, ja sigui com a combustible líquid, ja sigui
per a produir calor i energia elèctrica (de forma independent o en processos de cogeneració).
Els residus agrícoles es caracteritzen per la seva marcada estacionalitat i s’han de retirar durant la
collita o amb la major brevetat possibles per no interferir en altres feines agrícoles i evitar la
propagació de plagues o incendis[25].
5—55

A continuació es defineixen breument les principals característiques físiques i químiques de la
biomassa procedent de cultius agrícoles. Posteriorment, s’especifiquen els tipus de residus inclosos en
els residus de cultius llenyosos, herbacis i energètics.
Figura 5.10. Imatges de residus de cultius agrícoles [1 – Llenyosos, 2 – Palla, 3 – Pèl·lets].
1 2
3
Font: 1)[26]; 2) [27]; 3) [28]
5.2.2.1. CULTIUS LLENYOSOS
La biomassa residual aprofitable dels cultius llenyosos, des d’un punt de vista energètic, són els:
Residus d’esporga: Es realitza normalment tots els anys; tot i que en cas de l’olivera
s’efectua cada dos o tres anys, i en el cas dels cítrics, en alguns casos, cada dos anys. L’època
d’esporga més habitual és a l’hivern; en el cas dels cítrics i olivera és als inicis de la primavera.
Residus de l’arrancada de la plantació: L’arrancada de les plantacions que han arribat al
final de la seva vida útil es realitza, normalment, a finals de tardor i hivern (època de repòs
vegetatiu). El residus de l’arrancada consta de: a) fusta fina a partir de les rames joves i els
rams desenvolupats aquells any; i de b) fusta més gruixuda, formada a partir de les rames que
formen l’esquelet de l’arbre, el tronc i les arrels principals extretes en l’arrancada juntament
amb el coll de l’arbre.
Característiques físiques i químiques dels residus llenyosos
1. Humitat
El contingut d’humitat dels residus llenyosos és un component clau en el moment de l’esporga, ja que
variarà si la planta es troba en repòs o en activitat.
En el cas de l’esporga en repòs el contingut de matèria seca del residu recentment esporgat
acostuma a ser semblant en les diferents espècies i se situa al voltant del 50 %. En el cas de fruiters
es troba entre 50-55 %; en vinya entre el 47-50 %; en rames d’olivera entre el 30-35 % i en rames
joves amb fullatge entre el 40-43 %; en cítrics, les rames es troben entre el 55-60 % i les fulles
sobre el 40 %8.
D’altra banda, cal considerar que la fusta tallada i deixada sobre el sòl perd ràpidament humitat a
mesura que passen els dies (sobretot si es donen elevades temperatures i no plou). Aquesta pèrdua
d’humitat arriba a ser del 20 % si es deixa la fusta un llarg temps en el sòl, considerant aleshores
que, de mitjana , els residus de fusta d’esporga contenen un 30 % d’humitat[8].
Cal afegir que la humitat condiciona el poder calorífic d’aquests residus.
2. Mida
Una altra diferència entre els residus de diverses espècies de cultius llenyosos és el gruix de les
rames i rams.
5—56

El gruix de les rames extretes dependrà de la intensitat de la intervenció d’esporga. En el cas de
renovació de l’estructura de la planta, rejoveniments, etc., les rames gruixudes tallades poden
dificultar el posterior maneig del residu. En altres casos, com la vinya, el residu consisteix només en
sarments relativament prims i fàcils de manipular [8].
3. Composició química elemental
Les llenyes de poda de fruiters tenen un contingut en carboni que se situa entre el 48,7 i el 50,6 %;
la concentració d’hidrogen oscil·la entre el 5,8 i el 6,6 %; la concentració de nitrogen se situa entorn
a l’1 % i posseeixen continguts en sofre que mai superen l’1 % [25]
Els residus de fusta d’esporga i d’arrancada de fruiters presenten diferències en la seva composició
entre les espècies de fulla perenne i les de fulla caduca, ja que, per exemple, en el cas d’olivera i
cítrics els residus aprofitats també porten fullatge.
A la Taula 5.33 es pot observar la caracterització del residu de fusta de diferents grups d’espècies.
5—57

Taula 5.33. Caracterització de diferents residus d’esporga de cultius llenyosos.
Olivera Vinya Fruiters de fruita dolça Fruits Secs Cítrics Altres
Material
secà regadiu secà regadiu secà regadiu secà regadiu regadiu secà regadiu
t/ha (50% Humitat) 0,79 1,60 2,00 3,80 1,98 3,30 1,13 4,00 1,17 0,40 0,80
t/ha (30% Humitat) 0,56 1,14 1,43 2,71 1,41 2,36 0,81 2,86 0,84 0,29 0,57
(t /ha) pes sec 0,40 0,80 1,00 1,90 0,99 1,65 0,57 2,00 0,59 0,20 0,40
Producció
Energia (tep/ha) 0,16 0,33 0,40 0,76 0,40 0,66 0,22 0,79 0,24 0,08 0,15
PCS D kJ/kg) E 12686 12686 13695 13695 13395 13395
PCI (kJ/kg) F 12100 G 12100 11750 H 11750 11780 I 11780 11570 J 11570 11930 K 11290 L 11290
30% 30% 30% 30% 30% 30% 30% 30% 30% 30% 30%
Contingut d'humitat (% en
pes/base humida)
1,35 1,35 4,5 4,5
Contingut de cendres (% en pes/
base seca)
% C 49,52 49,52 48,55 48,55
% H 5,81 5,81 5,33 5,33
% O 44,34 44,34 45,3 45,3
% N 0,58 0,58 0,31 0,31 0,81 0,81
% S 0,02 0,02 0,01 0,01
Anàlisi elemental (%
en pes/base seca)
Font: [8].
D
PCI = Poder Calorífic Inferior. PCS = Poder Calorífic Superior.
E
A partir del ‘Institute of Chemical Engineering, Fuel and Environmental Technology’. University of Technology Vienna.
F
A partir del ‘Grupo de Agroenergética’. E.T.S. de Ingenieros Agrónomos de Madrid.
G
A una humitat del residu d’esporga del 30 %. A partir de dades del CEDER de Soria per matèria seca d’olivera on PCS = 19.660 kJ/kg i PCI =18.250 kJ/kg.
H
A una humitat del residu d’esporga del 30 %. A partir de dades del CEDER de Soria per matèria seca de vinya on PCS = 19.160 kJ/kg i PCI = 17.860 kJ/kg.
I
A una humitat del residu d’esporga del 30 %. .A partir de dades del CEDER de Soria per matèria seca. Per presseguer PCS=19.360 kJ/kg i PCI=17.990 kJ/kg. I a partir de la mitjana entre pomera i
perera (11.660 i 11.790, respectivament), a partir de dades del CEDER de Soria per matèria seca de pomera PCS = 19.040 kJ/kg i PCI = 17.690 kJ/kg, i per perera PCS = 19.220 i PCI = 17.880
kJ/kg. Es dóna un coeficient únic per pinyol i llavor ponderant 11890 i 11725 (pinyol i llavor) amb un 36% i un 64% de superfície
J
A una humitat del residu d’esporga del 30 %. A partir de dades del CEDER de Soria per matèria seca de fruiters de fruits secs on PCS = 18.910 kJ/kg i PCI = 17.600 kJ/kg.
K
A una humitat del residu d’esporga del 30 %. A partir de dades del CEDER de Soria per matèria seca de cítrics on PCS = 19.380 kJ/kg i PCI = 18.040 kJ/kg.
L
A una humitat del residu d’esporga del 30 %. A partir de dades del CEDER de Soria per matèria seca de figuera on PCI = 17.180 kJ/kg.
5—58

5.2.2.2. CULTIUS HERBACIS
Els cultius herbacis poden ser: cereals (blat, ordi, civada, sègol, etc.) i cultius hortícoles com la
carxofera, la qual produeix una gran quantitat de biomassa residual.
La majoria dels residus herbacis provenen de la collita del gra i estan formats per les restes de
la part aèrea de la planta seca (fulles, tiges i/o inflorescències), que queden al camp després de
la collita. En el cas dels cereals, és el que es coneix amb el nom de "palla" i per al panís rep el
nom de "canyota"[7].
La majoria de cultius herbacis són cultius amb una sola collita anual. L’època de recol·lecció
d’aquests cultius pot variar lleugerament en funció de la zona i de les condicions climàtiques de
la campanya. Aquest moment coincidirà amb el d’acumulació de la seva biomassa residual al
camp.
Els cereals d’hivern (blat, ordi, civada, sègol, etc.) es recol·lecten durant els mesos de juny i
juliol; mentre que en cultius com el panís, la melca, el gira-sol o l’arròs l’acumulació de residus
al camp té lloc entre els mesos de setembre i octubre. No obstant, aquests residus poden ser
emmagatzemats a causa del seu baix contingut d'humitat.
Referent a la temporalitat d’acumulació de residu de la carxofera, la seva recol·lecció és
esglaonada, realitzant-se en una mateixa campanya més d’una recol·lecció. En general s'inicia
en el mes de novembre i pot allargar-se fins el mes de maig. Durant l'hivern es pot interrompre
la seva recol·lecció, si les temperatures són molt baixes, o disminuir-ne el ritme. La planta pot
produir durant dos o tres anys. Per tant, la quantitat de residus d'aquest cultiu no s'acumularà
en un moment concret, sinó que s'esglaonarà durant un període de temps i variarà en funció de
l'edat de la planta.
Característiques físiques i químiques dels residus herbacis
1. Humitat
La majoria de la palla procedent de la collita del gra, tant de cereals com de panís, té un
contingut baix d’humitat, entre el 10 i 25%. En el cas de la carxofera, el contingut d’humitat de
la planta és molt més elevat situant-se al voltant del 80-95%7.
La humitat és el factor principal que condiciona el poder calorífic d’aquest residu.
2. Densitat
La densitat de les paques depèn de la forma de recol·lecció de la biomassa residual, pot agafar
valors des de 50 fins a 200 kg/m 3 .
En general, la palla de cereal gra empacada en paral·lelepípedes de 0,25 m 3 de volum presenta
densitats de 95 kg/m 3 (la densitat de la palla sense empacar és de 33 kg/m 3 ) [25].
3. Composició química elemental
Les palles de cereal i el residu del panís mostren continguts en carboni de 47-48 %; en
hidrogen de 5,9-6,4 %; en nitrogen de 0,5-0,7 %; i en sofre de 0,07-0,08 % [25].
En la combustió d’aquests tipus de residus, les palles de cereal i de residus de panís ofereixen
valors entorn al 4 % de cendres.
A la Taula 5.34 es mostren dades orientatives sobre composició i característiques de diferents
tipus de residus herbacis.
5—59

Taula 5.34. Dades orientatives sobre composició i característiques de diferents tipus de
residus herbacis (dades en % sobre base seca, excepte l’humitat).
Paràmetre Palla de civada (paca)
Densitat aparent (kg/dm 3 ) 0,15
PCI (MJ/kg) 16
Volàtils
Cendres (815 ºC)
K
Ca
Anàlisi elemental
C
H
N
S
Cl
5—60
76
5
0,9
0,4
45
6,2
0,5
0,08
0,6
Humitat (% b.h.) 10-15
b.h.: base humida.
Font: [6].
5.2.3. CULTIUS ENERGÈTICS
Aquest tipus de biomassa prové d’espècies vegetals que es cultiven específicament per a la
producció d’energia i que contenen cel·lulosa i lignina com a components principals. De la
mateixa manera que en els residus agrícoles, les espècies vegetals d’interès per al seu ús poden
dividir-se en herbàcies i llenyoses. A la vegada, les herbàcies poden ser anuals o perennes. Les
espècies perennes tenen un cicle de vida plurianual, per la qual cosa no és necessària la seva
plantació després de cada collita.
En moltes ocasions, els cultius energètics són les mateixes espècies agrícoles o forestals. Per
exemple, les espècies forestals com el xop, el salze o l’eucaliptus es cultiven a torns de tallada
molt més curts i amb densitats de plantació majors que quan es destinen a la producció de
fusta, amb l’objectiu d’optimitzar la producció de biomassa[6].
A causa de l’alta productivitat que ofereixen els cultius energètics, generalment per damunt de
les 10 tones de biomassa seca i any, la seva utilització es veu lligada fonamentalment al
subministrament de grans plantes energètiques, principalment centrals de bioelectricitat.
Els cultius energètics constitueixen la font de biomassa que pot oferir en teoria un major
potencial de producció de biomassa, però el desenvolupament dels quals està fortament
influenciat per les polítiques agràries, ambientals i les necessitats alternatives d’ús de la
superfície agrícola. A més, es precisa un important desenvolupament tecnològic per a reduir els
costos de producció d’aquest tipus de biomassa [6].
Característiques físiques i químiques dels cultius energètics
En termes generals, els cultius energètics poden dividir-se en dos grans grups: els cultius
herbacis i els cultius llenyosos.
Referent als cultius herbacis, es poden trobar cultius convencionals com la canya de sucre, el
sorgo o la remolatxa; i cultius destinats a la producció específica de biomassa energètica com el
miscanto, el card o el kenaf.
Pel que fa als cultius llenyosos, els més importants actualment són els denominats cultius
forestals de rotació curta. Les espècies més aptes per a realitzar-los són les de creixement ràpid
i d’alta capacitat de rebrot, com són el salze, el xop, la robínia, l’eucaliptus o l’acàcia.
Les característiques principals dels cultius energètics són similars a les descrites en els apartats
anteriors relatius a les característiques físiques i químiques dels cultius llenyosos i herbacis.

A la Taula 5.35 es mostren dades orientatives sobre les característiques de dos tipus de cultius
energètics: el card i la Brassica carinata.
Cal considerar que el contingut en cendres és major en els materials herbacis que en els
llenyosos. Referent als cultius herbacis, el contingut en cendres pot sobrepassar el 10 per 100
del pes sec de la seva biomassa, a més del seu alt contingut en alcalins (principalment potassi)
que causa importants problemes de funcionament dels combustors[6].
Taula 5.35. Dades orientatives sobre composició i característiques de diferents tipus de
cultius energètics (dades en % sobre base seca, excepte l’humitat).
Paràmetre Card (paca) Brassica carinata (paca)
Densitat aparent (kg/dm 3 ) 0,15 0,15
PCI (MJ/kg) 15 17
Volàtils
Cendres (815 ºC)
K
Ca
Anàlisi elemental
C
H
N
S
Cl
70
12,0
1,8
1,0
40
5,2
1,0
0,1
0,8
76
4,7
1,0
0,7
59
3,5
1,0
0,8
0,08
Humitat (% b.h.) 10-15 10-15
b.h.: base humida.
Font:[6].
5.2.4. ORIGEN INDUSTRIAL- SECTOR DE LA FUSTA
Els residus de les indústries forestals, bàsicament transformats en forma d’estelles, poden ser
agrupats segons el seu origen9:
- Residus d’indústries de primera transformació. Aquells residus que s’obtenen en
indústries que processen directament l’arbre o tronc que arriba del bosc. S’inclouen
aquí les serradores, les indústries de taulers de partícules, de taules de fibres, les
indústries de pasta de paper, les indústries del desenrotllament, etc.
- Residus d’indústries de segona transformació. Aquells residus que s’obtenen en
indústries, la matèria primera dels quals és fusta ja elaborada en indústries de primera
transformació. S’inclouen aquí totes les indústries cel·lulòsiques que compren pasta;
indústries de portes, finestres i mobles que compren taulers de diferents tipus; indústria
de tauler contraplacat que compra plaques; etc.
Propietats físiques i quimiques dels residus d’origen industrial del sector de la
fusta
Les estelles residuals de les indústries de transformació de la fusta tenen bàsicament les
mateixes propietats que les estelles d’origen forestal (veure apartat 3.1.2.1. Principals
característiques de les estelles).
Únicament cal recalcar que, dins de la indústria de la fusta, els costers i escorces presenten, en
general, valors d’humitat superiors al 30 %, assolint valors de fins el 50 % dels residus
obtinguts en l’elaboració del producte en verd. Les serradures i virutes obtinguts de fustes
seques tenen valors superiors [25].
A la Taula 5.36 es poden observar els poders calorífics generals d’escorça de coníferes i de
frondoses. Anteriorment, a la Taula 5.9, s’havien citat els poders calorífics específics per
espècies forestals.
5—61

Taula 5.36. Poder calorífic de residus biomàssics industrials del sector de la fusta.
5—62
Producte
PCS (kcal/kg) Humitat
PCI (kcal/kg)
0%. Humitat 20 % Humitat 40 %
Escorça de conífera 5030 3650 2650
Escorça de frondosa 4670 3370 2380
Font: Adaptat de [25].

6. LA BIOMASSA COM A RECURS QUÍMIC
Les tipologies de formes de material emprades en la transformació del material de fusta a un
cert producte químic, són les estelles de fusta i les llenyes.
Tradicionalment s’han utilitzat les llenyes a les carboneres per a produir carbó vegetal amb
subproductes útils en la indústria química, resultants de la destil·lació d’aquesta. La forma
emprada als destil·ladors tradicionals eren les llenyes. Les carboneres, o “kilns” eren
alimentades amb carros de ferro plens del material a transformar.
Actualment, degut a les propietats físico-químiques homogènies del material en forma
d’estelles, el grau d’assecat, i la seva mida (permetent facilitat en el transport i manipulació del
material a tractar), les llenyes han deixat de ser la forma prioritària per a extreure productes
químics a partir de la fusta. Les estelles, així doncs, són la forma per excel·lència d’ús industrial
en l’extracció de productes químics a partir de la biomassa (fusta).
Les característiques físico-químiques a considerar amb importància en la producció de
productes químics són essencialment:
• Composició química del material a tractar (proporció H – N – C - O),
• Humitat de la biomassa.
Aquests dos factors fan dependre l’eficiència de conversió per a la tecnologia emprada del
material a transformar fins al producte químic esperat. La humitat de la biomassa pren un
paper decisiu en la quantitat emmagatzemada i transportada, com en el cas de l’aprofitament
energètic.
Tant la composició química com la humitat dels materials a utilitzar en l’obtenció de productes
químics, han estat descrites en els apartats anteriors (veure 5.2. Formes i propietats dels
combustibles de biomassa).
6—63

7. EXTRACCIÓ DE LA BIOMASSA FORESTAL
En aquest apartat es descriuen les tecnologies emprades en els treballs forestals i les seves
fases, així com les alternatives en la seva gestió. Els treballs forestals depenen de molts factors
(relleu, maquinària, densitat de població d’espècies vegetals, localització, etc.), per la qual cosa
l’anàlisi de l’extracció de biomassa forestal esdevé clau en el procés d’aprofitament.
7.1. TECNOLOGIA DELS TREBALLS FORESTALS
Qualsevol aprofitament forestal consta d’una sèrie d’operacions integrades d'extracció i
transport de la matèria primera dins una planificació conjunta que permet tenir una visió d’un
procés més ampli.
En general el personal s'ha d'organitzar en colles de 3-5 persones per evitar la reducció del
rendiment conforme augmenta el nombre de persones que treballen plegades.
Prèviament a l'aprofitament, els interessats (rematant i propietari), sota la supervisió del guarda
forestal responsable de la zona d'actuació, marquen els arbres a extreure o defineixen criteris
de tallada (diàmetre mínim i/o densitat de peus per hectàrea a tallar), segons el conveni
particular que tinguin.
A partir d'aquest moment les operacions a realitzar les podem dividir en les següents fases:
7—64
• 1º Fase: Construcció de camins.
• 2º Fase: Neteja prèvia del terreny.
• 3ª Fase: Tallada, desbrancat i despuntat, trossejat.
• 4ª Fase: Apilat, reunió i desembosc.
• 5ª Fase: Transport i altres tasques.
A la següent Figura 7.1 es descriu el diagrama de flux que representa les operacions més
comunes emprades a l’explotació tradicional de fusta a Catalunya.
7.1.1. 1ª FASE: CONSTRUCCIÓ DE CAMINS
La construcció de camins, pistes o vies té com a objectiu crear una xarxa viària òptima que
permeti la correcta accessibilitat al bosc per fer els aprofitaments fustaners actuals i futurs.
La xarxa viària es diversifica en:
- Xarxa bàsica: Formada per vies forestals principals i secundàries, de llarga duració.
Permeten l’accés a la xarxa pública de carreteres.
- Xarxa temporal: Formada per camins que s’habiliten únicament durant l’actuació forestal
en cada zona d’explotació. La seva utilització temporal i el fet d’una manca de sortida
d’aigües fan que aquestes pistes acabin sent cobertes per la vegetació adjacent. La xarxa
temporal té comunicació directa amb la xarxa permanent.

Figura 7.1. Diagrama de flux de l’explotació forestal
DESEMBOSC
(manual)
Procés
Font: Adaptat de [3].
NO
REUNIÓ (manual)
DESEMBOSC
(animal de tir)
NO
CÀRREGA REMOLC
TRANSPORT
CARREGADOR
ESTELLAT
(mòbil)
TRANSPORT
TRAILER
Procés manual
NETEJA DEL
SOTABOSC
TALLADA
(serra mecànica)
FUSTA
∅ > 10 cm
DESEMBOSC (mecanitzat)
DESEMBOSC
(tractor agrícola)
FUSTA
∅ > 10 cm
EMMAGATZEMAT
(indústria)
Procés alternatiu o
parcial
DESBRANCAT
(serra mecànica)
DESEMBOSC
(tractor for.)
CONSTRUCCIÓ DE
PISTES
Per a dissenyar la xarxa viària necessària per l’aprofitament, cal fixar la densitat òptima de
pistes en funció dels condicionants de l’explotació forestal. La realització de més pistes suposa
un cost afegit que no compensa l’estalvi amb altres operacions.
Els factors que influeixen en la determinació de la densitat òptima de pistes són:
SÍ
SÍ
TRONÇAT
(serra mecànica)
APILAT
TRANSPORT
Decisió
7—65

7—66
- Les condicions fisiogràfiques del terreny.
- Els mètodes emprats per a l’arrossegament.
- Els costos de construcció, depenents de les característiques del terreny i la situació de les
masses a tallar.
- Les característiques de les vies de desembosc, en funció de les dimensions dels vehicles
que hi circularan, de la velocitat de circulació, i dels enllaços amb carreteres públiques.
- Distàncies entre els camins i parcs de processament de la fusta o carregadors.
- La producció fustanera de les masses.
- La influència de l’obertura de les vies de desembosc sobre l’erosió, l’incremen del
brancatge i el creixement de les zones annexes.
- L’augment del rendiment gràcies a la millora en la utilització dels productes explotables.
- La millora de l’accessibilitat per tal d’aplicar polítiques de prevenció i extinció d’incendis.
7.1.2. 2ª FASE: NETEGES
A l’hora d’intervenir al bosc per a realitzar la tallada convencional d’arbres, s’efectua de forma
simultània una tallada parcial del sotabosc que limita o impedeix els treballs de l’aprofitament
com l’abatiment i l’arrossegament. Un cop finalitzada l’explotació de la f usta, queda sobre el
terreny biomassa acumulada resultat de la tallada inicial de part de l’estrat arbustiu més les
restes de la tallada (capçades i arbres morts o defectuosos).
Per a realitzar la tallada del sotabosc es poden emprar: eines de poda, destrals,
motodesbrossadores i/o tractors amb desbrossadora (de cadenes o de martells).
Si el pendent és reduït i la densitat d’arbres en peu ho permet, es pot introduir dintre el bosc
una estelladora mòbil acoblada a un tractor i amb remolc. Si les condicions no ho permeten, cal
traslladar el material al punt més proper on pugui arribar l’estelladora, o on resulti més rendible
instal·lar-la com a semimòbil.
El mètode preferible consisteix amb la tallada del sotabosc amb motodesbrossadora, reunió i
apilat del material, arrossegament fins a pista, transport a carregador, estellat i transport a
indústria [3].
7.1.3. 3ª FASE: TALLADA, DESBRANCAT I DESPUNTAT, I TROSSEJAT
Aquesta fase sol ser manual (destral i serra mecànica) o mecanitzada. L’abatiment d’arbres es
realitza seguint les següents fases: preparació, entalladura de direcció, traç de caiguda, ajut a
la caiguda, finalització, alimentació i esmolat de la serra mecànica. L’operació de tallada es fa el
més a ran de terra possible.
En el desbrancat i despuntat s’eliminen les branques dels peus tallats i la capçada. En cas de
peus amb diàmetre inferior a 10 cm es desembosca l’arbre sencer.
El trossejat consisteix en dividir el tronc tallat i desbrancat en trossos de longitud determinada
segons l’ús posterior que se’n vulgui fer de la fusta i el medi de transport.
Per la tallada i pel trossejat es fa servir fonamentalment la serra mecànica, tot i que en el cas
de masses amb diàmetres molt petits pot ser més rendible l'ús de la motodesbrossadora.
També pel desbrancat el més habitual és l'ús de la serra mecànica, que pot ser la mateixa que
la utilitzada en la tallada o una de més lleugera expressament per desbrancar, ja que els
diàmetres a tallar són més petits i així es facilita la mobilitat i s’optimitza l'esforç dels operaris.

Amb la serra mecànica, l'esforç del treballador és menor, i cada cop les mesures de seguretat
incorporades a l'aparell fan la feina menys dura i perillosa. El soroll, els gasos d'escapament i
les vibracions són alguns dels desavantatges que implica.
El rendiment depèn del volum mig de l'arbre tallat i, en menor mesura, del tipus i densitat de
tallada.
La destral es pot fer servir per la tallada d'arbres petits (

7—68
- Per a pendents superiors al 30%, el cabrestant que porta el skidder s’utilitza a cap perdut.
Es fixa el skidder a la pista el més proper possible a la zona a desemboscar i l’operari
aproxima l’extrem del cable fins a la fusta, al llarg del qual s’aniran enganxant les peces.
Posteriorment es fa el rebobinat del cable i la fusta és arrossegada fins la pista. Un cop a
la pista es desenganxa la fusta i es torna a tirar el cable.
Una variant d’aquest cas és el del doble cabrestant, un d’accionament del cable tractor i
l’altre que suporta el cable de retorn, per quan es desenganxen les peces, fer tornar el
cable tractor fins la zona de tallada sense necessitat de què l’operari acompanyi la fusta
durant l’arrossegament.
Amb aquest mètode, cable a cap perdut, es treballa principalment en pendent ascendent,
per ser més senzill l’extensió del cable, i per tal de tenir més controlat l’arrossegament de
la càrrega.
- Per pendents inferiors al 30%, i segons l’escabrositat del terreny, el skidder pot entrar dins
de la massa forestal fins a situar-se el més proper possible a la fusta tallada. L’operari
agafa l’extrem del cable, el desenrotlla i el situa al costat de les peces a treure. La fusta
s’enganxa mitjançant ganxos, es pressiona les testes amb un llaç corredor amb un
estrangulador, i després es fa la recollida del cable i el corresponent arrossegament. Un
cop, accionant el cabrestant, les peces s’eleven i es transporta la fusta de manera
semisuspesa.
- Per pendents superiors al 60% es recomana la utilització del cable-telefèric, però el seu ús
no s'ha estès a Catalunya.
El rendiment del skidder pot arribar a les 60 tones/dia, amb càrregues màximes de més de 4
tones/cicle pels skidders més habituals. Hi ha skidders pesats que poden arrossegar més de 5
tones/cicle (els mitjans fins a 4 tones/cicle), però la càrrega real que porten depèn molt també
de les dimensions de la fusta (màxim uns 20 arbres/cicle) i la disseminació de la càrrega. És per
això que resulta rendible l'ús de l'skidder quan la fusta és gran i les tallades són intenses,
perquè pot treballar a màxima capacitat.
Els avantatges que suposa enfront del tractor agrícola són la major estabilitat, major protecció i
major força d'arrossegament.
L'arrossegament també ve condicionat per la quantitat de matoll existent. L'ideal per l'entrada
del skidder al bosc foren les tallades més intensives (per exemple per faixes), i per a
l'arrossegament, la inexistència de matoll.
Les distàncies d'arrossegament totals es procura que siguin inferiors a 200 m, essent les
velocitats que pot desenvolupar el skidder de l'ordre de 2 a 6 km/h.
Existeixen altres tipus de skidders com són els següents:
- Skidder amb arc i grapa: El tractor forestal porta darrera una grapa hidràulica, que li
permet agafar les diferents trosses, per després transportar-les semisuspeses. S’utilitza
quan la fusta està ordenada segons la direcció del tractor, per a troncs o arbres sencers,
principalment quan la tallada ha estat mecanitzada.
- Skidder amb grapa i ploma: Té una grua que mitjançant una pinça agafa la fusta i la
fica sobre una grapa oberta cap a dalt que la posa al semixassís de darrera, essent
aquest últim el medi de subjecció de la fusta.
A.2. Arrossegament amb tractor agrícola
El fet que l'aprofitament forestal vagi molt sovint lligat a activitats agrícoles on el tractor ja és
present ha fomentat l'ús d'aquest vehicle a l'àmbit forestal a Catalunya, tot i que els pendents a
què pot accedir no són tan elevades com les del skidder i que el pes màxim que pot transportar
el tractor agrícola per cicle és de 1,5 tones. (Comunicació personal, diversos rematants
catalans).

L'arrossegament amb cabrestant independent o instal·lat a la presa de força del tractor permet
l’arrossegament de la fusta amb la única limitació de la potencia del motor.
Les eines s'acoblen al tractor agrícola per a fer les operacions desitjades, com el cabrestant,
capçals talladors, capçals processadors, grues o remolcs.
Pels cabrestants el mercat té una alta gamma disponible, amb un arc de protecció o bé una
grapa, adaptats a la pressa de força, existint certa pèrdua de potència en la transmissió. Les
característiques d'un mateix cabrestant son molt variables només variant el diàmetre
d'enrotllament.
A.3. Autocarregador
Es caracteritza per fer el desembosc transportant la fusta totalment suspesa sobre el semixassís
de darrera. Aquest vehicle és un tractor de 3 eixos amb una grapa incorporada que serveix per
carregar i descarregar la fusta del punt de reunió al punt càrrega pel transport. Depenent de
l’estat del terreny, pot treballar fins a pendents del 60%.
Per peus menors, és rendible realitzar l’estellat a pista, peu d’arbre o carregador. L’elecció de
fer-ho en un lloc o altre estarà influenciat per la mobilitat amb maquinària que pugui haver-hi
dins el bosc, així com l’accessibilitat segons la xarxa viària. Les estelladores utilitzades en
treballs forestals són: remolcades, autopropulsades o autònomes, i fixes o pesades [3].
7.1.5. 5ª FASE: TRANSPORT
És l’operació en què es posa la fusta i/o estellats a peu de fàbrica, ja sigui passant per un punt
intermedi (ex: carregador, plantes de transferència d’estelles, etc.) o no [3].
7.2. ALTERNATIVES DE GESTIÓ DE L’EXTRACCIÓ
Des de que es fa el càlcul de la quantitat explotable de biomassa disponible al bosc fins al seu
ús final com a combustible a la planta de generació energètica, esdevenen les etapes
esmentades d’explotació de fusta al bosc. Aquestes etapes esdevenen clau degut a la
dependència de factors o variables que afecten al cost o preu final de l’estella. Finalment els
factors que determinen el preu final són:
• Cost de la mà d’obra necessària en l’extracció de la biomassa
• Cost i combustible de la maquinària emprada en la extracció, trituració i/o embalatge del
material tractat al bosc.
• Costos del combustible fòssil i tipologia dels vehicles emprats en el transport dels troncs,
bales o estelles de fusta.
• Tipologia de vehicles de transport de la biomassa triturada/sense triturar.
• Grau d’assecament de les estelles, que afecta al Poder Calorífic del combustible.
• Rang de mides de les estelles a subministrar a les calderes de biomassa i quantitat
d’impureses a les estelles. Factors depenents del grau de tall de la trituradora i grau de
cribat de la cribadora que separa les estelles per diferents mides N .
N) Segons la dimensió de l’estella, aquesta és idònia en l’ús per un tipus de caldera o una altra. Les estelles es
classifiquen en: Estelles G30 (secció màxima de 3 cm 2 , ús en calderes de fins a 150kW); Estelles G50 (secció màxima
de 5 cm 2 , ús en calderes mitjanes); Estelles G100 (secció màxima de 10cm 2 , ús exclusiu en calderes industrials).
7—69

La quantitat de mà d’obra especialitzada necessària en l’extracció del material de fusta, que
obtindran una certa quantitat de biomassa diària, depèn de:
• Relleu i pendent de la zona d’extracció
• Densitat d’individus vegetals en la biomassa forestal
Aquests factors condicionen el grau de penetració dels operaris al bosc a partir dels camins
forestals, principals vies d’accés a la muntanya. Quant més pendent i més densitat d’arbres hi
ha en una zona a cada banda de la via forestal, més dificultat hi ha en l’extracció del material.
Depenent del pendent de la superfície forestal i dels metres a penetrar i explotar el bosc, és
necessari obrir noves vies d’accés cap a l’interior de l’arbrada. Aquestes noves vies,
anomenades cordons, són perpendiculars al camí forestal. Per a continuar l’extracció, s’obren
vies secundàries als cordons principals, anomenades cordons secundaris, perpendiculars a les
línies de màxim pendent de la superfície a explotar. El resultat d’aquesta estratègia d’extracció
suposa una facilitat d’accés i treball pels operaris i la maquinària utilitzada en la neteja del bosc.
Amb l’objectiu de transportar el màxim de material de combustible des de la zona d’extracció
fins a la planta de tractament o transferència de combustible O , s’estableixen diverses
metòdiques de gestió de la biomassa, una vegada tallada al bosc. L’objectiu del conjunt de
metòdiques de gestió és la de minimitzar el treball dels operaris i transportar el màxim de
combustible vegetal fins a la planta de transferència minimitzant el consum energètic de la
maquinària trituradora, embaladora i/o transport en funció de les condicions de l’emplaçament:
Metòdica 1
• Apilament de troncs, branques i arbustos a les entrades dels cordons i pistes forestals
• Introducció de maquinària trituradora als cordons principals i pistes forestals P .
• Trituració i càrrega del material triturat al remolc de l’autocarregador, vehicle de transport
7—70
que arrossega la trituradora.
• Transport del material fins a la planta de transferència.
Metòdica 2
• Apilament de troncs, branques i arbustos a les entrades dels cordons i pistes forestals.
• Arrossegament del material apilat a les vores de les pistes forestals.
• Trituració del material extret al camí forestal principal.
• Càrrega del material triturat al remolc de càrrega (directament des de la trituradora).
• Transport de les estelles fins a la planta de transferència.
Metòdica 3
• Apilament de troncs, branques i arbustos a les entrades dels cordons i pistes forestals
• Introducció de maquinària embaladora als cordons principals i pistes forestals.
• Embalatge del material extret. Es dona una reducció de volum del material explotat.
• Càrrega de bales al camió de transport.
O) La planta de transferencia de biomassa es destina a l’acumulació del material extret del bosc per a ser triturat i
emmagatzemat en “assecados”, grans naus de fusta amb obertures d’aire laterals que facilitarien l’assecatge de les
estelles de fusta. La pèrdua d’humitat implica pèrdua de pes del combustible, augment del poder calorífic inferior del
combustible i una conseqüent optimització del transport en termes de densitat energètica transportada.
P) Estellat a peu d’arbre, amb una estelladora muntada sobre autocarregador que va omplint un contenidor o remolc
acoblat al darrera, en substitució de les caixes comunes per transport de fusta.

• Trituració posterior en la planta de transferència.
Metòdica 4
• Apilament de troncs, branques i arbustos a les entrades dels cordons i pistes forestals
• Càrrega directa al remolc del camió amb ajuda d’una pinça mecànica adjunta al vehicle de
transport.
• Transport del material fins a planta de transferència.
Metòdica 5
• Apilament de troncs, branques i arbustos a les entrades dels cordons i pistes forestals.
• Introducció de maquinària trituradora als cordons principals i pistes forestals.
• Trituració del material i amuntegament del triturat al bosc.
• Recollida de les estelles a partir de 5 mesos de la seva trituració i transport a la planta de
transferència.
La metòdica 5 comporta un assecament natural de les estelles al bosc, que comporta pèrdua de
pes del material a transportar, augmentant la densitat energètica en la càrrega transportada
fins a la planta de transferència. Tanmateix, l’abandonament del triturat de fusta comporta un
risc d’incendi del material acumulat i l’alteració de la fauna i flora existent a la superfície del
terreny ocupat per les estelles apilades.
7—71

8. DESCRIPCIÓ DE LA TIPOLOGIA DE TRANSPORT
SEGONS LA FONT DE BIOMASSA
A fi de diferenciar la tipologia de transport que s’utilitza per a transportar biomassa
agroforestal, primerament es distingeixen les tres fonts de biomassa agroforestal que s’inclouen
en el present estudi (veure Figura 8.1):
8—72
(i) Explotacions forestals
(ii) Indústries de transformació del sector de la fusta
(iii) Cultius agrícoles (llenyosos, herbacis i cultius energètics)
A banda d’aquestes tres fonts de biomassa s’ha considerat oportú incloure les plantes de
briquetatge o pelletatge, les quals poden ser un pas intermedi entre les altres tres fonts
(explotacions forestals, indústries de transformació del sector de la fusta i cultius agrícoles) i la
planta d’aprofitament de la biomassa, ja que la seva finalitat és compactar la fusta o els residus
vegetals per tal d’augmentar el seu rendiment en tecnologies com la combustió.
La densitat del material a transportar és l’element clau que condiciona el transport de la
biomassa. Per tant, per a cada font de biomassa es descriu i es caracteritza la tipologia de
biomassa que es pot transportar.
Així doncs, a continuació es determina per a cada font de biomassa, d’una banda, la tipologia
de biomassa que pot ser aprofitada; i, de l’altra, la tipologia de transport més adequada per a
transportar aquesta biomassa. El tipus de vehicle més adequat per a realitzar el transport de
biomassa depèn bàsicament del material que es vol transportar i del tipus de via de
comunicació per on es circuli.
A la Taula 8.1 es mostren de forma resumida les diferents tipologies de camions, el material
que poden transportar i la seva procedència.
Figura 8.1. Diagrama de blocs del transport de la biomassa susceptible de ser aprofitada.
EXPLOTACIÓ
FORESTAL
BIOMASSA
(troncs, estelles)
Font: Elaboració pròpia.
INDÚSTRIA 1a
TRANSFORMACIÓ
RESIDUS (escorça,
estelles, etc.)
INDÚSTRIA 2a
TRANSFORMACIÓ
PLANTES DE BRIQUETATGE O
PELLETATGE
PLANTA D’APROFITAMENT
DE BIOMASSA
CULTIUS
AGRÍCOLES
Biomassa (cereals,
farratges)

Taula 8.1. Taula resum de les diferents tipologies de camions, material que es pot transportar
i imatge.
Tipologia de camió
Rígid 2 eixos
3 eixos
Articulat
Tren de
carretera
Font: [29], [30], [31].
Material a Procedència del
transportar
material
Troncs Explotacions
forestals
Fins 4 eixos Troncs, estelles Explotacions
forestals
Fins 4 eixos
- Escorça i suro Indústries del
Més 4 eixos
Tren més 4 eixos
- Estelles i pols sector de la fusta
Fins 4 eixos
Més de 4 eixos
Pellets, paques
grans i petites
Cultius agrícoles
Briquetes i pellets Plantes de
briquetatge o
pelletatge
- Escorça i suro
- Estelles i pols
Pellets, paques
grans i petites
Indústries del
sector de la fusta
Cultius agrícoles
Briquetes Plantes de
briquetatge o
pelletatge
Imatge
8.1. D’EXPLOTACIONS FORESTALS A PLANTA
D’APROFITAMENT DE BIOMASSA
La biomassa procedent de l’explotació forestal pot ser transportada en forma de troncs o bé
estellada des de l’explotació forestal fins al lloc on és valorada. La Taula 8.2 inclou les
característiques de la biomassa que es pot extreure de les explotacions forestals.
Taula 8.2. Tipus de biomassa, procedència, format amb què es transporta la biomassa i
densitat de la biomassa d’origen forestal.
Tipus de biomassa Procedència
Capçades i peus menors
Biomassa arbustiva, peus
menors acumulats en
zones arbrades i residus
d’incendis.
Font: [3]
Residus de l’explotació
forestal
Neteges i aclarides
Tipologia de biomassa
a transportar
Densitat* (Kg pes
verd Q /m 3 )
Troncs 1560
Estelles 560
Troncs 1560
Estelles 560
Q Pes verd: pes del material acabat de tallar, suposant un contingut d’aigua del 100%.
8—73

En aquest estudi, es considera que la biomassa forestal es transporta en forma d’estelles
perquè facilita el seu compactat, tant en el seu emmagatzematge, com en la seva manipulació
o transport. Els valors de densitat associats a l’estellat s’incrementen entre un 5% i un 25%,
segons l’Atlas de Biomasa para usos energéticos de Aragón [25].
El transport de biomassa procedent d’una explotació forestal consta de dues fases (veure
Figura 8.2):
8—74
a) El transport de la biomassa forestal des de les pistes forestals fins a peu de carretera
b) El transport des de peu de carrera fins a l’indret on es valora la biomassa
Figura 8.2. Diagrama del transport de biomassa procedent d’explotacions forestals.
EXPLOTACIÓ
FORESTAL
Font: Elaboració pròpia.
A continuació es defineix la tipologia de transport de la biomassa forestal que s’utilitza en
aquestes dues fases.
8.1.1. TIPOLOGIA DE TRANSPORT DE LA BIOMASSA FORESTAL DES
DE L’EXPLOTACIÓ FORESTAL FINS A PEU DE CARRETERA
El transport que s’utilitza pel transport de la biomassa forestal des d’una explotació forestal fins
a peu de carretera normalment és un tractor amb un remolc (veure Figura 8.3), ja que han
d’accedir a pistes forestals, amb sòls inestables; i/o a carreteres estretes, amb pendents
pronunciats i de difícil accés,.
Figura 8.3. Diagrama del transport de biomassa des d’una explotació forestal fins a peu de
carretera.
Font: Elaboració pròpia.
EXPLOTACIÓ
FORESTAL
PEU DE
CARRETERA
Tractor
VALORACIÓ FINAL
DE LA BIOMASSA
PISTA FORESTAL PRINCIPAL
O PEU DE CARRETERA
8.1.2. TIPOLOGIA DE TRANSPORT DE LA BIOMASSA FORESTAL DES
DE PEU DE CARRETERA FINS A L’INDRET ON ES VALORA LA
BIOMASSA.
Els vehicles que s’utilitzen per a transportar la biomassa des del peu de carretera fins al lloc on
es valora la biomassa acostumen a ser de mida reduïda a causa de la dificultat d’accedir a
segons quins tipus de vies.
A Catalunya s’utilitzen principalment camions de 2 i 3 eixos per al transport de biomassa
forestal. Segons el Pla de Biomassa, actualment a Europa està desapareixent l’ús del camió de 2
eixos, implantant-se la utilització del de 3 eixos[3].
A més del nombre d’eixos, s’ha de diferenciar entre camions rígids i articulats. Els camions
rígids estan formats per una sola estructura i tenen una menor capacitat de càrrega. Els
articulats, els quals tenen una major capacitat de càrrega, disposen d’un remolc i una cabina
que s’estructuren en dues parts separades articulades entre si.

Cal afegir que mentre que per al transport de troncs es pot fer servir qualsevol tipus de remolc,
per al transport d’estelles és millor utilitzar camions articulats amb remolcs de pis mòbil,
remolcs dotats d’un mecanisme d’elevació que facilita la transferència del material.
La tipologia de camions que s’utilitza per al transport dels diferents tipus de biomassa
procedent de les explotacions forestals es pot observar a la Taula 8.3.
Al final d’aquest apartat (Descripció de la tipologia de transport segons la font de biomassa
agroforestal; Apartat 2) es resumeixen les diferents tipologies de camions; el material que
poden transportar preferentment i la seva procedència; i una imatge il·lustrativa (veure Taula
8.1).
Taula 8.3. Tipus de camions i material que transporten des de peu de carretera de les
explotacions forestals fins a l’indret on la biomassa és valorada.
Tipus de camió Material a transportar PMA R (Tn) Longitud (m)
Rígid 2 eixos
Troncs 18
12
3 eixos
25/26
Articulat fins 4 eixos Troncs, estelles 36/38 16,5
Font:[3], [32]
Figura 8.4. Camió amb remolc de pis mòbil.
Font: [31], [33].
8.2. INDÚSTRIES DE TRANSFORMACIÓ DEL SECTOR DE LA
FUSTA A PLANTA D’APROFITAMENT DE BIOMASSA
El tipus de biomassa que es pot obtenir de les indústries de transformació del sector de la fusta
és el residu que generen durant els seus processos productius. Actualment aquest residu és
majoritàriament reutilitzat per part d’altres indústries del sector.
Les tipologies de residus de les indústries de transformació del sector de la fusta són
bàsicament: escorça i suro; encenalls i restes de fustes de rebuig; pols i serradures; i restes
d'aglomerats i derivats (veure Taula 8.4).
Per a transportar biomassa de les diferents indústries de transformació de la fusta a l’indret on
és valorada o utilitzada, els vehicles que generalment s’utilitzarien serien de grans dimensions,
és a dir, de tres eixos o més. Això s’explica perquè, d’una banda, el recorregut podria ser major
en comparació amb el recorregut del transport associat a la biomassa procedent d’explotacions
forestals i, de l’altra, la majoria d’indústries es localitzen en punts on disposen d’una bona
accessibilitat i unes bones xarxes de comunicació.
R PMA (Pes Màxim Autoritzat): Pes màxim que pot tenir el vehicle segons el R.D.2822/1998 del 23 de desembre (BOE
núm. 22 de 26 de gener de 1999, art.14 "masas y dimensiones" (anexo 9, pàg.146)).
8—75

Taula 8.4. Tipus de biomassa, procedència, format amb què es transporta la biomassa i
densitat de la biomassa d’indústries del sector de la fusta.
8—76
Tipus de biomassa Procedència
- Escorça i suro
- Encenalls i restes de fustes
de rebuig
- Pols i serradures
- Restes d’aglomerats i
derivats
- Encenalls i restes de fustes
de rebuig
- Pols i serradures
Font: [3].
Indústria de 1a
transformació
Indústria de 2a
transformació
Tipologia de biomassa
a transportar
Escorça i suro
Densitat* (Kg pes
sec/m 3 )
Coníferes: 358
Alzines-roures: 690
Estelles i pols 215
Estelles i pols 215
Així doncs, es considera que els camions més petits de tres eixos (camions rígids) no serien la
millor elecció per aquest tipus de trajecte, tant per la quantitat com pel tipus de material a
transportar.
Dins els camions articulats la millor opció seria la de camions amb remolc de pis mòbil, ja que la
majoria de residus a transportar són de petites dimensions i el remolc facilitaria la transferència
de material.
Caldria avaluar la idoneïtat dels trens de carretera, camions que consten de més d’un remolc i
que poden transportar grans quantitats de material.
Les tipologies de camions més adequades per a transportar els residus de les indústries del
sector de la fusta es poden observar a la Taula 8.5.
Taula 8.5. Tipus de camions i material que transporten des de les indústries de transformació
de la fusta fins a l’indret on la biomassa és valorada.
Tipus de camió Material a transportar PMA S (Tn) Longitud (m)
Articulat fins 4 eixos
- Escorça i suro
36/38
16,5
més 4 eixos
- Estelles i pols
40
tren més 4 eixos
40
Tren de carretera Fins 4 eixos
- Escorça i suro
36
18,75
Font: [3], [32].
Més de 4 eixos
- Estelles i pols
40
8.3. DE CULTIUS AGRÍCOLES A PLANTA D’APROFITAMENT
DE BIOMASSA
La biomassa que es transporta des dels cultius agrícoles herbacis pot ser pèl·lets i bales de palla
(grans i petites). Pel que fa als residus llenyosos, el transport actualment es realitza mitjançant
els mateixos camions que en una explotació forestal.
El transport de biomassa procedent de cultius agrícoles herbacis consta de dues fases (veure
Figura 8.5):
a) El transport entre els cultius agrícoles i les plantes deshidratadores
b) El transport entre les plantes deshidratadores i l’indret on la biomassa és
utilitzada.
S PMA (Pes Màxim Autoritzat): Pes màxim que pot tenir el vehicle segons el R.D.2822/1998 del 23 de desembre (BOE
núm. 22 de 26 de gener de 1999, art.14 "masas y dimensiones" (anexo 9, pàg.146)).

Figura 8.5. Diagrama de flux del transport de biomassa procedent de cultius agrícoles.
CULTIUS
AGRÍCOLES
Font: Elaboració pròpia
8.3.1. TIPOLOGIA DE TRANSPORT DE LA BIOMASSA ENTRE CULTIUS
AGRÍCOLES I LA PLANTA DESHIDRATADORA
El transport de la biomassa des dels cultius agrícoles fins a la planta deshidratadora
normalment es realitza mitjançant tractors amb remolc de gran tonelatge (veure Figura 8.6).
Figura 8.6. Diagrama del transport de biomassa des de cultius agrícoles fins a planta
deshidratadora.
Font: Elaboració pròpia
8.3.2. TIPOLOGIA DE TRANSPORT DE LA BIOMASSA ENTRE LA
PLANTA DESHIDRATADORA I L’INDRET ON ES VALORA LA BIOMASSA
El transport des de la planta deshidratadora de la palla fins a l’indret on es valora la biomassa
es realitza mitjançant camions de grans dimensions, de tres eixos o més (veure Figura 8.7), ja
que les vies de comunicació acostumen a estar en bon estat i són accessibles.
Figura 8.7. Diagrama del transport de biomassa des de cultius agrícoles fins a planta
deshidratadora.
Font: Elaboració pròpia
CULTIUS
AGRÍCOLES
PLANTA
DESHIDRATADORA
PLANTA
DESHIDRATADORA
Tractor
Camions
PLANTA
DESHIDRATADORA
VALORACIÓ FINAL
DE LA BIOMASSA
VALORITZACIÓ FINAL
DE LA BIOMASSA
Taula 8.6. Tipus de camions i material que transporten des de les plantes de deshidratació de
la palla fins a l’indret on la biomassa és valorada.
Tipus de camió Material a transportar PMA T (Tn) Longitud (m)
Articulat fins 4 eixos
Pellets, paques grans i petites 36/38
16,5
més 4 eixos
40
tren més 4 eixos
40
Tren de carretera Fins 4 eixos
Pellets, paques grans i petites 36
18,75
Més de 4 eixos
40
Font: Pla de biomassa, 2001 i Cost horari de la maquinària forestal, 2003.
Font: [3], [32].
T PMA (Pes Màxim Autoritzat): Pes màxim que pot tenir el vehicle segons el R.D.2822/1998 del 23 de desembre (BOE
núm. 22 de 26 de gener de 1999, art.14 "masas y dimensiones" (anexo 9, pàg.146)).
8—77

8.4. DE PLANTES DE BRIQUETATGE O PELLETATGE
Els tipus de camions que s’utilitzen per a transportar briquetes o pèl·lets són similars als que
s’utilitzen en la indústria del sector de la fusta. Es tracta de camions de grans dimensions, de 3
eixos o més, que poden ser de tipus articulat (disposen d’un remolc) o de tren de carretera
(disposen de més d’un remolc).
El transport de pellets es realitza normalment mitjançant camions cisterna, ja que faciliten la
transferència de material al bombejar els pellets directament des de la cisterna fins al dipòsit
d’emmagatzematge del lloc on la biomassa és valorada. Els costos associats al transport són
menors que en el cas de les briquetes. Els camions que poden transportar pellets són articulats,
de 4 o més eixos.
Taula 8.7. Tipus de camions per a transportar la biomassa des de les plantes de briquetatge o
pelletatge fins la planta d’aprofitament de biomassa.
Tipus de camió Material a transportar PMA U (Tn) Longitud (m)
Articulat fins 4 eixos
Briquetes i pellets 36/38
16,5
més 4 eixos
40
tren més 4 eixos
40
Tren de carretera Fins 4 eixos
Briquetes 36
18,75
Font: [3], [32].
Més de 4 eixos
40
U PMA (Pes Màxim Autoritzat): Pes màxim que pot tenir el vehicle segons el R.D.2822/1998 del 23 de desembre (BOE
núm. 22 de 26 de gener de 1999, art.14 "masas y dimensiones" (anexo 9, pàg.146)).
8—78

9. MERCAT I ECONOMIA DE LES FORMES DE
BIOMASSA
En aquest apartat s’analitzen el mercat de les diferents formes de biomassa, es descriuen els
factors que afecten al preu final de la forma de combustible desitjada. Seguidament s’introduirà
la situació dels preus de la biomassa de procedència forestal a Europa, i es comentarà la
situació del mercat de les diferents formes de la biomassa importades a Espanya.
9.1. ECONOMIA DE LA BIOMASSA A LA UNIÓ EUROPEA
A nivell mundial s’ha estimat que la massa forestal contribueix en un 2% al producte interior
brut (PIB), i en un 3% al comerç internacional. El valor estimat de fusta consumida el 1994 fou
superior als 400.10 9 USD, amb un 75% corresponent a l’ús industrial. La contribució econòmica
de la biomassa residual és molt inferior a la que s’obté de la fusta del tronc emprada en la
fusteria i fabricació de polpa de paper. Els preus de la biomassa residual corresponen
essencialment als costos d’extracció i transformació en combustible de qualitat acceptable, quan
no han intervingut altres factors en la composició del seu cost, com ara subvencions a neteges
forestals.
A Europa, el preu dels diversos tipus de biomassa (Taula 5) varien d’un país a l’altre en funció
dels següents factors:
• qualitat del material
• disponibilitat de la biomassa en el medi
• tecnologia emprada en l’extracció de la biomassa, en la seva trituració i
processament
• cost de la mà d’obra
• transport (a partir d’un nombre determinat de quilòmetres no hi ha beneficis per a
l’empresari distribuïdor)
• competència
Taula 9.1. Preus de combustibles per a forns de biomassa de petita escala
COMBUSTIBLES
Preu mig actual al consumidor (1)
€/m 3 €/kg €/kWh (2)
Pals de fusta (faig), preu comercial (3) 68,8 0,197 0,049
Pals de fusta (faig), preu reduït (4) 47,1 0,135 0,034
Briquetes de fusta 94,2 0,157 0,033
Estelles de fusta 24,6 0,077 0,021
Pelets de fusta 137,7 0,212 0,045
(1) Els costos són actualitzats des de la data d’abril del 1998. Per actualitzar-los a l’any del 2005, cal considerar
l’augment de la inflació anual per aquest període, augment que es considera d’13,8%.
(2) Costos específics d’energia primària.
(3) Preu de mercat comercial de pals de fusta tallats i assecats (1/3 m) inclòs l’entrega.
(4) Preu de mercat “privat” de pals de fusta en àrees rurals sense entrega.
Font: [34].
La competitivitat dels sistemes energètics basats en la biomassa és funció de la racionalitat i
mecanització de la gestió. A Suècia, un dels països de referència en el desenvolupament de
l’aplicació energètica, el preu de la biomassa forestal l’any 1994 s’havia reduït a menys de la
meitat del preu de 20 anys abans degut a la racionalització de l’explotació del residus forestals
[35]. No es disposa a Catalunya d’estudis de seriosos de camp que permetin valoritzar els preus
de la biomassa residual en el cas d’una gestió intensiva com en l’exemple de Suècia.
9—79

9.2. ECONOMIA DELS PROCESSOS DE PREPARACIÓ DE LA
BIOMASSA
A continuació es descriuen els costos d’inversió i producció dels processos de transformació de
la biomassa: briquetatge, pel·letització i estellat.
9.2.1. COSTOS D’INVERSIÓ I ECONOMIA DEL BRIQUETATGE
Els costos del briquetatge són molt dependents del tipus i naturalesa de material a briquetar, la
natura o escala del projecte, i de la localització de la planta. Ja que els preus varien en funció
del territori utilitzable per la planta, es molt difícil establir una generalització sobre costos i
beneficis del briquetatge [36]
Els costos d’inversió de construcció d'una planta de briquetatge poden variar per molts factors.
Un d'ells és si la planta és d'operació autònoma o si forma part d'una planta existent. En l'últim
cas, és possible en alguns casos utilitzar edificis existents per eliminar un element significatiu en
el cost principal.
Tanmateix, quins són els costos operacionals del briquetatge? Aquests inclouen els costos
laborals, els costos de manteniment, els costos energètics, els dels materials a briquetar i altres
costos, que inclouen els impostos, l'assegurança, els costos de ventes, materials consumibles
com els lubricants per les màquines, i costos d'embalatge.
Probablement els costos més importants deriven de l'origen del material a briquetar i la forma
en què aquest es presenta. Hi ha tres raons que justifiquen aquest argument:
La primera raó és que la naturalesa del residu pot arribar a baixar apreciablement la producció
valorada de la màquina briquetadora. Normalment les màquines es valoren segons la seva
producció en base als residus de fusta, però si els residus són menys densos, la quantitat
produïda sol resultar d'un rendiment menor al 50%.
Un exemple és el cas de la producció de briquetes a partir de serradures o de pellofes d'arròs.
La producció de briquetes en algunes plantes índies a partir de serradures és de 1'5
tonelades/hora, i a partir de pellofes d'arròs, 1'0 tonelades/hora. Quan els cost del briquetatge
depèn linealment de la producció valorada, els costos de la unitat associats als residus de fusta
són menors als de la majoria d'agro-residus.
En segon lloc, el tipus de residu pot requerir d'un tractament més rigorós abans de ser utilitzat
com a matèria a briquetar. Alguns residus vegetals, com les serradures, solen necessitar
d'assecament per reduir la seva humitat fins al 15% o menys, per tal de ser tolerat el residu a
les màquines. El cost d'assecament de la matèria pot fàcilment excedir del cost del briquetatge.
Per exemple, el fabricant brasiler, Biomax, que fa assecament i premsa, cita d'una fàbrica ja
tancada que tenia uns costos de 39.000 dòlars americans d'una premsa amb èmbol de
producció d'1'1 tona/hora, 11.000 dòlars més associats al transport i emmagatzemament, i
52.000 dòlars per a un assecador addicional de capacitat d'1 tona/hora. Amb aquest exemple es
pot observar com el cost del briquetatge és baix, però el d'assecament és excessivament gran.
Les plantes que briqueten diversos tipus de residus, s'utilitzen altres equips addicionals que
poden incloure varis tipus de estelladores o trituradores per a reduir la mida del residu. Això pot
ser propi de casos on s'utilitzin residus de fusta de naturalesa diferent a les serradures (matèria
principal a briquetar), i per altres certs tipus d'agroresidus com les tiges de cotó.
La tercera raó és que hi ha una gran diferència entre residus de camp, com la palla o tiges de
cotó, i els residus industrials, com les serradures o les closques del cafè, a l'hora de
comptabilitzar la recollida del residu com a part del cost capital inicial. Les operacions de
briquetatge de palla a Alemanya, s'han assumit de mode que existint tractors i remolcs, la
recollida de recollida de palla al camp era viable.
No seria el cas si les operacions de col·lecció fossin més grans, com es va demostrar en un
estudi recent dels costos d'una planta de briquetatge de blat i palla a Etiòpia (Banc Mundial,
9—80

1986). S'estimà que es necessitarien 3 baladores de palla, 5 remolcs i 6 tractors per a moure
5.000 tonelades anuals de residu. El cost estimat era de 107.500 $ EEUU abans de ser
transportat a Etiòpia.
Finalment, un aspecte important a tenir en compte en el cost principal és el que es pot
anomenar "estàndard" de l'enginyeria i de disseny de la planta. Aquest terme és difícil de definir
però fàcil d'entendre si es visita una planta briquetadora. Hi han plantes on la presència de
pols, obstacles i filferros rudimentaris s'expliquen per la utilització d'edificis existents. Els costos
principals per a aquestes plantes són més baixos que per les plantes amb pisos ferms,
connexions elèctriques adequades i raonablement espaioses, que eviten problemes
d'acumulacions de materials residuals i pols. Així doncs, l'aprofitament de locals vells provoca la
reducció de costos principals en la construcció, però el treball humà augmenta en espais no
adaptats (no amplis) i les condicions de treball són difícilment mantingudes.
Com a exemple dels factors dependents de la inversió necessària, la següent Taula 9.2 mostra
dades relatives a l’inversió de 6 plantes de diferents països. Es mostren els costos d’inversió per
tona de producció per cada planta assumint que es requereix tornar la suma del capital inicial
amb un cert interès en un període de 10 anys. Es mostren 3 tipus d'interès: 7%, 10% i 15%.
Les plantes A, B, i E contenen detalls de costos en avaries, mentre que les tres restants, plantes
de nova construcció (C, D i F) els hi cal menys pressupost en aquest tipus de costos. [36]
Taula 9.2. Comparació de Costos Capitals (en US $)
PLANTA A B C D E F
Material Cafè Palla Fusta Serradures Serradures Arròs
Preparació de lloc i edifici 57.300 92.200 5.000 0 58.200 110.000
Màquina briquetejadora 149.000 206.400 39.000 9.700 58.000 112.500
Altres equipaments 45.600 405.600 44.100 4.500 56.000 0
Reserva 0 19.400 74.000 1.000 1.000 0
Transport i entrega 16.300 54.100 4.500 0 12.300 0
Enginyeria i instal·lació 29.200 149.200 5.000 1.000 52.000 2.200
Total 316.800 891.500 106.600 16.200 243.500 224.700
Output anual 5.000.000 5.000.000 4.000.000 300.000 3.500.000 4.000.000
Costos d’Invesió assumint 10 anys de període de finança (US $ per tonelada)
7% 9'0 27'9 3'8 7'7 9'9 8'0
10& 10'3 31'9 4'3 8'8 11'3 9'1
15% 12'6 39'1 5'3 10'8 13'9 11'2
Notes:
Planta A amb l'ajut del Banc Mundial, planta a Etiopia basada en una planta existent de cafè que utilitza 1 màquina de
cargol i 1 màquina de pistó
Planta B amb l'ajut del Banc Mundial, planta de nova construcció a Etiopia basada en 2 màquines amb pistó
Planta C basada en llista de preus, planta de Brasil en una fàbrica de fusta que utilitza una màquina de pistó brasilera.
Planta D amb l'ajut de la Unitat Kenyana, es basa en una fàbrica existent utilitzant 1 màquina de cargol i un assecador
ja existent modificat.
Planta E amb l'ajut del Banc Mundial, planta a Ghana que utilitza 6 màquines de cargol Taiwaneses amb assecadors
inclosos.
Planta F planta actual de l'Índia que utilitza 1 premsa pistó Índia sense equipaments adicionals localitzats en nous
edificis.
Font: Adaptat de [36].
Es pot observar que la planta que té un cost d’inversió més baix és la Planta C. Aquesta es
tracta d'una unitat integrada en una fàbrica de treball de fusta, a Brasil. Això es pot considerar
un cas extrem; la matèria prima és densa i es necessita de només estellar per a proporcionar
matèria acceptable, mentre que el cost del briquetador de pistó a Brasil és molt més baix que a
qualsevol altre lloc. El cost de nova construcció era mínim ja que només es va ampliar una part
de la fàbrica per a adequar la unitat de briquetatge. Els productes obtinguts eren extrets de la
fàbrica diàriament per clients locals que emmagatzemaven també aquest producte. L'únic equip
requerit a més de les briquetes era un estellador i algun transport pneumàtic senzill que
transportés la matèria a una sitja. El cost d’inversió és de 4'3 EEUU$/tona amb un 10%
d'interès es pot considerar mínim, adaptable a qualsevol operació.
Les quatre plantes D, E, F i A mostren un mateix nivell en costos d’inversió, fabricant briquetes
amb matèries diferents, de mides diferents i en països diversos. S'ha de tenir present que les
9—81

Plantes representades a la Taula 9.2 s'han interpretat amb una moneda comú, i per tant, poden
haver-hi problemes en la comparació multi-monedes degut al canvi del valor de les divises.
La planta D, a Kenya, es basa en un petit briquetador amb cargol sensfi, instal·lada a una
industria amb una caldera que fa servir fusta. L'únic equip addicional necessari a la instal·lació
de la briquetadora va ser un assecador, ja existent, amb algunes modificacions.
La planta E és un estudi de disseny (Banc Mundial, 1987) per a una planta basada en
serradures, a Ghana. Aquest estudi defineix 6 premses de cargol taiwaneses que
subministrarien briquetes, junt amb un assecador. L'equip addicional inclou un camió que
reuniria les matèries primeres i un vehicle elevador de carreta en la mateixa planta.
La planta F és una planta de l'Índia que utilitza pellofes d'arròs. La matèria no requereix
preparació. La manipulació del combustible és manual i no hi han costos addicionals
d'equipament. Aquest baix nivell de costos de equipament és probablement la raó del perquè el
briquetatge de pellofes d'arròs ha aconseguit retenir alguna viabilitat comercial a l'Índia, a pesar
d'haver desavantatges aparents com l'alt contingut inherent en centres i els costos de la
matèria prima.
En aquest cas es van requerir construccions noves. En altres plantes de la Índia, els edificis
vells s'utilitzen en casos semblants per a contrarestar el costos d’inversió del projecte.
La planta A es tracta també d’un estudi de disseny (Banc Mundial 1986); una planta ja existent
que utilitza material de cafè, a Addis Ababa. El material és transportat per transport pneumàtic
fins a una sitja o dipòsit d'emmagatzemament. Al nou emplaçament que es volia ubicar la
planta, els costos d'edificació eren estimats en 57.000 EEUU$. El "pergamí" de cafè no
requereix cap tractament preliminar abans de ser utilitzat a la briquetadora. Per tant els costos
d'equipament addicional són tots de maneig i emmagatzemament.
Finalment, la planta B, també és un estudi de disseny (Banc Mundial, 1986) basada en una
operació de transformació de la palla dels camps d'Etiòpia. Els costos addicionals requerits són
molt grans per aquesta classe d'unitat, òbviament, junt amb la càrrega del 10% d'interès, que
eleva el cost a 32 EEUU$/tona. Les necessitats i costos extres de l'equip de briquetatge són, a
més de l'equip de col·lecció de la palla del camp, el balador de palla, el molí de martell i l'equip
utilitzat al transport.
Aquests costos d'inversió, encara que són alts, no són fora de la línia dels que s'apliquen al
briquetatge de palla a Europa. Una planta (KTBL 1983) d'un rendiment de 1000 tones/any
indica un cost de 150.000EEUU$ al 1983, l'equivalent a 900.000 EEUU$ quan s'ajusta el
rendiment a 500 tones/any de la planta etíop proposada amb preus del 1986. Una altra planta
alemanya d'un rendiment de 375 tones/any s'indica amb un cost de 90.000 EEUU$ amb
l'addició de 35.000 EEUU$ de l'equip d'emmagatzemament. El total resulta l'equivalent a 1'7
milions de EEUU$ quan s'ajusta el rendiment a 5000 tones anuals. Encara que aquests costos
alemanys siguin difícils de comparar directament amb una base coherent, es pot suggerir que
els residus de camp resulten una operació caríssima que només es justifica amb un context de
preus alts de combustible. El briquetatge de la palla es justifica també a Europa a causa dels
problemes ambientals que provoca la crema d'aquesta en camps oberts.
Sembla raonable suggerir segons els casos argumentats que per a residus centralitzats, en la
majoria de situacions, és raonable un cost de briqueta de 9 a 12 EEUU$/tona amb un tipus
d'interès del 10%. En circumstàncies on hi hagi construcció d'edificis nous, pot augmentar el
cost significativament. Una taxa del 15% d'interès augmentaria el cost d'11 a 14 dòlars
americants/tona [36].
9.2.2. COSTOS D’INVERSIÓ I ECONOMIA DE LA PEL·LETITZACIÓ
El següent anàlisi econòmic de la producció de pèl·lets parteix de l’estudi econòmic propi de
l’empresa CPM: California Pellet Mill, empresa amb 300 treballadors que gestionen les fàbriques
d'Estats Units (Merrimack, Crawfordsville i Waterloo), Europa (Amsterdam, Wexford) i Àsia
(Singapur), amb més de 120 unitats de producció de pellets repartits per Europa.
9—82

Partint del model de producció de pellets de l'empresa de CPM, el procés de pelletatge inclou la
sèrie de tractaments de la fusta o biomassa diferenciades per processos, etapes clau o seccions
en una mateixa factoria, descrits anteriorment.
La inversió necessària en la instal·lació d'una planta de producció de pellets depèn bàsicament
dels següents factors a l'hora de trobar un òptim de producció:
• Costos d'inversió per la producció desitjada, tones per hora
• Costos d'operació per tona
• Costos laborals
• Limitacions tècniques
• Limitacions pràctiques
L'estudi econòmic produït per l'Empresa mostra com depenent de la producció desitjada, la
inversió varia fortament respecte a la inversió necessària per a la maquinària. Per a cada secció
o part del procés de producció, la inversió realitzada per l'empresa respecte a la maquinària bé
adaptada segons la capacitat de producció.
L'empresa CPM té en la majoria de les seves instal·lacions una producció de 15 T/h. Així doncs,
la inversió necessària que caldria al instal·lar una nova planta es cenyiria al pressupost establert
amb les altres plantes productores. Si cal instal·lar una nova planta productora de pellets en un
entorn semblant a les altres ja establertes, amb una producció de 15T/h, la inversió necessària
seria de 1.200.000 € aproximadament com indica la següent Figura 9.1. Les limitacions
materials i laborals prenen més pes a l'hora d'establir una zona d'implantació de la planta de
tractament o una altra.
Figura 9.1. Relació de la inversió necessària pel total d'instal·lacions productives en relació a
la capacitat productora de pellets
INVERSIÓ TOTAL
Font: Adaptat de [37]
VOLUM DE PRODUCCIÓ (Tones/h)
Pelletatge
Trituració ("Grinding")
Condicionament
Refredament
Tamissatge
Controls i instal·lacions elèctriques
Transport, "bins", instal·lacions i
ingenieria
9—83

Figura 9.2. Relació d'Inversió per Capacitat de Producció
Font: [37].
Tal com s’observa a la figura anterior, depenent del grau de producció de la instal·lació
pel·letitzadora, el preu del pèl·let varia en el mercat. L’empresa esdevindrà més o menys
competent en el mercat segons el volum de producció i els preus del producte que mantingui.
9.2.3. COSTOS D’INVERSIÓ I ECONOMIA DE L’ESTELLAT
L’estellat de la fusta o de qualsevol altre material vegetal es basa en una simple trituració
d’aquest. L’economia de l’estellat depèn dels següents factors:
9—84
INVERSIÓ TOTAL
• Cost d’inversió de la trituradora que depèn de: la complexitat tècnica, potència i
magnitud,
• consum de combustible fòssil,
• mà d’obra necessària en la introducció del material a la trituradora,
• capacitat de trituració per hora.
VOLUM DE PRODUCCIÓ (Tones/h)
Euro/Tona
Tona per hora
Al preu final de l’estella de fusta se li ha d’adjuntar el cost d’extracció del material a triturar i el
cost del transport fins a l’usuari.
Altres factors com el grau de puresa del material i poder calorífic fan variar el preu segons la
qualitat del producte desitjat.
9.3. MERCAT ACTUAL DE LA BIOMASSA A CATALUNYA I
ESPANYA
A continuació s’introduirà de manera general el mercat de les llenyes, estelles (d’origen forestal
i industrial), pèl·lets, carbó vegetal, residus herbacis (bales de palla).
Actualment el mercat de les briquetes és gairebé nul a Catalunya i Espanya. Aquestes són
importades d’Europa amb preus propis del país d’origen.

9.3.1. MERCAT DE LES LLENYES
A Catalunya, el preu de la llenya depèn de l’espècie, de la zona i de la disponibilitat (veure
Taula 9.3).
Taula 9.3. Preu de les llenyes a Catalunya segons l’origen i espècies.
Espècie Preu Llotja de Vic (€/Tn)* Preu Llotja de Girona (€/Tn)*
Alzina 51,00 / 57,00
48,00 / 54,00
Alzina (zona Bages) 54,00 -
Alzina (zona Vallès) 54,00 -
Roure 39,00 / 42,00 36,00 / 39,00
Roure (zona Bages) 42,00 -
Roure (zona Vallès) 39,00 / 42,00 -
Faig 33,00 / 39,00 -
Faig (zona Vallès) 39,00 / 42,00 -
Suro pelut 30,00 / 33,00 36,00
* Preus sobre indústria.
Font: [38]
A més, segons [9] s’ha de considerar la utilització del calor que desprèn de la combustió. Si el
que es desitja és una aportació calorífica elevada, en un interval curt de temps (per exemple,
per a posar en marxa una calefacció o temperar un habitatge buit), la llenya de coníferes
resulta avantatjosa en comparació amb la de frondoses. Si es desitja mantenir un bon caliu
durant tota la nit, l’opció serà la llenya de frondoses.
Aquest autor també afegeix que en les mateixes condicions d’humitat i a igualtat de pes, és
millor per al consumidor adquirir llenya de frondoses que de coníferes, tot i que sigui més cara.
S’ha de considerar que les frondoses dures (espècies del gènere Quercus) cremen més
lentament que les coníferes, desprenent el seu calor de combustió de manera uniforme al llarg
d’un període de temps major que el de les coníferes.
Si la fusta s’hagués de comprar per volum, la situació ha d’estudiar-se en cada cas. El major
pes específic de les frondoses enfront les coníferes, fa que el poder calorífic de la unitat de
volum d’aquestes sigui igual o inferior al de les espècies de gènere Quercus.
9.3.2. MERCAT DE LES ESTELLES
Els costos actuals que suposen l’extracció, trituració i transport del material de fusta per produir
estelles solen variar en funció del país de què es tracti i de l’empresa que subministri aquest
tipus de material. Això és degut a factors de disponibilitat de matèria vegetal, facilitat d’accés a
les zones forestals, mà d’obra necessària i transport necessari fins a planta o a les naus
d’emmagatzemament de les estelles. El conjunt d’aquests factors fan dependre el mercat de les
estelles nacional al de la resta de països.
La Figura 9.3 mostra la variació de preus per a diferents combustibles, dels quals s’inclouen les
estelles de fusta, entre Espanya i Àustria.
9—85

Figura 9.3. Preu dels combustibles per a la calefacció.
Font: [39]
Actualment a Catalunya els preus sobre la indústria de trituració varien entre 19 i 42 € la tona
d’estelles de fusta segons la seva qualitat (veure Taula 9.4).
Taula 9.4. Preus sobre indústria de les llotges de contractació i mercat en origen de Vic
(actualitzada a 27/03/04) i Girona (actualitzada a 30/04/04).
9—86
€uros/MWh
120
100
80
60
40
20
0
34'9
Espècies i procedència Preu (€/Tn)
Coníferes (zona Vallès) 21,04 / 23,44*
Coníferes (zona Solsona) 27,05 / 28,85*
Coníferes (St. Gaudens) 37,80*
Frondoses (zona Vallès) 20,43*
Frondoses (zona Solsona) 25,00 / 24,00*
Frondoses (St. Gaudens) 38,16*
Castanyer (zona Vallès) 20,43*
Castanyer (St. Gaudens) 36,46*
Faig (zona Vallès) 20,43*
Faig (St. Gaudens) 41,77 *
Eucalipto (Vallès) 20,43*
Plàtan (Vallès) 20,43*
Plàtan (St. Gaudens) 39,06*
Llotja de Girona 19,00 / 26,00**
* = preus exclusius de la Llotja de Vic
** = preus exclusius de la Llotja de Girona
Font: [38].
Les instal·lacions que utilitzen les estelles de fusta com a combustible solen ser instal·lacions
industrials on l’estella és fàcil de manejar per la seva homogeneïtat, característica inexistent en
el cas de la llenya.
Les instal·lacions que les utilitzen són, principalment:
- Centrals tèrmiques per a generar només energia elèctrica.
- Centrals tèrmiques que generen calor i/o electricitat.
- Forns ceràmics.
42'5
- Forns de fleques.
ESPANYA
ÀUSTRIA
19'4
12'2
Pellets Estelles de
fusta
43'6
51'1
42'8
30'2
97'6
90'7
Gas oil Gas Electricitat

- Hotels mitjans i grans.
- Calefacció centralitzada de nuclis rurals.
- Petites indústries de vidre.
- Cimenteres.
9.3.3. MERCAT DELS PÈL·LETS
El preu dels pèl·lets a la sortida de la fàbrica depèn de:
- El preu de compra del material que el composa.
- La humitat d’aquest material.
- El cost de l’energia elèctrica.
- El cost de la mà d’obra.
- La mida i la ubicació de la instal·lació.
En general, una fàbrica és rendible quan es disposa de matèria primera a menys de 3 ptes/kg i
la humitat d’aquesta matèria no és superior al 25 % en base seca [9]
Els pèl·lets es comercialitzen actualment de tres maneres:
- A granel o sobre demanda. Es demanen en un camió de 20.000 kg, mig camió i un
quart de camió. La descàrrega va a compte de l’empresa que els porta. Es poden
aconseguir preus de 15 ptes/kg.
- A granel, comprant-los en sacs que porta el propi comprador i que són de material i
mida molt variable.
- Envasats en sacs de plàstic retractilat. És la presentació més extensa. El preu depèn del
seu pes i del lloc de venda.
9.3.4. MERCAT DEL CARBÓ VEGETAL
El consum i la comercialització del carbó vegetal a Espanya segueixen vies complexes i estan
poc controlats, a causa, sobretot, de l’existència de productors temporers. Les zones on més es
carboneja són: Extremadura, Castella i Lleó (especialment Salamanca i Àvila), Andalusia,
Castella La Manxa, Navarra i Llevant [9]. Els carboners obtenen el carbó vegetal sobretot a
partir de la llenya d’espècies frondoses dures, destacant l’alzina i la surera.
El carbó es ven a granel o envasat. El que es ven a granel va destinat al majorista, a usuari
final o a l’exportació. L’envasat té tres destins:
- El minorista, que pot vendre al majorista o al consumidor a través de comerços que
s’ocupen d’altres activitats (ferreteria, supermercats, etc.) o a través de comerços
especialitzats (gasolineres i carboneries).
- El majorista.
- L’exportació directa. En aquest cas, l’envasador és a la vegada l’exportador, o bé el ven
a l’exportador.
Com que hi ha una falta de control en el mercat del carbó, les dades publicades a les
estadístiques del consum de carbó vegetal a Espanya són menors que les dades reals. El
consum de carbó vegetal a Espanya ha anat en augment des de 1970[9].
La demanda del carbó vegetal es divideix en dos grans grups: demanda de carbó vegetal i
demanda de briquetes de carbó vegetal. I els usos del carbó vegetal demandat són: usos
domèstics (per a barbacoes i calefacció), usos industrials (diferents del carbó actiu) i ús com a
carbons actius.
9—87

Les briquetes de carbó vegetal són demandades únicament pel sector industrial tot i que, a
vegades, en alguns sacs-envasos de 3 kg de carbó vegetal per a barbacoes s’afegeixen
briquetes (d’1 a 5) per aprofitar la carbonissa.
Segons estimacions extretes de Marcos [9] se suposa que el 1997 a Espanya es van consumir
unes 1500 Tm de carbó vegetal. Aquest autor també afirma que dels 4-6 principals exportadors
espanyols de carbó vegetal van haver d’importar carbó d’altres països (Argentina i Cono Sur
Sudamericà) i tots ells van tenir una demanda superior a l’esperada i prevista.
Usos domèstics
Al sud d’Europa la demanda del carbó vegetal per a usos domèstics es destina en un 98,5% per
a barbacoa i en un 1,5% per a calefacció.
Si l’ús és per a barbacoa, aquest pot ser distribuït en:
9—88
- Grans superfícies generalistes
- Grans superfícies especialitzades en bricolatge, ferreteria, jardineria i estris.
- Petites ferreteries i botigues de bricolatge i/o jardineria.
- Carboners i expenedors de combustibles sòlids, líquids i gasosos.
- Gasolineres.
Usos industrials
1. Usos industrials diferents al carbó actiu
El carbó vegetal per a usos industrials diferents al carbó actiu se sol vendre a granel, perquè és
més barat i es ven en grans quantitats. S’utilitza en la siderúrgia, refinament d’acer i aliatges de
ferro. També la indústria química (tot i que en quantitats molt variables) per a sulfur de
carboni, àcid acètic i acetilè, carbur de calci, clorur i/o policlorur de vinil. En la fabricació de
certs silicats artificials i certs vidres de qualitat també s’utilitza el carbó vegetal.
2. Mercat del carbó actiu
El mercat dels carbó actiu mereix ser estudiat, a causa de l’alt preu de venda d’aquest tipus de
carbó.
L’ús principal del carbó actiu és com a filtre de molt alta qualitat utilitzat en màscares, filtres de
depuradores d’aigües, plantilles dels peus, filtres d’equips d’aire condicionat, filtres per a la
indústria d’energia nuclear i filtres de la indústria química en general.
3. Briquetes de carbó vegetal
Les briquetes de carbó vegetal s’obtenen a partir de residus de processos semi-industrials i
industrials d’obtenció del carbó, i amb els residus originats al moure i classificar el carbó. La
seva densitat i homogeneïtat són majors que les del carbó, per la qual cosa és molt apte per a
ús industrial.
Punts forts i punts febles del mercat del carbó vegetal a Espanya
A continuació se citen els punts forts i febles del mercat del carbó vegetal a Espanya, segons
Marcos [9].

PUNTS FORTS
- El 1998 la demanda de carbó vegetal als principals venedors espanyols (tots ells
fabriquen carbó vegetal, entre un 10 i un 70% del que venen) va ser lleugerament
superior a l’oferta. Alguns van haver de recórrer a la importació per a cobrir la seva
demanda.
- S’espera que, a causa de l’ús cada cop major de l’habitatge unifamiliar, continuï
augmentant la demanda de carbó vegetal per a barbacoa a Espanya. A Europa
únicament augmentarà la demanda de carbó vegetal de qualitat (alt contingut en
carboni i alta densitat). La demanda espanyola prefereix el carbó vegetal dens (de
fustes denses com roures, alzines, etc.).
- La demanda de carbó vegetal a la indústria metal·lúrgica es mantindrà per la
insustituibilitat del carbó vegetal en processos d’obtenció d’acers de qualitats.
- A Espanya, hi ha personal tècnic amb renom a nivell mundial en el coneixement de
tecnologies de carbonització.
PUNTS FEBLES
- Les dades reals de producció i consum són difícils d’obtenir.
- Les empreses existents en el mercat espanyol que exporten i importen carbó vegetal
estan ben establertes.
- L’entrada en el mercat del carbó actiu és molt difícil, ja que aquest és controlat per
multinacionals. S’haurien de realitzar molt altes inversions. D’altra banda, existeix una
matèria primera (l’endosperm de la closca de coco), no existent a Espanya, de la qual
s’obté un dels millors carbons actius del mercat. El carbó actiu del pinyol d’oliva ja es
fabrica a Espanya.
9.3.5. MERCAT DELS RESIDUS HERBACIS
Els residus de cultius herbacis actualment ja tenen un mercat establert a Catalunya. Actualment
els usos que tenen són, en ordre d’importància: alimentació animal, jaç per a bestiar, usos
industrials , residu ambiental i com a recurs energètic.
En el camp la palla dels cereals d'hivern, que és el tipus de residu més utilitzat per a
l’alimentació del bestiar, té un preu al camp que pot variar des de 7 a 11 ptes/kg, segons la
quantitat de palla que es té a disposició. En el cas dels residus de panís, girasol o melca, els
preus que pot rebre el pagès són inferiors i se situarien entre 4 i 6 ptes/kg[7].
Alimentació animal
Aquest és un dels usos més habituals de la palla, a causa en part a la diferència de preu amb la
resta de pinsos vegetals. A més, moltes vegades els ramaders usuaris de la palla són els propis
productors d’aquest residu en la seva explotació, cosa que afavoreix encara més aquest ús.
Segons Clivillé i Cantero [7] per a poder disminuir la quantitat de residus necessària per a cobrir
la seva demanda, s’haurien de disminuir els preus de la resta de pinsos vegetals, que són
productes que poden oferir millors qualitats nutritives i energètiques. Una altra solució seria
augmentar els preus dels residus herbacis per a usos diferents a l’alimentació animal.
Jaç
La utilització de la palla com a jaç es basa en les seves característiques de material aïllant i
absorbent. Tot i que el preu podria ser una limitació per a aquest ús, el fet que el ramader sigui
en molts casos el propi productor dels residus herbacis, fa que aquest ús, juntament amb el
d’alimentació animal, siguin els més importants[7].
9—89

Per tal de disminuir la quantitat de residus herbacis necessària per a cobrir la demanda d’aquest
ús, s’hauria de trobar algun material alternatiu amb característiques semblants a les de la palla i
que pogués ser adquirit a un preu més baix del que actualment es paga per ella [7].
Segons aquests mateixos autors, aquesta solució no sembla factible a curt termini, però
indiquen que potser en un futur seria més fàcil trobar algun material que pogués substituir als
residus herbacis emprats com a jaç, que no disminuir la quantitat necessària per a cobrir la
demanda per a l’alimentació animal.
Usos industrials
L’ús industrial de la palla té una sèrie d’inconvenients, com són assegurar el subministrament
de palla al comprador, conservar la palla (risc incendi, volum que ocupa...) i la gran quantitat
d’aigua que necessita per al rentat del procés industrial. A més, també cal considerar els elevats
costos de recollida i transport.
Els usos industrials de la palla són la fabricació de paper o de pasta de fusta. Tot i que les fibres
de palla són adequades per les característiques que proporcionen al paper, els inconvenients
citats i l’impuls del paper reciclat en els darrers anys, han reduït la seva utilització.
Actualment gairebé no s’utilitza la palla per a la fabricació de pasta de fusta, a causa per tots
els inconvenients esmentats[7].
Residu ambiental
La palla també pot tenir un ús ambiental quan es deixa al camp, ja sigui per ser picada i que
després s’incorpori al sòl o quan únicament s’escampa homogèniament sobre el terreny. Deixar
aquests residus herbacis sobre el sòl suposa, a curt i llarg termini, un benefici, ja que millora
l’estabilitat estructural, la capacitat de retenció d’aigua, l’ambient microclimàtic i suposa també
un subministrament de nutrients.
A Catalunya s’acostuma a recollir la palla que queda al camp en paques i s’incorpora al sòl el
rostoll, que és la part de la tija que roman al camp després de la sega.
En els darrers anys i en determinades zones de Catalunya, s’ha començat a practicar el que
s’anomena sembra directa, en la que es sembra la llavor sobre els residus de la collita anterior,
que han estat prèviament escampats de forma homogènia sobre el sòl. Aquest sistema
presenta beneficis econòmics, a més dels avantatges sobre el sòl abans citats, ja que aquesta
pràctica suposa una menor despesa el que en zones de secà pot suposar un important
guany[7].
Recurs energètic
Segons Clivillé i Cantero [7], la palla podria constituir un important recurs energètic, per les
grans quantitats de què podria disposar-se, si tota pogués ser utilitzada com a font d'energia.
D’altra banda, afirmen que té en contra el fet que és un material amb un baix poder calorífic i
d’una baixa densitat, inconvenients que la tecnologia actual s’aconsegueix disminuir en part.
Arreu del món i també en determinades zones d'Espanya, l'existència de plantes de combustió
de palla per produir energia elèctrica o d’indústries que aprofiten el calor obtingut a partir de
processos de transformació termoquímics de la biomassa, són una realitat i han obert les portes
a un nou mercat per aquests residus[7].
9.3.6. MERCAT DELS RESIDUS D’ORIGEN INDUSTRIAL DEL SECTOR
DE LA FUSTA
La fabricació de tauler d’aglomerat engloba el 90 % de l’estella produïda, segons dades de
l’Asociación Española de Recuperadores de Madera (ASERMA). Els altres destins en ordre
9—90

d’importància són: la valorització energètica, el compostatge i jaç per al bestiar, aquest últim
amb un mercat limitat.
Actualment existeix una manca d’informació sobre els moviments dels residus fusters per part
de les indústries, que no es declaren perquè ja tenen un circuit comercial. Per tant, resulta molt
difícil comptabilitzar realment quina és la quantitat de residu genera tot aquest circuit, residu
que es podria destinar a energia[3].
9—91

10. PROCESSOS DE TRANSFORMACIÓ DE LA
BIOMASSA
10.1. INTRODUCCIÓ
Moltes de les tècniques utilitzades en l’explotació de la biomassa s’han utilitzat durant anys,
algunes d’elles perdurant fins avui dia (ex.: fogars per a la combustió) i altres han desaparegut
degut a la competència amb el petroli (ex: extracció de productes químics a partir de la fusta).
Altres tècniques són de recent aprovació i demostració (gasificació), i altres semblen tenir un
bon potencial per a arribar a ser tècniques futures concebibles, encara que no s’hagi demostrat
la seva aplicació directa i la rendibilitat en un ús industrial (piròlisi).
Les tècniques d’interès actual més importants són:
10—92
• Combustió directa en calderes.
• Conversió tèrmica avançada de la biomassa en forma de combustible secundari per
gasificació tèrmica o piròlisi, seguida per l’ús del combustible en màquines o turbines.
• Conversió biològica a metà per digestió anaeròbica bacteriana.
• Conversió química o bioquímica de materials orgànics a Hidrogen, Metanol, Etanol o
combustible diesel.
Les diferents tecnologies aplicables a la biomassa per a generar diversos productes es mostren
a la següent Taula 10.1.
Taula 10.1. Processos, productes i aplicacions de la biomassa
PROCÉS PRODUCTE APLICACIONS
Combustió Gasos calents d'escapament Caldera/màquina de vapor
Calefacció, procés de calor
Aigua calenta, Energia/calor
Gasificació
Gas combustible
Gas de síntesi
Caldera, Motor de gas, turbina de
gas, Cel·la de combustible
Gas natural sintètic
Combustible líquid de motor
Calor
Energia/calor
Calor
Transport
Gas (combustible) Motor Energia/calor
Piròlisi
Líquids
Caldera
Energia/calor
Carbó (combustible sòlid)
Motor
Transport
Font: Adaptat de [40].
Al llarg del present treball, s’explicarà més àmpliament les tecnologies de transformació de la
biomassa per a obtenir productes útils com a font d’energia o matèria per combustible.
10.2. LA COMBUSTIÓ
10.2.1. LA COMBUSTIÓ A PETITA, MITJANA I GRAN ESCALA
La combustió es basa en la transformació de la energia intrínseca de la matèria per a generar
energia tèrmica a partir de la oxidació total del combustible a tractar amb aire. L’energia
despresa s’aprofita per a generar energia tèrmica, mitjançant bescanviadors de calor, i energia
elèctrica, per mitjà de turbines de gas i/o turbines de vapor.
La combustió del petroli, carbó, gas natural, fusta i altres combustibles vegetals, són processos
que s’han establert històricament i s’estableixen tan a nivell domèstic com a nivell industrial
diàriament per a generar energia tèrmica. Segons la capacitat de generació energètica o
productivitat calorífica del forn que es calcula a partir de l’eficiència de combustió del cremador

i de la quantitat en quilos de biomassa que es crema, es pot aprofitar l’energia produïda per a
generar aigua calenta per a processos de calefacció domèstics, comunitaris i/o per sistemes
d’escalfament industrial, i/o per generar energia elèctrica depenent de la tecnologia instal·lada.
Per diferenciar les magnituds de generació es diferencien tres escales de combustió:
Escala petita (5 – 500 kW): generació d’energia tèrmica. Inclou des de llars de foc fins a
sistemes d’escalfament comunitari.
Escala mitjana (0’5 MW – 2MW): depenent de la potència i tecnologia instal·lada, es pot
generar:
- aigua calenta per a calefacció d’edificis i consum sanitari, i energia elèctrica
combinadament.
- Aigua calenta per a calefacció d’edificis i consum sanitari.
La distribució de l’energia generada no seria només residencial, si no que edificis sencers,
petites barriades i fins i tot petits municipis es veurien subministrats de l’energia produïda en
plantes mitjanament grans.
La possibilitat de generar només energia elèctrica per aquesta escala de generació energètica
sembla inviable degut a la baixa eficiència dels sistemes de conversió a energia elèctrica i als
elevats consums de combustible que comportaria.
Escala gran (≥ 2 MW): La majoria dels equips basats en la combustió a gran escala
produeixen aigua calenta i electricitat combinadament. L’abast de la generació energètica
subministraria d’energia a escala comarcal, destinant-se a usos industrials i domèstics.
Al llarg dels següents apartats es descriuran els esmentats sistemes, diferenciant-los per
tecnologies de combustió de petita escala, mitjana escala i de gran escala. Prèviament, es
definiran els conceptes referents a la generació tèrmica i elèctrica.
10.2.2. TECNOLOGIES DE GENERACIÓ TÈRMICA I ELÈCTRICA
L’energia intrínseca de la matèria oxidada esdevé energia tèrmica en forma de gasos i
partícules a elevada temperatura, com a conseqüència de la reacció d’oxidació de l’oxigen que
conté l’aire injectat al forn cremador. Els principals aprofitaments industrials els qual està
encarada la combustió de la biomassa es basen en els processos següents:
• Aplicacions d'aprofitament de calor
• Generació d'electricitat
• Cogeneració
10.2.2.1. LA CALDERA DE BIOMASSA I LA TURBINA DE VAPOR
L’aprofitament del calor resultant de la combustió esdevé en el treball que produeix la caldera
instal·lada al forn. El gas resultant de la combustió de la biomassa circula a través d’una sèrie
de tubs establint una transferència d’energia calorífica del gas a l’aigua circulant del
bescanviador de calor. El resultant és la generació d’aigua calenta per a usos de consum i/o
usos sanitaris i/o per a calefacció.
La turbina de vapor és una turbomàquina que transforma l’energia d’un flux de vapor d’aigua
en energia mecànica. Aquest vapor es genera en una caldera d’on el vapor surt en condicions
d’elevada temperatura i pressió, resultant del contacte del gas de combustió (a elevada
temperatura) amb tubs d’aigua a pressió. En la turbina es transforma l’energia interna del vapor
en energia mecànica que, típicament, és aprofitada per un generador per a produir electricitat.
Al passar el gas per la turbina es redueix la pressió del vapor (s’expandeix) augmentant així la
seva velocitat. Aquest vapor a alta velocitat és la que fa que els aleps de la turbina girin al
voltant d’un eix al incidir sobre ells mateixos. En cas general, una turbina de vapor posseeix
més d’un conjunt “tobera”-alep (o etapa), per a augmentar la velocitat del vapor de mode
10—93

gradual. Això fa que el vapor d’alta pressió i temperatura posseeixi massa energia tèrmica, i
aquesta es converteixi en energia cinètica en un nombre molt reduït d’etapes. La velocitat
perifèrica o tangencial dels discos pot arribar a produir forces centrífugues molt grans causant
avaries a la unitat. En una turbina es poden distingir dos parts: el rotor i l’estator. El rotor està
format per rodes d’aleps unides a l’eix i que constitueixen la part mòbil de la turbina. L’estator
també està formada per aleps, no units a l’eix si no a la carcassa de la turbina. Segons on es
produeixi l’expansió del vapor es distingeixen dos tipus de turbines: d’acció o de reacció.
El moviment cinètic acciona un alternador que provoca la generació d’un corrent elèctric.
Figura 10.1. Tipus de turbina de vapor.
(e)
(a) pure condensing , (b) pure backpressure , (c) single-extraction condensing , (d) double-extraction condensing , (e)
single-extraction backpressure
Font: Adaptat de [41].
10.2.2.2. LA COGENERACIÓ
Per escales mitjanes i grans de plantes de biomassa, la generació tèrmica bé acompanyada de
generació elèctrica per a una mateixa potència instal·lada. La tecnologia i els rendiments
obtinguts en aquest cas són diferents. La cogeneració energètica per a plantes de biomassa es
defineix com la generació d’energia tèrmica i elèctrica a partir d’un mateix combustible. Aquest
procés es basa en l’aprofitament del gas calent exhaust provinent de la turbina de vapor que es
fa servir per a generar energia elèctrica. La utilitat d’aquest gas esdevé en l’ús d’un
condensador (bescanviador de calor) que genera a partir de la temperatura del gas de turbina,
aigua calenta per a usos sanitaris de consum o escalfament residencial.
La cogeneració basada en la biomassa s'utilitza normalment en aplicacions industrials i
d'escalfament de districtes, i s'estableix bé en la indústria de la pulpa i del paper, la indústria
del contraxapat, així com en varies agro-indústries. Sovint, hi han casos on no es millora
l'eficiència d'aquestes indústries. Per exemple, els molins de sucre en la majoria de països
desenvolupats cremen bagassa deficientment per varies raons; per exemple: maquinària vella i
en desús, problemes de disposició de la bagassa deguda a excedents i falta d'estímuls per a
10—94
G
CC
TV
CC
G
TV
CC CC
CC
TV
C
C
G
E
TV
(a) (b)
E
V
TV
(c) (d)
V1
V2
E
C
G
G
V1
V2
CC - Cremador Caldera
TV - Turbina de Vapor
G - Generador
E - Electricitat
V - Vapor
C - Condensador
E
V
E

una operació eficient. Tanmateix, la tecnologia eficient de cogeneració pot jugar un paper
important en trobar la demanda creixent d'electricitat en països desenvolupats.
Un elevat nombre d'estudis s'han portat a terme amb l'objectiu d'estudiar la viabilitat de
cogeneració en diverses agro-indústries, particularment, als molins de sucre (V , molins d'oli de
palma (W , y els molins d'arròs (X .
La cogeneració destinada a l'escalfament de districtes està avui dia desenvolupada, sobretot en
els països nòrdics d'Europa. Els combustibles comuns de biomassa utilitzats en aquest
escalfament són els estelles de fusta i els pellets, encara que altres combustibles de diferent
naturalesa a la fusta també s'utilitzin; com és en el cas d'una de les plantes energètiques de
biomassa a Dinamarca, que es crema palla en un 60% del total del combustible i carbó,
obtenint 18'6 MW d'electricitat i 60MW de calor en forma de vapor utilitzant un llit fluiditzat
circulant modificat com a tecnologia de combustió. La següent Figura 10.2 representa les
eficiències i pèrdues que comporten la implantació de sistemes de generació elèctric i/o tèrmics,
combinadament o per separat. Cal distinguir entre l’eficiència de conversió d’una turbina de gas
(24-43%) i d’una turbina de vapor (24-31%).
Figura 10.2. Balanç d’energia en la cogeneració de calor i electricitat
100
GENERACIÓ COMBINADA
ELECTRICITAT I CALOR
44
56
Pèrdues de la caldera
10
Eficiència Total 85%
Font: Adaptat de Alakangas i Fryktman, 2001 [42].
10.2.2.3. LA CO-COMBUSTIÓ
La co-combustió és el terme nomenat a la crema de fusta juntament amb carbó en forns de
plantes energètiques que normalment utilitzen el carbó com a combustible. La biomassa, en
forma d’estelles de fusta, és addicionada al carbó en una proporció del 5-15% del total, i
cremada per a produir vapor [43]. Aquesta tècnica és una estratègia atractiva per a introduir
l’energia de biomassa a curt termini.
Pel moment, ja s’han identificat un alt nombre de mètodes de co-combustió de fusta amb
carbó: crema de fusta i carbó per cremadors separats amb la mateixa caldera, crema d'una
V) Payne, 1990; Therdyothin et al., 1992; USAID, 1986, 1993
W) Saran, 1986; Siemons, 1994; Wibulswas & Thavornkit, 1988
X) Winrock International, 1990
5 Pèrdues electromecàniques
28 Electricitat
56 Calor
Total de Combustible 132
GENERACIÓ PER SEPARAT
ELECTRICITAT I CALOR
Pèrdues de la caldera
7
3 Pèrdues electromecàniques
70
62
Eficiència Total 64%
28 Electricitat
56 Calor
6 Pèrdues caldera
32
Pèrdues per condensació
Eficiència 40%
Eficiència 90%
10—95

arreja de fusta i carbó per algun o tots els cremadors de la mateixa caldera, i utilitzar
cremadors separats de fusta i carbó per a produir vapor per a una caldera comú.
La biomassa, que presenta quantitats insignificants o absents de sulfur quan crema, quan és
cremada en barreja amb el carbó, el gas del fumeral resultant pot mantenir concentracions
d’òxids de sulfur per sota dels límits acceptables. Ja que la biomassa conté un baix contingut en
nitrogen, la co-combustió també implicaria una reducció del contingut de nitrogen del
combustible. Aquest factor, i el fet que la co-combustió es donaria a baixes temperatures, fa
que com a resultat hi hagi una reducció significativa de les emissions de NOx, en comparació a
la combustió única del carbó.
Tillman et al. (1995) documenta els resultat d'una co-combustió en la qual s'utilitza un 20% de
residu de fusta amb carbó en una caldera de 265.MWth. Els resultats mostren que mentre que
la capacitat de la caldera no era pràcticament afectada per la co-combustió, hi hagué una
reducció de l’eficiència de la caldera d'un 1-2%.
Encara que la biomassa és normalment co-cremada amb carbó, també és possible fer-ho amb
oli. En un document de Hustad et al. (1995), es mostra un programa de proves per a investigar
la co-combustió de la biomassa amb oli al Regne Unit.
El fet que promoure l’energia de la biomassa suposa costos capitals baixos en l'adaptació de la
caldera de carbó, la co-combustió del carbó i la biomassa és també una opció interessant per a
reduir les emissions de SO2, NOx i CO2. Degut a la flexibilitat del combustible, la tecnologia de
combustió de llit fluiditzat és la tecnologia actual dominant pel que fa a la co-combustió de
biomassa amb carbó.
10.2.3. SELECCIÓ D’UN SISTEMA DE CALDERA-CALEFACCIÓ
Tant com per a sistemes de generació energètica de tipus tèrmic, de tipus petit, mitjà, i gran
escala, cal calcular quina és la necessitat energètica abans de procedir a la instal·lació. Així
doncs, el següent apartat defineix els components a tenir en compte a l’hora de fer el càlcul del
la necessitat tèrmica d’una habitació, edifici o conjunt d’habitatges.
10.2.3.1. INSTAL·LACIONS TERMOMECÀNIQUES I SISTEMES DE CALEFACCIÓ
Definició de concepte
Un sistema o instal·lació termomecànic és aquell que està destinat a produir dins d’un local,
modificacions d’humitat relativa, temperatura, etc., respecte a les condicions de l’exterior, de tal
manera que es produeixi un clima confortable per les persones permanents dins del mateix.
Segons el tipus d’instal·lació que es tracti, es produiran modificacions en la temperatura,
humitat relativa, renovació i puresa de l’aire, etc.
Així doncs, les instal·lacions termomecàniques es poden classificar en:
• Instal·lacions de calefacció
• Instal·lacions d’aire condicionat
• Instal·lacions de ventilació mecànica
Cada una d’aquestes instal·lacions està conformada bàsicament per una sèrie de components
comuns entre alguns d’ells. Tanmateix, el centre d’estudi d’aquest document es basa en l’anàlisi
de sistemes de calefacció, instal·lació que serà descrita seguidament amb detall.
Les instal·lacions de calefacció estan conformades bàsicament pels següents components
principals, com mostra la Figura 10.3.
10—96

Figura 10.3. Sistema de calefacció central
Font: Figura adaptada de [44]
1. Planta tèrmica 3. Canalitzacions d’alimentació (canonades)
2. Equips terminals 4. Canalitzacions de retorn (canonades)
La Planta tèrmica fa la funció de generar un fluid calefactor (aigua, aire, vapor a baixa
pressió) i consta de: caldera, cremador, controls, conducte d’evacuació de fums,
subministrament de combustible, etc.
Les canalitzacions són les encarregades de transportar el fluid calefactor generat a la planta
tèrmica, fins als equips terminals. Aquestes canalitzacions poden ser de anada (montants o
alimentació) i de tornada (retorns).
Els equips terminals són les fonts emissores de calor, encarregades de transferir les calories
del fluid calefactor als diversos locals. Aquests equips poden ser: radiadors, convectors,
caloventiladors, pannells radiants, difusors, reixes, etc.
Un sistema de calefacció té com a funció aconseguir un augment de la temperatura dels locals,
produint simultàniament un moviment natural de l’aire (convecció).
Generalment la renovació d’aire no s’aconsegueix amb un sistema d’aquest tipus, excepte en el
cas particular d’un sistema de calefacció per aire calent, on sí s’obté aquesta renovació i a més
s’aconsegueix una circulació o moviment de l’aire forçat.
Tal i com indica la Figura 10.3, es tractarà de la selecció dels sistemes centrals, els quals poden
classificar-se en:
• Per aigua calenta; circulació natural i circulació forçada
• Per vapor a baixa pressió
• Per aire calent
• Per pannells radiants
10.2.3.2. INSTAL·LACIÓ PER AIGUA CALENTA
Avantatges
o Calor suau, agradable i amb baix torrat de pols.
o Funcionament silenciós.
o Major duració de les canonades (amb protecció exterior a través d’aïllaments i
revestiments, i interior per estar sempre plena d’aigua).
o Bona regulació en plana tèrmica i en equips terminals.
o Calor remanent en els equips terminals, després de parar el funcionament del sistema
(inèrcia tèrmica).
Inconvenients
3
1 2
4
o Lentitud de posada en marxa i en règim. A fi de millorar aquest inconvenient s’utilitzen
sistemes de circulació forçada a través de bombes circulatòries col·locades als retorns.
o Greus inconvenients a l’edifici al produir-se pèrdues d’aigua a les canonades, en major
mesura si aquestes es troben embotides.
10—97

o En zones de molt baixes temperatures es pot produir la congelació de l’aigua.
o En funció dels equips terminals utilitzats, les fonts emissores són puntuals, pel que la
distribució de calor no és uniforme.
10.2.3.3. INSTAL·LACIÓ PER VAPOR A BAIXA PRESSIÓ
Avantatges
o Ràpida posada en marxa i en règim.
o No existeix la possibilitat de congelació de l’aigua.
o Menors inconvenients a l’edifici en cas de produir-se deterioraments a les canonades,
respecte el sistema anterior.
Inconvenients
o Calor arravatant, fort i amb alt grau de torrat de pols.
o Funcionament sorollós.
o Menor duració de les canonades (l’interior té alternativament vapor d’aigua, condensat i
aire).
o Difícil regulació en equips terminals.
o No existeix calor romanent als equips terminals.
o En funció dels equips terminals utilitzats al ser puntuals les fonts emissores, la distribució
de calor no es realitza uniformement.
10.2.3.4. INSTAL·LACIÓ PER AIRE CALENT
Avantatges
o Calor suau i agradable.
o Ràpida posada en marxa i en règim.
o Té possibilitat de filtrat de l’aire i renovació (ventilació).
o No existeixen problemes de pèrdues d’aigua.
o Duració il·limitada de les canalitzacions.
o Bona distribució del calor, en funció d’una correcta distribució dels equips terminals
(reixes i/o difusors).
Inconvenients
o No existeix la possibilitat de regulació per part de l’usuari.
o No existeix calor romanent dels equips terminals.
o Requeriments d’espais amplis per a la ubicació de conductes.
10.2.3.5. INSTAL·LACIÓ PER PANNELLS RADIANTS
Avantatges
o Calor suau, agradable i amb baix torrat de pols (degut a les baixes temperatures de
règim).
o Funcionament silenciós.
o Major duració de les canonades (a més dels avantatges indicats en la de l’aigua calent,
estan protegides exteriorment amb morter en base a ciment, ja que generalment
s’emboteixen en lloses).
o Baixa temperatura de l’aire del local (conseqüència de la transmissió de calor per
radiació)
10—98

o Possibilitat de ventilar els locals a través de finestres, amb poca pèrdua de calories.
o Distribució del calor uniforme, ja que les superfícies emissores són importants.
o Flexibilitat total dels locals, al no aparèixer en els mateixos els equips terminals.
Inconvenients
o Gran inèrcia tèrmica, que ocasiona en zones de temperatures molt variables una difícil
regulació.
o Degut a l’indicat al punt anterior, el sistema de control deu ser molt estricte.
o Lentitud de la posada en marxa i en règim.
o Greus inconvenients a l’edifici, en casos de produir-se pèrdues a les canonades.
o Possibilitat de congelació de l’aigua en zones de baixes temperatures [43].
10.2.3.6. CÀLCUL DE LA NECESSITAT ENERGÈTICA
Per a seleccionar una tipologia de caldera ideal per la instal·lació d’un sistema de calefacció cal
preveure les necessitats energètiques o càrrega calorífica necessària que requereix el local,
habitatge o conjunt d’edificis a subministrar de calefacció.
El sistema de calefacció ha de tenir principalment en compte el factor climàtic a la hora de
dissenyar la instal·lació. Tanmateix, el factor de temperatures no esdevé suficient en el càlcul
d’energia requerida per l’edifici a gestionar, ja que altres factors climàtics com la direcció i
velocitat del vent, l’altitud sobre el nivell del mar i la radiació solar incident a la zona segons la
latitud del lloc d’emplaçament de l’edifici [45], i d’altres més físics com el grau d’aïllament de
l’edifici i superfície a escalfar en metres quadrats, número de persones a escalfar, orientació de
l’edifici... comporten comportaments en el sistema de calefacció que han de ser previstos a
l’hora de calcular la capacitat de producció de calor del sistema cremador-caldera de biomassa,
component clau de l’estudi en aquest apartat (Taula 10.2).
Taula 10.2. Factors incidents en el càlcul de la capacitat necessària d’un sistema calderacalefacció
FACTORS CLIMATOLÒGICS FACTORS FÍSICS
Temperatura, Graus-dia Superfície a escalfar en metres quadrats
Règims de vent, direcció i velocitat Grau d’aïllament de l’edifici
Radiació solar incident Pèrdua de calor per persones a escalfar
Font: Elaboració pròpia.
10.2.3.7. EFECTE DE LA TEMPERATURA EN EL CÀLCUL DELS GRAUS-DIA
L’elecció de les condicions exteriors de temperatura seca i, en els seu cas, de temperatura
humida simultània del lloc, que són necessàries pel càlcul de la demanda tèrmica màxima
instantània i, en conseqüència pel dimensionat dels equips i aparells, es farà en base al criteri
de nivells de percentils, que podran ser inclòs diferents per a diferents subsistemes de la
mateixa instal·lació. Per a la selecció dels nivells percentils es tindran en compte les indicacions
de la norma UNE 100.014.
Per al càlcul del consum energètic de l’edifici o local al llarg d’una temporada es tindran en
compte les dades de l’any típic del lloc o territori (temperatura seca, temperatura humida
coincident i radiació solar), o en el seu defecte, limitat al càlcul del consum en règim de
calefacció, les dades dels graus-dia de la norma UNE 100.002.
Així doncs, la següent Taula 10.3 resumeix les dades climatològiques, referents a temperatura,
de Catalunya per diferents punts de les 4 províncies que la conformen, en forma de graus-dia
en períodes d’un mes essent la Temperatura Base de 15ºC. Y
Y) La Temperatura base (Tb) es defineix com la temperatura de referència per a la determinació dels graus.dia
relacionada amb la temperatura de l’aire exterior per sota de la qual es necessita calefacció; a la norma UNE 100.002 es
considera Tb=15ºC.
10—99

Prenent les dades del Montseny com les representatives de la zona d’estudi, es pot representar
en una gràfica el perfil climatològic en forma de graus dia, és a dir, la demanda calorífica
requerida a partir d’una Temperatura Base de 15ºC, tot i així ententent que un sistema de
calefacció s’ha d’adaptar a unes necessitats definides per un entorn físic. El càlcul de número de
graus-dia en un mes resulta del sumatori per a cada dia, de la diferència entre la Temperatura
Base establerta per la UNE 100.002 de 15ºC i la temperatura mínima aconseguida cada dia. La
següent Figura 10.4 defineix l’evolució del número de graus-dia a la zona del Montseny
calculats per a cada mes, període de càlcul definit segons la norma UNE 100.002.
Figura 10.4. Graus dia a l’any en la zona del Montseny
GRAUS-DIA
10—100
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
Font: Adaptat de [45].
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Gen Feb Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Oct Nov Des
MESOS
Les dades representades en el document de la UNE mostra una demanda anual calorífica de
3289 graus-dia.

Taula 10.3. Dades climatològiques de Catalunya, demanda de temperatura per graus.dia.
Observatori Longitud Latitud Altitud Dies Gen Feb Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Oct Nov Des Any
Barcelona (província)
Montseny 02 26 E 41 46 N 1712 330 425 432 444 364 146 137 42 58 133 236 337 435 3289
St. Llorenç de Munt 02 02 E 41 36 N 1095 258 359 300 271 199 94 32 4 5 31 119 248 349 2011
Vic 02 16 E 41 56 N 484 222 359 272 221 131 36 2 0 0 7 80 224 353 1685
Sabadell 02 07 E 41 33 N 190 193 210 171 143 76 14 0 0 0 1 25 104 217 961
Prat de Llobregat (Aeroport) 02 06 E 41 18 N 3 188 182 153 137 73 13 0 0 0 0 17 85 180 840
Moyà 02 06 E 41 49 N 717 251 373 324 283 216 93 18 0 1 31 152 260 356 2107
Manresa 01 50 E 41 43 N 232 210 346 275 226 128 32 2 0 0 3 63 209 348 1632
Igualada 01 37 E 41 35 N 284 207 273 220 189 103 27 1 0 0 2 42 159 274 1290
Girona (Província)
La Molina 01 58 E 42 12 N 1711 340 501 480 480 378 260 142 49 66 148 262 392 508 3666
Figueres 02 58 E 42 16 N 39 187 204 173 144 71 17 1 0 0 2 29 113 208 962
Girona 02 50 E 41 59 N 70 199 232 199 167 91 21 1 0 0 2 41 133 232 1119
Ribes de Freser 02 10 E 42 18 N 912 261 329 298 281 190 88 27 2 3 48 127 240 334 1967
La Farga de Bebie 02 13 E 42 08 N 950 238 347 284 250 151 57 17 0 1 13 89 214 334 1757
Begur 03 14 E 41 57 N 220 203 207 190 158 98 23 2 0 0 4 50 115 199 1046
Lleida (Província)
Viella 00 48 E 42 42 N 974 278 372 336 322 234 133 55 11 17 65 150 283 401 2379
Tàrrega 01 09 E 41 39 N 373 221 361 279 232 128 37 3 0 0 10 91 240 362 1743
Pont de Suert 00 45 E 42 24 N 838 259 404 346 305 199 90 20 2 4 36 141 289 409 2245
Seu d’Urgell 01 28 E 42 21 N 691 238 403 307 219 152 58 14 1 1 17 115 273 376 1936
Lleida 00 37 E 41 37 N 202 193 300 204 157 75 14 0 0 0 2 41 174 302 1269
Tarragona (Província)
Tortosa 00 30 E 40 09 N 14 157 149 110 90 35 4 0 0 0 0 7 60 154 609
Reus (Base Aèria) 01 10 E 41 06 N 134 185 187 147 134 67 14 0 0 0 1 19 100 178 847
Vandellós (Central Nuclear) 00 52 E 40 57 N 25 161 126 96 96 47 7 0 0 0 0 5 47 111 535
Tarragona 01 15 E 41 07 N 51 181 158 132 125 63 12 1 0 0 0 15 75 158 739
Font: Adaptat de [45].
10—101

10.2.3.8. LA IRRADIACIÓ SOLAR I L’ENTERBOLIMENT ATMOSFÈRIC
La irradiació solar té també una certa importància en la tècnica de calefacció, ja que representa
una font de calor addicional però irregular. Durant l’hivern, en conseqüència de la baixa altura
del sol, i a pesar de la curta durada de la seva radiació, el guany de calor a través de les
finestres és notable. Amb grans finestres, la radiació solar, durant març i abril, pot cobrir la
demanda de calor en una habitació. En les tècniques de ventilació i climatització, la radiació
solar comporta una importància molt gran, degut a què en la refrigeració dels espais tancats,
s’absorbeix una considerable quantitat de la demanda del fred, i en algunes ocasions, la major
part.
La superfície de la Terra rep solament una part de la quantitat de calor transferida per
l’atmosfera, ja que aquesta, debilita la radiació emesa pel Sol de diferents maneres:
10—102
1. Per dispersió i reflexió de les molècules de l’aire, així com les partícules de pols i vapor,
els rajos són desviats de la seva direcció inicial (causa de la llum diürna difusa). La
dispersió és tant major quant més curta és la longitud d’ona.
2. Per absorció, una part de la radiació es transforma en energia calorífica. L’absorció es
produeix principalment pel contingut en l’atmosfera d’ozó, anhídrid carbònic i vapor
d’aigua, així com pel pols i fums, mentre que l’oxigen i el nitrogen, pràcticament, no
afecten el pas dels raig.
En tots els casos, la reducció de la radiació serà més gran quant més llarg sigui el recorregut
dels rajos a través de l’aire, de forma que, igualment amb la temperatura, s’obtenen unes
variacions diàries i anuals de la intensitat de radiació.
Per a determinar l’amortització de la intensitat de radiació, s’ha introduït el “factor
d’enterboliment T”. Sota aquest concepte s’entén el número imaginari d’atmosferes pures, que
produeixen el mateix enterboliment que l’atmosfera real. L’atmosfera pura té un factor
d’enterboliment T=1. Com a exemple de dades d’enterboliment i la seva variació en els valors
segons diversos escenaris, es mostren els valors d’enterboliment calculats segons DIN 4710 de
la radiació directa i difusa, per a una latitud de 50º nord a la següent Taula 10.4. Ja que no es
disposen de dades d’enterboliment a Catalunya, l’exemple propi dels països trobats en la latitud
esmentada mostra, tanmateix, l’efecte d’enterboliment màxim i mínim que es pot detectar a la
indústria, grans ciutats o al camp [46].
Taula 10.4. Enterboliments màxims i mínims de la radiació solar segons DIN 4710
Atmosfera Indústria Grans ciutats Camp
Enterboliment màxim (juliol) 5’8 4’0 3’5
Enterboliment mínim (gener) 4’1 3’0 2’1
Mitjana anual 5’0 3’5 2’75
Font: Taula adaptada de [46].
En la següent Taula 10.5, es mostren dades de radiació directa i difusa per a latituds de 50º
nord, així com l’enterboliment que afecta a aquestes (Z , segons la bibliografia anterior
esmentada.
Taula 10.5. Intensitat màxima dels rajos solars sobre superfícies normals segons DIN 4710.
Atmosfera Indústria Grans ciutats Camp
Radiació directa 721 W/m 2
872 950
Radiació difusa 216 W/m 2 168 141
Enterboliment 5’5 3’6 2’9
Mes
Font: Taula adaptada de [46]
Maig Abril Abril
La suma de les radiacions directa i difusa, així com de la contra-radiació atmosfèrica és la
radiació total o global [46]. Aquest valor resulta directe en la detecció segons l’estació
Z) La part de la radiació que es dispersa al travessar l’atmosfera terrestre, i al xocar contra les molècules de l’aire, arriba
a la superfície de la terra en forma de l’anomenada radiació difusa d’ona curta. L’enterboliment de l’atmosfera debilita la
radiació solar directa però augmenta la radiació difusa.

meteorològica que la mesura. Així doncs, es disposen de dades d’irradiacions a Catalunya,
publicades per l’Institut de Meteorologia de Catalunya. A la següent Taula 10.6 es mostren els
valors d’irradiació detectats per les comarques que inclouen els Parcs Montseny i Montnegre-
Corredor, és a dir: La Selva, Maresme i Vallès Oriental.
10—103

Taula 10.6. Irradiació Solar Mitjana Diària a La Selva, El Maresme i al Vallès Oriental (MJ/m 2 ) Any 2003
COMARCA ESTACIÓ GEN FEB MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OCT NOV DES ANY
La Selva Anglès 6’7 7’1 13’5 17’2 18’1 21’9 21’0 19’3 13’0 8’3 6’5 5’3 13’2
Cabrils 8’1 8’8 16’4 20’3 22’8 26’4 24’3 23’6 16’9 10’3 8’2 6’7 16’1
Dosrius 7’9 7’9 15’4 19’0 21’4 25’9 25’0 24’8 15’4 8’9 7’5 6’4 15’1
Malgrat de Mar 7’1 8’0 14’2 18’3 20’2 23’6 23’1 21’8 15’0 9’1 7’2 5’6 14’5
Vilassar de Mar 7’3 7’9 15’1 18’3 20’6 23’7 23’1 21’2 15’1 9’3 7’3 5’9 14’6
Caldes de Montbui 6’4 7’0 13’5 17’3 19’2 22’7 22’6 20’7 13’8 8’5 5’9 5’0 13’6
Montmeló 7’2 7’7 14’4 17’9 20’2 24’4 22’8 20’4 14’4 8’8 6’6 5’6 14’2
Tagamanent - Montseny 7’1 7’4 14’5 16’9 18’7 23’4 22’2 20’7 12’7 8’3 7’2 5’8 13’8
Vilanova del Vallès 7’2 7’8 15’9 19’8 22’5 25’9 25’1 22’9 16’6 9’8 6’9 6’1 15’6
Maresme
Vallès Oriental
Font: Adaptat de [47].
10—104

10.2.3.9. EL VENT
El vent pot tenir una considerable influència en el calor requerit en una habitació, ja que degut
a les diferències de la pressió entre l’aire interior i l’exterior, aquest últim, fred, pot introduir-se
dins a través de les ranures de les finestres i portes. Això pot conduir a corrents d’aire
desagradables. En els reglaments de protecció del calor (WSVO de 11.8.77) estan limitades les
fugues a través de finestres i portes.
La renovació mitjana n de l’aire, en les finestres velles, arriba a valors mitjans de n= 0’5 ... 1’0,
i en punts esporàdics pot arribar a valors superiors. Actualment les finestres s’instal·len amb un
ajust excepcional, i arriba solament unes dècimes als valors esmentats. Per altra vanda,
actualment es traspassa amb freqüència la quantitat mínima exigida per les ordenances
higièniques, que per a habitatges, està compresa entre els valors esmentats superiors n= 0’5 ...
1’0 h -1 .
La potència calorífica en aquests casos depèn en gran part de les pèrdues per transmissió. El
càlcul es realitza segons DIN 4710, d’acord amb l’admissió de les fugues i la magnitud de
l’edifici. Aquesta magnitud té en compte també la regió (intensitat o força del vent), situació
(lliure o normal), tipus de vivenda (individual o adosada), els factors de correcció i també
l’altura dels edificis.
També en instal·lacions de ventil·lació ha de tenir-se en compte la influència del vent. En la
façana d’un edifici orientada cap al vent (barlovent) es produeix una sobrepressió, i en la
protegida del vent (sotavent) una depressió.
La velocitat mitjana del vent es mesura en les estacions meteorològiques amb el conegut
anemòmetre de culleres en creu, en la majoria de vegades a una altura que varia dels 20 als 30
metres sobre el sòl. La següent Taula 10.7, representa les dades de velocitat del vent per a
cada mes, així com la direcció predominant per a les tres comarques que inclou l’escenari
d’estudi El Montseny- Montnegre i Corredor (La Selva, El Maresme i El Vallès Oriental).
La velocitat del vent augmenta amb l’altura. A 100 m d’altura és un 50% major que als 10 m. El
màxim es produeix cap al migdia. En quant a la seva direcció, s’indica en les taules
meteorològiques per la lectura de la rosa dels vents, dividida en vuit parts, i en tant per cent
del número d’observacions. La velocitat del vent, juntament amb la seva direcció, són factors
que influencien la pèrdua de calor d’un edifici o habitatge [46].
10—105

Taula 10.7. Velocitat del vent i direcció predominant a La Selva, El Maresme i al Vallès Oriental (m/s) Any 2003
ALTURA
MITJANA
COMARCA ESTACIÓ
GEN FEB MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OCT NOV DES
MESURA
ANUAL
2’3 1’8
1’5 1’7 1’3 1’2
La Selva Anglès 10 m
1’7 SE 2’2 SE 1’6 SE 1’7 SE 2’2 SE 2’1 SE
1’8 SE
NW NW
SE W NW NW
1’9 1’8 1’5 1’6 1’3 1’3 1’5 1’4 1’4 1’8 1’4 1’5
Cabrils 2 m
1’5 NW
NW NW NW NW NW NW NW NW NW NW NW NW
1’0 1’0 1’0 1’3 1’1 1’1 1’2 1’1 1’0 1’2 0’9 0’8
Dosrius 2 m
1’1 NE
NE NE NE NE NE NE NE NE NE NE NE NE
Maresme
1’8 1’7
1’5
Malgrat de Mar 2 m 1’7 N 2’0 SE 1’6 SE 2’1 SE
1’5 N
1’5 N 2’0 N 1’3 N 1’5 N 1’7 N
SW SW
SW
2’2 2’9 2’6 3’0 2’5 2’5 2’5 2’4 2’6 3’9 1’9 1’8
Vilassar de Mar 10 m
2’5 SW
NW NW NW SW SW SW SW SW NW NE NW NW
Caldes de Montbui 2 m 1’2 N 1’2 N 1’2 N 1’5 N 1’2 N 1’6 N 1’9 N 1’8 N 1’3 N 1’2 N 0’8 N 0’9 N 1’3 N
1’6 1’9
2’0 1’9
1’9
d.i.
Montmeló 10 m
1’6 E 2’3 E
2’1 E
1’8 E 2’2 E
1’7 E 1’9 E
SW NE
SE SE
SE
d.i.
Vallès Oriental
0’9
1’3
1’0
Tagamanent - Montseny 2 m
1’2 S 1’1 S 1’4 S 1’3 S 1’3 S 1’4 S 1’3 S 1’1 S
1’1 S
1’2 S
N
N
N
1’4 1’7 1’7 1’8 2’0 1’7 1’2
0’9
Vilanova del Vallès 2 m 1’1 E 1’2 E
1’2 E
0’9 E 1’4 SE
SE SE SE SE SE SE SE
SE
Font: Adaptat de [47]
10—106

10.2.3.10. PÈRDUA DE CALOR DE L’ÉSSER L’HUMÀ
Sobre la magnitud total de pèrdua de calor de l’ésser humà, actualment es disposen de
mesures efectuades amb números diferents. Les següents Taula 10.8 i Taula 10.9, mostren
dades de pèrdues de calor segons la temperatura de l’aire i l’activitat física. Així doncs, segons
el número de persones i la seva activitat física que produiran en l’emplaçament d’instal·lació del
sistema de calefacció, la caldera variarà de característiques, ja que el benestar de la persona
variarà si requereix demanda calorífica per calefacció o si li és aportat eficientment.
Taula 10.8. Pèrdues de calor i de vapor d’aigua de l’home*
Temperatura de Calor Sensible Calor latent (vapor Pèrdua total de Pèrdua de vapor
l’aire (ºC)
(W)
d’aigua) (W)
calor (W) d’aigua (g/h)
10 136 21 157 30
12 126 21 147 30
14 115 21 136 30
16 106 21 127 30
18 98 23 121 33
20 92 27 119 38
22 85 33 118 47
24 77 41 118 58
26 69 49 118 70
28 58 59 117 85
30 47 69 116 98
32 33 81 114 116
* Home assegut, vestit normal, amb activitat lleugera i aire en repòs; humitat de l’aire de 30 .. 70%.
Font: Taula adaptada de [46].
Taula 10.9. Pèrdues de calor total de l’home en activitats diverses (graus d’activitat de I a IV
segons ISO 7730)
Activitat
Grau
d’activitat
Quota metabòlica = pèrdua de calor
W/m 2
Met ** ≈ W
En estat de repòs I
46 0’8 80
Assegut, relaxat 58 1’0 100
Dret, relaxat 70 1’2 125
Assegut, activitat lleugera
(oficina, casa, escola, laboratori)
70 1’2 125
Dret, activitat lleugera
(activitat delineant)
81 1’4 145
(Compres, laboratori, indústria lleugera) II 93 1’6 170
Activitat corporal moderada
(treballs domèstics i amb màquines)
III 116 2’0 200
Treballs pesats
(treballs pesats amb màquines)
** 1 met = 58’2 W/m
IV 165 2’8 300
2
Font: Taula adaptada [46]..
10.2.3.11. LA TEMPERATURA DE LES PARETS
La temperatura de les parets depèn de la temperatura exterior, del material d’aïllament de la
paret, i de la col·locació dels radiadors en l’habitació.
La temperatura mitjana de les parets circumdants, incloses les superfícies de calefacció en una
habitació, anomenada temperatura de radiació tw, és molt important en el refredament del cos
humà i per tant en el seu benestar. El valor tw es calcula amb la següent fórmula:
tw =
Σ (A · t)
Σ A
on A són les diferents superfícies (radiadors, parets, finestres, etc.) i t les seves temperatures.
Per incloure la influència física de la temperatura de les parets, al menys en ordre de magnitud,
s’ha proposat el següent càlcul:
10—107

El calor total sensible cedit pel cos humà és:
a on:
10—108
Q = (αk + αs) · A (t0 - tL) en W
αk = quantitat del calor cedit per convecció
αs = quantitat de calor cedit per adiació.
t0 = temperatura mitjana superficial de la persona vestida normalment 26ºC.
tL = temperatura de l’aire.
Si la temperatura mitjana de les parets descendeix 1K, per a una persona en repòs, això equival
a un descens de la temperatura de l’aire d’1K. O sigui que la temperatura de l’aire i de les
parets tenen una influència important per igual, sobre la pèrdua del calor del cos humà. De
gran importància per a la influència de la temperatura de les parets, amb l’aïllament tèrmic
(veure Figura 10.5 i Figura 10.6), és l’emplaçament dels radiadors i el lloc d’ubicació de la
persona dins de l’habitació.
Figura 10.5. Temperatura de les superfícies interiors de les finestres i parets.
Temperatura de la superfície interior tw
Font: Figura adaptada de [46].
20
ºC
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
Temperatura de l’aire
en el local de 20ºC
Salt de temperatura
∆ti = k·∆t/αi = k·∆t/8
-8
-20 -10 0 10 ºC 20
Temperatura exterior
24 cm de maó
Vidre doble
Finestra senzilla (fusta)

Figura 10.6. Temperatura de les superfícies interiors de les finestres normals i de ventilació
Temperatura de les superfícies
20
ºC
15
10
Font: Figura adaptada [46].
5
0
-5
-10
-20 -10 0 10 ºC 20
Temperatura exterior
Finestra de ventilació
2-Vidres d’aïllament doble
Vidre doble
Vidre senzill
Si, per exemple, el radiador es troba emplaçat en la paret interior, i la persona molt a prop de
la finestra en la paret exterior, la radiació del calor cap a l’exterior, provoca sempre una
sensació de malestar (Corrent de radiació). A més l’aire fred que baixa des de la finestra
produeix l’aparició de corrents. Si pel contrari, el calor de l’habitació procedeix dels radiadors
col·locats en la part inferior de la finestra, llavors la influència de la paret exterior freda i de la
superfície de la finestra, queda compensada pel calor emès pel radiador (Figura 10.7). Amb
l’aïllament perfeccionat de les parets, que avui dia s’exigeix, i amb les finestres estanques,
també és possible la instal·lació dels radiadors en les parets interiors. En aquest cas, el gradient
de temperatura varia d’un mode insignificant. La instal·lació en les parets interiors produeix,
llavors, només un 3% de l’estalvi de calor.
El calor de la radiació en determinats casos pot ser gran i conduir a una sensació de malestar.
Degut a això, la persona se separa del radiador. En ambdós casos, existeix una càrrega tèrmica
asimètrica del cos que és molt desagradable. Les diferències de 20 a 30 W/m 2 es senten ja
d’una manera ostensible; el refredament asimètric del cos, per exemple del cap, en més de 40
W/m 2 produeix malestar. A un coeficient de radiació de la pell de α= 7 ...8 W/m 2 K, li correspon
una diferència de temperatura d’aproximadament 5 K.
En determinats llocs de treball (cuines, forns) la càrrega produïda per la irradiació del calor és
especialment gran. Amb una irradiació del calor >300 W/m 2 sobre més de la meitat del cos,
s’han d’utilitzar dispositius de protecció.
Amb la radiació solar a través de les finestres es poden produir càrregues de 350 a 450 W/m 2 .
En les “calefaccions de terra” s’ha demostrat que en les sales de descans permanent, la
temperatura de superfície superior a 27ºC exerceix una acció desagradable. Actualment, en les
calefaccions només de terra, l’aparició dels corrents d’aire es poden evitar, mitjançant vidres
d’alt grau d’aïllament. D’altra banda, no s’han de sobrepassar els 17ºC de la temperatura del
terra. En aquest cas, és d’importància el coeficient de penetració de calor del sòl, sobretot si
aquest va a ser trepitjat per peus descalços.
En les calefaccions de sostre, la radiació addicional del calor sobre el cap de les persones, quan
la temperatura ambient és de 20ºC, no ha de sobrepassar uns 12W/m 2 , ja que en cas contrari,
el cap no es refredaria suficientment, lo que conduiria a un malestar en algunes persones. Quan
més baix sigui el sostre d’una habitació, tant menor ha de ser la temperatura mitjana; per a 3
m d’altura, la temperatura màxima ha de ser de 35ºC.
10—109

Per a la calefacció de paret amb superfície de calefacció sota les finestres, s’admeten
temperatures més altes, ja que el cos projecta, simultàniament, el calor cap a l’exterior, per la
finestra.
Figura 10.7. Representació de la pèrdua del calor humà en locals amb doble vidre i diverses
calefaccions (segons Kollmar)
Finestra
- 15ºC
Finestra
- 15ºC
Els números sobre els caps de les persones representades representen els valors de pèrdues del calor, en W, per a cada
lloc corresponent.
A = Radiador sota de la finestra
B = Radiador en la paret interior
C = Calefacció de sostre
D = Calefacció de sostre i terra, així com de la superfície de la finestra. (Calefacció de superfície)
Font: Figura adaptada de [46].
10—110
+ 20ºC + 20ºC
15 89 99
+ 20ºC
Finestra
- 15ºC
136 116 105
+ 20ºC
A
+ 18ºC + 18ºC
131 116 109 Finestra 116 116 116
+ 18ºC
- 15ºC
C D
B
45ºC 30ºC 25ºC
50º
+ 5ºC

10.2.3.12. CÀLCUL DE LA DEMANDA DE CALOR PER A LES INSTAL·LACIONS DE
CALEFACCIÓ
El procediment per a calcular la demanda de calor en locals normals es troba normalitzat en la
norma DIN 4701 3.83. La demanda de calor total · QN (demanda normal de calor) de locals
normals es composa de dos parts:
·
1. Demanda (consum) de calor de transmissió QT= pèrdua de calor a través de les
superfícies circundants.
2. Demanda de calor de ventilació QL · per a escalfar l’aire exterior que ha penetrat.
Per a casos especials (locals escalfats poques vegades, naus industrials...) s’indiquen mètodes
especials de càlcul.
La demanda de calor en els càlculs es considera com a una característica de l’edifici, de manera
que la classe de calefacció amb diferent confort tèrmic no té cap influència. La comprovació
sobre el compliment de les normes es pot realitzar només mitjançant el càlcul. Si en el càlcul
correcte no s’obtenen les temperatures previstes, llavors el defecte s’ha de buscar en l’edifici.
Tanmateix, cal tenir present que depenent de l’edifici a escalfar, tipologia segons l’ús o servei
que s’hi estigui reproduint a l’interior, les necessitats energètiques variaran. Així doncs, la
característica típica d’una adequada calefacció és la temperatura interior de confort (ti) a la qual
s’arriba, depenent de les activitats que es realitzin al local o habitatge en qüestió. En un local on
es realitzin treballs amb esforços físics notables es necessitarà una temperatura inferior a la
d’un local on els individus es trobin en situació de descans. La temperatura de “confort” depèn
de molts factors, com l’edat, situació física en la que es trobin els residents, grau d’humitat de
l’ambient, etc. La següent Taula 10.10 resumeix les temperatures recomanades com a
confortables per a diferents tipologies d’habitatge.
Taula 10.10. Temperatures interiors recomanades
Font: Adaptat de [46].
Estructuració del càlcul
El càlcul comença amb la determinació del consum normalitzat de calor per transmissió, segons
l’equació:
·
A(θi - θa)
on:
QT = k · A(θi - θa) = en W
Rk
A = superfície de l’element de construcció en m 2 .
k = coeficient de transmissió de calor en W/m 2 K
1/k = Rk = resistència a la transmissió calorífica en m 2 k/W
θi = temperatura ambient ºC
θa = temperatura exterior ºC
La demanda de calor per ventilació es determina segons la fórmula següent:
· ·
QL = V · δ c (θi - θa) en W
on:
·
V = cabal de l’aire en m 3 /s
c = calor específic de l’aire en J/kg K
δ = densitat de l’aire en kg/m 3 .
Tipologia de local Temperatura en ºC
Habitatges 21-25
Locals d’espectacles 20-24
Hospitals 23-26
Residències d’ancians 23-27
Magatzems i comerços 20-24
Oficines 22-24
Tallers i fàbriques 17-22
10—111

Consum (demanda) de calor de transmissió QT
La determinació del coeficient de transmissió de calor k, o de la · resistència a la transmissió
calorífica 1/k es realitza segons l’equació següent:
on:
1
k
10—112
1 1 d
= + + Σ o RK = Ri + Ra + Σ Rλ
αi αa
αi = coeficient de transmissió de calor interior
αa = coeficient de transmissió de calor exterior
d = espessor de la capa (paret)
λ = coeficient de conductivitat tèrmica
k = coeficient de transmissió tèrmica
RK = resistència a la transmissió calorífica = 1/k
Rλ = resistència a la conductivitat tèrmica
En les normes no s’indiquen més els coeficients de transmissió tèrmiques k dels diferents
elements constructius, si no que s’ha de determinar per a cada capa de l’element constructiu la
resistència de conductivitat tèrmica Rλ. La suma de les resistències de la transmissió de calor
1/αi = Ri i 1/αa = Ra la resistència total de transmissió de calor 1/k = RK = de l’element
constructiu. Llavors el coeficient de transmissió de calor kN = k + ∆ kA = ∆ ks.
Els valors per a la resistència a la conductivitat tèrmica Rλ es deuen extreure del DIN 4108-P4.
La següent Taula 10.11 mostra un exemple de càlcul de la resistència a la conductivitat tèrmica
Rλ d’un element constructiu.
Taula 10.11. Exemple de càlcul de Rλλλλ d’un element constructiu
Material de construcció
1/αa = Ra - - 0’040
Revestiment exterior 0’015 1’40 0’011
Estera de fibres de vidre 0’030 0’041 0’732
Mur de maons 0’24 0’61 0’393
Revestiment interior 0’015 0’70 0’021
1/αi = Ri
1/k = Rk = 1’327
- - 0’130
Material aïllant
Revestiment
Font: Taula i figura adaptades de [46].
λ
d
espessor m
Mur de maons
1400 kg/m 3
240 cm
15 cm 30 cm 15 cm
λ
W(mK)
Rλλλλ
m 2 K/W
Revestiment
Els valors de k i Rλ per vitralls, finestres i altres materials venen indicats, a més del DIN 4108-
P4, a la bibliografia esmentada pròpia de la taula i figura anteriorment mostrades.

En els locals que estan en contacte amb el terra, la pèrdua de calor es produeix en part a través
del terreny a l’aire exterior, i una altra part a través del terreny cap a l’aigua subterrània. La
pèrdua de calor resulta, llavors, la següent:
θi - θAL
QT = Atot en W
·
RAL + θi - θGW
θAL = temperatura mitjana exterior ≈ 0 ... 5ºC ≈ (θa + 15)
RAL = Ri = RλA + RλB + Ra = resistència equivalent a la transmissió de calor local - aire exterior.
RλA = resistència equivalent a la conductivitat tèrmica del terreny
RλB = resistència a la conductivitat tèrmica dels elements constructius.
RGW = Ri + RλB + RλE = resistència equivalent a la transmissió del calor local –aigua subterrània.
RλE = T/λe = resistència a la conductivitat tèrmica del terreny a l’aigua subterrània.
T = profunditat de l’aigua subterrània
λe = coeficient de conductivitat tèrmica del terreny 1’2 W/mK.
θGW = temperatura de l’aigua subterrània = + 10ºC.
Demanda de calor per ventilació
·
QL
A l’hivern, una part de l’aire exterior penetra dins dels locals a través de les juntes de les
finestres i portes, que ha d’escalfar-se mitjançant la calefacció (ventilació lliure). Aquesta
corrent d’aire depèn de la falta d’estanqueïtat, la orientació dels locals, la zona i la incidència
del vent.
El pas d’aire per hora en finestres pot determinar-se segons la següent equació:
V = Σ (a· l) · √∆p 2
.
3
on:
·
RGW
V = cabal d’aire en m 3 /h
∆p = diferència de la pressió en Pa
a = factor de permeabilitat en m 3 /mh Pa 2/3 .
l = longitud de la ranura
La demanda de calor o pèrdua de calor és:
QFL = V · c · δ · (θi - θa) = Σ (a· l) · √∆p 2 · · 3
· c · δ · (θi - θa) en W
La permeabilitat de les escletxes α indica quants m 3 d’aire penetra per hora i m de longitud de
la ranura dins del local amb una diferència de la pressió d’1 Pa a través de les finestres [48].
En les finestres normals sense juntures especials existeixen en pràctica petites diferències en la
permeabilitat de l’aire entre finestres simples, combinades o dobles, així com entre finestres
metàl·liques i de fusta. La permeabilitat mitjana és a = 0’6 m 3 /mhPa 2/3 . En finestres amb
juntures especials la permeabilitat a és força més baixa amb a ≈ 0’3 m 3 /mhPa 2/3 . En aquest
últim cas es qüestiona la ventilació natural dels locals.
En cas de què al fer un projecte encara no s’hagin fixat el tipus de finestres, hi ha disponibles
taules on hi consten les permeabilitats per tots els tipus de finestres i portes amb vidre, així
com de persianes.
Degut a què les diferents influències de l’aire i empenta tèrmica en edificis alts en el càlcul de la
pèrdua de calor, es distingeixen dos tipus bàsics d’edificis:
1. Edificis tipus pisos (EG) amb les superfícies de separació entre pisos. Aquests estan
sotmesos només a les influències de l’aire.
2. Edificis tipus “caixa” (ES), subdivisions horitzontals interiors.
Aquests estan sotmesos als efectes del vent i d’ascensió tèrmica i tenen major demanda de
calor en la part inferior de l’edifici.
10—113

Per a calcular la demanda de calor per ventilació del primer tipus d’edifici esmentat (edifici de
varies plantes), es fa servir la següent fórmula:
10—114
· QLG = εGA · Σ(a · l)A · H · r (θi - θa) en W
Pels edificis tipus caixa es fa servir:
·
QLS = [εSA · Σ(a · l)A + εSN Σ(a · l) N] · H · r (θi - θa) en W
Els factors individuals tenen en aquests casos la següent importància:
- L’índex del local r és un factor de reducció, que representa l’augment de la resistència al
flux de la corrent que travessa l’edifici, com a conseqüència de les parets interiors i
portes. Els valors numèrics per a r estan compresos entre 0’7 fins a 0’9. (r es presenta
tabulat en taules).
- La magnitud característica de l’edifici H = c · δ · √∆p 2 considera la situació de l’edifici
(protegit o lliure) i el tipus de construcció (edifici únic 3 o en fila). Això depèn de la velocitat
de l’aire. En cases de tipus d’edifici aïllat, aquest pot estar afectat per la corrent d’aire per
dos o més costats. En cas d’habitatges en fila, només per un costat. (H ve tabulat en
taules).
- El factor de correcció de l’altura ε té en compte la influència de l’aire així com de
l’ascenció tèrmica en diferents altures h tant en edificis tipus εG com de tipus εS. A més, i
degut a la pressió del vent, sobre l’edifici s’ha de distingir entre superfícies afectades per
l’efecte del vent (índex A) i superfícies no afectades (índex N) Els edificis de tipus pisos,
estan sotmesos només a les influències del vent, el factor εGA varia amb l’altura de 1’0
fins a 2’8. Els edificis de tipus εS i degut a l’ascenció tèrmica en la part baixa de l’edifici
tenen major demanda de calor de ventilació amb εSA ascendint des de 0 fins a 9’4 amb
100 m d’altura d’edifici de casa aïllada.
Per als locals d’estances permanents no deu quedar-se per sota del canvi mínim de 0’5 vegades
del volum de l’aire del local VR. La demanda de calor en aquest cas és:
Q
·
Lmin = 0’5 · c · δ · VR(θi - θa) = 0’17 · VR(θi - θa) en W
En locals amb ventilació mecànica amb l’excés d’aire addicional, la demanda de calor per
ventilació QL’ · es determina pels procediments normals. En cas d’excés d’aire de sortida, s’ha de
calcular una demanda de calor addicional per ventilació.
·
QL’=
· ·
(VA - VZ) · c · δ · VR(θi - θu) en W
on:
VA = cabal d’aire de sortida en m 3 /s.
VZ = cabal d’aire addicional m 3 ·
·
/s.
θu = temperatura ambient en ºC.
Per a cuines i locals sanitaris amb les instal·lacions de ventilació lliures, la demanda del calor
per ventilació s’ha de calcular d’acord a un canvi d’aire quatre vegades major.
VR = volum del local en m 3 .
Demanda de calor total
QL’= 1’36 · VR(θi - θu) en W
·
En el càlcul de la demanda de calor total d’un edifici es sumen els valors de transmissió de tots
els locals, els valors per demanda de ventilació tanmateix només de manera parcial, ja que no
totes les façanes estan afectades pel vent al mateix temps.
La demanda de calor total (demanda de calor de l’edifici) és:
· · ·
QN = Σ QT + ζ Σ QL
3

On ζ és la part de calor de ventilació per acció simultània. Per a tots els edificis

essent log el logaritme en base 10, tm la temperatura mitjana de l’aigua a la caldera (ºC) i els
coeficients a i b els expressats en la següent Taula 10.12:
Taula 10.12. Valors dels coeficients a i b en el càlcul del rendiment segons la tipologia de
caldera.
A potència nominal (100%) Amb càrrega parcial (30%)
Tipus de caldera
tm coeficient tm coeficient
ºC a b ºC A b
Estàndard 70 84’0 2’0 ≥50 80’0 3’0
De baixa temperatura 70 87’5 1’5 40 87’5 1’5
De gas de condensació 70 91’0 1’0 30* 97’0 1’0
* temperatura de l’aigua d’alimentació de la caldera.
Font: Adaptat de [49]
Aplicant les equacions anteriors, resulten els rendiments mínims de les calderes indicats en les
següents Taula 10.13 i Taula 10.14.
Taula 10.13. Rendiments mínims de calderes de 10 a 400 kW amb rendiments a Plena
Càrrega
Rendiment a Plena Càrrega (100%)
Tipus de caldera
10 50
Potència en kW
100 200 300 400
Estàndard 86’0 87’4 88’0 88’6 89’0 89’2
De baixa temperatura 89’0 90’0 90’5 91’0 91’2 91’4
De gas de condensació
Font: Adaptat de [49].
92’0 92’7 93’0 93’3 93’5 93’6
Taula 10.14. Rendiments mínims de calderes de 10 a 400 kW amb rendiments a Càrrega
Parcial
Rendiment a Càrrega Parcial (30%)
Tipus de caldera
10 50
Potència en kW
100 200 300 400
Estàndard 83’0 85’1 86’0 86’9 87’4 88’7
De baixa temperatura 89’1 90’0 90’5 91’0 91’2 91’4
De gas de condensació
Font: Adaptat de [49].
98’0 98’7 99’0 99’3 99’5 99’6
L’estudi d’aquestes taules porta a fer dos consideracions molt importants:
10—116
1. A les calderes convencionals (denominades oficialment estàndard) s’exigeix un
rendiment mínim força inferior que a altres amb plena càrrega: més de 2 punts menys
que a les de baixa temperatura i més de 4 que a les de condensació de gas.
2. A les calderes convencionals s’exigeix un rendiment mínim inferior a la càrrega parcial
que a plena càrrega, mentre que per a calderes de baixa temperatura s’exigeix el
mateix rendiment en les dos condicions de càrrega i per a les de condensació de gas el
rendiment exigit augmenta en 6 punts.
A les calderes de potència superior a 400 kW, encara no subjectes a normes, s’hauran d’exigir
uns rendiments mínims iguals o superiors als indicats per a calderes de 400kW.
Les normes sobre calderes estan a càrrec del CTN 9 del AENOR.
10.3. TECNOLOGIA DE LA COMBUSTIÓ A PETITA ESCALA
10.3.1. INTRODUCCIÓ
Els sistemes de combustió de petita escala es caracteritzen per produir energia tèrmica en
forma d’aire calent o aigua calenta, tot depenent de la tecnologia instal·lada entorn a la graella
cremadora. Alguns dels forns o cremadors de petita escala són comuns en molts habitatges

urals: llars de foc, estufes de llenya... Tanmateix, la tecnologia que caracteritza aquests
sistemes ha esdevingut en alguns casos més complexa i eficient en els últims anys, tot adquirint
varietat tècnica segons la morfologia de combustibles disponibles en el mercat.
El present apartat esmentarà les tipologies de forns, estufes i calderes més comuns, presents
en habitatges, així com els mecanismes d’emmagatzemament del combustible, gestió de la
cendra generada i aspectes ambientals i econòmics relacionats amb la tecnologia corresponent
a la petita escala de generació energètica.
10.3.2. FORNS PER LLENYA I BRIQUETES DE FUSTA
L’ús d’ambdues tipologies de combustible indiferentment pels alguns dels forns que a
continuació es mencionen, no representen cap problema degut a la configuració física semblant
de les llenyes i briquetes. Els mecanismes d’emmagatzemament són compatibles per les dos
tipologies de combustible. La diferència esdevé en l’eficiència de combustió degut a què la
forma en llenya de la fusta no arriba a vegades al mateix nivell d’humitat a la qual es fabriquen
les briquetes [40].
10.3.2.1. LLARS DE FOC
Les llars de foc (Figura 10.8) tenen una llarga tradició en molts països, especialment a Nord
Amèrica i al Regne Unit. El maneig és difícil i brut, però per altra banda, les llars de foc
ofereixen a l'usuari el plaer d'observar el foc obert a la sala d'estar.
Les llars de foc normalment no són òptimes respecte a les emissions i eficiència de combustió.
La cambra de combustió oberta fa que penetri massa aire de combustió i per tant baixi
l'eficiència de combustió, augmentant l'emissió de substàncies nocives[40].
Figura 10.8. Llar de foc
Font: [50]
10.3.2.2. ESTUFES I “CHEMINEES”
Les estufes (veure Figura 10.9) són forns tancats instal·lats a la cambra per ser escalfada.
Sovint les estufes són equipades amb una finestra de vidre ("cheminee", veure Figura 10.10)
pel qual el foc pot ser observat com si fos una llar de foc. La funció del vidre també és la
d'afavorir la radiació de calor, escalfant l'habitació. El procés de combustió en "cheminees" pot
ser controlat fins a cert punt per entrades d'aire primari i secundari. Tanmateix, la temperatura
de combustió és a vegades massa baix perquè el calor es perd per la finestra de vidre [40].
10—117

Figura 10.9. Estufa de llenya
Font: [51]
10.3.2.3. FORNS PER LLENYA
10—118
Figura 10.10. Estufes amb finestra de vidre
Font: [52]
Els forns de llenya (Figura 10.11) són actualment coneguts pel seu ús en el gremi dels flequers.
De forma tradicional s’han mantingut les característiques d’aquests per a mantenir la mateixa
qualitat del pa cuit. El forn de llenya és constituït per una cambra on s’hi duu la combustió i la
cocció del pa amassat. L’entrada de combustible i retirada de cendra és manual, i la sortida dels
gasos de combustió es produeix per una xemeneia. Actualment existeixen forns elèctrics que
substitueixen el tradicional. Altres tipus de forns de llenya s’empraven antigament per cuinar.
S’anomenen cuines de llenya i actualment estan en desús.
Figura 10.11. Forn de flequer
Font: [53].
10.3.2.4. CALDERES PER FUSTA
Les calderes per fusta (Figura 10.12) són plantes de combustió per a combustibles sòlid,
compostos d'una cambra de combustió i una caldera, formant un sistema d'escalfament d'aigua.
Normalment es col·loca manualment el combustible per una obertura en la cambra de
combustió. El volum d'emmagatzemament de la cambra de combustió està normalment
dimensionat per a 8 hores de càrrega complerta. Per tant, la llenya s'ha de carregar de
combustible tres vegades al dia.
En fons moderns per llenya, la cambra de combustió és dividida en magatzem i zona de
combustió. La combustió de la zona d'emmagatzemament és previnguda dirigint l'aire de la
combustió per aquesta zona en un flux "co-current" .
Els forns per llenya es troben en general força desenvolupats pel que fa a combustió
optimitzada, a vegades equipats amb sistemes de control d'aire de combustió basats en
mesures de concentració d'oxigen al gas residual ("Lambda Control"). Per a evitar condicions

parcials de càrrega, són sovint equipats amb una cambra "buffer". La cambra
d'emmagatzemament és carregada sota condicions òptimes d'energia i és descarregada segons
la demanda actual del sistema d'escalfament [40].
10.3.2.5. ESTUFA ENRAJOLADA
Les estufes enrajolades (Figura 10.13) són la forma tradicional d'estufes de fusta, utilitzades
principalment en regions alpines i a Finlàndia.
La cambra de combustió d'una estufa enrajolada és envoltada per plaques. El calor produït a la
cambra de combustió és transferida a l'habitació a ser escalfada. Així, el requisit diari de calor
és produït operant el forn sota condicions òptimes de plena energia per un període de temps
limitat, mentre que el flux de calor a la cambra correspon al requeriment actual de calor més
baix.
Figura 10.12. Caldera de llenya
Font: [54]
Figura 10.13. Estufa enrajolada
Font: [55]
L'esforç operador pot ser limitat a només un procediment de provisió de combustible d'una
vegada al dia, i el procés de combustió pot ser controlat i optimitzat per obtenir condicions de
plena càrrega. Tanmateix, en aquest fet operatiu no hi ha possibilitat de control del flux de
calor a la rambla. Generalment la superfície exterior de l'estufa es cobreix amb rajoles o
mosaics, oferint la possibilitat de tenir dissenys variats. Per tant, les estufes enrajolades
s'instal·len no només per a produir calor, sinó també per a decoració interior. Les rajoles
representen també una forma d'aprovisionament de calor, augmentant la transferència de calor
per radiació.
Les emissions de les estufes enrajolades han sigut reduïdes als últims anys per varies millores
tècniques, incloent ventiladors del gas restant de la combustió i sistemes electrònics de control
[40].
10.3.3. FORNS PER ESTELLES DE FUSTA
Els forns per estelles de fusta són plantes de combustió automàtiques compostos per una
cambra de combustió i una caldera connectada a un sistema d'escalfament d'aigua. Les estelles
són portades a la cambra de combustió per mitjà d’un cargol sensfi. Els sistemes de control,
basats en la mesura de certs components de l'emissió (Oxigen, Diòxid de Carboni, etc.),
asseguren baixes emissions i una alta eficiència.
10—119

Sense esforços majors de manipulació de combustible, és necessària ajuda manual pel que fa a
l’emmagatzemament. És possible instal·lar un dipòsit amb un alimentador automàtic del
combustible, però això comporta un requisit d'espai i una inversió d’obra. Per tant, els forns
d'estelles de fusta sovint s'instal·len per a escalfar edificis en àrees rurals, on són disponibles
algunes infrastructures mecàniques per a la manipulació del combustible i al seu
emmagatzamemament (tractors i graners). A continuació es mostren exemples de calderes amb
forns per estelles. La primera (Figura 10.14) conté un dipòsit intermedi on hi és necessari la
càrrega de combustible cada cert temps. El segon exemple (Figura 10.15) conté un mecanisme
d’alimentació per arrossegament i transport sensfi cap al cremador o graella.
Figura 10.14. Forn d'estelles de fusta amb dipòsit intermedi (KWB USB ZI 15 - 100 kW)
Font: [39]
Figura 10.15. Forn d'estelles de fusta amb agitador, sense dipòsit intermedi (KWB USV D 15 –
100 kW)
Font: [39]
Els forns per estelles de fusta es classifiquen segons la forma d’alimentació del combustible
sobre la graella o fogar, i segons la tipologia de graella on s’hi produeix la combustió
(horitzontal, inclinada, etc.).
L' "stoker" o fogar, es defineix com a un mecanisme mecànic per a cremar combustibles sòlids.
Realitzen la funció primària de convertir energia química del combustible a energia tèrmica, que
pot ser absorbida per superfícies de caldera per a produir aigua a alta temperatura o per a
generar vapor. El fogar es dissenya d'una manera que permet: l'alimentació contínua o
intermitent del combustible, la ignició del combustible, el subministrament adequat de l'aire que
es requereix per a la combustió, el pas lliure dels productes gasosos resultants i la disposició
dels materials no-combustibles.
Segons la forma d’alimentació del combustible, existeixen tres tipologies de fogars: Fogar
d’alimentació inferior, fogar d’alimentació transversal (o horitzontal) i fogar d’alimentació
superior.
10—120

10.3.3.1. FORNS AMB “UNDERSTOKER” (ALIMENTACIÓ PER LA PART INFERIOR)
En un forn amb fogar d'alimentació inferior (Figura 10.16), les estelles de fusta són alimentades
per un transportador de cargol a través d'una obertura a la part inferior de la cambra de
combustió, generalment en un cremador "panlike", formant un túmul de combustible amb una
capa incandescent a la seva superfície.
Els avantatges d'un fogar d'alimentació inferior són:
• És simple i per tant barat
• El cremat del combustible en direcció contrària a l'alimentació normalment no passa.
Tanmateix hi han aspectes negatius pel que fa al funcionament del fogar d'aquest tipus
que cal mencionar:
• No es forma cap zona d'assecat en el combustible acumulat sota la capa incandescent, per
tant les estelles de fusta amb un contingut d'humitat menor al 30% poden ser utilitzades
únicament. Quan s'utilitzen estelles de fusta amb un contingut més elevat d'aigua, ocorre
una combustió incompleta amb emissions elevades de monòxid de carboni i d'hidrocarburs.
• L'entrada d'aire primari pel combustible (que esdevé una capa sobre el fogar) és difícil.
• La cendra es pot acumular al cremador i és difícil extreure-la.
Figura 10.16. Fogar d'alimentació inferior
Font: Adaptat de [56].
10.3.3.2. FORNS AMB FOGAR D’ALIMENTACIÓ HORITZONTAL/TRANSVERSAL
Alguns dels desavantatges dels fogars amb alimentació inferior poden ser derivats a forns amb
fogar horitzontal (Figura 10.17). En aquest sistema les estelles són alimentades a la cambra de
combustió horitzontalment sobre la graella, normalment per mitjà d'un alimentador de cargol.
El combustible acumulat que es mou horitzontalment en la graella, passa per una zona
d'assecat abans del cremat. Per tant l'ús d'estelles de fusta amb un contingut d'aigua més alt
(superior al 50%) és possible sense incrementar les emissions de substàncies perilloses.
Tanmateix el cremat del combustible en direcció contrària no pot ser evitat totalment pel
disseny del sistema que alimenta el combustible, i per tant s'han d'instal·lar sistemes de
seguretat de foc en l'entrada de combustible.
Figura 10.17. Fogar d'alimentació transversal
Font: Adaptat de [56].
Combustible
Aire
Aire
Cendrer
Combustible
Aire Aire
Combustible
Aire
10—121

10.3.3.3. FORNS AMB FOGAR D’ALIMENTACIÓ SUPERIOR (“DOWN STREAM”)
La tecnologia de combustió més avançada es pot realitzar en aquest tipus de forns on les
estelles de fusta són alimentades amb un transportador de cargol a través d'una obertura a la
regió més alta de la cambra de combustió, i cauen sobre el llit incandescent (Figura 10.18).
Això té avantatges importants respecte a un procés optimitzat de combustió:
• Cada estella de fusta es deixa caure directament en un ambient completament de cremor.
Amb un disseny que porta a una dispersió de les estelles, les condicions de la combustió no
són influïdes negativament per la matèria fresca (humida) en el punt d'impacte. A l'ambient
calent de combustió, el procés d'assecat de les estelles succeeix quasi immediatament.
• La capa incandescent és lliure de pertorbacions mecàniques, com la possible causada pel
transportador de cargol que alimenta, o per l'excessiva mida del combustible (la mida no
superior a 10 cm de les estelles de fusta fan que el material sigui lleuger i no provoqui
problemes). Així l'emissió arriba a ser mínima degut a la no existència de pertorbacions.
Figura 10.18. Fogar d’alimentació superior
Font: Adaptat de [56].
10.3.4. FORNS PER PELLETS DE FUSTA
A continuació es comentaran les característiques principals dels forns que utilitzen pellets com a
forma única de combustible, i els forns amb ús combinat de pellets i llenya/briquetes.
10.3.4.1. FORNS PER NOMÉS PELLETS DE FUSTA
Els forns automàtics per pellets de fusta són dissenyats de mode similar als forns per estelles de
fusta (segons la forma d’alimentació del combustible a la graella). S'utilitzen els mateixos
sistemes de control. La qualitat de combustió i l'eficiència són altes. La homogeneïtat en les
característiques dels pellets fa possible controlar el forn a prop del punt d'operació òptim
(concentració d'oxigen al gas residual o fum inferior al 4%). Degut al baix contingut d'aigua del
combustible les temperatures de flama resulten superiors a 1600 ºC.
Els forns de pellets varien en grandària segons la potència instal·lada a petita escala: Des de
estufes residencials fins a sistemes de calefacció comunitaris. En el cas de les estufes, el
combustible es subministra manualment (Figura 10.19).
Els inconvenients dels forns per a pellets de fusta són:
• El mercat dels pellets no està establert encara. A més, la disponibilitat dels pellets de fusta
no està realment garantida.
• El preu dels pellets de fusta no és estable i generalment és més alt que el preu de les
estelles de fusta.
10—122
Combustible
Aire
Cendrer

Figura 10.19. Estufa operativa amb pellets de fusta
Font: [57]
10.3.4.2. FORNS AMB ÚS COMBINAT DE PELLETS I BRIQUETES/LLENYA
Els pellets són una forma de combustible cara en relació a les altres formes utilitzades en la
crema de fusta. Els forns que utilitzen llenya de forma combinada amb pellets estalvien el
problema de disponibilitat d’aquest segon combustible. El forn és subministrat amb llenya o
briquetes de fusta manualment i/o automàticament per l'ús d'un cremador de pellets de fusta.
Les mesures necessàries per trobar un màxim confort operacional del cremador combinat de
pellets i llenya són:
• El cremador de pellets es pot posar en operació automàtica junt amb un sistema elèctric
d'ignició d'aire calent.
• Si es fa servir llenya, aquesta s’inflama amb el foc desprès per la combustió dels pellets de
fusta. Depenent de la fracció de demanda de calor coberta per la llenya, el cremador de
pellets ajustarà la seva càrrega automàticament. Quan la llenya hagi sigut cremada, la
demanda de calor serà coberta només pel cremador de pellets.
10.3.5. EMMAGATZEMAMENT DEL COMBUSTIBLE
10.3.5.1. L'ÚS DE DIPÒSITS EN ALGUNES CALDERES
Els pellets i les estelles, així doncs, a vegades requereixen d'un tanc especial
d'emmagatzemament dimensió del qual ve en funció de la capacitat calorífica del cremador o
caldera que consumeix aquests combustibles. Així doncs, per a calderes petites de 18 kW, el
funcionament continu amb 1 m 3 d'estelles seques de fusta dura unes 24 hores (25% d'humitat i
densitat de fusta de 220Kg/m 3 ).
A la pràctica, l'ompliment diari de la sitja de fusta pot ser difícil, i un dipòsit d'alimentació més
gran (4 m 3 ) pot proveir durant 4 dies una operació contínua i aproximadament una setmana
d'operació normal.
Per a calderes de 80 kW, es fan servir dipòsits de 1m 3 pel funcionament continu de 6 hores, i
de 16 m 3 pel funcionament de 4 dies amb la mateixa operació.
Degut al contingut baix d'energia específica de la fusta, la capacitat del volum
d'emmagatzemament requerida per a combustibles de fusta és molt més alta que pel petroli.
Una casa típica d'una família a Europa Central com a exemple pot tenir una demanda
10—123

energètica de 125 GJ, que correspon a 3'5 m 3 de petroli a l'any. El volum equivalent d'estelles
de fusta és de 30 a 40 m 3 .
Un problema addicional de l'emmagatzemament de la biomassa és que s'ha d'assecar abans de
poder-la tenir a la sitja. La fusta molla, especialment les estelles de fusta, poden arribar a crear
floridures, portant conseqüentment problemes de salut. Aquest fet comporta una pèrdua
d'energia en el combustible. Així doncs, les sitges d'estelles de fusta sovint són dissenyades
com a llocs oberts amb teulat que permeten l'assecat durant l'emmagatzemament.
10.3.5.2. SEGURETAT DE L'EMMAGATZEMAMENT DEL COMBUSTIBLE
En cas que l'emmagatzemament del combustible es realitzi al costat del forn, s'ha d'assegurar
una seguretat contra el foc. Això concerneix especialment als forns automàtics de pellets o
estelles de fusta, que estan directament connectats a l'emmagatzemament pel sistema
alimentador. Per prevenir la ignició del combustible en direcció contrària al flux d'alimentació,
fóra de la cambra de combustió, s'han d'instal·lar altres components de seguretat, com
sistemes d'aspersió automàtica amb activadors per temperatura.
Al emmagatzemar partícules molt petites de fusta (serradures, encenalls) existeix un cert perill
d'explosió de la pols, encara que la planta de combustió no estigui instal·lada a prop com a font
d'ignició.
10.3.6. ALIMENTACIÓ DEL COMBUSTIBLE AL FORN
Els requeriments de manipulació del combustible per alimentar els sistemes cremadors pels pals
de fusta són alts ja que no és disponible cap sistema automàtic d'alimentació dels troncs. La
manipulació és molt més fàcil quan s'utilitzen estelles de fusta i pellets. Com a transport
automàtic al forn o graella s’utilitzen transportadors de cargol sensfi (Figura 10.20), així com
bieles d'acoblament. Els forns que operen amb pellets de fusta requereixen menys esforç de
manipulació des de que els pellets poden ser transportats en camions amb tanc especial i
alimentar el forn a través de sistemes pneumàtics i transportadors de cargol.
Figura 10.20. Cargol sensfi (Cargol d'Arquímedes)
Font: [58].
10—124

10.3.7. ASPECTES TÈCNICS RELACIONATS AMB LA CENDRA
10.3.7.1. EXTRACCIÓ DE LA CENDRA
Per raons de costos, els forns de biomassa a petita escala normalment no són equipats amb
sistemes d'extracció de cendres automàtics. Per tant, l'operador ha d'extreure les cendres
manualment.
Quan es duu a terme la combustió completa del combustible, la massa de cendra és menor del
2% de la massa total del combustible. El pes volumètric de la cendra és del rang de 0'08
kg/dm 3 . Si el valor calorífic del combustible és del rang de 15.000 kJ/kg, es necessiten 5'8
kg/dia per cada kW d'energia. Sota aquestes condicions s'esperen 0'115 kg/d/kW o 1'4
dm 3 /dia/kW de cendra. Però un cert volum de cendra és normalment extret a través dels gasos
de combustió en forma de partícules, per tant el volum de cendra és més baix que el valor
calculat anteriorment. Tanmateix, l'extracció regular de la cendra manualment és necessària. A
més, l'eliminació manual de la cendra sempre porta una certa contaminació en la proximitat del
forn, i en el cas d'instal·lació d'un forn a la sala d'estar d'una casa, es pot veure com a un
problema [40].
10.3.7.2. ESCÒRIA
En forns de troncs de fusta de petita escala no escorifiquen normalment, ja que les
temperatures de combustió no arriben al punt de fusió de la cendra. Però en forns d'estelles de
fusta i cada vegada més en forns de pellets, les temperatures de combustió comencen a ser
prou altes com per a produir escòries.
En principi, els problemes de l'escòria poden ser disminuïts reduint la temperatura del llit
incandescent controlant el flux d'aire primari a un valor no massa alt que sigui necessari per a
la gasificació del combustible. La combustió dels component gasosos pot dur-se a terme a
través de l'entrada d'aire secundari a la cambra de combustió sobre el llit incandescent. Aquest
darrer procediment afavoreix les emissions baixes en NOx. Tanmateix, es requereix un sistema
de control pel control de l'altura del llit incandescent per a garantir el poder calorífic desitjat
sota diferents condicions de combustió [40].
10.3.7.3. DISPOSICIÓ FINAL DE LA CENDRA
En cremadors de fusta a escala petita, la cendra no és normalment un problema pel que a fa a
la contaminació per substàncies perilloses (metalls pesats, etc.) degut a la composició mateixa
de la fusta. La cendra dels forns de petita escala (estufes i llars de foc) es disposa normalment
al jardí, en un camp agrícola o com a residu públic [40].
10.4. TECNOLOGIA DE LA COMBUSTIÓ A MITJANA I GRAN
ESCALA
10.4.1. INTRODUCCIÓ
Els sistemes de combustió de mitjana escala (500 kW – 2 MW aproximadament) es
caracteritzen per produir energia tèrmica en forma d’aigua calenta o vapor, destinada a la
producció d’aigua calenta sanitària o per calefacció i/o electricitat, tot depenent de la tipologia
de tecnologia instal·lada. L’abast del subministrament d’energia varia des d’edificis, barris i/o
diverses instal·lacions municipals, tot depenent de la potència instal·lada.
10—125

Tot depenent de la necessitat energètica de l’usuari, la tecnologia varia en potència i
complexitat instal·lada si es produeix tan sols energia calorífica, elèctrica o ambdós alhora.
Tanmateix, la possibilitat de generar només energia elèctrica per aquesta escala de generació
energètica sembla inviable degut a la baixa eficiència dels sistemes de conversió a energia
elèctrica i als elevats consums de combustible que comportaria.
Els sistemes de combustió de gran escala (≥2 MW), en canvi, són factibles o viables en la
producció de només energia elèctrica. Com en el cas dels sistemes de mitjana escala, s’empren
tecnologies de cogeneració energètica.
El present apartat sobre combustió a mitjana escala argumentarà els següents punts:
• Tipologies de forns i calderes instal·lades en sistemes de mitjana escala.
• Sistemes d’emmagatzemament i transport d’estelles a la caldera.
• Aspectes tècnics sobre recollida de la cendra.
• Sistemes de neteja de gasos
La diferència entre els sistemes de mitjana i gran escala esdevé en les dimensions i potència
dels sistemes instal·lats, així com de la tipologia de sistema de generació energètica que
acompanya al forn cremador de biomassa.
Una vegada s’ha avaluat quina és la necessitat energètica d’un edifici, barri o petit municipi per
poder implantar un sistema de generació elèctric, tèrmic, o combinat, s’estudia quin és el
sistema de combustió més adequat per a generar energia a partir de la biomassa. Els següents
apartats mostren quins són els sistemes de combustió habituals presents en la majoria
d’experiències implantades a Europa, a partir del funcionament amb estelles de fusta.
10.4.2. TIPOLOGIES DE FORNS DE MITJANA ESCALA
10.4.2.1. COMPONENTS I CLASSIFICACIÓ
El disseny del forn o cremador, component més important del sistema de generació energètica,
depèn de la forma que presenta el combustible de biomassa. Cal dir que els forns de biomassa
deriven evolutivament dels de carbó, antigament emprats per a obtenir energia calorífica.
L'adaptació de la tecnologia ha permès poder cremar diversos combustibles obtenint el màxim
d'energia intrínseca de la matèria amb el menor residu sòlid i gasós.
De forns cremadors hi ha de molts tipus. Tanmateix es diversifiquen generalment segons la
següent classificació:
• Cremadors de llit fluiditzat
• Cremadors de llit fix
10—126
- Amb llar de graella fixa plana: La biomassa es desplaça per acció d'uns gratadors
o bé és injectada mitjançant un sistema d'accionament pneumàtic.
- Amb llar de graella mòbil (inclinada o plana): Tipologia més estesa en
aplicacions industrials. La biomassa es desplaça gràcies al moviment de la graella.
Segons les etapes de combustió, els cremadors es diversifiquen en:
• Cremadors d'una sola etapa de combustió
• Cremadors de dos etapes de combustió (entrada d'aire primari i aire secundari)
I finalment, segons la tipologia de sistemes de refrigeració:
• Graelles refrigerades per aire
• Graelles refrigerades per aigua

Vers la classificació anterior, els tipus de forns o cremadors que actualment s'utilitzen per a
cremar fusta i altres combustibles de biomassa, per a generar energia calorífica i/o electricitat,
són els següents:
Cremadors de llit fluiditzat:
• Bubbling fluidized bed boiler, cremador-caldera de llit fluiditzat bombollejant
• Circulating fluidized bed boiler, cremador-caldera de llit fluiditzat circulant
Cremadors de graella:
• Graella mòbil d’alimentació superior
• Cremador amb fogar d'alimentació inferior
• Cremador amb fogar d’alimentació horitzontal
• Combustió sobre graella mòbil inclinada
Altres cremadors:
• Sistemes "Batch Firing" o "Cigar Burning", crema de bales de palla
• Sistema Whole Tree Energy WTE, crema de pals de fusta
• Ciclone firing, cremador de cicló
Els cremadors més comuns en instal·lacions d’entre 500 kW – 2 MW aproximadament són de
tipus de graella. Aquests es veuran descrits a continuació.
Els cremadors de tipus llit fluiditzat són emprats en la indústria de generació energètica de gran
escala (aproximadament 600 MWe [41].
10.4.2.2. CREMADORS DE GRAELLA
Els cremadors de graella són els més utilitzats generalment en les plantes Energètiques de
biomassa. Aquest tipus de cremador és construït i subministrat actualment, entre d’altres
empreses a Espanya, per L.Solé, S.A. (Argentona, província de Barcelona), amb la finalitat de
cremar residus de la indústria de la fusta obtenint energia elèctrica. La generació energètica bé
destinada al subministrament d’aigua calenta i electricitat a partir d’aquests forns, a les
mateixes indústries que subministren el combustible residual que aprofiten, i depenent de la
potència instal·lada, també a urbanitzacions properes (cas de la planta de generació energètica
de Molins de Rei).
L'eficiència de la combustió en un cremador de graella depèn del compliment de les “Tres T”:
bona Temperatura, adequats Temps i Turbulència. Primerament la temperatura obté l'oxidació
complerta del combustible, especialment dels components volàtils. El combustible deu estar
exposat a aquesta temperatura durant un espai de temps mínim per a que totes les reaccions
necessàries d'oxidació es puguin completar. Finalment, els gasos de la cambra de combustió
deuen ser turbulents per a que tot el combustible s'exposi eficientment a l'aire per a ser oxidat.
Una turbulència alta permet que no s'introdueixin quantitats innecessàries d'aire en excés, que
refredarien el procés, i per tant, l'eficiència en la combustió.
El sistema de combustió pot ser configurat de varies maneres per a que les Tres T puguin ser
obtingudes. El factor principal que afecta l'elecció del sistema de combustió és el contingut
d'humitat del combustible. Els combustibles humits han de requerir més de la seva pròpia
energia per assecar el combustible abans de la seva ignició. Això implica que part de l'energia
del combustible ha de ser extreta de la zona de combustió si la temperatura es vol mantenir en
bon nivell.
A la pràctica això s'aconsegueix augmentant les quantitats de refractaris (totxana refractaria,
etc) en la matèria que rodeja la cambra de combustió quan el combustible arriba a ser més
humit. En els casos extrems, el subministrament d'aire sol ser de preescalfat. Les unitats
inferiors a 100 kW de valor de producció normalment necessitaran de combustible força sec
10—127

amb un contingut d'humitat menor al 35% (mesura de percentatge sobre el pes total). Només
en unitats de producció superior la tecnologia és viable i disponible per a cremar combustible
amb alt grau d'humitat.
La fusta requereix relativament menys aire primari (aire subministrat en el punt de combustió
sòlida, generalment sota la graella) que el carbó en la seva combustió: és per això que els
troncs cremen bé en un llit de centra, mentre que el carbó necessita d'una graella neta.
Tanmateix, la fusta requereix d'un subministrament bo d'aire secundari (sobre-graella) per fer
que els volàtils es cremin apropiadament.
Tots els sistemes adequadament dissenyats de crema de fusta tindran la provisió de control per
separat dels subministrament d'aire primari i secundari, per a que la combustió sigui equilibrada
apropiadament. Cal destacar que per a complir les Tres T, la fusta cremarà sense fum: l'emissió
de fum indica una combustió pobre. El fum és causat per la no-combustió dels volàtils que
passen per la xemeneia: Això representa una pèrdua d'energia del combustible, i una font de
contaminació. Aquest tipus d'emissió ve regulat per llei.
Fogar de graella mòbil amb alimentació superior
Quan la fusta o els materials d'agricultura com la bagassa són dominants com a combustibles,
els cremadors de graella mòbil amb alimentació superior i de llits fluiditzats són tecnologies a
escollir per la seva elevada eficiència en la combustió. Com a exemple d’implantació d’aquests
sistemes són la Planta d’Okeelanta, construïda per U.S. Generating Co., que utilitza en la
combustió una graella mòbil amb alimentació superior per a generar energia i el sistema
energètic instal·lat a la Planta Tacoma Steam #2, que utilitza un llit fluïditzat bombollejant, de
Tacoma Public Utilities.
Els fogars amb graella mòbil amb alimentació superior (Figura 10.21) i els de llit fluiditzat poden
acceptar residus de fusta amb una àmplia varietat de mides de partícules, ≥ 2". El combustible
acceptat pel forn és compatible amb continguts d'humitat d'entre un 5% i 55%.
El combustible, prèviament, ha de superar una etapa de previ tractament abans de la seva
combustió consistent en la separació de la matèria més gruixuda i cribatge, amb sistemes
utilitzats en roques, i trampes per a l'eliminació de partícules de metall.
Figura 10.21. Esquema d'un cremador de graella esparcidora ( Spreader- Stoker )
Font: Figura adaptada de [59].
10—128
Zona de "cremat" de
combustible
Zona de Reducció dels NOx
i precursors de NOx
Zona de formació de NOx
Aire Sota-graella
Cendra
Aire de Sobre-foc
Gas Natural / FGR
Combustible (Carbó o fusta)

Fogar de graella amb alimentació inferior ("underfeed stoker")
L' "Underfeed Stoker" (o fogar de graella amb alimentació inferior) va ser desenvolupat a partir
de dissenys utilitzats per a cremar carbó, i és utilitzat extensament per a sistemes de crema de
fusta seca (per exemple: els residus d'ebenisteries). Generalment comença a ser menys
convenient quan hi ha un contingut d’humitat superior al 30 % a la fusta.
Les estelles de fusta són transportades mitjançant un cargol sense fi a la base d'una piràmide
invertida o depressió, on arriba a la cambra de combustió, esparcint-se pels costats. L'aire
primari és subministrat per sota de la superfície del combustible, i l'aire secundari per sobre
(Figura 10.22) [60].
Figura 10.22. Esquema d'un fogar d'alimentació inferior
Aire Secundari
Combustible cremant
Font: Figura adaptada de [60].
Aire Primari
Gasos calents a la Caldera
Pèrdua d’humitat
de la fusta
Alimentador d’estelles o pellets
Els fogars d'alimentació inferior, com altres tipus de fogars, se subministren generalment com a
part d'un paquet complert de caldera o poden ser construïts com a una unitat separada a la
caldera. En aquest cas la caldera serà una construcció oberta per la part inferior que se
sobreposa a la part superior de la unitat fogar. En unitats més grans, el fogar es pot situar dins
de la cambra de combustió d'una caldera de tub.
L'eliminació de la centra des del sistema d'alimentació inferior sol ser manual: la cendra apareix
al marge de la superfície ardent del combustible, i idear un sistema segur i senzill per a buidarlo
no és fàcil. Hi ha pocs dissenys modificats de cremadors "Underfeed Stoker" que incorpora
un auto rentat de cendres[60].
Cremador de fogar amb graella fixa plana
Aire Primari
Aire Secundari
Les estelles de fusta són portades l’inici de la graella del cremador, aquest folrat amb un ferro
fos especial que reflecteix el calor del combustible. La direcció del combustible entrant al forn
és horitzontal, via cargol sensfi. L'aire és introduït mitjançant un petit ventilador, aquest passa
al voltant del ferro fos, escalfant-lo. L'aire llavors entra a l'espai on hi ha el combustible via uns
petits forats, alguns per sota del combustible per proveir d'aire primari, i alguns per sobre per
proveir d'aire secundari. L'esquema propi de la Figura 10.23 mostra la disposició general del
sistema [60].
10—129

Figura 10.23. Esquema representatiu d'un Cremador de fogar
Font: Figura adaptada de [60].
La part davantera del cremador produeix una flama força vigorosa, que llavors passa a la
caldera. És possible millorar el cremador en una caldera existent. A la pràctica això significa que
una caldera deu ser de tipus seccional de metall fos. El diagrama següent de la Figura 10.24,
indica com la capçalera del cremador pot venir dissenyada per la funció en una caldera d'acer.
Figura 10.24. Sistema Cremador - Caldera
Font: Figura adaptada de [60].
La cendra del cremador és empesa lluny del combustible que ve darrere cap al recollidor de
cendra. El "descendrat" és quasi sempre manual, especialment en unitats més petites. El
cremador de fogar amb alimentació horitzontal (Stoker-Burner) és probablement la forma de
forn de més baix cost del cremat de les estelles de fusta, però té les seves limitacions.
• El combustible deu ser força sec: preferiblement amb un contingut d'humitat

Tanmateix, hi ha aquests avantatges:
• El petit inventari de combustibles fa que hi hagi una molt ràpida resposta a les
oscil·lacions de càrrega (el petit tamany físic del foc significa que els canvis en el
subministrament de combustible tenen efecte immediat per resposta al canvi de càrrega.
Els focs més grans reaccionen més lentament degut a la quantitat present de combustible)
• La calor generada en inactivitat del forn és molt petita (quan no hi ha requeriment de
calor, el foc es manté simplement en ignició amb molt petit "output" de calor). La fuga de
calor és una càrrega assegurada que no pot ser apagada, i actua per prevenir el
sobreescalfament quant no hi ha cap càrrega present.
Combustió sobre graella mòbil inclinada
Les calderes de graella inclinada són les més versàtils, i sovint les més cares, considerant
sistemes de combustió de fusta. El combustible de fusta és lliurat a una caldera petita per un
dosificador de cargol sensfi, i a les unitats grans via "alimentadors del dipòsit per resclosa"
(lock-hoppers), a la part superior de la graella inclinada. Aquesta graella es constitueix de
diversos pannells de barres cremadores. L'actuació elèctrica o hidràulica mou aquestes barres
en seqüència per fomentar al combustible per moure's avall a la graella.
L'aire primari es subministra per sota la graella, i sota els passos del combustible per una
successió clara d'assecat, les emissions de volàtils i el quitrà es cremen al seu pas per la graella.
Aquesta combustió seqüencial és una de les grans forces de disseny: posar a punt la velocitat
de la graella, l'aport de combustible i el subministrament d'aire fan que sigui possible cremar
una gran varietat de combustibles. L'addició d'un arc ceràmic sobre la graella fa que es
reflecteixi el calor emès, afavorint l'assecat i la subsegüent ignició, i així permetent la combustió
de combustibles humits. S'ha arribat a cremar matèria fins a un 70% d'humitat. La disposició
típica de la caldera i el cremador d'un sistema amb graella inclinada es mostra a continuació, a
la Figura 10.25.
Figura 10.25. Sistema de cremador - Caldera amb graella inclinada
Aire Secundari
Arc de Ceràmica
Alimentació per
cargol sensfi
Aire Primari
Font: Figura adaptada [60].
Jaqueta d'aigua
Cambra de Combustió
Graella de 3 seccions
Cendrer
La cendra cau a la part inferior de la graella i és recollida mecànicament.
Les calderes amb graella inclinada són populars al Nord d'Europa i Escandinavia pel seu ús amb
combustible humit: quan el combustible és sempre sec l'opció més econòmica és sovint el
sistema de combustió per fogar d'alimentació inferior. El sistema de graella inclinada té les
següents avantatges:
• Tolerància a àmplia varietat de combustibles, humitat i mida de partícula
3 er pas de tubs
2 on pas de tubs
Portes
10—131

• Moviment molt positiu del combustible cap a la part inferior de la graella que evita
obstruccions i el "clinkering".
• La combustió ben regimentada porta a l'alta eficiència.
Tanmateix existeixen les següents desavantatges:
• La gran varietat de combustibles fan que en la seva càrrega tingui una resposta lenta
d'adaptació.
• La producció de calor no aprofitable pot ser del 10 % al 30%, per combustibles humits.
• La gran quantitat de material ceràmic en calderes que utilitzen fusta humida resten temps
de funcionament degut a la preparació per a la combustió de la càrrega: aproximadament
dos hores.
• El disseny complex fa que els costos capitals siguin més alts.
10.4.2.3. CREMADORS DE LLIT FLUIDITZAT
Els llits fluiditzats s’utilitzen majoritàriament en sistemes de combustió de gran escala (≥ 5MW).
Les partícules de combustible, de mides inferiors a 1 cm, cremen en llit fluiditzat de partícules.
Es caracteritzen per tenir bona flexibilitat pel que fa als canvis de qualitat del combustible i una
ràpida resposta als canvis de càrrega. La
Figura 10.26 mostra els dos tipus de cremadors de llit fluiditzat que existeixen en el mercat:
bombollejant i circulant.
Figura 10.26. Cremadors de llit Fluiditzat: (a) LF bombollejant, (b) LF Circulant
Font: Adaptat de [41].
En el cremador de Llit Fluiditzat Bombollejant, l'aire primari de la combustió flueix en direcció
ascendent per una cambra de partícules sostingudes en un distribuïdor. Les partícules es
queden suspeses en la combustió aèria degut a l'equilibri entre la força de gravetat (cap avall)
o la força d'obstacle exercida pel flux de gas (cap a dalt).
A part de la combustió, l'aire passa a través del llit en forma de buits o "bombolles" i crea un
batut vigorós al llit. El combustible, per a ser cremat, és alimentat o bé per sobre o per sota de
la seva superfície superior i s'obté ràpidament l'escalfat a la temperatura del llit quan ja s'ha
volatilitzat el combustible.
Els avantatges més importants del llit fluiditzat bombollejant són:
• Baixa formació de NOx
• Operacions de baixa temperatura, normalment entre 800 i 900 ºC
10—132
gas
Columna
ascendent
cicló
Aire primari Aire primari
(a) (b)
gas

• Alt coeficient de transferència de calor en cas de superfícies immerses al llit.
• Possibilitat de cremar varietat de combustibles
• Habilitat en cremar combustibles de baix grau amb eficiències elevades.
Per exemple, les pellofes d'arròs, que no es poden cremar eficientment en un forn
convencional: és cremat en aquests tipus de cremadors amb eficiències de 95-99% per ambdós
llits (Brattacharya & Weizhang, 1988) [41].
En el cremador de Llit Fluiditzat Circulant, les partícules de combustible cremen en major part
en un llit de partícules inerts dins de la columna ascendent. Les partícules sòlides a la sortida
són separades del gas per mitjà de ciclons i retornant al inici de la columna.
10.4.2.4. ALTRES TIPOLOGIES DE CREMADORS
Sistemes "batch firing" o "cigar burning" per la crema de bales de palla
Per a cremar bales de palla s'utilitzen forns especials, com els Sistemes "Batch firing" o "Cigar
Burning". Països desenvolupats com Dinamarca han utilitzat i utilitzen aquesta tècnica per a
cremar palla, a escala de granja. La capacitat d'energia dels sistemes cremadors "Batch firing"
solen ser menors a 1MW [41]. [61]. La Figura 10.27 i Figura 10.28 esquematitza la combustió a
gran escala de bales de palla, sistema anomenat "Cigar Burning".
Figura 10.27. Sistema "Cigar burning" per a bales
Cremador que inclou
combustió de Boques
d'Aire
Font: Adaptat de [41].
Figura 10.28. Sistema de crema de bales de palla per a la producció d’aigua calenta
Font: Adaptat de [61].
Túnel
d'alimentació
de bales
Graella Refrigeradora
d'Aigua
Refractant
Cambra de
Combustió
Sensor de temperatura
Sensor d’O2
Sortida de Fums
Distribuidor d’aire controlat pel
contingut d’O2 i temperatura del
gas de combustió
Ventilador
10—133

Cal distingir els sistemes de crema de bales de palla tradicionals de les plantes actuals de crema
de bales de palla. Aquests es basen en la trituració del combustible i la seva crema en graella
fixa plana introduint el triturat amb cargol sensfi. Degut als sensors d’O2 i controls de
temperatura de combustió, per ambdós casos, les eficiències de combustió han augmentat des
de 35-40% al 1980 fins al 72-78% al 1996, alhora disminuint les emissions de fums
considerablement.
Cyclone boilers
Els "cyclone boilers" o cremadors de cicló (Figura 10.29) accepten residus de fusta, entre
d’altres tipologies de combustible, amb mides més precises que els cremadors de graella
d’alimentació superior o els cremadors de llit fluiditzat, acceptant continguts d'humitat en el
combustible superiors al 55%.
Figura 10.29. Esquema d'un Cyclone Boiler
Font: Adaptat de [62].
Sistema d'energia d'arbre sencera (whole tree energy system, wte)
En el sistema Whole tree energy (WTE) (Figura 10.30), el calor residual del procés produït per
la combustió de la biomassa s'utilitza per assecar arbres sencers. Els arbres sencers assecats
són cremats directament sense cap tipus de reducció.
En comparació amb la crema de carbó, un sistema de WTE produiria una centèssima part de
SO2, menys de la quarta part de NOx i menys d'una dècima part que cendra (Sheinkopf, 1992).
També s'esperarien costos capitals i operatius més baixos degut a l'eliminació del polvoritzat
comparat amb el carbó, del SO2 que desgasta els dispositius, i els nivells més baixos de la
col·lecció de partícules i cendra. L'informe portat a terme per Broek et al (1995), l'Institut
d'Investigació de l'Energia Elèctrica (Electric Power Research Institute EPRI) invertí en
l'avaluació del concepte WTE. Les proves, que es van dur a terme al 1992, van confirmar els
avantatges esperats del concepte. Algunes proves foren dutes a terme amb una pila quadrada
de 20 metres de longitud i una altura tan gran com 30 m. La llarga alçada de la pila d'arbres
permet la operació de combustió amb nivells baixos d'aire en excés (10-15%) i un alliberament
alt de calor per unitat d'àrea de graella.
L'eficiència de la caldera projectada i de la generació elèctrica neta de la Planta energètica WTE
són aproximadament del 82% i del 32'5%, respectivament.
10—134

Figura 10.30. Sistema "Whole tree energy system"
Font: Adaptat de [41].
Porta de càrrega
Zona de Combustió
Volàtil
Zona de Combustió
carbonitzadora
Clot de
cendra
Generador de Vapor
Sortida
fum
Entrada
d'aire
Altres estudis experimentals sobre el sistema WTE i treballs de modelatge per pronosticar les
seves característiques, han sigut portades a terme per la Universitat de Wisconsin (Bryden &
Ragland, 1996a, 1996b).
10.4.3. RECEPCIÓ I EMMAGATZEMAMENT DE COMBUSTIBLE
Els estelles de fusta i els pellets poden ser subministrats per carretera, o produïts in-situ. En
ambdós casos, les estelles de fusta, igual que els pellets, necessiten ser guardats en dipòsits o
sitges, a vegades durant varies setmanes, abans de la seva transferència al forn en volums
petits i mesurats. L'equip per aquesta acció és sovint voluminós i la sitja s'ha de localitzar ben
tancada a la cambra de combustió.
Els estelles de fusta i els pellets hauran de ser compatibles amb els requisits del forn. La
recepció d'aquest combustible, el seu emmagatzemament, i manipulació han de ser dissenyats
expressament segons el grau d'escala a la qual serà explotada la fusta. Un problema important
que es pot trobar en la majoria d'equips és la presència de materials "tramp", que poden
trencar o danyar parts de treball. Els sistemes varien significativament en grandària, acceptant
uns més varietat en la mida del material que d'altres equips més senzills.
La majoria dels sistemes, fins i tot els sistemes més grans i forts, tenen dificultat en tractar
matèria massa gran. Això és present en materials que es presenten en forma d'estelles, trossos
d'escorça… Les solucions mecàniques són costoses i una bona supervisió del material provingut
pel subministrador contractat i/o del procés que estella la fusta és essencial.
10.4.3.1. ENTREGA DEL COMBUSTIBLE I CONTROL DE QUALITAT
Aire
Escalfador d'aire
de combustió
El lliurament del combustible en forma d’estelles de fusta és similar en molts casos a
l'alliberament de gasolina. Tanmateix, l'assistència del combustible pot ser necessària només
segons l'avanç de la necessitat, i llavors el lliurament garantit pren dificultat en la seva acció
immediata (els requeriments per a usos calorífics són a vegades imprevisibles)
La mesura de la quantitat lliurada de combustible de fusta pot ser per pes, però generalment
sol ser relacionat amb el volum. Quan el lliurament és a granel, l'acceptació de la càrregues
minoritàries a petits establiments pot presentar un problema pel que fa al transport,
especialment si el lloc de destí està en males condicions i no està preparat pel traspàs del
Aire
Aire Sec
Bescanviador de
calor d'aire sec
10—135

combustible. Les dimensions de la sitja de combustible esdevé un element important davant del
volum que es vol acceptar per part del particular.
Quan la font de fusta varia per part del subministrador, els estelles de fusta poden també variar
en tamany i característiques físiques (ex.: humitat i poder calorífic). El contracte entre el
comprador i subministrador ha de cobrir els criteris per al rebuig de la càrrega si la qualitat
sembla ser massa baixa.
L'ús massiu de fusta com a combustible que es fa al Nord d'Europa requereix un control de la
qualitat del combustible i eficàcia pel que fa al subministrament. El lliurament de la fusta és un
factor important pel que fa a l'establiment de calefacció per biomassa a les cases. És de vital
importància fer comprometre al subministrador per mitjà del contracte de venda el lliurament
regulat de combustible. El sistema millora pel fet d'haver-hi aquest compromís, i la oferta
esdevé més atractiva.
10.4.3.2. EMMAGATZEMAMENT DEL COMBUSTIBLE
La sitja i el bunker, dues formes d'emmagatzemament
Com ja s'ha argumentat anteriorment, la forma d'emmagatzemament del combustible de fusta
es duu a terme en una sitja o "silo". La mida de la sitja de combustible per un cremador de
estelles o pellets de fusta depèn d'alguns factors: encara i existir la demanda contínua de
combustible de fusta per abastar l'alimentació d'un cremador amb caldera, la quantitat a
emmagatzemar de pellets o estelles de fusta es veurà limitada pel volum de la sitja. El
problema esdevé quan hi falta de combustible, provocant problemes tècnics i avaries en el
sistema d'alimentació cap al cremador.
Per a calderes petites, el funcionament continu amb 1 m 3 de estelles secs de fusta dura unes 24
hores (25% d'humitat i densitat de fusta de 220Kg/m 3 ).
A la pràctica, l'ompliment diari de la sitja de fusta pot ser difícil, i un dipòsit d'alimentació més
gran (4 m 3 ) pot proveir durant 4 dies una operació contínua i aproximadament una setmana
d'operació normal.
Les unitats d'emmagatzemament per a calderes més grans requereixen sitges separades
(externes). Una setmana d'operació d'una caldera de 100 kW requereix una sitja que
emmagatzemi 6 m 3 de estelles de fusta.
Les estelles de fusta mullades ocupen més volum que les estelles amb contingut d’humitat baix
(existència d’assecat de la fusta). Degut al baix poder calorífic de la fusta mullada, per a
garantir una producció calorífica en una Planta de Generació Energètica caldran dipòsits
d’emmagatzemament més grans. Aquest problema no és gaire significatiu quan s’incrementa
lleugerament el grau d’humitat. Un exemple és: per al mateix operador de la mateixa caldera,
estelles amb un contingut d’humitat del 50% requeriran un 16% més de volum
d’emmagatzemament per a forns de fusta seca, i un 12% més si el contingut d’humitat és del
20%. Per a estelles mullades (45% d’humitat) de densitat 300kg/m 3 el valor del volum
necessari per la sitja que garantís el treball en una setmana és de 48m 3 . Aquest cas requeriria
una sitja molt gran, o més comunament un bunker.
Aquests requisits indicatius d’emmagatzemament es resumeixen a la següent Taula 10.15, per a
tamanys diferents de calderes.
Taula 10.15. Relac ió dels requeriments de volum de sitges per a diferents tamanys de
caldera.
Output caldera 18 kW 80 kW 350 kW
Input Combustible 6'25Kg/h (25 kW) 25 Kg/h (100 kW) 200 Kg/h (400 kW)
1 m 3 d'emmagatzemament 24 hores 6 hores Massa petit
4 m 3 d'emmagatzemament 4 dies 24 hores 6 hores
16 m 3 d'emmagatzemament Massa gran 4 dies 24 hores
48 m 3 d'emmagatzemament Massa gran Massa gran 3 dies
Font: Adaptat de [63].
10—136

Un factor important en la mida de la sitja, a part de limitacions físiques in situ a la planta i dels
costos de construcció, és la disposició de lliurament del combustible per part del
subministrador. Els dipòsits d'alimentació i les sitges requereixen de combustible per cremar,
estelles o pellets, els qual es carreguen per la part superior del dipòsit. Els subministradors de
estelles de fusta (estelles) utilitzen remolcs, i altres tipus de transport voluminosos. La unitat
d'emmagatzemament del vehicle ha de permetre una descàrrega ràpida de les estelles. Per a
dur a terme aquest objectiu, normalment s'inclina la càrrega o remolc.
Aquest terme de subministrament és important ja que lliurant sense problemes les estelles es
pot revisar més fàcilment la càrrega.
Un factor addicional que es deu considerar és l'accés del vehicle a la zona de descàrrega. El
lliurament de combustible puntual i seguit al llarg de la setmana eleven els costos de transport,
i per tant, de subministrament per a la Planta receptora. El fàcil accés del transport a la Planta i
el subministrament a granel en grans quantitats abarateix els costos de transport, pel qual
l'empresa emissora pot millorar en aspectes d'ampliació de mercat a la zona.
En el moment de fer la descàrrega, la gravetat permet que el combustible es col·loqui a la sitja
o dipòsit d'alimentació. Si la sitja o dipòsit d'alimentació és situada sobre el cremador, la
conducció del material, més directe, estalviarà transport de tipus mecànic-pneumàtic que
desplaci el combustible a partir dels dipòsits situats a nivell de terra. Els costos per avaries de
maquinària d'alimentació són freqüents depenent des de quins dipòsits vingui el combustible,
influïts per la dimensió de la sitja i posició al forn o caldera. Per a calderes grans de fusta, la
inversió d'emmagatzemament pot representar fins a un 50% dels costos totals de la instal·lació
de la caldera. Els principals tipus de dipòsits d'alimentació o sitges es mostren a continuació:
Dipòsit d'alimentació petit
Aquest disseny és aplicat normalment a sistemes més petits, on la caldera, sistema cremador i
dipòsit d'alimentació es subministren com un paquet complert. El dipòsit d'alimentació és
“autoestable” i requereix simplement d'una base plana i dura que descansa. Els sistemes de
cremador Stoker són normalment fets a mida amb el dipòsit d'alimentació, com poden ser
unitats més petites d'altres tipus.
Sitja de combustible
La sitja és la unitat d'emmagatzematge de combustible més gran, sovint muntat remotament
separada de la caldera i connectada amb un petit alimentador. L'esquema que mostra la Figura
10.31 pot ser aplicat a molts sistemes de combustió diferents.
Figura 10.31. Esquema de Sitja amb Cremador i Caldera
Font: [63].
Dipòsit/ cambra / bunquer de combustible
El búnquer o cambra de combustible consisteix generalment en una construcció concreta on hi
és establert un sistema de descàrrega de combustible. La "cambra", que pot ésser
10—137

perfectament una antiga carbonera adaptada a combustió de biomassa, es pot construir en
diverses posicions depenent de l'altura al sòl i al forn. Aquests sistemes són apropiats per a
instal·lacions grans, especialment on els volums de combustible que es descarrega és gran.
Figura 10.32. Exemple de bunquer sota terra ( vista lateral )
Font: Adaptat de [39].
Figura 10.33. Exemple de bunquer al mateix nivell ( vista lateral )
Font: Adaptat de [39].
Figura 10.34. Exemple de bunquer al mateix nivell ( vista en planta )
Font: Adaptat de [39].
10—138
Reixa d'emergència
Interruptor de
parada
Extintor
Cargol sense fi de
càrrega de la sitja
Sala Caldera
Biomassa
Reixa de ventilació de 5 cm 2 per KW (Al menys 400 cm 2 )
El motor de càrrega de cargol d'Arquímedes es deu muntar a
l'exterior del dipòsit de combustible
Forjat F90
Canal d'alimentació col·locat al doble fons
(ventilació posterior a discreció)
Biomassa

Figura 10.35. Exemple de Presitja (Visió lateral)
Nota: És necessari un emmagatzematge intermedi quan la longitud del cargol sense fi de càrrega de la sitja és superior
a 5 metres.
Font: Adaptat de [39].
Figura 10.36. Exemple de Presitja (Visió en Planta)
Interruptor de parada d'emergència
del cargol sense fi de càrrega de la
sitja
Obertura del mur 50 x 50 cm
(després del muntatge del canal, tornar a
tapar amb esmorteïment del soroll)
Font: Adaptat de [39].
Figura 10.37. Exemple de Sitja Elevada (Visió lateral)
Font: Adaptat de [39].
Biomassa
Canal de ventilació col·locat en doble fons (ventilació
posterior a discreció)
Tapa (100 x 250 cm)
Canal d'alimentació col·locat a doble fons
(ventilació posterior a discreció)
Obertura del mur
Biomassa
Obertura al mur
(50 x 50 cm)
Sala de caldera
Obertura del mur
(50 x 50cm) Forat del sostre (30 x 30cm)
Forjat F90
Extintor
10—139

Figura 10.38. Exemple de Sitja Elevada (Visió en Planta)
Ø 20 - 22 cm
Font: Adaptat de [39].
Figura 10.39. Exemple de dos calderes amb una sitja.
Font: Adaptat de [39].
Figura 10.40. Exemple de sitja rectangular amb una caldera
Font: Adaptat de [39].
10—140
Obertura del mur
(50 x 50cm)
Sitja de biomassa
En el cas que la sitja de combustible no estigués a la norma F90 la longitud màxima
del compartiment s'haurà de realçar segons la normativa del país en matèria
d'edificació
Sala de caldera
Extintor
Interruptor de parada
d'emergència
Reixa de ventilació de 5 cm 2 per KW
(Al menys 400 cm 2 )
Sistema de Calefacció USV D
"Volksheim"
Dos sistemes de calefacció de 80
KW cada un alimentats per un
agitador de 5'5 m de diàmetre
Sistema de Calefacció USV D
Restaurant Schlögelberger, regió de
Lungau (Àustria)
Dos agitadors de 5 m de diàmetres
cadascun (la sitja de combustible no
es pot emplenar fins a dalt a l'hivern)

Figura 10.41. Exemple de sitja rodona.
Font: Adaptat de [39].
El combustible que és emmagatzemat és normalment transferit a la caldera mitjançant un
transportador sensfi o una cinta transportadora (Figura 10.42).
El cargol sensfi, element de metall resistent al desgast i a altes temperatures, proporciona
seguretat al sistema d'alimentació ja que permet una entrada contínua de biomassa al
cremador sense interrupcions o excessos no desitjats que provocarien un colapse al cremador,
graella o stoker. La velocitat i la dimensió del transportador sensfi ve ajustat segons la quantitat
desitjada, pel fabricant i pel client, pel subministrament de biomassa al cremador o forn. Aquest
element ve situat generalment en dos punts del sistema: entre la sitja o búnquer
d'emmagatzemament i la cambra de combustió, i dins del dispositiu de combustió, l'element
que proporciona el combustible acuradament dosificat al cremador.
Figura 10.42. Cinta transportadora pel transport a granel
Font: [58]
Alimentació des de una sitja
(altura d'emmagatzemament fins a un màxim
de 15 metres)
Estació de transferència
Abans que el combustible entri a la caldera, passa normalment per un "airlock" (=resclosa
aèria). Les funcions d'aquest element són:
• Restringir l'excés d'aire arrossegat a la caldera.
• Mesurar les estelles de fusta al transportador del cremador-caldera
• Prevenir la crema accidental del combustible des de la caldera.
Entrada de vehicles (canal del cargol sense fi enterrat)
Les unitats més petites i senzilles poden prescindir de l'"airlock" utilitzant un sol transportador
per a buidar el dipòsit d'alimentació i omplir la caldera. Aquest transportador sol ser provingut
10—141

generalment d'un trepant (transportador de cargol) operant sota el control de la caldera que
incorpora també un sistema de mullat per al control del foc.
Salut i seguretat: emmagatzematge del combustible i maneig
Els aspectes de salut i seguretat sobre el maneig de les estelles de fusta i el seu
emmagatzemament necessiten d'una consideració acurada. A més dels perills usuals de l'equip
- motors, conductors, etc. - hi han dificultats addicionals en treballar segur en espais tancats, i
treballar amb material que genera pols i espores.
La seguretat personal pot ser millorada prenent les precaucions necessàries - calçat, guants,
màscares i marcar les àrees perilloses adequadament. La consideració acurada en l'etapa de
disseny pot millorar l'espai de treball, i l'accés segur, per optimitzar els detalls d'instal·lació i
disposició dels components de l'emmagatzemat de combustible.
La bona senyalització dels accessos i la seva vigilància pot evitar els accidents.
Un operador deu estar disponible a l'espai de caldera per a indicar al personal cap a la operació
segura de l'equip, i així reduir les oportunitats de cremades, escaldades i altres danys
accidentals en operacions normals.
10.4.4. DISPOSITIUS ELIMINADORS DE CENDRA
Els dispositius que eliminen la cendra resultant de la combustió de la fusta són:
• Graella eliminadora de la cendra.
La cendra cau al final de la graella així com per sota de la coberta de la graella als dipòsits
alimentadors i llavors en un transportador raspador. La cendra és conduïda a una depressió
coberta amb aigua. Les portes individuals del dipòsit d'alimentació estan immerses en aigua,
així que s'han de segellar entre els dipòsit d'alimentació i l'ambient. La cendra és refrescada
amb aigua, cau al fons del transportador i llavors es descarrega.
• Cambra giratòria (=Turning chamber)
A la part de convecció de l'escalfador, la part més baixa de la cambra giratòria és subministrada
com un dipòsit alimentador. Les partícules de cendra són portades amb el gas residual de la
combustió (fum), deixades anar a la cambra, i transmeses al humit eliminador de cendres via
una vàlvula rotatòria i un cargol [64].
• Dispositius netejadors de gasos
La cendra continguda als gasos de la combustió és normalment separada a través de dispositius
eliminadors de pols. Els dispositius més comuns utilitzats industrialment degut a la seva
eficiència en el procés de separació són: els ciclons, electrofiltres i filtres de mànegues.
Els ciclons fan servir la força centrífuga i la gravetat per a separar les partícules de mida
superior a 10 µm. Depenent del disseny del cicló (alçada, diàmetre, tipus d'entrada del gas..)
l'eficiència de separació varia, així com el recorregut del gas a l'interior del separador. La
col·locació dels ciclons a la indústria sol ser de mode simple (un exemplar) o en
paral·lel/bateria. Aquesta darrera disposició defineix un nou separador, un conjunt de ciclons,
anomenat dispositiu "multicicló", amb una eficiència de separació per tot el conjunt molt més
alta que per un cicló per separat.
L'electrofiltre, o precipitador electrostàtic, ofereix una sèrie d'avantatges a altres netejadors de
gasos: d'alta eficàcia, té poca pèrdua de càrrega; té poc manteniment però aquest és
especialitzat; pot operar a altes temperatures (fins a 700 ºC); recull les partícules en sec.
L'electrofiltre es basa en la creació d'un camp elèctric que carrega electrostàticament les
partícules sòlides del gas a tractar, permetent una millor separació quan aquest gas circula a
prop de dues plaques carregades positivament.
El sistema de filtres es basa en la intercepció de partícules amb una malla de filtre, amb
característiques importants de resistència. El sistema de filtres es composa dels següents
components: elements filtrants, estructura, envolvent, direccionadors de flux, equips de neteja,
10—142

tramuja de recolida i descàrrega de pols. El material de filtració pot ser natural (a partir de
300ºC el filtre ha de ser de malla metàl·lica o refractari) o sintètic, amb resistència a la
corrossió, erosió, temperatura i humitat. Industrialment, el sistema de filtres es configura com
un filtre de mànegues, tubs de malla filtrant on l'aire traspassa la malla retenint la pols. El
sistema de neteja d'aquests dispositius netejadors d'aire són: sacsejament, inversió de flux i
flux pulsant. Els equips de neteja de gasos nomenats seran àmpliament al llarg del següent
apartat sobre Sistemes de Neteja de Gasos.
• Dispositius de descàrrega de partícules
Aquests prenen diverses configuracions en funció de les característiques que el regeixen. De
dispositius descarregadors n'hi ha de quatre tipus que generalment són (Figura 10.43):
- Comporta corredissa manual simple
- Descàrrega amb alimentador de cargol
- Vàlvula rotatòria
- Vàlvula automàtica de solapa
10.4.5. SISTEMES DE NETEJA DE GASOS
Com s’ha esmentat anteriorment, els sistemes de neteges de gasos col·lecten les partícules
presents al fum despresos de la biomassa en la seva combustió. La quantitat de partícules al
gas de combustió generat, depèn, obviament, de la quantitat de combustible cremat, i per tant
de la potència de generació energètica instal·lada.
Les eficiències dels equips instal·lats varien segons la tipologia escollida en la neteja del gas.
Així doncs, segons la quantitat de partícules generada, a l’hora de tractar el gas de mode que
Figura 10.43. Dispositius de descàrrega de partícules
Font: Elaboració pròpia.
Comporta
corredissa
a. Comporta corredissa manual simple
c. Descàrrega amb alimentador de
cargol
b. Vàlvula rotatòria d. Vàlvula automàtica de solapa
Contrapès
Vàlvula de solapa
10—143

no sobrepassi el límit legal establert de qualitat d’emissió, caldrà instal·lar una tipologia o una
altra de sistema, o dos filtres un seguit de l’altre.
Al llarg del present apartat es descriuran els sistemes de neteja de partícules que es fan servir
actualment.
10.4.5.1. FABRIC FILTERS, BAGHOUSES O FILTRES DE MÀNEGA
Els “fabric filters” o “baghouses” (filtres de tela o filtre mànega) s’utilitzen en diferents
tipologies pel control de partícules amb combustibles sòlids i líquids (Figura 10.44). Segons el
correcte disseny i el tipus de tela, les eficiències de control de partícules arriben a ser del 99%
per partícules molt petites (≤1 µm). Les taxes d’emissions més baixes controlades en calderes
cremadores de fusta a gran escala es registren a la base de dades de RACT/BACT/LAER (RBLC),
amb valors de 0’01 lb/MMBtus (4’3 g/GJ), és a dir, amb eficiències de control del 99%.
Tanmateix, l’experiència operativa amb filtres de mànegues en calderes cremadores de fusta
més grans indiquen l’existència d’un risc d’incendi, degut a l’enduriment dels filtres amb pols de
fusta no cremada. Encara que sigui possible controlar aquest risc, aquest tipus de filtre és
menys pràctic en petites calderes. Això és degut a què les petites calderes cremadores de fusta
són utilitzades en petites institucions com en escoles i hospitals sense personal de caldera a
temps complert que pugui controlar el sistema amb tota seguretat. En aquestes situacions el
risc d’incendi és inacceptable.
Figura 10.44. Baghouse o Filtre de mànega.
Font: Elaboració pròpia.
10.4.5.2. PRECIPITADORS ELECTROSTÀTICS
Els precipitadors electrostàtics (ESPs) són molt utilitzats en el control de partícules per una
àmplia varietat de fonts de combustió, incloent la de materials de fusta. Els precipitadors
electrostàtics utilitzen camps magnètics per a carregar les partícules de pols emeses pel
cremador, per poder ser recollides amb plaques col·lectores de càrrega oposada a la de les
partícules. De ESPs existeixen de molts dissenys amb eficiències de separació molt elevades,
típicament del 98% per partícules de mida igual o inferior a 1 µm (Figura 10.45). En conjunt,
els ESPs són tan bons com els millors filtres de mànegues. La base de dades RBLC mostra per
vàries calderes cremadores de fusta, taxes d’emissions de PM10 en rangs de 0’02 a 0’03
lb/MMBtu (8’6 a 12’9 g/GJ).
Per a calderes es consideren dos dissenys: precipitadors electrostàtics secs i precipitadors
electrostàtics humits. Els sistemes són bàsicament similars amb l’excepció que els humits
utilitzen aigua per netejar les partícules capturades en el col·lector. L’avantatge dels sistemes
secs és que tenen costos d’inversió més baixos i menys problemes de disposició de residus. Els
10—144

sistemes humits poden tenir menys costos en operació i són probablement lleument més
eficients en capturar partícules molt petites que poden incloent metalls tòxics.
Figura 10.45. Eficiències de separació de partícules per a precipitadors de plantes
energètiques cremadores de carbó
Eficiència de col·lecció, %
99.5
99
98
97
96
95
90
80
70
60
50
10.4.5.3. SEPARADORS CORE
1 2 3 4 5 6
100 200 300 400
Àrea de col·lecció, ft 2 per100 cfm
Contingut en S
1 - 3.0%
2 - 2’5%
3 - 2’0%
4 - 1’5%
5 - 1’0%
6 - 0’5%
El separador core resulta un nou sistema col·lector mecànic de partícules produït per LSR
Technologies.
El separador Core LSR és un sistema de control de partícules d’elevat funcionament dissenyat
per a eliminar micro i submicropartícules circulants en corrents de gas utilitzant un extraordinari
mètode de recirculació. Els nivells d’emissió obtinguts del separador Core és de 3 a 6 vegades
inferiors als millors ciclons d’elevada eficiència [65]. La tecnologia supera les limitacions de
funcionament inherents als ciclons realitzant tasques de separació i col·lecció en dos
components o fluxos separats. Cada unitat té una única entrada pel corrent a ser tractat i dos
sortides, una pel corrent de gas net i l’altre que conté una corrent concentrada de recirculació
de partícules.
El separador core té una eficiència de separació molt elevada per partícules superiors a 2’5 µm
comparable als precipitadors electrostàtics, però l’eficiència de col·lecció disminueix per sota del
50% per partícules inferiors a 1 µm. Més de 60 unitats són actualment en servei als Estats Units
i Europa en aplicacions pel control d’emissions de partícules i per recuperació del producte.
L’eficiència de col·lecció sobre la gamma sencera d’emissions incontrolades de calderes
cremadores de fusta pot ser tan alta com el 90%. En proves realitzades en una caldera amb un
gasificador de fusta amb taxes d’emissions de partícules totals incontrolades de promig 0’17
lb/MMBtu (73’10 g/GJ), el separador core reduí les emissions a una mitja de 0’07 lb/MMBtu
(30’10 g/GJ) [66]. L’eficiència de col·lecció total era del 56%. Aquesta dada reflecteix la baixa
taxa d’emissió inicial i la distribució de mides de partícules resultant.
10—145

10.4.5.4. CICLONS
Un cicló és un col·lector de partícules en forma de con amb una entrada tangencial a la part
superior on hi penetra el corrent d’aire contaminat, el qual per mitjà del seu disseny i per la
força centrífuga i gravitatòria, es separa la fracció sòlida de l’aire. L’aire net surt per la part
superior i la pols separada per la part inferior del cicló. El seu funcionament s’esquematitza en
la següent Figura 10.46. L’eficiència de separació d’un cicló depèn del seu disseny físic,
propietats del gas a tractar com de les partícules a separar i distribució de mides de les
partícules.
De ciclons hi ha de diferents tipologies, classificant-los segons el disseny d’entrada de gas i
descàrrega de pols, la capacitat de tractament de gas i l’eficiència de separació (Taula 10.16 i
Figura 10.47):
10—146
• Cicló convencional
• Cicló d’elevada eficiència
• Multiciclons (apartat 6.3.5.5.)
• Ciclons irrigats o humits
Els ciclons són col·lectors menys eficients que el multicicló o el separador core. A més, un cicló
simple no és una BACT. Un cremador de fusta multietapa controlat o un gasificador combinat
amb un cicló pot registrar taxes d’emissions inferiors a 0’1 lb/MMBtu (43 g/GJ). Tanmateix, en
tots els casos hem d’esperar per a la mateixa unitat de combustió taxes d’emissions més baixes
amb un separador core o un multicicló.
Així doncs, una caldera cremadora de fusta equipada amb un cicló com a separador de
partícules no és BACT.
Figura 10.46. Configuració d’un cicló
Font: [67].

Figura 10.47. Efecte de les dimensions del cicló sobre l’eficiència de separació de partícules
Font: Adaptat de [68].
Eficiència separació (%)
Mida de Partícules (µm)
Diàmetre de tubs Petit
Diàmetre de tubs Mitjà
Diàmetre de tubs Gran
10—147

Taula 10.16. Classificació de ciclons
Tipus Diàmetre con Flux gas
(cm) (m 3 Vel. entrada Eficiència
Aplicació Altres
/min) aire (cm/s) separació (%)
Convencional 122 - 366 283 - 5663 6 - 21 50 – 80 Manipulació del material
Requeriment d’espai.
Pre-netejador de gas exhaust
Limitat a partícules de mida grans, per
a fluxos amb càrregues elevades de
partícules.
Cicló d’unitat d’elevada > 90 28’3 - 566 15 - 21 80 – 95 Control de partícules per calderes Requeriments més petits d’espai.
eficiència
industrials
La disposició en paral·lel requereix de
sistemes d’eliminació de pols contínua
amb purgues de material.
Multicicló 15 - 30 ≥ 8.495 15 - 21 90 – 95 Control de partícules. Caldera Problemes: embussament de gas de
d’utilitat industrial.
recirculació.
Sistema d’eliminació de pols continu,
control de flux.
Cicló irrigat (humit)
>90 28’3 - 566 15 90 - 95 Aplicació en calderes per
Materials resistents a la corrossió.
d’elevada eficiència
combustibles baixos en sofre. Taxa d’aigua 19 – 57 litres en un flux
Temperatura del gas baixa
de 472 litres/segon
Font: [67]
10—148

10.4.5.5. SISTEMES MULTICICLÒNICS
Els Multiciclons o ciclons múltiples de tub són separadors mecànics que utilitzen la velocitat
diferencial a través del cicló per separar partícules. Un multicicló utilitza varis ciclons units de
diàmetre petit per incrementar l’eficiència.
L’eficiència general varia del 65% al 95% ja que els multiciclons, com als ciclons, són més
eficients en recaptar partícules grans, disminuint l’eficiència quan les mides de les partícules són
més petites (Figura 10.48).
Figura 10.48. Corba d’eficiència de col·lecció de partícules per mides per a un multicicló
Eficiència de col·lecció (%)
100
80
60
40
20
0 10 20 40 60 60 70 80
Un multicicló és lleument menys eficient que el Separador Core LCR en el control de matèria
particulada, especialment per a mides pertanyen a rangs de mides molt petites.
10.4.5.6. RENTADORS HUMITS I VENTURI
Mida de Partícules (µm)
Els rentadors humits (veure Figura 10.49) i Venturi (veure Figura 10.50) són més eficients que
els multiciclons, especialment per fraccions de mides de partícules inferiors a 1 micròmetre. La
següent Figura 10.51) representa linealment la relació entre l’eficiència de col·lecció del
rentador Venturi en funció de la Pèrdua de Càrrega (Pressure Drop). El fabricant AP42 indica
eficiències de control per a rentadors humits del 93% per a PM10. Tanmateix, el funcionament
general d’eliminació de partícules al llarg de la gamma de rangs de mida de partícules és
comparable al Separador Core LSR. Degut a la complexitat tècnica que suposa aquest sistema
de neteja de gasos, i a la generació d’aigües residuals que es produeix al llarg del funcionament
del sistema, per a mides petites de plantes cremadores de fusta no s’utilitzen rentadors humits
o de Venturi.
Un exemple d’instal·lació de rentadors humits el podem trobar a Hardwick MA, on s’hi presenta
una caldera cremadora de fusta de 13’5 MMBtu/h (1’28 MW) amb un rentador d’aquestes
característiques. Aquest sistema té un disseny de taxa d’emissió en plena capacitat de 0’13
lb/MMBtu (55’9 g/GJ). El millor rentador Venturi funcionant en una caldera cremadora de fusta
que es llista a la base de dades RBLC té una taxa d’emissió de 0’15 lb/MMBtu (64 g/GJ).
10—149

Figura 10.49. Tipologies de Rentadors humits
Figura 10.50. Rentador Venturi
10—150

Figura 10.51. Representació de les eficiències de col·lecció d’un Rentador Venturi Rectangular
0.01
0.05
0.1
0.2
0.5
1
2
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
95
96
99
99.8
99.9
99.99
1- 2- 3- 4- 5- 6- 7- 9- 1-- 2- 3- 4- 5- 6- 8- 10
Percent Lost
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 1.0
Els sistemes de condensació dels gasos de combustió dissenyats per finalitats de recuperació de
calor s’utilitzen a Dinamarca en calderes cremadores de biomassa per a District Heatings. L’ús
que realitza Dinamarca combina la condensació amb un multicicló per a controlar emissions de
partícules menors de 0’15 lb/MMBtu (64’5 g/GJ), comparables al funcionament d’un sol
multicicló.
La condensació de partícules amb rentadors humits i Venturi té avantatges en eficiència
energètica i pot eliminar alguns agents tòxics aeris, però no és una BACT per partícules.
10.4.6. EXEMPLES D’INSTAL·LACIÓ DE PLANTES DE COMBUSTIÓ
Segons el marc d’estudi, Parcs del Montseny-Montnegre-Corredor, la possibilitat d’instal·lar
plantes de combustió amb l’aprofitament de la biomassa forestal que pertany a aquest territori
és present avui dia. Tanmateix, el grau de potència a instal·lar, així com el tipus de tecnologia
necessària, varien segons l’escala d’implantació. Es plantegen 3 tamanys de planta o 3 possibles
escales d’actuació o escenaris en la zona d’estudi, definits com:
• Petita Planta (5 – 500 kW)
• Mitjana Planta (0’5 MW – 2MW)
• Gran Planta (2 MW – 5 MW)
50
40
35
30
25
20
15
6.8
Aerodynamic Mean Diameter, µ
Els països que han desenvolupat i desenvolupen amb potència aquest tipus de tecnologia per a
l’aprofitament energètic són: Finlàndia, Suècia, Àustria i Dinamarca.
Per a tenir una idea de què representen les escales energètiques esmentades, la següent Taula
10.17 especifica quin és el poder d’escalfament per cada potència, si en cada cas d’aplicació
s’implantés una potència determinada.
Percent Particulate Removal
99.99
99.9
99.8
99
96
95
90
80
70
60
50
40
30
20
10
5
2
1
0.5
0.2
0.1
0.05
0.1
Pressure Drop –
Rectangular Venturi, in. w.c.
10—151

Taula 10.17. Comparació física i d’abastament per a diferents potències energètiques
Mida
10—152
Capacitat
d’escalfament
Requeriment de
combustible anual
Comparació física en
la mida de la
instal·lació
Tecnologia
15 kWth Casa d’1 família 5 odt Maleta gran Caldera
35 kWth Escola 100 odt Garatge Caldera
1 MWth 200 cases 500 odt Barraca de jardí Caldera
250 kWe 250 cases 1.500 odt
Graner petit + sitja
combustible
Gasificador/Pirolitzador
1 MWe 1.000 cases 5.600 odt
Graner mitjà + sitja
combustible
Gasificador/Pirolitzador
1 MWe 1.000 cases 8.600 odt
Graner mitjà + sitja
combustible
Caldera
Odt = “oven dry tonnes”, pes sec del combustible en tones
kWth = 1000 watts d’energia tèrmica i.e. calor
MWe = 1000 kW d’energia elèctrica
Font: [69]
Així doncs, vers aquests tres escenaris es troben els següents exemples relativament semblants
a la resta d’Europa.
10.4.6.1. PETITA PLANTA
Exemple 1
Com a primer exemple de caldera emprada a petita escala, es menciona el cas d’una instal·lada
en una casa a la Reserva Natural de Nohèdes, França. Com a substitució d’una antiga caldera
de carbó que només permetia la calefacció a tres radiadors, es va instal·lar una que funciona
amb fusta, biomassa forestal. La calefacció que subministra la caldera abasta despatxos i
laboratoris de la reserva natural, els locals d’acollida amb allotjaments, cuina i refectori, amb un
total de superfície de 300 m 2 .
La següent Taula 10.18 resumeix les característiques més destacables de la instal·lació.
Taula 10.18. Característiques de la instal·lació, combustible i gasos emesos de la caldera de
“Maison”
País França
Localització “Maison” de la Reserva Natural de Nohèdes
Capacitat i tipus de caldera 25 kW, automàtica, descendrat manual
Marca Seccacier-Fröling
Combustible Estelles de fusta (15 x 15 x 5mm)
(20 a 40% humitat)
Consum de combustible 20 tones/any (6 TEP)
Energia produïda 50.000 kWh/any
Quantitat de cendres 200 kg/any
Reducció d’emissions de CO2
5 tones/any
Reducció d’emissions de SO2
1 tona/any
Font: Adaptat de [70].

Figura 10.52. Caldera d’estelles de 35 kW de la “Maison”
Font: [70].
Exemple 2
Com a segon exemple de petita planta de producció energètica a partir de biomassa, s’ha
analitzat la caldera utilitzada a l’Hotel Picheyre, a Formiguères, França. Al 1998, per tal
d’adaptar la calefacció existent a una ampliació de l’hotel, es va canviar la caldera existent per
una altra que utilitza com a combustible estelles. La caldera es posà en funcionament el
Novembre del 2001. La superfície a escalfar, comprenent el conjunt dels locals de l’hotel i tres
habitatges, és de 1500 m 2 .
La següent Taula 10.19 resumeix les característiques principals de la instal·lació.
Taula 10.19. Característiques de la instal·lació, combustible i gasos emesos de la caldera de
l’Hotel Picheyre
País França
Localització Hotel Picheyre, Formiguères
Capacitat i tipus de caldera 100 kW, automàtica, descendrat automàtic
de maons reflactaris.
Marca Energie Système
Combustible Estelles de fusta (15 x 15 x 5mm)
(< 30% humitat)
Consum de combustible 59 tones/any (20 TEP)
Ritme d’aprovisionament Cada 3 setmanes (en estació freda)
Energia produïda 263.000 kWh/any
Quantitat de cendres 600 kg/any
Reducció d’emissions de CO2
16 tones/any
Reducció d’emissions de SO2
Font: Adaptat de. [70].
3 tona/any
Les figures que es presenten a continuació mostren les imatges de l’entrada a l’hotel (Figura
10.53) i el sistema d’obertura de la sitja o “búnker” d’estelles de fusta, enterrada (Figura 10.54).
10—153

Figura 10.53. Hotel Picheyre
Font: [70].
Figura 10.54. Sitja enterrada (“búnker”) i sistema d’obertura
Font: [70].
Exemple 3
Com a darrer exemple de petita instal·lació de caldera amb alimentació de biomassa de fusta,
es planteja l’existent a Matemale. La instal·lació, en funcionament des de l’hivern del 2000/01,
substitueix una altra caldera de 120 kW que funcionava amb fuel. La nova instal·lació escalfa
dos edificis: La Capcinoise, centre de muntanya d’acollida, i les morades municipals, de
rehabilitació recent.
La següent Taula 10.20 resumeix les característiques de la instal·lació de Capcinoise, així com
del combustible emprat i dels gasos emesos.
Taula 10.20. Característiques de la instal·lació, combustible i gasos emesos de la caldera de
Matemale
País França
Localització Matemale, Centre de La Capcinoise
Capacitat i tipus de caldera 80 kW, graella vibratòria, formigó refractari.
Marca Fröling FC
Combustible Estelles de fusta (15 x 10 x 5mm)
(< 30% humitat)
Consum de combustible 60 tones/any (20 TEP)
Ritme d’aprovisionament Cada 2 ó 3 setmanes (en estació freda)
Energia produïda 228.000 kWh/any
Quantitat de cendres 600 kg/any (cauen al cendrer, autonomia de 3 dies)
Reducció d’emissions de CO2
15’9 tones/any
Reducció d’emissions de SO2
Font: [70].
3’1 tona/any
10—154

10.4.6.2. MITJANA PLANTA
Exemple 4
Com a exemple de mitjana planta, dels centenars instal·lades Europa, es pot esmentar la
implantada al Districte de Pasvalys, Narteikaiai Agricultural School, a Lituania. Produeix aigua
calenta per a calefacció a partir de la combustió de palla, i és distribuïda al llarg de 1’6 km de
canonades. Les dades descriptives del cas es resumeixen a la següent Taula 10.21:
Taula 10.21. Dades tècniques de la caldera de biomassa del Districte de Pasvalys.
Capacitat i tipus de caldera 1MW, automàtica, graella mòbil esglaonada
Fabricant Reka A/S-DK
Combustible Palla
Combustible previ “Light oil”
Eficiència 76-84%
Consum anual de combustible 1.400 tones
Producció teòrica de calor 4.500 MWh
Residu de cendra 50 Tones
Font: Taula adaptada de [71].
Figura 10.55. Caldera instal·lada a Narteikaiai Agricultural School.
Font: [71]
La següent Taula 10.22 mostra les emissions del gas de combustió, on es pot observar una
reducció clara de les emissions de gasos respecte al combustible “Light oil”.
Taula 10.22. Reducció dels gasos de combustió de la caldera del districte de Pasvalys.
“Light oil” Palla Reducció
Output de calor anual GJ 16.200 16.200
CO2 t/any 1215 1604*
-389
SO2 t/any 8’1 2’1 6’0
Pols t/any 0’97 0’32 0’65
NOx t/any 2’4 2’4 0’00
* El CO2 alliberat de la biomassa es considera neutral.
Font: Taula adaptada de [71]
Exemple 5
Com a segon exemple de mida mitjana de planta, es planteja la planta de combustió d’una
indústria localitzada a Schijndel B.V., als Països Baixos. La planta de combustió, d’1MW de
potència, utilitza residus de fusta propis del processament de la mateixa indústria. La Taula
10.23 resumeix les característiques de la planta de combustió, operativa des de l’abril de 1997,
generadora d’electricitat i de calor per processos d’assecatge de la planta i escalfament de
residències.
10—155

Taula 10.23. Dades Tècniques de la caldera de la indústria Schijndel B.V.
País Països Baixos
Localització Indústria Schijndel B.V.
Capacitat i tipus de caldera 1MWe, automàtica, graella mòbil
Consum intern 180 kWe
Combustible Residus de fusta de la pròpia indústria, i part
d’aportacions forànees
Producció de vapor 6’5 tones/hora,
Condicions de vapor 24 bars, 420ºC
Eficiència 70%
Consum anual de combustible 9.800 tones/any
Producció teòrica de calor 5 MWh
Font: Adaptat de [72].
La Figura 10.56 resumeix el procés de generació energètica i de vapor de la planta en estudi.
Figura 10.56. Diagrama esquemàtic de la generació energètica de la planta Schijndel B.V.
Font: [72]
L’avaluació ambiental sobre les emissions d’aquesta planta es resumeixen a la Taula 10.24:
Taula 10.24. Emissions detectades als fums de combustió de la caldera de la planta Schijndel
B.V.
Components de gasos Emissió permesa (mg/Nm 3 ) Emissió mesurada (mg/Nm 3 )
CO 250

La planta centra distribueix aigua calenta per a calepacció al conjunt del patrimoni municipal
constituït per l’ajuntament, l’escola (6 sales), 9 habitatges municipals, un museu, una biblioteca,
un despatx de correus, un comerç, despatxos i una sala polivalent. En total, uns 1800 m 2
subministrats per una xarxa de distribució enterrada de 200 metres.
La Taula 10.25 descriu els aspectes tècnics de la caldera i del combustible que caracteritzen
l’esmentat projecte.
Taula 10.25. Aspectes tècnics de la caldera, del combustible i reducció d’emissions de la
planta de biomassa instal·lada a Mosset
País França
Localització Mosset
Capacitat i tipus de caldera 200 kWe, automàtica, graella fixa plana
Marca caldera Heizomat
Combustible Residus forestals, estelles de fusta
(< 30% humitat)
Consum anual de combustible 106 tones/any (33 TEP)
Ritme d’aprovisionament 1 vegada cada 3 setmanes (en estació freda)
Generació de cendres 1 tona/any
Producció de calor 381.500 kWh
Reducció de CO2
28 tones/any
Reducció de SO2
Font: Adaptat de [70].
6 tones/any
A continuació es presenten la Figura 10.57 i Figura 10.58, com a la distribució per canonades
de l’aigua calenta al municipi a partir de la planta, i un esquema de les característiques de la
caldera, respectivament.
Figura 10.57. Distribució per canonades de l’aigua calenta generada
Font: Adaptat de [70].
10—157

Figura 10.58. Configuració de la Caldera de Mosset
Font: Adaptat de [70].
10.4.6.3. GRAN PLANTA
Exemple 7
Al següent exemple de gran planta de 5 MW de potència, l’energia produïda per la caldera
s’utilitza per l’assecat industrial de 25.000 m 3 anuals de planxes o xapes, i per l’escalfament
d’edificis i oficines. Les dades de la caldera i d’emissions que es disposen es resumeixen a la
següent Taula 10.26.
Taula 10.26. Dades Tècniques de la caldera KARA
País Ucraina
Localització Planta ODEK
Capacitat i tipus de caldera 5 MW, graella mòbil esglaonada
Fabricant KARA
Producció de vapor 7’8 t/hora
Sobrepressió de treball del vapor 10 bar
Tipologia de combustible Residu de fusta (estelles, serradures, escorces)
Consum de combustible (humitat del 40%) 2 t/hora (11.100 tones de residu de fusta seca)
Reserva de combustible Gas natural
Reducció de CO2
15.000 t/any
Reemplaçament de gas natural
Font: Taula adaptada de [73].
4’3 mill m 3 /any
Exemple 8
El següent exemple tracta sobre el subministrament d’aigua calenta i calor a una tercera part
dels habitants de Jurmala, al districte de Dubulti. La planta de generació funcionava amb gas i
s’ha substituït una caldera del sistema per una altra alimentada amb estelles de fusta. Les
dades tècniques de la caldera d’estelles de fusta es resumeixen a la següent Taula 10.27.
10—158

Taula 10.27. Dades Tècniques de la caldera de biomassa de Jurmala
País Lituània
Localització Jurmala, districte Dubulti
Capacitat i tipus de caldera 7 MW, graella mòbil inclinada refrigerada amb aigua
Model caldera KNGM 10-150
Generació de calor anual 40.000 MWh
Tipologia de combustible Residu de fusta (estelles, serradures, escorces)
Consum de combustible 60.000 m 3 (humitat del 40-55%)
Generació de cendres 1% en pes del combustible
Reducció de CO2
9.400 t/any
Font: Adaptat de [74]
L’output d’aigua calenta generada per la planta és de 60.000 MWh, els quals 40.000 MWh
provenen de la caldera de fusta. El nou sistema plantejat a la planta, complementari a la
caldera de fusta, es composa també d’una sitja de combustible de 1.000 m 3 de capacitat, amb
una part automàtica de 220 m 3 .
Els costos de conversió d’una caldera a una altra han suposat una inversió de 5’9 milions de
SEK (aprox. 653.400 €).
Exemple 9
El següent exemple de gran planta es localitza a Turi, Estonia, de 7.000 habitants. Com
substitució d’una caldera d’oli que escalfava el districte, es va instal·lar al 1993 una altra
alimentada amb fusta. El projecte, subvencionat pel govern danès, es basava en dos parts: una
de renovació de la distribució i eficiència energètica, i la segona part en la conversió de la
caldera. La Taula 10.28 resumeix les dades tècniques de la nova caldera de biomassa
instal·lada.
Taula 10.28. Dades Tècniques de la caldera de biomassa de Turi
País Estonia
Localització Turi
Capacitat i tipus de caldera 4’5 MWe, graella mòbil inclinada
Model DKVR 10-13 (aigua calenta)
Combustible Estelles de fusta, 35-55% RH
Combustible previ Mazut
Eficiència caldera 88%
Consum anual de combustible 26.000 m 3 estelles de bosc
Producció teòrica de calor 20.000 MWh/any
Font: Adaptat de [75].
La substitució del combustible fòssil emprat a la caldera antiga per estelles de fusta en la nova
caldera produeix una reducció dels gasos de combustió important. Les dades sobre reducció
d’emissions es resumeixen a la Taula 10.29.
Taula 10.29. Emissions detectades en la nova caldera instal·lada
Font: Adaptat de [75].
Gas de combustió Reducció (tones anuals)
CO2
7.915
NOx 12
SO2
128
10—159

10.5. LA GASIFICACIÓ
10.5.1. INTRODUCCIÓ
La gasificació de la biomassa és un procés de conversió tèrmic on un combustible sòlid és
convertit en combustible gasós, mitjançant un procés d'oxidació parcial. El gas produït pot ser
normalitzat en la seva qualitat essent més simple i versàtil el seu ús en referència a la
biomassa, i utilitzat per diverses explotacions, com per motors de gas o turbines de gas, o per
produir combustibles líquids per motors.
La gasificació de la biomassa, en comparació amb la combustió directa, implica inversions i
costos de producció addicionals, i requereix necessàriament d'una quantitat extra d'energia. La
utilització dels gasos produïts, per tant, deu tenir avantatges considerables per a justificar els
costos addicionals contrets. Aquesta justificació serà diferent en funció de la localització,
considerant les diferències en condicions climàtiques i estructures econòmiques que regeixen
els diversos països de la Unió Europea.
Actualment són possibles dos mètodes principals per a la gasificació de la biomassa:
10—160
Gasificació bioquímica, que utilitza microorganismes a temperatura ambient i sota
condicions anaeròbies.
Gasificació termoquímica, que utilitza aire, oxigen, vapor, o barreja dels anteriors a
temperatures superiors a 700ºC.
La diferència principal entre aquestes dos opcions és el fet que el mètode termoquímic pot
descompondre tota la biomassa quan els microorganismes no poden fragmentar químicament la
lignina, major component de la biomassa. Els següents apartats descriuran els principis i
tecnologies necessaris per a entendre les dos principals opcions de gasificació de la biomassa.
10.5.2. GASIFICACIÓ BIOQUÍMICA
10.5.2.1. L'ACCIÓ DELS MICROORGANISMES: PRODUCCIÓ DE BIOGÀS
El biogàs és un combustible inclòs dins del conjunt de la biomasa que s’obté per l’acció d’un
determinat tipus de bactèries sobre els residus biodegradables, basat en processos de
fermentació anaeròbia. Un aspecte que cal tenir en compte a l’hora d’avaluar les diverses
possibilitats del biogàs és que aquest es genera com a subproducte en instal·lacions dedicades
a finalitats no energètiques. La finalitat principal d’aquestes instal·lacions és sempre
mediambiental, essent l’activitat energètica una part del conjunt dels processos, en els que el
biogàs es pot generar com a subproducte en diferents fases dels tractaments realitzats. Per
tant, la possibilitat d’obtenció d’aquest producte i el seu aprofitament està sempre regit per les
condicions de treball de les instal·lacions no energètiques. Un altre factor important a tenir en
compte és que el rendiment energètic del procés se situa entre un 20 i un 35%. Ocasionalment
es pot donar la possibilitat de realitzar instal·lacions dedicades a la incineració dels residus
dessecats produïts en el tractament, millorant els rendiments energètics (incineració de llots de
depuradora).
El gas que es tracta en aquest apartat es pot originar en dos tipus d’activitats ben
diferenciades:
- Biogàs abocador;
- Biogàs procedent de tractaments d’efluents.
Així doncs, els microorganismes es poden utilitzar per a convertir els productes residuals,
plantes, o biomassa microbiana en combustibles líquids o gasosos (AA i també poden utilitzar-se
AA) Schlegel y Barnea 1976; Keenan 1979; National Research Council 1979; Bungay 1981

per a convertir energia solar en biomassa que pot fermentar-se per a obtenir combustibles
(Bennemann i Weissman, 1976) .La biomassa formada a la natura per processos biològics pot
ser descomposta pels microorganismes a través d'un procés cíclic. Aquesta descomposició es
pot procedir per dos vies:
• Via oxidativa
CH2O + O2 → CO2 + H2O biomassa
• Via descomposició anaeròbica
CH2O CH4 + CO2 biomassa
L'energia química emmagatzemada a la biomassa és alliberada en conjunt durant l'oxidació en
forma de calor; en la digestió anaeròbica l'energia de la biomassa es queda al producte gasós,
per exemple, en forma de metà, que es pot utilitzar després. No tota la biomassa pot ser
digerida per microorganismes: la lignina i la cel·lulosa són descompostes molt lentament, i per
tant, en l'operació tècnica romanen al residu.
El creixement dels microorganismes necessaris per la digestió anaeròbica requereix d’un medi
aquós en la qual la biomassa pugui ser dissolta o suspesa, o almenys un medi d'humitat que
contingui el substrat. Els gasos despresos són recollits a la part superior del líquid. Els elements
nutrients presents a la biomassa (per exemple: components de nitrogen, fòsfor, potassi, etc.)
romanen al residu líquid i poden ser reciclats en la producció de biomassa. Els components de
sofre són reduïts a sulfurs d'hidrogen que són extrets parcialment dels productes gasosos.
Els Microorganismes actius en la digestió anaeròbica formen una població barrejada que
s'autoestabilitza pel que fa a temperatura, concentracions de nutrients i valor de pH. Algunes
espècies de bactèries metanogèniques són molt sensibles a l'oxigen, i això condiciona als
gasificadors a tenir règims estrictament anaeròbics.
La gasificació bioquímica de la biomassa opera a temperatures més baixes que la gasificació
termoquímica. S'han investigat dos nivells de temperatura: per processos estàndard es treballa
de 35 a 38 ºC, i per processos que s'utilitzen microorganismes termofílics, de 60 a 75 ºC.
L'operació amb microorganismes termofílics resulta d'una producció de gas més ràpida que
l'estàndard amb rendiments elevats, però la seva estabilitat al llarg del procés és menor. El
temps de residència de la biomassa als reactors és de normalment d'entre 14 i 28 dies.
Processos similars biològics a la gasificació bioquímica es duen a terme en abocadors de residus
municipals. Quan aquest residu conté quantitats apreciables de materials biològics i les
condicions dels dipòsits són anaeròbies, es dóna una degradació bacteriana de la biomassa i la
formació d'una barreja de metà i diòxid de carboni anomenada gas d'abocador. Per prevenir el
seu alliberament a l'atmosfera, el gas pot ser recollit per mitjà de tubs inserits a l'abocador. En
entorns naturals, aquest tipus de gasificació es produeix en emplaçaments que donen la
formació de turba.
10.5.2.2. MATÈRIES PRIMERES PER A LA BIODEGRADACIÓ
Les matèries primeres per a la producció de biogàs són els materials orgànics biodegradables,
en particular:
• Materials biològics primaris (biomassa)
• Materials biològics secundaris (residus d'agricultura, residus animals de granja, residus
d'indústries alimentàries, biomassa de residus municipals, llots biològics procedents del
tractament d'aigües, etc.)
La majoria de matèries primeres són sòlids insolubles en aigua que són gasificats en suspensió
amb aigua. El contingut de sòlids és limitat degut a la consistència de la suspensió que ha de
permetre la separació dels gasos.
Les matèries primeres contenen substàncies indigeribles, com la lignina, que després de ser
extreta del digestor no s'ha modificat químicament. La cel·lulosa és atacada molt lentament, i
10—161

en la majoria d'instal·lacions és gasificada parcialment. Algunes matèries primeres han de ser
pretractades abans que hagin d'alimentar el gasificador. La matèria de mida gran s'ha de
triturar o tallar, i les no-homogènees s'han d'homogeneïtzar per a donar una operació estable al
gasificador.
A més, als materials d'alimentació els microorganismes requereixen components de nitrogen pel
seu creixement. En la majoria dels casos, el contingut de nitrogen de l'aliment és suficient, però
en alguns casos l'addició de nitrogen és necessària. Lo mateix passa amb alguns elements traça
essencials com el ferro i el níquel.
Algunes substàncies són tòxiques per l'activitat dels microorganismes en la gasificació, com els
metalls pesants i el cloroform. En residus de fems animal, els antibiòtics utilitzats en
preparacions animals d'aliment pel bestiar poden presentar un problema, però la població de
bactèries és molt adaptativa respecta a la detoxificació, si hi ha un flux entrant constant del
material tòxic. Els pics sobtats de matèries tòxiques poden causar problemes severs, així com
l'aturament total del procés de producció contínua de gas.
El rendiment de la producció del gas depèn de la composició de l'aliment a descompondre, del
seu temps de residència al gasificador i de les condicions d'operació. Com a dada de producció,
per cada quilogram de material orgànic descomposat, es genera entre 0'25 i 0'60 Nm 3 de metà
[34].
10.5.2.3. DIGESTORS
Depenent de la capacitat de la planta s'han desenvolupat nombrosos tipus de digestors
anaeròbics. En plantes petites s'utilitzen simples receptacles o dipòsits tancats que operen
intermitentment o contínuament. En instal·lacions més elaborades, l'efluent passa per un
sedimentador per tal de reciclar els sòlids continguts al digestor, formats per microorganismes.
En grans instal·lacions, la gasificació es duu a terme en dos dipòsits o tancs en sèrie que
treballen mantenint condicions d'operació lleugerament diferents. La barreja del contingut dels
digestors es pot aconseguir per mitjà d'agitadors mecànics o per circulacions del gas pel
digestor a través d'un ventilador.
Per tal de mantenir la temperatura adient en operacions termofíliques, els petits digestors han
de ser aïllats per a conservar la calor. El pH del contingut del digestor s'ha de controlar entre
valors de 7 i 8. En l'operació normal del digestor el valor de pH es manté força constant quan el
sistema és "auto-buffering". Amb la introducció de substàncies tòxiques el valor de pH pot
disminuir per sota de 6'8, aturant la formació de gas. La correcció del valor de pH ajuda a
establir l'operació normal.
La formació de gas correspon de 0'5 a 2 m 3 de gas per m 3 de volum de digestor i per dia. Quan
el temps de residència és de l'ordre de 2 a 4 setmanes, el volum del digestor és gran. En
instal·lacions on hi ha digestors de capacitat petita, aquests són construïts d'acer, i en
instal·lacions grans els dipòsits són embotits en formigó. A partir de 15.000 m 3 de volum de
digestor, aquest s'ha de construir.
Com que la producció de gas del digestor no es pot adaptar a la demanda de gas, és necessari
emmagatzemar el gas. En instal·lacions petites, la cúpula o cambra de gas del digestor es pot
utilitzar per aquest mateix propòsit, però en instal·lacions més gran és necessari un gasòmetre
separat.
10.5.2.4. UTILITACIÓ DEL BIOGAS I DEL RESIDU DE LA GASIFICACIÓ
El gas format en la gasificació bioquímica consisteix bàsicament en les següents fraccions per
volum:
10—162
• Metà 50 - 80%
• Diòxid de carboni 20 - 45%

• Hidrogen > 2%
Tanmateix es formen traces de sulfur d'hidrogen, amoníac, monòxid de carboni i altres
compostos, saturats amb vapor d'aigua a la temperatura operadora del digestor. El valor
calorífic inferior del gas és aproximadament de 20 MJ/Nm 3 .
En la majoria dels casos és necessari pretractar el gas produït per eliminar partícules sòlides ens
suspensió, el sulfur d'hidrogen format i deshidratar el gas:
• Les partícules són extretes a través d'un filtre.
• El sulfur d'hidrogen és eliminat reaccionant el gas amb hidròxid de ferro. Es forma
sulfur de ferro, que periòdicament es fa reaccionar amb aire per a genera hidròxid
fèrric, convertint el sulfur en sofre elemental.
• El vapor d'aigua és condensat per refredament a temperatura ambient per prevenir la
condensació addicional que podria causar corrosions en canonades. Si el gas serà
comprimit o alimentat en sistemes de distribució, cal un tractament d'assecament per
absorció amb glicol.
Les tecnologies són estàndards en la producció de gas natural.
Si és necessari produir metà pur, el diòxid de carboni pot ser separat per absorció en solucions
alcalines com "ethanol amine" o altres. Les tecnologies estàndards necessàries per aquesta
separació són actualment disponibles.
La producció de biogàs pot ser utilitzada per a produir energia de varies maneres. La forma més
simple és utilitzar el biogàs com a combustible per cuinar o en una caldera. Els cremadors
d'estufes de gas estàndards i les calderes han de ser ajustades a les propietats del biogàs,
d'una altra manera es poden utilitzar equips de gas estàndards. Per a la producció d'energia
interna mecànica, els motors de combustió poden operar amb biogàs. Per a la producció
combinada d'energia i calor, hi han disponibles motors de combustió interna petits acoblats a
un generador (mòduls TOTEM), on el calor residual produït pel motor s'utilitza per a la
preparació d'aigua calenta. Per a grans instal·lacions, s'utilitzen motors de combustió interna
tipus Otto o Diesel. El biogàs comprimit pot ser utilitzat com a combustible per a motors si
primerament és deshidratat i comprimit. Tanmateix, la separació del diòxid de carboni es
avantatjosa però no absolutament necessària. El biogàs pot ser també utilitzat amb làmpades
de camisa incandescents per a il·luminar.
El residu de la gasificació consisteix en una solució i/o suspensió de material no digerit i de
microorganismes en aigua. Aquesta solució, durant la gasificació, conté tots els nutrients del
material d'alimentació com petites pèrdues només de nitrogen en forma d'amoníac. Així que la
millor manera de desfer-se del residu és reciclar-lo en la producció de biomassa, dispersant la
suspensió al sòl amb compte per aspectes higiènics. En plantes on això no és possible, els
sòlids són separats per sedimentació i/o filtració. El líquid és enviat a plantes de tractament
d'aigües residuals, i els sòlids són incinerats o gasificats [34].
10.5.2.5. ASPECTES ECONÒMICS DE LA GASIFICACIÓ BIOQUÍMICA
El cost de la gasificació bioquímica consisteix principalment en el cost del material d'alimentació
i del cost capital de la instal·lació.
Com el material d'alimentació per a la gasificació bioquímica és majoritàriament residu de
diferents tipus, el seu cost és normalment baix. A vegades, fins i tot es pot obtenir un crèdit per
la seva acceptació. Depenent de l'ús, els crèdits poden ser obtinguts pel biogàs produït.
En petites instal·lacions connectades a granges, la disposició dels residus de gasificació a l'àrea
agrícola no suposa cap problema. En grans instal·lacions hi poden haver alguns costos de
disposició. Quan el fang que prové del tractament d'aigües residuals fermenta, existeix el risc
de contaminació per metalls pesants tòxics. En aquest cas els sòlids han de ser separats del
residu líquid, assecats i incinerats.
10—163

El cost d'inversió de la gasificació és principalment el cost dels grans dipòsits que calen pels
grans gasificadors. Depenent de les condicions locals i dels estàndards tècnics, els costos d'un
gasificador pertanyen entre 250 i 400 Euros/m 3 de volum.
Per tal d'estalviar costos d'inversió en alguns països, les plantes de biogàs han sigut construïdes
en pobles. Cada granger contribueix adob, rep biogàs i torna el residu líquid. Si es produeix un
superàvit de gas, les altres cases del poblat es poden subministrar amb aquest gas. Aquest
sistema és avantatjós si les granges es troben a prop [34].
10.5.3. GASIFICACIÓ TERMOQUÍMICA
10.5.3.1. CONVERSIÓ D'ELEMENTS DE LA BIOMASSA
La conversió termoquímica canvia l'estructura química de la biomassa a través de diverses
reaccions heterogènies que es duen a terme principalment a través de temperatures altes. El
gas resultant conté monòxid de carboni (CO), diòxid de carboni (CO2), hidrogen (H2), metà
(CH4), quitrà, aigua i petites quantitats d'hidrocarburs com l'età a través de les següents
reaccions:
10—164
- Oxidació Parcial C + 1/2 O2 CO
- Oxidació Complerta C + O2 CO2
- Reacció de l'aigua a gas C + H2O CO + H2
- Reacció de canvi de l'aigua a gas CO + H2O CO2 + H2
- Formació de metà CO + 3H2 CH4
Les fletxes indiquen que les reaccions estan en equilibri, és a dir, les reaccions avancen a un
cert grau tot depenent de la temperatura, pressió i concentració dels elements de la reacció.
Aquest conjunt de reaccions es poden ordenar segons una jerarquia de processos que
caracteritzen el procés de gasificació [76]:
• Reacció general
CH1'4O0'6 + 0'4O2 + (1'5N2) 0'7 CO + 0'3 CO2 + 0'6H2 + 0'1H2O + (1'5N2)
• Piròlisi
Biomassa + Calor Carbonissa, oli, gas
• Oxidació (combustió)
C + 1/2 O2 CO ; C + O2 CO2 ; 2CO + O2 2CO2 ; 2H2 + O2 2H2O
• Reducció
C + H2O CO + H2 ; C + CO2 2CO ; C + 2H2 CH4
El gas pobre que resulta de la gasificació tèrmica pot ser utilitzat en turbines de gas o en
motors de combustió interna. Ambdós motors tèrmics poden ser acoblats a un generador per a
la producció d'electricitat.
Com a agent oxidant de la gasificació s'utilitza vapor, oxigen o aire. Quan en gasificadors de
fins a 50MWth, l'ús de l'oxigen pur suposa costos excessius en el procés de gasificació, s'utilitza
aire com a agent. La selecció del medi de gasificació depèn del motiu tècnic i econòmic. El
procés de gasificació consta de tres etapes bàsiques: assecat, piròlisis i gasificació.
10.5.3.2. PRETRACTAMENT DELS MATERIALS DE BIOMASSA
Els requeriments necessaris de qualitat de la biomassa difereixen segons la tecnologia de
gasificació utilitzada. Els aspectes més importants a tenir en compte respecte el combustible

són el contingut d'humitat, mida de les partícules i contingut de nitrogen i àlcalis. Per a poder
assolir la qualitat requerida de la biomassa per a la gasificació es descriuen els següents
aspectes tècnics o tecnologies de transformació:
• Assecat: La majoria de tecnologies de gasificació requereixen un contingut d’humitat
de la biomassa no superior al 10 o 15%. La biomassa, per tant, ha de ser assecada fins
aquest nivell abans de ser gasificat.
• Mida de partícules: Depenent de la tecnologia de gasificació, es requereix una mida o
una altra de partícula. En la majoria de gasificadors, el gas ha de passar a través de la
biomassa amb mides de partícules d’ entre 20 i 80 mm. Depenent de la mida de la
biomassa original, aquesta ha de ser triturada o compactada. La compactació es
requereix si les partícules no són suficientment fortes per a resistir l’aixafa’t al
gasificador.
• Fraccionament: El contingut de nitrogen i d’àlcalis de la biomassa són crítics a la
gasificació quan són arrossegats parcialment al gas produït. Les partícules més petites
de la biomassa tendeixen a contenir menys nitrogen i menys àlcalis, ja que el
fraccionament en fraccions fines i grolleres ajuden a produir un gas amb menys
impureses.
• Lixiviació: El contingut de nitrogen i d’àlcalis de la biomassa poden ser reduïts per
lixiviació junt amb l’aigua.
Tècnicament existeix disponibilitat de triturat, compactació i assecament de la biomassa. El
fraccionament i la lixiviació s’ha demostrat només a escala de laboratori.
La biomassa primerament és enviada a una trituradora o estelladora per a reduir la mida de les
partícules. Al mercat hi existeixen molts tipus d’equips amb diverses capacitats per a dur a
terme aquest pretractament.
La fusta fresca del bosc conté d'un 50 a un 60% d'humitat. L'assecament amb aire, al llarg de
dos anys pot arribar a reduir la humitat en un 20%. Per l'assecat "tècnic" de la biomassa,
s'utilitzen assecadors rotatoris escalfats directament des dels gasos de combustió o llits
fluïditzats escalfats indirectament amb vapor. Els vapors de l'assecador contenen substàncies
orgàniques volàtils, la majoria d'ells terpens. En alguns països es requereixen dispositius de
control per a la regulació d’aquest tipus d’emissions.
Tanmateix, no és la fusta l’únic tipus de biomassa. És possible gasificar altres tipus de
biomassa, com els que mostra la següent Taula 10.30 i
Taula 10.31, on es representen els percentatges dels seus components químics per comparar
compatibilitats en la gasificació conjunta de materials.
Taula 10.30. Anàlisi energètic i percentatge dels components de biomassa.
Biomassa % C % H % N % S % O %Cendra HHV kJ/kg
Avet 56’20 5’90 0’00 0’00 36’70 1’20 22.000
Pi 52’30 5’80 0’20 0’00 38’80 2’90 20.400
Fusta vermella 53’50 5’90 0’10 0’00 40’30 0’20 21.240
Faig 51’60 6’30 0’00 0’00 51’60 0’60
Panotxa de blat de moro 46’30 5’60 0’57 5’34 20.620
Clofolla d’arròs 32’50 5’70 0’50 0’00 39’80 15’50
Canya de blat de moro 45’43 6’15 0’78 0’13 6’40 17.794
Tija de sorgo 45’18 5’59 0’62 0’11 18.020
Tija de cotó 45’50 6’01 0’98 0’23 17’20 18.330
Mongetera 46’65 6’12 0’89 0’12 10’20 18.120
Palla de blat 45’30 5’89 0’68 0’19 7’40 17.769
Palla d’arròs 40’44 5’31 0’66 0’12 16.329
Font: Taula adaptada de [76].
10—165

Taula 10.31. Anàlisi dels components principals de la biomassa.
Biomassa % Humitat % Cendra % Volàtils % C fixat
Mongetera 5’10 3’13 74’65 17’12
Palla d’arròs 4’97 13’86 65’11 16’06
Palla de blat 4’39 8’90 67’36 19’35
Herba 5’43 9’46 68’77 16’40
Canya de blat de moro 4’87 5’93 71’95 17’75
Tija de sorgo 4’71 8’91 68’90 17’48
Tija de cotó 6’78 3’97 68’54 20’71
Avet (base seca) 2’20 70’60 27’20
Fusta vermella (base seca) 0’80 71’30 27’90
Font: Taula adaptada de [76].
Figura 10.59. Contingut de C, H, O relatius a la biomassa.
Font: Adaptat de [76].
També és possible co-gasificar biomassa amb altres combustibles, com carbó, RSU i torba.
Aquests materials són sovint disponibles pel seu cost més baix respecte la biomassa, així que
l'avantatge de la co-gasificació és principalment per termes econòmics. Depenent del tipus de
10—166
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Avet
Fusta vermella
Pi
Faig
O
Tija de cotó
C
Panotxa blat de moro
H
Canya blat de moro
Mongetera
Palla de blat
Palla d'arròs

combustible a ser utilitzat, es necessiten uns o altres tipus de pretractaments, que evitaran
problemes al conjunt del sistema tècnic, més específicament al sistema d'alimentació. La
disposició de la cendra varia segons la seva qualitat en la co-gasificació, ja que els combustibles
addicionals poden contenir impureses no esperades a la biomassa.
10.5.3.3. GASIFICACIÓ DIRECTA I GASIFICACIÓ INDIRECTA
Diferenciació entre tipologies
La gasificació directa ocorre quant l'agent gasificant oxidant és utilitzat per a oxidar parcialment
el material de biomassa. Les reaccions d'oxidació proporcionen l'energia suficient per a
mantenir la temperatura del procés alta. Si el procés no es duu a terme amb un agent que
oxida, la reacció s'anomena gasificació indirecta i es necessita d'una font d'energia externa [77]
(Figura 10.60).
Figura 10.60. Procés de gasificació
Font: Figura adaptada de [77].
El vapor és utilitzat normalment com a agent de gasificació indirecta degut a que és fàcilment
produït i incrementa el contingut d'hidrogen al gas combustible final (Hauserman et al., 1997).
La Piròlisi (Figura 10.61) es tracta d'un procés de gasificació indirecta amb gasos inerts com els
agents de gasificació.
Figura 10.61. Procés de Piròlisi.
Material basat en carboni
Font: Figura adaptada de [77].
Gas inert o Res
PIRÒLISI
(Atmosfera inert)
CALOR
GAS + CARBONISSA
QUITRÀ
10—167

Com mostra la Figura 10.60, del resultat del procés de gasificació i variant la temperatura
mentre el procés es duu a terme, les fraccions més importants obtingudes són:
• Gas combustible
• Fracció líquida (quitrans i olis)
• Carbonissa, que consisteix en carbó quasi pur més la matèria inert present al combustible
sòlid.
El valor calorífic del gas és afectat significativament per la presència de nitrogen (veure Taula
10.32). Degut a l'absència de nitrogen a l'agent de gasificació, el procés de gasificació indirecta
incrementa l'eficiència volumètrica i produeix un gas amb un alt valor calorífic. La disminució de
la taxa de producció del gas, típic de la gasificació indirecta, redueix el cost de recuperació
d'energia i dels sistemes de neteja del gas, encara que aquest tipus de gasificació és complexa i
augmenten els costos d'inversió.
Taula 10.32. Processos de gasificació
10—168
Procés Agent de Gasificació
Valor calorífic del gas
(MJ/Nm 3 )
Gasificació directa Aire 4 – 7
Gasificació pura d'oxigen Oxigen 10 – 12
Gasificació indirecta Vapor 15 – 20
Font: Adaptat de [77].
Figura 10.62. Alternatives d’aplicacions en base al procés de gasificació
Font: Adaptat de [78].
La gasificació directa amb oxigen pur té les mateixes avantatges que el procés de gasificació
indirecta. Tanmateix, el cost de producció d'oxigen és estimat en més del 20% del total de
producció d’electricitat.
Típicament, un sistema de gasificació és format per tres elements fonamentals:
• El gasificador, que produeix el gas combustible
• El sistema de neteja dels gasos, necessaris per a separar els components perjudicials
des del gas combustible obtingut al gasificador.
• El sistema de recuperació d'energia
• El sistema és completat amb subsistemes convenients que controlen la resta d'impactes
ambientals que es poden produir (contaminació de l'aire, producció de residus sòlids,
aigües residuals)
El combustible sòlid de biomassa és compost principalment de tres elements: carboni, Hidrogen
i oxigen. La biomassa és escalfada primerament per combustió, aportant l'energia necessària
per a que es duguin a terme els següents processos, necessaris per a la gasificació total de la

iomassa: assecat, piròlisis, oxidació, i reducció. La següent Figura 10.63 mostra el procés de
gasificació des del punt de vista de processos o reaccions que es duen a terme:
Figura 10.63. Etapes de la Gasificació.
CALOR
Font: Adaptat de [79].
Així com la Gasificació directa es caracteritza per contenir aquest conjunt de processos, la
gasificació indirecta parteix d'uns altres mecanismes de reacció, alguns en comú amb la
gasificació directa, mostrats a la següent Figura 10.64, i més explicats detalladament al llarg del
present treball.
Tanmateix, els elements i els canvis químics que es donen lloc al llarg de la conversió de la
biomassa a combustible gasós, es poden representar en un simple triangle o gràfic, com el que
mostra la
Figura 10.65.
ASSECATGE
Biomassa humida biomassa seca + H2O
Biomassa Gas Piròlisi + Carbó de fusta
COMBUSTIÓ
PIRÒLISI
C + O2 CO2
4H + O2 2H2O
CnHm + (n/2 + m/4) O2 nCO2
+ (m/2) H2O
REDUCCIÓ
C + CO2 2CO2
C + H2O CO + H2
CnHm + nH2O nCO + (m/2 + n) H2
CnHm + nCO 2nCO + (m/2) H2
La reacció desplaçada del gas aquós determina en gran part la composició final del gas. A la
pràctica, la composició equilibrada del gas és possible quant la taxa de reacció i el temps de
reacció siguin suficients. Per valors de temperatura menors de 700ºC, el canvi de gas a aigua
arriba a ser tan petit que l'equilibri es diu que està "congelat". La composició del gas, llavors,
queda igual. L'equilibri del metà només s'arriba a altes temperatures (superiors a 1200ºC).
H2O
Quitrà
CH4
CO2
H2O
CO
H2
GAS PRODUÏT
10—169

C
Figura 10.64. Processos de gasificació directa i indirecta
Font: Adaptat de [77].
Figura 10.65. Canvis químics durant els processos de conversió de la biomassa
H
H
Font: Adaptat de [76].
10—170
GASIFICACIÓ DIRECTA GASIFICACIÓ INDIRECTA
biomassa
0'5
Carbonissa
C2H4
Assecat
Piròlisi
Reducció
energia
matèria
Oxidació
CH4
Combustibles
líquids
Carbons
Biomassa
Combustibles
sòlids
Gas de nitrogen
no diluït
oxigen / aire
Combustibles
gasosos
CO
0'5
CALOR
Assecat
Piròlisi
Reacció de
metanació i
decreixència
cendra cendra
CO2
H2O
0'5
Productes de
combustió
biomassa
Carbó
Carbonissa
O Procés d'Oxigen
S Procés de Vapor
H Procés d'Hidrogen
P Procés de Piròlisi
O
C
plasma
biomassa
matèria
Quitrà
H
Gas no diluït
CO
0'5
vapor
Combustibles
gasosos
CO2
H2O
S
0'5 0'5
P
O
Productes de
combustió
O

Piròlisi de la biomassa
• La piròlisi és el trencament del material de biomassa degut al calor. És el primer pas en
la gasificació de la biomassa.
• Quan la temperatura arriba a ser entre 200 i 250 ºC, el procés de piròlisi s'inicia.
• Durant el procés de piròlisi les molècules llargues de carbohidrats (material de la
biomassa) són trencades a molècules més petites, volàtils, a mesura que la
temperatura ascendeix. Aquesta matèria volàtil s'allibera del material sòlid, restant
només carbó.
• Els components volàtils obtinguts inclouen alguns compostos incondensables, com H2,
CO, CO2, CH4, etc., i algunes hidrocarburs de molècula llarga que condensen, a
temperatura normal, en l'anomenat quitrà.
• La piròlisi de la biomassa és una reacció immediata molt complicada. Centenars de
productes diferents es poden produir.
Oxidació (combustió)
• La funció de la reacció d'oxidació al gasificador és la d'aportar calor a piròlisi i als
processos de reducció.
• La reacció d'oxidació es té lloc principalment entre l'aire i el carbó de fusta; els volàtils
produïts a la piròlisi també prenen part a la reacció als gasificadors de llit fluiditzat i al
gasificador de flux concurrent.
• A altes temperatures (800 ∼ 1200 ºC) la reacció d'oxidació és molt violenta, ja que
l'oxigen de l'aire s'esgota molt ràpid. Així que la reacció és controlada per la velocitat de
l'oxigen difós en la superfície del carbó de fusta. Això significa que la zona d'oxidació té
un espessor petit.
Reducció
• En el procés de reducció, els productes de combustió (CO2 i H2O) reaccionen amb carbó
addicional, convertint-se en CO i H2, acabada la gasificació sencera finalment.
• La reducció és un procés endotèrmic. Quan el procés avança en el temps, la
temperatura descendeix progressivament.
• La reacció és controlada per la velocitat de reacció i la velocitat de difusió. Quan la
temperatura descendeix fins a 600 ºC, la reacció s'atura.
10.5.3.4. TIPUS DE GASIFICADORS
Actualment es descriuen tres tipus de gasificadors:
• Gasificadors de llit fixat (Fixed Bed Gasifier)
• Gasificadors de llit mòbil o fluïditzat (Moving Bed Gasifier)
• Gasificadors indirectes (Indirect Gasifier)
Gasificadors de llit fixat
Els reactors de Llit Fixat Vertical (LFV) són els gasificadors de llit fixat més competitius. Segons
la següent, Figura 10.66 generalment es subdivideixen en quatre tipus de gasificadors, els
updraft o de flux ascendent, els downdraft o de flux concurrent, els de tipus open core o de
nucli obert i els crossdraft o de flux transversal, essent més importants els tres primers.
10—171

Figura 10.66. Gasificadors de llit fixat.
AIRE
AIRE
Font: Figures adaptades de [77], [80], [81].
Els gasificadors de llit fixat han sigut utilitzats des de fa molt temps en la gasificació del carbó.
L'operació és similar a la d'un forn, però la diferència es troba en la quantitat necessària d'aire
per assolir una temperatura de reacció de 1000 ºC.
10—172
UPDRAFT DOWNDRAFT
BIOMASSA GAS
BIOMASSA
CROSSDRAFT
BIOMASSA
Zona d'assecat
Zona de piròlisi
Zona de reducció
Zona de llar
Graella
CENDRA
Zona d'assecat
Zona de piròlisi
GAS
Zona de reducció
Zona de llar
CENDRA
AIRE
GAS
CENDRER
OPEN CORE
Zona d'assecat
Zona de piròlisi
Zona de llar
AIRE
Zona de reducció
Graella
GAS
BIOMASSA / AIRE
Zona d'assecat
Zona de piròlisi
Zona de llar
Zona de reducció
Graella giratòria
Tanca hidràulica
CENDRA

Al gasificador Updraft o de flux ascendent, la biomassa o aliment és carregat per la part
superior, mentre que l'aire és introduït a la part més baixa del reactor. Al reactor, el material
sòlid és convertit a gas combustible durant la seva trajectòria descendent (BB .
La biomassa, que no ha de superar un contingut d'humitat del 40 o 50%, és tractada amb la
següent seqüència començant per la part de dalt: assecat, piròlisi, reducció i combustió (CC . A la
zona de combustió, la temperatura més alta detectada al reactor arriba als 1200 ºC. En alguns
dissenys la graella és rotatòria. A la zona de gasificació, la temperatura és regulada per mitjà de
l'addició de vapor a l'aire utilitzat a la gasificació, o humitejant l'aire. Com a conseqüència de la
configuració del reactor updraft, el quitrà provinent de la zona de piròlisi és portat amunt degut
al flux de gas calent: el resultat és la producció d'un gas amb un alt contingut en quitrà. Per
altra banda, el contingut de partícules del gas és baix degut a l'efecte de filtrat de la biomassa.
El calor sensible del gas es recupera per mitjà d'un canvi directe de calor amb la biomassa (DD .
Degut a la temperatura baixa del gas sortint del gasificador, l'eficiència energètica és alta.
En un reactor de tipus concurrent o downdraft (veure Figura 10.67 i Figura 10.68), el material a
gasificar és alimentat per la part superior i l'aire és introduït pels costats al voltant de la graella,
a la zona constrictiva del llit, mentre que el gas combustible és extret per sota d'aquesta entre
900 i 1000ºC. Com a conseqüència d'aquesta configuració, els vapors de piròlisi permeten un
trencament tèrmic efectiu del quitrà ("cracking"). Tanmateix, l'intercanvi calorífic intern no és
tan eficient com al gasificador updraft (EE . L'eficiència energètica al gasificador downdraft és
baixa, ja que part de l'energia es perd pels gasos calents. El contingut de quitrà al gas resultant
és més baix i el contingut de partícules alt.
Figura 10.67. Gasificador downdraft o de flux concurrent
Font: Adaptat de [76].
Entrada d’aigua
Bomba d’entrada
Bomba de buit
Sortida de gas
Sortida d’aigua residual
Tanc de separació
i refredament
Porta d’alimentació
Cicle d’aigua Porta per cendra
Desguàs
Unitat de Gasificació de Biomassa de 75 MJ/h
BB)
Quaak et al., 1999; Bridgwater, 1994a
CC)
Juniper, 2000; Quaak et al., 1999; Hauserman et al., 1997; Bridgwater, 1994a
DD)
Bridgwater, 1994a
EE)
Quaak et al., 1999; Bridgwater, 1994a
Gasificador
10—173

Figura 10.68. Gasificadors Downdraft amb netejador de gas.
Font: [76].
Els gasificadors de nucli obert (“open core”) estan especialment dissenyats per gasificar
materials fins amb baixa densitat de volum (per exemple, clofolles d’arròs). L’alimentació del
combustible, així com la introducció de l’aire de gasificació es produeix a la part superior del
gasificador. Les graelles giratòries incloses en el disseny tenen la funció de batre el combustible
i extreure la cendra. Especialment pels gasificadors de clofolles d’arròs requereixen de sistemes
continus d’eliminació de centres degut al gran volum d’aquest component que aquest tipus de
biomassa genera després de la seva gasificació (aproximadament un 55% del volum de
combustible inicial). A la part inferior del gasificador de “nucli obert” s’hi instal·la una tanca
hidràulica ajudant l’extracció de la cendra.
Les característiques del combustible introduït en aquest gasificador no han de sobrepassar de 5
mm de diàmetre, essent el contingut d’humitat entre un 7 i un 15 %. La temperatura del gas de
sortida sol ser d’entre 250 i 500 ºC [81].
Al gasificador crossdraft, la biomassa té un recorregut descendent i l'aire és introduït pels
costats. Els gasos formats són retirats al mateix nivell però pel costat oposat a l'entrada d'aire.
Al voltant de l'entrada d'aire es forma una zona calent de combustió-gasificació; més amunt del
reactor una zona de piròlisi i una d'assecat. La cendra és eliminada a la part inferior del
gasificador. Els gasos surten del gasificador de 800 a 900 ºC. L'eficiència energètica del
gasificador crossdraft és també baixa, essent el contingut de quitrà al gas alt.
En general, els gasificadors de llit fixat tenen l'avantatge de tenir un disseny simple, però el
desavantatge de formar un gas amb un baix valor calorífic i un contingut alt de quitrà (superior
a 40 g/Nm 3 ). El gas consisteix en:
10—174
• 40 - 50 % de nitrogen
• 15 - 20 % d'hidrogen
• 10 - 15 % de monòxid de carboni
• 10 - 15 % de diòxid de carboni
• 3 - 5 % de metà
• Valor calorífic del gas entre 4 i 6 MJ/Nm 3 .
El fet que l'alt contingut en nitrogen dupliqui el volum de gas format fa que els equips de neteja
de gasos siguin grans i cars. Per tal d'obtenir un alt valor calorífic del gas, el contingut d'humitat

del material que alimenta el gasificador no ha de superar el 15-20%. Normalment cal un preassecat
del material per fer factible aquesta característica. Entre el 50 i 70% del contingut
energètic de la biomassa es troba al gas format.
Per aconseguir una millora en la qualitat del gas s'ha proposat separar la gasificació en dos
etapes o passos (veure Figura 10.69).
Al primer pas o etapa, la biomassa és pirolitzada per aport extern de calor a temperatures de
600 ºC. Els gasos de piròlisi reaccionen amb aire i vapor preescalfats per incrementar la
temperatura i trencar el quitrà ("crack"). Al segon pas el gas produït és enviat al segon reactor
per reaccionar amb la carbonissa formada al primer pas. El gas és purificat addicionalment per
mètodes estàndards. La seva qualitat es diu que és suficient pel seu ús en motors de gas.
Un problema a mencionar és la transferència de calor a través de les parets metàl·liques al
primes pas del procés.
Figura 10.69. Procés de gasificació per dos passos.
Biomassa
Font: Adaptat de [34].
Piròlisi
Volàtils
Gasificadors de llit fluiditzat
Fluidització és el terme aplicat al procés pel qual un llit fixat de sòlids fins, típicament de sorra
de sílice, són transformats a un estat com a líquid per contacte amb un gas de corrent
ascendent (agent de gasificació) (FF . La gasificació en llit fluiditzat fou desenvolupada
originalment per resoldre problemes operacionals de la gasificació en llit fixat, relacionada amb
el material d'alimentació d'alt contingut en cendres, principalment, per incrementar l'eficiència.
L'eficiència d'un gasificador de llit fluiditzat és cinc vegades superior al d'un llit fixat, amb un
valor al voltant de 2000 kg/(m 2 ·h) (GG .
Els reactors de llit fluidizat són tipus de gasificadors sense zones diferents de reacció. Tenen un
llit isotèrmic que opera a temperatures normalment de 700-900 ºC, més baixes que les
temperatures màximes dels gasificadors de llit fixat.
Un problema comú en tots els gasificadors de llit fluiditzat és l'aglomeració del material del llit
causada pels components de cendra de la biomassa, especialment pels components alcalins, a
temperatures més altes. Les plantes anuals tenen un alt contingut en alcalins a la cendra i això
comporta problemes especials. Al mateix temps la matèria del llit s'espera que tingui alguna
activitat catalítica per trencar el quitrà ("cracking") i deu ser econòmica. La dolomita i l'olivina
s'han assajat i han mostrat un bon comportament, però encara hi ha espai per a una millora
addicional.
FF) Juniper, 2000
GG) Quaak et al., 1999; Bingyan et al., 1994
Pre-escalfat
Combustió
Gasificació
Aire i Vapor
CALOR
Carbonissa Gas
Refredament
Neteja
CALOR CALOR
10—175

Les dues tipologies de gasificadors de llit fluiditzat són:
10—176
• Gasificadors de llit bombollejant
• Gasificadors de llit circulant
Recentment un tercer tipus, el gasificador ràpid internament circulant (Fast Internally
Circulating Gasifier) s'ha desenvolupat, combinant les característiques de disseny dels dos altres
tipus.
El gasificador de llit bombollejant (veure Figura 10.70) consisteix en un reactor amb graella a la
part inferior per la qual és introduït l'aire. Sobre la graella hi ha un llit mòbil de material figranulat,
majoritàriament cendra, en el qual la biomassa és alimentada. La temperatura del llit
es manté de 700 a 900 ºC per regular la relació aire/biomassa. La biomassa és ràpidament
pirolitzada al llit calent per formar carbonissa i compostos gasosos. Els compostos d'alt pes
molecular al gas són trencats degut al contacte amb el material del llit calent permetent que el
gas final tingui un contingut baix de quitrà (aprox. 1 a 3 g/Nm 3 ). Els gasificadors de llit fluiditzat
són fàcilment augmentables a altes capacitats. Per a evitar els problemes de sinterització
(aglomeració) del material del llit causats per l'alt contingut alcalí del material d'entrada, la
temperatura del llit pot ser regulada a més baixa, però en aquest cas la pèrdua de carbonissa
pot ser més gran en l'eliminació de la cendra. Quan el calor emmagatzemat al material del llit
actua com un búfer, es poden tolerar fluctuacions en la quantitat alimentada o en el contingut
d'humitat, no influenciant la composició del gas produït.
De gasificadors amb altes capacitats han sigut desenvolupats els de llit fluiditzat, especialment
per gasificar escorces i altres residus en la indústria de la polpa i del paper. El material del llit,
que es recicla al reactor, circula entre el dipòsit reactor i el cicló separador. Per aquesta via, el
contingut de carbonissa es redueix a la cendra. Calderes d'aquest tipus són utilitzades
extensivament en la indústria del paper i polpa per a generar vapor a partir de materials
residuals. Les seves capacitats són superiors a 100 MW.
Figura 10.70. Gasificadors de llit fluïditzat.
BIOMASSA
graella
Font: Adaptat de [77].
BOMBOLLEJANT CIRCULANT
GAS
Reacció fase
gas
Llit Fluiditzat
burbullejant
CENDRA
GAS + INERTS + CARBONISSA
BIOMASSA
graella
AIRE AIRE AIRE AIRE
CENDRA
Llit Fluiditzat
Reacció fase gas
CARBONISSA + INERTS
El vapor i la biomassa s'introdueixen al reactor i reaccionen l'un amb l'altre. Quan la gasificació
amb vapor consumeix calor, el material del llit es refresca. Part d'aquest és transportat al
cremador o llar, per on s'introdueix l'aire. Una certa part de la carbonissa és cremada al
cremador augmentant així la temperatura del material a 100ºC. Els gasos de combustió són
separats dels sòlids, que llavors es reciclen al reactor per a subministrar el calor necessari per
mantenir la temperatura del reactor constant en la gasificació.
cicló
GAS

La gasificació i la combustió es poden donar lloc en dos "tancs" separats (Figura 10.71) o en un
gasificador combinat per un llit fluiditzat i un reactor de corrent en suspensió (o columna
ascendent): gasificació de circulació interna ràpida ("Fast internally circulating gasifier") (Figura
10.72).
Aquest disseny té tres avantatges:
• El contingut de nitrogen del gas produït és baix (≅ 3 – 5%) degut al fet que els gasos
de combustió provinents de la columna ascendent no són barrejats amb el gas produït
al reactor. Com a resultat, el valor calorífic del gas produït es manté entre 13 i 15
MJ/Nm 3 , valors més baixos en comparació quan es gasifica amb aire (6 a 7 MJ/Nm 3 ).
• Durant la gasificació es forma menys quitrà utilitzant vapor com a medi de gasificació
en comptes d’aire. Per exemple, amb aire a 750 ºC el gas de sortida del gasificador
conté de 10 a 15 g/Nm 3 de quitrà, i 1 g/Nm 3 , utilitzant vapor. Altrament, la formació de
quitrà es pot reduir addicionant dolomita al llit fluiditzat, quan s’utilitza vapor en
continguts tan baixos com de 20 a 50 mg/Nm 3 .
• El contingut d’humitat de la biomassa alimentada al reactor no és limitat, essent fins al
60% sense necessitat de pre-assecatge. S’espera que tot vapor necessari a la
gasificació pot ser produït al gasificador, i per tant no és necessària una caldera de
vapor complementària.
Fins ara, la tecnologia del llit fluiditzat de circulació interna ràpida s’havia provat només a escala
de 100 kW, però encara hi manca experiència tècnica.
Gasificació de flux per suspensió
La biomassa de mida petita de partícula pot ser gasificada mentre es suspen en aire. Per
aconseguir la gasificació complerta en un temps curt es requereixen temperatures de 1200 a
1500 ºC. La cendra és retirada en forma fosa. Degut a l’alt contingut alcalí de la cendra des de
la biomassa hi ha el perill considerable de corrossió dels maons refractaris de les parets. No hi
ha experiència tècnica suficient en aquest tipus de tecnologia.
La combustió en suspensió de la biomassa és similar a la combustió preparada dels
combustibles fòssils i de la biomassa per reduir la formació d’òxids de nitrogen durant la
combustió. A la primera etapa el combustible reacciona amb l’aire suficient com per aconseguir
una temperatura de reacció de 700 a 850 ºC. Sota aquestes condicions molt reduides es formen
quantitats molt petites d’òxid de nitrogen. Per addició d’aire a contracorrent a la primera etapa
s’aconsegueix una combustió complerta amb baixes emissions d’òxid de nitrogen. La gasificació
de flux per suspensió de la biomassa té avantatges similars.
Recentment, la gasificació per suspensió ha sigut utilitzada per a substituir la part del
combustible en centrals elèctriques convencionals de crema de carbó. En aquest cas no és
necessària una gasificació complerta ja que la barreja del gas i carbonissa formada al
gasificador és immediatament introduïda a la cambra principal de combustió de la caldera per a
produir una combustió complerta. Per tal de controlar el temps de residència, es pot utilitzar per
a la gasificació un petit llit fluiditzant circulant. La temperatura es pot mantenir entre 800 i 900
ºC, evitant el problema de corrosió de les parets; no hi ha necessitat de purificació del gas.
S’espera que d’aquesta manera es pugui substituir fins al 20% de carbó.
10—177

Figura 10.71. Gasificador de llit fluiditzat doble.
Font: Adaptat de [76].
Figura 10.72. Gasificador de circulació interna ràpida
10—178
Gasificador
Biomassa
Alimentador
Gas combustible
Combustible
Ciclons
Sorra calenta
Sorra i
carbonissa
Vapor Aire
Aire
Gas de combustió
Vapor
Cremador
Gas de combustió
Producte gasós

Font: Adaptat de [40].
Gasificació pressuritzada
Els gasificadors de biomassa poden operar a pressions elevades. Això és d’interès si el gas
produït ha de ser després comprimit, com per exemple en l’ús en turbines de gas o en la síntesi
de gas natural sintètic, metanol o altres productes químics. A Finlàndia i Suècia s’han construït i
operat algunes unitats de demostració, però la disponibilitat d’experiència tècnica és limitada.
Algunes experiències de gasificació pressuritzada són disponibles a partir de la gasificació del
carbó, amb problemes comuns generats. El disseny del gasificador inclou una paret metàl·lica
resistent a la pressió, mantinguda a temperatura baixa i un folrat interior de totxos refractaris
que aïlla la cambra de reacció de l'alta temperatura (veure exemples en Figura 10.73 i Figura
10.74). Els llits fluiditzats s'han utilitzat en unitats de demostració de gasificació construïdes fins
ara.
Un dels problemes principals connectats amb els gasificadors pressuritzats concerneix la
introducció del material alimentador del gasificador. S'han suggerit diverses solucions vers
aquest problema i algunes han sigut provades exitosament en unitats de demostració, essent
aquestes costoses.
Figura 10.73. Exemple d'un sistema industrial de gasificació pressuritzada
ALIMENTADOR DE
BIOMASSA
Font: Adaptat de [40].
QUITRANS DURS
VAPORS ÀLCALIS
ALIMENTADOR
DE CARBÓ
ALIMENTADOR
D'ADDITIUS
RECULL DE
CENDRA
GASIFICADOR
LFB
PARTÍCULES
CICLONS
BESCANVIADOR
DE CALOR
FILTRE
CERÀMIC
FILTRE
PER FINS
NITROGEN
GASOS PERMANENTS
QUTRANS LLEUGERS
HCN, NH3, H2S, HCL,H2O
VAPORS ÀLCALIS
PARTÍCULES
BAIXADA
DE PRESSIÓ
CREMADOR
10—179

Figura 10.74. Diagrama esquemàtic d'un gasificador de llit fluiditzat pressuritzat d'escala
pilot
Combustible
Font: Figura adaptada de [82].
Gasificació indirecta
Els gasificadors indirectes són els reactors utilitzats per a la gasificació indirecta amb vapor i són
agrupats, depenent del tipus de font d’energia interna, en gasificadors indirectes de carbonissa
(“Char indirect gasifiers”) i gasificadors indirectes de gas.
Un gasificador indirecte de carbonissa consisteix en dos reactors separats: un gasificador de
vapor de llit fluiditzat circulant que converteix el material entrant produïnt gas, i un cremador
de llit fluiditzat circulant que crema la carbonissa residual per proveïr el calor necessari per
gasificar la biomassa. La sorra és circulada entre els dos reactors per transferir calor. L’energia
necessària prové de la combustió de la carbonissa residual, reservant tots els gasos i productes
condensables per a la producció del gas (HH . Aquest procés també s’anomenta Procés Fluiditzat
Ràpid (“Fast Fluidised Process”) té els rendiments de producció més grans (Figura 10.75).
HH) Hauserman et al., 1997; Craig et al., 1995; Staniewski, 1995
10—180
Gasificador LFP
Dipòsit a pressió
Forn, aïllament i protector N2
Balança
Aire
Reactor
Dipòsit de combustible
pressuritzat
Conducte d’alimentació
Compressor
Material fresc
del llit
Filtre pulsant per N2
T5
T9
T8
T7
T2
Filtre de
cendra
Pèrdua de material de llit
Unitat de Filtració de gas calent
Gas combustible
Reactor Catalític
Mostreig de quitrà
Anàlisi de gas
Descomposició de
l’amoníac

Figura 10.75. Gasificador indirecte de carbonissa
Font: Adaptat de [77].
Els gasificadors indirectes de gas utilitzen un gasificador de llit fluiditzat amb tubs de bescanvi
de calor del llit (veure Figura 10.76). Una part del combustible gasós és cremat amb aire en un
"cremador d'impulsos" (pulse combustor) i els productes de combustió calents proporcionen
calor per a gasificar l'aliment. La gasificació indirecta de gas és extremadament versàtil amb
gran varietat d'aliments possibles.
Figura 10.76. Gasificador Indirecte de Gas
Font: Adaptat de [77].
GAS + INERT + CARBONISSA
BIOMASSA
BIOMASSA
GAS DE COMBUSTIÓ
Gasificador
VAPOR VAPOR
graella
GAS
GAS GAS DE COMBUSTIÓ + CENDRA
Reacció
fase a gas
llit
VAPOR VAPOR
ciclons
INERT +
CARBONISSA
INERT CALENT +
CARBONISSA
RESIDUAL
Cremador
GAS DE COMBUSTIÓ + INERT CALENT
+ CARBONISSA RESIDUAL
CENDRA
Cremador
AIRE AIRE
L'avantatge principal de la gasificació indirecta és la qualitat del gas combustible produït en
contrast amb la gran inversió necessària i els costos de manteniment del reactor. És necessari
millorar la qualitat del gas per mitjà de l'adopció d'un sistema de recuperació d'energia altament
eficient.
Finalment, la següent Figura 10.77 compara les característiques generals de la Gasificació
Indirecta respecte la resta de tecnologies dels llits de gasificació, llits fixats i fluiditzats.
AIRE
10—181

Figura 10.77. Quadre resum comparatiu dels llits de gasificació.
Font: [80].
10.5.3.5. TRACTAMENT DELS GASOS RESULTANTS DE LA GASIFICACIÓ
Introducció
El gas format al gasificador conté un nombre indeterminat d'impureses, diferenciades en:
10—182
• Partícules
• Quitrà
• Compostos de nitrogen
• Compostos de sofre i clor
• Compostos alcalins
Depenent de l'ús que es faci al gas, alguna o totes les impureses hauran de ser eliminades. Per
a dur a terme aquest procés d'eliminació hi ha dos possibilitats: neteja de gas calent i neteja de
gas fred. La neteja del gas calent evita el refredament del gas i, per tant, és un avantatge quan
el gas s'ha d'utilitzar en calent. La neteja del gas en fred presenta menys dificultats tècniques,
però es forma aigua residual contaminada amb quitrà que requerirà un tractament especial. Per
aquests motius tècnics el desenvolupament s'ha centrat en la neteja del gas calent. La següent
Taula 10.33 resumeix els problemes provocats per la presència dels diferents contaminants al
gas obtinguts.

Taula 10.33. Presència de contaminants al gas i problemes relatius.
Contaminant Presència Problemes
Partícules Derivades a partir de la cendra, carbonissa,
compostos condensats i material del llit, pel
reactor de llit fluiditzat
Metalls àlcalis Compostos metàl·lics àlcalis, especialment sodi i
ptasi, existeixen a la fase vapor
Nitrogen contingut al
combustible
Causa problemes d'emissions potencials per la
formació de NOx durant la combustió
Sofre i Clor El contingut usual de sofre i clor a la biomassa i
als residus, no és considerat com a un problema.
Quitrà És un oli bituminós constituït per una barreja
complexa d'hidrocarburs oxigenats existents a la
fase vapor en la producció del gas, i és difícil
d'eliminar amb una simple condensació
Font: Taula adaptada de [77].
Partícules
Causa erosió dels components metàl·lics i
contaminació ambiental
Metalls àlcalis causen corrosió del metall a
alta temperatura, degut al despreniment
de la seva capa protectora d'òxid
Contaminació de NOx
Podria causar contaminants perillosos i
corrosió àcida dels metalls
Obstrucció de filtres i vàlvules i produeix
corrosió metàl·lica.
El material particulat del gas produït consisteix en cendra i carbonissa. La quantitat de
partícules depèn de la tecnologia de gasificació emprada: es formen més partícules amb
tecnologies de llit fluiditzat que als gasificadors de llit fixat.
Les partícules més grans (> 10 µm) poden ser eliminades per mitjà de ciclons convencionals. El
material eliminat ha de ser reciclat al gasificador. Per a la separació addicional de partícules
calen dispositius filtradors, tal com bosses filtrants ("filter bags"), ceràmica sinteritzada o
"candles" filtradors metàl·lics. Les eficiències d'eliminació superiors al 99'8% són possibles amb
aquestes tecnologies. L'embús dels filtres resulta un problema, així com el sutge i el quitrà
tendeixen a adherir-se a les partícules de cendra/carbonissa augmentant la pressió de la
superfície del filtre, embussant finalment el dispositiu.
Per reduir l'embús d'un filtre és necessari operar a temperatures superiors de 500ºC. A
temperatures més baixes el quitrà tendeix a condensar-se a la superfície del filtre, amb la
possibilitat de ser eliminat, només, per mitjà d'una combustió controlada.
Extracció del quitrà
Quan es produeix el refredament del flux descendent del gas al gasificador, els compostos
orgànics d'alt pes molecular comencen a condensar a temperatures de 450ºC. Aquest
condensat és anomenat generalment quitrà. Part d'aquest és dipositat a les parets de les
conduccions, i una altra part és retingut al gas en forma d'aerosol. El contingut de quitrà és el
problema més important en l'eliminació de partícules del gas, especialment quan posteriorment
és utilitzat.
La naturalesa del quitrà produït a la gasificació de la biomassa depèn molt del tipus de
biomassa, del procés de gasificació utilitzat i de les condicions operatives al gasificador. La
gasificació amb aire tendeix a produir quitrà d'una alta viscositat i reactivitat; la gasificació amb
vapor produeix un quitrà més líquid de baix pes molecular. Amb temperatures de gasificació
10—183

més altes el contingut d'oxigen del quitrà comença a ser més baix, i per tant, aquest consisteix
quasi completament en hidrocarburs. Degut a aquestes diferències en la composició, la
interpretació de les concentracions analíticament determinades de quitrà al gas resulta encara
un problema: depenent del compostos continguts al quitrà, la mateixa quantitat total de quitrà
al gas porta a vegades a la condensació i altres vegades no.
Hi ha dos estratègies diferents pel control del contingut de quitrà al gas:
10—184
• La millora de la tecnologia de gasificació per què es produeixi la menor quantitat de
quitrà.
• El desenvolupament de processos d'eliminació pel quitrà.
La formació de quitrà a la gasificació depèn del material d'entrada, la tecnologia de gasificació,
del medi de gasificació i de les condicions d'operació del gasificador.
El quitrà pot ser trencat catalíticament de 800 a 900ºC o tèrmicament de 900 a 1100ºC. Com la
temperatura de gasificació és normalment en el rang de 750 a 850ºC, el trencament tèrmic
necessita escalfar més el gas. Ja que l'escalfament indirecte és tècnicament molt difícil a altes
temperatures, la millor manera d'escalfar és introduint un petit volum d'aire. Aquesta manera és
una via efectiva però redueix l'eficiència energètica del procés de gasificació. Per aquest motiu,
el trencament catalític és normalment el preferit. La dolomita, l'olivina i els compostos de níquel
mostren efectes catalítics. Aquests catalitzadors s'utilitzen en forma de grànols, o "rusc
injectat". Durant l'operació la superfície del catalitzador es cobreix de compostos alcalins i així
es desactiva. S'ha de reemplaçar de tan en quant. Les eficiències de conversió han sigut
provades en un 99%.
L'eliminació del quitrà és una tecnologia ben coneguda per la neteja de gas del forn de coc. El
millor mètode d’eliminació de quitrà és el precipitador electrostàtic, que és capaç de capturar
fins i tot aerosols. Per l’ús d’aquest tipus de tecnologia cal refrigerar el gas fins a temperatures
de 60 a 80ºC. Quan es refreda el gas, l’aigua també es condensa. Quan part de les substàncies
orgàniques del gas són solubles en aigua, aquest condensat és contaminat pesadament i
requereix disposició especial.
Com a sistemes controladors de quitrà s'utilitzen saturadors o rentadors ("scrubbers")
modificats. Un saturador té dos torres separades. A la primera torre el gas és saturat amb
gotetes d'aigua a una temperatura de 40 a 80ºC (Quaak et al., 1999; Bridgwater, 1994a). La
temperatura i la saturació de l'aigua permeten la condensació del quitrà a la goteta (Larson,
2000; Cernuschi, 2000) . A la segona torre un procés de rentat elimina les gotetes en suspensió
i el quitrà condensat. Normalment s'utilitza un llit humidificat per incrementar la superfície de
contacte entre el gas i l'aigua rentant. La següent Taula 10.34, resumeix els principals
avantatges i desavantatges dels principals sistemes d'eliminació de quitrà descrits.
Taula 10.34. Avantatges i inconvenients dels sistemes d’eliminació del quitrà.
Sistema Avantatges Desavantatges
Trencament tèrmic Control simple
Pèrdua en el Valor Calorífic Inferior (VCI)
Baix cost
Baixa eficiència
Trencament catalític VCI inalterat
Cost catalitzador
Més valorat
No refredament del gas
Dificultat en el control
Rentat Facilitat en el control
Pèrdua de VCI
Control de contaminació de l'aire
Refredament del gas
Producció d'aigües residuals
Font: Taula adaptada de [77].
Eliminació de traces d’impureses
La biomassa conté petites quantitats de nitrogen, sofre, clor i altres elements traça que són
volàtils sota les condicions operatives de la gasificació. Per aquest motiu el gas que prové del
gasificador conté també nitrogen, sofre, clor i compostos alcalins en petites quantitats, les
concentracions exactes que depenen exclusivament del material d’alimentació del gasificador,
que es transforma segons determinades condicions operatives.

Els compostos de nitrogen són principalment amoníacs, amb possibles petites contaminacions
de cianur d’hidrogen. A la combustió del gas, aquests compostos formaran, en gran part, oxids
de nitrogen que generaran problemes en l’emissió. Els compostos de nitrogen són gasos que no
poden ser eliminats per filtració, però sí per mitjà d’un rentat amb aigua o amb solucions
aquoses, refredant el gas amb aquest mètode fins a 50ºC.
El clor és majoritàriament present en forma d’àcid clorhídric, HCl, al gas extret del gasificador,
concentracions del qual dependrà de la composició química elemental de la biomassa que
alimenta el gasificador i de les condicions operatives d’aquest. El clorur d’hidrogen causa la
corrosió de l’equip i també emissions després de la combustió. Pot ser extret del gas a través
d’un rentat o per absorció amb material actiu, però encara s’hi disposa de poca experiència
tècnica al respecte.
Els compostos metàl·lics alcalins, especialment els de potassi i sodi, són volàtils a altes
temperatures, encara que no es coneixen certament els compostos presents al gas. Els
components àlcalis produeixen corrosió a les matèries ceràmiques del fitre i també a les aletes
de la turbina. La millor manera de reduir el contingut àlcali dels gasos és refrescant-lo fins a
500ºC aproximadament, permetent la condensació de la major part de gas i el posterior filtrat.
Conversió del metà a monòxid de carboni, eliminació del co2
Com s’ha mencionat anteriorment, el gas produït al gasificador consisteix principalment en
hidrogen, monòxid de carboni, diòxid de carboni, metà i nitrogen. Per certes aplicacions cal
convertir o eliminar alguns dels seus components per obtenir un gas de qualitat. Per exemple,
en la síntesi de combustibles líquids o cèl·lules de combustible, només s’utilitza l’hidrogen.
Per la conversió de monòxid de carboni a metà, hi ha disponibles tecnologies conegudes
provinents d’altres processos per a la producció de gas de síntesi. El metà reacciona amb vapor
per formar monòxid de carboni i hidrogen:
CH4 + H2O ↔ CO + 3H2
Aquesta reacció d’equilibri requereix d’un catalitzador, normalment basat en el niquel, i un
excés de vapor per a què reaccioni tot el metà. La perícia tècnica és disponible de varies
empreses d’enginieria.
El monòxid de carboni també es pot convertir a hidrogen segons la reacció de canvi amb el
vapor d’aigua:
CO + H2O ↔ CO2 + H2
Aquesta darrera reacció també és d’equilibri i requereix d’un catalitzador. Per a reduir la
concentració final de monòxid de carboni a nivells baixos s’utilitzen normalment dos etapes a
temperatures diferents. Si no és permissible l’existència de concentracions petites de monòxid
de carboni al gas reaccionat, es pot convertir catalíticament aquest component amb metà
reaccionant-lo amb l’hidrogen.
El diòxid de carboni originalment al gas o format per reacció d’equilibri, pot ser rentat utilitzant
un fluid alcalí, normalment una solució aquosa d’etanol amina. La solució reaccionada pot ser
regenerada per escalfament.
Utilitzant aquestes reaccions és possible ajustar la composició del gas provinent de la gasificació
per satisfer els requeriments necessari dels diferents usos que es proposen. Cal recordar que
cada pas de conversió requereix inversió i causa pèrdues en l’eficiència energètica.
Separació de l’hidrogen
Per algunes aplicacions és necessari produir hidrogen pur (per exemple: en cèl·lules de
combustible). En aquest cas, l’hidrogen ha de ser separat de les impureses al gas produït.
10—185

La producció estàndard d’hidrogen a partir del carbó utilitza la gasificació amb oxigen o vapor,
la descomposició del metà, la conversió del monòxid de carboni i el rentat del diòxid de carboni.
El mateix principi pot ser utilitzat en la gasificació de la biomass però les plantes de conversió
són cares i complicades.
La difusió de l’hidrogen a través de membranes de pal·ladi s’ha suggerit per aquest procés però
fins ara només s’han realitzat proves de laboratori. El problema principal és la pèrdua de
càrrega a través de la membrana de ∼10 bars.
Disposició de la cendra i tractament de les aigües residuals
La cendra que prové de la biomassa que alimenta el gasificador és extreta com un material
sòlid que encara conté quantitats apreciables de carbonissa. Part de cendra és arrossegada en
forma de fines partícules pel gas produït pel gasificador.
La cendra conté potassi, fòsfor, magnesi i altres elements d’interès pel creixement de les
plantes. És, per tant, important reciclar-lo a la terra. Els problemes en aquesta direcció
surgeixen pel compostos o elements que contenen metalls pesants tòxics a la cendra. Si les
seves concentracions són superiors al conjunt de límits establerts per l’administració local, s’han
de disposar de mode controlat en un abocador.
L’aigua residual que ha estat en contacte amb el gas és contaminada de quitrà. A nivells baixos
de quitrà pot ser suficient un tractament biològic de l’aigua. Normalment serà necessari utilitzar
una incineració de l’aigua residual o una oxidació amb aire a alta pressió.
10.5.3.6. USOS DEL GAS DE GASIFICACIÓ
Introducció
La gasificació de la biomassa produeix una sèrie de gasos els quals poden ser emprats per
diferents usos obtenint diverses aplicacions tecnològiques. La competitivitat econòmica per la
gasificació de la biomassa depèn de la quantitat d'avantatges específiques considerables
obtingudes en l'utilització del gas. Així doncs, la combinació adequada de gasificació i utilització
del producte és una tasca tècnica important.
Combustió directa i producció d’energia
El Cicle de Vapor s'empra com a opció més simple de recuperació d'energia. No es necessita
pre-tractament del gas ja que el quitrà és cremat al cremador i no pot danyar la caldera.
L'eficiència elèctrica màxima neta d'una Planta gasificadora amb recuperació d'energia per cicle
de vapor és del 23%, comparable amb l'eficiència d'un incinerador típic de residus sòlids
(Consonni, 2000).
Després de la gasificació, la temperatura del gas obtingut s'ha de mantenir sobre 600ºC per tal
de prevenir la condensació del quitrà al sistema de conduccions i per incrementar així el valor
calorífic del gas. Tanmateix, una limitació existent en a incineració de residus tradicional, és a
dir, en la combustió directa i en la caldera de cicle de vapor posterior a la gasificació, és la
temperatura màxima dels tubs sobreescalfats limitats a temperatures de 475ºC i pressions de
60 bars per a prevenir la corrosió excessiva dels tubs per l'HCl que pot ser present al gas de
combustió. En aquest cas, l'eficiència de conversió de la biomassa a energia és del 30 al 32%
com a màxim. Així doncs, aquesta limitació té com a resultat una temperatura més baixa del
vapor a la turbina de vapor, i per tant una baixa eficiència elèctrica de la planta (Rensfelt and
Everard, 1998). En una planta de gasificació-Cicle de vapor, aquesta limitació podria ser
vençuda per mitjà del pre-tractament del gas o per integració amb una planta d'energia
termoelèctrica. El pre-tractament del gas pot eliminar el HCl abans d'entrar al cremador, i així la
crema del gas net en una combinació moderna de caldera permetria una temperatura de vapor
10—186

de 520ºC, amb un increment del 6% en l'eficiència elèctrica. No obstant, aquest procés no es
considera econòmicament viable en el present.
La integració amb centrals generadores d'energia convencionals és anomenada "co-firing", cocremat
o co-combustió: permet augmentar el rendiment prenent d'avantatge l'alta eficiència del
cicle de vapor d'una planta d'energia termoelèctrica. Generalment, un sistema de "co-firing" es
realitza segons dos possibles configuracions: adoptant un cremador de gas en una caldera per
separat només per la fase d'evaporació d'aigua, com mostra la Figura 10.78, o adoptant un
cremador de gas a la mateixa caldera com el combustible primari, com mostra la
Figura 10.79.
En sistemes de co-combustió del gas que prové de la gasificació de biomassa amb residus
sòlids o amb carbó, el gas es pot mantenir a temperatura alta evitant, d'aquesta manera, els
problemes de formació i separació del quitrà.
Un nombre considerable de gasificadors de flux ascendent (updraft) són operatius a Finlàndia
en combinació amb plantes de calefacció de districtes. En aquest cas, també, el gas és cremat
immediatament sense refredament previ. És del cert que aquesta combinació és competitiva
amb combustió de biomassa que utilitza forns de tipus graella, ja que el gasificador és molt
flexible pel que fa a la qualitat d'aliment proporcionat: es poden gasificar estelles de fusta,
residus, palla i inclòs torba. Però a Finlàndia s'espera un nombre elevat d'hores operatives, i per
tant la competitivitat d'aquest procés pot ser demostrat en altres localitzacions.
Si el gas és distribuït a través d'un sistema de canonades és necessari refrigerar-lo i separar el
quitrà, ja que d'una altra manera el sistema de canonades s'embussaria tard o aviat. La
purificació del gas és tècnicament complicada i cara, fet que comporta que els avantatges de la
gasificació no siguin plenament reconeguts.
Quan el gas produït a la gasificació conté part del nitrogen de la biomassa en forma d'amoníac,
es suggereix el seu ús (la substitució de l'amoníac) per la reducció d'òxids de nitrogen
("reburning") en centrals elèctriques basades en combustibles fòssils, havent sigut provat
anteriorment amb bons resultats. En aquest cas el crèdit pel gas és més alt que pel seu
contingut d'energia.
La gasificació seguida immediatament per una combustió del gas produït, ha sigut utilitzada
especialment per forns de cal en la indústria de la polpa i paper. Actualment hi han varies
unitats operatives comercialment. En aquesta darrera aplicació es necessita d'una eliminació
eficient de les partícules de cendra del gas, ja que si es deixen passar contaminaran la cal. La
cal s'utilitza en la pulpació, i per tant, la seva puresa és crítica.
Figura 10.78. Possible configuració d'un sistema "cofiring" amb dos calderes diferents
GASIFICADOR EVAPORADOR
BOMBA
CONDENSADOR
SOBREESCALFADOR
TURBINA DE VAPOR
TURBINA DE GAS
Vapor
Aigua
Gas de combustió
Gas produït
Gas Natural
Aire
10—187

Font: Adaptat de [77].
Figura 10.79. Possible configuració d'un sistema "cofiring" amb una caldera
Cicle de Rankine
D'elevada complexitat i
alta eficiència (43%),
amb 4 resobreescalfadors,
8 a
10 extraccions, turbina
supercrítica, turbina
d'alta pressió i turbina
de baixa pressió.
Font: Adaptat de [77].
Motors de gas
Els motors de combustió interna tipus Otto o Diesel poden ser operatius amb gas procedent de
la gasificació de la biomassa. Els motors que operen amb gas naturals són dissenys
estandarditzats. Per l'ús del gas de biomassa en motors de gas, calen alguns canvis per adaptar
els motors al valor calorífic considerablement més baix d'aquest baix. Hi ha disponibles
experiències operadores sobre motors que treballen amb gas d'abocador i amb biogas. Vers
aquestes experiències, les especificacions necessàries sobre les concentracions màximes que
s'indiquen per la puresa del gas són de 30 mg/Nm 3 de partícules i de 100 mg/Nm 3 de quitrà,
encara que no es disposa de la suficient experiència sobre llargs períodes.
L'eficiència energètica de conversió de biomassa a energia utilitzant un motor de gas de 4
temps d'ignició interna amb gas de gasificació de biomassa, és del 35 al 40%, valors més alts
que amb un cicle convencional de vapor però més baixos que l'eficiència aconseguida en
centrals elèctriques convencionals que utilitzen combustibles fòssils. Per motors amb capacitats
superiors de 3 MW, l'imput de gas és disponible. Per tal de millorar l'eficiència energètica és
possible recuperar el calor de baixa temperatura del sistema de refrigeració del motor en forma
d'aigua calent i utilitzar-la per a calefacció del districte o per aplicacions industrials. D'aquesta
manera l'eficiència energètica augmentaria fins a un 75 - 85%. Els mòduls per al tractament
catalític dels gasos d'escapament són disponibles. Els motors de gas es poden utilitzar per a la
producció d'electricitat en plantes de baixa capacitat, com ja s'utilitzen amb equips estàndards.
La gasificació de la biomassa combinada amb motors de gas ha sigut operatiu en plantes pilot,
no havent-hi encara experiència en operacions comercials per llargs períodes (quan s'asseguren
qualitats de gas dins les especificacions, es pot esperar bona veracitat al sistema).
Turbines de gas
10—188
XEMENEIA
CALDERA
GASIFICADOR
Vapor
Aigua
BIOMASSA
Gas de combustió
Gas produït
Combustible fòssil
Aire

Als darrers anys les turbines de gas han trobat aplicacions molt diverses en la producció
d'energia elèctrica a partir del gas natural. Així doncs, l'ús del gas de gasificació de biomassa
pot ser també interessant, però aquest ús suposa una sèrie de problemes.
Les turbines de gas són disponibles actualment en un gran rang de capacitats. En el mercat hi
ha dos tipus principals: aero-derivats dèbilment alejats ("lightweight aero-derivatives") i
màquines industrials. Els combustibles utilitzats són el gas oil i el gas natural. En la producció
d’electricitat per a “peak shaving”, s’utilitzen turbines de gas de cicle obert, en les quals els
gasos calents d’escapament de la turbina són alliberats a l’atmosfera. Conseqüentment,
l’eficiència energètica del procés és baixa. Per a millorar l’eficiència s’han desenvolupat altres
sistemes més complexes que defineixen la integració de la turbina de vapor en l’ús del cicle
combinat. Els gasos calents d’escapament de la turbina es dirigeixen a una caldera de “calor
residual” per a generar vapor. Aquest vapor és utilitzat en la turbina de vapor per augmentar la
producció d’electricitat addicionalment. L’augment addicional de l’eficiència és possible utilitzant
sistemes de condensació del gas de combustió, produint aigua calenta destinada a la calefacció
de districtes o per a usos industrials.
Els processos integrats de gasificació i turbina de vapor (IGCC) impliquen tecnologies
complexes on els camps d’aplicació són limitats a gran escala. Sobre aquest tipus de tecnologia
es suggereixen diverses configuracions de Planta. Les eficiències en la producció d’electricitat
s’esperen del 35 al 40%, i en les operacions CHP (Combined Heat and Power) l’eficiència
augmenta addicionalment d’un 30 a un 50% en forma de calor a baixa temperatura.
En comparació amb els combustibles convencionals destinats a turbines de gas, el gas de
gasificació de biomassa té un valor calorífic considerablement més baix: el gas natural sobre 36
MJ/Nm 3 i el gas de gasificadors estàndars 4 – 6 MJ/Nm 3 . Això suposa la consideració de dos
problemes en l’ús de turbines de gas convencionals. Per tal d’obtenir la mateixa temperatura de
combustió es necessita un volum substancialment més gran de gas de poder calorífic més baix
en comparació amb el gas natural. Així doncs, a l’expansor de la turbina el flux màssic és més
gran i hi ha un excés d’energia en comparació amb el punt de disseny del motor. Hi ha varies
propostes per solventar aquest problema però no hi ha la suficient experiència operativa
actualment per a demostrar bons resultats.
Les turbines de gas són molt sensibles pel que fa a la puresa del gas de combustible, i per tant,
es demanen especificacions molt concretes al gas a utilitzar: sobre quantitats de sobre i
compostos es demanen quantitats màximes d’1mg/Nm 3 , i per compostos de metalls àlcalis, ja
citats anteriorment, 0’1 mg/Nm 3 com a màxim. Degut a falta d’experiència en operacions dels
sistemes especificats no és del tot segur si aquests límits són massa alts o massa baixos. El límit
pel sofre pot ser ampliat utilitzant filtres d’òxid de zinc, però arribar al límit de compostos
metàl·lics àlcalis és molt difícil.
Quan els cremadors de les turbines de gas treballen sota pressió, la gasificació sota una pressió
convenient és una avantatge i ajuda a millorar l’eficiència energètica. Una altra possibilitat per a
millorar l’eficiència és la injecció de vapor, però per ser efectiva és necessària un gas
combustible de més alt poder calorífic.
Cèl·lules de combustible
Als darrers anys s’han desenvolupat diversos tipus de cèl·lules de combustible que permeten la
conversió directa de l’energia química (hidrogen, metà, etc.) a electricitat sense la conversió
prèvia a energia calorífica. En aquesta via es poden evitar els problemes coneguts del cicle de
Carnot, almenys en principi, obtenint eficiències elevades.
El desenvolupament tècnic de les cèl·lules de combustible encara no ha acabat i es pot esperar
més progrés en un futur pròxim. La següent Taula 10.35 mostra una vista general dels tipus de
cèl·lules de combustible descrits fins ara.
Taula 10.35. Tipologia actual de cèl·lules de combustible.
TIPUS
TEMPERATURA
D’OPERACIÓ (ºC)
EFICIÈNCIA DE
CONVERSIÓ A
COMBUSTIBLE / SENSIBILITAT
A IMPURESES
10—189

10—190
ELECTRICITAT (%)
Cèl·lules alcalines 80 40 – 60 Hidrogen / sensible al CO2
Cèl·lules de membrana 80 50 – 60 Hidrogen / sensible al CO2
Cèl·lules d’àcid fosfòric 200 40 – 50 Hidrogen / sensible al CO2
Cèl·lules de carbonat fos 650 50 – 60 Metà
Cèl·lules d’òxid sòlid 950 50 - 60 Hidrogen / sensible al metà
Font: Adaptat de [40].
Com es pot observar a partir de la Taula 10.35, les eficiències de conversió a electricitat són del
rang del 40 al 60%, eficiències superiors a plantes elèctriques convencionals però implica que la
resta d’energia es perd, del 40 al 60%. Per tal de millorar l’eficiència energètica és necessari
utilitzar el calor residual en la forma de vapor a baixa pressió o aigua calenta. Això és possible
només si la temperatura d’operació de les cèl·lules és suficientment alta (>120ºC).
Les cèl·lules amb operació a alta temperatura són menys sensibles a la puresa del combustible.
Sembla també possible utilitzar un reformat intern per que les barreges de gas es puguin
utilitzar com a combustible. Això salvaria tot l’equip necessari per la conversió del gas a
hidrogen.
L’únic tipus de cèl·lula de combustible disponible comercialment és la d’àcid fosfòric (veure
¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.). Els altres tipus no són produïts per la
indústria o són en fase de demostració encara.
Actualment el cost de les cèl·lules de combustible és alt; encara s’ha de veure si els preus
poden ser reduïts per la fabricació en grans sèries al futur.
Figura 10.80. Representació del funcionament d'una cèl·lula de combustible d'àcid fosfòric
Gas Natural
Nafta
Metanol
CO2
REFORMADOR
Calor residual
Síntesi de gas natural i combustibles líquids
(-)
H2 H2 Elèctrode d'Hidrogen: H2--- 2H + 2e -
H + (e - : electró)
H2
e -
e -
e - e -
(+)
ELECTRÒLIT
O2 O2 H2O Elèctrode d'Oxigen: 1/2O2 + 2H + + 2e - - H2O
H2O
AIRE (O2)
AIGUA
INVERSOR

Per la producció de metà (gas sintètic natural, GSN) a partir de la biomassa, utilitzant la
gasificació, la distribució del gas ha sigut plantejada amb vies de distribució similars als
sistemes de canonades propis del gas natural.
La síntesi del metà és possible utilitzant una reacció que requereix un catalitzador:
CO + 3H2 → CH4 + H2O
Qualsevol quantitat de nitrogen al gas de síntesi diluirà el metà format.
La producció de gas natural sintètic a partir de la biomassa al present és massa cara per ser
d’interès comercial.
Actualment hi han disponibles dos tipus de tecnologies molt conegudes per a la producció de
combustibles líquids utilitzant gasificació de biomassa:
1. Producció de metanol
CO + 2H2 → CH3OH
2. Producció d’una barreja d’hidrocarburs (Síntesi Fischer-Tropsch)
CO + 2H2 → --CH2-- + H2O
Ambdós tecnologies s’estan utilitzant comercialment, amb la suficient experiència tècnica.
El metanol és produït en grans quantitats per l’ús en la indústria química. Normalment el gas
natural és utilitat com a matèria prima però algunes plantes també utilitzen carbó. El metanol
és convenient per l’ús com a combustible de motor i com a combustible d’extensió. També és
possible produïr alcohols més alts, com etanol, propanol o butanol. La síntesi de Fischer-
Tropsch s’utilitza comercialment a Sud-Àfrica per produïr combustibles de motor a partir del
carbó, via gasificació, en grans quantitats.
L’ús de la gasificació de biomassa per a la producció de combustibles líquids conté, en el
present, un problema econòmic però no tècnic. La producció viable del combustible “Sundiesel”,
a partir de la gasificació de la biomassa emprant el procés de síntesi Fisher-Tropsch, sembla
demostrada a Alemanya. Es preveu la construcció de tres plantes de producció de Sundiesel en
aquest país europeu.
10.5.3.7. ASPECTES AMBIENTALS I DE SALUT
En la utilització del gas produït, els gasos de combustió poden causar emissions en l’atmosfera
com qualsevol altre combustible.
Els quitrans formats durant la gasificació consisteixen en hidrocarburs i compostos oxigenats,
com els fenols. Part d’aquests components del quitrà són altament insaturats i tendeixen a
polimeritzar després de la condensació, formant una substància sòlida. Alguns d’aquests
components són tòxics, i uns quants es sospita que són carcinogènics. És important, per tant,
que no sigui necessari manipular i emmagatzemar el quitrà separat del gas; a més, aquest és
consumit i reciclat al gasificador. En el present, existeix poca experiència disponible en quant
als efectes d’aquest reciclatge a la gasificació.
Les aigües residuals, especialment quan són contaminades amb quitrà, són un problema molt
més greu. Encara que algunes indicacions pronuncien que pot ser purificada per mètodes de
tractament biològics d’aigües residuals, avui en dia s’assumeix generalment que és necessari
tractar-la per incineració. En aquest cas també en consta poca experiència tècnica la respecte.
Si s’utilitzen assecadors de biomassa, els vapors despresos dels assecadors contenen un
nombre elevat de compostos orgànics volàtils, especialment terpens. En el cas d’assecadors
d’estelles de fusta en la manufacturació de taulers fets de trossos petits de fusta comprimits a
gran pressió, és necessària la purificació d’aquests vapors per trobar i coincidir en les
especificacions d’alguns països de la Unió Europea, com Suècia, Alemanya i Àustria. Per destruir
tots els compostos orgànics es requereix una oxidació a alta temperatura, que és més aviat
cara.
10—191

Els aspectes de seguretat en les plantes de gasificació estan relacionades amb el maneig de les
grans quantitats de material de combustible i els gasos. El perill d’incendis i explosions
incrementa si la biomassa és pre-assecada, amb més alt risc d’explosions de pols a les naus
d’emmagatzemament de gran volum (adequadament protegides). Les barreges del gas produït
amb l’aire són també explosives. En tots els casos, s’han de seguir mètodes uniformes de
prevenció d’accidents.
Els efectes de salut que comporta el quitrà a partir de la gasificació e la biomassa no són del tot
documentats, però en analogia amb la gasificació i piròlisi del carbó s’ha assumit que certs
components del quitrà són carcinogènics.
Tampoc hi ha molt poca informació sobre la possibilitat de formació de dioxines a la gasificació
de biomassa. El contingut de clor a la fusta és molt baix, però és més alt en certes plantes
anuals. Sota condicions reduïdes, la formació de dioxines al gasificador és improbable. Si els
compostos de clor són eliminats del gas no hi ha possibilitat de formació de dioxines durant la
combustió del gas.
10.5.3.8. COMPARACIÓ ENTRE TECNOLOGIES DE GASIFICACIÓ
La utilització de la gasificació de la biomassa en els diversos sectors del mercat de l'energia
determina certs requeriments per a cada tecnologia a utilitzar.
A les plantes de CHP, la utilització del calor produït limita la capacitat. La quantitat de calor
produït és sis vegades més gran que la quantitat d'energia produïda. L'electricitat pot ser
transportada fàcilment a altres localitzacions on sigui necessària, però el calor s'ha d'utilitzar a
la mateixa localització de la seva producció. Així que la demanda local pel calor de baixa
temperatura serà el factor limitant.
Aquesta demanda de calor pot ser destinada en l'ús industrial o en l'escalfament residencial via
calefacció del districte (l'última aplicació vindrà condicionada per les condicions climàtiques de
la localització). Als països del Nord d'Europa l'espai de calefacció ve a ser de 3000 hores
d'operació màximes per any, als països del Centre d'Europa de 1500 a 2000 hores/a, i als
països del Sud d'Europa, 500 hores/a o menys.
L'ús industrial és normalment de 7000 a 8000 hores/a a plena càrrega. Aquesta diferència en el
nombre d'hores d'operació màximes és important com en els costos dependents d'inversió,
factor més important en els costos de producció d'energia.
Sobre la base de les dades donades per 5000 hores d'operació o funcionament màximes/a, un
temps d'operació de només 2000 hores/a incrementarà el cost fixat per un factor de 2'5, i un
temps de funcionament de 8000 hores/a, el disminuirà en un factor de 0'625. Tenint en compte
que dos terceres parts dels costos totals són costos fixats, significa un increment del cost total
del 100% o una reducció de cost del 25%, comparat amb les figures donades a la Taula 16.11.
Així doncs, sembla que l'ús del CHP amb combustibles de biomassa és d'interès principalment
quan el calor pot ser utilitzat per la indústria. Aquesta afirmació implica que el factor
determinant per a la selecció de la ubicació d'una planta de CHP, així com per a la selecció de la
seva capacitat, és la planta industrial a qui vendrà el calor produït.
La limitació de capacitat d'una planta CHP ve donada per la disponibilitat de biomassa. La
següent Taula 10.36 indica la quantitat de biomassa que es necessita i l'energia produïda en
aquest tipus de planta. A la següent taula s'utilitza un rendiment de 5t/ha/a de biomassa seca
com a base de càlcul encara que s'hagi aconseguit fins a 15 t/ha/a, com no es pot esperar que
la terra agrícola altament productiva s'utilitzi completament per a la producció de biomassa
destinada a conversions energètiques, però sí la terra marginal no convenient per a la
producció d'aliment.
Taula 10.36. Quantitat de biomassa necessària en la producció d’energia i calor.
10—192
Capacitat de la Planta
Energia + Calor
Consum de Biomassa Àrea necessària
Producció d'energia i
calor
MWe + MWth t/h t/d t/a ha GWh/a each
1 + 1 0'31 7'5 1.560 313 5

5 + 5 1'56 37'5 7.800 1.560 25
10 + 10 3'13 75 15.625 3.125 50
30 + 30 9'38 225 46.875 9.375 150
100 + 100 31'25 750 156.250 31.250 500
300 + 300 93'75 2.500 486.750 93.750 1500
Suposicions d’operació de la Planta CHP: 7000 hores/a operatives màximes, eficiència energètica = 40% calor + 40%
energia = 80% total, biomassa amb 20% humitat, productivitat 5t/ha/a.
Font: Taula adaptada de [40].
Al nord d’Europa, hi ha disponibles més de 1000 km 2 (100.000 ha) d’àrees de bosc, però el
subministrament de biomassa vindrà limitat per la disponibilitat del transport. En països
densament poblats del centre i del sud d’Europa es pot esperar la disponibilitat d’un màxim de
5% a un 10% d’àrea forestal per a producció d’energia. Així doncs, existeix un límit pràctic per
l’imput de biomassa en plantes de CHP de 100 MWth (de fet per a qualsevol planta que utilitzi
biomassa) la limitació del qual és la disponibilitat local de biomassa però també els requisits
màxims de calor per a plantes industrials mitges.
Respecte a la gasificació, la biomassa anual té dos desavantatges comparant-la amb la fusta i
l’escorça:
• La seva recol·lecció estacional requereix no només facilitats en el seu
emmagatzemament si no també estabilitat en contra la seva descomposició; per
exemple, un contingut d’humitat inferior al 15 – 20%.
• La formació de quitrà a la gasificació és molt més gran en plantes anuals que amb fusta
o escorces.
Aquests dos fets s’impliquen en la competitivitat de gasificació de biomassa, millor en àrees
forestals i pitjor en àrees agrícoles.
En àrees agrícoles de Centre Europa un altre aspecte important en l’ús de la gasificació és la
contribució possible a millorar l’esperit competitiu de les plantes de biomassa que abasteixen de
calefacció als districtes. Nombroses plantes d’aquest tipus amb capacitats de 0’5 a 10 MWth
estan en operació però quasi totes elles necessiten subvencions públiques per ser competents
amb els combustibles fòssils. L’ús de la gasificació per a la co-producció d’electricitat podria
millorar l’economia de les Plantes en el cas que hi siguin disponibles tecnologies senzilles de
baix cost. En aquest cas, la producció de calor seria el propòsit principal així que l’eficiència de
conversió a energia podria ser baixa. Tanmateix, no s’ha suggerit encara cap tecnologia
convenient per aquest propòsit.
A més de les limitacions en requeriments especials de capacitat segons la tecnologia utilitzada a
la planta CHP en depèn la qualitat del gas. Degut a la carència d’experiència en operacions de
plantes comercials la majoria d’especificacions per gasos són encara preliminars.
Gasificació i combustió: Els requeriments de capacitat per plantes de gasificació amb
combustió del gas produït depèn dels requeriments d’energia del consumidor. Un bon exemple
és el cas de plantes on fins a 15 forns independents han de ser subministrats per una planta
central de gasificació. Els forns generalment no són més grans que uns pocs MWth però també
n’existeixen de més grans. Es pot assumir que cap consumidor excediria d’un requeriment total
d’energia de 100 MWth.
Gasificació per la producció de gas de síntesi: La gasificació de biomassa destinada a la
producció de gas sintètic requereix de Plantes amb capacitats molt grans produint almenys
100.000 t/a de combustible motriu per raons econòmiques. Assumint una producció de
metanol, aquest tipus de planta requerirà un sistema de gasificació d’aprox. 120 MW. A més, el
gas produït ha de tenir un contingut baix en nitrogen i s'ha de subministrar sota pressió per tal
d’estalviar costos de compressió. Per trobar aquests requeriments, la planta de gasificació
hauria d’operar sota pressió amb una barreja d’oxigen i vapor.
10—193

10.5.3.9. RECULL DE TECNOLOGIES EN PLANTES GASIFICADORES D’EUROPA
La informació dels processos emprats en la gasificació de les diferents formes de biomassa que
globalitzen l’activitat industrial gasificadora europea i nord-americana es pot consultar a [83].
Així com es resumeixen els diversos processos privatitzats per raons de fabricació i disseny dels
reactors, el següent document llista els fabricants de tecnologies relacionades amb l’esmentada
activitat industrial com les aplicacions directes implantades, per països, dels gasificadors i
tecnologies de producció d’energia.
Així doncs, caldria destacar les indústries gasificadores d’Espanya, entorn d’anàlisi més proper
que engloba el marc d’estudi del present projecte, prenent les experiències realitzades com a
exemple de l’activitat industrial present a Europa. La següent Taula 10.37 resumeix algunes de
les indústries que duen a terme la gasificació de biomassa a Espanya.
Taula 10.37. Indústries relacionades amb el sector de la gasificació de biomassa.
NOM DESCRIPCIÓ CONTACTE
Cadagua S.A. Gasificació de biomassa i residus Gran Vía, 45, 7ª-8ª, P:O: ox 834,
48011 Bilbao (Vizcaya)
e-mail: i+d@cadagua.es
Telèfon: +34 944817360
Energía Natural de Mora, S.L. Gasificació
fluiditzat
de biomassa per llit http://www.energiaverde.com
Environmental International
Engineering S.L.
10—194
Aquesta companyia espanyola és
concessionaria de la tecnologia
Enerkem Biosyn per Espanya, Sud
d’Europa i Llatinoamèrica.
Gasbi (Gasificación de Biomasa) S.L. Sistemes de gasificació downdraft des
de 500 kWe
Guascor Group Sistemes de gasificació per biomassa
(entre 8.000 i 60.000 tones per any)
TAIM-TFG S.A. Gasificació downdraft de biomassa per
a la producció de calor i electricitat
Font: Adaptat de [83].
C/Lincon, 11, 1º, 08006 Barcelona
(Barcelona)
e-mail: eie@logiccontrol.es
Telf.: +34 93 4154031
Fax: +34 93 4157245
Plaza Easo, 3, 20006 Donostia - San
Sebastián (Guipúzcoa)
Telf.:+34 943 469246
http://www.guascor.com
Crta. Castellón, Km 6’3, Zaragoza
Telf: +34 976 500006

10.6. EXTRACCIÓ DE MATÈRIES PRIMERES DE LA
BIOMASSA
10.6.1. INTRODUCCIÓ
La biomassa, com a component químic, està formada bàsicament per enllaços de Carboni,
Hidrogen i Oxigen i d’altres components proporcionalment minoritaris en funció del tipus de
biomassa que es tracti (la biomassa es diversifica segons l’origen de formació, natural o
alterada antropogènicament), de Nitrogen i Sofre. Així doncs, una alternativa actual en la
matèria per a obtenir productes químics bàsics que fins avui dia és petroli es pot trobar a la
reserva de matèria productiva més important del planeta: la biomassa vegetal.
Vers aquest camp de recerca, actiu comercialment al món però amb perspectives de millora en
l’eficiència al futur per mitjà d’investigació i creació de noves tecnologies, l’extracció de matèries
primeres a partir de la biomassa vegetal se centra avui dia vers tres direccions:
• Extracció per processos químics.
• Extracció biològica a través de microorganismes
• Extracció tèrmica per destil·lació de la fusta.
Així doncs, al llarg dels següents apartats, s’esmentaran els processos i les característiques
principals d’aquests, així com els fonaments teòrics en què es basen aquests processos per a
obtenir bàsicament:
• Biocombustibles, alternatius als derivats del petroli
• Productes químics utilitzables en la indústria.
10.6.2. PROCESSOS DE DESCOMPOSICIÓ DE LA CEL·LULOSA VEGETAL
10.6.2.1. PROCESSOS QUÍMICS DE DESCOMPOSICIÓ DE LA CEL·LULOSA VEGETAL:
LA HIDRÒLISI.
Definició del concepte hidròlisi
S’anomenen reaccions d’hidròlisi aquelles en què l’aigua i un altre compost orgànic o inorgànic
experimenten una doble descomposició:
XY + H2O HY + XOH
KCN + H2O HCN + KOH
C5H11Cl + H2O HCl + C5H11OH
A química inorgànica se sol considerar la hidròlisi com la reacció inversa de la neutralització; en
canvi, en química orgànica el criteri és més ampli, incloent, entre altres reaccions, la inversió
dels sucres, el desdoblament de les proteïnes, la saponificació del greixos i altres ésters, i la
fase final de les síntesis de Grignard, totes les quals poden portar-se a terme només amb aigua,
tot i que algunes es donin de forma lenta i incompleta.
Per conveniència, s’ha estès el concepte d’hidròlisi a altres nombrosos casos en els que
s’afegeix un alcalí a l’aigua i s’obté la sal alcalina d’un àcid com un dels productes finals:
CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OH
S’anomenen també d’hidròlisi aquelles reaccions en les que s’afegeix un àcid a l’aigua, en
petites o en grans quantitats. Aquesta addició, com la de l’alcalí, invariablement accelera la
hidròlisi, encara que no la inicií. Són d’aquest tipus la sacarificació de la cel·lulosa, que produeix
10—195

glucosa com producte intermedi per la obtenció d’alcohol a partir de fusta, i la obtenció de
glucosa a partir del midó:
10—196
C2H5CN + H2O C2H5CONH2
Hi ha altres agents acceleradors, a més dels àcid i els alcalins ja anomenats, però a excepció
dels enzims, no tenen gran importància. Els enzims (catalitzadors orgànics) representes un
paper de gran interès ens els processos vitals, tant animals com vegetals, especialment en
l’acondicionament de les substàncies alimentàries que han de ser assimilades per l’organisme,
que casi sempre té lloc per reaccions hidrolítiques en les que els enzims actuen de catalitzadors.
A més de l’ús de alcalins en dissolucions aquoses, hi ha també les fusions alcalines, en les que
la proporció d’alcalí augmenta molt respecte a la d’aigua. Moltes preparacions important, com la
del β-naftol, cauen dins d’aquest tipus i es poden classificar com casos de hidròlisi, encara que
en elles poden ocórrer reaccions d’oxidació i reducció.
Així doncs, es poden reconeixer cinc tipus de hidròlisi:
• Hidròlisi pròpiament dita, en la que s’utilitza només aigua.
• Hidròlisi amb dissolucions aquoses d’àcids, diluïdes o concentrades.
• Hidròlisi amb dissolucions aquoses alcalines, diluïdes o concentrades.
• Fusions alcalines amb petites quantitats o sense res d’aigua, però a temperatures
elevades.
• Hidròlisi amb enzims com catalitzadors.
També es podria fer una altra classificació de la hidròlisi segons si:
• Es realitzen en fase o fases líquides.
• Es realitzen en fase vapor.
El primer cas conté la majoria de casos d’importància industrial. Però també es dóna el segon
cas, com per exemple la reacció entre clorobenzè vapor i el vapor d’aigua a temperatures
elevades sobre un catalitzador sòlid per produir fenol i àcid.
Agents hidrolitzants
Encara que hidròlisi vol dir descomposició per l’aigua, són estranys els casos en que l’aigua per
si mateixa pugui verificar una hidròlisi completa. En tal cas, s’ha d’operar a temperatures i
pressions elevades. Per tal que la reacció sigui ràpida i completa és gairebé indispensable un
agent accelerador, qualsevol que sigui el mecanisme de la reacció. Els catalitzadors més
importants són els alcalins, els àcids i els enzims hidrolitzants.
• Aigua: El reactiu de Grignard, tan útil en síntesis orgànica, s’hidrolitza ràpida i
completament amb aigua sola. També passa el mateix amb reactius menys freqüents
com de zinc-alquil i altres compostos organometàlics.
Exemple: conversió d’acetaldèhid en alcohol isopropílic, per la reacció de Grignard.
També els anhídrids d’àcids, les lactones, les lactides i altres anhídrids interns com l’òxid d’etil,
s’hidrolitzen fàcilment amb aigua sola. La velocitat de la reacció és molt diferent segons els
casos. Els anhídrids mixtes, entre els quals s’inclouen els halurs d’àcid, reaccionen
enèrgicament. En general, quant més forts són els dos àcids dels que es deriven aquests
anhídrids mixtes, més vigorosa és la seva hidròlisi.
Els halurs d’alquil de composició complexa reaccionen amb l’aigua sola, però en canvi, els
halurs senzills, com el clorur d’etil, se afecten només lleugerament.
Els sulfats d’alquil, com el sulfat àcid d’etil, s’hidrolitzen també al escalfar-los amb l’aigua.
El vapor, en substitució de l’aigua líquida, ha donat bons resultats en alguns casos. L’àcid
bencenosulfònic produeix, amb vapor d’aigua, benzè i àcid sulfúric. Si es fan passar junts vapor
d’aigua i de clorobenzè sobre sílice porosa a 575ºC, se obté un rendiment de 95% de fenol.

• Hidròlisi àcida: S’utilitzen àcids en la hidròlisi en diferents substàncies orgàniques,
ésters, sucres, amides, etc. En la reacció, l’aigua verifica la hidròlisi i l’àcid accelera la
reacció, podent també, en molts casos, iniciar la reacció quan l’aigua no pot per si sola.
S’acostuma a atribuir l’acció dels àcids al seu contingut en ions hidrogen, ja que en
moltes hidròlisis amb àcids diluïts es dóna una proporcionalitat aproximada entre la
velocitat de la reacció i la concentració d’ions hidrogen. Però això no explica tots els
casos ja que, per exemple, amb els àcids concentrats falla casi totalment. A més, els
àcids no dissociats i el radical electronegatiu que acompanya a l’hidrogenió pot
modificar el fenomen i ser els responsable de certs resultats anòmals.
Els àcids clorhídric i sulfúric són els més utilitzats, encara que s’ha assajat amb molts altres,
com el fòrmic, el tricloroacètic, el oxàlic o el bencenosulfònic. Les concentracions que es fan
servir d’aquests àcids oscil·len entre límits molt amplis, tant en les operacions de laboratori com
en les industrials. El procés Bergius, de sacarificació de fusta, per exemple, utilitza àcid
clorhídric de 41%, mentre que en el sistema Scholler-Tornesch s’utilitza àcid sulfúric del 0,5%.
Tots dos sistemes són comentats més endavant.
L’àcid sulfúric sol ser el més útil perquè forma, amb molts tipus de substàncies orgàniques,
compostos intermedis molt susceptibles a la hidròlisi. En aquests casos, l’àcid presenta una
acció específica, sense relació amb la seva concentració en ions hidrogen i que no pot ser
substituïda per la d’altres àcids.
Exemple: obtenció d’alcohol a partir de etilè.
Una proteïna que s’utilitza en gran quantitat és el gluten de blat, ja que té un contingut
relativament alt d’àcid glutàmic. Així, es pot obtenir glutamat monosòdic a partir del gluten en
un procés on es dóna la hidrolització d’aquest últim amb una dissolució d’àcid clorhídric al 20%.
• Hidròlisi alcalina: Podem distingir tres casos diferents d’hidròlisi amb alcalins:
o Quan s’utilitzen concentracions petites d’alcalí en la hidròlisi d’ésters i altres
productes similars. En aquest cas se suposa que l’ió hidròxil catalitza la reacció de
igual manera que l’ió hidrogen catalitza les hidròlisis efectuades amb àcids diluïts.
Sabent que en la reacció es produeix ordinàriament un àcid i aquest reacciona
immediatament amb l’ió hidròxil, la importància del cas és només teòrica, ja que
des d’aquest punt de vista interessa que la reacció sigui instantània.
o Quan s’utilitzen quantitats suficients de sosa càustica, a pressió i a elevada
concentració, per a que aquella s’uneixi amb tot l’àcid produït:
C6H5Cl + NaOH aq. C6H5OH + NaCl + H2O
Reacció que sol anar seguida d’aquesta altra:
C6H5OH + NaOH C6H5Ona + H2O
Una variant d’això és el pas dels vapors d’hidrocarburs clorats, barrejats amb vapor
d’aigua, sobre substàncies alcalines sòlides, com la cal, per produir alcohols:
Vapor d’aigua
2 CH3Cl + Ca(OH)2 2 CH3OH + CaCl2
o Fusió de les substàncies orgàniques amb sosa o amb potassa càustica.
Naturalment, això pot considerar-se com una variant del cas 2 al disminuir la
proporció d’aigua. Aquest procediment de fusió alcalina se sol aplicar només amb
el àcids sulfònics, encara que l’eliminació del diòxid de carboni es realitza a
vegades d’aquesta manera.
Els alcalins s’utilitzen poc per hidrolitzar els carbohidrats. La cel·lulosa és bastant resistent a la
seva acció i quan s’ataca per aquests es descompon però no pot considerar-se una veritable
hidròlisi. Els hidrats de carboni que formen la càscara del blat de moro, escalfats a 240ºC amb
una dissolució de sosa càustica concentrada, pateixen canvis profunds en la seva estructura i es
formen com productes principals els àcids acètic i oxàlic. Al tractar el sucre invertit amb dos
equivalències de hidròxid sòdic s’obté àcid làctic.
10—197

La base que més s’utilitza és la sosa càustica, però en determinades ocasions es pot fer servir
els carbonat i bicarbonats alcalins, així com els hidròxids alcalinoterris. Els compostos potàssics
no presenten cap avantatge sobre els sòdics, més barats, excepte que l’hidròxid potàssic
permet opera a temperatures més baixes en algunes fusions alcalines. L’hidròxid amònic i les
sals amòniques s’usen molt poc.
10—198
• Hidròlisi enzimàtica: Relativament en molt poques operacions a gran escala
s’utilitzen enzims per efectuar hidròlisi. Un o dos enzims (ureasa) s’usen alguns cops
amb fins analítics. En la fabricació de l’alcohol s’aprofita l’acció de la invertasa sobre les
melasses i tota la indústria cervesera està lligada a la hidròlisi complexa del midó en
maltosa i glucosa per l’acció de les amilases. La hidròlisi enzimàtica, però, té una gran
importància en bioquímica.
Productes susceptibles d’hidròlisi
• Hidrocarburs no saturats: es pot obtenir etilè, àcid acètic, fenol.
• Hidrats de carboni:
o cel·lulosa glucosa, per acció d’àcids
o sucres (12 àtoms de carboni) monosacàrids
o midó maltosa i glucosa, per acció enzims i àcids diluïts
o insulina fructosa
• Ésters: bastant susceptibles a la hidròlisi, tant àcida com bàsica, i també enzimàtica.
o greixos i olis glicerina i sabó
El procés de la hidròlisi dels ésters se sol designar com saponificació.
• Éters (òxids orgànics): poden hidrolitzar-se i donar alcohol etílic. És més fàcil la
formació dels alcohols secundaris que la dels primaris.
• Halurs orgànics: Cal distingir entre la hidròlisi dels compostos halogenats senzills i de
les clorhidrines, ja que és diferent el mecanisme de reacció i , en molts casos, també hi
ha diferències en el rendiment.
• Compostos de nitrògen
• Àcids sulfònics: calen tractaments força energètics
Operacions hidrolítiques industrials
A la següent Taula 10.38 es resumeixen les operacions industrials que es poden realitzar
mitjançant hidròlisi.
Taula 10.38. Operacions hidrolítiques industrials.
Fabricació de sabons, glicerina i àcids grassos.
Àcids grassos
Glicerina
Hidròlisi dels hidrats de carboni ( sucres, cel·lulosa i midó)
Furfural
Hidròlisi del midó en xarop i dextrosa
Hidròlisi continua del midó
Preparació d’alcohols amílics a partir de cloropentans
Preparació d’alcohols a partir d’olefines
Preparació d’etanol a partir d’etilè
Fabricació d’etilenglicol
Obtenció del β-naftol
Fabricació de fenol, per síntesis
Obtenció de fenol a partir d’àcid bencenosulfònic
Bencenosulfonat sòdic

Obtenció de fenol a partir de clorobenzè, procediment Dow
Fabricació del fenol per l’anomenat procés regeneratiu
Font: Adaptat de [84]
A continuació es detalla el procés d’hidròlisi àcida, que és la que s’ha investigat més i la que té
més aplicacions.
Hidròlisi àcida
En l’àmbit de l’aprofitament de la biomassa forestal per l’obtenció de productes químics, el tipus
d’hidròlisi més estudiada i aplicada, encara que sigui de manera experimental, ha estat la
hidròlisi àcida. Per aquest motiu, a continuació s’explicaran els diferents tipus de processos
d’hidròlisi àcida de la lignocel·lulosa que hi ha així com la cinètica i els principals factors que
afecten al procés amb àcids diluïts, ja que actualment sembla ser la tecnologia amb millors
perspectives de futur. Així mateix s’exposaren alguns exemples de processos hidrolítics
desenvolupats.
Del fraccionament dels components principals de la biomassa lignocel·lulòsica (hemicel·lulosa,
celul·losa i lignina) mitjançant hidròlisi es poden obtenir productes químics i energètics. Ara bé,
la cristal·linitat de la cel·lulosa ofereix un obstacle per la hidròlisi dels seus polímers
constituents; en canvi els polímers cel·lulòsics desorganitzats són fàcilment hidrolitzables.
Vèncer aquesta hidròlisi lenta de la cel·lulosa cristal·lina mitjançant processos viables tècnica i
econòmicament és l’objectiu principal de la transformació de la biomassa en sucres (Rabbani M,
1989.).
La hidròlisi àcida dels material lignocelul·lòsics pot realitzar-se en una sola fase, o en dues
etapes[85]:
• Prehidròlisi: es determina la solubilització de la hemicel·lulosa, que és més susceptible
a l’atac àcid que la cel·lulosa. Se sol considerar com un pretractament a la hidròlisi de la
fracció celul·lòsica.
• Hidròlisi: es produeix la sacarificació de la cel·lulosa, i s’obté glucosa. Es porta a terme
en condicions més dràstiques de temperatura i/o concentració àcida.
Els mètodes industrials de sacarificació de la fracció celul·lòsica de la biomassa poden agruparse
en dos tipus:
• Processos amb àcids concentrats i baixes temperatures (40-60 ºC). Els àcids
concentrats poden trencar l’estructura cristal·lina de la biomassa lignocel·lulòsica,
dissolent la cel·lulosa o absorbint-la. A continuació es pot portar a terme la hidròlisi a
temperatures moderades en un temps relativament petit, amb un rendiment quasi
quantitatiu de glucosa, ja que la seva degradació és mínima. Els àcids concentrats més
utilitzats, per ser comparativament més barats, són l’àcid sulfúric i clorhídric.
o Àcid sulfúric concentrat. Un exemple dels primers processos duts a terme és el
següent:
- Procés Giordani-Leone: prehidròlisi amb àcid sulfúric diluït i posterior
tractament amb àcid concentrat. Els sucres obtinguts i sotmesos a una
neutralització donen alcohol per fermentació. S’arriba a un rendiment de 300
litres d’etanol per tona de matèria seca.
Per a fer viables aquests processos cal la màxima recuperació de l’alt consum d’àcid. En
els processos japonesos, aquest era recuperat per diàlisis de difusió usant membrana
d’intercanvi iònic o neutralitzant amb cal per donar guix d’ampli ús industrial.
o Àcid clorhídric concentrat, al ser més volàtil es pot recuperar més fàcilment i
amb un cost menor que els processos amb àcid sulfúric. El procés Bergius utilitza
àcid clorhídric al 40-45%, recuperable per destil·lació al buit. Després hi va
incorporar un assecat inicial de la fusta i una prehidròlisi amb àcid clorhídric al 1%
per separar la hemicel·lulosa. A finals dels anys 80, Shell va patentar un procés per
10—199

10—200
la conversió de polímers cel·lulòsics en glucosa utilitzant àcid clorhídric concentrat
amb un rendiment del 82-99% i amb un reciclatge de l’àcid treballant a
temperatures baixes (25 ºC).
També es poden utilitzar altres àcids concentrats, com l’àcid fosfòric, fòrmic, fluorhídric
y trifluoracètic. En el cas de la conversió del material cel·lulòsic en pentoses i hexoses
utilitzant àcid fluorhídirc, s’han aconseguit rendiments superiors al 90%, podent
recuperar-se més del 99% de l’àcid.
Tot i la viabilitat tècnica dels diferents processos amb àcids concentrats, no existeix a
l’actualitat cap planta industrial on es donin, ja que requereixen un alt consum d’àcid i
equips resistents als atacs corrosius degut a la seva alta concentració, condicions que
fan que no siguin rendibles.
• Processos amb àcids diluïts i temperatures altes (170-240 ºC). L’increment de
temperatura augmentarà la velocitat de la hidròlisi de la cel·lulosa cristal·lina amb àcids
diluïts. Tot i això, la glucosa alliberada és inestable sota les condicions àcides d’alta
temperatura, donant-se una degradació significativa d’aquesta. Per això s’obtenen uns
rendiments relativament baixos, del 55-57%. Però el menor consum d’àcids i cost de la
instal·lació anticorrosiva són punts a favor del desenvolupament d’aquests processos.
El procés Scholler utilitza àcid sulfúric diluït (0,2-1%) i calent (170.180 ºC) per percolació en
múltiples etapes a través de les capes d’estelles de fusta o altre tipus de biomassa. Els sucres
produïts per la hidròlisi àcida poden ser destruïts per l’àcid fàcilment, així que han de ser
retirats ràpida i contínuament. Els sucres produïts, un cop neutralitzats, es podien convertir en
etanol, amb uns rendiments industrials de 210 litres per tona de fusta de coníferes. També es
poden obtenir quantitats considerables de llevats proteics, per l’alimentació animal, així com
furfural i residus de lignina.
El procés Madison o Madison-Scholler realitza una perculació continua amb una descomposició
menor dels sucres produïts, al ser retirats ràpidament dels hidrolitzadors. El cost de producció
és menor i el rendiment és d’uns 200 litres/tona de fusta. Aquest procés, però, no ha operat en
condicions normals viables econòmicament.
“The New Zealand Hydrolysis Process” és un procés amb un rendiment aproximat de 270 litres
d’etanol anhídrid/tona de matèria seca, amb una conversió de la cel·lulosa en sucres superior al
70%. El procediment es basa en la hidròlisi per percolació continua (com al procés Scholler-
Madison), on el contingut del reactor, com pot ser estaques de fusta, s’escalfa en dues etapes
amb àcid sulfúric al 0,5% fins 190 ºC (veure Figura 10.81).
Figura 10.81. Procés New Zealand de hidròlisi àcida per percloració continua
Font: [84].
També s’ha desenvolupat un procés on la hidròlisi de material lignocel·lulòsic impregnat amb
àcid dóna, dins d’un reactor amb diferents fases de hidròlisi a diferents temperatures que van
de menor a major, alts rendiments (85%) i un consum energètic mínim.

Una de les experiències a destacar en les aplicacions d’hidròlisi àcida desenvolupades a
Espanya, és el projecte fet conjuntament entre el CIEMAT i la empresa alemana ZellPlan. Es
tracta d’un reactor de hidròlisi ultrarràpida instal·lat a una planta pilot a Lubia (Soria), en el
marc d’un projecte finançat per la CE. Al reactor s’opera a temperatures properes als 270 ºC,
temps de residència inferiors a 1 segon i una pressió de treball en l’hidroltzat de 2-3 atm.
Pretractaments en la hidròlisi de la biomassa
Com ja s’ha introduït abans, els pretractament o tractament prehidrolítics dels materials
lignocel·lulòsics són tractament a que es sotmès la biomassa com pas previ a la hidròlisi de la
seva fracció celul·lòsica.
La cel·lulosa és un compost molt refractari a l’atac hidrolític. Per tant, la major dificultat de la
reacció d’hidròlisi no és la velocitat del procés, sinó la dificultat que es presenti a l’hora
d’eliminar la barrera de lignina “protectora” de la cel·lulosa i reduir la cristal·linitat d’aquesta.
Per tant, els pretractaments de la matèria primera tenen com a objectius deslignificar, reduir la
cristal·linitat, augmentar l’àrea superficial i, per una altra banda, produir la hidròlisi de la
hemicel·lulosa, que permet la obtenció dels seus sucres simples i el seu aprofitament per
obtenir productes de fermentació, per exemple.
Els pretractaments es classifiquen en físics, químics, físico-químics i microbiològics. En funció a
la facilitat de la hidròlisi posterior es determinen experimentalment els valors més adequats de
les variables d’operació: temperatura, pH, concentració de reactius, temps de pretractament,
etc.
• Pretractaments físics: es solen dividir en mecànics i no mecànics.
o Mecànics: s’utilitzen forces d’impacte i de cisellada que condueixen a material de
baixa cristal·linitat, major superfície específica i densitat aparent més alta.
Conseqüentment es facilita la hidròlisi posterior, es disminueix el volum del reactor i
s’abarateix el possible transport. Diferents tipus són la trituració o l’extrusió.
o No mecànics: sotmeten al residu lignocel·lulòsic a l’acció d’agents externs que
provoquen la descomposició i solubilització d’una fracció de la lignina. Trobem els
tractaments amb radiacions o la utilització de vapor a altres pressions, de l’ordre de
4·10 3 KN/m 2 i temps de residència petits, seguit d’una descompressió sobtada que
trenca l’estructura del material.
• Pretractament químics: busquen la deslignificació del material i la modificació de la
seva estructura. Els més usuals utilitzen dissolucions diluïdes de NaOH o NH4OH, i
aconsegueixen augmentar l’àrea superficial degut al esponjament de les fibres de la
cel·lulosa. Els pretractament àcids es realitzen, generalment amb àcid sulfúric diluït i
eliminen la major part de la hemicel·lulosa present. Altres tractament químics es basen
en la oxidació de la lignina i la seva posterior solubilització,; els agents oxidants més
usats són oxigen o aire, ozó i H2O2 en medis alcalins.
En general, els pretractaments químics són més efectius que els físics.
• Pretractaments físico-químics: es combina l’acció de factors físics com la pressió i/o
temperatura amb l’acció hidrolítica de radicals àcids (grups acetil i uronats) alliberats a
partir de la hemicel·lulosa dels materials tractats.
o Autohidròlisi: sotmetre la biomassa a un tractament inicial amb vapor d’aigua, a
160-170 ºC. En medi aquós i a aquesta temperatura es produeix una hidròlisi parcial
de la hemicelul·losa per ruptura d’enllaços éster, amb l’alliberament de grups àcids,
principalment acetil, els quals produeixen una acidificació del medi aquós en el que
es porta a terme el procés, fins a un pH de 3 a 4. D’aquesta manera es potencia
l’acció hidrolítica sobre la fracció hemicel·lulòsica degut a la separació completa de la
lignina. Amb la posterior hidròlisi àcida a aquesta pràctica s’ha obtingut més d’un
94% del rendiment teòric de sucre. Un exemple d’això és el procés Stake II (Figura
10.82), que opera a una pressió de vapor de fins 450 psig i a un temps
d’autohidròlisi d’uns segons.
10—201

Figura 10.82. Procés Stake de conversió de biomassa
Font: [84].
10—202
o Steam-explosion o explosió per vapor: es basa en l’acció del vapor d’aigua a
altes pressions (30-40 kg/cm 2 ) i temperatures (200-240 ºC) durant un període de
temps que no sol ser superior a alguns minuts i, després, una descompressió brusca
del material.
• Pretractament biològics: es basen en l’acció hemcel·lulolítica i ligninolítica que
determinats microorganismes exerceixen sobre la biomassa lignocel·lulòsica. Amb
aquesta acció es destrueixen les estructures que protegeixen la cel·lulosa i se la fa més
accessible a l’atac hidrolític. Un problema, però, amb els microorganismes és que
posseeixen també activitat celul·lolítica, consumint la cel·lulosa, preferentment la
lignina.
Després de veure els diferents pretractaments que es poden fer, cal tenir en compte que a
l’hora de posar a la pràctica comercial qualsevol d’ells, cal avaluar la seva viabilitat econòmica,
ja que poden arribar a no ser viables a la practica tot i haver donat bons resultats al laboratori.
Cinètica de la hidròlisi àcida i hemicel·lulosa amb àcids diluïts
Les equacions que expressen de manera simple la reacció de la hidròlisi en medi àcid de la
cel·lulosa i hemicel·lulosa són les que es mostren a la Figura 10.83:
Figura 10.83. Equacions de la reacció d’hidròlisi en medi àcid de la cel·lulosa i hemicel·lulosa
Font: [8584].
Els sucres monomèrics, pentoses i hexoses, formats en aquestes reaccions pateixen una
descomposició per donar lloca a diferents productes, com poden ser el furfural, àcid levulínic o
àcid fòrmic, entre d’altres.

L’àcid no intervé com a reactiu en el procés hidrolític, sinó que actua només com a catalitzador,
podent-se recuperar a l’acabar la reacció. Per tant és l’aigua el veritable reactiu que ocasiona la
ruptura de la molècula.
La cinètica de hidròlisi àcida de la cel·lulosa i de degradació de la glucosa amb àcids diluïts és
considerada una reacció de primer ordre consecutiu, a l’igual que la degradació amb àcids
diluïts i temperatures moderades (100-140ºC) de les hemicel·luloses, així com la degradació de
les pentoses resultants en les condicions de prehidròlisi àcida.
Els principals factors que afecten a aquesta reacció de hidròlisi són el pH i la temperatura.
Dos factors que influeixen significativament sobre la velocitat de hidròlisi de la fracció
cel·lulòsica, així com sobre els rendiments òptims en glucosa del procés són la mida de
partícules i el volum de solució àcida utilitzats. Per partícules amb un gruix superior a 0,83 mm,
la velocitat d’hidròlisi es fa progressivament més petita a mida que augmenta la mida
d’aquestes. Per partícules inferiors a 0,15 mm, la velocitat de hidròlisi es fa independent de la
mida. Això es dóna operant en discontinu i per a temperatures entre 170ºC a 190ºC, i
concentracions d’àcid sulfúric entre 0,4% i 0,6% (p/v). Tant la mida de partícules i el volum de
solució àcida semblen estar en relació directa amb la difusibilitat de l’àcid a través de les
estructures tisulars, la qual es fa menor al augmentar el gruix de les partícules i la relació
sòlid/líquid.
Els grups oxalats i uronats que formen part de la hemicel·lulosa poden neutralitzar total o
parcialment l’àcid hidrolitzant. És fonamental, per tant, el coneixement de la capacitat
neutralitzant de cada substrat lignocel·lulòsic a la hora de realitzat la seva hidròlisi àcida, tenint
en compte que el poder neutralitzant de la fusta es defineix com els mil·liequivalents d’ions
carboxilats presents en 1 kg de la mateixa (Harris et al, 1983).
Productes de degradació de sucres i lignina durant els processos d’hidròlisi àcida
El furfural és el compost més important de la degradació de les pentoses, principal component
de les hemicel·luloses. Pel que fa a productes intermedis de la descomposició àcida de les
hexoses, de la glucosa i també de les pentoses, trobem el 5-hidroximetilfurfural, que es poden
transformar en àcids levulínic i fòrmic.
La intensitat de la degradació de la lignina dependrà de les seves característiques, variables
d’unes espècies a altres, i de les condicions de hidròlisi. La degradació àcida de la lignina de les
fustes dures és molt major que la de les toves.
10.6.2.2. PROCESSOS BIOLÒGICS DE DESCOMPOSICIÓ DE LA CEL·LULOSA
VEGETAL: ACCIÓ DE LA CEL·LULASA
La cel·lulasa
La cel·lulasa es defineix com a enzims de degradació de la cel·lulosa que es troben en un gran
nombre de microorganismes. Aquests enzims fraccionen la cel·lulosa, component principal de la
paret cel·lular vegetal, en components més simples, fraccionant-se, per mitjà de reaccions
complementàries, fins a resultar components de glucosa.
Un sistema d’enzims cel·lulòsics consisteix en tres components principals: l’endo-β-glucanasa,
l’exo-β-glucanasa, i la β-glucosidasa. La funció de cadascun d’ells és:
• Endo-p-flucanasa; 1,4-β-D-glucan glucanohidrolasa; “CMCase”; Cx:
Escissió “a l’atzar” de cadenes de cel·lulosa produint glucosa i cello-oligo sacàrids.
• Exo-P-glucanasa; 1,4-β-D-glucan cellobiohidrolasa; Avicelasa; C1:
Exo-atac en el final no-reduït de la cel·lulasa amb cel·lobiosa com a estructura primària.
• β-glucosidasa, cellobiasa: hidròlisi de la cel·lobiosa a glucosa.
10—203

Reese, E.T. et al. 1950, proposà que l’exo-β-glucanasa causa un trencament en els ponts
d’hidrogen de la cel·lulosa, seguit per la hidròlisi de la cel·lulosa accessible amb endo-βglucanasa.
Tanmateix, les tècniques d’aïllament de la cel·lulasa no han sigut encara
desenvolupades completament, acceptant actualment la hipòtesi de mecanisme enzimàtic
plantejat a la següent Figura 10.84. Segons aquesta hipòtesi, en una successió sinèrgica
d’aconteixements, l’endo-ß-glucanasa actua aleatòriament sobre la cadena de cel·lulosa, mentre
que l’exo-ß-glucanasa actua sobre acabaments de cadena exposats a l’enzim separant
cellobiosa o glucosa del conjunt. La cel·lobiosa és subseqüentment hidrolitzada a glucosa a
través de p-glucosidasa. Aquesta hipòtesi és, tanmateix, contrària a la proposada per Reese et
al., on indica que tres en comptes de dos enzims són necessaris per la descomposició de la
biomassa cel·lulòsica [86].
Figura 10.84. Representació esquemàtica de les etapes seqüencials en la cel·lulòlisi.
Font: Figura adaptada de [86].
Cel·lulasa produïda per microorganismes
Encara que un nombre elevat de microorganismes són capaços de degradar cel·lulosa, només
uns quants d’aquests microorganismes produeixen quantitats significatives d’enzims lliures
capaços d’hidrolitzar completament la cel·lulosa cristal·lina in vitro. Els fongs són els principals
microorganismes productors de cel·lulasa, encara que recentment diversos tipus de bactèries i
actinomicets han sigut també considerats generadors de cel·lulasa (Veure Taula 10.39). Els
microorganismes dels gèneres Trichoderma i Aspergillus són considerats productors de
cel·lulasa, els quals els seus enzims produïts es troben disponibles comercialment pel seu ús en
l’agricultura. Els microorganismes del gènere Trichoderma produeixen quantitats relativament
més grans d’endo-β-glucanasa i d’exo-β-glucanasa amb baixos nivells de β-glucosidasa, mentre
que els de gènere Aspergillus produeixen quantitats relativament més grans d’endo-β-glucanasa
i β-glucosidasa, amb nivells baixos de producció d’exo-β-glucanasa.
Taula 10.39. Representació de microorganismes productors de cel·lulasa.
Fongs
10—204
Microorganismes Microorganismes
Acremonium cellulolyticus Fongs Talaromyces emersonii
Aspergillus acculeatus Thielavia terrestris
Aspergillus fumigatus Trichoderma koningii
Aspergillus niger
Trichoderma reesei

Font: Taula adaptada [86].
Fusarium solani Trichoderma viride
Irpex lacteus Bacteris Clostridium thermocellum
Penicillium funmiculosum Ruminococcus albus
Phanerochaete
Streptomyces sp.
chrysosporium Actinomicets Streptomyces sp
Schizophyllum commune Thermoactinomyces sp.
Sclerotium rolfsii
Sporotrichum cellulophilum
Thermomonospora curvata
Actualment, vers el camp d’investigació sobre producció d’enzims cel·lulasa, a partir de
microorganismes mutats genèticament i d’experiments de laboratori que inicien la producció
d’aquest enzim sota diverses condicions de medi (pH; quantitat o concentració d’Avicel, font de
Carboni; agitació, aereació i temperatura), s’hi estan publicant resultats fiables sobre
produccions enzimàtiques, interessants pel que fa a la degradació de diferents materials de
biomassa (bagassa, palla d’arròs...). Tenint en compte que la “Sophorosa”, producte de
descomposició de la cel·lulosa cristal·lina, és un inductor indispensable per a l’activitat de la
cel·lulasa, la següent Taula 10.40 indica els resultats de producció dels enzims estudiats a
partir de l’experiment realitzat amb l’ajuda de la FAO en la matèria d’investigació sobre
producció de combustibles alternatius al petroli [86]. La Taula 10.40 indica com en condicions
determinades, utilitzant un procés “semi-batch”, es produeixen quantitats diferents d’enzims
segons l’organisme mutant que el genera, variant l’eficiència de producció a partir d’una certa
quantitat d’aliment, Avicel.
Taula 10.40. Productivitat de cel·lulasa per Mutants de T. Ressei en sistemes “Batch Culture”.
Mutant CMCase (U/ml) FPU (U/ml) ß-Glucosidasa Proteína extracel·lular
(U/ml)
(mg/ml)
QM-9414 60 6.1 3.2 10
KY-746 88 7.2 3.5 11
K-14 106 12 1.1 17
KDR-27 150 18 2.9 20
KDG-3 324 19.5 7.7 23
PC-3-7 345 21 6.7 24
PCD-10 385 22.4 6.4 28
CDU-11 330 19 17.4 23
5-L jar fermentor, 6% Avicel, 28/C, 7 dies
Font: Taula adaptada de [86].
10.6.2.3. PROCESSOS TÈRMICS DE DESCOMPOSICIÓ DE LA CEL·LULOSA VEGETAL:
DESTIL·LACIÓ
La fusta com a matèria prima per a destil·lar
En la destil·lació de la fusta s’utilitza fusta en qualsevol de les seves formes, essent la pròpia
dels boscos com a fusta per a cremar, i la que resulta residual de serradores o indústria de la
fusta. Les serradures, però, no es poden aprofitar per a la destil·lació. La fusta arriba a les
instal·lacions de destil·lació en forma de fusta talada, puntals, branques, nusos, “costeros” i
“raberones”. Per al mateix volum, la fusta de frondoses dona major rendiment d’àcid acètic,
alcohol metílic, carbó i quitrà. El rendiment de les coníferes és menor. Aquesta diferència és
deguda a la diferent composició química de les dos classes de fusta i al diferent pes específic.
Tanmateix, la destil·lació amb coníferes proporciona un quitrà amb trementina, del que s’extreu
l’anomenat “oli de pi”. A més, el carbó de fusta de coníferes té menys quantitat de fòsfor que el
de frondoses, pel que és molt estimat per a l’obtenció d’aliatges de ferro valuoses.
10—205

A Alemanya, la indústria de la destil·lació de la fusta consumeix, principalment, fusta de faig,
encara que poden fer servir igualment les fustes de roures o alzines, bedolls, verns, aurons,
oms i àlbers, sempre que puguin competir en quantitat i preu.
La forma d’emmagatzemament de la fusta té importància especial pel que fa que el temps
d’assecat pugui ser mínim. La fusta recent tallada conté un 40 ó un 50% d’humitat mentre que
la fusta assecada a l’aire conté només un 20%. Quant menor és el contingut d’aigua de la fusta,
més curt és el temps de destil·lació. L’assecat natural de la fusta dura uns 12 mesos, i llavors és
quan s’arriba a un estat d’equilibri entre el contingut d’humitat de l’aire i el d’aigua residual de
la fusta tallada tendre.
Les malalties provocades per la putrefacció posen en perill la vida de la fusta. La fusta malalta
dóna rendiments satisfactòriament menors en carbó i productes de destil·lació. El carbó de
fustes malaltes és també de qualitat notablement inferior, i és més propens a la autoinflamació
que el de fusta sana[87].
La destil·lació seca de la fusta
Fonamentalment existeixen dues formes de destil·lació. Per una banda, la que es realitza de
manera contínua, en la que s’introdueix un cabal d’alimentació de composició gairebé constant
pel centre de la columna i es retira per la part superior una corrent dels components més
volàtils. D’altra banda, la destil·lació que es realitza de manera discontínua, mitjançant el
mètode “batch” consisteix en col·locar una càrrega en el recipient abans de començar el procés,
el producte es recull únicament del condensador de l’aparell. L’elecció d’un tipus o altre tipus de
destil·lació depèn del tipus d’indústria i de la quantitat de material a processar. Quan s’han de
processar grans càrregues, les destil·lacions en continu són les més convenients, mentre que
quan les quantitats a processar són més petites, realitza una destil·lació en continu, mentre que
quan les quantitats són més petites, com és el cas de la indústria química fina (additius,
aromatitzants), es realitza una destil·lació “batch”.
Existeixen altres tipus de destil·lació [87]:
10—206
• Destil·lació al buit: Destil·lació que es duu a terme a una pressió menor que
l’atmosfèrica. Com que disminuint la pressió disminueix també el punt d’ebullició, la
destil·lació al buit és útil per destil·lar substàncies que tinguin un elevat punt d’ebullició
o que siguin sensibles a la calor així com els destil·lats elevats del petroli, àcids grassos,
vitamines, etc.
• Destil·lació destructiva: Operació en la qual un material altament carbònic com la
hulla, esquist oliós o el quitrà de sorres, es sotmet a elevades temperatures en absència
d’aire o oxigen, provocant la descomposició a sòlids, líquids i gasos. Degut a que el
producte final sòlid és el carboni, freqüentment s’utilitza el terme carbonització.
• Destil·lació extractiva: Tipus de destil·lació que sempre suposa l’ús d’una columna
de fraccionament i d’una substància que modifica les característiques d’evaporació de
les matèries, facilitant així la seva separació. Aquesta substància afegida s’anomena
moltes vegades dissolvent, i és generalment menys volàtil que qualsevol de les
substàncies que han de ser separades.
• Destil·lació fraccionada: S’utilitza una rectificació per obtenir un producte el més pur
possible. Una part del vapor es condensat i el líquid resultant és posat en contacte amb
més vapor, generalment en una columna de fraccionament amb plaques o rebliment.
Aquest terme s’aplica també en qualsevol destil·lació en la que el producte es recull en
una sèrie de components separats de similar punt d’ebullició.
• Destil·lació instantània: En aquesta, un apreciable proporció del líquid es convertit
en vapor i mantingut el contacte amb el líquid residual fins que s’arriba a l’equilibri.
Aquest mètode s’utilitza molt actualment per destil·lar aigua del mar.
• Destil·lació molecular: Destil·lació que es duu a terme a pressions baixes (ordre de
0.001 mm). Es distingeix del demés tipus de destil·lació pel fet que la distància de la
superfície del líquid que ha de ser vaporitzat al condensador, es menor que l a distància
mitjana que recorre una molècula entre dos xocs (lliure recorregut mitjà) en el vapor, a

la temperatura i pressió que es treballa. Aquest mètode és útil per la separació de
materials amb punts d’ebullició extremadament elevats i sensibles a la calor com
glicèrids o algunes vitamines.
• Destil·lació simple: Destil·lació en la qual no es produeix cap apreciable rectificació
del vapor, es a dir, el vapor format del líquid es condensa completament en el receptor
del destil·lat i no experimenta cap canvi en la seva composició degut a la condensació
parcial o contacte amb el vapor condensat prèviament
Tanmateix, l’escalfament de la fusta en un recinte tancat sense accés d’aire, es caracteritza per
sofrir les següents etapes:
• A 150-170ºC: Separació de l’aigua retinguda mecànicament
• A 170-270ºC: Formació de gasos (monòxid i diòxid de carboni), formació d’alguns
vapors condensables que contenen petites quantitats d’àcid acètic i alcohol metílic, així
com formació de quantitats insignificants de quitrà.
• A 270-280ºC: Inici de la reacció exotèrmica, procés espontani de producció de calor
durant el qual va disminuint el despreniment d’òxid i diòxid de carboni en favor al
d’hidrocarburs, a la vegada que s’arriba al moment màxim de formació d’àcid acètic,
alcohol metílic i quitrà.
• A 280-400ºC: El procés es completa sense aportació de calor extern, encara que la
temperatura puja fins a uns 400ºC. Durant aquest període s’arriba a un màxim
despreniment d’hidrocarburs, mentre segueix essent molt escassa la formació
d’hidrogen.
Sobre el procediment de destil·lació de la fusta es pot citar el treball publicat per Iuon (Stahl
und Eisen, 1907, pàgs. 733 i 771), que va investigar els gasos i el carbó obtingut per destil·lació
seca de la fusta de coníferes en un forn Schwartz (forn de carbonització revestit de totxanes,
als primers temps e la indústria de carbonització de la fusta). Iuon va determinar la riquesa en
carboni del carbó de fusta, i la composició dels gasos incondensables en relació amb les
temperatures de carbonització fins als 900ºC. Va trobar que, entre 280 i 380ºC, la riquesa en
carboni era del 78%; entre 380 i 500ºC, del 84%, i entre 700 i 900ºC augmentava fins al 91%.
Aquestes dades han sigut confirmades amb la pràctica.
El poder calorífic inferior dels gasos de la fusta, segons aquestes investigacions, prenen un
valor màxim de 4.780 Kcal per metre cúbic en la destil·lació a temperatures d’entre 380 fins a
500ºC, degut al seu elevat contingut en hidrocarburs (quasi del 50%).
A la pràctica, per atenir un màxim rendiment en carbó vegetal, àcid acètic i alcohol metílic, es
destil·la lentament, a temperatura moderada. Quan comença a desprendre calor, es baixa el foc
o es treu totalment, finalitzant el procés a una temperatura d’uns 400ºC, mesurada en els
gasos produïts. Treballant d’aquesta manera no s’arriba a produir hidrogen, fixat per Iuon per
sobre dels 500ºC [87].
El procés de destil·lació seca es pot formular, segons P. Klason, G. Von Heidenstam i E .Norlin,
de la següent manera:
2C42H60O28 → 3C16H10O2 + 28H2O + 5CO2 + 3CO + 2CH3·COOH + CH3OH + C23H22O4
Fusta Carbó vegetal
Quitrà
De la fusta seca, segons aquestes fórmules, s’obtenen les quantitats de (II :
• 34’7% de carbó,
• 24’9% d’aigua,
• 15’0% de gasos (10’9% de CO2 i 4’1% de CO),
• 5’9% d’àcid acètic,
II) Ullmann, Enzyklopädie der technischen Chemie, volum V, pàg 174. Urban & Schwarzenberg Berlín-Viena, 1930.
10—207

10—208
• 1’6% de metanol,
• 17’9% de quitrà.
Les xifres mitjanes anuals obtingudes a la indústria alemanya de la destil·lació de la fusta, com
a resultat de tractar centenars de milers de metres cúbics de fusta de faig, són les següents:
• 34’7% de carbó,
• 27’0% d’aigua,
• 21’0% de gasos,
• 5’7% d’àcid acètic,
• 2’4% d’alcohol metílic cru,
• 9’2% de quitrà de fusta.
Les diferències entre les xifres de gas i quitrà produït es comprenen si es té en compte que la
reacció exotèrmica es produeix en forma més tumultuosa als reactors industrials que a les
proves de laboratori, on es treballa amb quantitats de material molt inferiors. Per això les
quantitats de gas resulten molt superiors en detriment al rendiment de quitrà.
Les dades sobre rendiments de carbó i destil·lats, apareguts a la literatura, presenten
considerables diferències degudes a què la fusta és una matèria prima de composició molt
variable. A més, aquestes dades es refereixen sovint a un metre cúbic de fusta, de la que es sol
ometre el contingut d’aigua. A la següent Taula 10.41, publicació feta per M. Klar (JJ , s’indiquen
els rendiments en tant per cent sobre fusta amb sequedat absoluta (contingut d’humitat del 7 al
9%) i destil·lació en retorta (KK .
Fins ara s’han pogut identificar amb exactitud més de 100 substàncies químiques en el destil·lat
líquid i el quitrà, però només molt poques han adquirit alguna importància pràctica. G, Bugge (LL
ha publicat una relació de tots aquest productes. Els productes econòmicament més importants
que es solen extreure dels destil·lats de fusta són l’àcid acètic, el metanol, l’acetat de metil,
l’acetona, l’àcid fòrmic, l’àcid propiònic, l’acetaldehid, el guayacol i la creosota.
La següent Figura 10.85 dóna una visió general dels principals productes obtinguts per la
indústria de destil·lació seca de fusta.
Taula 10.41. Rendiments en la destil·lació seca de diversos materials (% en pes).
Clase de fusta de fusta
Substància seca
Carbó
vegetal
Cal gris
80%
Alc. De
fusta brut
100%
Quitrà
Aiguarràs
de destil.
de fusta
Màx. Mín. Màx. Mín. Màx. Mín. Màx. Mín. Màx. Mín.
Faig Roig Europeu 33 28 10’5 8 2’5 1’7 6 5 - -
Auró americà 35 - 8 - 2 - 7 - - -
Pi silvestre molt resinòs 33 28 2’5 2’3 0’42 0’28 20 - 8 -
Avet europeu 36 33 3’6 3 0’8 0’6 12 6 5 0’4
Serradures (fusta de coníferes) 33 - 3 - 0’6 - 10 - - -
Pinyol d’oliva (espanyola) 35 - 4 - 1’2 - 4 - - -
Font: Taula adaptada de [87]
JJ) M. Klar, Techologie der Holzverkohlung, pàg. 43. J. Springer, Berlín, 1910
KK) La retorta, o alambí és on es diposita el material a destil·lar.
LL) G. Bugge, Industrie der Holzdestillationsprodukte. Pàg 59-68. Theodor Steinkopff, Dresde i Leipzig, 1927.

Figura 10.85. Principals productes de la indústria de destil·lació de la fusta
Indústria tèxtil
Seda artificial, colorants, pintura
Esència de
vinagre
Per acetats
Per
resines
sintètiques
Per
medicines
Hexametil-
entetramina
A desnaturalitzar alcohol
Per vernissos,
pel·lícules,etc
Guayacol
Per medicines
Per flotació de
minerals i carbó
Parafor
maldehid
Formal
dehid
Font: Figura adaptada de [87].
Tipologies de destil·ladors i carboneres
A. Introducció
Segons Karl Winnacker i Ernst Weingaertner, en l’obra Tecnología Química (Química Industrial
Orgànica), es presenta la següent classificació de destil·ladors i carboneres, amb diferències
clares pel que fa a la complexitat dels sistemes, evolucionats tecnològicament fins a l’actualitat:
B. Els “kilns”
Àc. Acètic
Q.P.
Àcid acètic
Tecn.
Pentaeri
trita
Metanol
Alcohol de fusta per
desnaturalitzar
Dissolvents
Creosota
Olis per flotació
Oli impregnant
Àc. acètic
Cetones
Olis
d’acetona
Alcohol de
fusta cru
Quitrà de
fusta
Olis de quitrà
Melakol
Per generar cautxú
Dissolvents,
plàstics
Acetona
Acetona
bruta
Vinagre de
fusta
FAIG
Gasos incondensables
Per escalfament de retorta
per a sulfur de carboni
(fabricació de raió i
viscosa)
Indústria
del carbó
vegetal
Carbó
caracteritzat
per la seva
puresa especial,
gran reactivitat
i elevada
riquesa en
carboni
Aglomeració de
carbó vegetal
per acer i aleacions
especials. Ferrosilici
d’alta qualitat i altres
productes
metal·lúrgics
Per a endurir
l’acer
Carbonissa
Carbonissa addicionada
a pinsos evita les
descomposicions
intestinals dels
animals domèstics
Els kilns nord-americans van néixer sota l’impuls de la indústria del ferro, que precisava carbons
de qualitat. El kiln és una espècie de carbonera de maçoneria que permet l’obtenció de
subproductes. Els kilns tenen una capacitat volumètrica per a 200 a 300 m 3 de material, i la
carbonització dura de 2 a 3 setmanes. Treballen de forma periòdica i el carbó s’extreu del forn
quan es troba fred. El kiln està format per una obra de maçoneria en forma de “capirote de
panal” proveït d’una obertura a la part superior per l’encès (veure Figura 10.86).
Figura 10.86. Forn de carbonització segons el principi de les carboneres (Forn de Klar)
Decoloració,
purificació de l’aigua,
adsorció de gasos,
carbó medicinal
a) Canal d’encès; b) Boca de càrrega; c) Porta de descàrrega; d) Respiradors de tir; e) Obertura; f) Sortida de fums;
g) Registre de comporta; h) Canal col·lector de gasos
Carbó
actiu
Carbó per
gasògen
10—209

Aquesta obertura es tanca mitjançant una tapadora en forma de placa, que s’empastifa amb
argila. La fusta es carrega per la boca lateral b, en tant que el carbó es descarrega per la
obertura c, situada al nivell de solera. Aquestes obertures es tanquen amb planxes de ferro. Les
juntes es tapen amb argila. Al voltant del forn existeixen unes obertures d, que es poden tancar
amb taps de pedra de forma adequada, i serveixen per a regular el tir. En el fons del kiln, a un
costat, es troba el canal de maons per a la sortida dels gasos i vapors. Aquest canal està
proveït d’un registre de comporta g i d’una altra obertura e, i desemboca en el canal col·lector
de gasos h. Quan s’ha carregat de fusta, es tanca la comporta i s’obren a i e. Una vegada
encesa la càrrega per l’obertura a, s’inicia la fase d’assecat. Quan els vapors despresos
arrosseguen àcid acètic es tanquen a i e, i s’obre el registre g, amb el que es dona pas als
gasos i vapors a través del canal col·lector. Aquest tipus de forn normalment es reuneixen en
bateria, generalment 10 ó més, formant dos sèries, al llarg dels quals els canals col·lectors de
gasos i vapors es reuneixen en un conducte d’aspiració comú. Des d’allà, els gasos són
impulsats als dispositius de condensació a través de ventiladors. Acabada la destil·lació es
tanquen totes les obertures del kiln, i es deixa refredar. Al kiln només s’obté al voltant del 50%
dels productes de destil·lació que es poden beneficiar en una retorta de ferro.
El forn (kiln) d’Schwartz (Figura 10.87) és el primer tipus de forn on el calor necessari per la
destil·lació es produïa fora de la cambra de carbonització. Els gasos procedents de la combustió
de residus de fusta i de serradures s’introduïen al forn per la part inferior.
Figura 10.87. Forn d’Schwartz
10—210
A) Cambra de carbonitació; B)Porta; G) Fogar; H) obertures d’entrada dels gasos del fogar;
J) sortida dels productes de destil·lació
Una variant del forn Schwartz és el de Ljundberg, de secció horitzontal rectangular, que s’ha
utilitzat principalment a Suècia. Una de les característiques d’aquest forn és la solera amb doble
declivi (Figura 10.89).

Figura 10.88. Forn Karbo
Figura 10.89. Forn de Ljundberg
El forn Karbo (Figura 10.88) és un forn de carbonització de ferro, que consta d’un recipient
cilíndric de ferro forjat, amb la part inferior revestida de maons refractaris. Els gasos del fogar
són aspirats a través de canals de fum que emboliquen, en forma d’espiral, el cilindre de
carbonització. Al llarg de l’eix del forn descendeix un tub calefactor vertical, dividit interiorment
en dos per una paret longitudinal, i que desemboca en una cambra de carbonització. Els gasos
calents baixen per una de les meitats del tub, es barregen a la part inferior amb els gasos
incondensables de la combustió de la fusta i ascendeixen junts per l’altra meitat del tub
calefactor, fins que s’escapen per una xemeneia. La carbonització d’aquests forns s’aconsegueix
gràcies als gasos del fogar i també en part als productes gasosos de combustió de la fusta. El
carbó es descarrega lateralment i els productes de destil·lació s’extreuen de la part inferior que
presenta la forma d’un embut.
Al forn de cuba (veure Figura 10.90) s’utilitza un sistema d’escalfament com el del forn Karbo.
Per sota del forn de carbonització tenen una altra cambra de refredament. El “forn Bosnià” és
una variant del Karbo, amb una capacitat de fins a 50 m 3 de fusta. Està proveït d’escalfament
extern i intern. A diferència del Karbo conté varis tubs calefactors verticals. L’aspiració dels
gasos de destil·lació es fa per la part superior de l’aparell de carbonització, a diferència del forn
Karbo.
Figura 10.90. Forn de cuba
A) Retorta C) Banda transportadora per la fusta
B) Refrigerador de carbó D) Banda transportadora pel carbó
10—211

C. Forn Reichenbach
Aquest forn suposa un perfeccionament fonamental. A través de la cambra de maçoneria del
forn, s’estén un sistema de calefacció en forma de serpentí recorregut pels fums del fogar. Per
primera vegada, el calor necessari per la destil·lació procedeix de fons exteriors, i no consumeix
parcialment el material a carbonitzar. Aquest pas fou decisiu per l’evolució de la carbonització
de la fusta des de les carboneres fins als forns e retorta. Després es van construir a Suècia i
Finlàndia forns basats en el mateix principi.
La quasi totalitat dels forns esmentats fins ara tenen l’inconvenient d’haver de refredar el carbó
dins del forn, perdent temps i excloent la possibilitat d’un treball continu. Més tard s’introduïren,
especialment a Nord-Amèrica, els forns de vagoneta (Figura 10.91). La capacitat d’aquests
forns era de 50 metres cúbics. El material a destil·lar s’introdueix a les cambres de maons sobre
vagonetes de ferro, que una vegada acabada la destil·lació, es trasllades a altres cambres
refrigeradores col·locades a davant. A les retortes encara calents, generalment de forma
quadrangular, s’introdueixen de seguida altres vagonetes, prèviament carregades de fusta, de
manera que la carbonització es porta a terme quasi en procés continu. Amb això s’aconsegueix
una capacitat de tractament del mateix ordre que als forns de retorta desenvolupats més tard.
Figura 10.91. Forn de vagoneta
D. Carbonització discontínua amb retortes de ferro
En instal·lacions modernes, la destil·lació de la fusta es duu a terme únicament en retortes de
ferro, amb exclusió de l’aire. La carbonització s’inicia mitjançant calor extern, fins que comença
la reacció exotèrmica. El consum addicional de combustible queda compensat per l’augment del
rendiment en carbó i productes de destil·lació. Els gasos i vapors originats a la piròlisi passen al
sistema de refrigeració, on es condensen en un líquid àcid de color marronòs que conté quitrà,
el denominat àcid pirollenyós brut. Els gasos no condensables s’aprofiten per a l’escalfament de
les retortes o per a altres fins energètics, tal com la producció de força motriu en motors
d’explosió.
D.1. Retortes de 1 i 2’5 esteris
Les instal·lacions més antigues són les de retortes d’1 i 2’5 esteris de capacitat. Són cossos
cilíndrics horitzontals, de planxa de ferro, que es carreguen a mà amb estelles d’1m de longitud,
i s’escalfen exteriorment (Figura 10.92). Cada càrrega dura entre 12 i 24 hores. Com a
combustible, a més del carbó o la fusta, es poden utilitzar els residus de quitrà barrejats amb
residus de fusta o serradures, així com els gasos incondensables de destil·lació, per tal
d’augmentar la rendibilitat. Les juntes de la retorta es tanquen amb argila o asbest.
10—212

Figura 10.92. Retorta horitzontal per a destil·lació seca de fusta, amb capacitat d’1 esteris de
fusta
Una vegada acabada la destil·lació, es passa el carbó encara incandescent, a unes caixes
refrigeradores de ferro totalment tancades, per a evitar que es consumeixi amb l’oxigen de
l’aire. El carbó roman en aquestes caixes fins que no suposen cap perill d’inflamació. Les
retortes, després de buidar-les i encara calents, es tornen a carregar amb llenya nova. Aquests
tipus de retortes ja quasi no s’utilitzen essent poc econòmiques degut a la seva poca capacitat i
la falta de mecanismes de càrrega i descàrrega. El re-escalfament del material, inevitable en
aquests sistemes, fa que els rendiments no resultin gaire satisfactoris.
D.2. Retortas de vagoneta per 10 esteris
Un sistema de construcció millorat, de millors rendiments, és el de retortes de 10 esteris. La
fusta dividida i trossejada a 1 m de longitud es carrega en unes vagonetes que, per mitjà d’una
plataforma giratòria, accionada elèctricament, s’introdueixen a la retorta. El procés de
destil·lació dura entre 18 i 24 hores, segons el grau d’humitat del material. Quan s’ha completat
la carbonització, les vagonetes, amb el carbó vegetal, es condueixen a una cambra de
refrigeració cilíndrica, col·locada davant de la retorta. La cambra es refreda ruixant-la amb
aigua.
Les retortes de 10 esteris són de secció circular, amb un diàmetre d’uns 2’5 m i una longitud
propera als 7 metres. Es construeixen de planxa reblada, amb reforços i portes de fundició. El
tancament de les portes s’aconsegueix amb juntes de cordes d’amiant. S’han construït també
retortes amb capacitats majors, fins a 50 esteris. Es coneixen també retortes de secció
rectangular i retortes verticals, però, en general, aquests tipus no han aconseguit imposar-se a
la pràctica.
D.3. Procediment Reichert de 40 esteris.
Existeixen retortes Reichert de 40 esteris que han treballat en algunes fàbriques Hiag, de la
Deutschen Gold- und Silber –Scheideanstalt, Francfort del Main. A més de tenir dimensions
exteriors molt diferents als altres tipus (una retorta per a 40 esteris té una cabuda
d’aproximadament 100 m 3 , amb un diàmetre d’uns 5 m i una altura de 8’5 m), les retortes
Reichert es diferencien essencialment per la forma d’escalfament, que no es fa exteriorment si
no directament amb gasos de destil·lació calents que penetren en la retorta per a part superior
(veure Figura 10.93).
10—213

Figura 10.93. Instal·lació de destil·lació seca de fusta segons el procediment Reichert.
10—214
A) Retorta G) Ventilador per l’aire comburent
B) Separador de quitrà H) Ventilador per a la circulació de gasos
C) Condensador I) Extractor de pols
D) Scrubber per a netejar el gas K) Serra circular per a trossejar la fusta a carbonitzar
E) Re-escalfador de gas L) Transportador amb pendent per a la càrrega de la retorta
F) Ventilador pels gasos de combustió M) Sitges de refredament del carbó
La carbonització s’inicia a la part superior de la retorta, i va progressant per zones fins a
l’inferior. Els gasos i vapors produïts durant el procés van escalfant les zones inferiors més
fredes, i d’aquesta forma s’aconsegueix un bon aprofitament del calor, al mateix temps que
s’evita que els gasos, separats ràpidament de la zona de carbonització, experimentin algun
tipus de descomposició tèrmica. Els gasos circulants o d’escalfament utilitzats a la calefacció
interna de la retorta s’obtenen reescalfant els gasos inerts de descomposició de la fusta fins a
una temperatura determinada en un escalfador, aprofitant per fer-ho la combustió dels vapors
incondensables, després que uns gasos i altres hagin sigut alliberats, en condensadors i
rentadors, dels productes condensables com el quitrà, àcid acètic i alcohol metílic. Els gasos
inerts són reconduïts de nou, per mitjà d’un ventilador, cap a la retorta, i amb el seu volum i
temperatura regulen el ritme de carbonització. El gas restant es va retirant de la circulació.
Totes les operacions estan àmpliament mecanitzades. La fusta estellada en trossos d’un metre
es porta manualment a la serra mecànica automàtica, que la trona a dividir en trossos d’1/3 de
metre, i després passa, mitjançant una banda transportadora, a les retortes, i ja no es toca més
fins que es retira el carbó, ja classificat, de les màquines ensacadores.
El cicle gasós permet el domini complert de la temperatura a l’interior de la retorta, ajustant el
contingut de carboni del producte entre un 70 i un 92%, amb un error de l’1%. Al separar
ràpidament els productes de destil·lació allunyant-los de la zona de carbonització, s’aconsegueix
una piròlisi suau, i s’elimina qualsevol possible reescalfament. En aquest procediment
s’aconsegueix un rendiment de l’àcid pirollenyós de l’ordre de 46 kg per estéreo,
considerablement més elevat que en els procediments on s’utilitzen retortes petites, que no
permeten la recirculació de gasos, o en aquells on les retortes grans són escalfades d’una altra
manera. Els rendiments restants són semblants als de les retortes de construcció més antiga.
Les instal·lacions que utilitzen el procediment Reichert, la destil·lació dura de 20 a 30 hores,
depenent del grau d’humitat de la fusta. Quan es vol obtenir un carbó d’elevat contingut en
carboni, la carbonització es prolonga més temps.
El bon aprofitament del calor per escalfament dels gasos reciclats fa que el combustible emprat
en aquest procediment sigui inferior al de qualsevol altre procediment ja explicat. Quan la
humitat de la fusta no sobrepassa del 18%, no cal cap combustible addicional. Els gasos

incondensables de la carbonització, una vegada separats i rentats en scrubbers, poden iniciar
la reacció a la retorta següent.
Treballant amb retortes de 10 esteris, la producció mitjana d’àcid pirollenyós brut oscil·la entre
40 i 42 kg; la d’alcohol de fusta brut, entre 12 i 14 kg i la de carbó vegetal, entre 190 i 200 kg,
en base a un 82% de carboni.
E. Carbonització contínua amb retortes de gran capacitat
E.1. Procediment de Gröndal
El dispositiu de destil·lació de Gröndal té uns 100 m de llarg i està dividit en 5 seccions. La fusta
resta en les carretes fins al final de la desti·lació. Les vagonetes s’introdueixen en una
precambra (A) (Figura 10.94), que es pot tancar per la seva part anterior i posterior mitjançant
comportes. A continuació de la precambra, ve la zona d’assecat (B) d’uns 38 m de longitud, i
separada també de la zona de destil·lació per una altra comporta. La part de la cambra
d’assecat que comunica amb la de destil·lació (C) és construïda de ferro forjat, i la resta de
maçoneria. La part de ferro d’aquesta zona, d‘uns 26 m de llarg, queda envolta pels fums del
fogar (J), els quals passen després a l’interior de la cambra d’assecat previ (B). La cambra de
destil·lació es separa de la de refrigeració (D) i està en comunicació amb els dispositius de
condensació (H) per mitjà d’una conducció (c). La cambra de refredament (D) té uns 20 m de
longitud i és recorreguda pels gasos incondensables procedents del condensador i pels gasos
d’escalfament del gasògen (F) abans del la seva utilització com a combustible al fogar (J). La
cambra de refrigeració comunica amb una altra cambra de sortida (E) de les vagonetes. En
aquesta instal·lació, construïda la primera vegada a Suècia experimentalment, el gas
d’escalfament es preparà amb dispositius gasificadors (F i G). Aquests sistema no ha arribat a
tenir aplicació pràctica.
Figura 10.94. Destil·lador seca de fusta per a treball continu. Procediment de Gröndal
E.2. Procediment S.I.F.I.C., de la firma Lambiote et Cie., de Brusseles
Les retortes de 40 esteris han sigut precursores de la carbonització continua del procediment
S.I.F.I.C. (anagrama de Soc. Ind. Financ. Pour l’Ind. Chim.).
Al procediment continu de Lambiotte (Figura 10.95), és convenient que la fusta passi a la
carbonització amb un contingut d’humitat del 8 al 10%, obtingut només artificialment
mitjançant canals d’assecat, al llarg de 24 hores. Els gasos utilitzats per l’assecat de la fusta,
obtinguts a partir dels gasos i vapors de destil·lació, refrigerats i netejats per scrubbers,
penetren al sistema de canals a una temperatura pròxima als 180ºC.
La carbonització transcorre de forma continua, i la fusta seca penetra ininterrompudament a la
retorta de destil·lació en forma de forn de cuba, a la vegada que el carbó, després de travessar
la zona de refredament, va a parar també a les vagonetes de descàrrega a través d’una cinta
transportadora.
La destil·lació es dona a terme al llarg de 12 hores.
L’espai necessari per a la instal·lació Lambert, menor als altres procediments esmentats, fa que
la inversió sigui inferior a la dels processos discontinus.
10—215

Els rendiments de carbó o productes de desdoblament de l’alcohol de fusta brut no difereixen
dels rendiments dels procediments discontinus, en tant que el rendiment d’àcid acètic és
superior. Per metre cúbic de fusta de faig s’obté aproximadament 198 kg de carbó vegetal, 49
kg d’àcid acètic i 13 kg de productes d’alcohol de fusta brut.
Figura 10.95. Instal·lació de destil·lació de fusta amb treball continu, segons el procediment
S.I.F.I.C.
10—216
A. Elevador per la fusta E. Refrigerador del gas de destil·lació
B. Retorta F. Condensadors
B 1. Alimentació automàtica G. Col·lector pel pirollenyós brut
B2. Zona d’escalfament previ H. Scrubber per netejar el gas
B3. Zona de carbonització I. Preparació del carbó
B 4. Zona de refredament I 1. Banda transportadora
B 5. Descàrrega del carbó I 2. Tamís de tambor
C. Producció del gas calefactor I 3. Ventilador desempolsador
D. Ventilador de circulació de gasos I4. Separador de pols
E.3. Procediment Badger-Stafford
Els residus de fusta de procedència de trossejats, serradures i treballs amb la fusta no poden
ser tractats en retortes normals, ja siguin horitzontals o verticals, però és possible amb
procediments ideats de forns rotatoris, com els utilitzats en la reparació de carbó actiu.
El procediment Badger-Stafford es basa en la trituració dels residus de fusta en trossos de fins
a 200 x 50 x 20 mm aproximadament. Automàticament, des de una sitja d’emmagatzemament
s’asseca el residu triturat a través dels gasos provinents de la cambra de calderes. Aquests
circulen a contracorrent a través de l’assecador a una temperatura aproximada de 315ºC, fins
que el material aconsegueix un contingut d’humitat del 0’5%. Un assecador pot tractar
d’aquesta manera 3 tones de fusta per hora, aconseguint reduir la humitat en 3 hores. Els
gasos circulen per l’assecador aspirats per ventiladors. El material, ja pre-tractat, és portat a
través de canals circulatoris a les retortes. Les serradures i encenalls obtinguts en tallers de
carrosseries es destil·len en retortes rotatives independentment dels altres residus de fusta. Els
gasos de la destil·lació seca de les retortes es reuneixen en un col·lector comú amb els gasos
de destil·lació de les retortes Badger i Strafford.
Les retortes Badger i Strafford tenen un diàmetre de 3 m i una altura de 12 m. L’entrada de
fusta i la sortida del carbó es realitzen mitjançant vàlvules de tancament hermètic, accionades

per motor. Els gasos de destil·lació de cada retorta passen per la part superior a quatre
condensadors disposats circularment al voltant de la retorta.
Les retortes Badger i Strafford, de funcionament continu, treballen utilitzant el calor desprès a
la zona mitjana de la retorta. La temperatura oscil·la en aquesta zona al voltant dels 510ºC, i
l’interior es troba a 255ºC.
El carbó es va descarregant contínuament del fons de la retorta, i passa a sitges giratòries de
refredament, ruixats exteriorment amb aigua, abans d’arribar als aparells d’aireació. Els aparells
d’aireació consten de tambors rotatoris pel tractament amb aire del carbó, saturant-lo d’oxigen.
Amb aquest procediment s’aconsegueix un refredament complert del carbó en 5 hores.
10.6.3. BIOCOMBUSTIBLES A PARTIR DE LA BIOMASSA
10.6.3.1. INTRODUCCIÓ
Entre els sectors d’activitat que presenten un major consum final d’energia (sector serveis,
consum energètic en habitatges i transport), el sector del transport constitueix la gran incògnita
energètica del futur en la Unió Europea. Aquest sector mostra actualment una major
dependència del petroli: El 98% del mercat del transport depèn del petroli. En el consum
energètic primari de la UE, el petroli constitueix una part molt important del conjunt dels
recursos energètics que s’utilitzen, suposant un 41% del consum energètic primari l’any 1998. A
Espanya aquest percentatge és un dels més elevats de la Unió Europea, arribant a un 54%.
S’estima que aproximadament un 67% de la demanda final de petroli de la UE es deu al
consum energètic del sector del transport. Si a més es considera que la Unió Europea és
fortament dependent de les importacions energètiques (un 50% de l’energia actual, amb una
previsió del 0% en 20 ó 30 anys), especialment del petroli (un 76% de les necessitats del
petroli s’importa de tercers països), és lògic pensar que un dels principals problemes a resoldre
en la política energètica és l’elevat consum energètic del transport.
D’altra banda, el transport té un efecte molt negatiu sobre el medi ambient, essent una de les
principals causes d’empitjorament en els últims anys de l’anomenat efecte hivernacle. El
consum energètic del transport representava al 1998 un 28% de les emissions de CO2. Segons
dades aportades de la Unió Europea, si no es prenen mesures per a invertir la tendència de
l’augment del tràfic (el nombre de vehicles utilitaris va augmentar de 132 milions a 189 milions
entre el 1995 i 1998), les emissions de CO2 degudes al transport deurien augmentar en torn a
un 50% entre el 1990 i el 1010, essent 1113 milions de tones d’emissions, en front als 739
milions enregistrats al 1990.
Les energies renovables juguen un paper important per a reforçar la seguretat de l’abastament
energètic a Europa i disminuir les emissions contaminants. A l’actualitat, les energies renovables
representen el 6% del subministrament europeu, i la Comissió Europea, al seu Llibre Blanc de
1997, ha fixat un objectiu del 12% de contribució de les energies renovables per al 2010.
Els combustibles líquids d’origen agrícola o biocombustibles líquids es contemplen com
l’alternativa més clara i de major potencial en front a la utilització de gasolina i gasoli. El Llibre
Blanc de les energies renovables xifra en un 7% la contribució dels biocombustibles líquids per
l’any 2010, assenyalant-los com a la única opció viable per a l transport, fins el moment, que
ajudaria a complir els compromisos adoptats a escala europea.
Els biocombustibles són combustibles líquids d’origen vegetal, obtinguts a partir de residus
agrícoles o forestals, o mitjançant cultius energètics. La COPA (Comitè d’Organitzacions
Professionals Agrícoles de la UE) i la COGECA (Comitè General de la Cooperació Agrícola de la
UE) descriuen els biocombustibles com aquells combustibles i additius als combustibles derivats
en la seva totalitat, o en part, de matèries primes agrícoles o silvícoles. Ambdós organitzacions
estableixen una distinció entre biocombustibles sòlids destinats principalment per a generar
vapor i electricitat, i biocombustibles líquids destinats per a la seva utilització com a
combustibles per a vehicles [78]. Així doncs, es poden distingir principalment dos tipus de
combustibles líquids:
10—217

10—218
• Bioalcohols: A partir de la fermentació de matèries primeres riques en sucres (ex.:
canya de sucre, remolatxa) o en midó (ex.: patata, cereals), s’obté l’alcohol etílic i el
seu derivat el 5-etil-ter-butil-eter (ETBE). El derivat ETBE pot substituir l’additiu metilter-butil-eter
(MTBE) que actualment s’està utilitzant com a producte oxigenat
substitutiu del tetraetil de plom per a millorar l’índex octà de la gasolina. Els
bioalcohols, a part d’obtenir-se de cultius específics s’obtenen també a partir de la
biomassa lignocel·lulòsica.
• Biodiesel: Combustible produït a partir de cultius amb un alt contingut de greix, com
el gira-sol, la colza o la soja. S’utilitza en motors diesel, o bé substitueix al gasoil
d’automoció o bé es pot barrejar amb aquest. El biodiesel es pot utilitzar de dues
formes, com:
o Olis vegetals sense refinar: només poden aplicar-se en motors dièsel
especialment dissenyats o modificats per aquest fi.
o Olis químicament modificats mitjançant un procés denominat transesterificació
del que s’obtenen èsters metílics: poden aplicar-se directament als motors dièsel
més sofisticats i amb qualsevol tipus d’injecció directa, sense necessitat de
realitzar modificacions tècniques.
Al llarg dels següents apartats es descriuran les característiques químiques i tecnològiques
d’obtenció dels biocombustibles.
10.6.3.2. TECNOLOGIA D’OBTENCIÓ DE BIOALCOHOLS A PARTIR DE LA BIOMASSA
CEL·LULÒSICA
Introducció
La biomassa cel·lulòsica esdevé el component font més important de la biomassa vegetal
aprofitable per a l’extracció de components químics utilitzables per l’home. En canvi, les collites
de sucre i midó són inapropiades pel seu ús com a font d’energia des de que són considerades
com a font d’aliment primari, i inestables econòmicament des de el punt de vista de
subministrament a llarg termini i costos [86].
La cel·lulosa, component principal de la paret cel·lular vegetal, es pot solubilitzar per hidròlisi
àcida o enzimàtica. Tanmateix, els processos enzimàtics són preferibles a causa dels
desavantatges dels processos d’hidròlisi àcida. La viabilitat comercial de producció d’etanol a
partir de biomassa cel·lulòsica, en aquest cas, depèn de la disponibilitat d’una font econòmica
de cel·lulasa, exemple del qual pot ésser la producció d’aquest enzim a partir del Trichoderma
reesei, microorganisme produïble amb baix cost.
Tecnologia de producció d’etanol
A. Característiques de l’etanol
L’etanol, també anomenat alcohol de gra perquè és un líquid derivat dels grans, (com per
exemple els grans de blat) té la següent fórmula química:
CH3-CH2-OH
És un alcohol de pes molecular més elevat que el del metanol i això fa que el seu punt
d’ebullició, el seu punt de fusió i la seva viscositat creixin, alhora que la seva solubilitat en aigua
disminueix.
El bioetanol es pot utilitzar com a combustible en motors de cicle Otto (encès per espurna), i
representa una alternativa neta i renovable a la utilització de les gasolines [78]. La barreja de
gasolina i etanol és coneguda com a gasohol, i la seva relació en la barreja és de 9:1.[88]. El
seu poder calorífic és inferior al de les gasolines, però tot i amb això, el seu poder antidetonant
és superior. Conté oxigen en la seva fórmula química i això fa que la seva capacitat energètica

sigui menor en relació als carburants convencionals, això causa que se n’hagin d’utilitzar uns
consums volumètrics més elevats.
La utilització de l’etanol com a combustible no és una idea nova, ja que els motors de cicle Otto
es van dissenyar en un principi per a utilitzar etanol com a combustible, però degut al
desenvolupament de la indústria petrolera aquests motors destinats a l’automoció s’han anat
modificant per a utilitzar gasolines.
És inflamable, incolor i és l’alcohol de menor toxicitat. Té un elevat nombre d’octans i la seva
solubilitat amb la gasolina és major que la del metanol. S’utilitza principalment com a
combustible d’automoció i per a aquest ús, els motors de gasolina tan sols necessiten
modificacions accessòries.
Alguns dels avantatges que té l’etanol o l’alcohol etílic són:
• És líquid.
• És segur i gairebé inofensiu en la seva manipulació.
• És un combustible renovable.
• Ofereix una gran facilitat en el transport.
• Pot ser produït a gran escala.
L’etanol es pot produir principalment a partir de tres tipus de matèries primeres (Figura 10.96):
• Matèries riques en sacarosa com la canya de sucre. Aquesta és una de les matèries
primes més atractives de la biomassa ja que els sucres que conté es troben en una
forma simple de carbohidrats fermentables. Brasil és el principal productor mundial
d’etanol i ho fa a partir de la canya de sucre; la seva capacitat de producció és de
16.300.000.000 de litres anuals d’etanol. Es pot arribar a obtenir 70 litres d’etanol per
canya de sucre.
• Matèries riques en midó com els cereals (blat de moro, blat, civada, etc.) i els tubercles
(iuca, patata) ja que tant uns com els altres contenen carbohidrats de major
complexitat que necessiten ser transformats en sucres més simples per un procés de
conversió (sacarificació), això introdueix un pas més en la producció d’etanol i genera
un augment de les despeses de capital i d’operació. Tot i amb això, alguns dels cultius
rics en midó es poden establir en terres marginals on generalment altres espècies més
exigents no es desenvoluparien.
• Matèries riques en cel·lulosa com la fusta o els residus agrícoles, així com les deixalles
municipals. Aquestes són les més abundants degut a la gran producció cel·lulòsica
procedent de la biomassa forestal, així com la cel·lulosa present als residus procedents
de la indústria de la fusta (indústria de mobles, del paper i polpa de paper) en forma de
serradures, estelles, encenalls i altres formes. Com s’ha descrit anteriorment, la
cel·lulosa es pot descomposar en components més simples a través de l’acció d’enzims
propis de microorganismes com la cel·lulasa (veure apartat 10.6.2.2), descomposició
anomenada hidròlisi enzimàtica, o per hidròlisi àcida.
10—219

Figura 10.96. Matèries primes i etapes en la producció d’etanol
BIOMASSA ENSUCRADA
(canya de sucre, remolatxa)
Font: [78].
Segons la quantitat d’aigua que contingui l’etanol por classificar-se com:
10—220
• Etanol anhídrid
El seu percentatge d’aigua és baix. Es produeix a partir de l’alcohol hidratat per l’addició de
benzè o glicerol i la destil·lació posterior.
• Etanol hidratat
Té un percentatge d’aigua superior. La producció de l’alcohol hidratat és un 19% inferior a la
producció d’etanol anhídrid ja que els processos de producció són més econòmics i
l’exigència de les instal·lacions és menor. La hidratació redueix el poder calorífic de la
barreja augmentant el seu consum volumètric, redueix la inflamabilitat dels gasos, i
incrementa la capacitat antidetonant i augmenta el poder de corrosió
B. La producció industrial d’etanol
La producció industrial de l’etanol es basa en tres processos bàsics:
• Hidròlisi de la biomassa cel·lulòsica
• Fermentació
BIOMASSA AMILÀCEA
(cereals, pataca)
• Destil·lació dels components resultants de la fermentació per aïllar l’etanol
La hidròlisi de la cel·lulosa, argumentada anteriorment, es duu a terme a la indústria
majoritàriament per hidròlisi àcida, obtenint components més senzills, cadenes de 5 ó 6
Carbonis, que procediran a la següent fase de fermentació.
Generalment, la fermentació de la glucosa o d’altres monosacàrids produeix un trencament de
la molècula generant els següents productes:
C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2
BIOMASSA
LIGNOCEL·LULÒSICA
(fusta, palla)
Recepció del material Recepció del material Recepció del material
Trituració Trituració
Hidròlisi enzimàtica Hidròlisi àcida Hidròlisi enzimàtica
F Hidròlisi E R M enzimàtica E N T A C I Ó
D E S T I L·L A C I Ó
E T A N O L

Així doncs, la fermentació de la glucosa genera dos molècules d’etanol i dos de diòxid de
carboni [89].
Industrialment, el bioetanol s’obté per fermentació de medis amb sucre fins aconseguir un grau
alcohòlic, després de la fermentació, al voltant del 10%-15%, concentrant-se per mitjà de la
destil·lació per a obtenir el denominat “alcohol hidratat” (4-5% d’aigua) o fins a arribar a
l’alcohol absolut (99’4% mínim de riquesa) rere un procés específic de deshidratació. Aquesta
darrera qualitat és la necessària si es vol utilitzar l’alcohol en barreges amb gasolina en vehicles
convencionals. La següent Figura 10.97 mostra esquemàticament el procés productiu de l’etanol
a partir de biomassa procedent de cultius de plantes sucreres.
Figura 10.97. Exemple de procés industrial de producció d’etanol
Sucre de canya
Bagassa
Hidròlisi
hemicel·lulosa
(per alliberar la xilosa de
la hemicel·lulosa)
Font: Adaptat de [90].
Cel·lulosa sòlida/lignina
Hidròlisi
cel·lulosa
Separació
L/S
(per separar el sucre
des del sòlid)
Fermentació
del Brou
Sucre Xilosa
i aigua
Sucre Glucosa +
lignina sòlida
Fermentació
Glucosa
(per fermentar
glucosa a etanol)
Fermentació
Xilosa
(per fermentar
xilosa a etanol)
Etanol
Lignina per
caldera
Destil·lació
(per recuperar
l’etanol)
Tal com mostra la figura anterior, les pentoses (C5) obtingudes de la fracció hemicel·lulòsica
han de ser fermentades en la producció d’alcohol a partir de biomassa per tal d’obtenir un
procés econòmicament factible.
Les pentoses als materials de base, no poden ser fermentades pels llevats utilitzats actualment
a la indústria, el Saccharomyces cerevisiae. A pesar dels esforços substancials en la investigació
en dècades passades, centrats en Zymomonas mobilis, i E. Coli, encara no hi han
microorganismes disponibles per a la fermentació de substàncies C6 que co-fermentin
substàncies C5, amb el vigor suficient. Ampliar la gamma de substracte per modificació genètica
al S. Cerevisiae és una opció atractiva, però els problemes fins al present majors es troben al
respecte a les tasses de recepció de xilosa i la sobreproducció de xilitol, degut a problemes de
reaccions redox.
Existeixen alguns bacteris (inclosos Clostridia, Thermoanaerobacter ethanolicus) coneguts per la
seva capacitat a convertir tots els components dels materials lignocel·lulòsics a etanol.
Característiques menys favorables són les possibles toleràncies més baixes per les
concentracions de substrat i producte (etanol), així com la formació de co-productes de
fermentació, com l’acetat i l’hidrogen.
El seguiment de l’I+D s’enfoca en nous mètodes d’aïllament i selecció per adquirir més
rendiments en la conversió de (hemi)cel·lulosa a etanol i optimitzar la seva tolerància als
subtrats, productes i inhibidors, seguits pel desenvolupament del procés[91].
El consum d’aigua per litre d’etanol produït sol ser de 10 a 15 litres. Tanmateix, el consum pot
augmentar si s’introdueixen pretractaments de la biomassa amb consums hídrics
complementaris.
10—221

Anualment, la producció d’etanol augmenta significativament, tal com es xifra a la següent
Taula 10.42.
Taula 10.42. Producció d’etanol, en milions de litres.
Font: Taula adaptada de [92].
10—222
PAÍS 2004 2003
1. Brasil 15338 14428
2. USA 13950 10900
3. Xina 3650 3400
4. Índia 2000 190
5. França 830 817
6. Rússia 760 745
7. Espanya 420 304
8. Sud Àfrica 409 404
9. Regne Unit 400 410
10. Aràbia Saudí 340 350
11. Ucraïna 290 284
12. Tailàndia 280 250
13. Alemanya 270 280
14. Canadà 245 240
15. Itàlia 210 204
C. La co-producció de bio-etanol, electricitat i calor a partir de la biomassa
Integrant un sistema “Gasificador Integrat de Biomassa/Cicle Combinat” (BIG/CC) al sistema de
producció d’etanol, el procés o sistema de producció d’etanol a partir de biomassa augmenta la
seva eficiència fins a un 50-58%. El sistema BIG/CC, alimentat pel material sòlid provinent dels
residus del pretractament de la biomassa, fermentació i destil·lació, és a dir, matèria orgànica
no fermentable, produeix calor i electricitat que pot servir tant com per al subministrament
energètic intern de la planta productora d’etanol, com per a subministrar elèctricament també
altres indústries amb demanda energètica en el seu procés (Figura 10.98).
La Figura 10.98 parteix de l’exemple d’una planta productora de bioetanol a Holanda que
consumeix tres tipus de material base cel·lulòsic i 28 a 54 litres d’aigua per litre d’etanol
produït, generant 156 ktones d’etanol per any. Aquest material base ve compost per herba,
capçades de salzes i residus triturats de blat. L’elevat consum d’aigua ve degut a l’aigua
utilitzada en el pretractament de la biomassa amb Ca(OH)2, i a les seccions d’hidròlisi
enzimàtica. Altrament, la major part d’aquesta aigua pots ser reciclada internament, posterior a
una purificació (MM .
Segons els consum de material base, l’eficiència energètica de la producció d’etanol és
determinada principalment per la composició d’aquesta matèria. Un contingut elevat de
materials fermentables al material base eleva l’eficiència energètica en la producció d’etanol. La
producció neta d’electricitat ve influenciada per la quantitat de material no convertit a etanol,
així com per la quantitat d’energia utilitzada en el procés. L’eficiència total del sistema
augmenta quan el material base o “feedstock” és més adaptable per la producció d’etanol
(p.ex.: tenir un alt contingut de material fermentable). La Taula 10.43 resumeix tant aspectes
energètics i de composició de la matèria que entra a la planta, com aspectes econòmics que la
caracteritzen.
MM( Vers la utilització de sistemes de depuració d’aigües internes industrials i la seva reutilització, cal estudiar a fons
l’efecte que realitzaria en els costos d’inversió, manteniment i d’operació.

Biomassa
Figura 10.98. Exemple de planta productora d’etanol amb sistema BIG/CC
Pretractament
Lignina
Cel·lulosa
C5
Hidròlisi
cel·lulosa
Font: Adaptat de [90].
Evaporació
Sucres
C5 + C6
C6
Aigua de
refrigeració
Temp
Cetoh
barreja
Fermentació
vapors
Mat. Orgànica no fermentable
Per a aquest exemple de planta productora, cada secció del procés de producció (pretractament
+ hidròlisi, evaporació, fermentació + puificació i producció de CHP) suposen aproximadament
un 25 % de la inversió inicial. Els costos de la cel·lulasa suposen la major contribució en els
costos d’Operació i Manteniment, representats en 6000 €/tona d’enzim.
Els costos de producció d’etanol són calculats assumint una Taxa de Retorn Interna (IRR) del
15% sobre un període de 15 anys. Els costos del consum de cel·lulassa suposen un 36-45 %
dels costos bruts de producció d’etanol (40-55% dels costos nets d’etanol).
Els elevats costos del consum de cel·lulasa i l’inversió requerida resulten en els costos de
producció nets d’etanol que són superiors als costos actuals de l’etanol de gra de 0’34€/litre. Un
anàlisi de sensibilitat mostra que els costos de la cel·lulasa s’haurien de reduir almenys en un
factor 10 i els costos capitals necessiten ser reduïts en un 30% per tal que els costos de
producció d’etanol siguin competitius amb l’etanol obtingut amb cultius de plantes amb midó.
Taula 10.43. Resum de balanços de massa i energia i avaluació econòmica per a una planta de
producció de 156 kton d’etanol/any.
Herba Capçades de
salze
Residus triturats de
blat
Composició del material base
- Hemicel·lulosa (% pes) 61 75 82* 1
- Lignina (% pes) 21’5 23 0
- Altres orgànics (% pes) 10’5 0’5 18* 2
- Cendra (% pes) 7 1’5 0
Material base (Kton/any) 1295 1110 939
Consum d’aigua brut (l/l etanol) 54 46 28
Eficiència energètica* 3
- Etanol (% PCI) 40 47 55
- Electricitat* 4
(% PCI) 15 15 12
- Total
Avaluació econòmica
(% PCI) 56 62 68
- Material base (€/ton d.w.) 20 70 80
Inversió total (Milions €) 313 285 235
CO2
Aigua
Vapor
Aigua de
refrigeració
Destil·lació
CHP
Deshidratació
ETANOL
Vapor
Electricitat
10—223

Costos d’Operació i Manteniment
- Material Base (M€/any) 13 39 38
- Cel·lulasa (M€/any) 102 97 59
- Altres* 5
(M€/any) 19 14 11
- Total (M€/any) 134 149 108
Costos de producció de l’etanol
- Material base (€/l) 0’06 0’19 0’19
- Cel·lulasa (€/l) 0’51 0’48 0’30
- Altres O+M (€/l) 0’09 0’07 0’06
- Inversió (€/l) 0’37 0’34 0’28
- Preu etanol brut (€/l) 1’04 1’08 0’82
- Electricitat* 6
(€/l) -0’11 -0’10 -0’07
- Costos nets etanol (€/l) 0’92 0’99 0’75
Notes: * 1 . Inclòs un 20% midó; * 2 . Proteines; * 3 . Output d’energia neta. El consum intern de vapor i energia en el
procés és completament cobert per la CHP; * 4 . Excés d’energia elèctrica subministrada a la xarxa; * 5 . Altres = Ca(OH)2,
disposició de cendra, manteniment i treball; * 6 . Els ingressos estimats amb l’excés elèctric són de 0’051 €/kWh.
Font: [90].
Exemple d’anàlisi de l’eficiència de producció de bioetanol.
Els combustibles que es poden obtenir de la biomassa han sigut proposat com a substituts dels
combustibles fòssils, els quals la seva escassetat i costos seran probablement incrementats en
un futur. Aquesta proposta bé relacionada també pel que fa al canvi climàtic, pel qual promou
el desenvolupament de tecnologies més netes d’energia. La competència per terres disponibles
també s’ha considerat a vegades, degut a què la terra fèrtil es veu com a un factor limitant en
tant a la producció d’aliment com d’energia basada en la seva explotació. És possible, per tant,
anomenar alguns requeriments necessaris per a què un combustible de biomassa sigui possible
productivament:
10—224
• El combustible deu proporcionar més energia del que es requereix en la seva producció.
• El combustible deu ser renovable i s’ha d’assegurar la seva disponibilitat a llarg termini.
• L’alliberació de diòxid de carboni al medi ambient de la producció de biocombustible i el
cicle de combustió han de ser més baixos que per la quantitat equivalent d’energia dels
combustibles fòssils.
• Els requisits de terreny no han de ser massa alts, per tal d’evitar la competència amb la
producció d’aliment i per a preservar àrees silvestres que sostenen l’activitat de la
biosfera.
• La qualitat del combustible ha de ser valorada clarament en el marc de la jerarquia
termodinàmica de la biosfera. El valor a l’usuari no ha de ser l’únic criteri, ja que es
necessita proporcionar també dels costos de producció incloent el “treball” ambiental
impagat.
Tenint en compte els punts anteriors, a continuació s’exposen quatre processos de producció
d’etanol a partir de la biomassa a la següent Taula 10.44. Dos d’aquests processos es donen a
terme a Estats Units, a partir de la canya de sucre: Florida i Louisiana. A Louisiana hi ha un
input significatiu de fertilitzants que mantenen la productivitat del sòl, mentre que l’àrea
Pantanosa de Florida té una terra rica orgànicament però amb una taxa d’erosió elevada (Figura
10.99) (un centímetre de sòl per any). El tercer cas considerat és la producció brasilera
d’etanol, també a partir de la canya de sucre, localitzada a la regió de Sao Paulo. El darrer cas
d’estudi es localitza a Itàlia, basat en la producció d’etanol a partir del raïm.

Figura 10.99. Diagrama del sistema energètic de producció d’etanol a partir de la canya de
sucre a Sud-Àfrica.
Sol
Vent
Cicle Terra
Vent
Font: Figura adaptada de [93].
Pesticides
Fertilitzants
etc
Torba
Combustibles
etc
Fase agrícola
Taula 10.44. Resultats de la producció d’etanol en països seleccionats com a exemple.
Bioetanol a partir de: Canya de sucre
(Brasil)* A
Canya de sucre
(Florida)* B
Canya de sucre
(Luoisiana)* C
Raïm
(Itàlia)* D
2’37·10 10
7’71·10 10
Rendiment (J·ha -1 ·any -1 ) 5’92·10 10
1’55·10 11
1’35·10 11
Energia fòssil aplicada (J·ha -1 ·any -1 ) 1’36·10 10
4’58·10 10
1’10·10 11
Proporció d’energia Output/Input 4’35 3’38 1’23 0’31
Producció neta d’energia (J·ha -1 ·any -1 ) 4’56·10 10
1’09·10 11
2’50·10 10
Alliberament de CO2 (g· ha -1 ·any -1 ) 1’89·10 6
4’86·10 6
9’76·10 6
CO2 evitat reemplaçant petroli (g· ha -1 ·any -1 ) 4’44·10 6
Treball
Serveis
Bagassa
1’16·10 7
Maquinària
Cement
Procés de
Transformació
1’01·10 7
Transport
Ethanol
-5’34·10 10
8’05·10 6
1’78·10 6
CO2 alliberat/ CO2 evitat 0’43 0’42 0’96 4’53
Terreny requerit per toe* E (ha·toe -1 ) 0’92 0’38 1’67
* A Basats en dades de Carvalho Machedo, The sugarcane agroindustry: its contribution to reducing CO2 emissions in
Brazil, Biomass and Bioenergy 3(2), 1992
*B Basats en dades de la Universitat de Florida, Farm System Lab., Dept of Food & Resource Economics, 1985
*C Basats en dades de Giampietro and Pimentel, Alcohol and biogas production from biomass. Critical Reviews in Plant
Science 9, 1990
*D Basat en dades de Screase et al. Bioethanol from grapes in the Eropean Community. Biomass and Bienergy 3(2),
1992
*E toe = tona de petroli equivalent
Font: Taula adaptada del document de [93].
Observant la Taula 10.44, es pot identificar que el bioetanol produït a partir de la canya de
sucre a Brasil i a Florida tenen una relació energètica Output/Input elevada. Això vol dir que es
tracta d’un cultiu energètic eficaç, en comparació amb la producció de raïms per vinyes, que
contenen la relació energètica esmentada 10 vegades inferior. La producció neta d’energia
basades en les dades presentades en aquest paper oscil·len en els rangs de 13’6 a 109 GJ·ha -1
requerint de 3’08 a 0’38 ha de terra arable per tona de petroli equivalent produït (toe). El
bioetanol produït a partir de les vinyes mostra un rendiment energètic net negatiu, des de que
la producció de vi requereix un gran input en forma de treball humà i de combustible fòssil.
Això significa que les vinyes i el raïm no poden ser utilitzades com a font energètica, en base als
resultats presents. A més, la relació entre el CO2 alliberat i el CO2 evitat en el procés productiu
de bioetanol amb raïms, té un valor superior a 1, indicant que aquest material és una font neta
10—225

de diòxid de carboni [45]. En el cas de Brasil, el valor d’alliberament de CO2 en la producció
d’etanol és inferior als dels demés països, valor entès també per la quantitat d’energia fòssil
aplicada al procés, valor inferior a tots els països. Així doncs, dels països que utilitzen canya de
sucre en la producció de bioetanol, quin és qui té un millor rendiment en el procés? Florida,
amb una millor producció neta d’energia, menys alliberament de CO2 segons l’índex de la línia
7, i menys terreny necessari per a la producció per toe, és a dir, millor producció segons les
característiques del sòl [93].
Tecnologia de producció dels derivats de l’etanol i metanol
Els derivats ETBE i MTBE de l’etanol resulten de les següents reaccions químiques:
10—226
• 64 % Isobutè + 36 % Etanol → ETBE
• 55% Isobutè + 45% Metanol → MTBE (Éter Metil Tert-Butilílic)
L’ús d’oxigenats a les gasolines redueixen fins a un 5% les emissions d’hidrocaburs i un 10% les
emissions de CO, reduïnt així els precursors de l’ozó.
L’etanol i els seus derivats ETBE redueixen també les emissions de sofre, aromàtics i oleofines,
per mitjà de l’efecte de substitució en les gasolines.
La següent Taula 10.45 compara les propietats de l’etanol, ETBE, MTBE i la gasolina.
Taula 10.45. Característiques d’alguns combustibles oxigenats.
Fórmula Etanol
MTBE
ETBE
Gasolina
C2H5OH
C5H12OH C6H14OH
Contingut Ox (% en pes) 34’8 18’2 15’7 14’8
Relació estequiomètrica 9’0 11’7 12’1 14’8
Densitat (kg/m 3 ) 794 745 747 720/785
Temperatura d’ebullició (ºC) 78’3 55 71’7 30/210
Calor de vaporització (kJ/kg) 850 320 310 330
P.C.I. Màssic (kJ/kg) 26.800 32.250 36.000 42’700
P.C.I. Volumètric (kJ/kg) 21.285 26.260 26.910 32.020
Índex d’octà RON 120 118 118 95/98
Índex d’octà MON 99 102 102 85/90
Solubilitat en aigua (%)
Font: Adaptat de [78].
100 4’3 1’1 0’1
Tecnologia de producció del metanol
A. Característiques del metanol
El metanol, també anomenat com a alcohol metílic, carbinol, Monohidroximetà o CH3OH, es
caracteritza per contenir les següents propietats, resumides en la següent Taula 10.46:
Taula 10.46. Característiques del metanol.
Massa Molecular (g/mol) 32’0
Temperatura d’ebullició (ºC) 65
Punt de fusió (ºC) -94
Densitat relativa (Aigua = 1) 0’79
Solubilitat en aigua Miscible
Presssió de vapor, kPa a 20ºC 12’3
Densidad relativa de vapor (aire = 1) 1’1
Densitat relativa de la barreja vapor/aire a 20ºC (aire = 1) 1’01
Temperatura d’inflamació (ºC) 12 (c.c.)
Temperatura d’autoignició (ºC) 38’5
Límits d’explosivitat (% en volum en l’aire) 6 – 35’6
Coeficient de proporció octanol/aigua com a log Pow -0’82/-0’66
Font: Adaptat de [94].
El metanol que es deriva de la biomassa es forma a partir de processos de gasificació, generant
un gas de síntesi, processos que es detallen a continuació en els següents apartats.

B. La producció industrial del metanol
El metanol, actualment produït a gran escala, aproximadament s’utilitza en un 30% per la
producció de formaldehid i en un 30% per la producció de MTBE. Només un petit tant per cent
s’utilitza com a combustible. La perspectiva en un futur pròxim en l’ús del metanol com a
combustible, és si més no, a incrementar-se considerablement, per exemple en l’ús de cotxes
amb cèl·lules de combustible o com a producte intermedi en la producció d’hidrogen.
El metanol és produït a partir del syngas o “gas de síntesi”, sovint derivat del gas natural. Les
condicions de síntesi de metanol típiques són a pressions de 50 a 100 bars i a temperatures de
220 a 300ºC, utilitzant un catalitzador de Cu/Zn/Al. Un gas de síntesi ideal hauria de tenir una
ratio de H2/(2CO + 3CO2) propera a 1’05, i un baix contingut de CO2 aproximat al 3%. Si el gas
de la síntesi és produït a partir del gas natural “reformat” convencionalment, la concentració
d’hidrogen és en excés i el gas de síntesis és massa ric en hidrogen (Veure Figura 10.100).
Figura 10.100. Esquema de flux simplificat de la producció de metanol a partir del gas natural
via “simple reforming”
CH4
Font: Adaptat de [95].
“Reforming”
Catalitzador de Ni
700-1000ºC
15-40 atm
H2O
CH4 + H 2O → CO + 3H 2 (∆H 0 = 206 kJ/mol)
CO +2H2 → CH3OH (∆H0 = -91 kJ/mol)
La producció del gas de síntesi en el procés de generació del metanol és limitat pels
components del gas inert (CH4, N2), que no són convertits durant la síntesi del metanol. Un
segon requeriment important en la composició del gas de síntesi, com s’ha esmentat
anteriorment, és el contingut en Hidrogen, ja que una part important del carboni de la
biomassa és convertit a CO2 en la fase de gasificació (el CO2 necessita 3 mols de H2 per
hidrogenitzar a metanol). Així doncs, per a mantenir la ratio H2/CO al gasificador per la
producció de metanol, és a dir, el factor estequiomètric, hi ha dos vies principalment:
• Separació del diòxid de Carboni
• Addició d’Hidrogen (NN
Tanmateix, el gas de síntesi per produir el metanol es pot també obtenir a partir de la
gasificació de l’oli (residual), carbó i biomassa. Pel que fa a la biomassa, el gas obtingut
d’aquest procés resulta amb òxids de carboni en excés.
Com s’ha comentat anteriorment, es necessiten pressions de 50 a 100 bars per a la síntesi del
metanol. Alternativament, el gas producte de la reacció de síntesi pot ser generat a pressió
atmosfèrica i pressuritzat en una següent etapa de compressió. Tanmateix, en el darrer cas, el
volum del gasificador atmosfèric hauria de ser impracticablement gran per a la producció de
metanol, i l’eficiència general baixaria.
B.1. Gasificadors de Baixa Temperatura
3H2 + CO
“Planta de metanol”
Catalitzador de Cu/Al/Zn
400ºC
70 atm
CH3OH
Al llarg dels anys s’han dedicat esforços en el desenvolupament de tècniques avançades en el
tractament del gas de síntesis de la biomassa. Un exemple d’aquest esforç és el EC programme
NN( M.Specht, A.Bandi, F.Baumgart, C.N.Murray, J.Gretz, Synthesis of Methanol from Biomas/CO2 resources
H2
10—227

Methanol from Wood, on es van provar extensament quatre gasificadors a escala de planta pilot
(veure Figura 10.101).
Figura 10.101. Diagrames de sistemes productors de gasos de síntesi a partir de la gasificació
de la fusta
10—228
Procés “The Creosot Loire” Gasificador de llit Fluiditzat Circulant de Lurgi
Procés donador d’O2 de John Brown/Wellman Procés“The Italenergie/AGIP S.p.a.”
Nota: Les figures pertanyen a 4 tipus de mecanismes de baixa temperatura: Gasificació amb oxigen per llit dens
(Creusot Loire); Gasificació amb oxigen per llit circulant (Lurgi); Procés donador d’Oxigen (John Brown/Wellman); Llit
escalfat indirectament (Italenergie/AGIP).
Font: [95].
L’input de material de biomassa era de 10-20 tones/dia de fusta seca. Totes les plantes van
mostrar característiques típiques de la gasificació a “baixa temperatura” i problemes relacionats
amb aquesta tipologia: producció de quitrà, contingut massa alt de metà, perill de fosa de la
cendra. Els darreres problemes són marcadament més importants en el cas de la versió
pressuritzada.
La combinació de la gasificació amb oxigen i la pressurització resulta problemàtica en processos
de gasificació a baixa temperatura, i encara no ha sigut demostrada a escala completament
comercial per a biomassa [95].
B.2. Processos de gasificació a alta temperatura per a biomassa
Hi ha molts tipus diferents de sistemes de “co-cremat” de biomassa, en gasificadors com els de
flux en suspensió, de diverses eficiències, però tots ells tenen en comú el requisit de la mida de
partícula de la biomassa necessària pel bon funcionament del sistema, un pas o etapa de

pretractament que pot ser difícil i costosa. Recentment s’han introduït a la indústria nous tipus
de reactors o de modificats, que sovint incorporen gasificadors de dos etapes, incorporant
almenys en un d’ells una etapa a alta temperatura evitant l’etapa de trituració de la biomassa a
partícules fines. Tanmateix, calen esperar resultats en aplicacions a gran escala, per tal de
conèixer segons les modificacions, quin són els millors resultats.
B.3. Piròlisis Flash com a etapa de pre-tractament
La gasificació en suspensió d’olis líquids és un procés ben realitzat, com a concepte d’adaptació
i eficiència. Centenars de plantes han sigut establertes arreu del món en la producció de gas
sintètic de bona qualitat a partir de materials de base líquids. Aquests són processos a
temperatura alta. Aquesta és una bona raó per assumir, i també és una evidencia, que les
dificultats en la gestió de la biomassa per produir gas sintètic poden ser evitades si la biomassa
és primerament convertida a líquid intermedi.
Les avantatges aparents són que un portador d’energia de biomasa líquida pot ser
emmagatzemada de la mateixa manera que el petroli cru, transportat via carreteres, canonades
i petrolers, i manipulat més fàcilment que els productes sòlids primaris de la biomassa amb la
serva baixa densitat i densitat energètica. La piròlisi Flah é un procés relativament simple, de
baixa pressió i temperatura moderada, que converteix la biomassa a líquid a altes eficiències i
costos raonables (2€/GJ, 40€/tona)[96].
Apart del fet que un procés de gasificació provat és disponible per produir un gas de síntesis de
grau de metanol a partir d’oli per piròlisi flash, és important considerar els avantatges en els
costos de logística i maneig. La quantitat de biomassa que es pot produir a escala mundial per
plantes de metanol és de 2500 tones/dia; 1’5 Mtones/any. Això requeriria aproximadament des
de 150.000 a 300.000 ha per a una producció sostenible (45x45 – 55x55 km 2 ). Aquestes
extenses àrees provindrien de diversos indrets.
B.4. Processos de Piròlisi Ràpida
La piròlisi ràpida és relativament un nou procés i encara no és disponible en aplicacions
comercials. És encara en fase de demostració i només unes quantes empreses es plantegen o
realitzen el procés per primera vegada en plantes de demostració. Al procés de piròlisi ràpida,
les partícules petites de biomassa són ràpidament escalfades fins a 500 ó 600ºC a pressió
atmosfèrica. Existeixen cinc tipus de reactors aplicats presentats a la següent Figura 10.102.
Figura 10.102. Sistemes de reactors utilitzats en la Piròlisi Rapida
A- P B- C-
B
gas gas
B + sorra
P
B
D- E-
Font: Figura adaptada de [96].
B
El reactor de con rotatori va ser originalment desenvolupat per la Universitat Twentee, i per
l’empresa BTG, i ara, després del treball intensiu dut a terme en una planta pilot, està en fase
de demostració. Un avantatge particular d’aquest procés és que no es requereix neteja del gas
P
B
buit
P
gas
P
A- LLIT FLUIDITZAT DENS
B- LLIT CIRCULANT
C- TRANSPORTADOR PNEUMÀTIC
D- CON ROTATORI
E- TAMBOR ROTATORI DE BUIT
10—229

el qual simplifica la recuperació del producte. La següent Figura 10.103 mostra els rendiments
típics i les característiques del procés esmentat, així com els productes obtinguts.
Figura 10.103. Productes de la piròlisi ràpida (a dalt) i característiques dels productes (a
baix).
Font: [95].
Existeix un gran rang d’aplicacions dels productes de la piròlisi ràpida, com mostra la següent
Figura 10.104.
Figura 10.104. Aplicacions de l’oli obtingut en la piròlisi ràpida.
Font: [95].
10—230

10.6.3.3. TECNOLOGIA D’OBTENCIÓ DEL BIODIESEL A PARTIR DE LA BIOMASSA
Introducció
El biodiesel està essent atractiu recentment degut als seus beneficis ambientals i al fet que està
fabricat a partir de fonts renovables. El cost del biodiesel, tanmateix, és el principal obstacle per
la seva comercialització. L’ús d’olis de cuina com a matèria prima, l’adaptació del procés de
transesterificació continu i l’obtenció de glicerol d’alta qualitat al procés de producció de
biodiesel són les opcions a considerar en baixar més els preus del biodiesel.
Hi ha 4 vies de fabricació del biodiesel:
• Ús directe i barreja
• Microemulsions
• “Cracking” tèrmic (piròlisi)
• Transesterificació
El mètode més comunament utilitzat és la transesterificació d’olis vegetals i grasses animals. La
reacció de transesterificació es dona a terme per reacció d’un oli o grassa amb un alcohol en
presència d’un catalitzador, medi del qual be caracteritzat per contenir una determinada
temperatura de reacció, temps de reacció i àcids grassos lliures i contingut d’aigua dels olis o
greixos [97].
Tanmateix, sobre la qüestió de quins són els materials o matèries primes utilitzades en a
fabricació d’olis vegetals i biodiesel, el següent apartat resumeix els possibles imputs en la
producció esmentada.
Característiques del biodiesel
El terme Biodiesel no és una definició estricta, si no que es tracta d’olis vegetals, grasses
animals i els seus ésters metílics per a ser utilitzats com a combustibles. Tanmateix, sovint es
refereix cada vegada més als ésters alquílics d’olis vegetals o grasses animals i no als olis o
grasses soles, utilitzats com a combustible en els motors Diesel.
Per aquest motiu, la ASTM (American Society for Testing and Materials) defineix al Biodiesel
com a “l’ester monoalquílic de cadena llarga d’àcids grassos derivats de recursos renovables,
com per exemple olis vegetals o grasses animals, per a ser utilitzats en motors Diesel” [98].
La composició mitjana del combustible (veure Taula 10.47) té una quantitat considerable
d’oxigen (11%) i una quantitat reduïda de carboni (77%), mentre que el contingut d’hidrogen
és similar. Per aquesta raó el Valor Calorífic Inferior (LHV) és típicament més baix (≈37 MJ/kg),
la relació estequiomètrica d’aire i combustible té un valor de 125 i la combustió és generalment
millorada.
Taula 10.47. Propietats químiques i físiques del biodièsel comercial i el dièsel de petroli.
Unitats Biodiesel mostra 1 Biodiesel mostra 2 Diesel D2
Densitat a 15ºC Kg/m 3
886’1 882’4 829’0
Viscositat a 40ºC Mm 2 /s 4’3 4’66 2’40
Residu carbonós segons Conradson %m/m 0’18 0’75 0’01
Contingut ésters %m/m 98’9 98’7 -
Glicerol lliure %m/m 0’2

250 ºC %v 0 0 42
320 ºC 0 5 75
350 ºC 87 81 87
370 ºC 100 100 92
Font: Adaptat de [99].
El cicle biològic en la producció i l’ús del Biodiesel redueix aproximadament en un 80% les
emissions d’anhídrid carbònic, i quasi un 100% les d’òxid de sofre. La condensació àcida, així
doncs, no suposa un problema important. La combustió del biodiesel redueix en 90% la
quantitat d’hidrocarburs totals no cremats, i entre 75-90% en els hidrocarburs aromàtics. El
biodiesel, a més, proporciona reduccions significatives en l’emanació de partícules i de monòxid
de carboni, que el diesel de petroli. El Biodiesel proporciona un lleuger increment o decrement
en òxids de nitrogen depenent del tipus de motor emprat.
En comparació amb el diesel comercial D2, el biodiesel té una densitat més elevada i un millor
nombre de Cetà (normalment sobre 50, degut a les cadenes llargues lineals àcides que
redueixen la ignició de la barreja d’aire-combustible). A més, l’elevat “flash point” o punt
d’explosivitat (OO fa que temes de transport i emmagatzemament siguin menys importants: El
flash-point al biodiesel és d’aproximadament 150ºC comparat al del diesel de petroli, de 50ºC.
A més, en temes de transport i maneig, el biodiesel és segur perquè és biodegradable com el
sucre, 10 vegades menys tòxic que la sal de taula.
Alguns autors afirmen que el biodiesel és completament miscible amb el diesel de petroli,
permetent així l’ús de barreges de diesel i biodiesel en qualsevol percentatge. La barreja més
comú és de 20% de biodiesel amb 80% de diesel de petroli, anomenada “B20”. Les propietats
del biodiesel a baixes temperatures són pitjors que les del diesel de petroli. El CFPP és
generalment més alt que el diesel i això implica algunes complicacions per a la operació en
temps fred.
La quantitat de residu de carboni de la descomposició calenta dels components vegetals amb
pes molecular alt és superior a aquell del diesel de petroli comercial. Aquesta característica és
crucial per un proper ús del biodiesel en nous sistemes avançats d’injecció.
El que es concerneix sobre problemes d’oxidació és més important en el cas del biodiesel que el
diesel de petroli. Això implica un canvi temporal progressiu de les propietats aromàtiques i una
reducció del punt d’explosivitat (“flash point”). Els productes d’oxidació originats al biodiesel
afecten a la via d’emmagatzemament, contribuint a la formació de dipòsits al tanc, sistemes de
combustibles i filtres.
El biodiesel té molt bones propietats lubricants en comparació al diesel de petroli, en particular,
el diesel amb molt petites quantitats de sofre. Aquesta propietat allarga la vida útil dels motors,
mantenint pràcticament els valors normals de consum, encès i rendiment.
Matèries primes per la producció d’olis vegetals i els derivats ésters metílics
(biodiesel)
A. Plantes oleaginoses convencionals
Actualment, les matèries primes emprades en la producció d’olis vegetals i biodiesel són els olis
de llavors de plantes oleaginoses com la colza i el gira-sol, a Europa, i la soja a Estats Units. A
Europa, per raons de clima òptim en el cultiu, la colza es produeix al nord d’Europa i el gira-sol
als països mediterranis. L’oli vegetal obtingut es destina majorment al sector alimentari, i
quantitats inferiors a la quarta part de la producció global es destinen a utilitzacions no
alimentaries, com la producció de glicerina, olis hidràulics, lubricants industrials, etc.
B. Cultius energètics alternatius
OO) “Flash Point” o punt d’explosivitat: És la temperatura más baixa en la qual els vapors en la superfície d’un líquid
inflamable sufreixen ignició al apropar-se una flama.
10—232

Entre les espècies no convencionals productores de llavors oleaginoses, possibles a ser
utilitzades en la producció d’olis vegetals i biodiesel, es troben: Cynara cardunculus, Brassica
carinata y Camelina sativa.
El card Cynara cardunculus és una espècie herbàcia plurianual originària de la zona
mediterrània, cultivada artificialment en algunes zones com a planta hortícola. El seu cicle
natural s’inicia a la tardor quan germina, fins a la primavera següent quan es produeix el
desenvolupament de biomassa aèria, assecant-se posteriorment a l’estiu. La producció de
biomassa d’aquesta espècie pot arribar a ser de 20 tones/ha, essent 2-3 tones només llavors.
Aquestes contenen un 25% d’olis, útils en la producció de biodiesel.
L’espècie Brassica carinata, coneguda com a colza etíop per la seva procedència, és molt
semblant a la colza europea. Presenta una gran resistència a la sequera i a moltes plagues i
malalties que afecten a la colza. A Espanya es poden obtenir rendiments de fins a 3-4 tones/ha
en secà, amb un contingut d’oli del 32%, rendiments molt superiors a altres plantes
oleaginoses.
L’espècie Camelina sativa pertany a la família de les crucíferes, i pot representar un cultiu
alternatiu al cultiu de colza als països del nord d’Europa. Aquest tipus de planta, cultivada amb
fins alimentaris des dels anys 50, ha obtingut produccions de biomassa de fins a 3 tones/ha de
llavors, amb un 43% de contingut en olis.
C. Altres matèries primes en la producció de biodiesel
Actualment, la producció de biodiesel es basa en els olis de gira-sol, colza i soja, anteriorment
mencionats. No obstant, existeixen altres matèries primes que contenen els triglicèrids
necessaris per la obtenció del biodiesel. Els olis de fregir usats i les grasses animals es
contemplen com a possibles fonts de matèries primes econòmiques i de fàcil disponibilitat, en
comparació amb els olis vegetals.
En el cas d’oli de fregir usat, la seva utilització per a la producció de biodiesel contribueix a la
seva eliminació com a residu, ja que a Espanya, com a gran consumidor d’olis vegetals,
produeix al voltant de 750.000 tones d’oli utilitzat anuals.
En quant a les grasses animals, i en concret la grassa de vaca, també pot ser susceptible
d’utilització en la producció de biodiesel. Tanmateix, alguns mètodes de producció de biodiesel
a partir d’olis vegetals no són aplicables als greixos animals, degut a diferències en les seves
propietats. La gran quantitat d’àcids grassos lliures del sèu de vaca, en la conversió per
mètodes estàndards a biodiesel produiria una esterificació incompleta. Recentment s’han
utilitzat investigacions per a resoldre aquestes dificultats metodològiques, aconseguint resultats
amb rendiments de producció de biodiesel propers al 90% [78].
Processos de producció del biodiesel
Com s’ha indicat anteriorment, existeixen quatre processos de producció de biodiesel, encara
que el de transesterificació és el més important:
• Ús directe i barreja
• Microemulsions
• “Cracking” tèrmic (piròlisi)
• Transesterificació
Els processos esmentats es descriuen a continuació:
A. Ús directe i barreja
El treball més avançat amb l’oli de gira-sol es produí a Sud Àfrica degut al embargament del
petroli. Al 1980, Caterpillar Brazil va utilitzar un motor amb cambra de pre-combustió amb na
barreja del 10% d’oli vegetal mantenint l’energia total sense cap alteració o ajust de la
màquina. Vers aquest punt, no es practicà la substitució al 100% amb oli vegetal del
combustible diesel, però fou viable una barreja del 20% d’oli vegetal i 80% de combustible
diesel. Alguns experiments a curt termini han utilitzat una relació 50/50.
10—233

La primera Conferència Internacional sobre Plantes i Olis Vegetals com a combustible fou
produïda a Fargo, a Dakota del Nord l’agost del 1982. El que es discutí primerament fou el cost
del combustible, els efectes dels combustibles d’oli vegetal en la durabilitat i rendiment del
motor i la preparació del combustible, especificacions i additius (ASAE, 1982).
Un estol diesel era mecànicament potent amb filtrat, utilitzant oli de fregir. Utilitzant una barreja
del 95% d’oli de cuina usat amb 5% de diesel, es necessita un pre-escalfament per compensar
les temperatures ambient més fredes en el motor. Aquesta via eludia problemes de formació de
carbó. La clau suggerida pel funcionament correcte del motor diesel amb la barreja d’oli vegetal
era la filtració, i l’únic problema reportat fou la contaminació que comporta l’oli lubricant (la
viscositat augmenta degut a la polimerització del olis vegetals poliinsaturats). L’oli lubricant s’ha
de canviar cada 6.440 – 7.240 km (4.000 - 4.500 milles).
Els avantatges més importants dels olis vegetals com a combustible diesel són:
10—234
• Natura líquida - portabilitat
• Contingut calorífic (80% del combustible diesel)
• Bona disponibilitat
• Renovabilitat
Els principals desavantatges són:
• Viscositat més gran que el diesel
• Volatilitat més baixa
• Reactivitat de les cadenes d’hidrocarburs insaturats (Pryde, 1983).
Els problemes només apareixen després d’haver estat operant amb olis en períodes de temps
més llargs, especialment amb motors d’injecció directa. Aquests, principalment són:
• La formació de coc i incrustacions als injectors, tapant els orificis i evitant l’abastament
ideal de combustible al motor.
• Dipòsits de carbó
• Embussament de l’anell d’oli (“oil ring sticking”)
• Espessament i gelificació de l’oli lubricant com a resultat de la contaminació pels olis
vegetals.
Les barreges d’oli de soja desgomat i combustible diesel nº2 en relacions 1:2 i 1:1 foren
provades per a estudiar els rendiments de motors i la viscositat del lubricant del càrter del
cigonyal, en un John Deerre 6-cilindres, desplaçament 6.6 L, injecció directe, motor
turbocarregat per un total de 600 h. Existeix un espessiment de l’oli lubricant i un potencial de
gelificació en barreges 1:1, però no és el cas en barreges 1:2.
Els resultats indicaren que la barreja 1:2 hauria de ser convenient com a combustible per
equips agrícoles durant períodes d’escassetat de diesel.
Dos problemes severs associats a l’ús d’olis vegetals com a combustible eren el deteriorament
de l’oli i les combustions incompletes. Els àcids grassos poliinsaturats eren molt susceptibles a
la polimerització i a la formació de gomes causades per l’oxidació durant l’emmagatzemament o
per la polimerització tèrmica causades per la combustió a temperatura i pressió elevades. La
goma no es “crema” completament, donant com a resultat dipòsits de carbó i l’espessiment de
l’oli lubricant. “L’oli de rabina d’hivern” (winter rapeseed oil) com a combustible diesel fou
estudiat degut al seu alt rendiment i contingut d’oli (45%) de “rabina d’hivern”, i l’alt contingut
d’àcid erucic de l’oli (46’7%) (Peterson et al., 1983). La taxa de formació de goma de l’oli
esmentat és cinc vegades inferior al de l’oli linoleic (75 – 85%). Les viscositats de les barreges
d’oli de rabina d’hivern amb diesel, i oli de colza amb diesel en proporcions 50/50 i 70/30, són
més altes que el nº 2 diesel (de 6 a 18 vegades). Una barreja del 70/30 d’”oli de rabina
d’hivern” i nº 1 diesel s’utilitzà per accionar exitosament un motor petit diesel d’un sol cilindre
durant 850 hores. No es va notar cap consum advers ni efectes en la lubricació.

L’oli de colza és més viscós que qualsevol altre oli vegetal provat i, com tots els fluids, la
viscositat és dependent de la temperatura. A 10ºC, la viscositat de l’oli de colza és de 100 cSt
(100 centiStokes = 1·10 -4 m 2 /s); una barreja 75/25 d’oli de colza i diesel té una viscositat de
4·10 -5 m 2 /s; una barreja de 50/50 té una viscositat de 1’9·10 -5 m 2 /s, essent la viscositat del
diesel 4·10 -6 m 2 /s (Strayer et al., 1983).
La viscositat pot ser reduïda barrejant amb etanol pur. A 37ºC, la viscositat de l’oli de colza en
barreja amb un 10% d’etanol és de 21’15 cSt (2’115·10 -5 m 2 /s), mentre que la de l’oli de colza
és de 37’82 cSt (3’782·10 -5 m 2 /s).
El cru, els olis de girasol “desengomats” i “desengomats-desencerats”, i els olis de sèmola de
cotó refinats àlcalis i degomats, foren provats utilitzant un motor amb una cambra de precombustió
d’un sol cilindre. Els resultats foren negatius. Els olis processats que eren
lleugerament millors que els petrolis crus no eren convenients pel seu ús com a combustible
alternatiu, encara que l’experiment es realitzés satisfactoriament en curt temps. Els olis no eren
convenients degut a la deposició de carbó generada i l’embrutiment de l’oli lubricant.
25 parts d’oli de girasol i 75 parts de diesel foren barrejades com a combustible diesel. La
viscositat era de 4’88 cSt a 40ºC, mentre que el valor màxim especificat ASTM és de 4’0 a 40ºC.
La barreja va ser considerada no convenient pel seu ús a llarg termini en motors d’injecció
directa. La viscositat d’una barreja 25/75 d’oli de safranó i diesel és de 4’92 cSt a 40ºC. Una
barreja al 50/50 d’oli de soja i de solvent Stoddard (48% parafines i 52% naftens) té una
viscositat de 5’12 cSt a 38ºC. Ambdós barreges d’oli de safranó i d’oli de soja van passar el test
200 h EMA (Engine Manufacturers’ Association).
Així doncs, s’ha de considerar que s’han fet nombroses proves amb olis vegetals en forma de
barreges amb altres combustibles en motors de combustió diesel donant resultats negatius.
L’evolució de la tecnologia de motors de combustió pot arribar algun dia a considerar sistemes
de combustió amb pistó alimentats amb combustible d’olis naturals.
B. Microemulsions
Per a resoldre el problema de l’elevada viscositat dels olis vegetals, s’ha estudiat la
microemulsió amb solvents com el metanol, etanol i 1-butanol. Una microemulsió es defineix
com a una dispersió d’equilibri col·loïdal de microsestructures fluides òpticament isotròpiques
amb dimensions generalment en el rang de 1 a 150 nm formades espontàniament a partir de
dos líquids normalment immiscibles i un o més “amphiphiles” ionic o no-iònic. Poden millorar
característiques d’“spray” per vaporització explosiva dels constituents de baix punt d’ebullició en
les micel·les [49].
El funcionament mecànic produït a curt termini per microemulsions iòniques i no-iòniques
d’etanol aquòs en oli de soja van donar resultats semblants al Diesel nº2, a pesar del nombre
de Cetà més baix i del contingut d’energia inferior. Les durabilitats, en aquest cas d’experiment,
no van ser determinades (Goering et al., 1982b).
Com en el cas esmentat, s’han produït gran quantitat d’experiments basats en microemulsions
de barreges d’olis amb diversos solvents. Els resultats expressats en bibliografies actuals no
enuncien barreges òptimes, si no que el camp d’estudi és obert encara avui dia.
C. “Cracking” tèrmic (piròlisi)
La piròlisi, estrictament definida, és la conversió d’una substància en un una altra per mitjà de
només calor, o calor i ajuda d’un catalitzador, en absència d’aire o oxigen, trencant enllaços
químics i generant molècules més petites. Els materials a pirolitzar poden ser olis, greixos
animals, àcids grssos naturals i ésters metíl·lics d’àcids grassos. Els materials químics, o
productes de reacció obtinguts de la piròlisi són molt variats i difícil caracteritzar.
Les propietats més importants del productes de piròlisi són representades a les Figura 10.103 i
Figura 10.104, anteriorment mostrades en l’apartat .
10—235

D. Transesterificació (alcoholisi)
La transesterificació és el procés més important i més comú en els processos de fabricació del
biodiesel. La transesterificació (altrament anomenada alcoholisi) és la reacció d’un greix o un oli
amb un alcohol formant esters i glicerol, per mitjà d’un catalitzador que millora la taxa de
reacció i el rendiment. La reacció ve mostrada a la següent Figura 10.105.
Figura 10.105. Transesterificació de triglicèrids amb alcohol
10—236
CH2-OOC-R1 R1-COO-R’ CH2-OH
CH-OOC-R2 + 3R’OH R2-COO-R’ + CH-OH
CH2-OOC-R3 R3-COO-R’ CH2-OH
Font: Adaptat de [97].
Catalitzador
Degut a què la reacció és reversible, l’alcohol en excés s’utilitza per a cambiar l’equilibri a la
banda dels productes.
Els alcohols són alcohols alifàtics monohídrics primaris i secundaris, d’un a vuit àtoms de
carboni. Els alcohols que poden ser utilitzats en el procés de transesterificació són el metanol,
l’etanol, propanol, butanol i l’amil acohol. El metanol i l’etanol són freqüentment els més
utilitzats, especialment el metanol degut als seu baix cost i les seves avantatges físiques i
químiques (alcohol de cadena més curta i polar). Per a completar estequiomètricament una
transesterificació, es necessita una relació molar 3:1, d’alcohol i glicèrids.
La reacció pot ser catalitzada per àlcalis, àcids o enzims. Entre els àlcalis s’inclouen el NaOH,
KOH, carbonats i els corresponents alcòxids de sodi i potassi, com el metòxid de sodi, etòxid de
sodi, propòxid de sodi i butòxid de sodi. Els catalitzadors àcids més utilitzats són l’àcid sulfúric,
àcids sulfònics i l’àcid hidroclòric. Les lipases són biocatalitzadors que poden utilitzar-se en el
procés esmentat. La transesterificació catalitzada amb àlcalis és més ràpida que la catalitzada
amb àcids, i és la més sovint utilitzada comercialment.
Per a una transesterificació catalitzada amb àlcalis, els glicèrids i l’alcohol han de ser anhídrids
ja que l’aigua fa que la reacció canviï a saponificació, produint sabó.
En la transesterificació catalitzada amb àlcalis es requereixen triglicèrids amb continguts baixos
d’àcids grassos lliures. Si hi ha presència de més àcids grassos lliures i el contingut d’aigua és
major, s’utilitza un catalitzador àcid.
Els punts d’ebullició i de fusió dels àcids grassos, ésters metílics, mono-, di- i tri-glicèrids
incrementen així que augmenten el nombre d’àtoms de carboni a la cadena de carbonis, però
disminueix a mesura que augmenta el nombre de dobles enllaços. Els punts de fusió
augmenten en l’ordre de tri-, di- i monoglicèrids segons la polaritat de les molècules i enllaços
d’hidrogen (veure Taula 10.48).
Taula 10.48. Propietats físiques i químiques relacionades amb la transesterificació.
⇔
Glicèrid Alcohol Ésters Glicerol
Nom Gravetat específica, Temperatura Temperatura Solubilitat (>10%)
g/ml (ºC) de Fusió (ºC) d’ebullició (ºC)
Methyl Myristate 0’875 (75) 18’8 - -
Methyl Palmitate 0’825 30’6 196’0 Àcids, benzè, EtOH, Et2O
Methyl Stearate 0’850 38’0 215’0 Et2O, cloroform
Methyl Oleate 0’875 -19’8 190’0 EtOH, Et2O
Methanol 0’792 -97’0 64’7 H2O, éter, EtOH
Ethanol 0’789 -112’0 78’4 H2O (∞), éter (∞)
Glycerol 1’260 17’9 290’0 H2O, EtOH
Font: Taula adaptada de [97].

Sobre el procés de transesterificació com a element principal de la producció de biodiesel,
s’amplia extensament al llarg de la següent bibliografia:
• Fangrui Mz, Milford A.Hanna, Biodiesel production: a review, Bioresource Technology 70
(1999), pàg 1-15
• L.C.Meher, D. Vidya Sagar, S.N. Naik, Technical aspects of biodiesel production by
transesterification – a review, Renowable and Sustainable Energy Reviews, 2004, pàg
1-21.
Especificacions del biodiesel
Des de que el biodiesel és produït en diferents escales de plantes a partir d’olis vegetals de
diversos orígens i qualitats, és necessari instal·lar una estandardització de la qualitat del
combustible per a garantir el treball i/o funcionament mecànic sense cap dificultat. Àustria va
ser el primer país del món en definir i aprovar estàndards pels ésters metílics de l’oli de rabina.
Ja que l’estandardització és un pre-requisit per una acertada introducció d’un mercat i
penetració del biodiesel, s’han definit uns estàndards o pautes per a la qualitat del biodiesel en
països com Alemanya, Itàlia, França, República Txeca i Estats Units.
Els paràmetres, que defineixen la qualitat del biodiesel, poden dividir-se en dos grups. Un grup
conté paràmetres generals, que són utilitzats en combustibles basats en el petroli mineral, i
l’altre grup, descriu especialment la composició química de la puresa dels “alkyl esters” d’àcids
grassos. La següent 10—237 conté exemples dels paràmetres generals i la Taula 10.50, els
paràmetres específics de l’oli vegetal i els corresponents valors dels ésters metílics d’àcids
grassos, acord als estàndards proposats pels diferents països.
Taula 10.49. Paràmetres generals de la qualitat del biodièsel.
Paràmetres
Àustria
(ON)
Rep. Txeca
(CSN)
França
(“journal official”)
Alemanya
(DIN)
Itàlia
(UNI)
10—237
USA
(ASTM)
Densitat a 15ºC g/cm 3
0’85-0’89 0’87-0’89 0’87-0’89 0’875-0’89 0’86-0’90 -
Viscositat a 40 mm 2 /s 3’5-5’0 3’5-5’0 3’5-5’0 3’5-5’0 3’5-5’0 1’9-6’0
Punt d’explosivitat (ºC) 100 110 100 110 100 130
CFPP (ºC) 0/-5 -5 - 0-10/-20 - -
Pour point ( (ºC) - - -10 - 0/-5 -
Nombre de Cetà ≥49 ≥48 ≥49 ≥49 - ≥47
Nombre de Neutralització
(mgKOH/g)
≤0’8 ≤0’5 ≤0’5 ≤0’5 ≤0’5 ≤0’8
Residu carbó Conradson (%)
Font: Taula Adaptada de [100].
0’05 0’05 - 0’05 - 0’05
Taula 10.50. Paràmetres específics de l’oli vegetal per a la qualitat del biodiesel.
Paràmetres Àustria Rep. Txeca
França Alemanya Itàlia USA
(ON) (CSN) (“journal official”) (DIN) (UNI) (ASTM)
Metanol/etanol (%massa) ≤0’2 - ≤0’1 ≤0’3 ≤0’2 -
Contingut ésters (%massa) - - ≥96’5 - ≥98 -
Monoglicèrids (%massa) - - ≤0’8 ≤0’8 ≤0’8 -
Diglicèrids (%massa) - - ≤0’2 ≤0’4 ≤0’2 -
Triglicèrids (%massa) - - ≤0’2 ≤0’4 ≤0’1 -
Glicerol lliure (%massa) ≤0’02 ≤0’02 ≤0’02 ≤0’02 ≤0’05 ≤0’02
Glicerol total (%massa) ≤0’24 ≤0’24 ≤0’25 ≤0’25 - ≤0’24
Iodine number (
≤120 - ≤115 ≤115 - -
Font: Taula Adaptada de [100].
Entre els paràmetres generals per al biodiesel, la viscositat controla les característiques de la
injecció als injectors diesel. La viscositat dels ésters metílics d’àcids grassos pot arribar a ser de
nivells molt alts, i és per això que cal controlar-lo dins d’un nivell acceptable per a evitar
impactes negatius al funcionament del sistema injector de combustible. Per tant, les
especificacions de la viscositat proposades són quasi els mateixos que els del combustible
diesel.

El “flash point” o punt d’explosió del biodiesel és més alt que el del petrodiesel, així doncs,
essent més segur el biodiesel pel transport.
El “Cold filter plugging point” o Punt d’Obstrucció del filtre fred (CFPP) del combustible reflexa
el treball realitzat en condicions fredes. En operar a baixes temperatures, el combustible pot
espessir-se i al no fluir adequadament pot afectar el funcionament de les línies de combustible,
bombes de combustible i injectors. CFPP defineix el límit de filterabilitat del combustible, tenint
una millor correlació que el “cloud point” per al biodiesel, així com pel petrodiesel. Normalment
el “pour point” o el CFPP són específics.
El nombre de Cetà és indicatiu en les característiques d’ignició. El nombre de Cetà mesura la
facilitat d’ignició i la uniformitat de la combustió. El nombre de cetà afecta a un nombe de
paràmetres de realització mecànica com la combustió, estabilitat, “fum blanc” (white smoke),
soroll, “driveability” i les emissions de CO i HC. El biodiesel té un nombre de cetà més elevat
que el combustible diesel convencional, resultant una eficiència en la combustió més elevada.
El nombre de neutralització s’especifica per assegurar les propietats apropiades d’envelliment
del combustible i/o el bon procés industrial. Reflexa la presència d’àcids grassos lliures o àcids
utilitzats en la fabricació del biodiesel i també la degradació del biodiesel degut a efectes
tèrmics.
El Residu de carbó del combustible és indicatiu de la tendència a dipositar carbó del
combustible. El Residu de Carbó de Conradson per al biodiesel és més important que en del
combustible diesel, degut a què mostra l’elevada correlació amb presència d’àcids grassos
lliures, glicèrids, sabons, polímers, àcids grassos altament insaturats i impureses inorgàniques.
La presència d’un elevat nivell d’alcohol al biodiesel causa un accelerat deteriorament dels
segells naturals de cautxú i juntes de culata. Per tant, es requereix un control del contingut
d’alcohol al biocombustible. El biodiesel consisteix principalment en estérs alquílics d’àcids
grassos i les seves quantitats són especificades segons les especificacions de diferents països.
La presència de mono- di- i tri-glicèrids causen problemes de motor com embussaments del
filtre de combustible afectant les propietats del combustible, i són especificats en la majoria
d’estàndards de biodiesel [100].
Tecnologies de producció del biodiesel
Basant-nos en el document adjunt al treball, Biodiesel Production Technology, propietat del
National Renewable Energy Laboratory, Agost 2002 - Gener 2004, a continuació es descriuen
les tecnologies més importants que caracteritzen la producció industrial del biodiesel. Per a més
informació, cal adreçar-se a l’Annex V adjunt al present document, ampliació extensa de la
informació estesa en l’apartat principal de producció de Biodiesel.
De processos de producció de biodiesel es descriuen 5 tipus:
A. Batch processing
És el mètode més simple per a produir alcohol a esters, utilitzant un tanc reactor amb barreja.
Les ratios d’alcohol a triglicèrids varien des de 4:1 a 20:1, on la proporció més comú
industrialment utilitzada és la 6:1. El reactor pot ser equipat amb un condensador amb reflux.
La temperatura d’operació és normalment de 65ºC, encara que també s’han notificat de 25 a
85ºC (veure Figura 10.106).
10—238

Figura 10.106. Batch Reaction Process
B. Sistema de procés continu
Es tracta d’una variació del procés anterior, on s’utilitzen Reactors de Tanc amb Barreja
Contínua (CSTR) en sèrie. Aquests reactors són adequats volumètricament per adaptar el temps
de residència a la reacció (veure Figura 10.107). El reactor PFR (Plug Flow reactor) es comporta
com si fossin petits CSTR junts. El temps de residència en aquest reactor varia de 6 a 10
minuts, treballant a temperatura i pressió elevades per augmentar la velocitat de reacció.
Figura 10.107. Sistema PFR
C. Sistemes “high free fatty acid”
Els àcids grassos de l’aliment base al sistema reaccionen amb el catalitzador formant sabó. El
catalitzador reacciona amb un 2% dels àcids grassos totals, i és per això que cal “refinar”
l’aliment base per extreure els àcids grassos i disposar o separar el tractament en una unitat
d’esterificació àcida. Se li afegeix “càustic” a l’aliment base per a separar els sabons que es
formarien i es separen a través d’una centrífuga.
Els olis refinats són assecats i enviats a la unitat de transesterificaió per a processar-los. Els
processos catalitzats amb àcids són utilitzats com a esterificació directa dels àcids grassos
lliures, greixos que es troben en diversa proporció depenent del material a tractar. En els
processos d’esterificació directa cal una eliminació de l’aigua durant la reacció.
Una variació del sistema catalitzador àcid (Figura 10.108) és l’utilitzat amb catalitzador bàsic,
utilitzant un llit de carbonat càlcic (Figura 10.109).
10—239

Figura 10.108. Procés d’Esterificació Directa amb catalitzador àcid
Figura 10.109. Sistema Reactor amb catalitzador base, de llit fixat
D. Sistemes no-catalitzats. Procés biox
Aquest procés utilitza un co-solvent per a solubilitzar el metanol. El resultat és una reacció
ràpida, de l’ordre de 5 a 10 minuts, sense residus de catalitzador a l’éster o a la fase glicerol. El
sistema requereix una temperatura d’operació baixa de 30ºC. El co-solvent ha de ser eliminat
completament de la glicerina, així com del biodiesel (Figura 10.110).
Figura 10.110. Procés Co-Solvent Biox
10—240

E. Sistema no-catalitzat. Procés supercrític
Quan un gas o fluid es sotmet a temperatures i pressions en excés al seu punt crític, hi ha un
nombre de propietats inusuals exhibides. Els solvents, que contenen un grup hidroxil (OH), tal
com l’aigua o alcohols primaris, prenen propietats super-àcides.
Un enfocament no-catalític és l’ús d’una ratio elevada d’alcohol a oli (42:1). Sota condicions
supercrítiques (350 a 400ºC i >80 atm o 1200 psi) la reacció es completa en 4 minuts. Els
costos operatius i capitals poden ser molt alts, i també el consum d’energia.
La següent Figura 10.111 dona una idea de configuració d’un procés d’esterificació supercrític.
Figura 10.111. Procés d’esterificació supercrític
Dades econòmiques sobre el biodiesel
La producció de biodiesel, òbviament, varia entre els països de la Unió Europea, i a la resta del
món. Segons el següent Figura 10.112, Espanya es troba en un nivell de producció molt inferior
respecte a altres països.
Figura 10.112. Producció i capacitat de Biodiesel a països de la UE, al 2002
Font: [101]
La producció de biodiesel a partir de gira-sol i grana de colza, a Europa ha augmentat
progressivament des de 1992, com mostra el següent Figura 10.113.
10—241

Figura 10.113. Evolució de la producció de biodiesel a Europa des de 1992
Font: [101].
Tanmateix, la producció del biodiesel depèn d’uns costos, independentment dels recursos o
materials d’entrada que es necessitin per a la producció. Les capacitats de producció depenen
de les tecnologies emprades, així com de les dimensions en què abasta la producció (escala
laboratori, pilot, industrial, comercial). La següent Taula 10.51, reprodueix els costos propis de
6 plantes productores de biodiesel.
Taula 10.51. Comparació en els costos de producció de 6 plantes productores de biodièsel.
Planta A B C D E F
Procés batch batch Cont. batch Cont. Cont
Inversió Mill.€ 1’533 10’225 1’278 12’782 25’564 10’225
Capacitat t/any 2.000 15.000 8.000 75.000 125.000 80.000
Capacitat diària t/dia 10 50 20 200 350 250
Qualitat oli Ref.deg. Ref.deg. Crude.deg. Ref.deg. Ref.deg. Crude.deg.
Glyc.prep. Cont.% 60 80/99’5% 80 90 92 80/99’7
Personal 3 8 6 15 20 12
Oli veg., ref.deg. 2.100 15.600 8.240 77.250 131.250 77.250
en % de 105 104 103 103 105 103
Biodiesel t/any 2.000 15.000 8.000 75.000 125.000 75.000
Glicerol 99’5/80/60 0 1.295 783 7.339 12.469 6.953
% d’oli, ref.deg. 0’00 8’30 9’50 9’50 9’50 9’00
Àcids grassos, 80% 80 480 192 1.800 5.000 1.800
Electr. 0’08€/kWh kWh/t 105 75 40 60 60 30
Vapor 15’34€/t Kg/t 650 650 300 600 1.200 350
Metanol
15’34/13’30€/kg
Kg/t 156 120 120 120 115 115
Catalitzador
43’45/92’03€/kg
Kg/t 14 10 4 4 3 4
Àcid
38’35€/kg
Fosfòric Kg/t 43 43 10 10 10 10
Adsorbant 0’56€/kg Kg/t 0 0 5 0 0 5
Depreciació
(10 anys)
€/t 76’694 68’170 15’978 17’041 20’452 13’631
Interès 6’0% (1/2) €/t 23’008 20’452 4’796 5’113 6’135 4’090
Personal €/t 61’355 21’817 30’677 8’181 6’544 6’135
Metanol €/t 23’928 18’406 15’952 15’952 15’287 15’287
Energia+Química €/t 47’780 41’031 17’997 21’423 29’297 16’208
Manteniment 3% €/t 23’008 20’452 2’556 5’113 6’135 5’113
10—242

Overheads €/t 38’347 10’226 7’669 5’113 5’113 5’113
Costos d’operació
totals
€/t 293’99 200’43 95’611 77’716 88’965 65’445
-Glicerol, 125/60 €/t 0 -55’219 -30’166 -30’166 -30’677 -55’731
-Àcids Grassos, 55 €/t -11’248 -9’203 -6’647 -6’647 -11’248 -6’135
+Pèrdua d’oli, 90 €/t 23’008 18’406 13’805 13’805 23’008 12’782
Sobrecàrrega
base a l’oli
en €/t 305’752 154’921 72’603 55’219 70’047 16’873
Font: Adaptat de [102]
Els resultats mostren com els costos d’operació disminueixen en funció de la capacitat, mostrant
diferències entre tecnologies. Així doncs, entre la planta D i F, amb cadascuna dos tecnologies
diferents, i capacitats productores semblants, els costos operatius són inferiors en un tipus de
tecnologia que en un altre, és a dir, en el sistema de procés continu, i no el de batch. El
consum d’energia en els sistemes continus són menors, pel que els costos es diferencien més, i
cal menys manteniment que en sistemes batch, més simples.
10.6.4. PRODUCTES QUÍMICS A PARTIR DE LA BIOMASSA
La informació que es disposa en aquest apartat és present en forma d’Annex VI, en format pdf.,
document adjunt caracteritzat per la definició de tots els productes químics que es poden
obtenir a partir de la biomassa, incloses les característiques dels components en forma de
taules explicatives [103].
10—243