Capítulo 4: Cáñamo y energía
4. CÁÑAMO Y ENERGÍA Este capítulo describe el cáñamo y su potencial en el sector sector de la energía, energía, tanto en el campo del aprovechamiento mediante la incineración de la biomasa lignocelulósica, o la obtención de biocombustible a partir del aceite de sus cañamones.
4.1- Cultivo energético Este apartado describe los antecedentes del cáñamo como cultivo energético así como las diferentes vías de procesamiento de su biomasa.
4.1.1- Antecedentes El cáñamo es una planta versátil, perfilándose como un posible cultivo energético, gracias a su elevada productividad, alto contenido en aceite y con un potencial impacto ambiental bajo, en su ciclo de vida, (ver tabla 4.1);
Tabla 4.1: Cáñamo como cultivo energético Características interesantes Alta productividad de materia vegetal, vegetal, de 4.500 kg./ha en cultivo de secano secano a 12.000 kg./ha en regadío Producción de semilla: 0’5 a 2.000 Kg de semilla / ha, con un alto contenido en aceite, un 30% del peso Producción de aceite: 363 litros /ha o 305 kg./ha Adaptable al medio que lo sustenta, se trata de un cultivo poco exigente en cuanto a nutrientes y no necesita tratamientos fitosanitarios.
Fuente GORCHS 2000 DIPPENAAR 1996 CALLAWAY 1996 PATE 1996 www.hort.purdue.edu BIEWINGA 1996
(Elaboración propia, sobre la base de las l as fuentes citadas)
Cáñamo como fuente energética Una revisión de la bibliografía sobre el tema, muestra numerosas citas y antecedentes de un aprovechamiento energético del del cáñamo, cáñamo, tanto como fuente de biomasa vegetal como biocombustible líquido para motores de combustión. Las ventajas del cultivo de cáñamo respecto a otros cultivos, es su alta producción de biomasa vegetal y su alta adaptabilidad al medio. - Desde una perspectiva global, el planeta, el clima, y los tipos de terreno, el cannabis es por lo menos cuatro veces más rico en potencial de celulosa, 81
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biomasa renovable, que sus competidores del reino vegetal, (maíz, caña de azúcar, kenaf, árboles, etc.)” (GOLD, 1990). - El cáñamo es un cultivo herbáceo anual, de ciclo rápido y alta producción de biomasa, de 5 a 18 tn de paja seca/ha según la disponibilidad de nutrientes y agua. También es es interesante saber saber que sus cañamones poseen un 30% de aceite, susceptible de ser usado como biodiesel. Lo normal es obtener de 0’5 a 1 tn de semillas/ha (PATE, 1996). - Una vez compactada, la planta entera puede usarse como combustible sólido, son varias las tecnologías para la transformación en biocombustible, el aceite puede utilizarse como biodiesel. En condiciones óptimas el cáñamo puede alcanzar las 18 tn/ha. El cáñamo ha de considerarse considerarse como importante cultivo energético. Variedades de cáñamo ricas en aceite pueden llegar a dar unos 600 litros/ha de aceite. ( BASSAM, 1998). - Cada semilla de cáñamo contiene un 30% de volumen oleico. Este aceite fue usado para hacer carburante diesel de alto grado, para motores de aviación y máquinas de precisión. A lo largo de la historia el aceite de cáñamo se usó en lámparas (HERER, 1990). - “Una planta construida por menos de 100.000 euros, podría generar hasta 11.000 litros de cañamobiodiesel al día, y venderlos a 0’40 euros/l”. Tod Swearingen, de la compañía Appal Energy (Ohio, EEUU) (Cáñamo nº 63 2002) - Se puede obtener metano del cáñamo, igual que de otras plantas herbáceas, como maíz, o caña de azúcar 1. Este metano se consume del modo habitual, como otro combustible gaseoso (HERER, 1990). - El cultivo de biomasa de un 6% del territorio de los EEUU, abastecería las necesidades energéticas de toda América… El problema son los intereses de las Compañías de suministro energético, ellas poseen la mayoría de empresas petroquímicas, farmacéuticas, alcoholeras, tabaqueras. Intereses comunes con aseguradoras y bancos. (HERER, 1990). - En el 1941 Henry Ford fabricó un coche experimental, de cuerpo plástico, hacía paneles con mezcla de 70% fibra de celulosa de cáñamo y 30% resina de cemento. El carburante era extraído también de esta planta, concretamente del aceite de las semillas. (HERER,1990)
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Todos los residuos orgánicos (basura de cocina, restos vegetales y animales, aguas servidas, aserrines y virutas, bosta y excrementos) son adecuados para ser fermentados anaeróbicamente (en ausencia de oxígeno). Las bacterias van consumiendo así el carbono y el nitrógeno y como resultado se produce una combinación de gases formado por un 70% de metano, 20% de anhídrido carbónico y un poco de monóxido de carbono y anhídrido sulfuroso. La materia prima se mezcla en partes iguales con agua, se cierra la boca de carga y de esta manera comienza el proceso. Al pasar un tiempo determinado, empiezan a producirse gases como producto de la digestión. (MARTINA et al, 1997) Ciencias Ambientales UAB
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4.1.2- Aprovechamiento energético del cáñamo Son varios los modos de obtener energía a partir de un cultivo vegetal, el aprovechamiento energético del cáñamo puede seguir dos vías (ver figura 4.2): 1- De tallos, raíces y hojas, mediante métodos de pirólisis, gasificación o combustión, obtenemos electricidad y calor. Es lo que se conoce como aprovechamiento térmico de biomasa. 2- Obtención de un biodiesel a partir del aceite de sus semillas y del etanol de su celulosa. Tendríamos un biocombustible para vehículos de motor diesel. La producción de energía se encuadra en un aprovechamiento integral de la planta de cáñamo, la extracción del aceite para biodiesel es compatible con el uso actual que se le está dando a la fibra (papel) y a la l a cañamiza (construcción, caballerizas). Incluso supondría un respiro a la industria cañamera, ya que depende peligrosamente de una ayuda europea que tiende a desaparecer.
Figura 4.2: Vías del aprovechamiento energético del cáñamo
Aprovechamiento energético del cáñamo
Tallos y hojas
Semillas Tortas deshidratada
Aprovechamiento Aprovecha miento térmico térm ico
Combustión
Electricida
Pirólisis
Calor
Residuos
Aceite
Etanol
Gasificación
Emisiones a la atmósfera
transesterificación
biodiesel
Glicerina
(Elaboración propia, fuente: BASSAM 1998)
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4.2- Aprovechamiento térmico: biomasa residual sólida del cultivo de cáñamo En este subcapítulo se define el término biomasa, se describen las experiencias en el Estado Español
4.2.1- Biomasa Biomasa es cualquier sustancia orgánica renovable de origen animal o vegetal (ver figura 4.3). Cuando se habla de biomasa, en relación con energías alternativas, se habla habla de materia materia que se quema quema para obtener obtener electricidad y calor (ver tabla 4.4).
Figura 4.3: Definición de biomasa
(Fuente: www.cps.unizar.es, 2003)
Tabla 4.4: Técnicas del aprovechamiento térmico de la biomasa vegetal Técnica
Descripción
Temperatura de trabajo
Combustión Incineración controlada con un exceso de aire a un 70% Superiores a los con relación a la necesaria estequimétricamente 850 ºC La descomposición térmica de cualquier material, gas, Pirólisis 200-1100 ºC Gasificación
liquido o sólido, sometido a altas temperaturas y en una atmósfera libre o con déficit de oxigeno Es un proceso entre la pirólisis y la combustión, tiene lugar en una atmósfera con una concentración de oxígeno inferior a la estequiométricamente necesaria
600-1500 ºC
(Elaboración propia, fuentes: BASSAM 1998, NADAL 2001)
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4.2.2- Experiencias españolas del aprovechamiento energético de la biomasa residual Estas tres técnicas pueden tanto combinarse como aplicarse por separado. Las experiencias en el Estado Español son variadas en este campo, solo citar un par de ejemplos; en Mora del Ebro hay una planta de producción de energía eléctrica a partir de la gasificación de residuos sólidos como la cáscara de almendra, “a partir de las reacciones controladas de la cáscara de almendra en nuestro reactor termoquímico se genera gas, que se utiliza para hacer un motor de explosión acoplado a un generador eléctrico” (www.energiaverde.com, 2002). Otro ejemplo lo encontramos en Allaríz (Pontevedra), donde han instalado un sistema de cogeneración ( se obtiene calor y energía) con aprovechamiento de residuos forestales forestales del monte, que funciona funciona con un horno de combustión, combustión, caldera de vapor y turbogenerador para la producción de energía eléctrica.
4.2.3- Biomasa de cáñamo Lo que estamos estamos estudiado es es cultivar cáñamo para producir biomasa, biomasa, ya que genera gran cantidad de materia vegetal; de 4 a 12 toneladas por hectárea en 3-5 meses (DIPPENAAR 1996). Una alta productividad de materia seca en comparación con otros cultivos anuales alternativos. La conversión de biomasa en energía por pirólisis, produce una limpia combustión de carbón vegetal que reemplaza al carbón mineral o hulla. Tiene un alto valor calorífico neto, pocas cenizas y bajo contenido de materiales indeseables como sulfuro. En un cultivo de cáñamo, el CO2 lo respiran las plantas vivas, vivas, después cuando se quema, el CO2 es devuelto a la atmósfera, cerrando el ciclo. Además el carbón vegetal no contiene azufre, causante de lluvias ácidas. Es una fuente de energía limpia y renovable. Debemos comparar el cáñamo con otros cultivos energéticos, como el maíz, el chopo o el sauce. Las siguientes tablas han sido extraídas de “Sustainability of energy crops in Europe” estudio realizado por el Centre for Agriculture & Environment, donde se compara bajo diversas ópticas diferentes cultivos energéticos, sus costes, producciones y energía obtenida. Es estudio se hizo en cuatro regiones, nosotros por proximidad escogemos los datos del Sur de Portugal (tablas 4.5, 4.6).
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Tabla 4.5: Producción materia seca Cultivo
Producción Secano (tnMS /ha)
Producción Regadío (tnMS/ha)
2’4 4’0 3’7 4’1 4’1
9’6 13’1 12’1 13’2 13’2
Trigo invierno Maíz Cáñamo Chopo Sauce
(Fuente: BIEWINGA, BIJL 1996, datos del Sur de Portugal)
Tabla 4.6: Energía producida (en GJ fósiles por hectárea) por diferentes estrategias
Ruta Gasificación / cogeneración
Gasificación
Cultivo Electricidad Calor (GJ/ha) (GJ/ha)
Total (GJ/ha)
Maíz
185
124
309
Cáñamo Chopo Sauce
134 88 98
90 59 65
224 127 153
maíz cáñamo chopo sauce
278 201 132 146
278 201 132 146
(Fuente: BIEWINGA, BIJL 1996, datos de Holanda)
Menor necesidad de fertilizantes en el cultivo de cáñamo En las dos rutas comparadas, se observa que es el maíz el cultivo que produce más GJ/ha, seguido por el cáñamo, sauce y chopo. Pero si no solamente nos fijamos en la energía producida sino también en la energía consumida, apuntar que el maíz consume más nutrientes que el cáñamo, por lo cual ambos cultivos son interesantes desde un punto de vista energético, sin embargo el cáñamo es menos exigente que el maíz, en cuanto a nutrientes (ver tabla 4.7). Es lo que se busca, un cultivo que tenga una alta producción y pocas exigencias, recordar que el cáñamo se presta a un manejo ecológico de la plantación, por lo cual no hay gastos de herbicidas herbicidas ni pesticidas.
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Tabla 4.7: Costes de fósforo (P) y potasio (K) Cultivo Maíz Cáñamo Chopo Sauce
Fósforo (kg P/ha) Potasio (kg k/ha) 8 3 8 6
56 35 36 34
(Fuente: BIEWINGA, BIJL 1996, datos del Sur de Portugal)
4.3- Biodiesel procedente de los cañamones En este apartado se describe la reacción química para hacer biodiesel y una experiencia real de biodiesel procedente del aceite de los cañamones.
4.3.1- Elaboración del biodiesel Biodiesel es un combustible combustible obtenido a partir de aceites de origen vegetal que funciona en cualquier motor Diesel sin realizar modificaciones. La semilla de cáñamo es rica en aceite, entre un 25-30%. Normalmente se obtienen de 0’5 a 2 tn de semillas / ha. Ambos datos hacen que considere la idea de hacer biodiesel a partir de cañamones. Una vez obtenido este aceite, necesitamos etanol (CH3CH2OH) o metanol (CH3OH), y hidróxido sódico (NaOH) como como reactivo reactivo (www.journeytoforever.org, (www.journeytoforever.org, 2002). El El metanol podría obtenerse de la propia celulosa del cáñamo mediante una fermentación anaeróbica (MARTINA et al, 1997). La reacción química es la siguiente: 99 Kg. de aceite vegetal + 14 Kg. de metanol 100 Kg. éster metílico + 13 Kg. glicerina (www.gencat.net 2002) →
→
El proceso se puede realizar tanto a nivel casero como industrial.
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4.3.2- Cañamodiesel en la actualidad Actualmente, el único productor de biodiesel biodiesel de cañamones es Tod Tod Swearingen de Appal Energy, una una pequeña compañía compañía en el sureste sureste de Ohio (EEUU). (EEUU). Según datos de Appal Energy, una planta construida por menos de 100.000 € podría generar hasta 11.000 litros de biodiesel al día y venderlos a 0’40 euros/l, los beneficios amortizarían la inversión en menos de un año (Cáñamo nº63, 2002).
Imagen 4.8: The hemp car 2
(Fuente: www.hempcar.org)
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Proyecto de un grupo de activistas cannabicos de Virginia que durante el verano del 2002 recorrieron parte de Estados Unidos con un coche, concretamente un Mercedes Benz, cuyo combustible era este cañamodiesel; The Hemp Car (el coche de cáñamo ). Ciencias Ambientales UAB
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