CURSO ON-LINE SOBRE LA BIOMASA: “Aplicaciones Energéticas De La Biomasa”
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UNIDAD 11 CASOS PRÁCTICOS 1 Página 1. Introducción................................................................................................... 3 2. Cuestiones relacionadas con el uso de la biomasa......................................
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3. Etapas de un proyecto de biomasa.............................................................. 22 3.1. Estudio de potencial de biomasa.............................................................................
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3.2. Caracterización de biomasa....................................................................................
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3.3. Logística de biomasa............................................................................. …..............
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3.4. Selección de la mejor tecnología de aprovechamiento..........................................
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3.5. Implantación de instalaciones de aprovechamiento energético...........................
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3.6. Investigación.............................................................................................................
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3. Conclusión..................................................................................................... 29 Bibliografía........................................................................................................ 30 .
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1. INTRODUCCIÓN. Una de las barreras que frenan el desarrollo del aprovechamiento energético de la biomasa es el gran desconocimiento que sobre el sector existe. Por ello en esta unidad se pretende recoger una serie de preguntas habituales sobre la utilización de la biomasa y sus respuestas con el fin de resolver las posibles dudas que un usuario puede plantearse. Finalmente, se muestra las etapas que un proyecto de viabilidad requiere para conocer previamente a la implantación de una instalación de biomasa, su factibilidad, tanto técnica como económica.
2. CUESTIONES RELACIONADAS CON EL USO DE LA BIOMASA. Sobre su uso térmico 1) ¿Puedo sustituirse una caldera de gasoil/propano por una de biomasa? El cambio de caldera sólo implica la adquisición de la caldera y del nuevo combustible, manteniéndose el resto de instalaciones: radiadores, suelo radiante, aerotermos, acumulador de ACS, etc. 2) ¿Caldera o estufa de pelets? Una estufa normalmente no llega a alcanzar la potencia calorífica que necesita una vivienda y que sí puede aportar una caldera, y por tanto, no podrá sustituirla como generador de calor para un edificio, centro o vivienda grande. Las estufas de pelets suelen tener unas potencias entre 5-12 kW, lo que limita su uso a calefactar pequeñas casas de fin de semana, salas concretas de una vivienda o centro, o para sustituir una antigua chimenea de leña en el salón.
Figura 1. Caldera y estufa de biomasa.
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3) ¿Qué caldera de biomasa es mejor? En la actualidad se comercializan muchas marcas de calderas que difieren en la tecnología y potencia empleada (50-500 kW) y, por tanto, en el coste así como en la robusted y automatización. Las más usuales son: a) Equipos compactos: están diseñados para el uso doméstico y no industrial, incluyen todos los sistemas de limpieza automática, encendido eléctrico, etc. b) Calderas con alimentador inferior: son calderas muy bien adaptadas para combustibles con bajo contenido en cenizas (pelets, astillas). c) Calderas con parrilla móvil: son más caras pero tienen la ventaja de poder utilizar biomasa con un alto contenido en humedad y cenizas. Generalmente se utiliza con potencias superiores (1.000 kW). d) Calderas de gasóleo con sistema de combustión de pelets: tienen un precio menor pero presentan algún inconveniente, como que la potencia se reduce alrededor del 30% y la limpieza de la caldera no puede ser automática. e) Calderas adaptadas con sistemas de combustión en cascada: el sistema de combustión se encuentra fuera de la caldera. Debido a su diseño, la llama generada para la combustión de la biomasa es similar a la de una caldera tradicional, como puede ser la de carbón o gas natural. 4) ¿Cuánto se puedo ahorrar con una caldera de biomasa? Estará en función de las horas de funcionamiento de la caldera, del combustible sustituido y del precio que se pague por la biomasa. La reducción será debida fundamentalmente al precio inferior de la biomasa con respecto a los combustibles fósiles y a su tendencia a mantenerse estable mientras que el coste de los combustibles fósiles tiende a la subida. Por otra parte, existen ayudas para la adquisición de instalaciones de biomasa para uso doméstico (viviendas, bloques de edificios y edificios públicos), industrial y redes de calefacción centralizada. Página 4
Por otro lado, y según lo anunciado recientemente por la Junta de Castilla y León, el próximo año existirá una desgrabación en el Impuesto de Renta de las Personas Físicas por las inversiones en ahorro energético en los hogares, que será efectiva hasta un máximo de 5.000 euros de inversión.
5) ¿Cómo funcionan las subvenciones? Desde el 2006 cada Comunidad Autónoma gestiona los programas de ayuda para el fomento de las energías renovables. Dentro de estos fondos de ayuda hay una partida presupuestaria considerable para estufas y calderas de biomasa. La subvención para este tipo de energía renovable varía, dependiendo de la Comunidad Autónoma, entre un 30 y un 50% del coste total de la instalación. En Castilla y León, el organismo que se encarga de gestionar las ayudas es el EREN siendo la cuantía subvencionable para el sector doméstico e industria ganadera o agrícola del 40% y para otros tipos de industrias del 30%.
6) ¿Con que biomasas funcionan las calderas de biomasa? Las calderas utilizadas en industrias y en centrales de biomasa para generación eléctrica admiten una gran variedad de combustibles, ya que no precisan ser alimentadas con biomasas de la calidad de las calderas domésticas. Sin embargo, para el caso de las aplicaciones térmicas domésticas, se precisa de un combustible de calidad y compatible con la caldera. Será el distribuidor de la caldera quien indique los tipos de biomasa a utilizar, existiendo en el mercado calderas específicas para un tipo de combustible o biomasa, así como calderas policombustibles que admiten cualquier tipo de biomasa: pélet de madera, hueso de aceituna seco, cáscara de almendra triturada, etc. En general, las calderas funcionan con biomasas secas de granulometría no superior a 8 mm, siendo los pelets un combustible ideal por la facilidad que presenta su transporte, almacenamiento y manipulación.
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Figura 2. Diferentes biomasas para su uso en calderas.
7) ¿Dónde puedo encontrar biomasa? Generalmente los distribuidores de calderas también suministran biomasa por lo que con la compra de la caldera se tendrá garantizado el combustible cada vez que se precise, existiendo además distribuidores especifícos de biomasa. En el caso de los pelets, los formatos en los que se suministran son varios. Exiten bolsas de pelets de hasta 15 kg disponibles en hipermercados o gasolineras, otras de mayor tamaño, denominadas “big bag”, que pueden alcanzar los 1.000 kg, o incluso se pueden adquirir a granel siendo transportados en camiones normales o en camiones cisterna hasta un silo de almacenamiento. El camión neumático lleva incorporado un sistema que proporciona un ticket al usuario con la cantidad en kg de biomasa que se han descargado en la instalación del usuario a modo de albarán, a la espera de recibir la factura de la empresa suministradora.
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Figura 3. Distribución pelets en camiones cisterna.
8) ¿Qué precio tiene la biomasa? En usos domésticos la diferencia de precio oscila entre los 60 €/t de las biomasas menos elaboradas y empleadas en grandes redes de calefacción y los 200 €/t para pelets envasados con destino a caldera o estufa de viviendas unifamiliares. En concreto, el precio de pélet puede variar desde los 120 hasta los 300 €/t en función del país, de las tasas impositivas y del sistema de compra. En España, ronda los150-300 €/t según la cantidad comprada, la materia prima del pélet, la distancia al consumidor y la forma de suministro: ➢
A granel: 150 €/t.
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Ensacado: Palet/s de 70 sacos de 15 kg a 4,5-5 €/saco (incluido el IVA y el transporte.
9) ¿Qué autonomía da la biomasa como combustible? Aproximadamente un kg de pelet tiene la mitad de poder calorífico que un litro de gasoil por lo que se necesitan dos kilos de pelets u otro tipos de biomasa para producir la misma energía que un litro de gasoil. Si en un año una caldera consume 2.000 l de gasoil, se necesitarán 4.000 kg de pelets que ocupan un volumen de 6 m3 (dato aproximado).
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10) ¿Cuánto espacio necesita una caldera de biomasa? Las calderas de biomasa por lo general son muy compactas: unos 140 cm de altura por unos 40 cm de anchura con una profundidad de unos 70 cm, aunque sus dimensiones dependen del modelo. Sin embargo, la caldera precisa de un lugar amplio y seco para el almacenamiento del combustible, lo cual puede ser un problema en edificios con salas de calderas pequeñas y poco espacio aprovechable. Por ello, es necesario buscar otras instalaciones para el almacenamiento como pueden ser depósitos dentro del edificio, una habitación cerrada próxima a la caldera o en un almacén separado del edificio. Dependiendo de las instalaciones existentes o la disponibilidad de espacio, las alternativas para el almacenamiento de la biomasa son varias: a) Contenedor de almacenamiento: Este sistema es la opción más razonable para usuarios que dispongan de poco espacio. Gracias a la dimensión del contenedor (de hasta 300 kg) se puede conseguir largos periodos de autonomía de la caldera. b) Silo textil: Este sistema es óptimo en lugares en los que haya espacio suficiente para su instalación. El silo de lona está soportado por una estructura metálica, es permeable al aire pero no al polvo, y es antiestático. Se puede instalar tanto en el interior como en el exterior del edificio; se rellena de biomasa por la parte superior y la alimentación a caldera es por la parte inferior mediante un tornillo sinfín. La capacidad de estos silos está entre 2 y 5 toneladas de combustible.
Figura 4. Silo textil.
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c) Depósito subterráneo: Cuando no existe espacio suficiente para el almacenamiento del combustible, se podrá utilizar este tipo de depósito en el exterior de la vivienda, que mediante un sistema neumático transporta los pelets a la caldera. d) Silo de almacenamiento de obra: En este sistema se dan dos casos distintos: silo con suelo inclinado con un tornillo sinfín que transporta el combustible a la caldera, o silo con un sistema de alimentación neumática que permite que el silo esté situado hasta a 30 m de la caldera.
Figura 5. Silo de almacenamiento. El sistema de almacenamiento tiene una influencia directa en el tipo de transporte y en los sistemas de suministro. Los silos sobre el terreno necesitan vehículos de suministro que puedan descargar lanzando el combustible sobre la pila. Los silos subterráneos se pueden llenar con cualquier tipo de vehículo volquete o caja basculante. 11) ¿Cómo hacer llegar el combustible almacenado hasta la caldera? El combustible puede ser transportado desde el lugar de su almacenaje hasta la caldera de distintas formas. Cuando hay poco espacio disponible, o el combustible tiene poca densidad, la opción más acertada es un suelo con rascadores horizontales hidráulicos. Este sistema tiene un mayor coste pero optimiza el volumen del silo.
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Los rascadores giratorios (lamas de acero) son más baratos y pueden utilizarse con una gran variedad de combustibles (piña troceada, astillas de madera, etc.). El silo de almacenamiento debe ser redondo o cuadrado para evitar espacios Un sistema muy utilizado es una combinación del suelo inclinado y un tornillo sinfín. La biomasa va deslizándose hasta finalizar en el canal donde se encuentra el tornillo que la transporta a la sala de calderas. La desventaja principal de este sistema radica en los espacios muertos existentes debajo de las rampas inclinadas. Es muy importante la inclinación y altura de las rampas, pues la biomasa puede atascarse si el diseño no es el adecuado. El sistema más barato es el suelo inclinado con un sistema de alimentación neumático, pero sólo admite pelets o combustibles de tamaño y forma muy homogénea. La alimentación neumática permite que el silo de almacenaje o depósito se encuentre a una distancia de hasta 15 m desde la sala de calderas, gracias a una manguera. El lugar de almacenaje debe de ser estrecho y largo, para evitar los posibles puntos muertos. Otra opción es una variación del último sistema explicado. Son los tornillos sinfín flexibles, cuyo funcionamiento es similar al neumático. Es muy útil para combustibles con impurezas que puedan atascar un tornillo rígido. El único inconveniente que puede dar lugar a algún problema es la abrasión del tornillo sinfín. 12) ¿Es posible conservar la antigua caldera funcionando si se instala una caldera de biomasa? Es posible montar un bypass o un sistema de control de tal manera que si la caldera de biomasa deja de funcionar o se prefiere volver a la instalación primera, ambas opciones sean posibles. 13) ¿Qué necesidades precisa la caldera de biomasa para su funcionamiento diario? Las calderas de biomasa son totalmente automáticas, necesitando en algunos modelos que el usuario ponga el combustible en el depósito mientra que si se cuenta con un silo, ya no es necesaria una recarga manual. Por otro lado, al quemar biomasa se produce cierta cantidad Página 10
de ceniza que es recogida de manera totalmente automática en un cenicero que ha de vaciarse, pudiendo ser utilizada como abono para el jardín o ser desechada en la basura normal al no ser contaminante. Aproximadamente se produce un kg de ceniza por cada 100 kg de biomasa combustionados. En cuanto al almacenamiento, se precisa mantenerlo ventilado para evitar que la humedad provoque la aparición de mohos y un menor rendimiento de la caldera. 14) ¿Contaminan las calderas de biomasa? La gran diferencia al combustionar biomasa, en lugar de derivados del petróleo, es que el CO2 emitido es neutro, es decir no se incrementa el nivel de CO2 ni del CO de la atmósfera ya que el carbono emitido es el mismo que volverá de forma natural, por fotosíntesis, a las plantas mientras que al quemar combustibles derivados del petróleo (gas natural incluido) estamos sacando un carbono que llevaba millones de años enterrados y lo estamos lanzando a la atmósfera. 15) ¿Hay peligro de explosión con una caldera de biomasa? El único problema que podría ocasionar la biomasa es el polvo producido en su descarga al silo que puede evitarse mediante la instalación de un sistema de extracción de aire y un filtro de polvo accionado por un pequeño motor eléctrico. 16) ¿Sabrá el instalador montar una caldera? Una caldera de biomasa funciona exactamente igual que una caldera de combustibles fósiles, la única diferencia es que no quema combustibles fósiles sino biomasa sólida y que utiliza sinfines en lugar de tubos para alimentar el combustible a la caldera. Las calderas vienen además acompañadas de detalladas instrucciones de montaje y hay numerosos profesionales para dar un Servicio Técnico en toda la península y se dispone igualmente de un número de teléfono de atención al profesional para aclarar cualquier duda.
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17)¿Es posible combinar la biomasa con otras energías renovables? Es posible la combinación de una instalación de solar térmica con una caldera de biomasa dentro del ámbito doméstico para la producción de calefacción y agua caliente sanitaria. Además con esa combinación se obtiene un mejor rendimiento energético, reduciendo la factura de calefacción y de agua caliente sanitaria (ACS) hasta en un 70%, y en los meses de verano el 100% de ACS. 18) ¿Permite el nuevo Código Técnico de Edificación la utilización de calderas de biomasa en lugar de energía solar térmica? La caldera de biomasa está considerada como un sistema que utiliza energía renovable y por tanto podrá disminuir justificadamente parte o todo el aporte energético suministrado por los captadores solares que exige la sección HE-4 del CTE. Por otra parte, el RITE (Reglamento de Instalaciones Térmicas de Edificios) obliga a utilizar energías renovables en algunas aplicaciones. 19). ¿Cuándo se aconseja instalar una caldera de biomasa? Los casos en los que se aconseja instalar una caldera de biomasa son los siguientes: •
En un nuevo proyecto o rehabilitación, donde el nuevo Código Técnico de la Edificación obliga al uso de energías renovables.
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Para calefactar piscinas descubiertas (la normativa impide hacerlo con combustibles fósiles).
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En instalaciones con grandes consumos de combustible.
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En edificios o viviendas que necesitan sustituir la caldera existente.
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En instalaciones donde no se pueden adaptar a la normativa de salas de calderas de gas o gasóleo.
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En lugares donde se puedan aprovechar los residuos industriales.
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En centros donde se quieran evitar emisiones nocivas para el medio ambiente (colegios, hospitales…).
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Una vez transcurrido el ciclo de vida de la caldera actual.
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Para la conversión de las antiguas calefacciones de carbón o gasóleo C. Página 12
Sobre uso en transporte 1) ¿Puede utilizarse biodiesel en cualquier motor diesel? El biodiesel se puede utilizar en cualquier motor diesel, generalmente sin necesidad de realizar modificaciones al motor. Su performance es comparable al diesel, con contenido similar de BTU y un cetano más alto. 2) ¿Dónde se puede obtener bioetanol-biodiesel? En la actualidad, la red de surtidores de bioetanol y biodiesel se encuentra en plena fase de expansión a nivel mundial. En algunos países, caso de Alemania, se requiere por ley que toda nueva estación de servicio que se instale tiene que incorporar surtidores que sirvan biocombustibles. Muchos estados de EEUU están adoptando medidas de incentivos fiscales que favorecen aquellas estaciones de servicio cuya venta de biocombustibles supere una cuota determinada. En España, aunque aún en fase inicial, el despliegue de una red de puntos de suministro de biocombustibles ya ha comenzado. Sin embargo la distribución de estos puntos de venta es desigual. Si en la provincia de Barcelona existen al menos 59 “biogasolineras”, Galicia, Extremadura, La Rioja, Baleares o Murcia no cuentan aún con ningún surtidor.
Figura 6. Mapa de gasolineras que suministran bioetanol E85. Fuente: Abengoa
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3) ¿Es el biodiesel más seguro que el diesel del petroleo? La investigación científica confirma que la emisión del biodiesel es menos dañina en la salud humana que la del diesel del petróleo. Las emisiones de biodiesel han disminuido los niveles de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) y los compuestos nitratados del PAH que se han identificado como compuestos que potencialmente pueden causar cáncer. Los resultados de la prueba indican que los compuestos PAH fueron reducidos en 75 a 85 por ciento. 4) Los automóviles que utilizan gasolina ¿pueden funcionar utilizando el bioetanol como combustible? ¿y con una mezcla de gasolina y bioetanol? Los automóviles actuales que operan con gasolina no pueden funcionar con bioetanol puro y mantener sus prestaciones. La Comisión Europea, la Agencia Internacional de la Energía y el International Fuel Quality Center (IFQC), entre otras instituciones, han concluido que la práctica totalidad de los modelos recientes de vehículos que usan gasolina son compatibles con mezclas de gasolina y bioetanol en porcentajes de hasta el 10% (E-10). La Directiva de Calidad de Combustibles de la Unión Europea autoriza la introducción de hasta un 5% de bioetanol (E-5) en la gasolina. En la revisión de esta Directiva se propone que ese porcentaje se incremente hasta el 10%. Desde hace tiempo el “Manual de Usuario” de los fabricantes de automóviles en EE.UU., Canadá, Suecia y otros países permite sustituir la gasolina convencional en los motores de sus vehículos por mezclas de gasolina y bioetanol (entre el 5% y el 10%) garantizando las prestaciones. 5) Qué es el E-85? El E-85 es un combustible formado por un 85% de bioetanol y un 15% de gasolina. La mayoría de los grandes fabricantes mundiales comercializan automóviles (Flexible Fuel Vehicles, FFV) que utilizan este combustible o una mezcla con menor contenido de bioetanol. En todo caso el motor de los FFV puede funcionar sólo con gasolina. El coste de la modificación en el automóvil no supera los 200 $ (Agencia Internacional de la Energía).
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6) ¿Qué coches pueden usar Bioetanol-E85? ¿Que son los FFVs? La práctica totalidad de los automóviles actuales están preparados para poder usar E5 con total fiabilidad (de hecho todas las gasolinas ya llevan una pequeña porción de etanol), y la gran mayoría pueden funcionar con E10 manteniendo todas sus prestaciones. Para poder usar mezclas en mayor proporción hasta un 85%, es necesaria una modificación en la configuración de los coches actuales (en aquellos que sea posible), o adquirir alguno de los coches disponibles en el mercado (FFV, Flexible Fuel Vehicle), que admiten combinaciones variables desde únicamente gasolina, hasta mezclas con un 85% de etanol, E85, irregular y arbitrariamente. Cada vez son más fabricantes de automóviles los que se apuntan a esta nueva tecnología de los FFVs que prometen ser el futuro a corto y medio plazo de la industria automovilística. Sólo en EEUU ya existen más de 6 millones de este tipo de vehículos en las carreteras. En Brasil hay más de 1,3 millones de FFVs circulando. En Europa existe el caso de Suecia donde la oferta de E85 aumenta con más de 400 estaciones de servicio y más de 24.000 FFVs (Marzo’06). 7) ¿Cuál es la eficiencia energética del proceso de producción, distribución y uso del bioetanol frente al de la gasolina? La Agencia Internacional de la Energía (Biofuels for Transport, April 2004), el Ciemat (Análisis del ciclo de vida comparativo del Etanol de cereales y la gasolina, Marzo 2005), Worldwatch Institute (Biofuels for Transport, March 2007) han publicado los resultados de más de 30 estudios del balance energético del proceso de producción, distribución y uso de bioetanol a partir de maíz y trigo realizados en el período 1990-2005. La mayoría de los estudios (más del 90%) indican que la energía disponible en el bioetanol al final del proceso es superior -desde un 34% hasta el 100%- a la energía fósil consumida en el mismo. El mismo informe de Worldwatch Institute publica los resultados de informes similares de eficiencia energética realizados para la gasolina que muestran que la energía final disponible Página 15
en la gasolina es inferior -hasta un 25%- al consumo de energía fósil realizado en el proceso de producción, distribución y uso de la gasolina. El Análisis de Ciclo de Vida patrocinado por el Ministerio de Medio Ambiente y realizado por Ciemat en 2005, para las plantas de biocarburantes de Abengoa (Cartagena y La Coruña, España), señalan que,
La mezcla de gasolina y bioetanol (85%) producido en esas plantas permite un ahorro de energía fósil de un 36% comparado con la gasolina I.O. 95.
La mezcla de gasolina y bioetanol (5%) producido en esas plantas permite un ahorro de energía fósil de un 1,12 % comparado con la gasolina I.O. 95.
8) ¿Cuáles son las emisiones de gases de efecto invernadero en el proceso de producción y uso del bioetanol respecto al mismo proceso de la gasolina? La Agencia Internacional de la Energía (Biofuels for Transport, April 2004) y Worldwatch Institute (Biofuels for Transport, March 2007) han publicado los resultados de más de 20 estudios de la emisión de gases de efecto invernadero en el proceso de producción, distribución y uso de bioetanol a partir de maíz y trigo realizados en el período 1991-2006. Todos los estudios, menos uno, concluyen que el uso del bioetanol, obtenido a partir de maíz y trigo, como combustible reduce los gases de efecto invernadero, respecto a la gasolina, entre el 13% y el 47% por kilómetro recorrido. Asimismo, la Agencia Internacional de la Energía (Biofuels for Transport, April 2004) y Worldwatch Institute (Biofuels for Transport, March 2007) han publicado los resultados de más de 11 estudios de la emisión de gases de efecto invernadero en el proceso de producción, distribución y uso de bioetanol a partir biomasa celulósica realizados en el período 2005-2005. Todos los estudios concluyen que el uso del bioetanol, obtenido a partir de biomasa celulósica, como combustible reduce los gases de efecto invernadero, respecto a la gasolina, entre el 60% y el 100% por kilómetro recorrido.
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9) ¿Cuáles son las emisiones de contaminantes atmosféricos (CO, NOx, SOx, COV) en la combustión del bioetanol frente a la combustión de la gasolina? La Agencia Internacional de la Energía (Biofuels for Transport, April 2004) ha publicado resultados de análisis, experiencias e investigaciones elaboradas en los últimos años y afirman que la adición de bioetanol a la gasolina reduce la emisión por el tubo de escape del vehículo de CO (hasta en un 25 %), de hidrocarburos (HC ó VOC), de partículas y de SO2 . Respecto a la incidencia de la mezcla en la emisión de NOx no existen conclusiones. Sin embargo, la emisión de COV evaporativas puede aumentar debido a la mayor presión de la mezcla gasolina-bioetanol que se produce tras la adición del bioetanol; esta situación puede eliminarse disminuyendo la presión de vapor de la gasolina base. El Informe de la AIE afirma que la adición de bioetanol a la gasolina aumenta la emisión de agentes tóxicos como acetaldehído y fomaldehido, si bien la información es limitada. Sin embargo, esa adición reduce la emisión de los agentes más contaminantes y peligrosos del aire, con efectos cancerígenos, tales como benceno, butadieno y tolueno. Una información similar está contenida en el informe de Worldwatch Institute (Biofuels for Transport, March 2007) antes citado. 10) ¿Cuáles son en España las emisiones de gases de efecto invernadero por kilómetro en un automóvil si el combustible es bioetanol o gasolina? En España, los Análisis de Ciclo de Vida patrocinados por el Ministerio de Medio Ambiente y realizados por Ciemat en 2005, para las plantas de biocarburantes de Abengoa (Cartagena y La Coruña), señalan que,
La mezcla de gasolina y bioetanol (85%) producido en esas plantas evita que se emitan 170g CO2 (90%) por cada km recorrido, respecto a gasolina I.O. 95.
Las mezclas de gasolina y bioetanol (5%) producido en esas plantas evita que se emitan 8g CO2 (4%) por cada km recorrido, respecto a gasolina I.O. 95.
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11) ¿Dónde se usan los biocarburantes? El bioetanol se usa en la actualidad mayoritariamente en Brasil, donde existen políticas desde la década de los 70 que fomentan e incentivan su producción y uso como combustible en los transportes. Más de la mitad de los vehículos de funcionan con E25 y la aparición de los FFVs está promoviendo aún más su utilización. En Estados Unidos existen ya 6 millones de FFVs en las carreteras y el interés de los consumidores por este tipo de motores va en aumento. Esta misma situación se vive en Europa que ha visto cómo los biocombustibles son una solución a los problemas medioambientales actuales y el mercado de los FFVs no ha hecho más que arrancar, despertando el interés en los conductores. 12) ¿Existe suficiente biomasa en el mundo para producir bioetanol? La Agencia Europea de Medio Ambiente ha realizado recientemente un estudio (EEA Technical Report No 12/2007) en el que ha concluido que en la UE, una vez cubierta la necesidad de tierras arables para cubrir la demanda alimentaria, existe disponibilidad de tierras para la producción de biomasa destinada a cultivos bioenergéticos. El estudio ha estimado que existen tierras y cultivos-no alimentarios con un potencial de producción de 60 Mtep de bioetanol (120.000 millones de litros) mediante tecnologías de conversión de biomasa celulósica. No existen referencias tan precisas a otras partes del mundo. 13) Las materias primas utilizadas para producir el bioetanol se usan también en la alimentación humana y animal.¿Cómo se puede solucionar el posible conflicto entre estos dos usos? Análisis de la UE La Comisión Europea ha realizado previsiones (2006-2014) sobre el consumo de cereales necesario para cumplir las cuotas de uso anual de bioetanol establecidas en el 5,75% del consumo de gasolina en 2010 y en el 10% en 2020. La CE concluye que en el horizonte del 2010 el consumo de cereales dedicado a la producción de bioetanol sería del 4,3% del consumo total en la UE y del 6,4% en 2014, en tanto que a finales de 2020 el consumo sería del 18,6 %. Página 18
Una parte de la producción del bioetanol procederá de biomasa celulósica, que no se utiliza en alimentación. La producción europea de cereales en 2020 podrá satisfacer la demanda interna -alimentación y bioetanol- en la UE y disponer de un excedente neto de 6 millones de toneladas de cereales para su exportación. Las previsiones de la CE afirman que la actual extensión de tierras cultivables de la UE se mantendrá si bien una parte de las “tierras de retirada” -7,2 Mha en la actualidad- excluidas del cultivo por las restricciones de la Política Agraria Común (PAC) se pondrán en cultivo. Se prevé que el rendimiento agrícola continúe aumentando a un ritmo medio del 1% (cereales). Análisis de EE.UU. El Departamento de Agricultura de EE.UU ha informado sobre una cosecha de maíz de 332 Mt en 2007. El 22% de la producción se dedicó a la producción de bioetanol, en tanto que el 42% fue destinado a alimentación animal y el 17% a la exportación. El resto de la producción se destinó a alimentación humana, otros usos y stocks. Se prevén incrementos del 10% del suministro total en próximos años. La Asociación Nacional de Productores de Maíz (NCCG) prevé que la demanda de maíz y la producción de bioetanol continuarán en la misma tendencia en los próximos años dada la capacidad de obtener mayores rendimientos del cultivo mediante mejoras genéticas. Si en 2006 el rendimiento del maíz era de 3,8 t/acre, la NGGC prevé que en 2015 el rendimiento se incremente en un 20% hasta 4,57 t/acre. Con este rendimiento la producción de bioetanol podría alcanzar 20.000 millones de galones y cubrir las previsiones de la “Energy Bill” de diciembre de 2007 sin necesidad de aumentar la extensión del cultivo de maíz. Esta misma Ley prevé la introducción creciente de biomasa celulósica como materia prima para la producción de bioetanol.
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14) ¿Existen materias primas que no se utilicen en alimentación humana o animal que puedan dedicarse a la producción de bioetanol? La biomasa lignocelulósica (paja de cereal, residuos forestales, madera…) se proyecta como la materia prima del futuro para la producción de bioetanol dada, su alta disponibilidad, menores costes, menor emisión de agentes contaminantes o gases de efecto invernadero, mayor eficiencia energética y mayor generación de empleo. En la actualidad ya existen plantas piloto. Sin embargo, sólo la consolidación del mercado de bioetanol permitiría dedicar más recursos económicos a actividades de I+D orientadas al desarrollo de procesos de producción viables (mayor eficiencia en la separación de la celulosa y en la fermentación de azúcares) y comerciales (mayor escala de las fábricas, obtención de coproductos) del bioetanol a partir de la biomasa lignocelulósica. En el horizonte del año 2015 podrán verse en funcionamiento plantas de dimensión industrial utilizando estas materias primas. 15) ¿Cuál es la responsabilidad de la demanda del bioetanol en el alto incremento del precio de las materias primas de alimentación? El impacto de la creciente demanda de bioetanol en el precio de las materias primas alimentarias es poco significativo y la propia FAO lo ha cifrado entre el 5 y el 10%. Según datos del Departamento de Agricultura de EE.UU la producción de cereales (se excluye el arroz que no se utiliza para producir bioetanol) alcanzó durante 2007 la cantidad de 1.657 Mt. De esta cantidad sólo el 4% se destinó a la producción de bioetanol. Existen otras razones, y mucho más significativas que los biocarburantes, que explican la espectacular subida del precio de los cereales -y otras materias primas- y los alimentos: •
Las bajas cosechas de cereales en la UE y en otros países exportadores (Australia, Canadá, Argentina, Ucrania, Rusia).
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Una demanda superior a la prevista en países emergentes (China, India, Indonesia, Brasil) que modifican sus hábitos alimentarios (productos cárnicos y lácteos), incrementan su cabaña ganadera y consumen más alimentación animal.
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Prácticas especulativas en los mercados mundiales de materias primas. Página 20
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La devaluación del dólar respecto al euro.
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Un proceso de acumulación de grano de “traders” basado en la expectativa de un incremento continuo del precio.
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Un incremento del precio de la energía y del coste de los fletes de transporte, inducido por el aumento del precio del petróleo.
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Un incremento notable de los costes de producción agrícolas (fertilizantes, pesticidas y herbicidas) por la incidencia del incremento del precio del petróleo.
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Una disminución creciente y continuada de las tierras cultivables en la UE.
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El crecimiento económico mundial y el aumento de la población (previsión del 1% anual).
Sobre climatización en viviendas 1) ¿Cómo se debe gestionar un sistema de calefacción para que sea eficiente sin reducir el confort? El consejo de IDAE es ajustar el encendido de la calefacción al horario real de ocupación de las viviendas y apagarla por la noche, ya que con 15-17º C es suficiente para dormir confortablemente. Podría dejarse encendida por la noche con el termostato a 15-17º C si la casa esta muy mal aislada y pierde mucho calor por la noche. Como norma, apagar por la noche y encender unos minutos al levantarse, es mucho mas eficiente que dejarla encendida toda la noche. Siempre que sea posible, se recomienda ajustar el termostato a 20-21º C durante el día. Por cada ºC en que se incrementa la temperatura de un edificio o vivienda, el consumo energético aumenta en un 7%, al igual que el gasto en calefacción y las emisiones de CO2.
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3. ETAPAS DE UN PROYECTO DE BIOMASA. Previamente a la ejecución de un proyecto de biomasa se debe desarrollar un estudio de viabilidad técnico-económico que analice la rentabilidad del mismo. Este estudio consiste en una serie de etapas, explicándose a continuación las más representativas, si bien no todos los proyectos conlleva el desarrollo de todas ellas. 3.1. Estudios de potencial de biomasa. Los Estudios de Potencial de Biomasa se realizan como fase previa a la implantación de una instalación de aprovechamiento energético, con el fin de seleccionar el emplazamiento más adecuado. Además, la cuantificación del recurso disponible en el área de ubicación de la instalación pretende garantizar un suministro continuo de combustible y comprobar la suficiencia o carencia del residuo, para que, en caso negativo, se tengan en cuenta otras fuentes biomásicas alternativas. Para llevar a cabo el estudio de potencial, se debe determinar la metodología a seguir, precisándose para ello de una serie de cartografía y datos que, por lo general son procesados en Sistemas de Información Geográfica (SIG); herramienta fundamental para la elaboración de mapas y como medio para toma de decisiones en el aprovechamiento del recurso. Cuantificación de producción de biomasa Durante el estudio se procede a recopilar la información relativa a la superficie de cada tipo de biomasa por término municipal y la producción de residuo por unidad de superficie para los distintos tipos de biomasa, estudiándose la cantidad media anual de biomasa que se puede obtener en cada una de las formaciones indicadas, considerando los periodos de generación de biomasa. Datos a recopilar sobre producción de biomasa residual:
Actividad agrícola por cultivos (producción tipo de cultivo, superficie, ubicación).
Actividad ganadera ( producción, tipo de ganado, ubicación).
Actividad industria agroalimentaria ( producción, ubicación).
Actividad industria madera y mueble (producción, ubicación). Página 22
Cuantificación de disponibilidad de biomasa Una vez conocida la cantidad de biomasa generada por unidad de superficie, se procede a estudiar la biomasa disponible. Para ello, se aplican los distintos factores y condicionantes que restringen el uso de una parte de la biomasa existente (pendiente y humedad), para alcanzar una cantidad final de biomasa realmente aprovechable con los medios técnicos y humanos con los que se cuenta. Por último se aplica un factor de disponibilidad, atendiendo a los posibles usos con los que entraría en competencia o usos actuales de estos residuos. Es fundamental realizar este estudio previamente al dimensionado de la instalación, ya que de lo contrario se puede sobredimensionar la planta debiendo por tanto aprovisionarla con recursos lejanos que repercuten en la viabilidad del proyecto. Ver figura 7.
Figura 7. Acciones correctas e incorrectas en las instalaciones de biomasa.
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3.2. Caracterización de biomasa. Cualquier proceso de aprovechamiento energético de un residuo biomásico requiere el conocimiento de sus características como combustible, con objeto de prever su comportamiento durante el aprovechamiento energético, dimensionar los equipos a emplear y optimizar sus parámetros de funcionamiento del proceso y garantizar una calidad óptima de los productos. Los parámetros más importantes que se tienen en cuenta en la evaluación de una biomasa se determinan mediante la realización de los siguientes análisis:
Análisis energético: PCS y PCI.
Análisis inmediato: Contenido de humedad, volátiles, carbono fijo y cenizas.
Análisis elemental: Contenidos en C, H, N, S, Cl, O.
Fusibilidad de cenizas.
Análisis mineralógico de las cenizas.
Granulometría.
El análisis energético indica la capacidad calorífica del combustible, sin embargo es fundamental conocer los otros parámetros para prever su calidad y su idoneidad. El contenido de humedad es determinante en el manejo de la biomasa ya que influye en el pretratamiento a llevar a cabo, encareciendo y ralentizando el proceso, condicionando también las necesidades de almacenamiento así como reduciendo el contenido energético de la biomasa. La granulometría de la biomasa por su parte repercute en la necesidad de instalar equipos de triturado. Mientras que la fusibilidad de las cenizas refleja la tendencia a la formación de escorias que disminuyen el rendimiento de los equipos y los cloruros su corrosión. 3.3. Logística de biomasa. Una vez conocida la biomasa disponible, se procede a la optimización de su recogida, transporte y almacenamiento de esta biomasa desde el centro de producción hasta el centro de utilización tanto desde el punto de vista de sistemas de pretratamiento como de localización de centros logísticos de tratamiento y almacenamiento de biomasa. Por su parte, el promotor de una instalación de biomasa debe garantizar la recepción del recurso mediante el establecimiento de modelos de contrato de suministro de la biomasa así como la delimitación del radio de recogida. Página 24
Al finalizar este estudio se obtendrán como resultado la localización de los puntos con máxima concentración de biomasa y la recogida y transporte de biomasa más óptimos, analizándose las necesidades y posibilidades de almacenamiento y los costes de biomasa puesta a pie de planta. Pretratamiento de biomasa. Se estudia en primer lugar los sistemas de recogida más apropiados, actividades que se deben mecanizar todo lo posible con el objetivo de reducir costes y optimizar la productividad, además de limitar trabajos manuales. Se deben analizar también los sistemas de pretratamiento de la biomasa, estudiando las necesidades de astillado, molienda, secado y densificado que precisa la biomasa con el fin de conseguir una materia prima idónea a la instalación y que a la vez pueda mejorar rendimientos económicos. En cuanto a biomasas leñosas, la maquinaria a la que dirigir el estudio por la reducción de costes asociados es la maquinaria de recogida y densificado empleada antes de su transporte al lugar de utilización o segunda transformación, mientras que para las herbáceas, el aspecto más importante es la reducción de las pérdidas de la parte vegetativa que se producen en los procesos de siega, hilerado y empacado. En el pretratamiento se han de considerar algunos aspectos que pueden originar algunos problemas en equipos de tratamiento y manejo, tales como el taponamiento en los equipos de astillado, trituración, transporte y manipulación, formación de bóbedas en silos y tolvas de almacenamiento, fermentación de la biomasa amontonada perdiendo parte de su poder calorífico, e incremento de la humedad. Maquinaria para biomasa leñosa
Procesadoras: cuya aplicación principal es apear y trocear la parte maderable, también pueden trocear las ramas grandes y las copas, para facilitar el posterior trabajo del manejo de los residuos.
Autocargadores: Los autocargadores son utilizados para realizar el desembosque de los materiales, ya sean maderables o con destino energético. Página 25
Maquinaria para el astillado y triturado: para reducir el volumen de distintos tipos de biomasa. Las astilladoras se pueden clasificar según su sistema de tracción que, a su vez,está relacionado con el tamaño y capacidad de proceso: astillas estáticas, semimóviles y móviles.
Maquinaria para biomasa herbácea
Equipos de labranza, abonado, siembra, plantación y trasplante.
Maquinaria para la recolección de forraje: Existen diferentes tipos de máquinas para la recolección del forraje que tienen su importancia en la recolección de biomasa de especies como brasicas, sorgos, etc como segadoras, rastrillos, picadores y empacadores; sin embargo existe también maquinaria específica para adecuar cada tipo de biomasa.
Selección de las mejores ubicaciones Los criterios de selección están en función de: •
Tipo de biomasa a transportar y necesidad de pretratamiento en campo.
•
Optimización de distancias en función de la situación de la biomasa y de la planta.
•
Minimización del coste del transporte.
ETAPA 1: Evaluación y pre-selección de las mejores ubicaciones desde el punto de vista de logística y transporte. El objetivo es evaluar todas las ubicaciones posibles de la planta de biomasa desde el punto de vista de la distancias, tiempo y costes de transporte. Las herramientas utilizadas deben considerar una serie de costes fijos (CF) y un termino de costes variables dependientes de la distancia (CD). La función de costes queda definida por la siguiente expresión: FC i (€) = CF · nº de viajes + CD (d) · DTR i CF = CF1 + CF2
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Los coste fijos unitarios CF1 están asociado a las operaciones de carga y descarga en las que se consume tiempo, recursos humanos y combustible. Los costes fijos unitarios CF2 están asociados a la compactación previa al transporte en caso de utilizarse, en caso contrario CF2 = 0. Los costes de personal y combustible de este proceso se calcularán para una carga completa de la unidad de transporte. Los costes variables asociados a la distancia total recorrida para llevar toda la biomas al punto i (DTR i) son los debidos al combustible consumido, recursos humanos y mantenimiento del vehículo. ETAPA 2: Selección de las mejores ubicaciones teniendo en cuenta la ubicación recursos de biomasa, posibles consumidores y MTD´s. La logística es un punto importante en el análisis de viabilidad técnica y económica pero otros factores se deben considerar para aplicaciones energéticas: las características de los recursos existentes, la demanda potencial de biocombustible sólidos en el área de estudio y las mejores tecnologías disponibles (MTD´s) de aprovechamiento energético. Se presentarán varios escenarios posibles. La estimación de la demanda potencial local para aplicaciones térmicas o de cogeneración permitirá:
Identificación de grandes consumidores como industrias o centrales térmicas que hiciesen recomendable la ubicación de la planta en el entorno de estos consumidores.
Cuantificar el porcentaje de biomasa que podría autoconsumirse en el área de aportación de biomasa (p.e. análisis por comarcas).
Considerando la demanda potencial de consumidores de biomasa se podrá estimar cuales son los productos energéticos más recomendables para el área analizada: Electricidad, calor o biocombustibles sólidos.
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2.4. Selección de la mejor tecnología de aprovechamiento. Existen numerosos procesos que se pueden aplicar a la biomasa, cada uno de los cuales se caracteriza por la tecnología empleada, las condiciones de operación y los productos resultantes de la transformación. Se ha de determinar el proceso que más se adapta a la naturaleza y condiciones de la biomasa de la que se dispone, seleccionándose posteriormente la tecnología más adecuada que optimice el rendimiento del proceso lo cual dependerá de factores propios de la biomasa (cantidades disponibles, características como combustible, condiciones de obtención) y uso final de la energía y necesidades energéticas que se quieren satisfacer con su aprovechamiento. Sin embargo, normalmente la aplicación energética es especificada por el promotor, por lo que se debe seleccionar el proceso y la tecnología más adecuadas al uso energético que se persigue. La elección del proceso y de la tecnología se basará en un estudio de viabilidad técnico-económico, en el cual se analicen y se consideren las características de las tecnologías y equipos disponibles en el mercado según las posibilidades de utilización y características de la biomasa. En cuanto a la viabilidad económica, se deben considerar los gastos e ingresos que supone la inversión: coste de compra, recogida y transporte de la biomasa, los costes de personal, la energía eléctrica consumida, gastos de operación y mantenimiento de la planta y costes de seguros e imprevistos así como ingresos (coste venta producto final). Hay que tener en cuenta en este apartado lo que se denominan externalidades, que corresponde a los aspectos valorables por su reducción del impacto en la Naturaleza y que en este momento se pueden calcular por los bonos de carbono debidos a la aplicación del Protocolo de Kioto. Además del asesoramiento técnico en la selección de alternativas y equipos, en esta tarea se debe llevar a cabo una optimización energética de las instalaciones así como la búsqueda de financiación que reduzca costes. 2.5. Implantación de instalaciones de aprovechamiento energético. En esta etapa, se pondrá en marcha el proyecto de instalación de la tecnología adecuada, siendo clave tener un suministro garantizado de la biomasa para un periodo de tiempo así como medidas para el correcto funcionamiento.
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El cloro interviene tanto en los mecanismos de corrosión a alta temperatura (parrilla, sobrecalentadores) como a baja temperatura en el economizador. Para ello se deben usar aleaciones especiales que encarecen la caldera. La biomasa agrícola contienen normalmente altos porcentajes de potasio y otros álcalis, que forman compuestos de bajo punto de fusión con los silicatos, lo que promueve la creación de depósitos en la caldera. Aumentando el tamaño de la cámara radiante se puede evitar así como mediante la utilización de sopladores o la recirculación de gases de combustión. 2.6. Investigación. El desarrollo de nuevas tecnologías y la mejora de las existentes, es una tarea siempre desarrollada desde los centros de investigación, para posteriormente transferir la tecnología y el conocimiento de los procesos y tecnologías analizadas. Es una tarea asociada a la mejora de la rentabilidad de los procesos de transformación de la biomasa.
4. CONCLUSIÓN. El uso de la biomasa como recurso energético es una alternativa económica de muchas zonas rurales ya que posibilita mantenimiento las actividades actuales, la creación de nuevos puestos de trabajo. La instalación de nuevas plantas de aprovechamiento energético son apoyadas por ayudas varias, sin embargo su rentabilidad depende de una buena logística en el suministro de biomasa. Es imprescindible un estudio previo que garantice la existencia de suficiente biomasa así como un acuerdo de suministro de biomasa a la planta con unas condiciones establecidas. Por otra parte, aunque la tecnología de aprovechamiento de biomasa está muy desarrollada, algunos tipos de biomasa dificultan el correcto funcionamiento de la planta, por lo que se debe conocer la calidad de la misma y adecuar los equipos a las características de la biomasa a utilizar. En la actualidad, hay muchos frentes que mejorar, sin embargo, las investigaciones en el sector proporcionarán tecnologías y procesos más viables.
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BIBLIOGRAFÍA - Manuales de Enegías Renovables: La energía de la biomasa, IDAE 2007. - Manuales de Enegías Renovables: Maquinaria Agrícola y Forestal, IDAE 2007. www.idae.es www.abengoa.com www.isolari.com
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