Máster en Ingeniería ambiental Bioenergía
Máster Ingeniería Ambiental Comparación de la gasificación de biomasa y RSU en plantas CHP
Roberto Aguilar Blanco
1
2.1 Definición y características propias .....................................................................2
2.2 Propiedades de la biomasa como combustible en gasificación: .............................3
2.3 Aspectos Ambientales del combustible (Emisiones asociadas). .............................7
2.4 Aprovechamiento energético de la biomasa ........................................................7
3 Residuos Sólidos Urbanos (RSU) como combustible en gasificación ............................8 
3.1 Definición y características propias .....................................................................8
3.2 Propiedades de los RSU como combustible................................ ........................ 11
3.3 Aspectos ambientales del combustible. (Emisiones Asociadas). .......................... 15
4 Comparación de la Gasificación de RSU y Biomasa ................................................... 15 
5 Balance de Materia de la gasificación de una biomasa típica .................................... 20 
6 Balance de Materia de la gasificación de un RSU típico ............................................ 22 
7 Conclusiones .......................................................................................................... 24 
8 Bibliografía ............................................................................................................. 25 
1
1.  Resumen
En la actualidad se está estudiando con gran interés la utilización como combustible de la
 biomasa y los residuos sólidos urbanos (RSU). Ambos suponen una fuente energética renovable
y tienen asociadas bajas emisiones de CO2 debido a su carácter biogénico (neutras en el caso de
la biomasa).
Mediante la gasificación de estos es posible la generación de electricidad y/o energía
térmica así como la producción de gas de síntesis, transformando la materia prima en otros
 productos de valor añadido.
En este trabajo se estudian y describen las principales características de la biomasa y los
RSU como combustibles en gasificación, realizando un análisis de estas, así como de las
 posibles ventajas y desventajas asociadas a la utilización de cada uno de ellos.
Posteriormente se realiza una comparación de las características asociadas al proceso de
gasificación de ambos, donde se exponen las principales diferencias entre ambos combustibles.
Para terminar se presenta a modo de ejemplo el balance materia de la gasificación de una
 biomasa típica y un RSU típico.
 
2
2.1 Definición y características propias
La definición de biomasa según la Especificación Técnica Europea CEN/TS 14588 es
“Todo material de origen biológico excluyendo aquellos que han sido englobados en
formaciones geológicas sufriendo un proceso de mineralización” .
Comúnmente, se entiende por biomasa al conjunto de materia orgánica renovable de origen
vegetal, animal o procedente de la transformación natural o artificial de la misma. Como fuente
de energía presenta una enorme versatilidad, permitiendo obtener mediante diferentes
 procedimientos tanto combustibles sólidos, como líquidos o gaseosos.
Cualquier tipo de biomasa proviene de la reacción de fotosíntesis vegetal, que sintetiza
sustancias orgánicas a partir del CO2 del aire aprovechando la energía del sol.
2 2 2 2 22 ( )n

 
La fórmula H2A representa un compuesto que puede ser oxidado, es decir, un dador de
electrones, mientras que el CH2  es una fórmula general para los hidratos de carbono
incorporados por el organismo en cuestión. En la gran mayoría de organismos fotosintéticos -
es decir, algas y plantas- el compuesto representado por H2A es agua (H2O) y aquel
representado por A2 es el oxígeno (O2); sin embargo, en algunas bacterias fotosintéticas, H2A
es sulfuro de hidrógeno (H2S).
La mayor parte de la biomasa se compone de celulosa y hemicelulosa, aunque en su
composición también se puede encontrar ligninas, lípidos y proteínas. [1]
En el mundo rural se sigue empleando la biomasa como fuente de calor. En los países
desarrollados se usa de forma marginal y con tendencia decreciente. Por ello, queda en el campo
un potencial energético sin utilizar y cuya recuperación puede ser positiva.
En la actualidad la biomasa se aprovecha fundamentalmente para la producción de calor en
viviendas (cocina, hornos, calderas,…) y en usos industriales (hornos cerámicos, secaderos
industriales,…). Sólo una parte, aún pequeña, se utiliza para generar electricidad.
La biomasa es una fuente energética renovable integrada por una variedad relativamente
amplia de recursos, si nos centramos en la producción de calor y electricidad, varios son los
 productos combustibles de biomasa que pueden utilizarse:
-  Residuos forestales
-  Residuos agrícolas
-  Residuos industriales
-  Cultivos energéticos
3
2.2 Propiedades de la biomasa como combustible en gasificación:
La biomasa es una excelente alternativa energética por dos razones. La primera es que, a
 partir de ella se pueden obtener una gran diversidad de productos; la segunda, se adapta
 perfectamente a todos los campos de utilización actual de los combustibles tradicionales. Así,
mediante procesos específicos, se puede obtener toda una serie de combustibles sólidos,
líquidos o gaseosos que pueden ser aplicados para cubrir las necesidades energéticas de confort,
transporte, cocinado, industria y electricidad, o servir de materia prima para la industria.
A continuación se analizará la biomasa como combustible en función de las siguientes
 propiedades:
-  El contenido de ceniza /residuos.
-  El contenido de metales alcalinos
 
Contenidodehumedad
En la biomasa se puede distinguir entre dos tipos de humedad:
-  Humedad intrínseca: el contenido de humedad del material sin la influencia de los efectos
del tiempo.
-  Humedad extrínseca: la influencia de las condiciones meteorológicas durante la cosecha, en
el contenido de humedad total de biomasa.
 
4
Na y K) (% )
Abeto 6,5 82 17,2 0,8 21 -
Pino Danés 8 71,6 19 1,6 21,2 4,8
Sauce 60 - - 1,6 20 15,8
Álamo 45 - - 2,1 18,5 16
Paja de Cereal 6 79 10,7 4,3 17,3 11,8
Bagazo 45-50 - - 3,5 19,4 4,4
Switchgrass 13-15 - - 4,5 17,4 14
Lignito 34 29 31 6 15-25 -
Carbón Bituminoso
11 35 45 9 19-32 -
1Intrínseco 2Poder calorífico superior en base seca Tabla 1. Análisis de algunas materias primas de biomasa
En la Tabla 1 se muestran distintas propiedades de diversos tipos de biomasa, entre ellas el
contenido de humedad típico. Además se presentan dos tipos de carbón para analizar dichas
características con referencia a un combustible convencional. Un combustible con un contenido
de humedad superior al 30%, provoca una difícil ignición y reduce el PC del gas producto
debido a la necesidad de evaporar la humedad adicional [2].
Podercalorífico
El poder calorífico de una material es una expresión del contenido de energía liberado
cuando se queman con aire. El poder calorífico inferior está recogido en la Tabla 1. Éste se cita
en base seca, asumiendo un contenido en humedad del cero por ciento. Si la humedad está
 presente, esto reduce el poder calorífico de manera proporcional al contenido de humedad. El
 poder calorífico de la biomasa depende del compuesto, sin embargo, el valor promedio está
situado en el intervalo 17-21 MJ/kg.
Proporcióndecarbonofijoymateriasvolátiles
Los análisis de carburante se han desarrollado sobre la base de combustibles sólidos tales
como el carbón, donde distinguimos la energía química almacenada en dos formas, carbono fijo
y volátiles.
-  El contenido de volátiles o materia volátil de un combustible sólido es aquella parte que
 pasa a forma gaseosa (incluida la humedad) a alta temperatura.
-  El contenido en carbono fijo es la masa que queda después de la liberación de
compuestos volátiles, excluyendo el contenido de cenizas y humedad.
 
5
En la Tabla 1 se presenta el contenido en volátiles y carbono fijo para diversos tipos de
 biomasa.
La importancia de contenidos de volátiles y carbón fijo reside en proporcionar una medida
de la facilidad con la que puede producirse la ignición de la biomasa y su utilización posterior
como fuente de energía.
Desde el punto de vista del aprovechamiento energético, la biomasa se caracteriza por tener
un bajo contenido de carbono (la relación hidrógeno-carbono en su composición se sitúa en
torno a 1,5) y un elevado contenido de oxígeno (relación carbono-oxígeno próxima a 1), lo que
reduce notablemente su poder calorífico respecto a los combustibles fósiles.
Tipos de biomasa C H O N S Cenizas
Ciprés 55 6,5 38,1 - - 0,4
Fresno 49,7 6,9 43 - - 0,3
Haya 51,6 6,3 41,3 - - -
Paja de trigo 48,5 5,5 3,9 0,3 <0,1 4
Paja de cebada 45,6 6,1 38,3 0,4 0,1 6
Carbón bituminoso 73,1 5,5 8,7 1,4 1,7 9
Lignito 56,4 4,2 18,4 1,6a  - 5
% en peso aCombinación N y S.
Tabla 2. Análisis de la composición de distintos tipos de biomasa
ContenidodeCenizas
La descomposición química de un combustible, produce un residuo sólido. El contenido de
cenizas de biomasa afecta tanto a los gastos de manipulación y procesamiento como al costo
global de la conversión de biomasa en energía. Dependiendo de la magnitud del contenido de
cenizas, la energía disponible del combustible se reduce proporcionalmente.
Un alto porcentaje de materia mineral puede dificultar notablemente la gasificación. La
temperatura alcanzada es a menudo superior al punto de fusión de las cenizas de biomasa, dando
lugar a problemas de clinkerización/escoriación en la chimenea y bloqueos en la alimentación
 posteriores. Un contenido en cenizas superior al 5% puede ser problemático, especialmente si la
ceniza está formada por óxidos alcalinos y sales de bajo punto de fusión.
Sin embargo, la cantidad de ceniza producida durante la gasificación de la biomasa es
normalmente muy inferior a la producida por el uso de otros combustibles fósiles sólidos, Lo
que supone una interesante ventaja. El principal problema es la composición de ésta y su posible
reutilización como subproducto [2].
6
ContenidoenMetalesAlcalinos
El contenido de metales alcalinos es especialmente importante para los procesos de
conversión termoquímica. La reacción de los metales alcalinos con la sílice presente en la
ceniza produce una fase liquida móvil pegajosa, que puede provocar obstrucciones de las
conducciones en el horno o gasificador. Cabe señalar que, si bien el contenido de sílice
intrínseca de una fuente de biomasa puede ser baja, la contaminación con suelo introducido
durante la cosecha, puede aumentar el contenido total de sílice significativamente, de tal manera
que mientras que el contenido de sílice intrínseca en el material no puede ser un motivo de
 preocupación, el aumento del contenido total de sílice puede conducir a dificultades operativas.
La composición química de la biomasa es muy variable pudiéndose encontrar en su matriz
residuos tóxicos, lo que obliga a realizar diversas pruebas de combustión o digestión que
determinen la formación de tóxicos y las mejores tecnologías a utilizar. A continuación, se
 presenta la composición del gas obtenido después de la gasificac ión de algunos tipos de
 biomasa y una comparación con los combustibles fósiles.
Carbón polaco
Gas natural
N2+ Ar (% vol) 52,3 14,35 43,3 43,9
Tabla 3. Análisis del gas de síntesis obtenido tras la gasificación de biomasa [6]
Como se puede observar en la Tabla 3 la gasificación de la biomasa puede producir diversos
contaminantes como NH3 (bastante abundante en la gasificación de residuos forestales), HCN,
H2S o COS.
 Análisisdelaspropiedadesdelabiomasa
El contenido de energía de la biomasa (en base seca, libre de cenizas) es similar para todas
las especies de plantas, situada en el rango 17-21 MJ/kg. Los principales criterios de selección
de las especies de biomasa para los cultivos energéticos son la tasa de crecimiento, la facilidad
de gestión y las propiedades intrínsecas del material, tales como la humedad, la ceniza y el
contenido de alcalinos.
7
A continuación, en base a las propiedades anteriormente mencionadas, se exponen las
 principales desventajas del uso de la biomasa como combustible.
-  Baja densidad e nergética (debido a un bajo poder calorífico), que obliga a la utilización
de procesos de combustión mucho más complejos que los utilizados para combustibles
convencionales.
-  Alto contenido en humedad, que precisa de la desecación de la masa en un proceso previo
a la combustión de la misma.
-  Contenido y naturaleza de la ceniza, la cual puede ser muy variable, desde un 1% cuando
se trate de madera, hasta un 50% en el que caso de lodos o del bagazo.
Además cabe remarcar dos desventajas, cuya importancia también es notable [3]:
-  Heterogeneidad de los recursos aprovechables , es una característica intrínseca de los
sistemas de producción de energía asociados a la biomasa. Ello aumenta su complejidad ya
que cada proyecto necesita análisis específicos de disponibilidad, extracción, transporte y
distribución
-  Dispersión de la producción, que provoca un aumento de los costes de transporte y por
tanto reduce la rentabilidad de las inversiones.
-  Corto periodo de almacenamiento, debido a que al ser materia orgánica se producen
 procesos internos que conllevan una posible degradación, inutilizándola para los fines
iniciales para los que estaba destinada.
2.3 Aspectos Ambientales del combustible (Emisiones asociadas).
Cabe destacar que, desde el punto de vista ambiental, el aprovechamiento energético de la
 biomasa no contribuye al aumento de los gases de efecto invernadero, dado que el balance de
emisiones de CO2 a la atmósfera es neutro. En efecto, el CO2 generado en la combustión de la
 biomasa es reabsorbido mediante la fotosíntesis en el crecimiento de las plantas necesarias para
su producción y, por lo tanto, no aumenta la cantidad de CO2 presente en la atmósfera.
En referencia a las emisiones asociadas a la gasificación de la biomasa, los óxidos de
nitrógeno y de azufre, como se puede observar en la Tabla 2, están en menor proporción en su
matriz que en el caso del carbón, provocando una reducción de las emisiones asociadas a estos
compuestos contaminantes. Sin embargo, el contenido en metales y la posible presencia de otros
compuestos potencialmente contaminantes (NH3, COS, etc.), hace más compleja la depuración
de los gases producidos.
2.4 Aprovechamiento energético de la biomasa
La producción térmica sigue una escala de usos que comienza en las calderas o estufas
 
8
industrias, cuyas necesidades caloríficas también son abastecidos por calderas de biomasa. Se
trata principalmente del aprovechamiento de residuos de las industrias agroforestales para
 producción de calor que, en ocasiones, es acompañado de producción eléctrica (cogeneración
con biomasa).
La producción de electricidad precisa de sistemas aún más complejos debido a, como se ha
mencionado anteriormente, el bajo poder calorífico de la biomasa, su alto porcentaje de
humedad y su gran contenido en volátiles. [4]
3.  Residuos Sólidos Urbanos (RSU) como combustible en gasificación
3.1 Definición y características propias Los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) son aquellos que se originan en la
actividad doméstica y comercial de ciudades y pueblos. En los países desarrollados en los que
cada vez se usan más envases, papel, y en los que la cultura de "usar y tirar" se ha extendido a
todo tipo de bienes de consumo, las cantidades de basura que se generan han ido creciendo hasta
llegar a cifras muy altas. Suelen estar compuestos por:
  Materia orgánica.
  Plásticos. Botellas, bolsas,
desechables, etc.
vajilla rota, etc.
  Metales.Latas, botes, etc.
Gestionar adecuadamente los RSU es uno de los mayores problemas de muchos municipios
en la actualidad, lo que ha propiciado el estudio del aprovechamiento energético de éstos, lo que
 proporciona la ventaja adicional de la reducción del tamaño de los residuos finalmente a
vertidos. Los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) son una fuente de energía doméstica, con el
 potencial de proporcionar una cantidad significativa de energía. [5]
 
9
 peligrosos, y residuos sólidos industriales. Incluye los desperdicios de comida, basura
residencial, comercial y desechos industriales, y escombros de construcción y demolición. Los
lodos de depuradora no están incluidos en la definición formal de los RSU, aunque se estima
que los generados anualmente son manejados por los vertederos de RSU.
La valorización energética de los RSU tiene las ventajas que se presentan a continuación [7]:
-  Disminución del uso de fuentes de energía o recursos no renovables, al sustituir
combustibles fósiles en procesos con alta demanda de energía, además de suponer la
reducción de la dependencia de importaciones en el sector energético.
-  Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, tanto por la reducción del uso
de combustibles fósiles como porque parte de los residuos pueden tener un origen total o
 parcialmente biológico.
-  Recupera la energía que contienen los residuos que ya no se pueden reutilizar ni reciclar y
que irían a parar a un vertedero, evitando además el depósito de residuos en vertedero y sus
consecuencias adversas asociadas, ya que los residuos depositados en vertedero emiten
metano al fermentar, un gas de efecto invernadero que contamina 20 veces más que el CO2.
-  Es una herramienta complementaria para la gestión de sus residuos.
-  Es un recurso inagotable de buen contenido energético.
La composición de los RSU es muy variable, ya que depende de diversos factores tales como
la población, la industrialización de la zona, la época del año, etc. A continuación en la Tabla 4
se presenta la composición típica de los Residuos Sólidos Urbanos.
Componentes % en peso Basura seca
(kg/kg RSU)
Tabla 4. Composición típica de un RSU (MSW) [7]
Como se puede observar, los RSU presentan componentes con escaso o nulo poder
calorífico. Para un mejor aprovechamiento energético mediante gasificación de los RSU, éstos
son separados en fracciones de menor tamaño de las cuáles se extraen los materiales de menor
 
10
Combustibles Sólidos Recuperados (CSR) y Combustibles Derivados de los Residuos (CDR),
denominados en inglés Solid Recovered Fuels (SRF) y Refuse Derived Fuels (RDF) [9].
Los combustibles derivados de residuos (RDF) se definen como el producto de un sistema
de procesamiento de residuos mixtos (residuos peligrosos, no peligrosos o inertes) en el que
ciertos materiales reciclables y no combustibles de la fracción global de RSU, se eliminan con el
objetivo de mejorar las propiedades como combustible del material restante. En promedio, del
75%-85% del peso de los RSU se convierten en RDF. Habitualmente, sólo cumplen las
especificaciones establecidas entre el productor del combustible y el usuario.
En algunos casos, los RDF son producidos a partir de residuos o fracciones de residuos
sometidos a tratamientos mecánicos, por lo que no están estabilizados al no ser secados y haber
reducido su humedad, estando muy condicionados por los residuos de partida.
Los Combustibles Sólidos Recuperados (SRF) son combustibles sólidos preparados a partir
de residuos no peligrosos para ser valorizados energéticamente en instalaciones de incineración
o co-incineración y que cumplen con la clasificación y especificaciones establecidas en la
norma EN 153595 del Comité Europeo de Normalización (CEN).
Los SRF responden a unas especificaciones técnicas y de calidad definidas, estando
estandarizados por la UE, pudiendo ser certificados por las instalaciones productoras, y
 producidos a partir de residuos o fracciones de residuos sometidos a tratamientos mecánico-
 biológicos, que les confieren unas propiedades estables diferentes a las de los RSU (estos
 poseen un elevado poder calorífico). Los materiales que componen los SRF o los RDF son muy
variables y tiene un contenido medio del 50-60 % de elementos biogénicos. En la siguiente tabla
se expone la composición típica de SRF/RDF en Europa.
RSU RDF
Papel (% ) 28,62 8,08 5,7
Plásticos (%) 26,33 29,15 57,81
Textiles (%) 9,03 7,43 18,23
Basura (%) 0,58 1,13 1,48
Metal (% ) 6,99 1,09 0,03
Vidrio (% ) 7,26 0 0
Cerámicas (% ) 0,47 0 0
Tabla 6. Composición típica de RSU y SRF/RDF
 
11
Aunque los RDF no están sometidos a legislación, sino que, como se ha mencionado
anteriormente dependen de las especificaciones establecidas entre el productor y el usurario,
algunas agencias han decidido establecer diferentes clasificaciones de ellos con el fin de
homogeneizar sus condiciones. Un ejemplo de ello es la clasificación realizada por la Sociedad
Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) que distingue entre siete tipos de RDF.
Los SRF, en cambio, están sujetos a normativa y su clasificación y estandarización es
fundamental para proporcionar referencias técnicas a productores, ingenieros y usuarios. Los
SRF se clasifican en cinco clases diferentes de calidad, del 1 al 5, en base a tres parámetros
fundamentales de los combustibles:
- Parámetro económico: Valor medio del poder calorífico inferior en base húmeda.
- Parámetro técnico: Valor medio para el contenido en cloro en base seca.
- Parámetro ambiental: valor medio y percentil 80% para el contenido en mercurio en
relación al poder calorífico inferior en base húmeda.
Dichos parámetros se encuentran especificados en la norma EN 15359, los cuales se
 presentan en la siguiente tabla:
PARÁMETRO BASE UNIDAD 1 2 3 4 5
PCI (valor medio) Base
húmeda MJ/Kg > 25 > 20 >15 > 10 > 3
Contenido en cloro Base seca % Cl < 0,2 < 0,6 < 1,0 < 1,5 < 3,0
Contenido en Hg Base húmeda
mg/MJ < 0,02 < 0,03 < 0,08 < 0,15 < 0,50
Hg, (percentil 80) mg/MJ 0,04 > 0,06 < 0,16 < 0,30 < 1,00
Tabla 7. Sistema de clasificación de los SRF según la norma EN 15359
Los SRF serán designados por una clase o subgrupo de clasificación del 1 al 5 por cada
 parámetro o propiedad y la combinación de dichos números forma el código clase del
combustible.
Los SRF/RDF son producidos a partir de residuos sólidos urbanos (RSU) mediante la
segregación, trituración y deshidratación de estos. La diversidad de residuos que pueden
 procesarse y de los usos a los que pueden destinarse hacen que cada productor siga su propia
estrategia tecnológica para producirlos. El tratamiento de los RSU para obtener SRF/RDF se
realiza mediante distintos tratamientos mecánicos y biológicos.
3.2 Propiedades de los RSU como combustible
Las propiedades de mayor importancia para los RDF/SRF como combustible son el poder
calorífico, el contenido de agua y cenizas, y el contenido de azufre y cloro. Estos valores
 
12
sistema de recogida (mezcla de RSU, separados en origen) y con el tratamiento aplicado
(cribado, selección, trituración, secado).
Los SRF/RDF presentan numerosas ventajas en comparación a los RSU sin tratar. Entre los
 principales beneficios encontramos un mayor poder calorífico, la homogeneidad de su
composición físico-química, la facilidad de almacenamiento, manipulación y transporte, las
emisiones contaminantes más bajas y la reducción en el exceso de consumo de aire durante la
combustión.
A continuación se analizará los RSU y sus fracciones como combustible en función de las
siguientes propiedades:
-  El contenido de ceniza.
Podercalorífico
Los RDF/SRF, debido a su menor contenido en humedad, tienen un mayor poder calorífico
que los RSU (MSW). El poder calorífico asociado a los residuos no es constante debido a la
variabilidad asociada a su composición y a los diversos procesos de tratamiento efectuados.
Combustible Poder calorífico (PCI)
Coque de petróleo 32 MJ/kg 7.700 kcal/kg
Fuel oil 42 MJ/kg 10.000 kcal/kg
TDF Combustible derivado de neumático 32 MJ/kg 7.600 kcal/kg
SRF de residuo industrial 20 MJ/kg 4.800 kcal/kg
SRF de RSU 19 MJ/kg 4.500 kcal/kg
RDF de RSU 12 MJ/kg 2.900 kcal/kg
* RDF típico de baja calidad sometido a tratamiento mecánico, es decir, sin estabilidad.
Tabla 8. Poderes caloríficos de diferentes combustibles.
Como se puede observar el poder calorífico típico de los SRF/RDF es bastante menor que el
de los combustibles fósiles, aunque similar al de la biomasa.
Humedad
El elevado contenido en humedad provoca una disminución del poder calorífico de los
 
13
 Figura 3.Variación del Poder Calorífico de RSU en función del contenido en humedad [6] 
Como se puede observar el contenido en humedad de las mezclas de comida o verdura es
muy elevada, otorgando a éstos un poder calorífico muy bajo, sin embargo, fracciones de
residuos ricas en PVC o plásticos tendrán un poder calorífico notablemente mayor.
ProporcióndeCarbonoFijoyVolátiles
Composición química (% en base húmeda)
RSU RDF (25-100 mm) RDF (<100 mm)
C (% ) 20,11 24,45 29,24
H (%) 2,92 3,21 3,3
N (% ) 0,55 1,09 1,04
Cl (%) 0,18 0,16 0,23
S (%) 0,8 0,1 0,05
O (%) 12,58 11,69 15,9
Humedad 50,65 47,55 40,28
Cenizas 12,21 11,75 9,96
Materia combustible 37,15 40,7 49,76
Tabla 9. Análisis elemental de un RSU y un RDF típicos (los expuestos en la tabla 6 )[14] 
Desde el punto de vista energético los RSU y los SRF/RDF, al igual que la biomasa se
caracterizan por tener un bajo contenido en carbono, y un elevado contenido en oxígeno y
volátiles. Como se puede extraer de la tabla 9, el contenido en humedad de los RSU se reduce al
ser tratados y extraer distintas fracciones (RDF) una vez separados los compuestos de bajo
 poder calorífico, disminuyendo el contenido en ceniza y aumentando la materia combustible
(aumentando el porcentaje de carbono e hidrogeno).
 
14
Cenizas
Se puede observar que tanto los RSU como los SRF/ RDF tienen contenidos de ceniza
mucho más altos que otros tipos de biomasa y alrededor del 30% más alto que el carbón. Esto
supone un menor poder calorífico y el aumento de los gastos de manipulación y procesamiento,
incluso si es muy excesiva, la imposibilidad de la gasificación.
Contenido de productos potencialmente contaminantes
La presencia de metales pesados y elementos tóxicos en la composición química de los RSU
y de sus fracciones tiene una notable importancia en la gasificación, ya que pueden contener
sustancias potencialmente contaminantes y perjudicar gravemente el proceso de gasificación.
Aumentan el peligro de emisión de contaminantes y los costes asociados a la depuración tras la
conversión energética.
De particular interés son S, Cl, F, As y P, que pueden estar presente como componentes
gaseosos en el gas producto de un gasificador y pueden crear problemas tanto en la depuración
de los gases como en el mismo proceso de gasificación.
Otros elementos destacables son Cd y Hg, que son metales volátiles difíciles de eliminar y
 potencialmente venenos del catalizador.
 AnálisisdelaspropiedadesdelosSRF/RDF.
Como se ha comentado en apartados anteriores, el contenido de energía medio de los RSU y
de sus fracciones SRF/RDF es muy variable, dependiendo de su procedencia, así como de los
tratamientos a los que hayan sido sometidos, sin embargo, podría situarse en un rango entre 10-
30 MJ/Kg. Los principales criterios de selección de las fracciones SRF/RDF para su
gasificación son el poder calorífico, el contenido en cloro (asociado generalmente a la cantidad
de PVC), el contenido en azufre, el contenido en metales pesados, especialmente mercurio, el
 porcentaje de humedad y la naturaleza y el contenido de cenizas.
En base a las propiedades analizadas anteriormente, las principales desventajas del uso de los
RSU o de sus fracciones como combustible son:
-  Alto contenido en humedad, que precisa de la desecación de la masa en un proceso previo
a la de combustión de la misma.
-  Posible contenido en cloro , determinante en la formación de dioxinas y causante de
 problemas de corrosión.
-  Elevado contenido en cenizas , bastante superior a las formadas durante la combustión del
carbón.
 
15
-  Existe la percepción de que la valorización energética de los SRF/RDF, es decir, de los
residuos, se opone al reciclado.
-   Normalmente existe una distancia importante entre las plantas  y los posibles puntos de
consumo térmico. 
3.3 Aspectos ambientales del combustible. (Emisiones Asociadas).
Como ocurría en el caso de la biomasa, los RSU tienen asociadas unas bajas emisiones de
CO2, debido a su carácter biogénico. Sin embargo, la complejidad asociada a la heterogeneidad
de los compuestos presentes en la matriz de los RSU dificulta la depuración de los gases
 producidos.
La presencia de elementos tóxicos en la matriz de los RSU debe ser evitada para su posterior
gasificación. Elementos como Cl, F, o As, deben ser eliminados de la composición de estos
impidiendo así tanto la formación de gases ácidos (HCl, HF, etc.) como de dioxinas y furanos,
compuestos muy contaminantes. El elemento de ellos con mayor presencia en los RSU es el
cloro, presente en diversos compuestos como puede ser el PVC. Se esta investigando el uso de
caliza como aditivo en la gasificación para evitar las posibles emisiones asociadas a este
elemento.
4.  Comparación de la Gasificación de RSU y Biomasa
La composición química de los RSU tiene un impacto negativo sobre su idoneidad como
materia prima para la gasificación. Tanto los RSU como los RDF presentan una cantidad
significativa de materia inorgánica. En la Figura 4 se muestra una comparación de estos con
 biomasa y otras materias primas convencionales [10]. Se puede observar como tanto RSU como
RDF tienen contenidos en ceniza muy superiores a otros tipos de biomasa y alrededor de un
30% superior al carbón.
Si atendemos a la humedad, los RSU presentan un contenido de humedad mucho mayor que
cualquier biomasa o carbón, mientras que esto cambia para las fracciones RDF/SRF cuyo
contenido en agua es similar al del carbón. Esto queda patente en la figura que se presenta a
continuación:
16
 Figura 4 .Contenido de humedad, cenizas y volátiles de los RDF y MSW, en comparación con
los combustibles convencionales de gasificación.  
Respecto al contenido en volátiles, éste es similar para la biomasa y los SRF/RDF
(ligeramente superior para los RSU-MSW- sin tratar) y muy superior al del carbón.
El alto porcentaje de humedad presente en los RSU produce una reducción notable del poder
calorífico (HHV) asociado a éste. Sin embargo, en las fracciones de SRF/RDF, se observa un
crecimiento del poder calorífico de los residuos, situándose cercano a los asociados a la
 biomasa, aunque todavía menor.
17
 Figura 5. Poderes caloríf icos de RDF y MSW en comparación con los combustibles
convencionales de gasificación.
Curiosamente, en base libre de ceniza seca, tanto los RSU como RDF tienen un poder
calorífico superior al de otras formas de biomasa, esto se debe a que la cantidad de cenizas de
los RSU y su fracciones es muy superior a la de la biomasa (como puede observarse en la figura
4) lo que produce una disminución del poder calorífico de estos al reducir el porcentaje de
material combustible por unidad de masa.
 Figura 6. Comparación entre RDF, MSW y los combustibles convencionales de gasificación en
 función de su composición elemental.  
 
18
En la figura anterior se puede observar como el porcentaje de carbón es similar para los
distintos tipos de biomasa y RSU (ambos inferior a los del carbón). Esto, unido al porcentaje de
oxígeno en estos combustibles (elevado) tiene una influencia negativa sobre el poder calorífico
mencionado anteriormente, otorgando una baja densidad energética a los combustibles de
estudio.
Respecto a los elementos contaminantes y a las posibles emisiones asociadas, la posible
 presencia de Cl, F, P o As en la matriz de los RSU y sus fracciones, supone una desventaja
debido a la posible causa de problemas en la gasificación así como en la depuración de los gases
 producidos. El Cloro suele ser un elemento presente en los RSU y dicha presencia produce un
aumento notable de los posibles efectos contaminantes asociados al combustible. Actualmente
está en estudio el uso de caliza como aditivo para evitarlos efectos contaminantes del cloro,
destacando la posible formación de dioxinas.
La principal ventaja de los RSU y sus fracciones no está asociada a sus propiedades como
combustible, sino a la recuperación de energía que contienen residuos que ya no se pueden
utilizar ni reciclar, evitando el depósito de estos en un vertedero y sus consecuencias asociadas.
Respecto a la biomasa, la utilización de residuos evita la posible competencia por el terreno
 provocada por la explotación de los cultivos energéticos.
A continuación, se presenta un cuadro resumen con la comparación de las principales
 
19
17-21 MJ/kg 12-15 MJ/kg
Humedad  Normalmente elevada y muy variable.  Normalmente elevada y muy variable. Ligeramente superior a la de una  biomasa típica
Ceniza
 Notablemente más baja que la de combustibles fósiles aunque  posiblemente de menos valor como subproducto.
Porcentaje muy elevado de su composición. Disminuye su poder calorífico y supone un elevado coste de operación y mantenimiento.
Contaminación y Medio ambiente
Reducción de las emisiones de CO2 (balance neutro de emisiones debido a su origen total o parcial)
Menor producción de NOxy SOx que otros combustibles convencionales Posible contenido en cloro
Posible presencia de metales alcalinos y otros compuestos muy contaminantes
Posible presencia de metales pesados
Otras Ventajas
Distribución equitativa y reducción de la dependencia energética
Recurso inagotable Recupera energía de elementos que iban a desecharse en vertederos
Recurso inagotable (siempre se  producirá basura)
Otras Desventajas
Dispersión de la producción
Corto periodo de almacenamiento
Competencia por el terreno Posible percepción de la valoración energética como amenaza al reciclaje
 
20
A modo de comparación, se adjunta una tabla obtenida en la bibliografía donde se presentan
los datos para dos experimentos de gasificación, uno con RDF y otro con biomasa en
condiciones similares de operación:
RDF Álamo Anális is gas de síntesis (% en base seca)
RDF Álamo
Carbono fijo 10 15,3 Monóxido de Carbono 38,8 42,4
Ceniza 10,5 0,92 Dióxido de carbono 9,3 12,8
Carbono 45,5 51 Metano 15,6 15,8
Hidrógeno 5,8 6,1 Etano 1 0,3
Nitrógeno 0,3 0,2 Etileno 16,7 4,4
Azufre 0,2 0,1 Acetileno 0,4 0,4
Oxígeno (por diferencia)
BTU/lb en base seca 7621 8671 Naftaleno 0,5 0,2
Humedad 50% 50% Ratio H2/CO 0,45 0,57
Temperatura ºC 822 870 PCI (btu/scf en base seca) 663 468
Presión del gasificador (psi)
Tabla 11. Datos experimentales de gasificación [13]
5.  Balance de Materia de la gasificación de una biomasa típica
La materia prima a utilizar será pellets de madera residual [11]. Estos poseen varias ventajas
frente a la biomasa no tratada, como son una mayor superficie de contacto, un tamaño más
homogeneizado y un aumento del PCI gracias a un pretratamiento de secado. A continuación, se
 presenta el análisis elemental de dicha materia prima, tanto en base seca como en base húmeda,
así como el poder calorífico asociado a esta.
Elemento Base seca Base húmeda
C (%) 50,1 45,74
H (%) 6,07 5,54
O (%) 43,2 39,44
N (%) 0,09 0,08
Humedad (% ) - 8,7
Cenizas (%) 0,54 0,5 Tabla 12. Análisis elemental de la biomasa elegida
Base seca Base húmeda
PCS (kJ/kg) 19931 18197
PCI (kJ/kg) 18607 16775
 
21
La cantidad de biomasa introducida será de 15 kg/h, mientras que la cantidad de agente
gasificante, en este caso aire, será 24,5 kg/h. La temperatura a la que se llevará a cabo la
gasificación será de 850ºC.
El balance de materia de las distintas corrientes presentes en el proceso se presenta en la
siguiente tabla:
Entrada Salida
Total (kg/h) 39,5 Alquitranes (kg/h) 0,11
Tabla 14. Corrientes del gasificador
Como se puede observar el porcentaje de cenizas obtenido es muy bajo (no llega al 0,1%),
notablemente más bajo que el que se produciría mediante el uso de carbón y mucho más bajo
que en el caso de los RSU. La cantidad de alquitrán (corriente líquida) producida es 0,11 kg/h
(aproximadamente el 0,25%).
15 kg/h biomasa
 
Figura 7. Esquema balance de materia gasificador con biomasa.
En la siguiente tabla se presenta la composición del gas de síntesis en base húmeda obtenido
durante la gasificación:
componentes en ppm
20,83 22,07 11,61 1,71 40,11 3,67 NH3, HCN,  N2O
Tabla 15. Composición química del gas de síntesis obtenido mediante la gasificación
Conviene mencionar que los gases combustibles aprovechables posteriormente serán el CO,
 
22
oxidación completa. Por tanto los gases combustibles aprovechables suponen cerca del 45% del
volumen total de gases. El poder calorífico del gas de síntesis formado es 14,582 MJ/kg de
 biomasa.
6.  Balance de Materia de la gasificación de un RSU típico
Para poder gasificar RSU se debe tomar en cuenta que los gasificadores no admiten ciertos
residuos, por lo cual hay que separarlos, es decir, previamente debe existir una fase de
separación donde se extraen vidrios, metales, algunos plásticos, cartones, voluminosos, etcétera.
De este modo, el combustible queda con un alto porcentaje de material orgánico, así como una
 parte de plásticos y por último una parte de papel, que se puede enriquecer en algunos casos con
caucho, material que no se lo utiliza en casi ningún otro proceso.
A continuación se analizará el balance de materia de la gasificación en dos etapas de una
fracción de RDF [12], el cuál ha sido molido y mezclado homogéneamente con un tamaño
adecuado para alimentar el gasificador. Las propiedades físicas de éste se presentan a
continuación:
Ceniza (b.s.) 13,78
Tamaño <1 mm
Tabla 16. Propiedades físicas de la fracción de RDF estudiada.
La composición química de la corriente de entrada al gasificador se presenta en la siguiente
tabla:
Carbono 47,8
Hidrógeno 6,8
Nitrógeno 1,87
Oxígeno 29,75
Azufre <0,1
Cloro <0,1 Tabla 17.Análisis elemental en base seca de la fracción de RDF estudiada.
La entrada de oxígeno al gasificador es de 0,116 kg O2/kg RDF (sin considerar el oxígeno
 
23
GASIFICADOR
 
 Figura 8. Esquema Balance de materia gasificador con RDF
El análisis de la composición química de la corriente de salida se presenta en la siguiente
tabla:
H2  74,62 CO 10,81
16,8
H2S, HCL, dioxinas.
Tabla 17. Análisis del gas de síntesis producido tras la gasificación de la fracción RDF.  
Como se puede observar el porcentaje en peso de la materia sin reaccionar en base seca es
 bastante elevado (16,8%), de los cuales aproximadamente un 90% será escoria y un 10%
metales. Este porcentaje de compuestos combustibles producidos es significativamente mayor
 
24
7.  Conclusiones
Los RSU y la biomasa presentan cualidades atractivas de cara al futuro para su mayor
utilización como combustible mediante gasificación. Poseen un aceptable poder calorífico y
suponen una fuente de energía renovable y de bajas emisiones de CO2  (dado su origen
 biogénico) y de SOX y NOX en el caso de la biomasa.
Mediante la gasificación de estos es posible la generación de electricidad y/o energía térmica
así como la producción de gas de síntesis, transformando la materia prima en otros productos de
valor añadido.
Su utilización presenta además otras ventajas significativas como la reducción de la
dependencia energética y del uso de combustibles fósiles, una distribución más equitativa y en
el caso de los RSU, recuperando energía de elementos que serían desechados a un vertedero.
Las principales desventajas de su uso como combustible en gasificación son un elevado
 porcentaje de humedad (precisan de procesos de secado previos), baja densidad energética
(asociada a su bajo poder calorífico), la heterogeneidad de la materia prima, la dispersión de la
 producción y la posible presencia en su matriz de elementos potencialmente contaminantes (que
requerirán costosos sistemas de depuración).
La comparación de ambos combustibles resulta compleja dada la heterogeneidad de ambos.
La biomasa presenta, generalmente, un mayor PCI que los RSU sin tratamiento, pero esto se
invierte tras aplicarle un pretratamiento a dichos residuos. La depuración de los gases formados
se presenta más compleja para los RSU debido a su gran contenido en ceniza y a la posible
 presencia de Cl (en ambos supone un problema la presencia de metales). La principal ventaja de
los RSU no está en sus propiedades como combustible, sino en reducir el tamaño de los
vertidos, lo que actualmente supone un problema en numerosos vertederos y evitando de esta
manera la competencia por el terreno asociada a los cultivos energéticos.
La gasificación de la biomasa y los RSU presentan una alternativa al uso de combustibles
fósiles, otorgando un valor energético a residuos y materiales de escaso o ningún valor. Es una
opción viable que requiere de investigación y desarrollo para el mejor aprovechamiento
 
25
8.  Bibliografía [1] McKendry, P. “Energy production from biomass (part 1): overview of biomass”.
Bioresource Technol., 83: 37 –46, 2002. PAISLEY, M. A
[2] McKendry, P. “Energy Production from Biomass (part 3): Gasification Technologies”, Bio-
resource Technology, 83, pp. 55-63, 2002. PAISLEY, M. A
[3]. IDAE. “Manuales de las energías renovables. Energía de la Biomasa”.2007
[4] “Yakima County Public Works., County Public Works Solid Waste Division, “Review of
Biomass Fuels and Technologies”, USA, 2004. 
[5] “Gasificación de biomasa para producción de combustibles de bajo poder calorífico y su
utilización en generación de potencia y calor”. Scientia Et Technica, vol. X, núm. 25, agosto,
2004, pp. 155-159,
[6]  C. Valkenburg, MA Gerber, CW Walton, SB Jones, BL Thompson and DJ Stevens.
“Municipal Solid Waste (MSW) to Liquid Fuels Synthesis, Volume 1: Availability of Feedstock
and Technology”; pp. 1-41 (U.S. Department of Energy).
[7] Bary Wilson, Ph.D., Neil Williams, Ph.D., P.E. , Barry Liss, Ph.D., P.E. Brandon Wilson,
Ph.D. “Comparative Assessment of Commercial Technologies for Conversion of Solid Waste to
Energy”. EnviroPower, 2013.
[8] Antonio C. Caputo, Pacifico M. Pelagagge, “RDF production plants: I Design and costs,
Applied Thermal Engineering”, Volume 22, Issue 4, March 2002, Pages 423-437, ISSN 1359-
4311.
[9] Yaque A., Ollero P. “Combustibles sólidos recuperados y combustibles derivados de
residuos.” Escuela técnica superior de Ingeniería de Sevilla. 2013.
[10] Phyllis, “Composition of Biomass and Waste Database. Energy research Centre of the
 Netherlands”. Petten, Holland, Netherlands. Accessed April 24, 2008.
[11] Cuba C., Velo E. “Planta piloto de gasificador downdraft operado con biomasa.
Universidad de Cataluña” 
[12] C. Borgianni, P. De Filippis, F. Pochetti, M. Paolucci, “Gasification process of wastes
containing PVC”, Fuel, Volume 81, Issue 14, 1 September 2002, Pages 1827-1833, ISSN 0016-
2361.
[13] C. Valkenburg, MA Gerber, CW Walton, SB Jones, BL Thompson and DJ Stevens.
“Municipal Solid Waste (MSW) to Liquid Fuels Synthesis, Volume 2: “A Techno-economic
Evaluation of the Production of Mixed Alcohols” (U.S. Department of Energy).
[14] Chang, Y.; Chen, W.; Chang N.; “Comparative evaluation of RDF and MSW incineration”
Journal of Hazardous Materials (1998).p 33 – 45, 58.