482.o Trimestre 2006 - N.o 84

Alejandro CarazoGerente de Trmica AFAP, S.A.Ingeniero de Montes (Univ. Politcnica Madrid)Diplomado en Adm. y Dir. de Empresas (ESADE)ACtermicaAFAP@terra.es

Se pretende ofrecer al lector 3 relaciones cuantitativas aproxima-das, bsicas y suficientes, para conocer, entender y estimar lascantidades de madera, carbono y dixido de carbono que intervienenen las reacciones de: 1) emisin de CO2 por combustin y 2) fijacinde Carbono en la biomasa, y en la madera en particular.R

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Cifras bsicas de la relacinMadera-Fijacin de

Carbono-CO2 atmosfrico

Cifras bsicas de la relacinMadera-Fijacin de

Carbono-CO2 atmosfrico

El reto

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En el n 82 de MONTES le dos citas al respecto deesto: la 1 citaba al Profesor Alberto Pardos en el 4Congreso Forestal Espaol (pg. 7: un m3 de made-ra puesta en obra inmoviliza 1 Tm de CO2 durante 20 a30 aos y ) y la 2 en el publirreportaje de Nues-tros Bosques frente al Cambio Climtico (pg. 13 y14: Un m3 de madera retiene aproximadamente unatonelada de CO2).

La 1 afirmacin es tcnicamente intachable, por elverbo utilizado, como pretendo demostrar y contribuir aaclarar en este artculo; pero la 2 es o ms bien pare-ce, como tambin quiero demostrar una paradoja fsi-co matemtica, por la cierta metfora que implica aquel uso del verbo retener: Cmo puede retener un m3de madera que pesa 500, 600 o 900 kgs., segn sea suhumedad una tonelada de algo (en este caso de CO2)?Es decir, Cmo puede haber 1.000 Kg. de algo, en uncuerpo que pesa menos de 1.000 Kg?

Y es que el lenguaje juega con la ciencia (como eljuego dialctico del medio metro cuadrado y la mi-tad de un metro cuadrado, etc.) pero aqu no hay au-tntica paradoja matemtica, del tipo de las del cl-culo infinitesimal (e.g.: la liebre que nunca coger ala tortuga que va delante, porque antes de llegar aella deber recorrer infinitamente la mitad de la mi-tad, de la mitad, de la distancia que les separa,que tambin infinitamente aumenta, aunque . am-bas distancias Convergiendo! a un valor finito, bas-tante ms prximo que la meta; lo cual es la clave delas paradojas infinitesimales: la convergencia en el l-mite).

Por cierto que en la ref. bibliogrfica que cito (del n81 de la revista MONTES) se daba la equivalencia de 1t de carbono retenido por 3,667 t de CO2, la cual depaso tambin voy a incluir y justificar aqu, pues es otraforma de expresar la misma frmula.

Triturado

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Pero vamos ya con la ciencia de los hechos:

Se tiene que partir de una hiptesis simplificadorapara hacer asequible el clculo, clculo que por otraparte interesa como clculo tcnico ms que comoexacto clculo cientfico, pues se aplica en entornosmacroeconmicos de carcter forestal, agrcola, indus-trial y ambiental en definitiva.

La nica hiptesis simplificadora necesaria es:MADERA = CELULOSA

Ya que realmente la madera es celulosa en su mayorparte. Y sta es un polmero natural cuya macromolcu-la tiene de frmula emprica n(C6H10O5), siendo n unvalor entre 100 y 2.000 veces el monmero glucosa,monosacrido de frmula C6H12O6, la cual se polimeri-za linealmente en una cadena o varias unidas paralela-mente mediante condensacin que libera una molcu-la de agua en cada unin glucosa-glucosa (por ello tam-bin la celulosa puede verse formulada comon(C6H10O5)H2O, que indica esta formacin). En nuestrahiptesis la madera ser NICAMENTE celulosa y sufrmula simplificada n(C6H10O5).

La combustin de madera sera por tanto combus-tin de celulosa y la reaccin molecular de la mismaestequiomtricamente ajustada podra llamarse Re-accin qumica fundamental de la combustin de ma-dera:

n(C6H10O5) + n 6O2 n 6CO2 + n 5H2O

Lo que traducido a lenguaje comn es que 1 mol(molcula gramo) de celulosa reacciona exactamente(estequiomtricamente) con 6 moles de oxgeno paradar 6 moles de dixido de carbono y 5 moles de agua.Para los que estn an ms olvidados de la qumica, re-cordar que 1 mol es la cantidad de masa de un com-puesto, que contiene el nmero de Avogadro de mol-culas, y que dicha masa es precisamente el peso mole-cular del compuesto expresado en gramos; por lo cual1 mol de cualquier sustancia tiene el mismo n de mo-lculas (6,0235x1023 = n de Avogadro) que 1 mol decualquier otra sustancia distinta. Esto significa en la Re-accin Fundamental de arriba, y repetimos, que:

1 mol de (C6H10O5) + 6 moles de O2 6 moles deCO2 + 5 moles de H2O

Teniendo en cuenta los pesos moleculares de estasmolculas y el principio de Avogadro apuntado, la ante-rior relacin molar se traduce y queda igualmente ajus-tada en gramos como:

162 g de (C6H10O5) + 192 g de O2 264 g de CO2 +90 g de H2O

Si se dividen estos pesos por 162 se tendr la reac-cin ajustada para 1 Kg de madera, es decir, 1 Kg. decelulosa:

ste sera el Balance Tcnico de Masas para laCombustin de Madera del cual se pueden extraer yjustificar todas las relaciones citadas al principio del ar-tculo:

1. un m3 de madera puesta en obra inmoviliza 1 Tmde CO2 durante 20 a 30 aos y :

En efecto, ya que por cada Kg de madera com-bustionada se producen 1,63 Kg de CO2, recproca-mente la formacin de madera utiliza, va fotosnte-sis, esa cantidad de CO2 atmosfrico para utilizar yretener su carbono y su oxgeno1 en las molcu-las de celulosa.

Y si 1,63 Kg de CO2 se invierten en construir unKg de madera, 1.000 Kg de CO2 produciran pro-porcionalmente 613,5 Kg de madera, que no porcasualidad se aproxima bastante al peso medio de1 m3 de madera en condiciones normales, lo quejustifica la afirmacin subrayada.

Es una relacin tcnica aproximada, con todaslas salvedades debidas a nuestra hiptesis simplifi-cadora madera=celulosa ms las consideracionesde humedad de la madera que quieran hacerse, pe-ro sirve para clculos tcnicos y cifras redondas f-ciles de recordar.

Los 20-30 aos son por la vida media y yo diramnima de los productos derivados de la madera,antes de su degradacin/combustin final.

2. Un m3 de madera retiene aproximadamente unatonelada de CO2: S, pero como indicaba arriba, conun cierto sentido metafrico, en el sentido de que nohay CO2 retenido como tal en la madera, pero s estretenido el carbono que forma dicho CO2 atmosfrico(y la mitad de su oxgeno) formando madera (celulo-sa, polisacridos). Por tanto si se matiza as, o se so-breentiende que era el caso no se puede estar endesacuerdo con la afirmacin.

3. 1 t de carbono retenido equivale a 3,667 t deCO2: hay que volver a la Reaccin Qumica Funda-mental para ver esta relacin. El carbono representaun 44,44% del peso molecular (Pm) de la celulosa:

Pm C6 / Pm (C6H10O5) = (6 x 12) / 162 = 0,4444

por tanto son 2,25 t de celulosa (= madera) lasque contienen 1 t de C y como 1t de madera pro-duce 1,63 t de CO2, 2,25 t de madera emiten 3,667t de CO2.

Explicado de forma ms amplia y sencilla: el Cde un combustible cualquiera se transforma enuna combustin completa y estequiomtrica enCO2, cuya relacin de pesos atmicos C/ CO2 es 12

1 Kg (C6H10O5) + 1,19 Kg O2 1,63 Kg CO2 +0,56Kg H2O

1 En la fotosntesis, es el oxgeno del agua el que se libera a la at-msfera, siendo su hidrgeno, junto con el carbono y oxgenodel CO2, los que se aplican a la formacin del glcido elemental.En reacciones posteriores dicho glcido elemental se combinarhasta formar glucosa y despus sta se polimerizar a celulosa.

a 44, es decir 1 a 3,67: 1 Kg. de C produce en unacombustin 3,67 Kg. de CO2.

Explicadas estas relaciones, Cuidado con interpreta-ciones y conversiones apresuradas de cosas similares orelacionadas, pero no iguales! Por ejemplo, y me expli-co, aunque para forestales estas afirmaciones sean muybsicas, casi de Perogrullo:

1. No todo es carbono en la madera.2. 1 t de madera no es 1 m3 madera.

Porque he odo alguna vez, respectivamente, que 1Kg de madera equivale o inmoviliza 3,67 Kg de CO2 yque se retiene o evita una t de CO2 por cada t de ma-dera en pie; lo primero es falso por exagerado, ya quees un Kg de carbono lo que produce eso y se ha vistoque slo un 44,4% en peso de la celulosa es carbo-no, luego un Kg. de madera inmoviliza 0,444 x 3,67 =1,63 Kg. de CO2, nuestro resultado conocido; y lo se-gundo falso por defecto, ya que es un m3 de madera(aprox. 613 Kg.) la que aproximadamente inmoviliza o

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Astillado

Serrn y virutas

evita una t de CO2; por tanto una t de madera equivalea unos 1.630 Kg. de CO2 (1.000/613 = 1,631) coinci-dente como es lgico con la relacin estequiomtricadel Balance Tcnico de Masas.

CONCLUSIONES

Si nos atenemos a la Reaccin qumica fundamen-tal de la combustin de madera y su correspondienteBalance Tcnico de Masas y dentro de la hiptesissimplificadora de madera = celulosa, las relacionestcnicas concluyentes son (Cuadro Resumen):

1. La formacin de un Kg. de madera sustrae (inmovi-liza, utiliza) 1,63 Kg de CO2 atmosfrico.

2. La combustin de 1 m3 de madera emite una t deCO2 y viceversa: hay una t menos de CO2 en la at-msfera por cada m3 de madera producido en labiosfera.

3. Una t de carbono retenido en cualquier combusti-ble (renovable o fsil) equivale a 3,67 t de CO2 libe-rado a la atmsfera.

En relacin con esto ltimo y para terminar, un cua-dro comparativo (Tabla 1) de las cantidades grosso mo-do de CO2 que emiten diversos combustibles (elabora-da a partir de datos de las refs. Bibliogrficas 2 y 3).

Pone en evidencia que lo relevante no es tanto elCO2 emitido sino el origen del combustible, ya queaparte de la menor o mayor limpieza de las combustio-nes (el gas es la ms limpia: Ojal se produjera gas na-

tural renovable en grandes cantidades!) y la generacinde contaminantes no indicados aqu (SO2 en los carbo-nes y fuel leos) la gran diferencia en el medio ambien-te la produce el hecho de que, salvo la biomasa, al utili-zar los dems combustibles de la tabla LIBERAMOS uncarbono que estaba retenido fsil desde hace millonesde aos; y as convendra dejarlo mientras no seamoscapaces de frenar la emisin antrpica de CO2, ya queel ciclo natural de formacin de esos combustibles so-brepasa la escala humana y ni siquiera hay certeza deque se puedan repetir las condiciones que propiciaronla formacin de esos yacimientos carbonferos (petr-leo, gas, carbn). A efectos prcticos es como si abrira-mos un grifo global de aporte de CO2 a la atmsfera delplaneta, SIN RETORNO a su origen o sumidero de car-bono, del cual se extrajeron.

Sin embargo la biomasa, aunque tambin su com-bustin es una liberacin de carbono retenido y consi-derable, como indica la tabla es una liberacin tempo-ral, de unas cuantas dcadas, ya que el ciclo del carbo-no el que ocurre en las condiciones actuales vuelve afijar el CO2 atmosfrico en biomasa en el transcurso demedio siglo, por trmino medio. Dicho de otro modo:la emisin de CO2 producida al quemarse la biomasa,es la misma que la que se retira de la atmsfera duranteel periodo de crecimiento de dicha biomasa. Por ello sedice que la biomasa al quemarse tiene emisiones deCO2 neutras.

Lo importante es el saldo final de emisiones, la cualse conseguir reducir cuanto mayor sea la cantidad decombustibles fsiles SUSTITUIDA por combustibles re-novables, biocombustibles y energas renovables en ge-neral (Protocolo de Kyoto).

La incineracin de residuos de ciertos residuos cu-ya combustin no aade otros problemas de contami-nacin a la atmsfera contribuye en el mismo sentidoque la biomasa. La energa nuclear tambin. Pero estoya son otros temas, y otras polmicas. `

Aranjuez, Marzo de 2006

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1. PASCUAL PUIGDEVALL, Jess; ROMEO GIMNEZ, Luis M.; 2005. Carbono Retenido en la Superficie Arbolada de la Provincia de Teruel.Montes n 81: 18-24.

2. MERINO, Luis; MOSQUERA, Pepa; 2003. Energas Renovables para Todos. Coleccin editada por Haya Comunicacin

3. IDAE. 1996. Manual de Energa de la Biomasa. Biblioteca CINCO DIAS. Ed. Especial Cinco Das.

BIBL

IOGR

AFA

COMBUSTIBLE Energa almacenada PCI CO2 emitido Ratio Emisin por Energa(Kcal./Kg.) (Kg) (mg. CO2 / Kcal)

Biomasa de madera (Kg.) 4.100 1,63 398Gas natural (Kg. en CN(*)) 12.670 2,75 217Carbn (Kg.) 7.200 2,95 409Gasleo (Kg.) 10.100 2,75 272

(*) CN: Condiciones Normales: 1 atm. 0 C.

Tabla 1.- Comparacin energtica, emisiva y Ratio Emisin/Energa de diversos combustibles

1 Tm MADERA 1,6 Tm CO21 m3 MADERA 1 Tm CO21 Tm C 1,6 Tm CO2