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[InformeTcnico ]

Agricultura Febrero 08I168

Uso de cenizas procedentes de

calderas de biomasa como insumoorgnico en los suelos agrcolas

[ SOSTENIBILIDAD ]

La produccin de energa a partirde biomasa supone un balanceneutro en cuanto a emisiones

de CO2vertidas a la atmsfera. Estaafirmacin no quiere decir que estasemisiones sean nulas, sino que la can-tidad de CO2 que se emite en el proce-so de combustin de la biomasa esprcticamente la misma que la plantaabsorbi durante todo su ciclo vegeta-tivo. Si hablamos de la produccin de

esa biomasa, es decir, si analizamos elciclo de vida, existen emisiones deCO2 asociadas a las correspondienteslabores e inputs necesarios en su pro-duccin.

La utilizacin de formas renovablesde obtencin de energa suscita ungran inters entre otras razones, antela problemtica del cambio climticoglobal, cuyo origen parece vinculadoal sistema energtico actual. De estaforma se persigue reducir las emisio-nes de CO2 a la atmsfera para cum-plir as con el protocolo de Kyoto.

Esta circunstancia ha motivado quea los criterios tradicionales de segu-

ridad de suministro, se hayan aadi-do otros tendentes a lograr una ma-yor proteccin del medio ambiente, atravs de una poltica que incluye eldesarrollo de energas limpias entre

las que se encuentra la biomasa, lacual constituy tradicionalmente lafuente de energa ms importantedesde el descubrimiento del fuegohasta la revolucin industrial. La bio-

masa fue la primera fuente de energaque utiliz el hombre y, puede volvera ser una de las energas renovablescon las que deberemos contar paracubrir parte de nuestras necesidadesenergticas.

Biomasa

Por biomasa se entiende el conjuntode materia orgnica tanto vegetal co-mo animal, incluyendo, por tanto, losmateriales que procedan de su trans-formacin. As, en la obtencin de

biomasa para produccin de energa

Cuando se utilizan cultivos energticos o restos vegetales, se

retira del suelo materia orgnica incrementando de esta ma-

nera la falta de nutrientes de los mismos, haciendo necesario

el uso de abonos para restituirlos. Una forma de atenuar es-tas extracciones de nutrientes es devolver al suelo las ceni-

zas resultantes de la combustin de esta biomasa. De esta

manera se restituyen parte de los elementos minerales que

fueron extrados durante su explotacin, como es el caso,

principalmente, de P, K, Ca y Mg. Al utilizar las cenizas como

abono se reducen las necesidades de inputs de este tipo

haciendo ms sostenible todo el proceso.

David Lpez TorresMiguel ngel AlonsoMiguel AriasIngeniero Industrial. Cenit Solar Proyectos e Instalaciones Energticas.Departamento de biomasa

Isabel Gonzlez-BarragnDra. Ingeniera Agrnoma. Cenit Solar Proyectos e Instalaciones

Energticas. Departamento de biomasa.Profesora titular de universidad en la Escuela Universitaria de IngenieraTcnica Agrcola (INEA) de Valladolid.

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se presentan dos soluciones: Producir dicha biomasacon los denominados culti-

vos energticos , es d ecir,cultivos o plantaciones des-

tinados exclusivamente aproducir energa, por ejem-plo: chopo, cardo, (para

biocombustibles slidos),colza, pataca (para biocom-

bustibles lquidos, biodie-sel y bioetanol)etc Utilizar como fuente de

biomasa residuos agrcolas, foresta-les y ganaderos, desde los produci-dos directamente en la explotacin(restos de podas, paja, purines),hasta los procedentes de industrias

agroalimentarias (huesos de aceitu-na, cscaras de almendra). Tambindebe englobarse en este apartado alos residuos urbanos (fraccin org-nica de los residuos slidos urbanos

y lodos de depuradoras).

La Real Academia de la Lengua Es-paola define residuo como materialque queda como inservible despusde haber realizado un trabajo u opera-cin. Cuando se habla de residuos

vegetales, normalmente se mete en elmismo saco restos vegetales y resi-duos propiamente dichos. En nume-

rosas ocasiones los restos vegetales noson un residuo, ya que aunque elhombre no lo utilice si puede hacerloel suelo. Es el caso de la paja de cerealdejada sobre el mismo tras la cosecha:

ese resto pasa a ser alimento del sue-lo. En otras ocasiones, la prctica ha-

bitual es el iminar los, como ocurretambin con los restos de poda. En es-tos casos se considera realmente unresiduo. El sostenimiento climticodemanda que el intercambio de CO2en el ocano y biosfera sea igual a laadicin debida a la actividad humanams el producido por fenmenos na-turales. Para ello es necesario contro-lar estrictamente la actividad humanaen lo que respecta a las emisiones dedixido de carbono (Ferreiro, C. y Fe-rreiro, R., 2007).

Cuando la biomasa se quema, seefecta una reaccin qumica quecombina su carbono con oxgeno delambiente, formndose dixido decarbono (CO2) y combinando el hi-drgeno con oxgeno para formar va-por de agua. Sin embargo, los rboles

y plantas que estn creciendo captu-ran nuevamente el CO2 de la atms-fera, de esta manera, si se utiliza la

biomasa de forma sostenible, en tr-minos netos, no se agrega CO2 a laatmsfera.

Ventajas sosteniblesde la biomasa

La biomasa est formada principal-mente por carbono y oxgeno. Tam-

bin contiene hidrgeno, nitrgeno,azufre, ceniza y agua, dependiendode la humedad relativa. Los combus-tibles biomsicos contienen niveles

insignificantes de sulfuro y no contri-buyen a las emanaciones que provo-can lluvia cida. Otra ventaja de la

biomasa como fuente energtica esque se trata de un recurso autctono

que no est sujeto a las fluctuacionesde precios de la energa, provocadaspor las variaciones en el mercado in-ternacional de las importaciones decombustibles, pudiendo incentivar las

economas rurales, creando ms op-ciones de trabajo y reduciendo laspresiones econmicas sobre la pro-duccin agropecuaria y forestal.

Como se ha dicho anteriormente elbalance de CO2 emitido a la atmosferaen el proceso de obtencin de energamediante biomasa es neutro, pero sihacemos una evaluacin del ciclo de

vida del proceso completo, vemos queesta afirmacin no es del todo cierta

ya que existen otras emisiones de CO2inherentes a dicho proceso de las que

hay que ser conscientes e intentar mi-tigar.

Durante el aprovechamiento de lasplantaciones de cultivos energticosse produce una importante extraccinde nutrientes del sistema: macro ymicroelementos del suelo que luegohay que reponer con abonos (Merinoet al., 2003) por lo que no se cierra elciclo del CO2 (Balboa et al., 2003).Los residuos agrcolas siempre handesempeado importantes funcionespara la conservacin y sostenibilidadde nuestros suelos agrcolas: evitanlos efectos producidos por la erosin,durante su humificacin y mineraliza-cin devuelven una parte importantede los nutrientes anteriormente extra-dos de ese suelo y mantienen el con-tenido de materia orgnica y carbonodel mismo contribuyendo a su rege-neracin natural.Al retirar esa biomasa del suelo la

nica reposicin natural de nutrientesqueda limitada a los aportes atmosf-

ricos y la alteracin mineral. De estaforma tiene lugar la entrada de ele-mentos como K, Mg y Ca (aunque encantidades insuficientes para abaste-cer la demanda del siguiente cultivo).Como consecuencia, la produccin de

biomasa debe complementarse conprogramas de fertilizacin adecuada(Balboa et al., 2003).

La disminucin de la materia org-nica del suelo deteriora su estructura,estabilidad de agregados, actividad

biolgica, y capacidad de retencin de

agua y nutrientes hacindose cada vezms vulnerable a la erosin, compac-tacin, acidificacin, salinizacin, ca-rencia de nutrientes y sequa (Euro-pean Enviroment Agency, 1998).

La biomasa est formada

principalmente por carbono y

oxgeno. Tambin contiene

hidrgeno, nitrgeno, azufre,

ceniza y agua, dependiendo

de la humedad relativa

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Un suelo pobre y mal estructuradoes muy erosionable y su erosin lacausa principal de los procesos de de-sertificacin (Ayala-Carcedo, 2002).El suelo edfico (la parte superior del

terreno o suelo agrcola) es un recursode importancia clave ya que de l de-pende la capacidad productiva de lossuelos. La erosin reduce la fertilidad

y la capacidad de almacenamiento deagua del suelo. Se estima que la ero-sin requiere aumentar cada ao un25% los costes de produccin paramantener el mismo nivel productivo(Pimentel et al., 1995).

La desertificacin es una herenciahistrica de las actuaciones humanassobre el territorio, principalmente por

el cambio de uso de suelo sin tener encuenta las condiciones de frgil equi-librio de los ecosistemas. La entidadde los ecosistemas depende de la con-servacin y desarrollo del suelo, yaque la base de todas las cadenas trfi-cas es la biomasa vegetal, siendo stafuncin de suelo y clima. Al utilizaresta biomasa vegetal como combusti-

ble slido en una caldera de biomasa,tras su combustin aparece un resi-duo: las cenizas, para las que hasta lafecha no se ha encontrado un progra-ma adecuado de reutilizacin, sinoque se acumulan en grandes parqueso se trasladan a vertederos.

Como alternativa a su transporte avertedero, la aplicacin de estas ceni-zas en terrenos agrcolas y forestalesaparece como una prometedora va de

revalorizacin de este residuo, altiempo que se que colabora con laconservacin de ese medio que pre-tendemos nos provea de energa. Enla bsqueda de una biomasa adecua-

da y sostenible para la produccin deenerga trmica en nuestra zona (Va-lladolid) nos hemos inclinado por elsarmiento del viedo (hasta ahora unresiduo) (Gonzlez Barragn, M.I. etal, 2007a), y el cultivo del cardo (Gon-zlez Barragn, M.I. y Lpez, D.,2007b). El inters del aprovecha-miento del sarmiento radica en que esprecisamente un residuo que tras lapoda hay que eliminar. La prcticahabitual es amontonarlos para msadelante incinerar con sus correspon-

dientes inconvenientes en su manejo.Se trata de miles de kilocaloras des-perdiciadas y miles de toneladas deCO2vertidas a la atmsfera de formagratuita.

El aprovechamiento del sarmientoen una caldera puede ser la forma deutilizar toda esa energa contenida enl con un objetivo: ya sea el de cale-factar, producir electricidad o ambosa la vez en procesos de cogeneracin.El inters de utilizar cardo (Cynaracardunculus) como biocombustibleslido viene dado por las ventajas desu cultivo en cuanto a su rusticidad,rpido crecimiento, carcter invasivo,adems de poder cultivarse en secano,su perennidad de la permitiendo unacosecha de biomasa anual y su eleva-do rendimiento.

[InformeTcnico ]

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El inters de utilizar

cardo como biocombustible

slido viene dado por las

ventajas de su rusticidad,

rpido crecimiento

y carcter invasivo,

adems de poder puede

cultivarse en secano

Aplicacin de las cenizas:objetivos

Este estudio pretende valorar el inte-rs de la aplicacin de las cenizas pro-cedentes de plantas de biomasa ensuelos agrcolas como abonos. Por ello,adems de la viabilidad de sarmiento ycardo para su combustin (publicadosen nmeros anteriores), hemos anali-zado sus cenizas, tanto por su intersen el funcionamiento de la caldera co-mo por su inters de poder utilizarsecomo insumo orgnico en los suelos.

1. Material y mtodos

El ensayo de cardo (Cynara cardun-culus) se localiz en el Municipio de Vi-llamediana (Palencia). Las muestras decardo se recogieron en diciembre de2006 de forma aleatoria segando laplanta por la base, incluyendo por tantocaptulos, caa y hojas. El porcentaje deestas ltimas fue escaso ya que en lapoca de recogida son pocas las quepermanecen en la planta. El cultivo fuesembrado en otoo de 2006 (por lo que

este ensayo corresponde a la primeracampaa del cultivo). Se aplic un abo-nado de fondo de 400kg/ha de triple 15

y un abonado de cobertera de 400kg/hade sulfato amnico.

El ensayo de vid se localiz en el Muni-cipio de La Seca (Valladolid). Las mues-tras de sarmiento se recogieron en fe-

brero de 2007 de forma aleatoria de losmontones preparados para su incinera-cin. Por causas climatolgicas, el agos-tamiento de los pmpanos este ao2007 se produjo muy tardo e hizo que

se retrasara la poda, obtenindose sar-mientos con elevado porcentaje de hu-medad. El anlisis de cenizas se hizo se-gn las normas ASTM 3682 y ASTM3683.

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2. Resultados y discusin

Para garantizar la nutricin de loscultivos y asegurar tanto la cantidadcomo la calidad de sus rendimientosse suelen emplear fertilizantes mine-rales y orgnicos. La planta absorbedel medio que le rodea las sustancias(minerales o inorgnicas) que le sonnecesarias para desarrollarse y crecer.

Entre los elementos que forman par-te de esta nutricin se encuentran N,P y K como macroelementos prima-rios y Ca y Mg como macroelementossecundarios.

Tras la combustin de Sarmiento yde Cardo en una caldera de biomasa,

los porcentajes de ceniza han sido:

En Sarmiento 3,2% sobre base secay 2,9 sob re base hmeda (9,5% dehumedad). En Cardo 6,5% sobre base seca y5,9 sobre base hmeda (10,02% dehumedad).

La Tabla 1 muestra el resultado delanlisis realizado a dichas muestras deceniza de las dos biomasa ensayadas:sarmiento y Cynara cardunculus.

Con el aporte de las cenizas proce-dentes de la combustin de la bioma-sa al suelo se devuelve al mismo partede los nutrientes anteriormente extra-dos por el cultivo, pudiendo incre-

mentar las concentraciones P, Ca yMg como formas asimilables en lafraccin slida del suelo, lo que con-lleva a aumentos en la produccin(Solla et al., 2001). No obstante hayque tener en cuenta que algunos estu-dios han sealado que la eficacia delas cenizas para aumentar el conteni-do de P disponible en el suelo es me-nor que la obtenida con los fertilizan-tes minerales convencionales (Erich yOhno, 1992). En el trabajo realizado

por Solla et al., 2001 puede verse co-mo la adicin de cenizas a un suelo in-crement significativamente los nive-les de P, Ca, Mg, K, Mn. Sin embargo,no influy en Fe, Ni, Cu, Cr, Cd, Pb.

Lo que las cenizas no devuelven esuno de los tres macroelementos pri-marios: el nitrgeno. La absorcin defsforo por parte de la planta se haceprincipalmente en forma inica(H2PO4-, HPO42-), aunque las canti-dades absorbidas se expresan en for-ma de P2O5. En la Tabla 2, se muestraen una tabla las riquezas mnimas exi-gibles a los diferentes abonos simplesfosfatados existentes en el mercado(Bascones, E., 2004):

Con la aplicacin de estas cenizas al

suelo puede reducirse en parte las ne-cesidades de estos abonados. La ri-queza de P2O5 en las cenizas estudia-das supone el 4,2% en las de sarmien-to y 3,4% en las de cardo. Otro ele-mento primario en las necesidades delas plantas es el potasio. Las plantasabsorben el potasio (K+) por va radi-cular a partir de la solucin del suelo.Los fertilizantes minerales potsicossimples de uso habitual son los queilustra la Tabla 3 (Bascones, E., 2004).

La riqueza de potasio en cenizas desarmiento es del 28% y las cenizas del

cardo del 15%. Por lo que la aplicacinde cenizas en las tierras de cultivopuede restituir este elemento aunquecon mayores dosis que con los fertili-zantes tradicionales. Con el aporte decenizas, adems de elementos prima-rios como fsforo y potasio, incluye laadicin de otros elementos secunda-rios, no por ellos menos importantes,como calcio y magnesio.

En los cultivos leosos y especial-mente en el viedo, son frecuentes lascarencias de Mg, y este se aporta nor-

malmente en forma de sulfato demagnesio (16 % MgO). Las cenizas desarmiento y de cardo tienen una ri-queza de 6,2% y 5,8% respectivamen-te que pueden suplir esas carencias.

Tabla 1:Caracterizacin de las cenizas de sarmiento y Cynara cardunculus.

SARMIENTO CARDO

COMPOSICIN DE CENIZAS(4)

(%) COMPOSICIN DE CENIZAS(4)

(%)

xido de Silicio 23,000 xido de Silicio 5,300

xido de Aluminio 4,300 xido de Aluminio 1,200

xido de Hierro (III) 2,300 xido de Hierro (III) 0,450

xido de Calcio 15,000 xido de Calcio 33,000

xido de Magnesio 6,200 xido de Magnesio 5,800

xido de Sodio 0,540 xido de Sodio 1,800

xido de Potasio 28,000 xido de Potasio 15,000

xido de Titanio (IV) 0,180 xido de Titanio (IV) 0,059

xido de Fsforo (V) 4,200 xido de Fsforo (V) 3,400

xido de Cinc 0,032 xido de Cinc 0,035

Trixido de Azufre 3,000 Trixido de Azufre 3,100

xido de Manganeso (III) 0,066 xido de Manganeso (III) 0,056

xido de Bario 0,016 xido de Bario 0,019

xido de Estroncio 0,047 xido de Estroncio 0,500

(4) Las normas seguidas son la ASTM 3682 y la ASTM 3683.

Tabla 2:Riqueza de P2O5 en fertilizan-

tes simples fosfatados

Fertilizantes Fosfatados.

Riqueza en P2O5 (%)

Solubles

Superfosfato de cal simple 16

Superfosfato de cal doble 25

Superfosfato de cal triple 38

Liposolubles

Fosfato biclcico 38

Escorias Thomas 12

Insolubles

Fosfato natural parcialmentesolubilizado 20

Fosfato calcinado 25

Fosfato aluminoclcico 30

Fosfato natural blando 25

Tabla 3:Riqueza de K2O en fertilizantes

simples potsicos

Fertilizantes Fosfatados.Riqueza en K2O

(%)

Cloruro potsico (KCl) 50-60

Sulfato potsico (K2SO4) 48-50

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El aporte de magnesio al suelo contri-buye no slo a satisfacer las necesida-des de los cultivos sino tambin sino acorregir la acidez del suelo.

El calcio como alimento de la plantasuele formar parte de los fertilizantesnitrogenados y fosfatados en riquezas

variables. Las cenizas estudiadas soncapaces de aportar cantidades impor-tantes que no slo colaboraran en lanutricin de las plantas y microorga-nismos, sino que son necesarias parauna buena estructura del suelo al flo-cular el complejo arcillo-hmico y aaumentar el pH del suelo.

La adicin de cenizas, por tanto,puede incrementar el pH de un suelopor la abundancia de xidos, princi-palmente de Ca, Mg y K, que confie-ren a este material un marcado carc-ter alcalino (Etigni y Campbell,1991). Este uso de cenizas como en-mienda para corregir suelos cidos hasido mostrada en diferentes trabajospor Ohno y Erich (1990), Vance(1996) y Solla et al., (2001).

Corregir la acidez del suelo es im-portante ya que el pH, entre otras co-sas, determina la disponibilidad denutrientes de carcter metlico paralas plantas e influye sobre la capaci-dad de intercambio catinico (que es

menor en suelos cidos que en los b-sicos). De esta forma los suelos cidosprovocan una carencia de Ca paraplantas y microorganismos y un exce-so de Al y Mn en la solucin del suelo,que pueden alcanzar valores txicospara los cultivos. En el control de laacidez se emplean habitualmentecompuestos clcicos y magnsicos(carbonatos, xidos e hidrxidos). Alreducir la acidez de un suelo puedemodificarse la dinmica de diferenteselementos (Kabata-Pendias y Pen-

dias, 1984; Roy et al., 1988) eliminan-do estos problemas.En diversos estudios se han descrito

descensos de la disponibilidad de al-gunos de estos metales despus de la

adicin de cenizas como consecuenciade la menor solubilidad de stos al au-mentar el nivel de pH del suelo(Huang et al., 1992; Krejsl y Scanlon,1996). De esta manera diversos auto-

res han comprobado como el aportede cenizas aumenta el pH del sueloderivando en una disminucin del Al

y Ni en disolucin (Solla et al., 2001).Si comparamos el aporte de elemen-

tos minerales procedentes de las ceni-zas de biomasa con una enmienda or-gnica como los estircoles, vemos la

ventaja de las cenizas sobre estos. Enla Tabla 4 se muestra las riquezas delos elementos que irn apareciendodurante su biodescomposicin en dis-tintos tipos de estircoles.

En las Tablas 5 y 6 se muestran ensendas tablas los complejos binarios yternarios (NPK) ms utilizados paraque sirvan de comparativa con las ce-nizas. Como se coment al principio,las cenizas no aportan nitrgeno porlo que su riqueza ha sido excluida deestas tablas, excepto en la de ternariospuesto que la riqueza de N forma par-te de su denominacin.

Conclusiones

La adicin de cenizas procedentesde la combustin de biomasa en cal-deras para la produccin de energapuede ser aadida a las tierras decultivo para restituir parte de los ele-mentos minerales que fueron extra-dos durante su explotacin, como esel caso, principalmente, de P, K, Ca yMg. Es posible su uso de las cenizas

para corregir la acidez de suelos ci-dos, evitando as los riesgos de estossuelos sobre los vegetales.

La utilizacin de cenizas como abo-nado en suelos cultivados, supone larevalorizacin de un residuo de nue-

va aparicin con el uso de la biomasacomo fuente de energa que en gran-des plantas resulta un residuo quehay que eliminar, muchas veces consu traslado a vertedero.

Bibliografa

Queda a disposicin del lector enlos siguientes correos electrnicos:igonzalez@cenitsolar.com y redac-cion@editorialagricola.com.

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Agricultura Febrero 08I172

Tabla 4:Riqueza de P2O5, K2O y CaO en

distintos tipos de estircoles

Estircol de: P2O5 (%) K2O (%) CaO (%)

Caballo 0,28 0,53 0,20

Vaca 0,16 0,40 0,30

Oveja 0,23 0,67 0,30

Cerdo 0,19 0,60 0,08

Tabla 5:Riqueza de P2O5, K2O

en fertilizantes binarios

DenominacinSigla o

formulacin

Riqueza (%)

P2O5 K2O

Superfosfatopotsico

0-14-7 14 7

Fosfatomonoamnico

MAP 48-52 0

Fosfatodiamnico

DAP 46 0

Nitratopotsico

KNO3 0 44

Tabla 6:Fertilizantes ternarios ms

utilizados en agricultura espaola

(Bustamante, I. y Corral, P., 1999)

Pobres en nitrgeno

4-12-85-15-57-12-78-8-8

8-10-30 (3S)(2MgO)(0,1B)8-15-158-24-88-24-168-24-248-18-278-36-16

20-10-5S (3,3MgO)

Medios en nitrgeno

9-18-2710-15-24 (5S)(3MgO)(0,8Zn)

12-10-17 (3MgO)12-12-2412-24-8

P2O5 (%)

15-15-1515-15-15S

17-8-13 (4MgO)(4S)28-8-14 (0,1B)(3S)

20-10-10

La adicin de cenizas puede

incrementar el pH de un suelo

por la abundancia de xidos,

principalmente de Ca, Mg y K,

que confieren a este material un

marcado carcter alcalino

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