Los subproductos del olivar constituyen una interesante fuente de energía de carácter renovable que debe ser aprovechada adecuadamente atendiendo a criterios técnicos, económicos y medioambientales. La elección del mejor proceso de transformación de las biomasas olivareras en energía permitirá avanzar hacia una mayor integración entre la producción de aceites de oliva, la generación de energía y la conservación del medio ambiente. Este artículo analiza brevemente tres biomasas con gran potencial para su aprovechamiento energético: huesos de aceituna fragmentados, orujos grasos húmedos y orujillos. Aunque el estudio se centra fundamentalmente en la producción de energía mediante combustión y gasificación, también se comentan otras tecnologías emergentes como la pirólisis o la carbonización hidrotérmica.
El mar de olivos que cubre la provincia de Jaén y Andalucía, extendiéndose por buena parte de la Cuenca Mediterránea, es un tesoro natural del que se extraen los diferentes tipos de aceites de oliva. Sin embargo, a partir del cultivo del olivo y de la transformación industrial de su fruto es posible, además, obtener recursos biomásicos con aplicaciones en campos tan diversos como la producción de fertilizantes naturales y enmiendas de suelos (compost, podas picadas, biocarbones…), la fabricación de piensos (hojas de olivo, orujos grasos deshuesados…), la síntesis de compuestos funcionales para consumo humano (compuestos fenólicos y oligosacáridos), la obtención de bioadsorbentes (carbones activos) o la generación de energía.
En la Figura 1 se muestran los subproductos del olivar y de las industrias de procesado tanto de las aceitunas (almazaras) como de los orujos grasos húmedos (extractoras de aceites de orujo de oliva u orujeras). En el balance de materia planteado se establece que, a partir de 1 ha. de olivar tradicional en secano de la variedad picual, sería posible recuperar, anualmente y en promedio, 4 t. de aceitunas, 2,3 t. de madera (en forma de troncos y ramas) y 0,7 t. de hojas. Por otra parte, en la almazara se generarían 3 t. de orujos grasos húmedos (OGH) que contendrían alrededor de 0,45 t. de huesos de aceituna fragmentados (HAF). Finalmente, en la orujera se recuperarían 0,8 t. de orujillos de aceitunas. Los anteriores valores son aproximados, ya que fluctúan debido a diferentes factores. En cualquier caso, en España sería posible establecer unas producciones medias anuales, para HAF, OGH y orujillos, de 1, 7 y 1,2 millones de t., respectivamente.
En los últimos años, la Unión Europea ha priorizado entre sus políticas la búsqueda de fuentes de energía endógenas y renovables en sus países miembros con el fin de avanzar hacia la independencia energética y mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero. Así, se ha fijado que estas fuentes deberán cubrir el 42,5% de la demanda de la UE en el año 2030. Para alcanzar este objetivo es crucial impulsar el uso de la biomasa verde aprovechando su gran potencial (17,3 millones de t. equivalentes de petróleo anuales en España) y su flexibilidad en la producción de energía, ya que, a diferencia de otras tecnologías tales como la fotovoltaica y la eólica, la energía química contenida en la biomasa puede ser utilizada justo en el momento en que el usuario lo necesite, sin esperar a que sople el viento o pueda disponerse de radiación solar.
Figura 1. Subproductos obtenidos del olivar y de las industrias oleícolas.
Sin embargo, el desarrollo del uso energético de la biomasa está lastrado por cuestiones como la falta de uniformidad en las propiedades físico-químicas de las materias primas y por sus costes de adquisición y gestión, que son nulos en el resto de las tecnologías renovables. No obstante, estos costes se pueden reducir si las biomasas son obtenidas y gestionadas en instalaciones industriales, sobre todo si son de gran tamaño. Por este motivo, el presente estudio se centra en el análisis de las posibles aplicaciones energéticas del hueso de aceituna, los orujos grasos húmedos y el orujillo de aceituna.
Como se sabe, la aceituna se compone de tres regiones principales: el epicarpio (piel), el mesocarpio (pulpa) y el hueso entero. Este último, a su vez, se divide en semilla y endocarpio, que es la cáscara dura que protege a la semilla y representa entre el 13 y el 23% del peso del fruto. En las últimas décadas se pueden destacar varios hitos que han influido en la gestión de los subproductos de la industria oleícola. En primer lugar, las almazaras, a partir de la campaña 1991/92, sustituyeron paulatinamente el sistema de extracción de aceites mediante decánter de tres salidas por el de dos salidas. Este hecho modificó las características de los OGH, incrementando notablemente -del 50 al 70%- su contenido en agua. Además, estos orujos fueron nuevamente alterados a partir de 1995, cuando las almazaras incorporaron las separadoras de pulpa y hueso a sus diagramas de proceso. Al separar el hueso de la pulpa se modifica la composición de los orujillos obtenidos en las orujeras, aumentando su contenido en cenizas y disminuyendo su poder calorífico.
Las principales aplicaciones energéticas del hueso de aceituna, los orujos grasos húmedos y el orujillo de aceituna, se muestran en la Figura 2, observándose como existen dos grandes vías para obtener energía a partir de estas biomasas: ruta termoquímica y ruta bioquímica.
La ruta termoquímica implica el desarrollo de reacciones químicas a altas temperaturas aplicando técnicas como la combustión, la gasificación, la pirólisis o la carbonización hidrotérmica. En la combustión, la biomasa es oxidada completamente a 600-1000º C para producir una corriente gaseosa (compuesta por dióxido de carbono y agua), una corriente sólida (cenizas) y una gran cantidad de energía térmica. Aquí el objetivo es transformar toda la energía química del material en energía térmica, que además podría ser transformada en electricidad mediante una turbina de vapor. Por otra parte, en la gasificación la biomasa sufre una oxidación parcial a 700-1200º C, obteniéndose una corriente de gas sintético compuesta fundamentalmente por monóxido de carbono e hidrógeno, y una corriente sólida de cenizas y biocarbón. El carácter combustible del gas sintético permite que pueda ser quemado en un motor de combustión interna, o en una turbina de gases, para producir electricidad.
Figura 2. Rutas para la valorización energética de las biomasas olivareras.
Existen dos grandes tipos de gasificadores: los de lecho fijo, en los que el sólido se mantiene estático dentro del reactor; y los de lecho móvil, cuando el sólido queda suspendido aprovechando el flujo ascendente del gas. En cuanto a la pirólisis, consiste en el calentamiento de la biomasa en una atmósfera no oxidante y a temperaturas de 350-700º C para producir fundamentalmente biocarbón, bioaceites y gases. Una variante de la pirólisis sería la torrefacción seca, que se lleva a cabo a temperaturas inferiores (200-350º C). Finalmente, en el tratamiento hidrotérmico la biomasa, dispersa en un medio acuoso, se calienta a 250-350º C provocándose la hidrólisis de sus polisacáridos y la obtención de un hidrocarbón con importantes mejoras energéticas respecto a la materia prima.
Por su parte, la ruta bioquímica implica el desarrollo de reacciones bioquímicas a bajas temperaturas (20-50º C) aplicando enzimas hidrolasas (hidrólisis enzimáticas) y microorganismos de carácter aerobio o anaerobio (fermentaciones). En esta ruta, a diferencia de lo que ocurre en los procesos termoquímicos, se necesitan amplios tiempos de reacción -días e incluso semanas- para completar las transformaciones, lo que hace necesario el uso de biorreactores de grandes dimensiones. A partir del metabolismo microbiano se podrían obtener biocombustibles líquidos -caso del bioetanol o el biobutanol- o gaseosos, como el biogás.
Combustión
La combustión es la vía de aprovechamiento energético más directa para la biomasa vegetal, siempre que se disponga de combustibles secos, con bajos contenidos de cenizas y azufre, y con alta densidad energética. La imposibilidad de quemar materiales con humedades por encima del 50% excluye el empleo directo de los orujos grasos húmedos en combustión. Este problema puede solucionarse si el OGH es parcialmente secado antes de proceder a su alimentación al quemador de biomasa, procedimiento que en cualquier caso no evitaría que la fracción grasa del orujo sea empleada para un uso no alimentario. La combustión del OGH, hoy en día, se produce en algunas plantas termoeléctricas asociadas a orujeras. En el caso del orujillo de aceituna, se dispondría de un material en muchos casos granulado, seco (8-12%, humedad relativa de equilibrio), sin aceites y con bajo contenido de azufre (< 0,1%).No obstante, su alto contenido en cenizas (5-10%) y bajo poder calorífico superior (PCS: 13,8-15,8 MJ/kg.) limita el empleo de los orujillos al ámbito industrial. Una posible mejora en las características de esta biomasa podría lograrse mediante tratamientos de lixiviación de su materia mineral, lo que abriría la posibilidad de su empleo en quemadores domésticos. Por otro lado, el hueso de aceituna fragmentado es, con diferencia, el mejor biocombustible sólido que puede obtenerse en la industria oleícola, siempre que sufra una serie de operaciones de acondicionamiento. Ello es así debido a que, tal y como salen de las separadoras de pulpa y hueso, los endocarpios contienen más de un 20% de humedad y alrededor de un 3% de pulpa. Los secaderos tipo trómel, seguidos de un separador de pulpa, han demostrado su efectividad para secar y limpiar los endocarpios, obteniéndose una corriente de pulpa que puede servir de combustible en el secadero.
Equipos para la separación pulpa-hueso.
Otra interesante posibilidad para el secado y limpieza del hueso, todavía no suficientemente explorada, pasaría por utilizar secaderos tipo flash. En cuanto al tamaño de los fragmentos de endocarpio, éste dependerá de factores como la variedad y el calibre de las aceitunas, así como de las aberturas de las cribas utilizadas en la operación de molido del fruto en la almazara. Tras el tamizado de los endocarpios, es habitual que más del 90% del peso se recupere en forma de partículas de tamaño superior a 2 mm. Este material, seco y limpio, con bajo contenido de cenizas (< 2%) y azufre (0,02-0,05%), y elevados poderes caloríficos superiores (19 MJ/kg.), puede venderse a precios muy competitivos, incluso superiores a 200 euros por tonelada, al cumplir con los criterios de calidad marcados por la norma UNE 164003:2022.
Gasificación
A pesar de las numerosas investigaciones científicas que han explorado la producción de gas de síntesis a partir de endocarpios y orujillos de aceituna, hasta la fecha prácticamente no se han implementado gasificadores industriales que usen regularmente estos tipos de biomasas. Entre los factores que explicarían esta realidad se pueden citar, por un lado, los problemas asociados al movimiento de los sólidos dentro del reactor, que son particularmente significativos en equipos de lecho fijo e impiden un funcionamiento estable durante períodos de tiempo prolongados. Además, la operación de limpieza del gas de síntesis supone un gran desafío, ya que suele contener material particulado y alquitranes. Este último punto es el verdadero talón de Aquiles de la gasificación de las biomasas vegetales, y sólo puede resolverse mediante el paso secuencial del gas a través de separadores ciclónicos, enfriadores, lavadores de gases y equipos de filtración. La secuencia de tratamiento es compleja y cara, particularmente en lo relativo a la depuración de las aguas residuales obtenidas en el lavador de gases, que resultan contaminadas por compuestos químicos orgánicos, muchos de ellos de carácter aromático y tóxico.
Transformación, por pirólisis, del hueso de aceituna (A) y el orujillo de la aceituna (C) en sus respectivos biocarbones (B y D).
El coste asociado al tratamiento del gas de síntesis tal vez sólo podrá ser afrontado por grandes plantas de gasificación, como las que se podrían implantar en orujeras de gran capacidad con vista a gasificar sus orujillos. En cuanto a la composición del gas sintético limpio, nuestro Grupo de Investigación determinó un 9,1% de H2, 23,7% de CO y 1,3% de CH4 a la salida de un gasificador alimentado con hueso de aceituna; mientras que en otras pruebas de gasificación realizadas con orujillos en la Universidad de Jaén se informó de porcentajes de hidrógeno y monóxido de carbono de 17,7 y 15,3%, respectivamente. Es importante señalar que, aunque la aplicación energética más directa para el gas de síntesis es su combustión, existen otras posibilidades con un gran atractivo tecno-económico en el medio plazo, como la separación del hidrógeno para su empleo en pilas de combustible, el desarrollo de la reacción de metanación para obtener gas natural sintético o la síntesis Fischer-Tropsch dirigida a la producción de biocarburantes líquidos (querosenos de aviación, gasóleos…).
Otras tecnologías para el aprovechamiento energético de las biomasas
La pirólisis y la torrefacción, aplicadas sobre el hueso de la aceituna, permitirían obtener biocarbones de muy elevado poder calorífico, alta estabilidad biológica y bajas capacidades de adsorción de humedad. Por ejemplo, es posible producir biocarbones con PCS próximos a 29 MJ/kg. (50% superior al de la materia prima) mediante torrefacción de los endocarpios a 300º C. Algunos de los inconvenientes de este tratamiento son la pérdida de parte del material sólido -alrededor del 50%- al transformarse en compuestos volátiles, el incremento del contenido de cenizas en el biocarbón y el descenso en la densidad relativa de los sólidos tratados como consecuencia de su mayor porosidad. Esto último podría compensarse si los biocarbones se granulan aprovechando su mayor facilidad de rotura respecto a la materia prima. Por otro lado, la carbonización hidrotérmica puede ser interesante para el tratamiento de los orujos grasos húmedos aprovechando que ya contienen grandes cantidades de agua. El calentamiento de esta biomasa en presencia de agua y a temperaturas cercanas a 300º C daría lugar a un hidrocarbón con características similares a las comentadas anteriormente para el biocarbón, consiguiéndose, además, una importante reducción en el contenido de materia mineral.
Finalmente, en relación con las rutas bioquímicas de transformación de la biomasa, cabe mencionar que, a nivel de laboratorio, ha sido posible obtener bioetanol partiendo de endocarpios y orujillos de aceituna; sin embargo, estas biomasas no son las más idóneas para este proceso debido a sus bajos contenidos en celulosa y altos de lignina. Los orujos grasos húmedos tienen un gran potencial para la producción de biogás (metano) por digestión anaerobia, aunque su alto contenido en compuestos fenólicos y bajo de nitrógeno suponen un freno para el trabajo de los microorganismos metanogénicos. Estos inconvenientes podrían resolverse mediante la carbonización hidrotérmica del orujo -que eliminaría compuestos fenólicos- seguida de la codigestión del hidrocarbón resultante.
