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Tesis:

Estudio de viabilidad técnica y económica del aprovechamiento mecanizado de matorral de jara o estepa de montaña (Cistus laurifolius L.) con fines energéticos en pastizales abandonados de la provincia de Soria

  • Autor: BADOS SEVILLANO, Raquel

  • Título: Estudio de viabilidad técnica y económica del aprovechamiento mecanizado de matorral de jara o estepa de montaña (Cistus laurifolius L.) con fines energéticos en pastizales abandonados de la provincia de Soria

  • Fecha: 2023

  • Materia:

  • Escuela: E.T.S.I. DE MONTES, FORESTAL Y DEL MEDIO NATURAL

  • Departamentos: INGENIERIA Y GESTION FORESTAL Y AMBIENTAL

  • Acceso electrónico: https://oa.upm.es/76976/

  • Director/a 1º: TOLOSANA ESTEBAN, Eduardo
  • Director/a 2º: ESTEBAN PASCUAL, Luis Saúl

  • Resumen: La biomasa de matorral es una importante fuente de materia prima que, puesta en valor como biocombustible, contribuye a la mitigación del cambio climático, al desarrollo económico de las zonas rurales y a la reducción del riesgo de incendios forestales, especialmente en países mediterráneos como España, segundo país de Europa en incidencia de incendios después de Portugal y en el que más de la mitad de la superficie forestal total quemada en la última década, estaba cubierta por matorrales (MITECO, 2022). Para facilitar la planificación y desarrollo de estrategias orientadas a incrementar el aprovechamiento sostenible de la biomasa de matorral, se aborda en esta tesis doctoral el estudio de la viabilidad técnica y económica de la recolección mecanizada de la jara o estepa de montaña (Cistus laurifolius L.) con un equipo de desbroce y empacado simultáneo, así como su posterior pretratamiento y caracterización como biocombustible. En primer lugar, y en base a un elevado número de parcelas de muestreo destructivo (240 parcelas de Ø 4 m), se elaboraron ecuaciones para cuantificar el peso de la biomasa en pie de matorrales de jara-estepa en el centro-norte de la Península Ibérica, obteniendo estimaciones más exactas y precisas que otros modelos elaborados anteriormente para cistáceas. Posteriormente, se procedió a la evaluación de su recolección mecanizada mediante un equipo de desbroce-empacado (Biobaler WB55), nunca antes utilizado con esta especie de matorral mediterráneo. Las pruebas de recolección mecanizada con diferentes útiles de corte, indicaron, en el mejor de los casos, una baja eficiencia de recolección (30% de la biomasa en pie), obteniendo 2,6 toneladas de materia seca por hectárea y un buen rendimiento de desbroce (0,7 hectáreas por hora productiva), más del doble de lo establecido para realizar rozas mecanizadas en zonas de trabajo similares. La venta de la biomasa empacada permitió sufragar el 60% del coste de los trabajos de desbroce, lo que demuestra la contribución de la recolección de matorral al ahorro en los trabajos de prevención de incendios forestales. La biomasa obtenida se sometió a diferentes procesos de pretratamiento para elaborar biocombustibles sólidos en forma de material triturado a 30 mm y de pélets de 8 mm de diámetro, que fueron caracterizados para determinar su uso más indicado a nivel comercial. Por otro lado, se evaluó la influencia del almacenamiento a la intemperie de la biomasa empacada durante un año sobre los procesos de pretratamiento y la calidad de los biocombustibles. Se demostró que es factible este tipo de almacenamiento, asumiendo unas pérdidas de materia seca del 12,3%, al no existir diferencias significativas en los rendimientos y los consumos energéticos de los procesos de trituración, molienda y peletizado de biomasa. Finalmente, los análisis de los biocombustibles obtenidos indicaron que el almacenamiento de biomasa a la intemperie mejoró algunos de sus parámetros de calidad, siendo la reducción del contenido en ceniza el aspecto más destacado. Esto permitió clasificar el material triturado a 30 mm como clase I1 para uso industrial (norma ISO 17225-9:2021) y los pélets como clase I3, también para uso industrial (norma ISO 17225-2:2021). Esta investigación tiene interés relevante para el sector forestal industrial al estar planteada a escala real, con un elevado número de hectáreas recolectadas y una importante cantidad procesada de biomasa. Con todo ello, cabe concluir que el manejo sostenible de la vegetación arbustiva contribuye a la lucha contra los incendios forestales, y lo que a priori puede plantearse como una debilidad, debido al elevado coste de los tratamientos de limpieza forestal, puede transformarse en una fortaleza poniendo en valor la biomasa en un entorno de demanda creciente de bioproductos y fomento de la economía verde. ABSTRACT Forest biomass from woody shrub species is an important alternative feedstock for bioenergy. When transformed into biofuels this can contribute to climate change mitigation, the economic development of rural areas and reducing the risk of wildfires. This is especially true in Mediterranean countries, such as Spain, the second country in Europe in terms of fire incidence after Portugal, where more than half of the total burnt forest area in the last decade, was covered by shrubland (MITECO, 2022). To facilitate the planning and development of strategies aimed at increasing the sustainable management of shrub formations for energy use, the technical and economic feasibility of mechanised harvesting of rockrose (Cistus laurifolius L.) shrublands with simultaneous harvesting and baling equipment was studied, as well as its subsequent pre-treatment and characterisation as biofuel. Firstly, based on a large number of destructive sampling plots (240 plots of 4 m diameter), weight models were developed to quantify the standing biomass of rockrose shrubland in the north-centre of the Iberian Peninsula. These equations provided more accurate and precise estimates than other models previously developed for Cistaceae. Subsequently, a technical and economic evaluation of the mechanised harvesting of rockrose shrubland was carried out using harvester-baler equipment (Biobaler WB55), which had never been used previously to collect this Mediterranean species. Mechanised harvesting trials with the harvester-baler and different cutting tools, indicated, in the best case, a low harvesting efficiency (30% of the standing biomass), a productivity of 2.6 tonnes of dry matter per hectare and 0.7 hectares per productive machine hour, more than twice the amount established to carry out mechanized clearing in similar work areas. The sale of baled biomass covered 60% of the clearing costs, demonstrating the contribution of scrub harvesting to savings in forest fire prevention work. The biomass obtained was then pre-treated to obtain solid biofuels in the form of 30 mm shredded material and 8 mm diameter pellets, which were subsequently characterised to determine their most suitable commercial use. Moreover, the influence of one-year outdoor storage of baled rockrose biomass on the yield and energy consumption of the pre-treatment processes and the biofuels quality was evaluated. It was observed that one-year outdoor storage was feasible, assuming 12.3% of dry matter loss, as there were no significant differences in the yields and energy consumptions of the shredding, milling and pelletisation processes with freshly harvested biomass and one year stored biomass. Finally, the characterisation of the biofuels obtained indicated that outdoor biomass storage improved some of its quality parameters, the most important aspect being the reduction of ash content. This allowed the 30 mm shredded material to be classified as class I2 for industrial use, according to ISO 17225-9:2021 and the pellets as class I3, also for industrial use, according to ISO 17225-2:2021. This research is of relevant interest to the industrial forestry sector as it is on a real scale, with a large number of harvested hectares and a significant amount of processed biomass. Therefore, it can be concluded that the sustainable management of shrub vegetation contributes to forest fire prevention work and what, a priori, can be seen as a weakness, due to the high cost of forest clearing treatments, can be transformed into a strength by biomass valorisation, in an environment of growing demand for bioproducts and the promotion of the green economy.