Biomasa para calefacción residencial: ¿Energía limpia o fuente de contaminación?

Durante la temporada de frío la concentración de material particulado MP10 y MP2.5 en las ciudades del centro y sur de Chile aumenta notoriamente, desde poco antes de la puesta de Sol y durante la primera parte de la noche. Por lejos el principal componente del material particulado proviene de la combustión realizada para calefacción residencial. Otros componentes menos importantes son humo proveniente de quemas agrícolas, de chimeneas de industrias y de medios de transporte.

A su vez, el principal consumo de energía de las familias consiste en la calefacción de viviendas durante el periodo frío del año. Un 80% de la energía utilizada en las familias del centro y sur de Chile se emplea para calefaccionar la vivienda, el resto para cocinar y conservar alimentos, iluminación, entretención, etc. Una casa en la zona central de Chile necesita como mínimo 100 kWh/m2 en energía calórica al año sólo para calefacción, incluso esta cifra puede superar de 200 kWh/m2. La fuente de calor más barata en Chile es la leña. Aparte de su bajo precio, las ventajas de la leña son dos principales:

Es de origen local y sustenta el trabajo de miles de personas que viven de su producción.
Cuando el bosque es correctamente manejado, la mayor parte de los gases efecto invernadero emitidos a la atmósfera por la combustión de la leña son vueltos a absorber por la reforestación. Generándose un efecto muy cercano a lo que se llama “carbono neutral”.

Sin embargo, la leña aun estando seca, no es capaz de generar una combustión de buena calidad debido a las pocas posibilidades de contacto estrecho entre el aire de combustión y el combustible. Esto genera falta de oxígeno para la oxidación completa generando la emisión de sustancias tóxicas por el ducto de humos, que constituyen el material particulado. Y consecuentemente, una baja eficiencia del aparato, por oxidación incompleta del combustible. Si se compara 1 kg de leña con 1 kg de pellet, este último posee entre 10 y 20 veces más superficie de contacto con el aire. Sumado a la ventilación forzada del proceso de combustión de pellets, se traduce en la reducción de emisiones y en un aumento de la eficiencia, pasando de 50-60% en calefactor a leña a casi 90%.

De este modo, un calefactor a pellet de uso doméstico quemando 1,2 kg pellet por hora desarrolla una potencia calefactora de 5,3 kW. Esta potencia de calefacción sería equivalente a la de una estufa a leña quemando 2,6 kg de leña por hora. Esto contradice la opinión de que los calefactores a pellets son más gastadores o que calientan menos el hogar. Esta opinión puede deberse a que el mecanismo de calefacción por convección forzada de la estufa a pellets es distinto al de radiación infrarroja de la estufa a leña. Ninguno de los dos mecanismos es mejor que el otro, en la preferencia por uno u otro mecanismo influirá la forma como se habita la vivienda, la configuración de las habitaciones y sobre todo los hábitos o costumbres de los usuarios frente a una u otra tecnología.

Con respecto a la tasa de emisiones, los calefactores a pellets varían en márgenes estrechos, pues utilizan un combustible estandarizado y operan de forma automática. Un factor de emisión efectivo sería de 2 a 3 gramos de MP2.5 por cada 1 kg de pellets quemados. Para el caso de los calefactores a leña “a combustión lenta” las cifras son muy variables, dependiendo de la forma como se manipule el aparato, de la humedad de la leña, de si incluye o no corteza, de la especie forestal, e incluso de la forma y tamaño que los trozos tengan. Las cifras que se manejan para la combustión residencial van desde unos 5 gramos/kg de leña, en caso de una utilización óptima, hasta varias decenas de gramos/kg de leña en caso de utilización irresponsable.

Debido a la quietud del aire durante las primeras horas de la noche en invierno y debido al fenómeno de inversión térmica en la atmósfera, los humos emitidos por el conjunto de calefactores, chimeneas industriales, vehículos, quemas abiertas, etc., se acumulan en las capas más bajas de la atmósfera dispersándose a un ritmo mucho más lento que la tasa de emisión conjunta. Si suponemos un factor de emisión de MP2.5 de 10 g/kg, y se queman 10 kg de leña, se habrán emitido 100 g de MP2.5. Si pensamos que no debería superarse una concentración de 200 μg/m3 de MP2.5 (que sería una situación de alerta sanitaria y 10 veces el promedio anual máximo aceptado por la OMS), entonces se requerirá un volumen de aire de 2 millones de m3 para lograr diluir toda la emisión de material particulado. Si suponemos que, como consecuencia de la inversión térmica, este material particulado se acumula sobre la ciudad hasta una altura de unos 200 metros sobre el nivel del suelo, prácticamente sin viento, entonces por cada calefactor se necesitaría disponer de una hectárea de superficie para diluir estas emisiones, para alcanzar la concentración de 200 μg/m3 de MP2.5. Pero en la realidad los domicilios urbanos suelen ocupar una superficie entre 150 y 250 m2 incluyendo el jardín, y a la vez, más de la mitad de los domicilios de las ciudades del centro-sur y sur de Chile cuentan con estufa a leña. Calculado de otra forma, el volumen de dilución al que “tendría derecho” cada hogar sería de unos 50 mil m3 de aire (250 m2 × 200 m). La concentración que se alcanzaría allí al quemar 10 kg de leña en estufa a leña es teóricamente de 2000 μg/m3, es decir, una concentración absolutamente insoportable. En realidad, no se llega a tales cifras, pues siempre hay una leve ventilación del aire urbano, por ejemplo, por movimiento catabático nocturno. Este cálculo simplificado ilustra lo inviable que es el mecanismo de calefacción residencial actual. Incluso si la sustitución por pellets fuera del 100% del parque de estufas a leña, podría haber algunos días con problemas de contaminación, puesto que también emiten material particulado, aunque a una tasa inferior. Es por esto que un flaco favor se le hace al uso sostenible biomasa cuando se propaga acríticamente la idea que el uso de leña seca es la solución al problema de calidad del aire urbano.