Si un país busca garantizar un adecuado suministro de leña y de carbón vegetal para sus ciudadanos, el primer paso a dar es formular una política energética nacional para la leña y el carbón vegetal, cuyo objetivo debe ser nacional, puesto que la asignación de recursos necesarios para satisfacer la demanda de leña exige una acción a dicho nivel (4).

Una política nacional para la leña tiene también que entrelazarse con la política energética nacional, que cubra todo el campo del empleo de energía, ya que el abastecimiento de leña no puede aumentar sin insumos correspondientes de combustibles líquidos, electricidad, etc. Sin embargo, es posible dar un primer paso comenzando por la leña y el carbón vegetal y otros combustibles usados en grandes cantidades para fines domésticos.

Un presupuesto energético típico, en un país en vía de desarrollo, depende mucho de la leña y del carbón vegetal, para la cocina y la calefacción doméstica.

Los tres principales aspectos a tomarse en cuenta, cuando se formula una política energética para la leña son:

• Las dimensiones actuales y características del recurso maderero y de su futuro desarrollo.
• El esquema actual del consumo de leña y de carbón vegetal, y su posible desarrollo futuro.
• Cómo se produce y distribuye la oferta actual, y qué posibilidades hay de racionalización y mejora.

El consumo per caput mundial de leña, incluyendo el carbón vegetal, fué estimado en 1978. en 0,37 m3. Sin embargo, el empleo per caput en el mundo desarrollado era de sólo 0,13 m3, comparados con los 0,46 m3 del mundo en desarrollo. Los países desarrollados tienen un alto consumo global de energía por persona, en el cual la madera es una componente menor; los paises en desarrollo tienen un bajo insumo de energía per caput, representado principalmente por la leña y el carbón vegetal.

El Cuadro 1, tomado de la Conferencia de las NN.UU, sobre Fuentes de Energía, Nuevas y Renovables (Tercer Período de Sesiones, 1981) muestra, para varias regiones del mundo, la importancia relativa de la leña (30).

Para comenzar, es útil preparar una serie de proyecciones del consumo actual y futuro, que pueden derivarse bastante fácilmente de los datos existentes sobre la población y las exigencias típicas per caput. Con ello puede estimarse, bastante rápidamente, el ritmo probable de corta de madera y la superficie de bosques manipuleada, y probablemente destruida, anualmente. Basándose sobre el conocimiento de las distribución de las zonas forestales, que participan en la producción y de las principales áreas de consumo, puede trazarse bastante fácilmente un bosquejo de la principal red de distribución y de las posibles cantidades que se deben surtir a los diversos mercados. En esta etapa, comenzarán a aparecer en la imagen varias áreas grises", y pueden programarse exploraciones para dar los datos requeridos para aclarar el cuadro.
 

Cuadro1: La leña en el Consumo Mundial de Energía en 1978
 

	Población (millones)	Leña  Total a/ (millones m3)	Consumo per caput %	Energía equiva- lente en leña b/ (millones de gi- gajoules)	Energía comercial c/	Leña (porcentaje del total) d/
Mundo	4.258	1.566	0.37	14.720	256.594	5.4
Mundo desarrollado	1.147	145	0.13	1.363	205.115	0.7
Economías de mercado	775	54	0.07	508	145.148	0.3
Economías de planificación centralizada	372	91	0.24	855	59.967	1.4
Mundo en desarrollo	3.111	1.421	0.46	13.357	51.479	20.6
Africa	415	353	0.85	3.318	2.415	57.9
Países menos desarrollados	138	163	1.18	1.532	255	85.7
Asia	2.347	796	0.34	7.478	37.558	16.6
países menos desarrollados	130	34	0.26	319	180	63.9
Economias de planificación centralizada	1.010	220	0.22	2.068	24.048	7.9
América Latina	349	272	0.78	2.557	11.306	18.4

a/ Incluve madera para leña vegetal
b/ IM3 = 9,4 gigajoules
c/ IMT carbón = 29,3 gigajoules
d/ No incluyen otras. fuentes de energía no comercial importantes en otras regiones
 

En esta fase preliminar de la planificación, es útil recordar que la demanda de leña per caput en los diversos países en desarrollo, es más uniforme de lo que uno se imagina. La mayoría de estos países están ubicados en los trópicos y por lo tanto expuestos a regímenes bastante uniformes de temperatura. Las altas montañas y las mesetas son una excepción pero, al nivel de país, estas diferencias no son por lo general grandes, por lo que pueden usarse, para una primera estimación, las mismas cifras para toda la población.

El consumo básico per caput puede estimarse en 1.200 kg anuales de leña con 30%. de contenido de humedad. Este valor se aplica a los hornos y fogones de cocina, tradicionalmente de baja eficiencia. Las cocinas económicas muy eficientes pueden bajar este valor a 450 kg. El consumo de carbón vegetal varía aproximadamente entro 60 y 120 kg per caput por año, y a los fines de una planificación preliminar, puede usarse el valor de 100 kg, convertible desde alrededor de 700 kg de madera seca, necesarios para producirla, teniendo en cuenta las pérdidas de transporte. El contenido calórico de 100 kg de carbón vegetal, desmenuzado, equivale aproximadamente a alrededor de 300 kg de madera seca al aire. Por los valores anteriores, es evidente que se justifica estimular el empleo de cocinas económicas de gran eficiencia, cuando se quema madera seca; sin embargo es mejor quemar carbón vegetal en lugar de madera, en los hornos y fogones de cocina de baja eficiencia. Los fogones y las cocinas mal diseñadas pueden tener una eficiencia térmica tan baja como el 3-5%. Un hornillo típico de carbón vegetal tiene una eficiencia térmica del 23-28%. (Véase el Capitulo II). Con el carbón vegetal hay también ahorros sobre el costo del transporte.

Cualquier estrategia elegida influirá sobre el plan proyectado de producción y consumo concebido para los anos futuros y tendrá una influencia fundamental sobre la política de ordenación forestal.

Para la preparación de los balances energéticos, serán útiles los siguientes factores de conversión:
 

Cuadro 2

El paso siguiente, en el desarrollo de una estrategia para la leña, es de estimar el consumo total de leña y carbón vegetal para el año base y construir luego un cuadro que indique los requerimientos anuales, manteniendo el paso con la proyección de los aumentos de población durante un período de alrededor de 20 años, que es suficientemente largo para establizar la situación de la producción/consumo.

Al ingresar en el cuadro las producciones de leña cosechadas por ha, típicas para las diferentes zonas de producción, podría dimensionarse la superficie de bosque que debe ser trabajada cada año del futuro.

Diferentes situaciones pueden ahora comenzar a delinearse. En el caso de países con baja densidad de población y grandes superficies remanentes de bosques, resultará, por lo común, que sus perspectivas parezcan ser buenas. La superficie forestal requerida será adecuada y debería aún ser posible dedicar zonas forestales de producción de tamaño suficiente, para producir, en forma continua, la cantidad necesaria de carbón vegetal, aún si estos bosques naturales pueden tener un incremento medio anual (IMA) bastante bajo, en el marco de cualquier sistema de ordenación factible. Sin embargo, se debe suponer, implícitamente, que el crecimiento demográfico puede estabilizarse; en el caso contrario, sin embargo, ningún recurso forestal, a pesar de su tamaño, podría satisfacer la demanda futura.

En el caso de países con mayor densidad de población y menos dotados de bosques, se hallará, por lo general, que la superficie forestal disponible no es adecuada para satisfacer lar. necesidades futuras de leña y carbón vegetal, a menos que se tomen medidas drásticas para controlar la situación.

La formulación de planes para superar estos graves problemas, exige el conocimiento y experiencia de especialistas. Deben tenerse en cuenta todos los factores relevantes, ya sean técnicos como sociales.

Las principales opciones al alcance de los países en desarrollo y que se hallan en esta situación son:

• Mejor ordenación, o Introducción de la ordenación, donde actualmente no existe, en las zonas forestales puede ser suficiente aumentar las producciones, hasta el punto en que la regeneración natural resolverá el problema.

• Pueden implantarse forestaciones de elevados rendimientos, frecuentemente con especies de eucalipto, lo que permite generar suficiente madera y bastante rápidamente para nivelarse con la demanda, y superar el problema. Sin embargo, se necesita la ayuda de especialistas y una buena planificación. Los sitios de plantación deben ser elegidos con cuidado, teniendo en cuenta la fertilidad del suelo, lluvia, ubicación con respecto a los centros de consumo, y la practicabilidad de que las tierras puedan dedicarse a fines forestales en forma permanente.

Las plantaciones muy productivas pueden fácilmente dar un IMA por hectárea de 20 o más metros cúbicos de madera con rotaciones de diez a doce años, si se compara con el IMA de dos a tres metros cúbicos en bosques naturales no ordenados. Sin embargo, debe ponerse en claro que los altos rendimientos de las plantaciones no se obtienen sin invertir en una buena tierra, con una correcta ordenación y quizás también con fertilizantes. (11)

El ritmo de consumo de madera puede ser también detenido por medio de métodos mejorados de producción y distribución del carbón de leña y aumentando la eficiencia de las cocinas que emplean madera. A veces, los métodos tradicionales de recolección de los combustibles, debido a herramientas inadecuadas, dejan sin ser cosechadas o que se pudran, muchas trozas de gran diámetro.
 

Se hace a continuación el cálculo de un balance hipotético de leña para una región, mostrando el método seguido e indicando los factores críticos en casos donde pueda ser necesario reunir datos más exactos para elaborar un cuadro más preciso.

Balance energético para leña

Con la información precedente puede esbozarse un balance dendroenergético preliminar para la región. Para ello, la producción y las importaciones se tratan como insumos, y el consumo y exportaciones como salida. El balance anual de dendroenergía, luego es:
 

Insumos

Se supone que la eficiencia de conversión de leña a carbón vegetal es de 5 a 1, por peso y sobre la base de madera seca al horno.

Si la densidad de la leña verde es de 750 kg/m3 (sólido) y el contenido de humedad es del 40%, luego, cada m3 de madera verde contiene 750 x 100/140 = 535 kg de madera seca al horno, equivalente a 535/5 - 107 kg de carbón vegetal.

Para producir 137 000 kg de carbón vegetal se necesitan: 1 286 m3 de leña, o 964 485 kg de leña húmeda. Ello equivale a una relación de conversión sobre la base de madera húmeda de alrededor de 7 a 1.

2) Cantidad de madera cosechada o usada directamente como combustible o para hacer carbón vegetal:
 

a) para hacer carbón : 1 280 m3 b) uso de leña por parte de los habitantes rurales : 80,600 x 1,2 = 96 720 M3 suponiendo un consumo por caput; de leña de 1,2 M3 y una población rural de 80,600. Total: 98 000 m3 de madera verde por año

La estimación del consumo anual actual de leña en la región. permite estimar las superficies forestales usadas cada año para leña y pronosticar, junto con el crecimiento demográfico estimado, la cantidad de diversos tipos de bosques necesarios para satisfacer la demanda de combustible para una creciente población. Siguiendo los cálculos anteriores los resultados pueden no ser exactos. Donde los cálculos muestran que la región podría enfrentarse con déficit de leña, será entonces necesario tratar de mejorar la exactitud de los valores para obtener una estimación más precisa de la adecuación, o si no de los recursos forestales, y adoptar las medidas oportunas para mejorar el cuadro de la oferta.

Una vez que se ha estimado un valor para el consumo anual de leña, es posible calcular cuál es el efecto de una cosecha de leña de esta dimensión sobre los recursos forestales de la región. Debe tenerse también en cuenta el ritmo de crecimiento de la población. Es también razonable basar la producción para el período subsiguiente de alrededor de 20 años, ya que los recursos de las plantaciones requieren casi este mismo tiempo para alcanzar sus rendimientos máximos, y los efectos de alguna forma de ordenación para los bosques naturales descuidados, pueden bien requerir de 10 a 20 años para evidenciar los resultados. El cálculo puede ser el siguiente, en el caso que la población queda estática:

Hectáreas de buen bosque usado para leña con una extracción de 80 m3/ha (98 000/80) 1,225 ha/año. Si se conoce la superficie disponible de buen bosque para leña, puede entonces calcularse la cantidad de años durante los cuales puede mantenerse la oferta. De la misma manera, si tienen que usarse sabanas o áreas plantadas, podrá igualmente calcularse la superficie requerida por ano.

Como regla general, la leña y el carbón vegetal se producen en bosques talados y degradados, y será muy útil calcular la superficie que debe ser puesta bajo ordenación para mantener ese sistema en forma permanente. Normalmente, bosques altos cortados, sin ordenación, pero supervisados, pueden mantener un incremento medio anual de 2-4 m3 por hectárea y por año. Si la edad de rotación del bosque se fija en 40 años, la cosecha será entonces posiblemente de 80 m3 de madera para carbón vegetal. El aumento de la población implica un-aumento de la superficie a cosecharse anualmente, y esto debe tenerse en el cálculo de la superficie total que se reservará para aplicar una rotación, de p.ej. 40 años Empleando los valores para una demanda inicial de madera de 1,225 ha/a, y un crecimiento de la población supuesto del 2,1%, deberán reservarse por lo tanto 75 617 ha de buen bosque, para una rotación de 40 años. Deberá cosecharas cada ano una superficie mayor para abastecer la creciente población.

El área de bosque, ya mencionada con la ecuación de interés compuesto, fué convenientemente calculada usando la ecuación del fondo de amortización" cuya fórmula es:
 

El área requerida continuará, sin embargo, a ser mayor, si continúa el crecimiento de la gente, y surgirán eventualmente problemas sobre la disponibilidad de bosques. El problema se hace más complejo en los casos donde no se disponen de grandes áreas de bosque inexplotados, puesto que el rendimiento del bosque talado debe ser menor y variable. El nivel de corta debería permitir la regeneración en el curso de, digamos, cuarenta años, llegando a un bosque normal, produciendo una corta de 80 m3 por ha para leña y carbón vegetal. Activar esta ordenación implica difíciles problemas de relaciones entre una comunidad y sus bosques, y requiere la participación de un especialista, asunto que no puede ser tratado aquí. El objetivo de este manual es de señalar las implicaciones derivadas del mantener una oferta continua de leña y de carbón vegetal, y cómo comportarse al estimar la magnitud del recurso forestal necesario. Una mayor productividad forestal por superficie y una mejor eficiencia en el uso de la leña y en la producción de carbón vegetal deceleran la llegada de la crisis del recurso.
 

El carbón vegetal listo para su empleo por parte del consumidor implica una cierta secuencia de pasos en una cadena de producción; cada etapa es importante y se debe completar el conjunto en perfecto orden. Ellas tienen una incidencia variable sobre los costos de producción. la observación de estas diferencias permite evaluar la importancia de cada paso o unidad de proceso, permitiendo concentrar la atención sobre los anillos más costosos de la cadena de producción.
 

1.4.1 Qué es el carbón vegetal

Carbón vegetal es el residuo sólido que queda cuando de "carbonizar" la madera, o se la "hidroliza", en condiciones controladas, en un espacio cerrado, como es el horno de carbón. El control se hace sobre la entrada del aire, durante el proceso de pirólisis o de carbonización, para que la madera no se queme simplemente en cenizas, como sucede en un fuego convencional, sino que se descomponga químicamente para formar el carbón vegetal.

En realidad, no se requiere aire en el proceso de la pirólisis; en efecto, los métodos modernos tecnológicos de producción de carbón de leña, no permiten ninguna entrada de aire; la consecuencia es un mayor rendimiento, ya que no se quema con el aire un exceso de madera y se facilita el control de la calidad.

El proceso de la pirólisis, una vez iniciado, continúa por su cuenta y descarga notable cantidad de calor. Sin embargo, esta descomposición por pirólisis o termal de la celulosa y de la lignina, que constituyen la madera, no se inicia antes que la madera llegue a una temperatura de alrededor de 300°C.

En la carbonera o fosa tradicional, parte de la madera puesta en el horno se quema para secar y para aumentar la temperatura de la carga total de madera, para que la pirólisisseinicie y continúe hasta el final por su cuenta. La madera quemada de esta manera se pierde. En contraste, el éxito de las sofisticadas retortas continuas produciendo altos rendimientos de carbón vegetal de calidad, se debe a la forma ingeniosa por la cual emplean el calor de la pirólisis, normalmente desperdiciado, para elevar la temperatura de la madera que va llegando, de manera que se completa la pirólisis sin quemar cantidades adicionales de madera, si bien se requiere una cierta cantidad de calor de impacto para compensar las pérdidas de calor a través de las paredes y otras partes del equipo. Para proporcionar este calor y para secar la madera puede quemarse el gas combustible de la madera soltado durante la carbonización de la misma. Todos los sistemas de carbonización ofrecen mayores eficiencias cuando son alimentados con madera seca, puesto que la eliminación del agua de la madera requiere grandes insumos de energía calorífica.

El proceso de pirólisis produce carbón vegetal que consiste principalmente en carbón o, junto con una pequeña cantidad de residuos alquitranados, las cenizas contenidas originalmente en la madera, gases de combustión, alquitranes, una cierta cantidad de productos químicos - principalmente ácido acético y maternos - y una gran cantidad de agua originada del secado y de la descomposición pirolítica de la madera, que se suelta en forma de vapor.

Cuando termina la pirólisis habiendo llegado a la temperatura de aproximadamente 500°C, se deja el carbón vegetal que se enfríe sin acceso de aire; puede entonces ser descargado sin peligro, listo para su empleo.

Una abrumadora cantidad de carbón vegetal en el mundo se produce todavía por el sencillo proceso que se acaba de describir. Una parte de la carga de madera se quema con grandes desperdicios para generar el calor inicial y no se recupera nada de los subproductos o del calor soltado por el proceso pirolítico.

Se emplean a veces para producir carbón vegetal otros materiales leñosos, como cáscaras de nueces y cortezas. Muchos residuos agrícolas pueden también producir carbón vegetal por pirólisis, pero el carbón que resulta es un polvo fino que debe generalmente ser aglomerado en briquetas, a un costo adicional, para la mayoría de los usos del carbón. De todos modos, estimular un uso más amplía de los residuos de las cosechas para la producción de carbón vegetal o aún para combustible, no es generalmente una práctica agrícola, si bien se ha realizado, como parte de una política agrícola racional, la quema de bagazo de caña de azúcar para proporcionar calor en la producción de azúcar, así como la quema en algunas regiones de los tallos de maíz y de pastos bastos para combustible casero, para suplir un beneficio general.

La madera sigue siendo la materia prima preferida y más ampliamente empleada, desde el punto de vista de la disponibilidad, de las propiedades del carbón vegetal final, y por sanos principios ecológicos, y parece que no hay motivos para que esta situación cambie en el futuro.
 

1.4.2  Pasos en el proceso de fabricación de carbón vegetal

• Cultivo de la leña
• Cosecha de la madera
• Secado y preparación de la madera para la carbonización
• Carbonización de la madera para obtener el carbón vegetal
• Tamizado, almacenamiento y transporte a depósito o puntos de distribución.

• El costo de la leña puesta al costado del horno, pozo o retorta, inclusive los costas financieras.
• Costo de la mano de obra para la carbonización, inclusive carga y descarga.
• Costo del transporte del carbón vegetal a los mercados principales o a los puntos de distribución.
• Costo del capital de trabajo.
• Costos fijos de inversión de los pozos, hornos o retortas.

En los lugares donde se usan hornos tradicionales de ladrillos de arcilla y con un monte de sabana, con rendimientos de alrededor de 40 m3 de madera por ha, se aplican los siguientes costos unitarios (expresados como porcentajes del costo del carbón vegetal entregado o consignado):
 

Es evidente la importancia de los costos en la cosecha de la madera y en el transporte del carbón vegetal; representan en conjunto el 86% del costo total.

No debe olvidarse que la fabricación de carbón requiere otras materias primas auxiliares. Los hornos necesitan arcilla para sellar y para hacer un barro viscoso para el enfriamiento, y ladrillos, que deberán hacerse en lo posible cerca del sitio de fabricación del oarbón vegetal. Las fosas de tierra y las parvas requieren tierra de textura adecuada y grandes cantidades de paja, hojas y ramas Los hornos metálicos requieren arena, soldaduras a gas, elementos para cortar y reparar las planchas metálicas. Todos los procesos de carbón vegetal necesitan agua para enfriamiento para apagar el fuego y para preparar el barro viscoso con arcilla. Sobre todo, el proceso requiere globalmente en la actualidad una cierta cantidad de combustibles líquidos para el cultivo y cosecha de la madera, para el transporte de la madera y del carbón y para el transporte vario del personal y del equipo auxiliar etc. Lo anterior es fundamental para el éxito de la operación carbón vegetal. Otros elementos que no pueden ser olvidados son los alimentos, las viviendas y otras infraestructuras para los obreros, y la provisión de forraje, cuando se usan animales de trabajo para el transporte. Si el carbón vegetal no se manipulea suelto, deberán agregarse los costos de empaquetado.

En capítulos subsiguientes se discuten los aspectos técnicos de las operaciones unitarias o fases de la fabricación de carbón vegetal. Se incluye también alguna indicación sobre el control de costos y los valores económicos relativos a la fabricación de carbón vegetal.