Your SlideShare is downloading. ×
Estrategias para la Conversión de la Biomasa en Energía
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×

Saving this for later?

Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime - even offline.

Text the download link to your phone

Standard text messaging rates apply

Estrategias para la Conversión de la Biomasa en Energía

7,903
views

Published on

Oriana salazar

Oriana salazar


3 Comments
12 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total Views
7,903
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
3
Comments
3
Likes
12
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. Estrategias para la conversión de  la biomasa en Energía Oriana Salazar, Ph.D. Centro de Ingeniería Bioquímica y Biotecnología Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología Universidad de Chile La Serena  5 de Agosto 2010
  • 2. Contenidos 1. Definiciones: Bioenergía – Biomasa ‐ Biocombustibles  2. Tipos de Biomasa y su composición 3. Procesamientos de la biomasa para  producir  energía 1. Calor/energía eléctrica 2. Combustibles de transporte  (Biodiesel/Bioetanol) 3. Biogás 4. Conclusiones
  • 3. 1. Definiciones: Bioenergía – Biomasa ‐Biocombustibles
  • 4. Bioenergía y Biomasa Se puede definir como cualquier forma de  energía derivada de energía acumulada  mediante procesos fotosintéticos recientes  en BIOMASA Por BIOMASA se entiende toda materia  orgánica de origen animal o vegetal
  • 5. ¿Por qué la biomasa? Agotamiento de combustibles fósiles (petróleo, gas natural, carbón de  piedra) Recurso renovable La emisión neta de CO2 es cero Permite eliminar residuos orgánicos e inorgánicos, dándoles una  utilidad.  No emite contaminantes sulfurados o nitrogenados, muy baja  concentración de partículas sólidas.  Los cultivos energéticos sustituirán a cultivos que son excedentes en el  mercado de alimentos. Eso puede ofrecer una nueva oportunidad al sector agrícola.  Puede provocar un aumento económico en el medio rural.  Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles.
  • 6. Ciclo del carbono en la naturaleza
  • 7. Biocombustibles Definición Los biocombustibles son cualquier combustible que derive de organismos recientemente vivos o de sus desechos metabólicos, que pueden sustituir parte del consumo de combustibles fósiles tradicionales . Biomasa Calor, energía eléctrica, energía mecánica Biodiesel Sustituye al Diesel Bioetanol Sustituye a las gasolinas Biogás Gas
  • 8. ¿ Qué requisitos debería cumplir un  biocombustible? Entregar un balance energético positivo Entregar beneficios medioambientales  Ser económicamente competitivo Su escala de producción no debe poner en  riesgo el suministro alimenticio
  • 9. Emisiones contaminantes Las emisiones contaminantes por vehículo se han reducido en un 98% desde los 70’ s, pero las emisiones totales de CO2 no se han reducido, debido a un incremento en la cantidad de vehículos circulantes.
  • 10. El uso de biocombustibles permite pronosticar una  reducción en las emisiones de gases de efecto  invernadero
  • 11. 2. Tipos de biomasa y su  composición 
  • 12. Tipos de Biomasa 12
  • 13. 13
  • 14. BIOMASA SECA
  • 15. Composición de la Biomasa Elemento Porcentaje aproximado Carbono 50% Oxígeno 43% Hidrógeno 6% Nitrógeno, Azufre, Otros 1% Estos elementos están organizados en moléculas  biológicas, tales como: celulosa, hemicelulosa,  lignina, lípidos, proteínas, azúcares simples,  almidón, agua, carbohidratos,  entre otros 
  • 16. 3. Procesamientos de la biomasa  para  producir energía
  • 17. Transformaciones y aplicaciones energéticas de  la biomasa
  • 18. Alternativas de Procesamiento de Biomasa para  producir Energía BIOMASA CONVERSIÓN PRODUCTO MERCADO Biomasa Combustión Calor Sólida (madera, paja) Calor/CHP Gasificación Gas-fuel Biomasa Húmeda Pirólisis Electricidad (desechos orgánicos, Bio-oil y domiciliarios Digestión anaeróbica Bio-gas Combustibles Plantas de para almidón transporte y azúcares Hidrólisis y Bioetanol (cereales, remolacha) fermentación Productos Cultivos de químicos Extracción y Biodiesel oleoginosas esterificación (maravilla, soya)
  • 19. COMBUSTIÓN La  oxidación  completa  de  la  materia  (madera)  produciendo  CO2 , vapor de H2O, cenizas y Calor. Combustión Completa (C6H10O5)n ═>  CO2 +  H2O + Cenizas + E (calor) Celulosa Adicionalmente este calor puede ser transformado a energía  eléctrica, COGENERACION. 19
  • 20. Cogeneración La cogeneración es la producción simultánea  de energía eléctrica y térmica a partir de un  mismo combustible. Por lo tanto, la cogeneración con biomasa  consiste en la generación de energía  eléctrica y térmica a partir de biomasa.
  • 21. Cogeneración con biomasa como  combustible
  • 22. Cogeneración con biomasa Ventajas Mayor eficiencia  energética Beneficios  ambientales del  uso de la biomasa
  • 23. Tipo de empresas que usan cogeneración Plantas con requerimientos de calor moderados  (temperaturas de 250°C a 600°C) en las industrias textil,  petrolera, de celulosa y papel, cervecera, alimenticia y  azucarera.  Plantas con requerimientos de calor alto, como  cementeras, siderúrgicas, la industria del vidrio y la  química, ya que en estos procesos se generan calores  residuales que alcanzan los 900°C, por lo que pueden ser  utilizados para la producción de vapor y electricidad.
  • 24. Rendimiento de la conversión Poder calorífico leña: 1.500 Kcal/m3 1 Kg de leña seca genera 2,4 m3 de gas 3,65 Kg de leña reemplaza 1 m3 de gas natural 3 Kg de leña reemplaza 1 litro de petróleo 1,2 Kg de leña generan 1 kWh En un motor diesel el petróleo es sustituido en un 80 – 90 %, motor explosión un 100 % 24
  • 25. Ejemplos: Cashmere High School , Nueva  Zelanda, 2008 Reemplazo de calderas de una escuela de 1.700 alumnos. Costos de instalación de dos calderas de madera (US$290.000) Gasto en pellets de madera (US$33.000 anual), versus diesel (US$41.000 anual), Generación de 1280 kW total Principales beneficios: · Las emisiones de CO2 se redujeron en 216 ton por año · Cinco veces menos polución con material particulado · Retorno de la inversión estimado en tres años
  • 26. Caso Melón Distintos productores agrícolas llevan sus desechos  a Melón. Estos residuos son incinerados en los  hornos de Melón y se obtienen reducciones de GEI  por desplazamiento de combustible fósil y  posiblemente por prevenir la descomposición de  estos residuos. La empresa Melón cobra por recibir  residuos orgánicos y exige que los flujos de éstos  sean significativos y estables en el tiempo. 
  • 27. Cuadro 57 Cantidad de Residuos Sólidos Orgánicos y Potencial de Reducción de GEI ton residuos Cantidad de Residuos 63.506 sólidos / año Descomposición 82.146 ton CO2 eq/año Desplazamiento de Combustible Fósil 57.179 ton CO2 eq/año reducción de de 2,2 ton Total Potencial de Reducción 139.325 ton CO2 eq/año CO2 eq. por ton de residuo Por venta de bonos de carbono ingresos podrían estar entre 9-13 US$/ton residuo Sin embargo… Costos de Transporte por Tonelada de Residuo para distintas distancias medias recorridas y costos unitarios de transporte 6 KM 7 KM 8 KM 9 KM 10 KM 11 KM 12 KM 1,4 US$/KM-TON 8,5 9,9 11,3 12,7 14,2 15,6 17 1,6 US$/KM-TON 9,6 11,2 12,8 14,4 16 17,6 19,2 1,8 US$/KM-TON 10,8 12,5 14,3 16,1 17,9 19,7 21,5 Este proyecto no resulta factible por la inexistencia de residuos abundantes en las cercanías de los hornos de Melón.
  • 28. Transformaciones y aplicaciones energéticas  de la biomasa
  • 29. Biocombustibles líquidos
  • 30. Biocombustibles líquidos  HOY Etanol de maiz (USA), caña de azúcar (Brasil) y granos (UE) Biodiesel de soya (USA), aceite de palma (Brasil), y cánola (UE) E10 (10% etanol‐gasolina) y B20 (20% biodiesel‐diesel) puede ser usado  en vehículos existentes FUTURO Etanol de biomasa celulósica (biocombustible de segunda generación) Biobutanol Biodiesel de plantas no comestibles (jatropha) y de algas
  • 31. BIODIESEL Definición Es un combustible líquido que se obtiene por  conversión química entre un alcohol y aceites  vegetales o grasas animales y es usado en motores  Diesel solo o mezclado con gasoil. Materias Primas: Aceites vegetales: colza, soja, y girasol, maní, palma,  lino y otros (ricino, cártamo, jatropha) y aceites  comestibles usados o grasas animales, microalgas.
  • 32. Jatropha Microalgas
  • 33. Biodiesel: ventajas Combustible renovable No es tóxico, produce menos emisiones contaminantes  (no produce Dióxido de azufre) Punto de inflamación más alto Miscible con gasoil (mezclas en distintas proporciones) Posee cualidades lubricantes No requiere modificar los motores diesel  convencionales
  • 34. Biodiesel: desventajas Menor P.C. por lo que baja el rendimiento y potencia del  motor Leve aumento en la emisión de óxidos de nitrógeno (NO2) Se congela 2 a 3 grados sobre el gasoil (problema en climas  fríos) Posee baja estabilidad hidrolítica y oxidativa  (almacenamiento no debe exceder los seis meses) Su poder solvente puede ocasionar problemas con  elementos de caucho y cuando es cargado en depósitos  sucios.
  • 35. BIODIESEL: SITUACIÓN EN CHILE En Mayo 2009 se publicó la norma que especifica las condiciones  técnicas para la producción de biodiésel en Chile. La mezcla permitida  es entre 2% y 5% de biodiésel por litro de diésel,  La producción de biodiésel en Chile ha sido difícil, básicamente por  falta de materia prima. Una buena opción es el aceite vegetal usado o la grasa animal,  generada principalmente por los supermercados y servicios de comida  rápida, que generan sobre 170 toneladas mensuales. Se realizan varios proyectos de investigación para mejorar el proceso: Usando diferentes tipos de aceite Se buscan nuevas fuentes de aceite (microalgas) Jatropha
  • 36. Rendimiento en la producción de Biodiesel por  diferentes fuentes vegetales
  • 37. Proyecto "Desarrollo y validación del cultivo de Jatropha en la zona norte de Chile para la producción de biodiesel" Facultad de Agronomía U de Chile Participan empresas como Agroenergía S.A.; Soc. Agrícola Nacientes  del Cogotí Ltda.; Liceo Agrícola Ovalle; Comercial e Industrial  Binghamton S.A.; Escuela E‐54 (Escuela Agrícola San Félix) y Energía  Ecológica S.A. Se busca definir el potencial productivo, el manejo integral y  determinar su viabilidad técnico‐económica. A la fecha suman un total  de 10 mil plantas repartidas en las tres regiones que abarca el proyecto Primeros análisis sugieren que podrían destinarse al cultivo de jatropha unas 500 mil hectáreas, principalmente en sectores áridos. Esto  permite estimar que si se plantara el 10% de esta superficie se podría  producir entre 25.000‐250.000 m3/año de biodiesel de jatropha.
  • 38. Dependiendo de las condiciones de cultivo, algunas  microalgas acumulan 40‐60% de aceite Botryococcus braunii Producción de microalgas en Hawaii
  • 39. Comparación de algunas fuentes de biodiesel Biodiesel del futuro ? Trends in Plant Science (June 2002) Vol 7, Nº 2
  • 40. BIOETANOL La vía metabólica es descrita por la siguiente  ecuación: C6H12O6 ═> 2 C2H5 OH + 2 CO2 +E (calor) 180 g  92 g (64,3 ml.) Poder Calorífico (PC): etanol: 5.100 Kcal/Litro  gasolina 7.800 Kcal/ Litro
  • 41. Usos de Bioetanol Todos los autos que se fabrican actualmente son compatibles con una mezcla E10, que contiene 10 % de etanol. Existen en el mercado los autos flexibles que pueden utilizar gasolina o etanol (“flex-fuel vehicle”)
  • 42. ETAPAS DE LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL La biomasa es trozada y pretratada con calor o productos químicos para dejar la celulosa accesible a las enzimas
  • 43. Alternativas de biomasa para  bioetanol 1° generación 2° generación
  • 44. BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN Biomasa lignocelulósica Recursos suficientes para  sustituir los derivados del  petróleo Productos no ligados al  mercado alimentario Muchos de ellos de origen  residual
  • 45. VENTAJAS DEL BIOETANOL Recurso renovable de alta disponibilidad. Balance de energía es positivo Reducción de las emisiones contaminantes  (en motores) Aporte de CO2 a la atmósfera es “ neutro” Mejora la capacidad antidetonante de la  gasolina. Mayor octanaje
  • 46. DESVENTAJAS FRENTE A COMBUSTIBLES  FÓSILES El bioetanol de 1ª generación compite con la  producción de alimentos. El bioetanol de 2ª generación aún no es del todo  competitivo Los residuos tienen baja “Densidad energética”. Etanol tiene menor PC que la gasolina ═> mayor  consumo de combustible, mayor espacio en  almacenamiento. Afinidad de etanol con agua ocasiona problemas en  los estanques de vehículos,  estaciones de servicio y  tuberías de transporte.
  • 47. Biogas Mezcla  gaseosa  que  se  produce  como  resultado  de  la  descomposición  anaeróbica  de  los  residuos  orgánicos,  debido  a  la  actividad  de  diferentes  grupos  bacterianos.  Compuesto sustancialmente de: Metano (CH4); Anhídrido carbónico (CO2); Ácido sulfhídrico  (H2S); Oxígeno (O2); Hidrógeno (H2); Nitrógeno (N2) P.C. biogás = 4.700 ‐ 5.500 Kcal/ m3 P.C. propano = 22.000 Kcal/ m3 P.C. gas natural = 8.850 Kcal/ m3 Fuente: Prof. M.T. Vanero Proyecto “D07 I‐1008”
  • 48. Se extrae biogás desde rellenos sanitarios, desde plantas de  tratamiento de aguas sanitarias, residuos silvoagropecuarios
  • 49. Digestor anaerobio
  • 50. Usos del biogás ‐ Gas de cañería para uso domiciliario  urbano o rural. ‐ Producción de calor a través de una  combustión directa, aprovechándolo en  hornos o calderas industriales. ‐ Uso en motores de combustión interna. ‐ Generación de electricidad urbana o rural
  • 51. Fuente: Prof. M.T. Varnero Proyecto “D07 I‐1008”
  • 52. Variables a analizar en cada etapa de la  cadena de transformación de la biomasa Productos químicos Materia prima Tecnologías de Productos Papel Biomasa conversión Energía • Costo • Estado actual • Valor • Calidad • Costos del capital • Demanda • Disponibilidad • Costos de operación • Competencia • Localización • Rendimiento • Especificaciones de • Eficiencia calidad • Escala de producción • Créditos verdes? • Co-productos
  • 53. Consideraciones en necesarias sobre el uso  potencial de los Recursos de biomasa Es necesario conocer la cantidad de energía química del combustible  que puede ser transformada en energía térmica: Cantidad de biomasa disponible en el entorno Poder calorífico (para combustión directa) Propiedades químicas (para síntesis) Estimar: Recursos potenciales: Todos los existentes en una zona sin tener en  cuenta otros usos de los mismos Recursos disponibles: Los resultantes de sustraer a los recursos  potenciales aquéllos destinados a usos previamente establecidos y  aquellos que por diversas razones (propiedad, medioambientales, etc.)  no pueden ser utilizados Recursos utilizables: Recursos disponibles que pueden ser  recolectados de forma técnica y económicamente viable.
  • 54. Potencial bruto factible a partir de Biomasa Fuente: Estudio de contribución de las ERNC al SIC al 2025: C. Pontt
  • 55. Tabla 4: Estudios de impacto ambiental aprobados para proyectos ERNC (estado a 31 de diciembre de 2008) Fuente CNE/GTZ
  • 56. Conclusiones
  • 57. Gracias por su atención