Actividades en Bioenergía Unidad de Desarrollo Tecnológico

Transcripción

1 EUROCLIMA Bioenergy Workshop, 12 y 13 de marzo, Santiago-Chile Actividades en Bioenergía Unidad de Desarrollo Tecnológico Dra. Cristina Segura Castillo Jefe de Área Bioenergía

2 Unidad de Desarrollo Tecnológico Centro de I&D fundado en 1996 y dependiente de la Vicerrectoría de I+D de la Universidad de Concepción. Nuestro campo de acción es: BIOREFINERÍAS FORESTALES. Áreas de Trabajo: (1) Biomateriales, (2) Bioenergía, (3) Productos Químicos, (4) Medio Ambiente y (5) Gestión Tecnológica. 104 colaboradores contratados, 25 investigadores académicos asociados y aprox. 50 estudiantes/año. Infraestructura: 3800 m² construidos; numerosas plantas piloto y 6 laboratorio especializados.

3 INTRODUCCIÓN Chile posee una industria forestal bien desarrollada, cuenta con aproximadamente 2,3 millones de hectáreas de plantaciones productivas, que generan un volumen considerable de residuos, tanto madereros como del manejo forestal. Fuente renovable atractiva para impulsar proyectos energéticos en el país. Aprovechamiento integral de la biomasa: Biorefinerías

4 Disponibilidad de Biomasa para Uso Energético Uso actual Adicional Industrias (residuos de pino y eucalipto) 4,5 M ton Leña (madera nativa) 8,5 M ton Plantaciones (2014) (20% de 10 Mm3) 1 M ton Subproducto Forestales 2 M ton Paja de trigo Total 13 M ton Bosque Nativo (manejo sustentable) Total 1,5 M ton 2 M ton 6,5 Mton

5 Características de la Biomasa Biomasa disponible está dispersa, de calidad heterogénea y baja densidad energética.

6 PROCESOS TERMOQUIMICOS Pirólisis Torrefacción Pirólisis rápida Pirólisis intermedia Pirólisis lenta Gasificación ~ 250 C ~ 500 C ~ 500 C ~ 400 C ~ 800 C ~ 30 min ~1s minutos largo largo 0% 75 % 50 % 30 % 5% Líquido 86% 12% 20% 35% 10% Sólidos 14% 13% 30% 35% 85% Gases

7 Torrefacción Materia prima: Residuos cosecha forestal o bosque nativo manejado sustentablemente. Propósito: Facilitar la conminución del material (molienda más fácil). Aumentar el poder calorífico de la biomasa (aumento en un 15-20%). Aumentar densidad másica de pellets fabricados del material torrefactado en comparación con la biomasa forestal (aumento de un 20%, aprox.). Aplicación: Producción de pellets para uso industrial.

8 Torrefacción Combustible sólido Densidad másica kg/m3 estéreo Densidad energética MWh/m3 estéreo Aserrín de pino (50% agua) 200 0,6 Pellet de pino 650 3,2 Pellet de pino torrefactado 800 4,9 Carbón 830 6,9 Chip de madera kg/m 3 Pellets de madera 650 kg/m3 Pellets torrefactados 850 kg/m3 Carbón 850 kg/m3

9 Diseño de planta piloto de UDT

10 Planta Piloto de Torrefacción UDT

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12 Torrefacción Material torrefactado

13 Torrefacción Gráfico Van Krevelen para Eucalipto et d nto e m Au 0.13 H/C EG-15 minutos 0.10 EG-30 minutos 0.09 Materia Prima Carbón Isla Riesco 0.08 Carbón Tocopilla O/C

14 PIROLISIS RAPIDA DE BIOMASA Biomasa Secado Reactores: Lecho fluidizado burbujeante, lecho fluidizado circulante, cono rotatorio ablativo, tornillo Auger, de flujo laminar < 10% Molienda < 3 mm Pirólisis rápida 500 C <2s Gases CO, CO2 CH4, H2, C nhm Condensación Bio-oil Carboncillo Densificar energéticamente biomasa. Obtener un biocombustible. Producir un bio-crudo como materia prima para obtener productos químicos y energía.

15 Tecnología de Pirólisis Rápida de Biomasa Planta piloto de UDT Pyrolysis gas recycle Flue gases Hot-gas filter Cyclone Quench Air 0 Pyrolysis Gas Combustion Electrostatic Precipitator Pyrolysis Sand Air Biomass Ash 10 kg/h Char Char combustion Cyclone Bio-oil

16 Reactor de pirólisis Precalentador de arena Tren de limpieza de gases Condensador de bio-oil Silo alimentador de biomasa Precipitador electroestático Reactor combustión de carboncillo Estanque de almacenamiento

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18 Bio-oil Mezcla compleja multicomponente (>400) Alto contenido de oxígeno Químicamente inestable Amplio rango de PM MW (1000 Da) Carácter coloidal Sólidos finos dispersos Detectable por GC-MS máx 40%

19 Caracterización del Bio-oil Fecha Temperatura de pìrólisis Densidad 40 C Bio-oil envejecido 24h at 80 C Insolubles en agua (lignina) Número ácido total C kg/m3 cst cst %p mg KOH/g Grupos carbonilos Sólidos (como insolubles en etanol) Solubles en agua, insolubles en éter Contenido de agua mol/kg %w %w %w Poder calorífico inferior MJ/kg FONDEF D07-I-1137: Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido Mediante Conversión Termoquímica de Biomasa

20 Aplicaciones Bio-Oil Densificación Energética Densified biofuels kg/m3 MWh/m3 Aserrín de pino 200 0,6 Pellets de pino 650 3,2 Pellets de pino torrefactado 800 4, ,3 Bio oil Combustible Industrial Contenido calórico: 50% de Fuel Oil #6 Contenido de agua: 20-30% Corrosividad: ph 2-3, incombatible con infrastructure existente Inestable: mezcla reactiva, especialmente durante los primeros 6 meses Difícil ignición: Pocos volátiles

21 Aplicaciones Bio-Oil Aplicaciones Químicas Humo líquido Lignina pirolítica: Polifenoles naturales Adhesivos fenol-formaldehído, materiales termoplásticos y otras aplicaciones. Aldehídos: Glicolaldehído, 2-furfuraldehído Componente de resinas, disinfectante, etilen glicol bioquímico. Ácidos carboxílicos: Ácidos acético, fórmico, propiónico Aditivo ensilaje, pulpaje Acetosolv y aplicaciones tradicionales. Azúcares anhidros: Levoglucosano, celobiosano Fermención a etanol, materia prima para surfactante glicosídico, dextrinas.

22 Conclusión Los procesos pirolíticos tienen grandes ventajas frente a otros procesos de conversión: Se puede procesar todo tipo de materias primas forestales, las capacidades de producción y costos de inversión son bajos y la eficiencia energética de conversión es muy alta. La torrefacción es una alternativa altamente prometedora para densificar energéticamente la biomasa forestal y, en función de ello, masificar su aplicación. La pirólisis rápida permite obtener un producto líquido con altos rendimientos, el que puede ser aplicado directamente o ser fuente de diversas fracciones de productos químicos de interés comercial.

23 Muchas gracias Dra. Cristina Segura Jefe de Área Bioenergía Unidad de Desarrollo Tecnológico