OBTENCIÓN DE BIOENERGÍA Y MATERIALES A PARTIR DE PAJA DE CEREALES. Claudia L. Tramón Ingeniero Civil Químico Fac. de Ingeniería Agrícola

Transcripción

1 OBTENCIÓN DE BIOENERGÍA Y MATERIALES A PARTIR DE PAJA DE CEREALES Claudia L. Tramón Ingeniero Civil Químico Fac. de Ingeniería Agrícola

2 Escenario Consumo mundial de petróleo: 87 millones de barriles diarios USOS: Combustibles Productos químicos (solventes, fertilizantes, pesticidas, fármacos) Materiales (plásticos, fibras)

3 Usos del petróleo Estimación demanda mundial de plástico: 300 millones de toneladas anuales al año 2010; 30% crecimiento anual. Estimación demanda mundial de fibras sintéticas: 44 millones de toneladas al año Fuente:

4 Reemplazo de los productos basados en petróleo La cultura mundial basada en el petróleo es insostenible puesto que no es equitativa y tiene implicancias ambientales, económicas y geopolíticas negativas. Un pequeño conjunto de países (Cercano Oriente) posee el 63% de las reservas mundiales de petróleo y gas natural. Los recursos renovables están distribuidos más uniformemente que los recursos fósiles (soberanía, eficiencia). Se calcula que el potencial de energía renovable utilizable es tres órdenes de magnitud mayor que las actuales demandas globales. TECNOLOGÍA

5 Metas USA Tecnología (basada en biomasa) Biopotencia (Electricidad y calor para servicios e industria) Biocombustibles (Transporte) Bioproductos (Productos químicos y materiales plásticos) ,8% (2,7 quads) 0,5% (0,15 quads) 5% 1 quad = BTU = ~3 x10 19 litros de parafina % 4% (1,3 quads) 12% Año (3,2 quads) Fuente: Biomass R&D Technical Advisory Committee, % (4,0 quads) 10% (4,0 quads) 18% % (5,0 quads) 20% (9,5 quads) 25%

6 BIOREFINERÍA Una BIOREFINERÍA es una instalación que integra distintos procesos de conversión de biomasa para la producción de combustibles, potencia y productos químicos a partir de dicha biomasa. Se combinan las tecnologías necesarias para el tratamiento de las materias primas renovables con los procesos de elaboración de productos intermedios y finales.

7 BIOMASA Granos para alimentación humana y animal Biomasa lignocelulósica (pastos, pajas, residuos de poda) Residuos sólidos municipales (papeles y cartones, residuos orgánicos) Biomasa forestal (madera, residuos del procesamiento de la madera) Compuestos estructurales (sustancias macromoleculares) Sustancias de bajo peso molecular Celulosa Hemicelulosa Lignina Materia orgánica (extraíbles) Materia inorgánica (cenizas)

8 Biomasa (materias primas renovables) Alimentos Alimentación animal Fármacos, prod. químicos Bioproductos Biomateriales Biocombustibles, bioenergía Bioproductos químicos Aceites y tintas Tinturas y pigmentos Pinturas y barnices Detergentes Adhesivos Biopolímeros y películas Materiales compuestos Sólidos: coque, lignina, bagasa Líquidos: etanol, metanol, fuel oil Gaseosos: gas de síntesis, metano, hidrógeno Carbón activado Aditivos Fenoles y furfural Prod. qcos. de especialidad Ácidos grasos Ácido acético Surfactantes Agroquímicos

9 Tipos de proceso Bioprocesos (enzimas, bacterias) Procesos químicos (pulpaje) Procesos termoquímicos (pirólisis, licuefacción, gasificación) combustibles, Disponibilidad y distribución gas de síntesis la biomasa Procesos Tecnologías físicos (extracciones, de campo disponibles mezclas) localmente (mecanización, reducción de tamaño, embalaje, transporte) Tecnologías de procesamiento disponibles (soberanía, sustentabilidad) Escala Mercado (precios, demanda, sustitutos, alternativos)

10 Ejemplo Biorefinería de residuos de procesamiento de madera

11 Ejemplo Biorefinería para cereales y granos

12 Qué se está haciendo en I+D en nuestra Región?

13 Biomasa (materias primas renovables) Alimentos Alimentación animal Fármacos, prod. químicos Bioproductos Biomateriales Biocombustibles, bioenergía Bioproductos químicos Aceites y tintas Tinturas y pigmentos Pinturas y barnices Detergentes Adhesivos Biopolímeros y películas Materiales compuestos Sólidos: coque, lignina, bagasa Líquidos: etanol, metanol, fuel oil Gaseosos: gas de síntesis, metano, hidrógeno Carbón activado Aditivos Fenoles y furfural Prod. qcos. de especialidad Ácidos grasos Ácido acético Surfactantes Agroquímicos

14 Evaluación de tecnologías locales (Facultad de Ingeniería Agrícola UdeC) Evaluación económica de la recolección, transporte y uso de la paja de trigo disponible en el cordón dejado por la cosechadora en los rastrojos de trigo, estableciendo los costos de enfardado, recolección y transporte intra y extrapredial de los fardos a los lugares donde podrían ser utilizados. Contactos: Profs. Edmundo Hetz y Marco López Facultad de Ingeniería Agrícola UdeC

15 Evaluación de propiedades térmicas de la paja de trigo en diferentes condiciones de almacenamiento (Fac. de Ingeniería Agrícola UdeC) Contactos: Profs. Edmundo Hetz, Marco López y Claudia Tramón Facultad de Ingeniería Agrícola UdeC

16 Proyecto FONDEF D08I1100: Desarrollo de productos comerciales a partir de paja de trigo ÁREA DE PRODUCTOS QUÍMICOS UNIDAD DE DESARROLLO TECNOLÓGICO UDT - UdeC OBJETIVOS Desarrollar los conocimientos científicos y tecnológicos que permitan separar los principales componentes de paja de trigo: celulosa, hemicelulosas y lignina; éstos productos intermedios serán la principal materia prima para fabricar papel, alimentos para bovinos y fertilizantes nitrogenados de liberación controlada, respectivamente. Evaluar los aspectos logísticos, técnicos y económicos asociados a la recolección, el transporte y el almacenamiento de la paja de trigo.

17 Metodología Lignina Matriz lignocelulósica Celulosa Hemicelulosa Desarrollo de productos comerciales Fraccionamiento químico Proceso simple Presión atmosférica Solventes orgánicos Celulosa (pulpa) Carbohidratos disueltos Pulpa para papel Alimento animal Lignina Fertilizantes Carbohidratos disueltos Lignina Celulosa

18 Proyecto FONDEF D08I1100: Desarrollo de productos comerciales a partir de paja de trigo RESULTADOS PRINCIPALES: Alimentación animal (hemicelulosas) Productos químicos (celulosa) Biopolímeros (lignina) Contacto: Dra. Cecilia Fuentealba Jefe de Área Productos Químicos Unidad de Desarrollo Tecnológico UdeC

19 Desarrollo de materiales compuestos lignocelulósicos + plástico ÁREA DE BIOMATERIALES UNIDAD DE DESARROLLO TECNOLÓGICO UDT UdeC WPC Diversos proyectos CORFO Y CONICYT Wood Plastic Composites

20 Materias primas Polímero termoplástico Material lignocelulósi co (madera, paja) Aditivos

21 MATERIAL LIGNOCELULÓSICO Proceso de fabricación EXTRUSIÓN Plástico y aditivos

22 Ventajas. RESISTENTE a la humedad, termitas, teredos y hongos pudrición NO REQUIERE MANTENCIÓN No se pinta ni barniza FÁCIL DE TRABAJAR Se puede cortar, lijar y perforar. HOMOGÉNEO Facilita el cálculo c de estructuras

23 Desarrollo de materiales compuestos lignocelulósicos + plástico ÁREA DE BIOMATERIALES UNIDAD DE DESARROLLO TECNOLÓGICO UDT UdeC Otros ejemplos de resultados: Contacto: Ing. Qco. Álvaro Maldonado Jefe de Área Biomateriales Unidad de Desarrollo Tecnológico UdeC

24 Procesos termoquímicos Densificación, combustión Contacto: Dra. Cristina Segura Jefe de Área Bioenergía Unidad de Desarrollo Tecnológico UdeC Conversiones catalíticas (gasificación) Contacto: Dr. Romel Jiménez Académico Departamento de Ing. Química UdeC

25 A modo de conclusión... La utilización de la paja de trigo para la producción de bioenergía a través de distintos procesos y la elaboración de un rango amplio de materiales, no sólo es económicamente factible, sino que puede hacerse de manera ambientalmente segura. El desarrollo de distintas aplicaciones beneficia al productor. El sector productor de tecnología de nuestro país puede participar en el desarrollo de nuevas aplicaciones técnica y económicamente viables, en conjunto con los productores agrícolas, porque el inicio de la cadena de valor es el predio.

26 Gracias. Contacto: Prof. Claudia Tramón Facultad de Ingeniería Agrícola UdeC