BIOMASA. Dra. Ma. Teresa Alarcon Herrera Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. Medio Ambiente y Energía Ingeniería Ambiental

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1 BIOMASA Dra. Ma. Teresa Alarcon Herrera Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. Medio Ambiente y Energía Ingeniería Ambiental Chihuahua, Chih., 8 Diciembre 2009

2 Cuatrillones de BTU Consumo mundial de energía primaria Renovables Nuclear Carbón Gas Natural Petróleo

3 Tendencias Energéticas Mundiales Aumentará el consumo de petróleo aunque se mantenga en forma relativa El consumo de Gas Natural aumentará al mismo tiempo que lo haga de forma relativa El carbón también aumentará su consumo disminuyendo en su contribución relativa La energía nuclear disminuirá absoluta y relativamente las energías renovables aumentarán aunque se mantendrán en forma relativa

4 Alternativas no fósiles para el sector eléctrico en México

5 BIOMASA

6 Biomasa Es la materia orgánica derivada de productos de origen vegetal y animal, que pueden ser utilizados en la generación de energía. La biomasa es un producto renovable, que puede ser empleado para la generación de combustibles y con ello generar electricidad, calor o energía mecánica a través de procesos biológicos o termoquímicos.

7 SOL C a H b O c N d CO 2 C H H 2 O

8 Biomasa como fuente de energía ALIMENTACIÓN Biomasa La biomasa en todas sus formas ha sido la fuente mas importante de alimentos, fibras, forraje, materia prima, etc.. C a H b O c N d Principal energético en muchos países en vías de desarrollo Combustible energético Combustibles Fósiles H 2 O CO 2 +H 2 O Hasta antes del siglo XIX, principal fuente de energía y materia prima. Gas Natural Petróleo Carbón

9 Biomasa Biomasa destinada a la producción de energía Árboles, arbustos, pastos, cultivos (caña, yuca, etc.) plantas acuáticas, Residuos de desechos orgánicos tanto forestales como agrícolas, animales, urbanos (basura) e industriales. BIOCOMBUSTIBLE, BIOENERGÍA

10 USOS DE LA BIOMASA RECURSO ENERGÉTICO Leña Energía térmica Producción electricidad BIOGÁS Biocarburantes

11 Obtención de Energía Por el origen del combustible. Combustibles de madera Leña, carbón vegetal y residuos de madera. Residuos agrícolas Tallos y cáscaras de arroz, coco etc. Residuos animales Estiércol de animales (vacas, aves de corral etc,) Residuos urbanos e Industriales Residuos sólidos municipales Lodos de plantas de tratamiento de Agua Cultivos energéticos Árboles, caña de azúcar etc. Por la forma de obtención y transformación para su uso final. Energía primaria Leña Energía secundaria Residuos de cultivos domésticos, animales, agrícolas, urbanos e industriales Biomasa procesada Combustibles sólidos Carbón vegetal, Combustibles gaseosos Metano, Combustibles líquidos Alcohol etílico metanol Biocarburantes

12 Uso de biomasa en México 3.6% de la energía consumida en México proviene de la biomasa de madera y bagazo de caña de azúcar. 45% Desechos forestales Agua residual Residuos sólidos municipales Residuos de la ganadería Residuos de la agricultura Algas

13 TIPOS DE BIOMASA, Residuos forestales Residuos agrícolas leñosos Residuos agrícolas herbáceos Residuos de industrias forestales Residuos de industrias agrícolas Cultivos energéticos Residuos ganaderos Residuos biodegradables de instalaciones industriales Lodos de depuradora Cultivos de cereal, maíz y remolacha Productos lignocelulósicos CULTIVOS Algas RESIDUOS Girasol, colza Aceites usados

14 LA BIOMASA, SITUACIÓN, PERSPECTIVAS Residuos forestales Residuos agrícolas leñosos Residuos agrícolas herbáceos Residuos de industrias forestales Residuos de industrias agrícolas Cultivos energéticos Residuos ganaderos Residuos biodegradables de instalaciones industriales Lodos de plantas de tratamiento de agua BIOMASA Aplicaciones domésticas de la biomasa Redes de calefacción centralizada Aplicaciones térmicas industriales Aplicaciones eléctricas BIOGÁS Cultivos de cereal, maíz y remolacha Productos lignocelulósicos Girasol, colza Aceites usados Microalgas BIOETANOL BIODIESEL BIOCARBURANTES

15 Conversión de la biomasa La biomasa requiere algún tipo de conversión para poder utilizarse como combustible. Objetivo principal Aumentar las características como combustible Procesos: Termoquímicos Combustión directa Pirolisis Gasificación Biológicos Digestión anaerobia: reacción biológica que se realiza en ausencia de oxigeno y produce biogás. Fermentación alcohólica: Generación de etanol y metanol Foto bioreactores (Algas aceites)

16 Biodiesel El biodiesel es un biocombustible sintético líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo, mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo.

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18 Biodiesel

19 Ventajas No es contaminante ya que aunque su combustión produce CO 2 que va a pasar a la atmósfera, se supone que es el mismo que las plantas o las algas de las que proviene absorbieron durante su crecimiento, por lo tanto se libera a la atmósfera prácticamente la misma cantidad de CO 2 que se consumió. Es biodegradable, no es tóxico, y típicamente produce cerca de 60 % menos emisiones de dióxido de carbono. Sus emisiones de smog son 65 % menores que el diesel derivado del petróleo

20 Producción de biodiesel a partir de Algas

21 Algas Vegetales acuáticos sin raíz, tallos, hojas o flores. Poseen pigmentos fotosintéticos adicionales a la clorofila. Esto ultimo permite su clasificación taxonómica en algas verdes, verdeazules, rojas y marrones. Las algas están compuestas básicamente por proteínas, carbohidratos, ácidos nucleicos y ácidos grasos Las algas son capaces de crecer en un amplio rango de condiciones por la que se las encuentra en cualquier zona del planeta: dentro de plantas acuáticas, sobre sustrato artificial como madera o botellas, en lagunas, ciénagas, pantanos, nieve, lagos de agua dulce o salina, sobre rocas, etc.

22 Ventajas de las micro algas Fuente alternativa de proteínas. No compite con otras actividades agrarias. No requieren agroquímicos. Bajo riesgo de contaminación Es una actividad de una baja demanda de energía no requiere suelo fértil ni agua de calidad

23 Ventajas de las micro algas La producción de ácidos grasos poli-insaturados presenta grandes ventajas frente a otras fuentes: Superan en producción de aceites a otras plantas Alcanza niveles de producción elevados en condiciones controladas. Rápida reproducción: se duplica la producción cada 8 horas. Requieren menor espacio. Rendimiento por hectárea es treinta veces superior a la de las oleaginosas.

24 Ventajas El cultivo de microalgas y la obtención de aceite a partir de este presentan muchas ventajas con respecto a los cultivos terrestres. Presentan una tasa de crecimiento mucho mayor La producción de aceite por área está estimada entre 4.6 y 18.4 L/m 2, esto es de 7 a 30 veces mayor que los mayores cultivos terrestres. No requiere de grandes superficies para su producción.

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26 08/12/2009Ma. T. Alarcón H.

27 Especie vegetal Produccion de biodisel Colza m 3 /km 2 Mostaza (Brassica nigra) 130 m 3 /km 2 Piñón (jatropha 160 m 3 /km 2 Aceite de palma 610 m 3 /km 2 Algas De a m 3 /km 2

28 Tipos de algas que se cultivan para producir biodiesel El porcentaje de ácidos grasos varía según la especie, aunque hay especies cuyos ácidos grasos representan 40% de su peso seco. Estos son los ácidos grasos que luego son convertidos en biodiesel. Para la producción de estos se buscan algas que contengan un alto contenido en lípido y que sean fácilmente cultivables.

29 Tipos de algas que se cultivan para producir biodiesel

30 Cultivo de algas luz, anhídrido carbónico y agua. Se cultivan en balsas, tubos o canales de escasa profundidad, para permitir una mayor iluminación. En su interior se mantiene un flujo y temperaturas constantes, y se inyecta CO2 y nutrientes. Una vez desarrolladas, se extraen de su medio de crecimiento y se extrae el aceite sin necesidad de secarlas de antemano. 08/12/2009 Ma. T. Alarcón H.

31 Sistemas de producción

32 08/12/2009 Ma. T. Alarcón H.

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34 Extracción de aceites y producción de biodiesel Extraer el alga de su medio de cultivo Extraer el aceite de las algas Transesterificación

35 Extracción de aceites y producción de biodiesel Expeller/press: las algas luego de ser secadas mantienen su contenido de aceite, entonces son prensadas. A veces se utiliza una combinación de prensa y solventes de extracción. Método del solvente de hexano: Una vez que el aceite es extraído con una prensa se utiliza el ciclohexano para extraer el contenido remanente del alga. Por destilación se separa el ciclohexano del aceite.

36 Extracción de aceites y producción de biodiesel Extracción supercrítica del fluido: es un método capaz de extraer el 100 % del aceite, pero necesita un alto equipamiento. El CO 2 es licuado hasta el punto de tener las propiedades de un liquido y un gas, entonces este fluido licuado actúa como un solvente de extracción para el aceite algal.

37 Trans esterificación del aceite Los aceites están compuestos principalmente por triglicéridos, las cuales se componen de tres cadenas de ácidos grasos unidas a una molécula de glicerol. La transesterificación consiste en reemplazar el glicerol por un alcohol simple, como el metanol o el etanol, de forma que se produzcan esteres metílicos o etílicos de ácidos grasos.

38 Trans esterificación del aceite Este proceso permite disminuir la viscosidad del aceite, la cual es principalmente ocasionada por la presencia de glicerina en la molécula. La alta viscosidad del aceite impide su uso directo en motores diesel, desventaja que se supera mediante este proceso. Para lograr la reacción se requieren temperaturas entre 40 y 60 C, así como la presencia de un catalizador, que puede ser la soda o potasa cáustica.

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