Transformación termoquímica de biomasa

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Mercedes Morales Carrizo
hace 8 años
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1 SEMINARIO INTERNACIONAL BIOCOMBUSTIBLES Y SU FUTURO EN LA MATRIZ ENERGÉTICA Santiago, 4 de noviembre de 2009 Transformación termoquímica de biomasa y su impacto en la matriz energética nacional Alex Berg Unidad de Desarrollo Tecnológico Universidad de Concepción Chile

termoquímica de biomasa y su impacto en la matriz energética

2 Contenido 1. La matriz energética nacional 2. Tipos de biomasa y su disponibilidad 3. Conversión termoquímica de biomasa 4. Potencial energético de biomasa 5. Conclusiones

3 Gas Natural Uso Industrial La matriz energética nacional Natural Generadores Eléctricos Energía Eólica g Eléctricos Energía Perdida Energía Hidroeléctrica Sector Transporte Carbón Uso Industrial Biomasa Sector Industrial y Minero Industrial Petróleo Crudo Refinería De Petróleo Sector C i l Energía Utilizada Comercial Público y Residencial Uso Industrial 1757

576 Eléctricos Energía Perdida 163153 Energía Hidroeléctrica Sector Transporte 86923 2640 17385 30918 51 4696 Carbón 40864 Uso

4 Tipos de biomasa y su disponibilidad Biomasa: Toda materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. Bosques Cultivos agrícolas Algas marinas Animales Residuos sólidos urbanos Residuos orgánicos industriales Efluentes líquidos Lodos de plantas de tratamiento Residuos forestales Residuos agrícolas Residuos de animales

Bosques Cultivos agrícolas Algas marinas Animales Residuos sólidos urbanos Residuos orgánicos

5 Tipos de biomasa y su disponibilidad Biomasa forestal usada energéticamente: Aserrín ~ 3,5 MM m³ Corteza ~ 1,0 MM m³ Leña ~ 10 MM m³ Biomasa forestal sin uso comercial: Subproductos industriales ~ 1 MM m³ Residuos cosecha forestal 3,5 4,0 MM m³ Bosque nativo 5-10 MM m³

MM m³ Biomasa forestal sin uso comercial: Subproductos industriales

6 Abastecimiento de biomasa Plantaciones Subproductos Subproductos Conversión energéticas termoquímica Industria forestal de Cosecha biomasa forestal Transporte, almacenamiento, pretratamiento Conversión termoquímica Gasificación, pirólisis Conversión física o química Densificación, modificación química Procesos de conversión Conversión bioquímica Fermentación alcohólica fermentación anaeróbica Biocombustibles Sólidos, líquidos, gaseosos Biomateriales Termoplásticos, termoestables Desarrollo de productos Productos químicos Fenoles, alcoholes, ácidos, carbohidratos, químicos finos

modificación química Procesos de conversión Conversión bioquímica Fermentación alcohólica fermentación anaeróbica Biocombustibles Sólidos,

7 Conversión termoquímica de biomasa Pirólisis Biomasa Pirólisis rápida Bio-Oil Procesos de separación Reactor fluidizado de tres etapas Universidad de Concepción Comb. líquidos Prod. químicos Lignina Carboncillo Gases pirolíticos Proyectos: FONDEF: Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido Mediante Conversión Termoquímica de Biomasa (UDT), CONICYT BASAL: Diseño y Construcción de Reactor de tres Etapas para Pirólisis Flasch (UDT), CONICYT BASAL: Desarrollo y Evaluación de Métodos analíticos para la Determinación de Compuestos volátiles, ácidos orgánicos y levoglucosano en Bio Oil (UDT),

químicos Lignina Carboncillo Gases pirolíticos Proyectos: FONDEF: Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido Mediante Conversión

8 Conversión termoquímica de biomasa Pirólisis Biomasa Pirólisis rápida Bio-Oil Procesos de separación Reactor fluidizado de tres etapas Universidad de Concepción Comb. líquido Prod. químicos Lignina Carboncillo Gases pirolíticos Proyectos: FONDEF: Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido Mediante Conversión Termoquímica de Biomasa (UDT), CONICYT BASAL: Diseño y Construcción de Reactor de tres Etapas para Pirólisis Flasch (UDT), CONICYT BASAL: Desarrollo y Evaluación de Métodos analíticos para la Determinación de Compuestos volátiles, ácidos orgánicos y levoglucosano en Bio Oil (UDT),

9 Conversión termoquímica de biomasa Gasificación Biomasa Diesel FT DME Gasificación Purificación Gas de / reformado síntesis Fuerza y calor Corriente compuesta por: H2, CO2, CO, CH4, C 2 H 4, H2O MeOH CH4

10 Conversión termoquímica de biomasa Gasificación Gasificación de licor negro Proceso CHEMREC: Planta Weyerhaeuser New Bern en North Carolina, EEUU (1996, 2003) Planta Pitea, Suecia Producción nacional: 4 MM ton/año

Weyerhaeuser New Bern en North Carolina, EEUU (1996,

11 Conversión termoquímica de biomasa Pirólisis Uso energético de Tall Oil Producción: ~ ton/año Poder calorífico: MJ/kg Proceso de conversión: Greasoline Proyecto: Fondef Combustible diesel y productos químicos finos a partir del tall oil (UDT y Fraunhofer Umsicht),

000 MJ/kg Proceso de conversión: Greasoline Proyecto: Fondef

12 Uso Industrial Potencial energético de biomasa Gas Natural Energía Eólica Energía Hidroeléctrica Carbón ,5; 73% Generadores Eléctricos 279,5; 0% 18700; 22% ; 5% 3,7 MM m³ ssc 351 Tall oil Licor negro Madera Fuentes fósiles Sector Transporte Energía Perdida Biomasa ,4; 80% Uso Industrial 15288; 17% 3057,6; 3% 1,0 MM m³ ssc 2640 Biomasa actual Potencial crecimiento Fuentes fósiles Sector Industrial y Minero Petróleo Crudo Refinería De Petróleo ; 43% ; 48% Biomasa actual Potencial crecimiento Fuentes fósiles 5871,6; 9% Uso Industrial ,5 MM m³ ssc Sector Comercial Público y Residencial Energía Utilizada

Perdida 163153 4696 Biomasa 49841 73401,4; 80% Uso Industrial 15288; 17% 3057,6; 3% 1,0 MM m³ ssc 2640 Biomasa actual Potencial crecimiento Fuentes fósiles 5622 14245 Sector Industrial y Minero

13 Conclusiones 1. En Chile existe abundante biomasa forestal, a bajos costos. 2. A corto y mediano plazo, el uso de biomasa residual como materia prima para producir combustibles sólidos estandarizados es la alternativa energética alternativa con mayores beneficios privados y sociales. 3. A largo plazo, la conversión termoquímica es una alternativa promisoria, idealmente a la forma de una bio-refinería que maximice el valor agregado de la producción. 4. El país podría aumentar fuertemente la importancia relativa de la p p p biomasa forestal como fuente alternativa al petróleo; tanto para producir combustibles, materiales como productos químicos; para que ello ocurra, el Estado y las Empresas y los centros de I&D deben colaborar y establecer una estrategia de desarrollo común.

sociales. 3. A largo plazo, la conversión termoquímica es una alternativa promisoria, idealmente a la forma de una bio-refinería que maximice el valor agregado de la producción. 4.

14 Gracias

15 Características Bio Oil Rendimiento 70-80% ph 2,4 Contenido de agua % Densidad 1,200 kg/m³ Poder calorífico (PCI) MJ/kg Relación másica C/H/O 55 : 6 : 38 Problemas de Bio-Oil si se usa como combustible industrial: Inestable en el tiempo Corrosivo Bajo poder calorífico Difícil ignición Combustible Poder calorífico (PCI) (MJ/l) Aserrín de madera < 1 Astillas de madera 3 Bio-Oil 21 Fuel Oil 6 39 Etanol 24 Fuente: Fast Pyrolysis of Biomass: A Handbook volume 2. A V Bridgwater PyNe (2002)

tiempo Corrosivo Bajo poder calorífico Difícil ignición Combustible Poder calorífico (PCI) (MJ/l) Aserrín de madera < 1

16 Compuestos químicos en bio-oil Phenol (in the bio-oil) Methane (in the gases) Water (in the bio-oil) Carbon monoxide (in the bio-oil) Levoglucosan (in the bio-oil) Hydroxyacetaldehyde (in the bio-oil) Hydrogen (in the gases) Wood (solid) Carbondioxide (in the gases) Aromatic ring (in the char) Original wood structure (at 20ºC) Produced fragments (after pyrolysis at 500 ºC) Source: Biomas Technology Group (btg) (

gases) Wood (solid) Carbondioxide (in the gases) Aromatic ring (in the char) Original wood structure (at

17 Compuestos químicos en bio-oil Componente Fórmula Estructura Concentració en Bio-oil oil (%) Química Ensyn BTG Dynamotive Pyrovac Agua H 2 O Glioxal C 2 H 2 O Hidroxyacetaldehído C 2 H 4 O Levoglucosano C 6H 10O Formaldehído CH 2 O Ácido fórmico CH 2 O Acido acético C 2 H 4 O Butanol C 4 H 10 O Hidroxipropanona C 3 H 6 O Fuente:

54 Levoglucosano C 6H 10O 5 3.71 2.96 4.48 3.72 Formaldehído CH 2 O 0.83 2.63 2.07 0.76 Ácido fórmico CH 2 O 2 3.

18 Lignina Componente de resinas termoplásicas Aplicación: ió Tableros OSB Tableros contrachapados Abrasivos, moldes de fundición, etc. Proyectos: y INNOVA BÍO BÍO Aplicación de conocimientos biotecnológicos y químicos avanzados, para separar los componentes de la madera (UDT)

Proyectos: y INNOVA BÍO BÍO Aplicación de conocimientos

19 Reemplazo de fenol en resinas fenol-formaldehído Lignina Aplicación: Perfiles extrusionados Productos inyectados Productos termoformados Encapsulante de fertilizantes de liberación controlada Proyectos: ANR-CONICYT NATMAT (UDT, University of Nancy), Fondef D08I1100 Desarrollo de Productos Comerciales a partir de paja de trigo (UDT),

de liberación controlada Proyectos: ANR-CONICYT NATMAT (UDT, University of Nancy),

20 Carboncillo (carbón vegetal) Usos: Combustible Nanotubos de carbono Carbón activado Producción de pellets: Aserrín Carboncillo Madera tostada Proyectos: INNOVA CHILE: Uso sustentable de Biomasa como fuente de energía en la Región de Aysén (UDT),

Carboncillo Madera tostada Proyectos: INNOVA CHILE: Uso

21 Gasificación Gases para generación de fuerza y calor (calderas, centrales de poder, hornos de cal, etc.) Proyectos: CONSORCIO BIOCOMSA S.A. (ENAP, FORENERGY and Universidad de Chile), FONDEF: Generación y Uso de Gases Biogénicos en Chile como Sustituto de Gas Natural (SNG) (UDT). FONDEF D04I1083: Desarrollo de un Reactor molecular para la Generación de Energía a partir de Biomasa a pequeña y mediana Escala (Universidad de Chile),

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