TIPOS DE BIOCOMBUSTIBLES

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2 TIPOS DE BIOCOMBUSTIBLES Biocombustible Hebra Grado de transformación medio sólido Paca Harina Grado de transformación alto Cáscara o similar Astilla Pélet Briqueta Carbón vegetal Otros Sin transformación industrial bioenergética Aceite vegetal puro per se Licor negro Producto principal de una transformación Biodiésel industrial bioenergética Bioetanol Biocombustible Biometanol líquido Bio-ETBE Subproducto de una transformación Bio-DME industrial bioenergética Otros carburantes sintéticos Líquido piroleñoso Otros Digestión anaerobia Gas de vertedero Gas de tratamiento biológico Biocombustible Gas de tratamiento termoquímico gaseoso Otros procesos Biohidrógeno Otros gases sintéticos Otros

3 Aplicaciones energéticas A) GENERACIÓN DE ENERGÍA TÉRMICA Quemar biomasa sólida Quemar gas de digestión anaerobia Quemar gas de gasificación B) GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA TECNOLOGÍA BIOMASA TAMAÑO COMENTARIOS Ciclo de vapor Sólida > 4 Mw Turbina de gas Gas de síntesis > 1 Mw Sobre todo para cogeneración Ciclo combinado Gas de síntesis > 10 Mw Motor alternativo Gas de síntesis o biogás > 50 kw Sobre todo para cogeneración COGENERACIÓN: Producción conjunta de energía térmica y eléctrica. Mayor rendimiento que por separado Adecuado para consumo eléctrico elevado y posibilidad de aprovechar energía térmica a alta temperatura

4 DESTINO Doméstico Equipos sencillos de construcción Equipos sofisticados de regulación Acumulación de cenizas, sinterización, fusibilidad Industrial Equipos robustos Cámara de policombustión Menor exigencia en calidad Centrales térmicas Exigente en homogeneidad en PC Cenizas < 3 %

5 VENTAJAS QUE PRESENTA EL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO Alta volatilidad Bajo contenido en azufre Más fácil de gasificar Biomasa: < 2 % S Volátiles biomasa: % Volátiles carbón: % Bajo contenido en nitrógeno Quemar a T < ºC Bajo contenido en cenizas Cenizas biomasa: 0,5 3 % Cenizas carbón: hasta 30 %

6 Inconvenientes que plantean las calderas de biomasa Los rendimientos de las calderas de biomasa son algo inferiores a los de las que usan un combustible fósil líquido o gaseoso. La biomasa posee menor densidad energética, o lo que es lo mismo, para conseguir la misma cantidad de energía es necesario utilizar más cantidad de recurso. Esto hace que los sistemas de almacenamiento sean, en general, mayores. Los sistemas de alimentación de combustible y eliminación de cenizas son más complejos y requieren unos mayores costes de operación y mantenimiento (respecto a las que usan un combustible fósil líquido o gaseoso). No obstante, cada vez existen en el mercado sistemas más automatizados que van minimizando este inconveniente. Los canales de distribución de la biomasa no está tan desarrollados como los de los combustibles fósiles (sólo aplicable en el caso de que los recursos no sean propios). Muchos de estos recursos tienen elevados contenidos de humedad, lo que hace que en determinadas aplicaciones puede ser necesario un proceso previo de secado.

7 Caracterización físico-química de la biomasa Material C% H% N% S% O% Cenizas (% ) Kj/kg Corteza pino Pino Abeto Haya Nogal Álamo Arce Cáscara arroz Cáscara trigo Serrín(pélet) Papel Roble Residuo animal R.S.U Carbón vegetal Lignito Carbón

8 H = h / (1 + h) h = H / (1 - H) se deduce que: * PCI = PCS (1 - H) H El PCI para un determinado grado de humedad, tomado para simplificar como concentración de hidrógeno el 6%, y como calor de vaporización del agua de 585kcal/kg, viene dado por cualquiera de las dos expresiones siguientes: PCI = PCS (1-h ) 269 h PCI = [PCS 585 (h ) ] / (1+h) Referido respectivamente a la humedad en base húmeda y en base seca.

9 Caracterización energética de la biomasa Poder calorífico superior (P.C.S.) Es la cantidad total de calor de un combustible, incluyendo el calor latente del agua formada por la combustión del hidrógeno contenido en dicho combustible. Poder calorífico inferior (P.C.I.) Es la cantidad de calor que resulta al restar del poder calorífico superior el calor latente del agua formada por la combustión del hidrógeno contenido en el combustible.

10 Poder calorífico inferior C H 2 + O 2 N 2 CO 2 H 2 O N 2 + CALOR Combustible Aire Gases de combustión El vapor de agua contenido en los gases de combustión no condensa Calor de oxidación del combustible PODER CALORÍFICO INFERIOR

11 Poder calorífico superior C H 2 + O 2 N 2 CO 2 H 2 O N 2 + CALOR + CALOR Combustible Aire Gases de combustión El vapor de agua contenido en los gases de combustión condensa Calor de oxidación del combustible Calor de condenación del vapor de agua Poder calorífico Inferior PODER CALORÍFICO SUPERIOR

12 PCI PCS 597. G PCI: punto calorífico inferior (kcal/kg combustible) PCS: punto calorífico superior (kcal/kg combustible) 597: calor de condensación del agua a 0ºC (kcal/kg agua) G: Porcentaje en peso del agua formada por la combustión del H más la humedad propia del combustible (kg agua/kg combustible) G = 9H + H 2 O 9 kg de agua al oxidar 1 kg de H H: % de H en el comustible H 2 O: % de humedad del combustible PCI PCS H H 2O

13 Poder calorífico de los elementos simples C + O 2 CO kcal/kg C C + ½O 2 CO kcal/kg C H + ½O 2 H 2 O kcal/kg H S + O 2 SO kcal/kg S

14 Poder calorífico superior (P.C.S.) Es la cantidad total de calor de un combustible, incluyendo el calor latente del agua formada por la combustión del hidrógeno contenido en dicho combustible. * PCS = C (H - O/8) S (kcal/kg) C: Contenido en carbono (g/g MS) H: contenido en hidrógeno (g/g MS) O: contenido en oxígeno (g/g MS) S: contenido en azufre (g/g MS) O/8: H combinado con O del mismo combustible dando agua de combinación Poder calorífico inferior (P.C.I.) Es la cantidad de calor que resulta al restar del poder calorífico superior el calor latente del agua formada por la combustión del hidrógeno contenido en el combustible. * PCI = C (H - O/8) S (kcal/kg) COMBUSTIBLE SECO * PCI = C (H - O/8) S 597 H 2 O (kcal/kg) COMBUSTIBLE HÚMEDO

15 SECADO NATURAL BIOMASA FRESCA H > 50 % BIOMASA SECA H = % En montón, según se va generando Astillado SECADO FORZADO Consecuencia de su utilización con fines energéticos INCREMENTO DE LOS COSTES DE EXTRACCIÓN Y MANEJO ENCARECIMIENTO DEL TRANSPORTE DIFICULTAD O IMPOSIBILIDAD DE TRANSFORMACIÓN EN COMBUSTIBLE REDUCCIÓN DE LOS RENDIMIENTOS EN LAS FASES DE TRANSFORMACIÓN BAJOS RENDIMIENTOS EN PROCESOS DE CONVERSIÓN TERMOQUÍMICA PROBLEMAS OPERATIVOS EN LAS INSTALACIONES DE CONVERSIÓN INCREMENTO DE LA CONTAMINACIÓN (CO 2, NOx, CO) FORMACIÓN DE INCRUSTACIONES EN LAS PAREDES DE LAS CALDERAS COMBUSTIÓN INESTABLE

16 Caracterización energética de la biomasa P.C.I. a humedad H (%) (Kj/Kg) PRODUCTO H (%) P.C.I. H (%) P.C.I. H (%) P.C.I. Leñas y ramas Serrines y virutas Orujillo de oliva Cáscara de almendra Cortezas (Coníferas) Cortezas (Frondosas) Poda de frutales Paja de cereales Vid (Sarmientos) Vid (Ramilla de uva) Vid (Orujo de uva)

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18 DENSIDAD LEÑA Cortada en invierno: 900 kg/m 3 Cortada en verano: kg/m 3 LEÑA SECA AL AIRE kg/m kg/estéreo Densidad: kg/m kg/estéreo

19 Densidades medias de las leñas m 3 /estéreo kg/estéreo Roble Encina Haya Pino silvestre Pino negral Pino Salgareño Pino carrasco Pino piñonero Briquetas: kg/estéreo

20 Composición química de briquetas y carbón PARÁMETRO BRIQUETA CARBÓN HUMEDAD (% b.h.) CARBONO FIJO (% b.s.) VOLÁTILES (% b.s.) CENIZAS (% b.s.) Las briquetas generan menos cenizas CARBONO (% b.s.) AZUFRE (% b.s.) Las briquetas emiten menos azufre HIDRÓGENO (% b.s.) NITRÓGENO (% b.h.) P.C.S. (Kcal/Kg) kg de carbón = 1,5 2 kg de briquetas P.C.I.(Kcal/Kg) Fuente: Ministerio de Industria

21 Características de briquetas combustibles BRIQUETA HUM.( % b.h.) DENS. kg/m 3 VOLAT. (% b.s.) CENIZA (% b.s.) P.C.I. (kcal/kg) RESIST. (% ) CHOPO PINO EUCALIPTO CORTEZA TOJO SAPELY SAMBA GUATAMBU ROBLE PIÑAS Fuente: IER-CIEMAT Con las briquetadoras de pistón operativas en nuestro país se obtienen briquetas cuyas características son: Longitud media: 25 cm, con una desviación típica de 6,25cm (intervalo 18,77-31,28) Diámetro medio: 6,89 cm, con una desviación de 1,22 cm (intervalo 5,6 8 cm) Densidad media: kg/m 3

22 BRIQUETADORA DE PISTÓN

23 Origen Mat prima: 45 % Aserradero 45 % Ind. Transf. madera 10 %: Podas, claras, etc Alto coste manipulación restos vegetales No ofrecen ventajas significativas, con respecto a otros combustibles, para cambiar el sistema de combustión Tiene que ser compatibles con equipos existentes, con poca o ninguna modificación Cocinas abiertas de leña o carbón de uso doméstico Estufas y hornos industriales, de leña o carbón

24 COMBUSTIBLE P.C.I. (kcal/kg) P.V.P. (cent. /kg) c /cal Butano comercial ,5 Gas natural ,2 Gasóleo C ,6 9,3 Antracita ,4 Leña ,3 Briqueta ,6

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27 Gases de combustión de carbón y pellets CARBÓN PÉLET Temperatura ambiente (ºC) 24,27 23,54 Temperatura de los gases (ºC) 153,75 228,74 Se obtiene la misma cantidad de calor con la misma cantidad de producto Oxígeno (% en los gases) 18,28 13,8 CO (% en los gases) 1140,76 172,2 NO (p.p.m. en los gases) 7,23 143,55 Se elimina casi todo CO Mayor emisión de NO NO 2 (p.p.m. en los gases) 5,1 1,1 SO 2 (p.p.m. en los gases) 107,92 0 Se elimina el SO 2 Por debajo de lo admitido CO 2 (% en los gases) 2,33 6,55 Índice de Opacidad (humos) 0,15 1,89 Mayor emisión de humos Rendimiento (%) 61,29 78,66 Consumo (Kg) 300,5 307 Residuos (Kg ceniza e inquemados). 38,38 1,32 Temperatura de los humos (ºC) 159,66 127,4 El pellet tiene mayor rendimiento en la combustión El pellet tiene menos inquemados Fuente: CADEM - EVE

28 Composición química de pellets y carbón PARÁMETRO PÉLLET CARBÓN HUMEDAD 6-8 % B.H. 1,5-4 % CARBONO FIJO 20% B.S. 85 % VOLÁTILES 80 % B.S. 8 % CENIZAS 6-10 % B.S. 0,5-1 % CARBONO 50 % B.S % AZUFRE 0,02-0,05% B.S. 1,1-1,5 % HIDRÓGENO 6.7 % B.S % NITRÓGENO 0,9 % B.H. 1,6-1,7 % OXÍGENO 40% B.S. 2,2% P.C.S. (humedad: 8%) kcal/kg kcal/kg P.C.I kcal/kg kcal/kg Fuente: Ministerio de Industria

29 NORMATIVA DEL PELLET DE Norma LA BIOMASA europea EN Biocombustibles sólidos-especificaciones y clases de combustible-parte 2: Pellets de madera para usos no industriales Clase de propiedad/ método de análisis Origen y fuente Unidad de medida A1 A2 B Leña del tronco del árbol Residuos de leña sin tratamiento químico Corteza Árboles enteros sin las raíces Leña del tronco del árbol Residuos del corte de troncos de árbol Leña virgen o de bosque Productos derivados y residuos de la industria de transformación de la leña Leña procedente de otros usos mm D06, 6 ± 1; D06, 6 ± 1;3, D06, 6 ± 1; 3,15 L L 40 3,15 L 40 Diámetro "D" y Largo "L" D08,8 ± 1; D08, 8 ± 1; D08, 8 ± 1; 3,15 L 40 3,15 L 40 3,15 L 40 HUMEDAD EN , EN Ceniza, "A", EN DURABILIDAD EN Polvo en el caso de transporte a granel(durante la carga) o en bolsas para uso doméstico (hasta 20 kg) y en grandes sacos para el uso industrial (durante el embalaje o la entrega al cliente final), "F", FprEN w-% sobre base M10 10 M10 10 M10 10 húmeda, como la muestra recibida w-% en seco A0.7 0,7 A1.5 1,5 A3.0 3,0 w-% como la muestra recibida w-% como la muestra recibida DU ,5 DU ,5 DU ,5 F1.0 1,0 F1.0 1,0 DU ,5 Aditivos w-% en seco 2 w-% tipo y cantidad por determinar 2 w-% tipo y cantidad por determinar Q16.3, 16,3 Q 19 o Q4.5, 4,5 Q 5,3 Potencia calorífica neta, "Q"EN MJ/kg o kwh/kg, como la muestra recibida Q16.5, 16,5 Q 19 o Q4.6, 4,6 Q 5,3 Densidad aparente kg/m w-% tipo y cantidad por determinar Q16.0, 16,0 Q 19 o Q4.4, 4,4 Q 5,3

30 PELETIZADOR DE RODILLOS DE MATRIZ ANULAR AJUSTE HIDRÁULICO DEL CABEZAL RODILLOS EJE MATRIZ PLANA ENGRANAJE Producto base: Humedad: 8 15 % bh Tamaño partícula: 0,5 cm Producto final: Ø: 0,5 2,5 cm Longitud: 1 3 cm

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32 COMBUSTIBLE P.C.I. (kcal/kg) P.V.P. (cent. /kg) c /cal Butano comercial ,5 Gas natural ,2 Gasóleo C ,6 9,3 Antracita ,4 Leña ,3 Pellet ,5

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