UTILIZACIÓN DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE RSU PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN

Transcripción

1 UTILIZACIÓN DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE RSU PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN José Miguel Oliva Unidad de Biocarburantes División de Energías Renovables CIEMAT Madrid, 24 de mayo 2012

2 Biocarburante: un combustible líquido o gaseoso utilizado para el transporte producido a partir la biomasa. En este grupo se incluyen bioetanol, biodiesel, biogás, biometanol, bioetbe, aceite vegetal, biohidrógeno (Directiva 2009/28/CE) BIODIESEL - Obtenidos de plantas oleaginosas (soja, colza, girasol, palma) - Transesterificación BIOETANOL - Materias primas ricas en azúcar : maíz (USA), caña de azúcar (Brasil) cereal (España) - Fermentación MATERIA PRIMA EN COMPETENCIA CON LOS PRODUCTOS ALIMENTARIOS

3 Etanol 2ª generación: lignocelulosa (productos no ligados al mercado alimentario) FUENTES: Residuos agrícolas y forestales Residuos industriales (papel, agroalimentarios) Cultivos energéticos (cultivos de corta rotación, herbáceos) Fracción orgánica de los residuos urbanos VENTAJAS: Recursos abundantes Origen residual Bioetanol podría obtenerse a precios competitivos con la gasolina. RUTA TERMOQUÍMICA RUTAS DE PRODUCCIÓN GASIFICACIÓN GAS DE SÍNTESIS (CO, H 2 ) CATÁLISIS BIODIESEL RUTA BIOQUÍMICA PRETRATAMIENTO HIDRÓLISIS AZÚCARES FERMENTACIÓN DESTILACIÓN BIOETANOL

4 Lignocelulosa: estructura y composición - Material complejo y heterogéneo - Componentes fuertemente estructurados - Difícil hidrólisis - Las fracciones deben ser procesadas por separado para una conversión eficiente a etanol Proceso similar, pero más complejo

5 BIOMASA LIGNOCELULÓSICA Celulosa (glucosa) Hemicelulosa (xilosa) Lignina HIDRÓLISIS HIDRÓLISIS ÁCIDA HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA Microorganismos etanologénicos AZÚCARES (monosácaridos) FERMENTACIÓN Mejores expectativas de futuro: Proceso especifico No se generan inhibidores Altos rendimientos Condiciones más suaves ETANOL

6 PRETRATAMIENTO HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA FERMENTACIÓN DESTILACIÓN Objetivo: Alterar la estructura Tipos: explosión a vapor, hidrólisis ácido diluido Ventajas e inconvenientes

7 PRETRATAMIENTO HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA FERMENTACIÓN DESTILACIÓN CONFIGURACIÓN DE PROCESO (HFS) LIGNOCELULOSA CELULASAS BACTERIA / LEVADURAS CELULOSA GLUCOSA ETANOL STEAM EXPLOSION MATERIAL PRETRATADO HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA FERMENTACIÓN VENTAJAS: Cada etapa en condiciones óptimas E.H. ( 50 ºC, ph 4.8) ; Fermentación (30-37 ºC; ph 5,5) DESVENTAJAS: Inhibición por producto final.

8 PRETRATAMIENTO HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA FERMENTACIÓN DESTILACIÓN CONFIGURACIÓN DE PROCESO (SFS) LIGNOCELULOSA CELULASAS BACTERIA / LEVADURAS CELULOSA GLUCOSA ETANOL STEAM EXPLOSION MATERIAL PRETRATADO HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA + FERMENTACIÓN VENTAJAS: Reducción de costes. Mayores rendimientos. DESVENTAJAS: Diferentes temperaturas óptimas. Celulasas comerciales Kluyveromyces marxianus CECT Diferentes materiales lignocelulósicos - Concentración sustrato 10-15% - Temperatura 42 ºC - Tiempo h

9 DIRECTIVA 2009/28/CE del Parlamento Europeo relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables y por la que se modifican y se derogan las Directivas 2001/77/CE y 2003/30/CE (publicada en el DOUE 5 junio) Objetivo obligatorio una cuota del 10% de energía procedentes de fuentes renovables en el consumo de combustibles para el transporte, cumpliendo obligatoriamente unos criterios de sostenibilidad: - Reducción de los gases de efecto invernadero (GEI): 35%. 50% a partir del año 2017 y 60% a partir del Procedencia de las materias primas: No se producirán a partir de materias primas de elevado valor en cuanto a biodiversidad ni procedentes de tierras con elevadas reservas de carbono. Artículo 2: biomasa : fracción biodegradable de los productos, desechos y productos de origen biológico procedentes de actividades agrarias, de la silvicultura y de las industrias conexas, así como la fracción biodegradable de los residuos industriales y municipales. Los biocombustibles obtenidos de desechos, residuos, materiales celulósicos no alimentarios y material lignocelulósico, contabilizaran doble.

10 Real decreto 459/2011 (BOE 2 de abril 2011), deroga al Real decreto 1738/2010 Con objeto: Reducir el consumo de combustibles fósiles Diversificar las fuentes de energía primaria Incrementar la seguridad en el abastecimiento energético Fija los objetivos obligatorios de biocarburantes Objetivos Globales (%) 6,2 6,5 6,5 Biocarburantes en diesel (%) Biocarburantes en gasolina (%) 3,9 4,1 4,1 Perspectivas a medio plazo: Biocombustibles única perspectiva real en el sector del transporte. Tecnologías de 2ª generación y nuevas materia primas.

11 PROYECTO PERSEO Se generan en gran cantidad Pueden contener papel, madera, residuos de jardines etc. (hasta 60%) Residuos de alimentos (vegetales y frutas) podrían ser una fuente importante de azúcares Reduciría la cantidad de residuos que se depositan en vertederos Diversificar las fuente de materias primas para la producción de etanol Fuente: ambiensys.es

12 PROYECTO PERSEO Producción de Etanol a partir de los Residuos Sólidos domesticos Orgánicos IMECAL, FORD-ESPAÑA, CIEMAT Objetivo: Diseño y construcción de una planta de demostración de producción de etanol a partir de la fracción orgánica de los RSU. Fase 1. Determinación de las etapas de proceso y de sus condiciones óptimas de operación a escala de laboratorio. (CIEMAT) Realización de la ingeniería básica y de detalle. Análisis de la viabilidad tecno-económica del proceso. (IMECAL) Fase 2. Construcción y operación de la instalación de demostración. (IMECAL) Fase 3. Validación de los combustibles en flota cautiva (FFV). (FORD ESPAÑA)

13 PROYECTO PERSEO Determinación composición del material y las condiciones de las distintas etapas del proceso A) Análisis del material Composición Caracterización físico-química y energética B) Pretratamiento Prehidrólisis ácida (temperatura,tiempo, ácido) C) HE y SFS Enzimas: celulasas comerciales Microorganismo: S. cerevisiae Sustrato: 10-20% Temperatura: ºC

14 PROYECTO PERSEO R.S.U R.S.U Pretratamiento Pretratamiento slurry slurry Filtración SFS Fracción líquida Caracterización Fermentabilidad Fracción sólida Caracterización H.E SSF Destilación Etanol

15 PROYECTO PERSEO L Alcudia (Valencia) Capacidad:70 t/dia U. tratamiento físico: -eliminacion impropios -trituración Pretr. termoquímico Unidad de SFS. U. destilación - rectificación - azeotrópica Colaboradores: UPV, Generalitat valenciana Novozymes etc. Versátil.

16 PROYECTO PERSEO PLÁSTICOS RSU PRETRATAMIENTO SEPARACIÓN METALES HIGIENIZACIÓN ACTIVA RECHAZO Procesado directo de toda la fracción Reducen el volumen de procesado (75%) Elimina patógenos Reduce olores Recuperación limpia del aluminio Requiere poco espacio. Sistemas modulares FRACCIÓN ORGÁNICA Fuente: ambiensys.es Bioetanol

17 PROYECTO PERSEO