Miguel Ángel Sánchez Gatón Investigador Área de Biocombustibles Fundación CARTIF

Transcripción

1 Miguel Ángel Sánchez Gatón Investigador Área de Biocombustibles Fundación CARTIF

2 Somosun Centro Tecnológicodedicado a la investigaciónaplicada, desarrollos tecnológicose innovaciónen procesos, productosy sistemas. Ubicación: ParqueTecnológicode Boecillo, 205, Boecillo, Valladolid Tlf: Fax: Web:

3 1. CALIDAD DE UNA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE 2. NORMALIZACIÓN DEL MERCADO DE BIOMASA. 3. ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE UNA BIOMASA. 4. SISTEMA DE CERTIFICACIÓN ENPLUS.

4 BIOMASA vs COMBUSTIBLE FÓSIL En general la biomasa lignocelulósica se caracteriza por: Alto contenido de volátiles (70-80%) Bajo contenido en cenizas (0,5-5%) Bajo contenido en C (45-50%) Alto contenido en O (40-45%) Bajo poder calorífico (2:1) Bajos contenidos en N y S Bajo contenido en Cl*

5 CALIDAD DE UNA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE PUNTO DE VISTA ENERGÉTICO Optimización de un recurso energético limitado. Determinar la cantidad de energía (calor) que se genera en el proceso al que se someta el combustible (PCS). PUNTO DE VISTA MEDIOAMBIENTAL Composición de los humos, contenido en SO 2 y NO x. Dioxinas y furanos.

6 CALIDAD DE UNA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE PUNTO DE VISTA TÉCNICO. Aire 1º y 2º necesario en proceso de combustión (volátiles). Cantidad de combustible según necesidades de calor Mejora en el aprovechamiento energético (rendimiento) Tipo de materiales del hogar para evitar ataques (corrosión) Tipo de quemador o tecnología de combustión más adecuada Necesidad de adaptación previa (secado, densificado, molienda, tamizado).

7 NORMALIZACIÓN DEL MERCADO DE LA BIOMASA Una normativa regula y estandariza la calidad de un producto en el mercado. Necesidad de estandarizar la calidad de la biomasa. Objetivos: Promueve su uso. Asegura una calidad común de un producto en una zona, región o país (Sistemas de almacenamiento, transporte, combustión) Confiere seguridad legal al mercado. Evita fraudes. Define las especificaciones de calidad y valores límite.

8 Asegura la calidad en toda la cadena de valor de la biomasa. FABRICANTES Se mejora el proceso. Facilita la comercialización. CONSUMIDORES Se informa al usuario. Se establecen niveles de calidad para que compare. ADMINISTRACIÓN Promueve el comercio y desarrollo económico. Simplifica textos legales.

9 UNE-EN BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS Origen en países pioneros en Europa (SUE, FIN, AUS). Creación de CEN/TC 335 Especificaciones técnicas para biocombustibles sólidos y para los métodos de análisis. En España, AEN/CTN BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS. UNE-EN Biocombustibles Sólidos. Especificaciones y clases de combustibles. Parte 1. Requisitos generales. Parte 2. Pelets de madera para usos no industrial. Parte 3. Briquetas de madera para uso no industrial. Parte 4. Astillas de masdera para uso no industrial. Parte 5. Leña de madera para uso no industrial. Parte 6. Pelets no leñosos para uso no industrial.

10 ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE UNA BIOMASA ANÁLISIS EN BIOMASA A GRANEL ANÁLISIS EN CENIZAS ANÁLISIS EN PELETS

11 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA GENERAL DE ANÁLISIS UNE-EN ACONDICIONAMIENTO DE LA BIOMASA: Reducción de muestra. Control de la humedad: Secado Estabilización al aire Control de la granulometría: Homogeneidad de la muestra Molienda y tamizado

12 ANÁLISIS EN BIOMASAS A GRANEL ANÁLISIS INMEDIATO (% masa) Humedad Materias volátiles Carbono fijo Cenizas)

13 ANÁLISIS EN BIOMASAS A GRANEL ANÁLISIS INMEDIATO (% masa) Humedad Materias volátiles Carbono fijo Cenizas)

14 ANÁLISIS INMEDIATO HUMEDAD A mayor humedad, mayor corrección para llegar a las condiciones de materia seca. Desde un punto de vista técnico, no debe superar el 60% para ser viable como combustible. Procedimiento (Norma Española UNE-EN ). Calentamiento a 105 ºC en estufa. Cálculo por diferencia de pesos, expresado en % masa.

15 MATERIAS VOLÁTILES ANÁLISIS INMEDIATO Constituida por combinaciones de compuestos de C e H y otros gases ocluidos en el combustible. Entre 70-80% de la materia seca. Se desprenden de la materia sólida a partir de ºC. Procedimiento (Norma Española UNE-EN 15148) Calentamiento gradual en crisol tapado (ausencia de aire) a 900 ºC durante 7 minutos. Cálculo por diferencia de pesos, expresado en %masa.

16 ANÁLISIS INMEDIATO CENIZAS Es la materia mineral de la biomasa, formada principalmente por óxidos de Ca, Mg, Fe, K, Na, Si, P,... No aporta energía. Su presencia reduce el PCS de la biomasa. Afecta al rendimiento térmico de un horno por interferir en la transferencia de calor.

17 CENIZAS ANÁLISIS INMEDIATO Procedimiento (Norma Española UNE-EN 14775) Calcinación en crisol en atm. oxidante hasta 550 ºC. Cálculo por diferencia de pesos, expresado en %masa.

18 CARBONO FIJO ANÁLISIS INMEDIATO Es la materia carbonosa residual de la biomasa, una vez desecada, pirolizada y sin cenizas. Entre 15-20% de la materia seca. Procedimiento: cálculo por diferencia a 100. %CF = % CEN - % VOL (base seca) %CF = % HUM - % CEN - % VOL (base húmeda)

19 ANÁLISIS EN BIOMASAS A GRANEL ANÁLISIS ENERGÉTICO El poder calorífico es la clave en el uso energético de una biomasa y determina principalmente su calidad como combustible. Poder calorífico superior (PCS). Calor desprendido por una unidad másica de combustible en el proceso de combustión completa llevado a cabo en una bomba calorimétrica a volumen constante. Poder calorífico inferior (PCI). Calor desprendido por una unidad másica de combustible en un proceso de combustión completa cuando el agua formado se libera, junto con los humos, en forma de vapor.

20 ANÁLISIS ENERGÉTICO ANÁLISIS EN BIOMASAS A GRANEL El poder calorífico es la clave en el uso energético de una biomasa. Procedimiento (Norma Española UNE-EN 14918) Combustión en atmósfera oxidante en bomba calorimétrica de masa conocida. El calor de combustión se recupera con un baño termostático a 25 ºC. Unidades: MJ/kg, kcal/kg, MWh/kg.

21 ANÁLISIS EN BIOMASAS A GRANEL ANÁLISIS ELEMENTAL Carbono: 45-50%. Aporta la mayor parte de la energía de la biomasa en su oxidación. Hidrógeno: 5-6%. Se oxida a H 2 0 desprendiendo Eª. Nitrógeno: 0,1-1%. Formación de NO x. Azufre: 0,01-0,2%. Formación de SO 2. Cloro: 0,01-1%. Riesgo de corrosión. Gran problema en biomasas agrícolas.

22 ANÁLISIS ELEMENTAL CHN ANÁLISIS ELEMENTAL Procedimiento (Norma Española UNE-EN 15104) Combustión en atmósfera oxidante. Formación de gases (CO 2, H 2 O, NO x ) Arrastre de gases con gas portador hasta celdas de detección: C%: cuantificación de CO 2 por IR. H%: cuantificación de H 2 O por IR. N%: cuantificación de NO x reducido a N 2 por TC.

23 ANÁLISIS ELEMENTAL ANÁLISIS ELEMENTAL S, Cl Procedimiento (Norma Española UNE-EN 15289) Digestión de la muestra por combustión en calorímetro. Determinación por cromatografía iónica de sulfatos (SO 4- ) y cloruros (Cl - ). Cálculos a partir de concentraciones de iones, expresado en %masa.

24 ANÁLISIS EN BIOMASAS A GRANEL ANÁLISIS DE ELEMENTOS MINORITARIOS As Cd Cr Cu Hg Ni Pb Zn Limitados por su potencial contaminante. Procedimiento (Norma Española UNE-EN 15297) Digestión ácida. Cuantificación por espectroscopia analítica de masas con fuente de acoplamiento inductivo (ICP-OES). Elemento Límite(mg/kg) As 1 Cd 0,5 Cr 10 Cu 10 Hg 0,1 Ni 10 Pb 10 Zn 100

25 ANÁLISIS EN BIOMASAS A GRANEL

26 ANÁLISIS EN BIOMASAS A GRANEL

27 COMPORTAMIENTO DE LAS CENIZAS ANÁLISIS DE ELEMENTOS MAYORITARIOS Al Ca Fe K Na Mg Na P Si Ti Determinación de la composición inorgánica de las cenizas, en forma de óxidos. Procedimiento (Norma Española UNE-EN 15290) Preparación de cenizas (UNE-EN 14775) Digestión ácida. Detección por espectroscopia analítica de masas con fuente de acoplamiento inductivo (ICP-OES).

28 COMPORTAMIENTO DE LAS CENIZAS FUSIBILIDAD DE CENIZAS EN ATMÓSFERA OXIDANTE Predice fenómenos de sinterización y fusión de cenizas. Procedimiento (CEN/TS 15370) Preparación de cenizas (815 ºC) y preparación de probeta. Calentamiento hasta ºC. Determinación de Tª de fusibilidad: SST DT HT FT

29 COMPORTAMIENTO DE LAS CENIZAS FUSIBILIDAD DE CENIZAS EN ATMÓSFERA OXIDANTE La fusión de las cenizas a temperaturas bajas facilita la formación de escorias: Provoca deposiciones en refractario, parrilla e intercambiadores. Pérdida de rendimiento térmico. Provoca averias. Implica un mantenimiento más intensivo. Combustión irregular. Pérdida de eficiencia del proceso.

30 COMPORTAMIENTO DE LAS CENIZAS FUSIBILIDAD DE CENIZAS EN ATMÓSFERA OXIDANTE SST: ºC DT: ºC HT: ºC FT: ºC

31 ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE LOS PELETS HUMEDAD TOTAL DENSIDAD APARENTE CONTENIDO EN FINOS DURABILIDAD MECÁNICA TAMAÑO DE PELETS Diámetro Longitud

32 HUMEDAD TOTAL Determina el contenido en humedad total en pelets. Procedimiento (Norma Española UNE-EN ) Pérdida de masa por calentamiento a 105 ºC, hasta alcanzar un peso constante. Entre 6-8%. Será sensiblemente inferior a la humedad de la materia prima sin peletizar.

33 DENSIDAD APARENTE Necesidades de almacenamiento y control de stocks. Densímetros: depósitos normalizados 5 L: Tamaño de partícula < 12 mm (pelets). 50 L: Tamaño de partícula > 12 mm. Procedimiento (Norma Española UNE-EN 15103) Medida del peso que llena un depósito de volumen determinado, expresado en kg/m 3.

34 CONTENIDO EN FINOS Dificulta el manejo de los pelets. Proporción de partículas desprendidas de los pelets con tamaño menor de 3,15 mm. Procedimiento (Norma Española UNE-EN ) Constituye el pretratamiento de la muestra para el análisis de durabilidad mecánica. Tamizado de muestra de pelets. Cantidad de finos presentes en la muestra, expresado en %masa.

35 DURABILIDAD MECÁNICA Resistencia mecánica a los choques y golpeteos debidos a movimientos de carga y descarga, trasiego. Procedimiento (Norma Española UNE-EN ) Equipo de durabilidad mecánica de pelets. Contenedor con 4 compartimentos aislados que giran a 50 rpm/minuto. Origen: Norma Americana ASAE S Accionamiento de contenedores que giran a 50 rpm/min durante 10 minutos. Pérdida de partículas < 3,15 mm, expresado en %masa.

36 TAMAÑO DE PELETS. DIÁMETRO Y LONGITUD Se determinan las dimensiones medias de una muestra de pelets representativa: diámetro y longitud. Se emplea un calibre de precisión. Procedimiento (Norma Española UNE-EN ) Diámetro (D). Valor medio del diámetro de 10 pelets, expresado en mm. Longitud (L). Valor medio de la longitud de los pelets de una submuestra, en mm.

37 SISTEMA DE CERTIFICACIÓN ENplus

38 Más información: Miguel Ángel Sánchez Gatón