LA ENERGIA DE LA BIOMASA EN EL CONTEXTO ENERGETICO ACTUAL Pedro Ollero

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1 LA ENERGIA DE LA BIOMASA EN EL CONTEXTO ENERGETICO ACTUAL Pedro Ollero Escuela Técnica Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla 22 mayo 2006

2 Algunos datos previos de interés Actualmente cubre entre el 10 y el 15% de la demanda global Países subdesarrollados (33%) Países desarrollados (3%) Principalmente madera uso domestico Consumo mundial actual 400 EJ/año Potencial residuos agrícolas y forestales 45 EJ/año Conclusión Cultivos Energéticos

3 Otros datos de interés referentes a la UE en 2005 Los combustibles fósiles representan 4/5 del consumo total Se importan 2/3 partes Gas natural de Rusia supone 20% La oferta comunitaria apenas cubre la mitad de las necesidades comunitarias Si no se toman medidas, en 2030 Importaciones > 70% Petróleo importado > 90% Conclusión Europa (UE) no podrá alcanzar la autosuficiencia energética y necesita seguridad en el abastecimiento energético

4

5 Procesos de conversión Combustión: Energía térmica y eléctrica Aplicaciones domésticas e industriales Cogeneración en sectores industriales (γ 35%) Centrales eléctricas de biomasa, MWe (γ 20%) Co-combustión: una excelente posibilidad (γ 40%)

6 Procesos de conversión Gasificación: Oxidación parcial a alta temperatura ( C) produce gas (CO+H 2 ) Con aire PC: 4-6 MJ/Nm 3 Con O 2 o aporte indirecto de calor PC: MJ/Nm 3 Aplicaciones del gas Térmicas Generación eléctrica Motores combustión interna BIG/CC, 30 MWe (γ 40-50%) Gas de síntesis

7 Producción de biocarburantes e hidrogeno Recirculación Catálisis Separación Metanol Biomasa Secado y molienda Gasificación Y limpieza gas Reformado WGS Separación Separación Hidrógeno CO 2 Catálisis Separación Refinado FT Diesel Turbina de gas o caldera Electricidad Turbina de vapor

8 Procesos de conversión Pirolisis Calentamiento a alta temperatura (500 C) en ausencia de oxígeno Tres fracciones: Liquida (bio-oil) Sólida (carbonizado) Gas Pirolisis rápida (flash) a 500 C maximiza fracción líquida (fácilmente almacenable y transportable) Aplicaciones: Combustión Biocarburante Productos químicos valiosos

9 Procesos de conversión Hidrólisis - fermentación Tecnología madura, desarrollo comercial (Brasil, USA, España) Caña de azúcar, remolacha (sacarosa) Cereales: trigo, maíz (almidón) Hidrólisis enzimática Fermentación BIOETANOL En fase de desarrollo pero mas interesante Materia lignocelulosica Pretratamiento Hidrólisis ácida/enzimática de celulosa Fermentación BIOETANOL Lignina

10 Procesos de conversión Usos de bioetanol Fabricación de ETBE (aditivo gasolina) E10 (10% Etanol 90% gasolina) en USA (motores sin modificar) E85 en Suecia en motores adaptados Ford Focus flexifuel : gasolina o E85 En el futuro Reformado on board de bietanol Hidrógeno Pila de combustible

11 Procesos de conversión Digestión anaerobia Residuos: Agrícolas Ganaderos RSU Lodos depuradoras Bacterias anaeróbicas C CH 4 + CO 2 Elimina emisión de CH 4 de los vertederos Rendimiento de conversión: 20-40% (del PC de la biomasa) Rendimiento global a energía eléctrica: 10-16% (con motores CI) Posibilidad de separar el CO 2 y suministrar gas natural a la red urbana

12 Procesos de conversión Transesterificación Aceite vegetal (colza) y/o Grasa animal Metanol Transesterificación catalítica BIODIESEL Glicerina Uso biodiesel B100 (100% biodiesel) requiere modificación motores B30 (30% biodiesel-70 diesel) no requiere modificación Fuerte desarrollo en Europa

13 Evaluación técnico-económica y ambiental de sistemas bioenergéticos Hay que considerar toda la cadena ( well to tank o well to wheel en el caso de biocarburantes) Parámetros principales Rendimiento energético por ha y año Emisiones GHG (CO2 y CH4) y emisión contaminantes Costes de producción ( /GJ o /l)

14 Evaluación: rendimiento energético E x /E p Ξ energía requerida por unidad de energía (PCS) en el combustible producido (para cultivo, recolección, conversión, distribución del combustible, etc.) E p GJ/ha año)ξ rendimiento (PCS) por ha y año Biocombustible Biomasa 100 E x /E P Rendimiento tn seca /ha año Rendimiento E P (GJ)/ha año Metanol Lignocelulosa Etanol Maíz Etanol Caña Hidrógeno Lignocelulosa Diesel FT Lignocelulosa DME Lignocelulosa Biodiesel Colza Nota: 1GJ (PCS)= 28,4 l de gasolina equivalente

15 Evaluación: rendimiento energético Uso energético (WTT) de diferentes sistemas (incluyendo fósiles) Nota: incluye la energía (PCS) contenida en el combustible Fuente: GM European Well-to-Wheel Study

16 Evaluación: rendimiento energético Uso energético (WTW) de diferentes combustibles (incluyendo fósiles)y vehículos

17 Evaluación: emisiones GHG

18 Evaluación: emisiones GHG (Well to Tank)

19 Evaluación: costes de producción (Planta de 400 MWt) Combustible Biomasa Coste ( /GJ PCS ) Rendimiento en % (PCS) Comb. Elec. Inversión (M ) Costes de Producción ( /GJ PCS ) MWth Bio-etanol Maíz 8, Bio-etanol Remolacha , Bio-etanol Caña 2, Bio-etanol Caña (3) 2,4 89-1, (3) Bio-diesel Colza 6, DME Lignocelulosa , SNG Lignocelulosa Metanol Lignocelulosa Hidrógeno Lignocelulosa FT Diesel Lignocelulosa

20 Evaluación de sistemas bioenergéticos Caso: planta de 400 MWt (PCS) de materia lignocelulósica Requiere: tn de materia seca/año ha de tierra MPtas de inversión Produce: 114 M litros de FT diesel /año Coste: 0,68 /l 1900 M km/año vehículos ( km/año)

21 Potencial de suministro de biomasa en 2050 Tipo de biomasa Tierra agrícolas excedentarias Tierras marginales Residuos agrícolas Residuos forestales Estiércol Residuos orgánicos Total Observaciones Potencial: 0-4 GHa (probable 1-2 GHa) Máximo de 1,7 GHa Estimaciones de varios estudios Limite inferior: gestión sostenible; Limite superior: potencial técnico Limite inferior: uso actual; Limite superior: potencial técnico Fracción orgánica de RSU y residuos madera Escenario pesimista: no hay tierra para cultivos energéticos, sólo residuos. Escenario optimista: uso intensivo de agroenergía Potencial de suministro anual en 2050 (EJ) (probable) (probable)

22 BARRERAS Barreras Coste de producción Bioetanol (maíz): 0,88 /l gasolina equivalente Bioetanol (remolacha):1,40 /l gasolina equivalente Bioetanol (caña): 0,39 /l gasolina equivalente Tecnologías eficientes, inversiones moderadas, bajo impacto Sistemas específicos de producción de biomasa Baja densidad energética y producción Aceptación de cultivos energéticos por los agricultores y por la sociedad en general Efecto sobre biodiversidad Competencia con usos alimenticios

23 Barreras: coste de producción

24 Uso energético de la biomasa en España En 2004, el 3% de la energía primaria Mas del 50% del total de renovables (incluyendo hidraulica) En 1999, Plan de Fomento Energías Renovables (PFER) Control de seguimiento en 2004 El objetivo asignado a Biomasa lejos de cumplirse Revisión del plan PLAN DE ENERGIAS RENOVABLES

25 Objetivos plan de energías renovables Considera separadamente biomasa, biogás y biocarburantes Total renovables (%) 6,9 12,1 Centrales biomasa (MW) Co-combustión (MW) RSU+biogás (MW) Uso térmico (ktep) Bioetanol+biodiesel (ktep)

26 Objetivos plan de energías renovables (Incrementos) Energía primaria (no incluye biogás ni biocarburantes) 5,04 Mtep (3,67 plantas de 400 MW th durante 5 años) 37,7% de cultivos energéticos, resto residuos Generación eléctrica 1695 MW Co-combustión: 42,6%

27 Objetivos plan de energías renovables Biocarburantes (incrementos) Energía primaria Bioetanol: 750 ktep Ξ Planta de 218 MW th Biodiesel: 1222 ktep Ξ Planta de 356 MW th

28 Plan de energías renovables Barreras Falta de rendimiento y viabilidad económica plantas generación eléctrica de biomasa Competencia de otros combustibles en aplicaciones térmicas domésticas Disponibilidad de residuos forestales en cantidad, calidad y precio Altos costes de los residuos y de los cultivos energéticos y ausencia de sistemas de tratamientos y recogida adecuados Alto precio de aceites vegetales para usos domésticos

29 Plan de energías renovables Medidas de apoyo Primas a la producción eléctrica mediante co-combustión Incremento primas producción eléctrica en centrales de biomasa Subvenciones a la adquisición de equipos domésticos de biomasa Ayuda adquisición de maquinaria de tratamientos, recogida y transporte Exención fiscal en la producción de biocarburantes Desarrollo de una logística de aceites vegetales usados

30 CONCLUSIONES La biomasa esta llamada a jugar un papel importante en el suministro de energía primaria renovable Para calor, energía eléctrica y biocarburantes 60% del total de renovables en ,2% del total de energía primaria en 2010 La co-combustión (y la co-gasificación en IGCC) son opciones muy interesantes a corto plazo para generación eléctrica La producción de biocarburantes (FT diesel, DME, etanol, H 2 ) a partir de materias lignocelulósicas (corto-medio plazo) es muy atractiva Coste razonable Reduce emisiones GHG Reduce dependencia del petróleo Se requieren medidas de apoyo para dar tiempo a que mejoren los diferentes componentes de sistemas bioenergéticos

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