Comportamiento Energético a Nivel Mundial

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Víctor Manuel Macías Arroyo
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2 Comportamiento Energético a Nivel Mundial Mtoe: Toneladas de Aceite equivalente. GDP (PIB): Producto Interno Bruto OCDE: Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico. JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL 2

Crecimiento Anual Perspectivas de crecimiento de la demanda

3 Comportamiento Energético a Nivel Mundial Producción Diaria de Petróleo Convencional y No convencional Lógica Energética 1,3% Crecimiento Anual Perspectivas de crecimiento de la demanda mundial de energía primaria JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL 3

4 Alternativas Energéticas 3,99X10 23 KW- día Energía Solar: Termo-Solar. Foto-Electrica Energías Renovables Energía Eólica: Geotérmica Biorefinería: Biomasa Biocombustibles Bio-productos. JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL 4

5 Recomendaciones para los Ministros de Energía Confianza en inversión en Tecnología Limpia Nivelar condiciones de Juego Agencia Internacional de Energía (IEA) Acelerar innovaciones en Energía Potencializar el uso de la tecnología JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL 5

Internacional de Energía (IEA) Acelerar innovaciones en Energía

GENERACION BIOCOMBUSTIBLES SEGUNDA GENERACION TERCERA GENERACION Maíz Caña de Azúcar Soja Residuos

6 Biorefinería DEFINICION: BIOREFINERIA Es un proceso que involucra equipos y transformación de biomasa para la producción de Combustible, energía, productos químicos de valor agregado PRIMERA GENERACION BIOCOMBUSTIBLES SEGUNDA GENERACION TERCERA GENERACION Maíz Caña de Azúcar Soja Residuos Agroindustriales Gramíneas Forrajeras Bacterias. Hongos. Algas. JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL 6

7 MICROALGAS: GENERALIDADES Existe mas de algas en sistemas marinos Gigaton de CO 2 son fijadas por algas marinas al año. Producen la mayor parte del oxigeno necesario para la vida acuática, 70% del oxigeno del aire. Ubicuos: Agua Salada. Agua Dulce. Suelo. Aire. JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL 7

Producen la mayor parte del oxigeno necesario para la vida acuática, 70% del

8 ESPECIES DE MICROALGAS PARA PRODUCCION DE BIOCOMBUSTIBLES Especie %Lípido (Peso Seco) Cyclotella Cryptica 18 Dunaliella Salina 6-18,5 Nitzchia sp Chlamydomonas sp 23 Chlorella sp 20,7-32 Chlorella Vulgaris Botrycoccus Braunii JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL 8

Nitzchia sp 45-47 Chlamydomonas sp 23 Chlorella sp 20,7-32 Chlorella

VENTAJAS DE LAS MICROALGAS Superestructura: Construcción de estructura celulósica. La velocidad de crecimiento es 5 o 6 veces mas alta que la de las plantas normales.

9 VENTAJAS DE LAS MICROALGAS Superestructura: Construcción de estructura celulósica. La velocidad de crecimiento es 5 o 6 veces mas alta que la de las plantas normales. Su cultivo se puede realizar en cualquier temporada de luz en el año. (Arizona, Nuevo México, Colorado, Texas). No compiten con fuentes de alimentos (Combustibles de Primera generación), ni con zonas arables. Su crecimiento de dan en condiciones ambientales extremas. JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL 9

Su cultivo se puede realizar en cualquier temporada de luz en el año. (Arizona, Nuevo México, Colorado, Texas).

PRINCIPALES COMPONENTES DE LAS Producción en PBR Proteínas MICROALGAS: Alimentos Crías de ave de corral. Acuicultura. Químicos Alcoholes Ácidos.

10 PRINCIPALES COMPONENTES DE LAS Producción en PBR Proteínas MICROALGAS: Alimentos Crías de ave de corral. Acuicultura. Químicos Alcoholes Ácidos. Cosecha y Procesamiento Carbohidratos Bioenergía Kerosene. Metano. Gas de Síntesis Diesel. Lípidos Alimentos Fraccionamiento de la biomasa Algal Residuos JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL Alimento Cosméticos Pigmentos Vitaminas Antioxidantes 10

Cosecha y Procesamiento Carbohidratos Bioenergía Kerosene. Metano. Gas de Síntesis Diesel.

11 PRODUCCION DE MICROALGAS EN EL MUNDO 26 millones de Euros, proyectos financiados por la UK. (Construcción de una granja de algas en el Norte de África). 8 millones de Euros, (ABC), incluye universidades de Manchester, New castle, Southampton. 92 millones de dólares, Green Fuel Tech Massachusetts (USA), ton de algas por año, CO 2 cementeras. J. Singh, S. Gu / Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) millones de dolares, Biocombustibles (escalamiento y puesta en marcha)

8 millones de Euros, (ABC), incluye universidades de Manchester, New castle, Southampton.

12 BIOCOMBUSTIBLES PRODUCCION COSECHA CONVERSION Cultivos de Producción Recolección de la Biomasa Algal Métodos de Conversión Reactores de Estanque Abierto. Fotobioreactores. Químico Mecánico Eléctrico Biológico Trans-esterificación Termoquímica Biológica. JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL 12

PRODUCCION DE BIOMASA REACTORES ABIERTOS: (Raceways/Carrusel) Los cultivos necesitan, sol, agua, nutrientes como fosforo, nitrógeno y sales inorgánica.

13 PRODUCCION DE BIOMASA REACTORES ABIERTOS: (Raceways/Carrusel) Los cultivos necesitan, sol, agua, nutrientes como fosforo, nitrógeno y sales inorgánica. Cada litro de aceite de alga captura 1,8Kg de CO 2. Capturando 3,6 Billones de toneladas de CO 2 por ano. Captura aproximadamente 64% de las emisiones de EU. Planta Piloto, La Vinita, Argentina,2011 JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL 13

Cada litro de aceite de alga captura 1,8Kg de CO 2.

14 PRODUCCION DE BIOMASA REACTORES CERRADOS: (Fotobioreactores). Elimina contaminación de las especies de microalgas, aumenta la eficiencia de absorción de luz solar. Ofrece Mejor control sobre variables de ph, CO 2, concentración. Permite la producción de complejos biofarmaceuticos

15 SISTEMAS DE PRODUCCION DE MICROALGAS J. Singh, S. Gu / Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010)

16 RECOLECCION DE BIOMASA ALGAL RECOLECCION DE BIOMASA QUIMICO MECANICOS ELECTRICOS BIOLOGICOS Floculación- Coagulación: Al 2 (SO 4 ) 3. FeCl 3 Fe 2 ( SO 4 ) 3 Centrifugación. Filtración Sedimentación Flotación DAF Electroforesis. Electrofloculación Electrocoagulación Biofloculación. Microalgas autofloculantes.

17 CONVERSION DE BIOMASA Biomasa Algal Trans-esterificación Conversión Termoquímica Biológica Biodiesel Hidrotermal Digestión Anaerobia Fermentación Gasificación Pirolisis Metano, Hidrogeno Etanol Gas de Síntesis Bio aceite, Gas de Síntesis

Digestión Anaerobia Fermentación Gasificación Pirolisis

18 BIOCOMBUSTIBLES BIOCOMBUSTIBLES PRIMARIOS SECUNDARIOS 1 er Generación 2 da Generación 3 era Generación Madera, residuos de cosecha, gas de relleno sanitario Bioetanol o Butanol: Fermentación, trigo, cebada, maíz, caña de azúcar, remolacha. Biodiesel: Transesterificación, semilla de girasol, palma de coco, colza, soya. Bioetanol, Biodiesel: Tecnologías convencionales utilizando, Jatropha, almidones o Miscanthus. Materiales Lignocelulosico. Biodiesel, Biogás, Bioetanol: Microalgas.

Biodiesel: Transesterificación, semilla de girasol, palma de coco, colza, soya.

Remolacha 5,010 6,680 Microalgas 46,76 140,290 Mussato,

19 BIOETANOL FUENTE PRODUCCION DE ETANOL (L/ha) Maiz 5,010 6,680 Trigo 2,59 Yuca 3,310 Sorgo Dulce 3,050-4,070 Remolacha 5,010 6,680 Microalgas 46,76 140,290 Mussato, et al 2010 Termoquímica BIOETANOL Fermentación Dos Etapas de Proceso

20 PRODUCCION DE BIOETANOL MEDIANTE TECNICAS DE DOS ETAPAS Metano Digestión Anaerobia Residuos algales Producción de Micro algas (Chlorococum sp) Separación y extracción de los Lípidos Fermentación ( Saccharomyces cerevisiae ) C 6 H 12 O 6 2CH 3 CH 2 OH + 2CO 2 CO 2 Etanol Producción de Etanol: 3.83 g L 1 obtenido de 10 g L 1 de Lípido extraido microalgae debris. (Harun et.al 2009).

Fermentación ( Saccharomyces cerevisiae ) C 6 H 12 O 6 2CH 3 CH 2 OH + 2CO 2 CO 2 Etanol

BIODIESEL FUENTE Área Utilizada M 2 año/kg biodiesel Maíz 66 152 Cañamo 31 321 Haba de soja 18 562 Jatrofa 15 656 Canola 12 862 Aceite de Palma 2 4747 Microalga (Bajo contenido de aceite)

21 BIODIESEL FUENTE Área Utilizada M 2 año/kg biodiesel Maíz Cañamo Haba de soja Jatrofa Canola Aceite de Palma Microalga (Bajo contenido de aceite) Microalga (Alto contenido de aceite) 0, , PRODUCCION DE BIODISEL (Kg biodisel/ha/año) SELECCIÓN DE LA MICROALGA Cultivo de Microalgas Recolección Extracción de Aceite BIOETANOL

BIOCOMBUSTIBLES EN COLOMBIA ESTADOS UNIDOS: 50.

22 BIOCOMBUSTIBLES EN COLOMBIA ESTADOS UNIDOS: millones de Litros al año. BRASIL: millones de litros al año. COLOMBIA: 360 millones de litros al año, 2020 buscan 3000 millones de litros al año.

23 LIPATA Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamiento de Aguas Unidad Académica del Instituto de Ingeniería en Juriquilla, Querétaro

24 PRODUCCION DE COMBUSTIBLES GASEOSOS GENERACION DE METANO DIGESTION ANAEROBIA DE LAS MICROALGAS Carbohidratos LA PRODUCCION ES FUNCION DE: (Mussgunug et al. (2010)) Lípidos Proteínas Temperaturas Estructuras Celulares

25 PROPUESTA DE PRODUCCION DE METANO AGUA TRATADA AGUAS RESIDUALES CRECIMIENTO DE MICROALGAS (SUTRATO RICO EN NITROGENO) DIGESTION ANAEROBIA PROCESO DE GENERACION DE LIPIDOS EN LAS MICROALGAS PRODUCCION DE METANO

26 DESTRUCCION DE LA MEMBRANA CELULAR MICROALGAS COMPONENTES DE LA PARED CELULAR: poliaromaticos, Polisacaridos. TECNICAS DE DESTRUCCIO: Métodos Mecánicos: Ultrasonido Molino de Bolas. Homogenizado a Presión No Mecánicos: Microondas. Hidrólisis. Tratamiento Biológicos.

27 ALGUNOS SECTORES INTERESADOS EN EL TEMA.. Clean Teach Open : Concurso donde SABRT in, nuevo método de cultivo y cosecha de microalgas. Craig Venter y Exxon: 600 millones de dólares para investigaciones con microalgas marinas. Malcon Brown, Universidad de Texas: Producción de nanocelulosa a partir de la microalgas. BIOCORE-INRA: Optimización de producción de sistemas abiertos. Firma de Ingeniería Germana: nuevos materiales para prevenir bio-recubrimientos. Brassoulis: Reactores tubulares elicoidales. Repsol Kusol: Investigación en producción de biodiesel.

28 AGRADECIMIENTOS Universidad Católica de Manizales. Centro de Investigaciones, proyección y Desarrollo de la UCM (CIPD). Facultad de Ingeniería y Arquitectura. Programa de Ingeniería Ambiental.

29 PREGUNTAS???? MEJOR DISCUSIONES SI NO CAMBIAS TE EXTINGUES. Spencer johnson, M.D Quien se ha llevado mi queso Como adatarnos a un mundo en constante Cambio

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