Waste to Biofuels: Producción de combustibles a partir de Residuos Sólidos Urbanos (W2B)

Transcripción

1 Waste to Biofuels: Producción de combustibles a partir de Residuos Sólidos Urbanos (W2B) JORNADA SOBRE PROGRAMAS NACIONALES E INTERNACIONALES DE I+D+I CONVOCATORIAS CDTI 2016 Alberto Bahillo Ruiz Unidad de Valorización Energética de Combustibles y Residuos Departamento de Energía, CIEMAT Madrid, 30 de Mayo de

2 España UE-27 UE-27 Cada español genera 1,23 kg/día España produjo mas de 20 Millones de toneladas de RSU en

3 Se estima que la producción mundial de RSU se duplique del 2012 a 2050, pasando de 1300 a 2600 M tn Los Países de la OCDE producen 1,6 M ton diarias, EEUU mas de tn/dia 3

4 Ley 22/2011, de 28 de julio, de residuos y suelos contaminados 1. Prevención (reducción en la producción) Jerarquía Art. 8, Cap. II 2. Reutilización 3. Reciclado 4. Valorización, incluida energética 5. Eliminación (vertedero) 4

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6 Objetivo del proyecto Desarrollo de una solución tecnológica que permita la producción de biocombustibles a partir de Residuos Sólidos Urbanos mediante pretratamiento para hidrólisis de la fracción orgánica y pirólisis de la Fracción Plástica FO/FOI Higienización RSU Clasificación / Pretratamiento CDR Fracción orgánica Hidrólisis Fermentación -Destilación Etanol 44 % 5 % 16 % 23 % 12 % Reciclaje Fracción plásticos Material combustible (CDR) Rechazo fermentación Recuperación Cake/ Syrup Depolimerización / refino Diesel / gasolinas Rechazo Inerte 6

7 7 Actividades Actividad 0: Estado del Arte Estudio de composición tipo de RSU Estado del arte de las distintas tecnologías (pretratamiento, HE y FE) Actividad 1: Caracterización del RSU Estudio composicional del RSU Estudio del contenido biomásico contenida en el combustible a valorizar Actividad 2: Pretratamiento RSU Estudio de alternativas tecnológicas de RSU Optimización y adaptación del pretratamiento vía seca y vía húmeda Actividad 4: Pirólisis y fermentación de fracciones RSU Estudio de alternativas para la producción de diesel a partir de plásticos Estudio de soluciones para mejorar las corrientes de CDR y plásticos Estudio de la técnica y costes de las tecnologías consideradas Actividad 3: Hidrólisis y fermentación de la biomasa Screening de las condiciones óptimas de hidrólisis enzimáticas Hidrólisis enzimática de las muestras objetivos en el proyecto Actividad 5: Integración de la solución propuesta Estudio de la valorización energética de los rechazo Estudio de Viabilidad del Modelo Caso Base Ingeniería conceptual del Modelo Caso Base

8 8 Caracterización de los combustibles Propiedad Método analítico BIOMASA CSR Métodos de muestreo CEN/TS EN Preparación de la muestra CEN/TS EN Poder Calorífico EN EN Distribución tamaño partícula EN EN Densidad EN EN Humedad EN EN Cenizas EN EN Materia Volátil EN EN Carbono fijo Por diferencia Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno EN EN Azufre, Cloro EN EN Oxígeno Metales (Mayoritarios, Oligoelementos) CEN/TS CEN/TS Por diferencia EN EN Determinación contenido biomásico EN 15440

9 Combustible FO FOI CDR RF Análisis inmediato, % b.s. Humedad 27,2 19,3 0,71 0,6 Cenizas 27,1 40,7 30,8 28,1 Volátiles 66,3 52,1 62,2 56,0 Carbono fijo 6,6 7,2 7,0 15,9 Análisis elemental, % b.s. C 42,8 38,1 43,4 42,1 H 5,5 4,8 5,7 5,1 N 1,3 1,0 1,2 1,8 S 0,37 0,26 0,26 0,28 O 21,8 13,9 18,2 21,3 Cl 1,04 1,12 0,46 1,27 Poder Calorífico, kcal/kg PCS, b.s PCI, b.h

10 EN 15440: Determinación del contenido biomásico Disolución selectiva Tratamiento ácido de la muestra por medio del cual se disuelve la biomasa o la fracción biodegradable del combustible sólido recuperado Clasificación manual Separación manual en 14 fracciones de la muestra mediante inspección visual (tp > 10 mm) Tipo Subfracción Ejemplos de componentes Biomasa Residuo biológico comida, pan, verduras, hojas, hierba, plumas, piel humana Biomasa Papel/cartón periódicos, cartón, tetrabriks, papel de embalar Biomasa Madera serrín, podas jardines, residuos madera Biomasa Tejido pañales, pañuelos, compresas, papel higiénico, servilletas 50% Biomasa Tela cualquier resto de ropa diferente a la piel o metal 80% Biomasa Piel/goma piel, caucho, elastómeros, cuero 50% biomasa Finos cualquier material inferior a 10 mm Inerte Cristal botellas, vidrios, cascos, etc. Inerte Piedras piedras, cerámica, etc. Inerte Materiales férricos cualquier partícula hecha de Fe o acero Inerte Mat. no férricos Cu, Zn, Pb, Al, cables eléctricos, tabletas de medicamentos No Biomasa Plástico blando bolsas, vasos, plástico de embalar, etc. de PE, PP, PES No Biomasa Plástico rígido botellas, tubos, etc. de PET y Poliéster No Biomasa Alfombras/esteras mezcla que contenga principalmente no biomasa 10

11 EN 15440: Determinación del contenido biomásico Muestra Método Cenizas, % Contenido biomasa, % SI No CDR Tipo Subfracción % masa Biomasa Residuo biológico 19.4 Biomasa Papel/cartón 15.6 Biomasa Madera 25.6 Biomasa Tejido 1.1 FO Disol. Selectiva Papel-cartón Disol. Selectiva Disol. selectiva CDR Clasificación manual % Biomasa Tela % Biomasa Piel/goma % biomasa Finos 17.3 Inerte Cristal 4.8 Inerte Piedras 9.8 Inerte Materiales férricos 1.6 Inerte Mat. no férricos 0.8 No Biomasa Plástico blando 1.2 No Biomasa Plástico rígido 0.4 No Biomasa Alfombras/esteras

12 Masa muestra, % ESTUDIO DEL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE CORRIENTES RESIDUALES Y SUBPRODUCTOS A ESCALA LABORATORIO 100 FO FOI CDR RF T, ºC 12

13 dm/dt, mg/s ESTUDIO DEL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE CORRIENTES RESIDUALES Y SUBPRODUCTOS A ESCALA LABORATORIO 0,35 FO FOI CDR RF 0,3 0,25 Celulosa Hemicelulosa 0,2 0,15 0,1 Lignina 0,05 0-0, T, ºC 13

14 ESTUDIO DEL APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE CORRIENTES RESIDUALES Y SUBPRODUCTOS A ESCALA PILOTO Material FO Big-bags 6 Caudal combustible, kg/h 263 Duración ensayo, h 4 Combustible total, kg 1045 Exceso de aire teórico (%) 26 Caudal aire 1º, Nm 3 /h, 820 Caudal aire 2º, Nm 3 /h 531 Velocidad fluidización, m/s 1.0 Granulometría lecho 0,3 1,1 mm Granulometría CV d(0.5)= 49.4 µm 14

15 Resultados Valores promedio de las concentraciones de los gases de combustión H 2 O O 2 CO 2 NOx N 2 O SO 2 HCl % % % mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm Valores referido a 273 K, 101,3 Kpa, 11% de O2, b.s.) 15

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17 Conclusiones - Elevada concentración de HCl como consecuencia del importante contenido en Cloro de los residuos implica la necesidad de utilizar una tecnología para la reducción de concentración de HCl en los gases de combustión. - Elevado contenido de impropios hace imprescindible su extracción del horno. - El porcentaje de Na y K en las cenizas es entorno al 6%, cantidad significativa y a vigilar por su importancia a la hora de influir en el punto de fusión de las mismas - La concentración de metales traza determinada en los gases de combustión está por debajo de la concentración marcada por la legislación. 17

18 Conclusión El estudio realizado junto a los últimos avances en esta misma línea, ha permitido establecer una solución innovadora para el aprovechamiento y gestión de los RSU, produciendo bioproductos a partir de ellos. Abengoa dispone de una tecnología viable y probada a escala demostración, con un proceso bien definido que maximiza los rendimientos y con un coste tal que la hace competitiva con otras tecnologías convencionales. Actualmente, y desde hace un tiempo, se está realizando una labor comercial, de desarrollo de negocio, a nivel mundial, en la que se ofrece la tecnología como opción para la gestión de este tipo de residuos. 18

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