USO DE ALGAS PARA PRODUCCION DE BIOENERGIA

Transcripción

1 Iv Simposio de Química Aplicada, SIQUIA de Septiembre-Armenia USO DE ALGAS PARA PRODUCCION DE BIOENERGIA Dra. Carmen Gloria Seguel Departamento de Química Facultad de Ciencias ARICA-CHILE

2 Explotación de Petróleo 85 millones barriles/día 31 billones barriles/año 5 trillones de L/año

3 Barriles per capita por año CONSUMO DE ENERGÍA

4 Millones 3 Billones de personas 40% Población Global

5 PROBLEMA

6 DEMANDA MUNDIAL POR ENERGIA PRIMARIA

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8 SOLUCIÓN Regiones climáticas mas adecuadas Temperatura promedio anual > 15 C (Benemann, 2007)

9 OPORTUNIDAD

10 BIOCOMBUSTIBLE DESDE MICROALGAS

11 MICROALGAS - COMBUSTIBLES TERCERA GENERACIÓN Mayor producción de lípidos por hectáreas comparado a las plantas terrestres, 10x a 50x. El cultivo de alga puede efectuarse en terrenos marginales, no cultivables Aguas salobres, salinas o residual

12 LAS ALGAS PUEDEN PRODUCIR GRAN CANTIDAD DE ACEITE

13 COMPARACION BIOMASA PRODUCTORA DE ACEITE

14 Biofuels Engineering Process Tech.,2008

15 Biofuels Engineering Process Tech.,2008

16 Biofuels Engineering Process Tech.,2008

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18 METODOS DE EXTRACCIÓN DE ACEITES PRENSA

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20 FORMACIÓN TRIGLICÉRIDOS

21 Nombre Común Nombre UIPAC Abreviatura láurico mirístico palmítico esteárico araquídico dodecanoico o co C 12:0 fórmula abreviada C 11 H 23 COOH C 14:0 tetradecanoico C 14:0 fórmula abreviada C 13 H 27 COOH hexadecanoico C 16:0 fórmula abreviada C 15 H 31 COOH octadecanoico C 18:0 fórmula abreviada C 17 H 35 COOH eicosanoico C 20:0 fórmula abreviada C 19 H 38 COOH

22 ω6 ω6 LINOLEICO ω3 LINOLENICO COOH ARAQUIDONICO COOH COOH ω9 OLEICO COOH

23 LIPIDOS TOTALES BIODIESEL Lípidos neutros: TAGs Pretratado y Aceite refinado Biomasa algal Diesel?? Gomas

24 METODOS REDUCCION VISCOSIDAD ACEITES MEZCLA CON DIESEL DE PETROLEO MICROEMULSIFICACION PIROLISIS TRANSESTERIFICACION

25 Por qué trasnesterificar un aceite????? Viscosidad id d cinemática Por qué los aceites y derivados son usados como alternativa al diesel de petróleo???? Número de Cetanos

26 PROPIEDADES METILESTER ACIDOS GRASOS FAME Carbonos Nº Cetanos Viscosidad cinemática cst cáprílico co C 8: cáprico C 10: laúrico C 12: mirístico C 14: palmítico C160 16: palmitoléico C:16: esteárico C 18: oléico C 18: linoléico C 18: linolénico C 18: éurico C 22: The Biodiesel Handbook, 2004

27 DIESEL DE PETRÓLEO H 3 C CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 BIODIESEL ÉSTER ETÍLICO Ó METÍLICO Biodíesel Etílico O H 3 C-CH CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 - CH 2 -COC 2 H 5 Biodíesel Metílico H 3 C-CHCH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -COCH 3 O

28 TRANSESTERIFICACIÓN FA FA FA: ácido graso A: alcohol G: glicerol FA FA Triglicérído Alcohol Biodiesel Glicerol

29 CH 2 OCOR 1 catalizador CH 2 OH CHOCOR 2 + 3ROH 3ROCORx + CHOH CH 2 OCOR 3 CH 2 OH Triglicérido Alcohol Ester Glicerina

30 CH 2 OCOR 1 catalizador CH 2 OCOR 1 CHOCOR 2 + ROH ROCOR 3 + CHOCOR 2 CH 2 OCOR 3 CH 2 OH Triglicérido Alcohol Ester Diglicérido CH 2 OCOR 1 catalizador CH 2 OCOR 1 CHOCOR 2 + ROH ROCOR2 + CHOH CH 2 OH CH 2 OH Diglicérido Alcohol Ester monoglicérido CH 2 OCOR 1 catalizador CH 2 OH CHOH + ROH ROCOR 1 + CHOH CH 2 OH CH 2 OH Monoglicérido Alcohol Ester Glicerina

31 MECANISMO 1 CH 3 OH + NaOH CH 3 O - + H 2 O Freedman, B et al (1984) Ulf Schuchartd (1998) Las etapas 1 a 4 se repiten 2 veces para producir 3 esteres alquilo + glicerol

32 MECANISMO 2 Tapanes et al, Fuel 87 (2008)

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34 ALCOHOLES

35 RELACION MOLAR ROH: ACEITE ROH:ACEITE 1:1 32 C 4 hrs ROH:ACEITE 6:1 60 C 1 hrs

36 CATALIZADORES H 2 SO 4 Homogéneos HCl ACIDOS H 3 PO 4 Zeolitas Heterogéneos Resinas sulfónicas SO 4 / ZrO 2 W0 3 /ZrO 3

37 CATALIZADORES Homogéneos KOH NaOH BASICOS MgO, CaO Heterogéneos Na/ NaOH/Al 2 O 3 ENZIMATICOS : Lipasas Candida, Penicillinium, Pseudomonas

38 CATALISIS BASICA ( Homogénea) Ventajas Esterífica ácidos grasos No se forman jabones Purificación más simple Inconvenientes Velocidad de reacción baja Exceso de alcohol elevado Condiciones energéticas : P, T Neutralización del catalizador CATALISIS ACIDA ( Homogénea) Ventajas Esterífica ácidos grasos No se forman jabones Purificación más simple Inconvenientes Velocidad de reacción baja Exceso de alcohol elevado Condiciones energéticas : P, T Neutralización del catalizador CATALISIS ENZIMATICA Ventajas Esterífica ácidos grasos No se forman jabones Purificación ió más simple Inconvenientes Velocidad de reacción baja Exceso de alcohol elevado Condiciones energéticas : P, T Neutralización del catalizador CATALISIS HETEROGENEA Ventajas Neutralización del catalizador Facilidad d de procesos contínuos No se forman jabones Purificación más sencilla Inconveniente Transferencia de materia

39 INTERESTERIFICACION CATALIZADA POR LIPASAS (lipasa) TAG + CH 3 CH 2 -COO-CH 3 3RCOOCH 2 CH 3 + Acetato de etilo Etilester Gliceril triacetato

40 CONDICIONES DE Rx TRANSESTERIFICACION TAG S y ROH ANHIDROS < 0.06 % V/V TAGs bajo porcentaje de ácidos grasos libre< 0.1 Rx SECUNDARIAS RX SAPONIFICACION RX NEUTRALIZACION DE ACIDOS GRASOS LIBRES

41 RX DE SAPONIFICACION CH 2 OCOR 1 CH 2 OH (H 2 O) CHOCOR KOH 3 ROCO - K + + CHOH CH 2 OCOR 3 CH 2 OH TAG Hidróxido Jabón potásico Glicerina de potasio

42 NEUTRALIZACION ACIDOS GRASOS LIBRES (H 2 O) CH2OH RCOOH + KOH ROCO - K + + CHOH CH2OH Catalizador (ácido) RCOOH + CH 3 OH ROCOCH 3 + H 2 O Rx de Esterificación

43 TRANSESTERIFICACIÓN VS. SAPONIFICACIÓN Transesterificación %Conversión Saponificación Tiempo ( min)

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45 The Biodiesel Handbook, 2004 TRANSESTERIFICACION

46 ESTERIFICACION

47 EMISIONES: BIODIESEL VS. DIESEL Petrodiesel: SOx, CO, PM Emisiones S + O 2 + O 2 CO 2 + H 2 O + SOx + CO + MP + Arom. Biodiesel: Reducción dramática de emisiones O CH 3 -(CH 2 ) n -COCHCH 3 + O 2 CO 2 + H 2 O Oxidación mas completa

48 EMISIONES DEL BIODIESEL

49 VENTAJAS BIODIESEL Combustible Renovable Consumo equivalente del diesel 1000 veces menos emisiones de óxidos de azufre 50% menos emisiones de CO y particulados (humo negro) 78% menos emisiones de gases de efecto invernadero Mayor lubricidad, aumenta la vida útil del motor

50 MACROALGAS

51 COMPOSICIÓN MACROALGAS cenizas 0.5% Microorganismo Metabolizantes Nutrientes, sales 1.7% Alginato 2.7% Agua 90% Otros compuestos orgánicos 2.0% Mannitol 8 a 0.9 % Laminarano 2.6 a 8% Microorganismo Metabolizantes Fibra Cruda 2.2% Microorganismo Metabolizante

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53 MUCHAS GRACIAS!!