SEMINARIO INTERNACIONAL BIOCOMBUSTIBLES Y SU FUTURO EN LA MATRIZ ENERGÉTICA Santiago, 4 de noviembre de 2009 Transformación termoquímica de biomasa y su impacto en la matriz energética nacional Alex Berg Unidad de Desarrollo Tecnológico Universidad de Concepción Chile
Contenido 1. La matriz energética nacional 2. Tipos de biomasa y su disponibilidad 3. Conversión termoquímica de biomasa 4. Potencial energético de biomasa 5. Conclusiones
Gas Natural Uso Industrial 22155 La matriz energética nacional 10211 Natural 42718 Generadores Eléctricos Energía Eólica g 253 45514 351 194 31488 19.576 Eléctricos Energía Perdida 163153 Energía Hidroeléctrica Sector Transporte 86923 2640 17385 30918 51 4696 Carbón 40864 Uso Industrial 56 14245 Biomasa 49841 Sector Industrial y Minero 91747 Industrial 5622 23661 72480 34618 Petróleo Crudo 106155 Refinería De Petróleo Sector C i l Energía Utilizada 128471 38606 Comercial Público y Residencial 62267 Uso Industrial 1757
Tipos de biomasa y su disponibilidad Biomasa: Toda materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial. Bosques Cultivos agrícolas Algas marinas Animales Residuos sólidos urbanos Residuos orgánicos industriales Efluentes líquidos Lodos de plantas de tratamiento Residuos forestales Residuos agrícolas Residuos de animales
Tipos de biomasa y su disponibilidad Biomasa forestal usada energéticamente: Aserrín ~ 3,5 MM m³ Corteza ~ 1,0 MM m³ Leña ~ 10 MM m³ Biomasa forestal sin uso comercial: Subproductos industriales ~ 1 MM m³ Residuos cosecha forestal 3,5 4,0 MM m³ Bosque nativo 5-10 MM m³
Abastecimiento de biomasa Plantaciones Subproductos Subproductos Conversión energéticas termoquímica Industria forestal de Cosecha biomasa forestal Transporte, almacenamiento, pretratamiento Conversión termoquímica Gasificación, pirólisis Conversión física o química Densificación, modificación química Procesos de conversión Conversión bioquímica Fermentación alcohólica fermentación anaeróbica Biocombustibles Sólidos, líquidos, gaseosos Biomateriales Termoplásticos, termoestables Desarrollo de productos Productos químicos Fenoles, alcoholes, ácidos, carbohidratos, químicos finos
Conversión termoquímica de biomasa Pirólisis Biomasa Pirólisis rápida Bio-Oil Procesos de separación Reactor fluidizado de tres etapas Universidad de Concepción Comb. líquidos Prod. químicos Lignina Carboncillo Gases pirolíticos Proyectos: FONDEF: Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido Mediante Conversión Termoquímica de Biomasa (UDT), 2009 2010. CONICYT BASAL: Diseño y Construcción de Reactor de tres Etapas para Pirólisis Flasch (UDT), 2008 2009. CONICYT BASAL: Desarrollo y Evaluación de Métodos analíticos para la Determinación de Compuestos volátiles, ácidos orgánicos y levoglucosano en Bio Oil (UDT), 2008 2009.
Conversión termoquímica de biomasa Pirólisis Biomasa Pirólisis rápida Bio-Oil Procesos de separación Reactor fluidizado de tres etapas Universidad de Concepción Comb. líquido Prod. químicos Lignina Carboncillo Gases pirolíticos Proyectos: FONDEF: Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido Mediante Conversión Termoquímica de Biomasa (UDT), 2009 2010. CONICYT BASAL: Diseño y Construcción de Reactor de tres Etapas para Pirólisis Flasch (UDT), 2008 2009. CONICYT BASAL: Desarrollo y Evaluación de Métodos analíticos para la Determinación de Compuestos volátiles, ácidos orgánicos y levoglucosano en Bio Oil (UDT), 2008 2009.
Conversión termoquímica de biomasa Gasificación Biomasa Diesel FT DME Gasificación Purificación Gas de / reformado síntesis Fuerza y calor Corriente compuesta por: H2, CO2, CO, CH4, C 2 H 4, H2O MeOH CH4
Conversión termoquímica de biomasa Gasificación Gasificación de licor negro Proceso CHEMREC: Planta Weyerhaeuser New Bern en North Carolina, EEUU (1996, 2003) Planta Pitea, Suecia Producción nacional: 4 MM ton/año
Conversión termoquímica de biomasa Pirólisis Uso energético de Tall Oil Producción: ~ 50.000 ton/año Poder calorífico: 36.000 MJ/kg Proceso de conversión: Greasoline Proyecto: Fondef Combustible diesel y productos químicos finos a partir del tall oil (UDT y Fraunhofer Umsicht), 2009-2011
Uso Industrial 22155 Potencial energético de biomasa Gas Natural 42718 10211 Energía Eólica Energía Hidroeléctrica Carbón 40864 19.576 63983,5; 73% 31488 5194 Generadores Eléctricos 279,5; 0% 18700; 22% 45514 3960; 5% 3,7 MM m³ ssc 351 Tall oil Licor negro Madera Fuentes fósiles 30918 253 Sector Transporte 86923 17385 Energía Perdida 163153 4696 Biomasa 49841 73401,4; 80% Uso Industrial 15288; 17% 3057,6; 3% 1,0 MM m³ ssc 2640 Biomasa actual Potencial crecimiento Fuentes fósiles 5622 14245 Sector Industrial y Minero 91747 Petróleo Crudo 106155 34618 Refinería De Petróleo 27.037; 43% 29.358; 48% Biomasa actual Potencial crecimiento Fuentes fósiles 5871,6; 9% Uso Industrial 1757 2,5 MM m³ ssc Sector Comercial Público y Residencial 62267 23661 38606 72480 Energía Utilizada 128471
Conclusiones 1. En Chile existe abundante biomasa forestal, a bajos costos. 2. A corto y mediano plazo, el uso de biomasa residual como materia prima para producir combustibles sólidos estandarizados es la alternativa energética alternativa con mayores beneficios privados y sociales. 3. A largo plazo, la conversión termoquímica es una alternativa promisoria, idealmente a la forma de una bio-refinería que maximice el valor agregado de la producción. 4. El país podría aumentar fuertemente la importancia relativa de la p p p biomasa forestal como fuente alternativa al petróleo; tanto para producir combustibles, materiales como productos químicos; para que ello ocurra, el Estado y las Empresas y los centros de I&D deben colaborar y establecer una estrategia de desarrollo común.
Gracias aberg@udt.cl
Características Bio Oil Rendimiento 70-80% ph 2,4 Contenido de agua 20-30 % Densidad 1,200 kg/m³ Poder calorífico (PCI) 16-20 MJ/kg Relación másica C/H/O 55 : 6 : 38 Problemas de Bio-Oil si se usa como combustible industrial: Inestable en el tiempo Corrosivo Bajo poder calorífico Difícil ignición Combustible Poder calorífico (PCI) (MJ/l) Aserrín de madera < 1 Astillas de madera 3 Bio-Oil 21 Fuel Oil 6 39 Etanol 24 Fuente: Fast Pyrolysis of Biomass: A Handbook volume 2. A V Bridgwater PyNe (2002)
Compuestos químicos en bio-oil Phenol (in the bio-oil) Methane (in the gases) Water (in the bio-oil) Carbon monoxide (in the bio-oil) Levoglucosan (in the bio-oil) Hydroxyacetaldehyde (in the bio-oil) Hydrogen (in the gases) Wood (solid) Carbondioxide (in the gases) Aromatic ring (in the char) Original wood structure (at 20ºC) Produced fragments (after pyrolysis at 500 ºC) Source: Biomas Technology Group (btg) (http://www.btgworld.com)
Compuestos químicos en bio-oil Componente Fórmula Estructura Concentració en Bio-oil oil (%) Química Ensyn BTG Dynamotive Pyrovac Agua H 2 O 20.3 30.4 21.11 15.7 Glioxal C 2 H 2 O 2 0.84 1.51 1.32 0.92 Hidroxyacetaldehído C 2 H 4 O 2 3.69 6.65 5.65 2.54 Levoglucosano C 6H 10O 5 3.71 2.96 4.48 3.72 Formaldehído CH 2 O 0.83 2.63 2.07 0.76 Ácido fórmico CH 2 O 2 3.7 Acido acético C 2 H 4 O 2 4.73 3.17 2.46 2.25 Butanol C 4 H 10 O 1.29 3.15 2.85 0.80 Hidroxipropanona C 3 H 6 O 2 1.63 2.82 3.91 1.10 Fuente: www.dynamotive.com; www.ensyn.com; www.btgworld.com
Lignina Componente de resinas termoplásicas Aplicación: ió Tableros OSB Tableros contrachapados Abrasivos, moldes de fundición, etc. Proyectos: y INNOVA BÍO BÍO Aplicación de conocimientos biotecnológicos y químicos avanzados, para separar los componentes de la madera (UDT) 2008-2010
Reemplazo de fenol en resinas fenol-formaldehído Lignina Aplicación: Perfiles extrusionados Productos inyectados Productos termoformados Encapsulante de fertilizantes de liberación controlada Proyectos: ANR-CONICYT NATMAT (UDT, University of Nancy), 2009-2011 Fondef D08I1100 Desarrollo de Productos Comerciales a partir de paja de trigo (UDT), 2009-2011
Carboncillo (carbón vegetal) Usos: Combustible Nanotubos de carbono Carbón activado Producción de pellets: Aserrín Carboncillo Madera tostada Proyectos: INNOVA CHILE: Uso sustentable de Biomasa como fuente de energía en la Región de Aysén (UDT), 2008 2010.
Gasificación Gases para generación de fuerza y calor (calderas, centrales de poder, hornos de cal, etc.) Proyectos: CONSORCIO BIOCOMSA S.A. (ENAP, FORENERGY and Universidad de Chile), 2008 2012. FONDEF: Generación y Uso de Gases Biogénicos en Chile como Sustituto de Gas Natural (SNG) (UDT). FONDEF D04I1083: Desarrollo de un Reactor molecular para la Generación de Energía a partir de Biomasa a pequeña y mediana Escala (Universidad de Chile), 2005 2008.