transparencias sobre biomasa

1
Desarrollo Rural y Energías Renovables
Biomasa y Biocombustibles
Ignacio Ballesteros Perdices
Proyecto Biocombustibles Líquidos
2
O
2
Luz
Luz

( H-COH) O
2
Proyecto Biocombustibles Líquidos
3
DEFINICIÓN DE BIOMASA
El conjunto de materiales con un origen biológico
próximo que son susceptibles de ser utilizados
para otros fines distintos a los alimentarios
Proyecto Biocombustibles Líquidos
4
CONSUMO DE ENERGÍAS RENOVABLES EN ESPAÑA
Fuente Boletín Eficiencia Energética y Energías
Renovables. IDAE., Abril 2001
Proyecto Biocombustibles Líquidos
5
CONSUMO DE BIOMASA POR COMUNIDADES AUTONOMAS
Proyecto Biocombustibles Líquidos
6
TIPOS DE BIOMASA SEGÚN SU ORIGEN

• Natural

• Residual
• - Residuos agrícolas y forestales
• - Residuos agroindustriales y ganaderos
  (lácteas, papeleras,
• destilerías, almazaras,
  mataderos, etc.)
• - Residuos urbanos

• Cultivos energéticos

Proyecto Biocombustibles Líquidos
7
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS CULTIVOS
ENERGÉTICOS

• Alta productividad en biomasa

• Alta rusticidad

DIFERENCIAS ENTRE LOS CULTIVOS ALIMENTARIOS Y
ENERGÉTICOS

• Valoración de la productividad

• Balance energético

• Diferentes especies y fitotecnia

• Perdida de elementos minerales

Proyecto Biocombustibles Líquidos
8
ESPECIES AGROENERGÉTICAS
Caña de azúcar, maíz sorgo,patata, remolacha
Cultivos tradicionales
HERBÁCEOS
Verdolaga,cardo borriquero, chumbera
Cultivos no convencionales
LEÑOSOS
ACUÁTICOS
Proyecto Biocombustibles Líquidos
9
TIPOS DE BIOMASA EN FUNCIÓN DE SUS COMPONENTES
PRINCIPALES
TIPO
HIDRATOS DE CARBONO
EJEMPLOS
Glucosa
Pulpa de frutas
Monosacáridos
Fructosa
Pulpa de frutas
Azucarada
Disacáridos
Sacarosa
Tubérculos de pataca y rizomas de dalia, achicoria
Inulina
Amilácea
Polisacáridos
Granos de cereal. Tubérculos de patata y rizomas
de cassava
Almidón
Hemicelulosa
Maderas en general
Lignocelulósica
Polisacáridos
Celulosa
Residuos lignocelulósicos
Proyecto Biocombustibles Líquidos
10
PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN DE LA BIOMASA
BIOMASA
EXTRACCIÓN DIRECTA
CONVERSIÓN BIOLÓGICA
TRANSFORMACIÓN TERMOQUÍMICA
TRANSFORMACIÓN FÍSICA
Densificado y compactación
Digestión anaerobia
Aceite
Gasificación
Combustión
Fermentación
Pirólisis
vegetales
Proyecto Biocombustibles Líquidos
11
REACCIÓN PARA OBTENER ÉSTERES DE ACEITES
VEGETALES
catalizador
ACEITE
ALCOHOL
ESTER
GLICERINA
ACIDOS GRASOS



( 1,05 t )
( 0,11 t )
( 1 t )
( 0,1 t )
( 0,023 t )
Proyecto Biocombustibles Líquidos
12
PROPIEDADES DE LOS ACEITES VEGETALES Y SUS
METILESTERES EN COMPARACIÓN CON EL DIESEL
Combustible
PROPIEDAD
Aceite
Aceite
Aceite
Metilésteres
Metilésteres
Metilésteres
Diesel
Girasol
Girasol
Lino
Lino
Colza
Colza
3
Densidad específica (Kg/dm )
0,835
0,924
0,88
0,932
0,896
0,88
0,916
20º C
5,1
65,8
77,8
7,5
50,5
8,4
Viscosidad (cSt) a
4,22
50º C
2,6
34,9
25,7
3,8
Calor de combustión bruto (MJ/l)
28,4
36,5
35,2
36,9
37,2
37,2
Calor de combustión neto (MJ/l)
35,4
34,1
33,0
34,3
34,3
33,1
Número de cetano
gt45
33
45-51
45-51
45-51
52-56
Residuo carbonoso ()
0,15
0,42
0,05
0,25
0,25
0,02
Azufre ()
0,29
0,01
0,01
0,35
0,0001
0,0001
0,002
Proyecto Biocombustibles Líquidos
13
ESQUEMA DEL PROCESO DE COMBUSTIÓN
Vapor
ENERGIA ELECTRICA
Aire
TURBINA
GENERADOR
CAMARA DE COMBUSTIÓN
O
2
Biomasa
Vapor de
Perdidas
Agua
proceso
Cenizas
Proyecto Biocombustibles Líquidos
14
ETAPAS DE UN PROCESO DE COMBUSTIÓN
Quemado del sólido carbonoso
Quemado de volátiles
Secado biomasa
0
200
400
600
800
1000
1200
ºC
1 .- Secado de la biomasa
2 .- De 150º - 250º C comienza la reacción
3 .- gt 275º C, el combustible libera volátiles ,
que arden como combustible gaseoso
4 .- El sólido carbonoso arde lentamente
Proyecto Biocombustibles Líquidos
15
ESQUEMA DEL PROCESO DE GASIFICACIÓN
Combustión
Gasificación
GAS POBRE
ENERGÍA MECÁNICA
con aire
CO, H , N2
2
3
lt 6 MJ/m
Turbina de gas
O
2
ELECTRICIDAD
GAS DE
SINTESIS
BIOMASA
GASIFICADOR
METANOL
CH4 , CO, H2
ETANOL
3
10 - 20MJ/m
Turbina de gas
H
2
GAS ALTO CONTENIDO
ELECTRICIDAD
ENERGETICO
CH4 , CO, H2
Sólidos carbonosos
3
Alquitranes
gt 30 MJ/m
Proyecto Biocombustibles Líquidos
16
ESQUEMA DEL PROCESO DE PIRÓLISIS
Gas - C. vegetal
Calentador
Separador
Enfriador
Aire
C. vegetal
Líquidos piroleñosos
C. vegetal
Cambiador
PIRÓLISIS
de
calor
Aire precalentado
Calentador
Coque
de
Gas de escape
Biomasa
coque
Gas portador precalentado
Proyecto Biocombustibles Líquidos
17
DATOS ORIENTATIVOS DE COSTOS DE PRODUCCIÓN DE
ELECTRICIDAD A PARTIR DE BIOMASA
COSTO DE LA GENERACIÓN ELÉCTRICA pta/KW h
Vida planta años
Consumo biomasa Kg/KW h
Tiempo comerc. años
SISTEMA
Eficiencia global
Inversión pta/KWe
Biomasa (1)
Amortiz (2)
OM
Total
Combustión turbina vapor Potencia 3 - 8 MWe
20
1,24
250.000
25
--
8,68
4,81
1,35
14,84
Combustión lecho fluidiz. turb. vapor Potencia
30 - 50 MWe
30
0,83
180.000
25
--
5,81
3,46
0,90
10,17
16 g
Gasif. lecho fijo motogener. Potencia lt1MW
(0,5 MWe por Gasif.)
--
6,93
3,54
2,30
12,77
25
0,99
200.000
8 m
Gasifc. lecho fluidiz. turbina gas (3) Potencia
30 - 100 MWe
4,76
2,00
12,22
32
0,78
275.000
20
3 - 5
5,46
IGCC (3) Potencia 20 150 MWe
42
0,59
350.000
20
3 - 5
4,13
6,73
2,00
12,86
(1) Para un precio de la biomasa de 7 pta/Kg y
un PCI de 14,6 MJ/Kg
(2) Amortización en diez años e incluidos los
intereses de capital a un 10 anual y para un
tiempo de funcionamiento de la planta de 7.500
h/año
(3) Datos tomados de proyectos de demostración
para plantas de 10 - 25 MWe
Proyecto Biocombustibles Líquidos
18
ETAPAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA
H
2
Bacterias
acetogénicas
CO
2
Bacterias
Moléculas
BIOGAS
BIOMASA
Ac.acético
hidrolíticas
simples
CH C2O
4
Bacterias
metanogénicas
Proyecto Biocombustibles Líquidos
19
REACCIÓN PARA OBTENER ETANOL MEDIANTE FERMENTACIÓN
REACCIÓN PARA OBTENER ETIL TERBUTIL ETER
Proyecto Biocombustibles Líquidos
20
UTILIZACIÓN DEL BIOETANOL COMO CARBURANTE
BIOETANOL
ALCOHOL HIDRATADO (96)
ALCOHOL PURO (99,4)
ETBE
Mezclado con gasolina hasta un 10
Mezclado con la gasolina (mejores propiedades
químicas)
Utilizado como combustible único
64 Isobuteno 36 Metanol 55 Isobuteno 45
Etanol
MTBE
ETBE
Proyecto Biocombustibles Líquidos
21
CARACTERÍSTICAS DE ALGUNOS COMBUSTIBLES OXIGENADOS
Proyecto Biocombustibles Líquidos
22
BIOCOMBUSTIBLES CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES

• Biocombustibles sólidos

• Materiales lignocelulósicos

• Carbón vegetal

• Biocombustibles gaseosos

• Biogás

• Gas de gasificación

• Biocombustibles líquidos

• Aceites vegetales

• Bioetanol

Proyecto Biocombustibles Líquidos
23
ASPECTOS MEDIOAMBIENTALES DE LA PRODUCCIÓN Y USO
DE LA BIOMASA

• La producción de biomasa contribuye a la
  fijación del CO

2

• La combustión de la biomasa y productos
  derivados , produce menores cantidades

de NO y SO
x
2

• El uso del bioetanol , como combustible,
  reduce las emisiones contaminantes

• El uso de combustibles oxigenados reduce
  la emisión de CO e hidrocarburos

• El impacto ambiental de la producción de los
  biocombustibles es inferior a los de

las industrias petroquímicas, nucleares o del
carbón
Proyecto Biocombustibles Líquidos
24
En 1998, 28 de las emisiones de CO2
CONSUMO ENERGETICO EN EL TRANSPORTE
Clara tendencia a incrementar El numero de
vehículos pasó de 132 millones en 1995, a 189
millones en 1998.
Entre 1990 y 2010
Aumento del 50 de las emisiones de CO2 1.130
millones de toneladas en 2010.
Proyecto Biocombustibles Líquidos
25
? FACTORES BÁSICOS PARA EL DESARROLLO DE LOS
BIOCOMBUSTIBLES ? Reducir la dependencia de
las importaciones de petróleo ? Aumentar la
seguridad de un suministro de energía
sostenible ? Disminuir los riesgos ambientales ?
Alternativa interesante para la retirada de
tierras obligatoria ? Generación de empleo en el
área rural
Proyecto Biocombustibles Líquidos
26
BIOCOMBUSTIBLES LIQUIDOS
? TIPOS BIOETANOL Alcohol etílico obtenido por
fermentación de materias primas ricas en azúcares
? ETBE (5-etil-ter-butil-eter).
BIOACEITES Aceites vegetales obtenidos de
plantas oleaginosas ? ésteres metílicos o
etílicos derivados de estos, o de ácidos grasos
de otras procedencias BIODIESEL ?
UTILIZACION Motores ciclo Otto Motores Diesel
Proyecto Biocombustibles Líquidos
27
MATERIAS PRIMAS PARA LA PRODUCCION DE BIOACEITES
Y BIODIESEL
CULTIVOS TRADICIONALES CON FINES NO
ALIMENTARIOS ? Especies con semillas
oleaginosas Girasol (Helianthus annus) -
Europa Colza (Brassica napus) - Europa Soja
(Glycine soja) - EEUU ? Especies con frutos
oleaginosos Coco (Filipinas) Palma (Malasia e
Indonesia)
CULTIVOS NO TRADICIONALES ? Brassica carinata ?
Camelina sativa ? Cynara cardunculus OTRAS
MATERIAS PRIMAS PARA PRODUCCION DE BIODIESEL ?
Aceites de fritura usados ? Grasas animales
Proyecto Biocombustibles Líquidos
28
FABRICACIÓN DEL CARBURANTE DIESEL DE COLZA
GLICERINA EN BRUTO
GLICERINA PURA
TORTA
MOTORES DIESEL
ESTER
COLZA
TRITURACIÓN
ACEITE
TRANSESTERIFICACIÓN
METANOL o ETANOL
Proyecto Biocombustibles Líquidos
29
OBTENCIÓN DE ETANOL A PARTIR DE BIOMASA EN
FUNCIÓN DE SU COMPOSICIÓN
Pretratamiento
ETANOL
Destilación
Fermentación
BIOMASA AZUCARADA
mecánico
Pretratamiento
BIOMASA AMILÁCEA
ETANOL
Fermentación
Destilación
Cocción
mecánico
Hidrólisis
ácida
ETANOL
Destilación
Fermentación
Pretratamiento
Hidrólisis
BIOMASA LIGNOCELULÓSICA
enzimática
mecánico
Hidrólisis
y fermentación
simultánea
Proyecto Biocombustibles Líquidos
30
ASPECTOS ECONÓMICOS DE LA PRODUCCIÓN DE LOS
BIOCOMBUSTIBLES LÍQUIDOS

• Elementos integrantes del coste final de los
  biocombustibles
• Coste de la materia prima.
• Coste de la transformación.
• Coste de la distribución.
• Los impuestos

Proyecto Biocombustibles Líquidos
31
PRECIOS DE LA MATERIAS PRIMAS

• Ligados a mercados distintos del energético
• La competitividad depende de intervenciones
• gubernamentales Tasación
• Subsidación
• Legislación

Las decisiones políticas afectan la rentabilidad
de los proyectos
Afecta negativamente a los inversores
Proyecto Biocombustibles Líquidos
32
SECTORES IMPLICADOS EN LA PRODUCCIÓN DE
BIOCOMBUSTIBLES

• Organizaciones agrarias
• Industrias procesadoras (extractoras y
  alcoholeras)
• Compañías energéticas
• Fabricantes de motores y vehículos
• Complejidad de las tareas de cooperación

Proyecto Biocombustibles Líquidos
33
AVANCES DE LOS PROCESOS DE ETANOL DE LIGNOCELULOSA
Proyecto Biocombustibles Líquidos