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Dr. José Juan Alvarado Flores

“Propuesta de uso de biogás a partir de la generación de

residuos en Morelia, Michoacán”

Contaminación actual;

Dependencia del petróleo;

Energías alternas;

Bio-gás;

Investigación tecnológica para aplicar el biogás.

En la actualidad el ser humano consume 500 QBTU (Quadrillion British Thermal Units) de energía, y

aproximadamente un 92% de esta, viene de fuentes no renovables, como petróleo, carbón, gas natural

y nuclear. Debido a que solo un 8% de la energía consumida por el hombre proviene de fuentes

renovables, la sustitución de los combustibles derivados del petróleo por biomasa de origen vegetal o

residuos industriales cobra gran importancia como alternativa para disminuir la cantidad de emisiones

de CO2, SOX, NOX y material particulado producidos durante procesos de producción de energía (Buelvas,

2016).

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

Industria de laenergía

Transporte Manufactura eindustria de laconstrucción

Emisiones fugitivas Otros sectores(residencial,comercial y

agropecuario)

NO CONVENCIONAL

Fuentes Alternas de Energía

• Conforma el 90% de la masa total del universo,

• Poder energético tres veces superior a la gasolina,

• Se encuentra habitualmente combinado elementos.

• Generación de energía eléctrica (red de suministro, sistemas

autónomos, respaldo de energía)

• Medios de transporte (combustible o precursor de energía)

• Sistemas de respaldo de energía eléctrica

• Sustitución de pilas, baterías mediante elementos portátiles

HH

HH

Cadena económica del hidrógeno

combustibles fósiles

fuentes alternaselectrólisis

almacenamiento

hidrógeno

celda de metano

generadores de

energía

eléctrica

generación

biológica

nuclear

renovables

reformación

industrial

combustible

combustión eléctricoalmacenamiento

portátil

celda de hidrógeno

reformación

combustible in

situ

almacenamiento

combustible

celda combustible

portátil

HH

ORIGEN, COMPOSICIÓN, USOS YPRODUCCIÓN

Composición del biogás según el origen del substrato utilizado

EDAR: estaciones depuradoras de aguas residuales.RSU: residuos sólidos urbanos.

Aplicaciones energéticas del biogás: térmicas o eléctricas

Cocinas

Calentadores

Lámparas

Refrigeradores

Estufas

Biogás impuro Biogás media-alta pureza

Generación de electricidad

Co-generación

Producción conjunta

Los motores de ciclo Otto pueden funcionar solamente con biogás, aunque

necesitan de otros combustibles en el momento del arrancado.

Poder calorífico de diferentes combustibles y su equivalente referido al biogás

Tecnología prometedora para la producción de energía eléctrica yco-generación a partir de biogás debido su bajo impacto ambiental,su menor consumo y el elevado rendimiento. Precisan de un biogáscon un grado de pureza medio-alto (dispositivo).

TecnologíaEficienciaeléctrica

(%)

Combustible consumido (kJ/kW.h)

Emisiones (µg/kJ)

Motor de combustión interna

33 10,972 5,606 56.6

Turbina de gas 28 12,872 15 18

Celda de combustible (MCFC)

50 7,174 Trazas 1.4

Tecnologías que operan con biogás:

Sin embargo, su elevado costo y el hecho de que estén todavía en un nivel pre-comercial (MCFC) y en grado de desarrollo (SOFC, solid oxide

fuel cell), hace que, por el momento, todavía no sean sistemas económicamente competitivos respecto a las turbinas de gas o a los

motores de combustión interna.

DISPOSICIÓN DE RESIDUOS

Clima de 18.7°C, humedad media, lluvias en verano de 700 a 1000 mm al año y eninvierno 5 mm anuales. Extensión de 17 hectáreas, una profundidad máxima de 10metros de las celdas de vertido y una cantidad estimada de 3,859,642 Mg de residuosdepositados. 1Mg = 1000 kg

RAZO, C. A. G., & DELGADO, O. B. (2012). Composición de residuos sólidos urbanos en dos sitios de disposición final. Revista internacional de contaminación ambiental, 28, 13-18.

POTENCIAL ENERGÉTICO EN RELLENO CLAUSURADO DE MORELIA

Durante la clausura, se instalaron 49 tubos de venteo a una profundidad de tresmetros con una abertura del tubo de salida de cuatro pulgadas, de los cuales no selleva a cabo ninguna actividad de medición y control para la prevención de emisionesa la atmósfera o aprovechamiento de gases para producción de energía.

La composición de biogás: 45.6 % de CH4

32.4 % de CO2

3.1 % de O2

RAZO, C. A. G., & DELGADO, O. B. (2012). Composición de residuos sólidos urbanos en dos sitios de disposición final. Revista internacional de contaminación ambiental, 28, 13-18.

POTENCIAL ENERGÉTICO EN RELLENO CLAUSURADO DE MORELIA

Cálculo de las emisiones de metano en el sitio de estudio

Se estima que solo la emisión de metano, a tres metros de profundidad, proporciona unacantidad de 1,501,962 m3/año, lo cual sería suficiente para producir la energía eléctricadurante un año para abastecer a una gran parte de la población en Morelia a través de unacelda de combustible de óxidos sólidos (SOFC).

Destacar que, en 1 m3 de biogás se tiene aproximadamente 50% de metano, lo cual equivale a0.71 litros de gasolina. En el caso del vertedero clausurado de Morelia se tendría el equivalentede metano de 1,501,962 m3/año, lo cual equivale a 1,066,393.02 litros de gasolina.

RAZO, C. A. G., & DELGADO, O. B. (2012). Composición de residuos sólidos urbanos en dos sitios de disposición final. Revista internacional de contaminación ambiental, 28, 13-18.

Las temperaturas deoperación de las celdasSOFC las convierten encandidatas idóneas a suutilización en unaSmartGrid con capacidadde obtener el mejor preciopor kW/h consumido apartir del uso del biogás devertederos dondeactualmente se desecharápidamente.

SMART GRID

PEROVSKYTE

¿CÓMO?

CINÉTICA DE RESIDUOS A TRAVÉSDE PROCESOS DE TERMO-CONVERSIÓN

expd E

A fdt RT

La biomasa puede ser pirolisada produciendo un combustible líquido ogaseoso como metano, hidrógeno o monóxido de carbono. La pirólisisrápida es un proceso termoquímico que se realiza a alta temperatura, enel cual la biomasa es calentada rápidamente en ausencia de oxígeno.Como resultado ésta se descompone para generar vapores, gases ycarbonizado.

ANÁLISIS!!!Termogravimétrico (TGA) y la termogravimetría diferencial (DTG). DTG mide la velocidad depérdida de masa.

Los resultados en función del tiempo o la temperatura representan el perfiltermogravimétrico de un material (Wagoner, 2014). Tanto en TGA como en DTG, el tipo decalentamiento define la termogravimetría y los principales tipos son (Othman y Shamsuddin,2003):

Tip

o d

e c

ale

nta

mie

nto

Isotérmico: temperatura constante.

Cuasi-isotérmico: la muestra se calienta hasta una masa constante.

No isotérmico, o dinámico: temperatura cambia de una manerapredeterminada a velocidad de calentamiento constante.

2. Rango de α1. TGA

3. Cálculo de Ea

𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏

𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠,

𝐿𝑛𝑑𝛼

𝑑𝑇= 𝐿𝑛

𝐴

𝛽−𝐸𝑎

𝑅∗1

𝑇

ó

𝐿𝑛 𝐾 = 𝐿𝑛 𝐴 −𝐸𝑎

𝑅∗1

𝑇, 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒

𝑦 = 𝐿𝑛 𝐾

𝒎 =𝑬𝒂

𝑹

𝑥 =1

𝑇𝑏 = 𝐿𝑛 𝐴

Iden

tifi

caci

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de

par

ámet

ros

GRACIAS

doctor.ambientalista@gmail.com