directora: ing. silvana zalamea...

PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE LA BIOMASA PROCEDENTE DE LOS RESIDUOS DE LA PLANTA DE BANANO

MEDIANTE GASIFICACIÓN CATALÍTICA EN AGUA A TEMPERATURA SUPERCRÍTICA

Directora:

Ing. Silvana Zalamea Mgt.

Dr. Jaime Soler Herrero Investigador Prometeo Universidad de Cuenca

INVESTIGAR= invertir recursos para obtener conocimiento.

INNOVAR= invertir conocimiento para obtener valor.

EMPRENDER= Aplicar los resultados de la investigación para dar soluciones innovadoras a problemas y necesidades para conseguir el bienestar de toda la sociedad

Visión Integral

Todos los países procuran en función de sus posibilidades potenciar las actividades ligadas a

I+i+E

• Realidad del Ecuador en el sistema de Ciencia y Tecnología e Innovación.

• Condiciones de partida.

Ecuador aumentará su inversión en investigación

EL VICEPRESIDENTE DIJO QUE EL PORCENTAJE PASARÁ DE 0,35% A 0,78% DEL PIB

EL TELÉGRAFO, 31 DE JULIO 2014

El Banco de Ideas de la Secretaria de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e

Innovación (Senescyt) registró más de 2600 proyectos.

Desde 2015 se entregarán $50.000 como capital semilla

http://senescyt.boostlatam.com/

http://senescyt.boostlatam.com/

http://www.educacionsuperior.gob.ec/



Generar conocimiento y su aplicación teniendo en cuenta las necesidades y problemas de nuestra sociedad.

• Salud

• Sostenibilidad medioambiental

• Energía sostenible segura y limpia

• Seguridad de los ciudadanos

• Biodiversidad

2014 INVESTIGACIÓN 1998

Necesidad de orientar las actividades de

investigación hacia grandes desafíos del

futuro.

Generar un flujo de comunicación entre la

investigación fundamental y sus potenciales aplicaciones

PROPUESTA DEL GOBIERNO NACIONAL

CAMBIO DE LA MATRIZ ENERGÉTICA

CAMBIO DE LA MATRIZ PRODUCTIVA

ANTECEDENTES

Problemas económicos

Problemas ambientales

Disminución de las reservas de petróleo

EL ROL DE LA UNIVERSIDAD ECUATORIANA

CAMBIO DE LA MATRIZ PRODUCTIVA Y ENERGÉTICA

UNIVERSIDAD

GENERACIÓN DE TECNOLOGÍA

CONOCIMIENTO

ELEVADA EFICIENCIA

ENERGÉTICA

BAJA EMISIÓN DE

CONTAMINANTES H2

Ponente

La Economía Del Hidrógeno – Una Solución Energética del Siglo XXI.

Proyecto de Producción de Hidrógeno

Ponente


Problemas Económicos

Ponente


Disminución de las reservas de petróleo

Ponente


Problemas medioambientales

Ponente


Preparar una transición controlada hacia una nueva forma de producción y consumo energético, que sea limpio, seguro y fiable

Ponente


.....según la naturaleza de la fuente primaria...

SISTEMAS ENERGÉTICOS

FOSILES

Fuentes

Primarias Fósiles

NO FOSILES

Fuentes Primarias

No fósiles

Carbón

Petróleo, Gas natural

Solar directa e indirecta

Geotérmica, Mareas, Olas,

Nuclear

Introducción

LA CLASIFICACION

Herramientas que permiten la transferencia, en el espacio y tiempo, de una determinada

cantidad de energía

Medios para el transporte y/o almacenamiento de energía

.....¿por qué es necesario el transporte y almacenamiento de energía?....

Generalmente, la fuente primaria esta localizada en un lugar diferente al de la demanda

1

2 Necesidad de la satisfacción continua e inmediata de la demanda de energía

Transporte

Almacenamiento

Ambos requerimientos se satisfacen con los

VECTORES DE ENERGIA

Introducción LOS VECTORES DE ENERGIA

Debe ser un combustible apropiado para el transporte

Debe ser versátil: facilidad de conversión de una forma de energía a otra

Debe tener una alta eficiencia en su conversión

Debe ser seguro en su uso

Debe ser amigable ambientalmente

Debe ser barato en su obtención

EL H2 CUMPLE CON

CASI TODOS

REQUISITOS PARA CALIFICAR COMO UN “BUEN”

VECTOR ENERGETICO

Introducción

VECTORES DE ENERGIA

FUENTES FOSILES

Electricidad Hidrógeno Combustibles

sintéticos

Derivados del petróleo

Carbón

GN

Introducción

TIPOS DE VECTORES

Algunos de estos vectores son Fuentes Primarias

Carbón, GN

Otros son Fuentes Secundarias Derivados del

petróleo

Otros son capaces de transmitir directamente la energía en una forma adecuada para su uso final

Electricidad

Otros deben obtenerse de una fuente primaria y luego transformados en energía usable

Hidrógeno

Introducción

Comentarios

DESARROLLO HISTORICO DE LOS SE

Introducción

UN SE EN LA ERA PREINDUSTRIAL

FUENTES Tecnologías de

Transformación

SECTOR ENERGÉTICO SECTOR DE CONSUMO

VECTORES SERVICIOS Tecnologías

de Servicios

Molinos de

viento y

agua

Agricultura

Plantas

gasificación

Heno

Gas

ciudad

Caballos

Molinos

de harina

Lámparas

Transporte

Alimentos

Iluminación

Madera

Viento

Hidráulica

Carbón

Introducción

MOLINOS

AGUA VIENTO

SE PREINDUSTRIAL Capítulo Dos

GAS CIUDAD

Madrid

SE PREINDUSTRIAL Introducción

UN SE EN LA ERA INDUSTRIAL


Transformación



de Servicios

Refinerías

Carboquímicas

Centrales

eléctricas

Electricidad

Gasolina

Diesel

Automóviles

Aviones

Teléfonos

Hornos

Bulbos de

luz

Transporte

Comunicación

Cocimiento

Enfria./Calent.

Iluminación

Carbón

Petróleo

Gas natural

Uranio

Hidráulica

Introducción

Introducción

REFINERIA TERMOELECTRICA

CARBOQUIMICA

SE INDUSTRIAL


Transformación



de Servicios

Refinerías

Petroquímicas

Hidroeléctricas

Aerogeneradores

Paneles FV

Electricidad

Biodiesel

Etanol

Hidrógeno

Automóviles

Aviones

Barcos

Teléfonos

PC, Laptops

FC

Cocinas

solares

Transporte

Comunicación

Cocimiento

Enfria./Calent.

Iluminación

Petróleo

Gas natural

Solar

Biomasa

Nuclear

UN SE EN LA ERA DEL CONOCIMIENTO

Introducción

HIDROELECTRICA REFINERIA

PARQUE EOLICO CENTRAL SOLAR

SE ERA CONOCIMIENTO

Introducción

Uso intensivo y generalizado de las fuentes fósiles de energía

SISTEMA ENERGETICO ACTUAL

INCONVENIENTES DE LAS FUENTES

FOSILES

Agotabilidad

Inestabilidad

Contaminación

Es necesaria una nueva estructura energética

RESURGIMIENTO DE

LAS ENERGIAS RENOVABLES

19 % del consumo

mundial de energía (2013)

Capacidad de generación renovable 1560 GW Producción de

bioetanol 117 billones litros

Las ER presentan dos grandes limitaciones

1 2 INTERMITENCIA

EN SU CAPTACIÓN

ALMACENAMIENTO EN GRAN ESCALA

Es necesario un nuevo vector de energía

¿CUAL SERA EL PRINCIPAL VECTOR ENERGETICO DEL FUTURO ?

• Es el elemento más ligero y común en el Universo

• Posee la mayor cantidad de energía por unidad de masa de todos los

combustibles, casi tres veces más alta que la gasolina.

• Se complementa perfectamente con la electricidad: se produce por electrólisis

con eficiencias entre el 70 a 80 %. Se transforma en electricidad en celdas de

combustible con eficiencias entre el 50 al 80 %

• Puede ser almacenado y transportado utilizando la infraestructura del gas

natural

• Es versátil: se obtiene de una gran cantidad de fuentes primarias, fósiles o no

• Sus sistemas energéticos son cerrados y muy poco contaminantes

UN SE EN UN FUTURO NO MUY LEJANO


Transformación



de Servicios

Emisión Cero Electricidad

Hidrógeno

Grandes

tiempos de

vida

Eficientes

Limpios

FC

Máquinas

térmicas

Todos los

que la

humanidad

necesita,

pero mejores

Renovables

Sustentables

Introducción

PERSPECTIVAS DE LOS SE EN EL TIEMPO

DINAMARCA

H2PIA, la primera ciudad

basada íntegramente en el

hidrógeno

SE FUTURO

Introducción

HIDROGENERA ZARAGOZA

QUÉ HACEMOS HOY EN INVESTIGACIÓN

BIOMASA COMO POTENCIAL FUENTE DE ENERGÍA

RECURSO RENOVABLE QUE PUEDE SER DESARROLLADO DE MANERA SOSTENIBLE

PRESENTA UNA TASA NETA NULA DE EMISIONES DE DIÓXIDO DE CARBONO

CONTRARESTA EL EFECTO NEGATIVO EN LAS ECONOMÍAS QUE DEPENDEN DEL PETRÓLEO

EL HIDRÓGENO NO ES UN RECURSO NATURAL

EL HIDRÓGENO SE PRODUCE

POTENCIAL DE BIOMASA DE DIFERENTES CULTIVOS

Adaptado de: Garcia, M. J., et al. (2013). “A Nation-wide Planning of Agro-residue Utility for Bioethanol Production and Power Generation in Ecuador”. Energy Procedia 34: 57-63.

CULTIVO RESIDUO TONELADAS DE RESIDUO SECO/TONELADA DE FRUTA COSECHADA

Arroz Cáscara 1,4

Banano1 Pseudotallos , rechazos de la fruta y cáscara, hojas y raquis.

2,4

Maíz Mazorca 1,0

Caña de azúcar Rastrojo 0,6

1. Tock, J. Y., Lai, C. L., Lee, K. T., Tan, K. T., & Bhatia, S. (2010). Banana biomass as potential renewable energy resource: a Malaysian case study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(2), 798-805.

Producir

hidrógeno a partir de la

biomasa procedente

de los residuos de la planta de

banano mediante

Gasificación Catalítica en

Agua a Temperatura Supercrítica.

HIDRÓLISIS CATALÍTICA EN

AGUA TEMPERATURA SUPERCRÍTICA

GASIFICACIÓN CATALÍTICA EN

AGUA TEMPERATURA SUPERCRÍTICA

Laboratorio básico de catálisis. Materia prima. Capacitación y publicaciones. Recursos humanos. Materiales de oficina.

SOCIOS CLAVE

ACTIVIDADES CLAVE

RECURSOS CLAVE

BENEFICIARIOS DIRECTOS

Investigadores. Técnicos de laboratorio. Estudiantes de pre y postgrado.

BENEFICIARIOS INDIRECTOS

SOCIO-ECONÓMICO Recolectores de residuos de banano. ECONÓMICO Y TÉCNICO Industrias públicas y privadas vinculadas al campo energético. Industria automotriz.

Reuniones. Generación de patentes. Tesis de pre y postgrado.

Artículos científicos. Conferencias. Transferencia de tecnología.

VINCULACION

CANALES

PROPUESTA DE VALOR

IMPLEMENTACIÓN DE UN

LABORATORIO DE INGENIERÍA DE LAS

REACCIONES QUÍMICAS

POTENCIAL ENERGETICO DE LOS RESIDUOS DEL BANANO 2012 Calculado a partir de: Garcia, M. J., et al. (2013). "A Nation-wide Planning of Agro-residue Utility

for Bioethanol Production and Power Generation in Ecuador." Energy Procedia 34: 57-63.

PROVINCIAS PRODUCCION DE LA FRUTA TONELADAS

RESIDUO SECO DE LA PLANTA TONELADAS

ENERGIA POTENCIAL DISPONIBLE TERAJOULES

Los Ríos 2.753.617 6.608.681 86.573

El Oro 2.268.482 5.444.357 71.321

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

LOS RIOS EL ORO

PRODUCCION FRUTATONS.

RESIDUO SECOPLANTA TONS.

0

20000

40000

60000

80000

100000

LOS RIOS EL ORO

ENERGIA TERAJOULES

POTENCIAL ENERGETICO DE LOS RESIDUOS DEL BANANO 2012 Calculado a partir de: Garcia, M. J., et al. (2013). "A Nation-wide Planning of Agro-residue Utility for Bioethanol Production and Power Generation in Ecuador." Energy Procedia 34: 57-63.

PROVINCIAS PRODUCCION DE LA FRUTA TONELADAS

RESIDUO SECO DE LA PLANTA TONELADAS

ENERGIA POTENCIAL DISPONIBLE TERAJOULES

Los Ríos 2.753.617 6.608.681 86.573

El Oro 2.268.482 5.444.357 71.321

TALLO FLORAL

HOJAS

RECHAZOS

PSEUDOTALLO

RAQUIS

MUESTREO

ANÁLISIS PROXIMAL DE LOS RESIDUOS DE LA PLANTA DE BANANO

ANALISIS PROXIMAL DE LOS RESIDUOS DE LA PLANTA DE BANANO MUSA CAVENDISH-ECUADOR

MUESTRA CENIZAS VOLATILES HUMEDAD CARBONO FIJO

% % % %

RAQUIS 21,22 66,38 2,95 9,45

PSEUDOTALLO E. 13,69 71,97 4,52 9,82

PSEUDOTALLO C. 18,66 68,88 2,47 10,00

HOJAS 12,82 70,77 2,03 14,38

NERVADURAS 10,34 73,53 8,11 8,01

Las muestras fueron tomadas en la Hacienda La Clementina-La Unión-Babahoyo-Los Ríos

ANÁLISIS ELEMENTAL DE LOS RESIDUOS DE LA PLANTA DE BANANO

ANALISIS ELEMENTAL DE LOS RESIDUOS DE LA PLANTA DE BANANO MUSA CAVENDISH-ECUADOR

MUESTRA CARBONO HIDROGENO NITROGENO AZUFRE

% % % %

RAQUIS 36,63 5,10 0,64 0,75

PSEUDOTALLO E. 38,30 4,70 0,03 0,84

PSEUDOTALLO C. 38,18 3,88 0,28 0,58

HOJAS 44,98 4,26 2,20 0,64

NERVADURAS 43,40 3,84 0,53 0,57

Las muestras fueron tomadas en la Hacienda La Clementina-La Unión-Babahoyo-Los Ríos

PUNTO CRÍTICO 374°C 22,1MPa

ZONA DE TRABAJO

Evita pérdidas de energía elevadas, al evitar el cambio de fase por llevarse la reacción

bajo presión.

VENTAJAS

Admite alimentaciones húmedas, lignocelulósicas, ácidos grasos, proteínas para producir productos

combustibles licuados o gasificados.

Guo, Y., et al. (2010). "Review of catalytic supercritical water gasification for hydrogen production from biomass." Renewable and Sustainable Energy Reviews 14(1): 334-343.

Mejora la velocidad de reacción y la eficiencia de separación.

Mejores características de transferencia de calor

Prolonga la actividad del catalizador

Elimina el uso de aditivos perjudiciales para el medio ambiente

REACTOR 1 CONDICIONES

SUPERCRÍTICAS

REACTOR 2 LECHO

CATALÍTICO 2 CONDICIONES

SUPERCRÍTICAS

HEMICELULOSA, CELULOSA, LIGNINA

GLUCOSA, FRUCTOSA, ETC.

H2, CO + OTROS GASES

P,T P,T

DISEÑO DE CATALIZADORES Y CONDICIONES ÓPTIMAS DE OPERACIÓN

PLANTA DE GASIFICACIÓN SUPERCRÍTICA

HPLC GC

IMPORTANCIA DEL USO DE CATALIZADORES EN LA REACCIÓN DE GASIFICACION DE LA BIOMASA

(CSCWG)

METAL Ru Ni

¿Cómo funciona un catalizador? Hidrólisis de biomasa

• Reacción química global:

C6H12O6 + 6 H2O 6 CO2 + 12 H2

• Dos reacciones combinadas:

C6H12O6 6CO + 6H2

CO + H2O CO2 + H2

• Endotérmica Altas temperaturas de reacción o condiciones supercríticas

• Catalizadores de Ni o Ru

70

Reformado de azúcares (glucosa)

H2O

• Definición de catalizador: «Un compuesto que incrementa la velocidad de reacción pero no es consumido por la misma»

(Wilhelm Ostwald)

71

¿Qué es un catalizador?

+ +

+

A B Q P

+

72

¿Cómo funciona un catalizador?

73


74


75


Sin catalizador

Con catalizador

76


• Catálisis (homogénea y heterogénea) en la práctica industrial

– 60% de los productos químicos se sintetizan por procesos catalíticos

– 70% de los procesos químicos de fabricación son catalíticos

– Más del 99% de la producción mundial de gasolina ocurre a través del craqueo catalítico de fracciones del petróleo y de otras reacciones catalíticas

– Más del 90% de los procesos industriales nuevos son catalíticos

82

Importancia de la catálisis

84

Procesos catalíticos heterogéneos a nivel industrial

REACTIVOS PRODUCTO CATALIZADOR TÍPICO

Crudo de petróleo Combustibles Pt/SiO2, Pt/Al2O3, Metal/zeolita

SO2, O2 Ácido sulfúrico V2O5

N2, H2 Amoniaco Fe

NH3, O2 Ácido nítrico Pt-Rh

CO, H2 Metanol Cu-ZnO

C2H4 Polietileno Ag

CH3OH, O2 Formaldehido Fe-Mo

C3H6, NH3, O2 Acrilonitrilo Bi-Mo

o-xileno, O2 Anhídrido ftálico V2O5

n-butano, O2 Anhídrido maleico V2O5

Gases de escape de motores en automoción NOx, CO, hidrocarburos

Gases depurados CO2, H2O, N2

Pt-Rh-Pd/Al2O3

FUNDAMENTOS

DE CATALISIS

MATERIALES

CATALÍTICOS

PROPIEDADES DE

CATALIZADORES

MÉTODOS DE

PREPARACIÓN

EJEMPLOS DE

REACCIONES

• Método: impregnación a humedad incipiente

– Precursores: nitrato de niquel hexahidrato: (Ni(NO3)2·6H2O)

» solución de nitrato nitrosil rutenio en ácido nítrico (HN4O10Ru)

– Soportes: óxido de titanio (TiO2) óxido de zirconio (ZrO2) carbón activado ¿g-Al2O3?

• Se secan a 105ºC durante 12 horas

• Se calcinan a 550ºC durante 6,5 h en aire (excepto AC que se calcina en N2) • Se muele y tamiza para obtener tamaños

de partícula entre 300-800 mm

85

Catalizadores para reformado en el proyecto

87


88


FUNDAMENTOS

DE CATALISIS

MATERIALES

CATALÍTICOS

PROPIEDADES DE

CATALIZADORES

MÉTODOS DE

PREPARACIÓN

EJEMPLOS DE

REACCIONES

GRACIAS

EQUIPO DE INVESTIGACIÓN Silvana Zalamea

Jaime Soler William Mejía José Serrano Juvenal Ortiz Mónica Abril

directora: ing. silvana zalamea...

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