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Estrategia y NegocioGasificación de

residuos de café

Proyecto Implementación y Evaluación Tecnológica de Gasificación en la Industria de

Café, como alternativa para disminuir emisiones de gases de efecto invernadero (GEI)

Agradecemos

• ¿Es factible técnica y financieramente disminuir emisiones de GEI delsector aplicando gasificación?

• ¿Existen otras alternativas rentables para controlar emisiones GEI?

• ¿Cómo impacta al sector cafetalero desde una perspectiva desostenibilidad?

4

REACTOR PROTOTIPO

COMERCIAL

Implementación y Evaluación

Tecnológica de Gasificación en la

Industria de Café

(Alternativa para disminuir

emisiones de GEI)

Converts dense biomass like wood chips and nut shells into electricity and heat. It is a compact, integrated system – from biomass in, to power out – delivered at

the breakthrough price of $1-$2/watt.

¿?

Beneficio MONTE ROSA Beneficio Cerro los Vindas

I-Estado situacional de la Gasificación de broza en CR

II-COMMISSIONING• Diseño de la investigación• Detección y cuantificación de

necesidades• Estimación de costos y recursos• Planificación de la experimentación• Resolución de problemas en la puesta

en marcha• Pretratamientos y manejo de la

logística de preparación y almacenamiento de la materia prima

8

III-CONOCER LA BROZA DE FORMA SISTEMÁTICA

-Composición-Incidencia geografica

-Otros parámetros de interés

III-Deficiencias en el diseño original ante la operación con pellets de broza y

pretratamientos: Prensado, Secado y Densificado

9

Comparación del ensuciamiento típico del gobernador al operar con chips de

madera (izquierda) y pellets de broza (derecha).

Análisis de proceso

IV-Modificaciones al sistema y producción de electricidad

11

-2 -1 0 1 2 3 4 5 60

100

200

300

400

500

600

700

800

Tiempo t (h)

Tem

pe

ratu

ra T

(°C

)

Trst

Tred

-2 -1 0 1 2 3 4 5 6-8

-6

-4

-2

0

2

Tiempo t (h)

Pre

sió

n m

ano

mé

tric

a P g (

kPa)

Pg,comb

Pg,reac

Pg,filt out

-1 0 1 2 3 4 5 6

0

1

Tiempo t (h)

Est

ado

Se

ng (

0 =

Off

; 1

= O

n)

-2 0 2 4 6 8 100

200

400

600

800

1000

Tiempo t (h)

Tem

pe

ratu

ra T

(°C

)

Trst

Tred

Teng out

Tgas out

Texh in

Tpyro

-2 0 2 4 6 8 10-10

-5

0

5

Tiempo t (h)

Pre

sió

n m

ano

mé

tric

a P g (

kPa)

Pg,comb

Pg,reac

Pg,filt out

-2 0 2 4 6 8 10

0

1

Tiempo t (h)

Est

ado

Se

ng (

0 =

Off

; 1

= O

n)

Indicadores de desempeño de la gasificación de broza de café durante la operación con generación eléctrica.

Broza de café

Rendimiento de syngas SY (Nm3/kg) 1,45

Des. Std. Rendimiento de syngas (Nm3/kg) 0,12

Razón equivalente ER (adim.) 3,43

Des. Std. Razón equivalente (adim.) 0,47

Eficiencia del gas frío CGE (%) 81,7

Des. Std. Eficiencia del gas frío (%) 10,4

Conversión de carbono CC (%) 91,9

Des. Std. Conversión de carbono (%) 1,14

Rendimiento eléctrico (kWh/kg) 0,46

Des. Std. Rendimiento eléctrico (kWh/kg) 0,06

Eficiencia térmica global del sistema TGE (%) 10,2

Des. Std. Eficiencia térmica global del sistema (%) 1,5

13

14

V-FACTIBILIDAD FINANCIERA Y MODELO DE NEGOCIOS

• ¿Es factible técnica y financieramente disminuir emisiones de GEI delsector aplicando gasificación?

• ¿Existen otras alternativas rentables para controlar emisiones GEI?

• ¿Cómo impacta al sector cafetalero desde una perspectiva desostenibilidad?

15

PIB Costa Rica

16http://gobierno.cr/tag/pib recuperado marzo 2017

http://www.bccr.fi.cr/noticias/historico/2016/calculo_cuentas_nacionales.html

Cambio de AñoBase de las CuentasNacionales

17

Modelo de desarrollo CR

• 1820- cultivo café

• 1840-primera exportación

• 1890-otros cultivos de exportación

• Impacto y apoyo estatal en mayor medida

• 1930-1940- crisis (Guerra 1948)

• 1950- 1950 “modelo de difusión y desarrollo de la comunidad” (enfoquetech zonas templadas)

18

Modelo: -Sobrestimó factores externos a la finca (crédito, subsidios, precios mínimos, etc) -Subestimó los factores internos (ahorro de insumos y energía, disminución de pérdida de poscosecha)

Alvarado, A; Navarro, J. Desarrollo, Investigación y Agricultura en Costa Rica Agronomía Costarricense 29(3): 187-206.

Base para toma de decisiones

• Impacto ambiental- externalidades positivas normativa, regulaciones y comercio

• Preferencia de consumidor

• Costos se incrementan vulnerabilidad-volatilidad del mercado(CF-OPEC)

• Energía insumo clave, realidad país

• Población más educada mano de obra calificada, migración a ciudad

• Prestigio, imagen CR conectividad internacional, innovación

19

Situación actual Café

• Participación relativa de las principales actividades en el Valor Bruto de la producción (VBP) en colones constantes, 2012-2015

20

• Actividades agrícolas con mayor variación porcentual en el área sembrada, 2015-2014.

21

• Valor Agregado de las actividades primarias del sector agropecuario,

2012-2015 (millones de colones corrientes)

22

• Sigue siendo una actividad productiva clave para potenciar desarrollo

Qué se hacecon la brozaactualmente?

23

Emisiones GEI-Composteo

24

CO2

CH4

N2O COMPOSTEO: Se generanproducto de procesos de fermentaciónsólida

CO2

Emisiones GEI-Gasificación

25

CO2

CH4

N2O GASIFICACIÓN: Se generanproducto de procesos de combustión

CO2

Emisiones GEI

26

CO2

CH4

N2O

• GEI a tasas diferentes(cinética)

• MECANISMOS DE FORMACIÓN DIFERENTES

-Qué aspectos técnicos fueronconsiderados???

• IMN• IPCC AR5

Compostaje con volteo 14,72 kgCO2e/fanega

Compostaje sin volteo 10,38 kgCO2e/fanega

Gasificación CICA 3,97 kgCO2e/fanega

Compostaje con volteo 0,32 kgCO2e/kgGranoOro

Compostaje sin volteo 0,23 kgCO2e/kgGranoOro

Porcelanato 0,48 kgCO2eq/kg

Cómo debe ser la materia prima para gasificación

• DDF necesariamente densificada

• Puede ser prensada o no prensada

• La evidencia técnica se hizo con broza prensada (reducción de humedad inicial, rompimiento de fibras, pérdida de sólidos-azúcares-)

• FBG podría manejar 40% humedad de broza prensada.

• Se ha gasificado exitosamente broza sin prensar en un FBG (70% conversión de C).

• Se puede utilizar mezclas para mejorar el aprovechamiento energético de la cascarilla de café.

Consulta FOCUS GROUPIncorporación de análisis de la

28

Y se puede evitarsecado?

• Uso de pulpa fresca ahorraría mucho dinero ensecado.

• Tasa de producción. Aparición de hongos al mes de almacenada en forma de pellets al 20%.

• Limitación: almacenamiento. Ausencia datos de vida útil en diferentes pretratamientos.

• Diseño de FBG potencial para industrica cafetaleta: 2m diámetro, 700-1000 kg/h.

29

Broza (Pulpa) de café

Secado

30

Prensado: producción de jugo

Análisis de impacto en cambio de humedad

0

2

4

6

8

10

12

Broza húmeda Jugo Broza Prensada Agua evaporada Broza Pellets secos

Ton

elad

as d

e b

roza

Agua Sólidos

75% wb

85% wb

18% wb

4,5 ton menos portransportar

Consideraciones de secado

CorrienteGases exhaustos

gasificadorGases exhaustos

hornosAire de secado

Flujo (m3/h) 16000 38720 26293,8

Densidad (kg/m3) 1,097 1,097 1,078

Capacidad calorifica (kJ/kg K) 0,748 0,748 1,008

Temperatura inicial (°C) 200 200 25

Temperatua final (°C) 50 50 60

Transferencia de calor (MJ/h) 1969,3 4765,8 -1000

¿Cómo se comporta el “bosque”?

Miles de fanegas Año de cultivo

Participación in 2014-2015 2011-2012 2012-2013 2013-2014 2014-2015

< 1 81 101 112 120 55,6%

1 to 3 26 37 29 27 12,5%

3 to 6 26 20 24 21 9,7%

6 to 10 8 8 8 14 6,5%

10 to 30 18 14 19 12 5,6%

30 to 70 15 13 10 16 7,4%

> 70 10 10 8 6 2,8%

Total (beneficios) 184 203 210 216 100,0%

33

Miles de fanegas Año de cultivo

Participación en 2014-2015 2011-2012 2012-2013 2013-2014 2014-2015

< 1 29.498 30.869 34.343 39.168 2,1%

1 to 3 49.366 62.702 50.188 42.174 2,2%

3 to 6 110.849 90.072 100.530 81.150 4,3%

6 to 10 66.044 63.420 60.513 108.469 5,7%

10 to 30 328.388 232.154 361.126 235.405 12,4%

30 to 70 647.958 601.632 472.153 689.134 36,3%

> 70 1.150.862 1.164.695 867.788 702.436 37,0%

Total (fanegas) 2.382.965 2.245.543 1.946.641 1.897.936 100,0%

1 50 100 150 200

CANVAS

34

35

ESCENARIOS

Valores agregados tratamiento de broza

38

Reducción de

consumo de

electricidad por

la generación en

el beneficio

(neteo)

01Retorno más

seguro de los

micronutrientes

al cafetal por

medio de

cenizas y biochar

02Reducción de

gases de efecto

invernadero por

evitar procesos

de fermentación

y mejores

relaciones

vecinales

03Reducción de

costos por

tratamiento de

pulpa o broza en

el proceso de

beneficiado

04

Energía limpia Cafetales más nutridos. Menos contaminación Más eficiencia financiera

PAIS DE DESTINO

TOSTADOR

COSTOS DE PRODUCCIÒN

PRODUCTOR

• COSTOS RECONOCIDOS

• RENDIMIENTOS

• COSTOS NO RECONOCIDOS

BENEFICIADOR

• COSTOS DE TRANSPORTE

• COSTOS DE PREPARACIÓN

• IMPUESTO (1,5%)

• MARGEN (2,5 –1,5%)

EXPORTADOR


PRODUCTOR

PROCESO DE BENEFICIADO



BENEFICIADOR

INVERSIÓN BIENES DE PRODUCCIÒN

EFICIENCIA

USO RACIONAL DE RECURSOS

LIQUIDACION

INGRESOS VENAS CAFE

MENOS COSTOS RECONOCIDOS

MENOS 9% BENEFICIADOR

MENOS IMP RENTA

LIQUIDACIÓN FINAL

RENDIMIENTO (kg/FF)

PAIS DE DESTINO

TOSTADOR


PRODUCTOR


• RENDIMIENTOS


BENEFICIADOR

• COSTOS DE TRANSPORTE

• COSTOS DE PREPARACIÓN

• IMPUESTO (1,5%)

• MARGEN (2,5 –1,5%)

EXPORTADOR

NUEVO PRODUCTO CON SELLO

•CALIDAD

•SOSTENIBILIDAD

INVERSIÓN BIENES DE PRODUCCIÒN

EFICIENCIA

USO RACIONAL DE RECURSOS

RENDIMIENTO (kg/FF)

LIQUIDACIÓN FINAL

Evaluación financiera

Flujo de caja Puro Con financiamiento Del beneficio Del productor

Ingresos+ Directos + Directos + Directos -

+ Indirectos + Indirectos + 9% Indirectos + 91% Indirectos

Costos

- Inversión - Inversión - Inversión -

- Variables - Variables - 9% Variables - 91% Variables

- - + Depreciación - Depreciación

- Mant. & Rep. - Mant. & Rep. - 9% Mant. & Rep. - 91% Mant. & Rep.

- - Intereses - Intereses -

- Imprevistos - Imprevistos - 9% Imprevistos - 91% Imprevistos

- Gastos generales - Gastos generales - Gastos generales -

Utilidad neta- Escudos fiscales - Escudos fiscales - Escudos fiscales -

- Impuestos - Impuestos - Impuestos - Impuestos

Cierre

+ Escudos fiscales + Escudos fiscales + Escudos fiscales -

- - Amortización - Amortización -

- + Préstamo bancario + Préstamo bancario -

= Flujo de caja neto = Flujo de caja neto8 = Flujo de caja neto = Flujo de caja neto

[1] Los impuestos y el flujo de caja neto, del flujo de caja con financiamiento, deben iguales a la suma de los impuestos y el flujo de caja neto, de los flujos de caja del beneficio y el productor,

y siempre que haya financiamiento serán diferentes que los impuestos y el flujo de caja neto, del flujo de caja puro.

Variables financieras

Tasa de descuento 10,0%

Tipo de cambio (CRC/USD) 560

Tasa de interés 8,0%

Periodos (años) 10

Financiamiento 100,0%

Distribución de la cosecha

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Fra

cció

n d

e la

co

sech

a

Mes

Escenario No.1:Prensado

Café procesado anualmente

(fanegas)1.000,0 50.000,0 100.000,0 150.000,0 25.221,3

Consumo de agua (m3) 400,0 20000,0 40000,0 60000,0 10088,5

Producción de jugo (m3) 36,8 1237,4 1438,2 1539,5 927,1

Fracción V jugo / V agua (%) 9,2 6,2 3,6 2,6 9,2

Efluentes líquidos

Café procesado anualmente (fanegas)

1000,0 50000,0 100000,0 150000,0 25221,3

Tasa de descuento 10,0% 10,0% 10,0% 10,0% 10,0%

VAN (CRC) -₡23 567 765 ₡8 698 959 ₡14 040 839 ₡16 873 281 ₡ 0 000

TIR (%) - 18,5% 23,2% 25,6% 10,0%

PBP (años) - 4,3 3,7 3,4 6,1

Café procesado

anualmente (fanegas)1000,0 50000,0 100000,0 150000,0 25221,3


VAN (CRC) -₡20 977 219 ₡11 231 899 ₡16 573 691 ₡19 406 134 ₡2 283 353

TIR (%) - - - - -

PBP (años) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Cuadro 1.3.4. Resumen del flujo de caja puro del escenario No. 1.

Cuadro 1.3.5. Resumen del flujo de caja con financiamiento del escenario No. 1

Café procesado



VAN (CRC) -₡7.425.176 -₡1.748.471 -₡538.296 -₡58.241 -₡3.221.758

TIR (%) - - - - -

PBP (años) - - - - -

Café procesado



VAN (CRC) -₡13.552.043 ₡12 697 875 ₡17 111 988 ₡19 464 374 ₡5 474 697

TIR (%) - - - - -

PBP (años) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Cuadro 1.3.6. Resumen del flujo de caja del beneficio del escenario No. 1.

Cuadro 1.3.6. Resumen del flujo de caja del beneficio del escenario No. 1.

Café procesado anualmente (fanegas) 1000,0 50000,0 100000,0 150000,0 25221,3

Emisiones evitadas (t CO2e) 8,9 300,2 348,9 373,4 224,9

Reducción de emisiones (%) 59,4 39,3 22,8 16,2 58,6

Broza fresca procesada (%) 87,2 58,6 34,1 24,3 87,1

Reducción en costos de electricidad (%) -4,6 -1,1 -0,6 -0,4 -1,9

Capacidad utilizada de la prensa (%) 1,3 42,9 49,8 53,3 32,1

Cuadro 1.3.8. Resumen operativo del escenario No.1.

₡10 000,0

₡0,0

₡10 000,0

₡20 000,0

₡30 000,0

₡40 000,0

₡50 000,0

₡60 000,0

₡70 000,0

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

VA

N (

Mil

es)

Fracción del exceso de broza fresca transportada y tratada

Puro Financiado Beneficio Productor

Figura 1.3.2. Sensibilidad del VAN de los diferentes flujos de caja para un beneficio de

150000 fanegas en función del exceso de broza tratada para el escenario No.1.

Escenario No. 3: Prensado y pelletizado

Equipos Prensa Pelletizadora

Número de unidades 2 4

Capacidad (kg/h) 1100,0 241,5

Operación (h/día) 24 24

Capacidad (kg DB/h) 275,0 157,0

Consumo (kW) 8,4 16,3

Capacidad (kg DB/día) 13200 15072

Costo FOB (USD/unidad) 59.800,00 3.120,00

Costo FOB (CRC/unidad) 33.488.000,00 1.747.200,00

Vida útil (años) 10 10

Flujo de caja financiado


(fanegas) 1000,0 2000,0 100000,0 150000,0 83702,0


VAN (CRC) -₡101.720.393 ₡69 281 538 ₡219 044 845 ₡303 244 695 ₡185 474 472

TIR (%) - - - - -

PBP (años) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Flujo de caja puro


(fanegas)1000,0 50000,0 100000,0 150000,0 83702,0


VAN (CRC) -₡113.379.398 ₡57 948 258 ₡207 659 920 ₡291 898 301 ₡175 000 040

TIR (%) - 22,2% 48,4% 62,2% 42,8%

PBP (años) - 3,8 1,9 1,5 2,2

Flujo de caja productor


(fanegas) 1000,0 50000,0 100000,0 150000,0 83702,0


VAN (CRC) (₡66.700.104) ₡80 105 109 ₡211 648 167 ₡285 264 366 ₡183 338 043

TIR (%) - - - - -

PBP (años) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Flujo de caja beneficio


(fanegas) 1000,0 50000,0 100000,0 150000,0 83702,0


VAN (CRC) -₡35.020.288 -₡12.420.894 ₡7 396 678 ₡17 980 329 ₡2 019 149

TIR (%) - - - - -

PBP (años) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0




Reducción en costos de electricidad (%) -120,4 -11,5 -7,5 -5,4 -8,9


Capacidad utilizada de la pelletizadora (%) 0,2 15,9 28,1 34,6 25,7

Resumen del escenario

Escenario No. 4



(fanegas) 1000,0 50000,0 100000,0 150000,0 132198,1


VAN (CRC) -₡61.862.113 -₡14.252.608 ₡ 614 833 ₡6 711 000 ₡4 305 535

TIR (%) - - - - -

PBP (años) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Escenario No. 5

Equipos Prensa Gasificador

Número de unidades 2 1

Capacidad (kg/h) 1100,0 700,0

Operación (h/día) 24 24

Capacidad (kg DB/h) 275,0 420,0

Consumo (kW) 8,4 260,8

Capacidad (kg DB/día) 13200 10080

Costo FOB (USD/unidad) 59.800,00 597.328,09

Costo FOB (CRC/unidad) 33.488.000,00 334.503.731,99

Vida útil (años) 10 10

Mínimo operativo Prensa Gasificador

Tiempo de operación mínimo

(h/mes)8 72

Mínimo para operación

(kg/mes)8800,0 50400,0

Mínimo para operación

fanegas/mes)155,0 2912,5




VAN (CRC) -₡329.736.064 -₡82.750.014 ₡128 833 889 ₡315 736 320 ₡174 793 800

TIR (%) - - - - -

PBP (años) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Flujo de caja puro



VAN (CRC) -₡379.642.869 -₡132.640.011 ₡78 948 177 ₡265 850 474 ₡125 000 000

TIR (%) - 2,3% 14,0% 22,4% 16,3%

PBP (años) - 8,8 5,1 3,7 4,7

Flujo de caja productor



VAN (CRC) -₡207.723.730 -₡34.764.261 ₡106 167 045 ₡249 699 376 ₡137 142 153

TIR (%) - - - - -

PBP (años) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Flujo de caja beneficio



VAN (CRC) -₡122.012.334 -₡48.068.181 ₡22 666 844 ₡66 036 944 ₡37 640 459

TIR (%) - - - - -

PBP (años) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Resumen del escenario No. 5




Reducción en costos de electricidad (%) 79,5 40,1 28,4 25,0 24,9


Capacidad utilizada de la pelletizadora (%) 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Capacidad utilizada del gasificador (%) 4,7 23,8 42,0 51,8 46,0

(₡400 000 000)

(₡200 000 000)

₡ 0 000

₡200 000 000

₡400 000 000

₡600 000 000

₡800 000 000

0% 20% 40% 60% 80% 100%

VA

N (

Fin

anci

ado

)

Fracción del exceso de broza fresca transportada y tratada

10000

50000

100000

150000

120000

Siguientes pasos!

• Vida útil de la broza fresca, broza prensada, pellets

• Tratamiento de jugo de la operación de prensado broza

• WHR (casos prácticos)

• Secado de la broza fresca, broza prensada, pellets

• Almacenamiento a granel

• Combustión directa de pellets en hornos (modificación de Sistema) y de subproductos de filtros

• Uso de biochar y cenizas en cultivos para evaluar rendimiento (Gasificación)

• Pruebas de fluidización broza prensada

• Diseño ingenieril FBG

61

Acciones inmediatas

• Análisis de prospectiva estratégica por parte del sector cafetalero para validación de objetivos a corto, mediano y largo plazo y consolidación de la estrategia a seguir en torno a la reducción de GEI.

• Implementación de una cartera de capacitación especializada.

• Negociación con entes financieros para introducción de la tecnología en función de la capacidad de producción del beneficio.

• La adopción, validación e implementación de una normativa técnica base para estandarizar y regular la clasificación y control de calidad de la biomasa (en la cual se incluyan las especies herbáceas como broza de café).

• La creación de un puesto Asistencia Técnica para el Aprovechamiento de Biomasa, especializado en el aprovechamiento energético de la biomasa (materia prima y procesos) para atención de consultas y seguimiento. Unidad de Carbono- habilidades gerenciales y negociación

• Armonización de instrumentos legales con relación al uso de la biomasa para propósitos de energía.

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We are grateful for the technical collaboration of L.Urvina, N. Hernandez, J. A. Castillo, D. Molina, J. Benavides, M. Chaves, J. Morice, C. Gomez, P. Mora, A. Ramirez, M. Sibaja, E. Solorzano, R. Chacon, E. Montero. 63

estrategia y negocio - icafe | instituto del café de ... · iii-deficiencias en el ... porcelanato...

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