estudio de la obtenciÓn de biocarburantes lÍquidos a partir de la biomasa

UNIVERSIDAD DE LEÓN UNIVERSIDAD DE LEÓN ESCUELA SUPERIOR Y TÉCNICA ESCUELA SUPERIOR Y TÉCNICA

DE INGENIEROS DE MINAS DE INGENIEROS DE MINAS

ESTUDIO DE LA OBTENCIÓN DE ESTUDIO DE LA OBTENCIÓN DE BIOCARBURANTES LÍQUIDOS BIOCARBURANTES LÍQUIDOS

A PARTIR DE LA BIOMASAA PARTIR DE LA BIOMASA

ESTUDIO DE LA OBTENCIÓN DE ESTUDIO DE LA OBTENCIÓN DE BIOCARBURANTES LÍQUIDOS BIOCARBURANTES LÍQUIDOS

A PARTIR DE LA BIOMASAA PARTIR DE LA BIOMASA

PATRICIA DE ANTA OTEROESPECIALIDAD: RECURSOS ENERGÉTICOS, COMBUSTIBLES Y EXPLOSIVOS

LEÓN, 3 JULIO 2007

OBJETIVOS Y JUSTIFICACIÓNOBJETIVOS Y JUSTIFICACIÓN

VISIÓN GLOBAL DEL PANORAMA ENERGÉTICO ACTUAL

VISIÓN DEL PROBLEMA ENERGÉTICO Y AMBIENTAL

MUESTRA DE POSIBILIDADES ENERGÉTICAS ALTERNATIVAS

ANÁLISIS DE LOS BIOCARBURANTES, COMO SUSTITUTOS DE CARBURANTES FÓSILES

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

FUENTES

DE

ENERGÍAENERGÍA

NO RENOVABLES

•ORIGEN FÓSIL

Petróleo

Gas natural

Carbón

•ORIGEN MINERAL

Uranio Energía Nuclear

RENOVABLES

•Energía solar

•Energía eólica

•Energía de la biomasa (BIOCARBURANTES)

•Energía mareomotriz

•Energía geotérmica

•Energía hidraúlica

Fotovoltaica

TérmicaElemento clave de

desarrollo social

RECURSO FINITO

IMPACTO AMBIENTAL

INAGOTABLE A ESCALA HUMANA

REDUCIDO IMPACTOAMBIENTAL

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

CONTEXTO ENERGÉTICOENERGÉTICO

Tendencia alcista del precio del crudo

Elevada dependencia energética (+80%) Freno del desarrollo económico

Representación de energías renovables del 6%

Crecimiento de la demanda energética (3%)

Consumo de energía primaria por fuentes en España en 2005

PROBLEMÁTICA AMBIENTALPROBLEMÁTICA AMBIENTAL

PROBLEMA:PROBLEMA: Cambio climático

ORIGEN PROBLEMA:ORIGEN PROBLEMA: Emisiones contaminantes: “Gases de Efecto Invernadero”

TENDENCIA:TENDENCIA: Crecimiento de las emisiones

RESPUESTA AL PROBLEMA:RESPUESTA AL PROBLEMA: Políticas medioambientales, Protocolo de Kyoto, Programas contra el cambio climático, como el Europeo (PECC), comercio de emisiones

DESARROLLO DESARROLLO SOSTENIBLESOSTENIBLEOBJETIVO

LA ENERGÍA DE LA BIOMASALA ENERGÍA DE LA BIOMASA

BIOMASABIOMASA

““Todo material de origen Todo material de origen biológico, excluyendo biológico, excluyendo aquellos que han sido aquellos que han sido

englobados en englobados en formaciones geológicas formaciones geológicas sufriendo un proceso de sufriendo un proceso de mineralización” AENORmineralización” AENORBIOMASA VEGETALBIOMASA VEGETAL

BIOMASA ANIMALBIOMASA ANIMAL

Mayor contenido en lípidos y proteínas, menor cantidad de hidratos de carbono

AZUCARADA

LIGNOCELULÓSICA

AMILÁCEA

LA ENERGÍA DE LA BIOMASALA ENERGÍA DE LA BIOMASA

FUENTES DE BIOMASAFUENTES DE BIOMASA

BIOMASA BIOMASA NATURALNATURAL

BIOMASA BIOMASA NATURALNATURAL BIOMASA BIOMASA

RESIDUALRESIDUAL

BIOMASA BIOMASA RESIDUALRESIDUAL

CULTIVOS CULTIVOS ENERGÉTICOSENERGÉTICOS

CULTIVOS CULTIVOS ENERGÉTICOSENERGÉTICOSEXCEDENTES EXCEDENTES

AGRÍCOLASAGRÍCOLAS

EXCEDENTES EXCEDENTES AGRÍCOLASAGRÍCOLAS

Residuos forestales y de industrias de la madera

Residuos agrícolas

Residuos agroindustriale

s

Ecosistemas naturales Producción agrícola

sobrante

Cultivos no alimentarios

Residuos urbanos

Residuos ganaderos

Subproducto de actividades humanas

Alta productividad biomásica

Cultivos resistentes

Balance energético positivo

Altos costes de producción

Ayudas de la PAC (45€/ha)

LOS BIOCOMBUSTIBLESLOS BIOCOMBUSTIBLES

SÓLIDOS LÍQUIDOS GASEOSOS

PajaLeña sin procesarAstillas

Alcoholes (etanol, metanol)Aceites vegetalesÉsteres orgánicosAceites de pirólisis

Gas de gasógenoBiogásHidrógeno

Briquetas y “pellets”Triturados finosEstiércol desecado

Carbón vegetal

BIOCOMBUSTIBLESBIOCOMBUSTIBLES

““Combustibles producidos a Combustibles producidos a partir de biomasa (origen partir de biomasa (origen biológico)”biológico)”

BIOCARBURANTES

“Combustible líquido o gaseoso para el transporte producido a partir de la biomasa” Directiva 2003/30/CE

BIOETANOLBIOETANOL

BIODIÉSELBIODIÉSEL

BIOGÁS

BIOMETANOL

BIODIMETILETER

ACEITE VEGETAL

BIOETBE Y BIOMTBE

BIOHIDRÓGENO

ENERGÍA RENOVABLE

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL ASPECTO FÍSICOCLASIFICACIÓN SEGÚN EL ASPECTO FÍSICO

EL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALESEL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALES

““Éster monoalquílico de ácidos grasos de Éster monoalquílico de ácidos grasos de cadena larga derivados de lípidos cadena larga derivados de lípidos renovables tales como aceites vegetales y renovables tales como aceites vegetales y que se emplea en los motores de ignición que se emplea en los motores de ignición de compresión (motores diésel) o en de compresión (motores diésel) o en calderas de calefacción”calderas de calefacción”(Definición de (Definición de American Standards for American Standards for Testing and Materials, ASTMTesting and Materials, ASTM))

BIODIÉSELBIODIÉSEL

DIRECTIVA 2003/30/CE:

“Éster metílico producido a partir de un aceite vegetal o animal de calidad similar al gasóleo, para su uso como carburante”. (Art. 2.2.b)

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

REQUISITOS EN AUTOMOCIÓN EN-590(ED), RD 1700/2003 y RD 61/2006

NORMATIVA BIODIÉSEL EN 14214

DESCRIPCIÓN DE PROPIEDADESGARANTÍA DE CALIDAD


LOS ACEITES VEGETALESLOS ACEITES VEGETALES

“Las grasas y los aceites son sustancias de origen animal o vegetal que son insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos, susceptibles de ser aprovechados como alternativa energética”

ACEITES BRUTOS COMO COMBUSTIBLE: PROBLEMAS

Elevada viscosidad

Baja volatilidad

Mayor insaturación (índice de yodo, punto de solidificación, estabilidad oxidativa)

Mayor peso molecular

SOLUCIONES

FÍSICASFÍSICAS

QUÍMICASQUÍMICAS

MICROEMULSIÓN

PIRÓLISIS

TRANSESTERIFICACIÓN


COMERCIALIZACIÓNPRODUCCIÓNMATERIAS PRIMAS

ACEITES VEGETALES ACEITES VEGETALES CONVENCIONALESCONVENCIONALES

Aceite de girasol Aceite de colza Aceite de soja Aceite de coco Aceite de palma

ACEITES VEGETALES ACEITES VEGETALES ALTERNATIVOSALTERNATIVOSAceite de colza etíope, Brassica carinataAceite de cardo, Cynara CardunculusAceite de nabo francés, Camelina Sativa

ACEITES FRITURAS USADOSACEITES FRITURAS USADOS

GRASAS ANIMALESGRASAS ANIMALES

ACEITES DE SEMILLAS ACEITES DE SEMILLAS MODIFICADAS GENÉTICAMENTEMODIFICADAS GENÉTICAMENTE

OTRAS FUENTES (algas, OTRAS FUENTES (algas, producciones microbianas…)producciones microbianas…)

ACEITES VEGETALES ACEITES VEGETALES CONVENCIONALESCONVENCIONALES

Aceite de girasol Aceite de colza Aceite de soja Aceite de coco Aceite de palma

ACEITES VEGETALES ACEITES VEGETALES ALTERNATIVOSALTERNATIVOSAceite de colza etíope, Brassica carinataAceite de cardo, Cynara CardunculusAceite de nabo francés, Camelina Sativa

ACEITES FRITURAS USADOSACEITES FRITURAS USADOS

GRASAS ANIMALESGRASAS ANIMALES

ACEITES DE SEMILLAS ACEITES DE SEMILLAS MODIFICADAS GENÉTICAMENTEMODIFICADAS GENÉTICAMENTE

OTRAS FUENTES (algas, OTRAS FUENTES (algas, producciones microbianas…)producciones microbianas…)

GLICERINA10% biodiésel

generado

BIODIÉSELPIENSOS ANIMALES

Tratamiento, molienda

y extracciónRefino

Trans-esterificación

Aceite Aceite crudocrudo

Aceite Aceite refinadorefinado

Separación glicerina

Lavado

Secado

Prensado

Solventes (hexano)


PRODUCCIÓN INDUSTRIALPRODUCCIÓN INDUSTRIAL

PROCESO DISCONTINUO

O BATCH

PROCESO DISCONTINUO

O BATCHPROCESO CONTINUO

PROCESO CONTINUO PROCESO

ESTERIFICACIÓN

PROCESO ESTERIFICACIÓN ESTERIFICACIÓN-


ESTERIFICACIÓN-TRANSESTERIFICACIÓN PROCESO EN

CONDICIONES SUPERCRÍTICAS

PROCESO EN CONDICIONES

SUPERCRÍTICAS


TRIGLICÉRIDO + METANOL ÉSTER METÍLICO + DIGLICÉRIDO

DIGLICÉRIDO + METANOL ÉSTER METÍLICO + MONOGLICÉRIDO

MONOGLICÉRIDO + METANOL ÉSTER METÍLICO + GLICERINA

TRIGLICÉRIDO + METANOL ÉSTER METÍLICO + DIGLICÉRIDO

DIGLICÉRIDO + METANOL ÉSTER METÍLICO + MONOGLICÉRIDO

MONOGLICÉRIDO + METANOL ÉSTER METÍLICO + GLICERINA

CATALIZADORESCATALIZADORES

Homogéneos

Heterogéneos

Enzimáticos

NaOHKOH


TECNOLOGÍAS DE APLICACIÓNTECNOLOGÍAS DE APLICACIÓN

UTILIZACIÓNUTILIZACIÓN

Adaptación del motor Diésel para uso de aceites

Motores específicos para uso de aceites (Motor Elsbett)

Mezclas de gasóleo con aceite

Mezclas de gasóleo con ésteres metílicos

Mezclas de gasóleo con alcohol

B5 B10 B20 B30 B100

Aditivo

EN590

Aumento leve del consumo

Disminución leve de la potencia

Problemas de arranque en frío

Mejora de la combustión

Incompatibilidad con materiales de vehículos anteriores a 1998

Mayor lubricidad

Menor ensuciamiento de inyectores

Aumento leve del consumo

Disminución leve de la potencia

Problemas de arranque en frío

Mejora de la combustión

Incompatibilidad con materiales de vehículos anteriores a 1998

Mayor lubricidad

Menor ensuciamiento de inyectores

EL BIOETANOLEL BIOETANOL

BIOETANOLBIOETANOL

“Alcohol producido a partir de la fermentación de los azúcares que se encuentran en diferentes cultivos, que mezclado con la gasolina produce un biocombustible de alto poder energético con características muy similares a la gasolina pero con una importante reducción de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustión”

5% de bioetanol +

95% de gasolina

MEZCLAS

E5 E10 E85 E95 E-DIESEL ETBE

10% de bioetanol +

90% de gasolina

85% de bioetanol+

15 % de gasolina

95% de bioetanol+

5% de gasolina

bioetanol+

gasóleo

Aditivo de gasolinasProporción 10-15%


COMERCIALIZACIÓNPRODUCCIÓNMATERIAS PRIMAS

Maíz

Trigo

Cebada

Sorgo

Maíz

Trigo

Cebada

Sorgo

Remolacha

Caña azúcar

Melaza

Remolacha

Caña azúcar

Melaza

Madera

Residuos de podas

RSU

Madera

Residuos de podas

RSU

CELULOSAS

AZÚCARES

ALMIDONES

HIDRÓLISIS

HIDRÓLISIS

FERMENTACIÓN DESTILACIÓN

DDGS

Combustible único

ETANOLHIDRATADO

96%

ETANOL (mezclas)

99,6%

CO2


ACONDICIONAMIENTO DE LAS MATERIAS PRIMASACONDICIONAMIENTO DE LAS MATERIAS PRIMAS

PROCESOS DE MOLIDO

HÚMEDO (WET MILLING PROCESS) SECO ( DRY MILLING PROCESS)

PLANTAS DE PEQUEÑO Y MEDIO TAMAÑOPLANTAS DE GRAN TAMAÑO

COMPLEJIDAD (MUCHAS ETAPAS)

DDGS

Enzimas: celulasas, amilasas

HIDRÓLISIS

Hidrólisis con ácidos concentradosHidrólisis con ácidos concentrados Hidrólisis con ácidos diluidos

Hidrólisis con ácidos diluidos Hidrólisis enzimática

Hidrólisis enzimática

CONVERSIÓN DE LA CELULOSA Y ALMIDÓN

EN AZÚCARES SENCILLOS


FERMENTACIÓN DEL AZÚCAR

Levaduras

Invertasa C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

Sacarosa Agua Fructosa Glucosa

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

Sacarosa Agua Fructosa Glucosa

Zimasa C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

Fructosa/glucosa Etanol Dióxido de carbono

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

Fructosa/glucosa Etanol Dióxido de carbono

AVANCE: SACARIFICACIÓN Y

FERMENTACIÓN SIMULTÁNEAS

DESTILACIÓN

Eliminación del agua contenida en el producto

Menor punto de ebullición del etanol (78,3º C)


TECNOLOGÍAS DE APLICACIÓNTECNOLOGÍAS DE APLICACIÓN

UTILIZACIÓNUTILIZACIÓN

COMBUSTIBLE ÚNICO

MEZCLA ETANOL-GASOLINA

ETBE (etiltercbutiléter)

SABB 9-5 BioPower

FORD FOCUS FLEXIFUEL

MODIFICACIONES EN EL SISTEMA

FFV

LIGERO AUMENTO DEL CONSUMO (4%)

DISMINUCIÓN DE POTENCIA Y PAR MOTOR (2%)

AUMENTO DE LA CORROSIÓN

Etanol + Isobutileno ETBEEtanol + Isobutileno ETBE

ADITIVO DE MEJORA DELÍNDICE DE OCTANO

E-DIÉSEL

PILAS DE COMBUSTIBLE

15%ETANOL + DIÉSEL (INVESTIGACIÓN ABENGOA)

REFORMADO ETANOL PARA OBTENER HIDRÓGENO

ASPECTOS GENERALES DE LOS BIOCARBURANTESASPECTOS GENERALES DE LOS BIOCARBURANTES

ASPECTOS ECONÓMICOSASPECTOS ECONÓMICOS

COSTESCOSTES

BIODIÉSEL0,745€/l

80% coste materia primaDiésel 0,45-0,50 €/l sin impuestos

BIOETANOL0,631€/l

70% coste materia prima

Gasolina 0,45-0,50 €/l sin impuestos

MERCADOMERCADO 5,75 % BIOCARBURANTES 2010 UE

1176 MILES DE TONELADAS DE BIOETANOL

1616 MILES DE TONELADAS DE BIODIÉSEL

TRATAMIENTO FISCALTRATAMIENTO FISCAL EXENCIONES TIPO IMPOSITIVO 0€ POR 1000 LITROS

SUBVENCIONES A LA INVERSIÓN

2003-2012


SITUACIÓN ACTUALSITUACIÓN ACTUAL

SITUACIÓN MUNDIAL SITUACIÓN EUROPEA Y ESPAÑOLA

BIOETANOL

BRASIL 15,1x109 millones l/año

EEUU 13,4x109 millones l/año

Total mundial

40,77x109 millones l/año

BIODIÉSEL 2005

BIOETANOL 2005

BIODIÉSEL

ALEMANIA

FRANCIA

ITALIA


FUTURO DE LOS BIOCARBURANTESFUTURO DE LOS BIOCARBURANTES

BARRERAS

COSTES DE PRODUCCIÓN E INVERSIÓN

MATERIAS PRIMAS (CANTIDAD, CALIDAD Y PRECIO)

MERCADOS ALTERNATIVOS

COSTES LOGÍSTICOS

SUBPRODUCTOS

INCERTIDUMBRE DESPUÉS DEL 2012

DIFICULTADES TÉCNICAS

CARENCIAS DE OBLIGATORIDAD

AUSENCIA DE MERCADO

POSIBLES CONSECUENCIAS AMBIENTALES

APOYO DE LOS FABRICANTES DE VEHÍCULOS

COSTES DE PRODUCCIÓN E INVERSIÓN

MATERIAS PRIMAS (CANTIDAD, CALIDAD Y PRECIO)

MERCADOS ALTERNATIVOS

COSTES LOGÍSTICOS

SUBPRODUCTOS

INCERTIDUMBRE DESPUÉS DEL 2012

DIFICULTADES TÉCNICAS

CARENCIAS DE OBLIGATORIDAD

AUSENCIA DE MERCADO

POSIBLES CONSECUENCIAS AMBIENTALES

APOYO DE LOS FABRICANTES DE VEHÍCULOS

INVESTIGACIONES DE MEJORA DEL PROCESO Y NUEVOS CULTIVOS

APOYO DE LA ADMINISTRACIÓN

(SUBVENCIONES, EXENCIONES, OBLIGATORIDAD)

INTERNALIZACIÓN DE COSTES

APOYO DE LOS FABRICANTES

PLAN DE FOMENTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES

PLAN DE ENERGÍAS RENOVABLES

ENERGÍA RENOVABLE

REDUCCIÓN EMISIONES GEI

BIODEGRADABLES Y NO TÓXICOS

CREACIÓN DE EMPLEO

ALTERNATIVA A LA RETIRADA DE TIERRAS DE LA PAC

PUNTOS A FAVOR

MUCHAS GRACIASMUCHAS GRACIAS

estudio de la obtenciÓn de biocarburantes lÍquidos a partir de la biomasa

Engineering