estudio de la obtenciÓn de biocarburantes lÍquidos a partir de la biomasa
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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
EL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALESEL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALES
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
EL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALESEL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALES
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)
EL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALESEL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALES
PRODUCCIÓN INDUSTRIALPRODUCCIÓN INDUSTRIAL
PROCESO DISCONTINUO
O BATCH
PROCESO DISCONTINUO
O BATCHPROCESO CONTINUO
PROCESO CONTINUO PROCESO
ESTERIFICACIÓN
PROCESO ESTERIFICACIÓN ESTERIFICACIÓN-
TRANSESTERIFICACIÓN
ESTERIFICACIÓN-TRANSESTERIFICACIÓN PROCESO EN
CONDICIONES SUPERCRÍTICAS
PROCESO EN CONDICIONES
SUPERCRÍTICAS
TRANSESTERIFICACIÓN
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
EL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALESEL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALES
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%
EL BIOETANOLEL BIOETANOL
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
EL BIOETANOLEL BIOETANOL
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
EL BIOETANOLEL BIOETANOL
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)
EL BIOETANOLEL BIOETANOL
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
ASPECTOS GENERALES DE LOS BIOCARBURANTESASPECTOS GENERALES DE LOS BIOCARBURANTES
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
ASPECTOS GENERALES DE LOS BIOCARBURANTESASPECTOS GENERALES DE LOS BIOCARBURANTES
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