Generación de energías limpias y productos de mayor valor a partir de

biomasa residual de la Región Litoral

Dr. Ulises Sedran

INCAPE "Ing. José Miguel Parera" (FIQ, UNL – CONICET)

Setiembre 197872 Investigadores 49 Becarios 18 Personal de apoyo

Pasantes de grado

•Procesos de refinación de petróleo y petroquímica

•Eliminación de contaminantes de efluentes gaseosos y líquidos. Desarrollo de procesos para la preservación del ambiente incluyen do combustibles no contaminantes

•Reactores catalíticos de todo tipo

•Desarrollo de procesos para el mejor aprovechamient o de los recursos energéticos del país, tanto convencionales como no convencional es y renovables. Valoración de recursos de la biomasa

•Procesos catalíticos en química fina

•Nuevos materiales ( cerámicos y metálicos para desarrollo de catalizadores nano y micro-estructurados)

•Nuevas formas de energía ( hidrógeno, biomasa (proceso termocatalíticos y co-procesamiento en refinerías))

Por primera vez en años CONICET propuso a sus U.E. la formulación de proyectos institucionales

•Aprovechamiento integral de los recursos de las U.E. •Atención a problemas regionales •Posibilidades ciertas de transferencia •Posibilidades ciertas de transferencia •Formación de recursos humanos de alto nivel•Consenso institucional

Generación de energías limpias y productos de mayor valor a partir de biomasa residual de la Región Litoral

Corrientes residuales de biomasa en la actividad económica de Santa Fe y la Región Litoral. Respuesta a

Problemas ambientales

Generación de energías limpias y productos de mayor valor a partir de biomasa residual de la Región Litoral

Problemas ambientales Subutilización

Gran potencial de aprovechamiento de tales recursos con fines energéticos para obtener productos de mayor valor

Amplia oferta de materias primas en la regiónDemandas específicas de sectores productivosExperiencia temática de los investigadores de INCAPE

PROCESOS YA EXISTENTES

- Producción de gas pobre por gasificación

- Generación de energía térmica y eléctrica

Balance de CO 2 prácticamente neutro

térmica y eléctricaLignocelulosa

DESARROLLO DE PROCESOS NUEVOS

- Producción sílice alta calidad

- Productos química fina- Producción carbón activado (nanoporos)

- Alimentos funcionales

Desarrollo de gasificadores multipropósito modulares para producción de “gas pobre”

* distintas alimentaciones residuales- generadores de energía eléctrica

Generación de energías limpias y productos de mayor valor a partir de biomasa residual de la Región Litoral

- generadores de energía eléctrica- gases calientes para procesos de intercambio térmico- sílice de alta calidad (cenizas del proceso)

Procesos de obtención de productos de alto valor mediante química fina* descartes producción-comercialización de batata y zanahoria

- fibras dietarias, - aceites con alto contenido de Omega-3- monómeros de poliésteres- solventes de uso específico

* glicerina de la síntesis de biodiesel- aceites de cocina ricos en diacilgliceroles

Materiales compuestos

Generación de energía eléctrica y/o

térmica

Aserrín de maderasCáscara de granos

Estiércol de animales

Gas pobre: H2, CO, CH4

Cenizas

térmicaSecado, desvolatilización,

craqueo y reformado

Cenizas con 20 % de Si

Gasificación o pirólisis

- Películas para filtros- Compuestos de relleno- Síntesis de materiales complejos (zeolitas, adsorbentes)

Nanopartículas de Si amorfa

Cenizas

Aceite de soja Glicerol

Industria aceitera Industria del biodiesel

Glicerólisis de TG del aceite

2 TG + Gly 3 DG

Única etapaCatalizadores heterogéneos

básicos (aún no reportado)

Aceite enriquecido en DG

Aceite de microalgas con alto contenido de Omega -3

Zanahoria de descarteBatata de descarte

30 % de la producción (50-100 tn/día)

Aceite de microalgas con alto contenido de Omega -3

Fibras dietarias

- Aditivos en productos lácteos y cárnicos- Leches enriquecidas con DHA

Deshidratación de hexosas sobre catalizadores ácidos

Zanahoria de descarteBatata de descarte

30 % de la producción (50-100 tn/día)

Sólidos ácidos: resinas, zeolitasÁcidos orgánicos e inorgánicossobre catalizadores ácidos

5-Hidroximetilfurfural

Ácido levulínico

Materia prima para precursores químicos

(γγγγ---- valerolactona ))))

Hidrólisis ácida

Ácidos orgánicos e inorgánicos

Composito

Fibras de madera Polímero (PE, PP, PET, PVC) Agente acoplamiento

Fibras de madera

Composito

Fibras de maderaSubproductos madererosSubproductos aceiteros

Plásticos derivados de proteínas de soja

Materiales de amplia aplicabilidad(particularmente construcción)

Mejor afinidad y adhesión

Separadorcon tamiz molecular

Carbón activado con

Aire Nitrógeno

Oxígeno

Carbonilla de descarte de la producción de carbón

vegetal (1500 ton/año)

Impregnación con sustancia orgánica

(tolueno, creosota, brea)+

Tratamiento a alta temperatura (600-800 ºC)

Carbón activado con tamaño de poro 3-5 Å

•Cáscara de granos

•Aserrín de maderas

•Procesos de valorización catalítica del bio-oil•Procesos de valorización catalítica del bio-oil

PirólisisDescomposición térmica

Biomasa

Hemicelulosa (entre 25 y 40 %)Polisacárido amorfo de azúcares C5 y C6

Celulosa (entre 42 y 47 %)Polímero cristalino de glucosa

Lignina (entre 23 y 33 %)Polímero de unidades fenólicas sustituídas ramificado tridimensionalmente

Descomposición térmica en ausencia de oxígeno

Producto líquido oxigenado que puede separarse en dos fracciones, según su

solubilidad en agua

Bio-oil, soluble en agua

Tar, insoluble en agua

Char (residuo sólido)Gases (CO2 y metano)

36,6 36,128,9

31,0

24,7 25,9 20,8 25,0Gases

2,8 6,2 6,63,3

35,9 31,843,7

40,7

Bio-oil

Tar

Char

Datos porcentuales

Aserrín de algarrobo

Cáscara de trigo

Aserrín de pino

Aserrín de álamo

29,2 36

21,4 26,620,4

Gases

2,4 3,18,8

4731,8

34,9

38,5

CHA PAL ResPAlEndocarpio de chañar

Pericarpio de palma

Residuo de extracción de

aceite de palma

Bio-oil

Tar

Char

Datos porcentuales

Derivados de celulosa y hemicelulosa Derivados de lignina

OH

CH3

OH

OH

O

CH3

CH3

O

OO

CH3

OH

O

OH

OCH3

O

CH3

CH3

O

O

CH3

Se identificaron 127 compuestos por CG/SM con PM entre 32 y más de 350 g/mol

Pirólisis C/O 3.5 C/O 4.2 C/O 8.5Líquido 54.7 47.6 46.6 45.5Gases 17.5 22.2 22.7 22.6Char 27.8 27.0 27.2 27.5Coque 3.1 3.5 4.3

Distribución de productos líquidos y gaseososHidrocarburos 2.2 7.9 6.7 4.7Hidrocarburos 2.2 7.9 6.7 4.7Compuestos oxigenados 33.7 17.4 17.0 18.1Hidrógeno 1.4 1.4 2.1 2.0CO2 13.7 17.8 18.2 19.0CO 0.1 0.1 Trazas TrazasAgua 19.8 23.9 24.7 23.0Desconocidos 1.3 1.1 0.6 1.0

Pirólisis C/O 3.5 C/O 4.2 C/O 8.5Líquido 61.4 41.9 43.6 46.3Gases 17.2 31.3 28.4 27.0Char 21.4 21.8 22.6 20.9Coque 5.0 5.4 5.8

Distribuciónde productoslíquidosy gaseososDistribuciónde productoslíquidosy gaseososHidrocarburos 1.3 2.6 5.0 11.7Compuestos oxigenados 28.1 11.7 9.3 3.7Hidrógeno 1.7 2.6 2.4 3.3CO2 14.6 26.9 23.3 22.6CO 0.1 Trazas 0.1 TrazasAgua 24.9 28.5 29.6 31.5Desconocidos 7.9 0.9 2.3 0.5

Distribución de productos

Bio-oil

Gases

Tar

Temperatura (ºC)550 600 650

Hidrocarburos 9.1 10.6 12.4Oxigenados 33.8 34.5 36.6CO2 33.6 32.4 29.1CO 2.6 1.8 2.3H2 4.6 4.0 4.7Agua 16.2 16.8 14.9

Distribución de productos líquidos y gaseosos (%p)

Redimientos (%p)

Char

Santa Fe Santa Fe Santa Fe Santa Fe ---- ArgentinaArgentinaArgentinaArgentina

Gracias por su atenciónGracias por su atenciónGracias por su atenciónGracias por su atención

Temperatura (ºC)550 600 650

Composición química (%p)Metano 8.7 4.4 8.2Etano + etileno 2.2 9.0 9.5Propano 1.6 2.9 -

Productos gaseosos

Propano 1.6 2.9 -CO2 70.6 72.5 62.5CO 5.5 4.0 5.2Hidrógeno 11.6 7.5 10.7Composición elemental (%p) C 31.3 34.7 34.3H 14.2 10.3 14.4O 54.5 55.0 51.3PCS (MJ kg-1) 25.4 20.1 26.9

Composición elemental (%p)C 23.8

H 7.4

O 17.2

N 1.3

Cenizas 50.3Minerales en cenizas (%)Si 52.9

Ca 2.9

Mg 0.4

Na 1.8

K 5.9

PCS (MJ kg-1) 15.6

Pirólisis de diferentes materias primas

Aserrines de pino, algarrobo, álamo, cáscara de trigo, estiércol vacuno, residuos de palma, fruto del chañar, estiércol vacuno

Diferentes condiciones de pirólisis

•Velocidad de calentamiento: 15 -20 ºC/min•Temperatura: 300-650 ºC•Caudal de nitrógeno: 20-30 ml/min•Tiempo: 30-60 min

Biomasa

Pirólisis de diferentes materias primas

Aserrines de pino, algarrobo, álamo, Cáscara de trigo Estiércol vacunoEstiércol vacunoResiduos de palma Fruto del chañar

Condiciones de pirólisis

Velocidad de calentamiento: 15 -20 ºC/minTemperatura: 300-650 ºCCaudal de nitrógeno: 20-30 ml/minTiempo: 30-60 min

Aserrrín de pino(550 ºC, 30 min)

Convencional RápidaRendimientosLíquido 50.3 61.4Bio-oil 43.7 58.2Tar 6.6 3.2

Gases 20.8 17.2Char 28.9 21.4Distribución productos líquidos y gaseososHidrocarburos 1.3 1.5Oxigenados 24.1 29.6Hidrógeno 1.4 1.6CO2 18.1 14.3CO 0.1 Trazas Agua 21.6 23.6Desconocidos 4.5 7.9