SEMINARIO INTERNACIONALBIOCOMBUSTIBLES Y SU FUTURO

EN LA MATRIZ ENERGÉTICASantiago, 4 de noviembre de 2009

Transformación termoquímica de biomasay su impacto en la matriz energética nacionaly su impacto en la matriz energética nacional

Alex BergUnidad de Desarrollo Tecnológico

Universidad de ConcepciónChile

Contenido

1 La matriz energética nacional1. La matriz energética nacional

2. Tipos de biomasa y su disponibilidadp y p

3. Conversión termoquímica de biomasa

4. Potencial energético de biomasa

5. Conclusiones

GasNatural

UsoIndustrial

22155

La matriz energética nacional10211

Natural42718

GeneradoresEléctricos

EnergíaEólica

g

25345514 351

19431

488

19.576

Eléctricos

EnergíaPerdida163153Energía

Hidroeléctrica SectorTransporte

86923

2640

17385

30918

51

4696

Carbón40864

UsoIndustrial

5614245

Biomasa49841 Sector

Industrial yMinero91747

Industrial5622

2366

1

72480

34618

PetróleoCrudo

106155

RefineríaDe

PetróleoSector

C i l

EnergíaUtilizada128471

38606

ComercialPúblico y

Residencial62267

UsoIndustrial

1757

Tipos de biomasa y su disponibilidad

Biomasa:

p y p

Toda materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial.

• Bosques

• Cultivos agrícolas

Al i

• Residuos sólidos urbanos

• Residuos orgánicos industriales

• Efluentes líquidos• Algas marinas

• Animales

Efluentes líquidos

• Lodos de plantas de tratamiento

• Residuos forestales

• Residuos agrícolas

• Residuos de animales

Tipos de biomasa y su disponibilidadp y p

Biomasa forestal usada energéticamente:

Aserrín ~ 3,5 MM m³

Corteza ~ 1,0 MM m³

Leña ~ 10 MM m³

Subproductos industriales ~ 1 MM m³

Biomasa forestal sin uso comercial:

Subp oductos dust a es

Residuos cosecha forestal 3,5 – 4,0 MM m³

Bosque nativo 5 10 MM m³Bosque nativo 5 - 10 MM m

Plantaciones energéticas

SubproductosIndustria forestal

Subproductos Cosecha forestal

Abastecimiento de biomasa

Conversión termoquímica de biomasa g

Transporte, almacenamiento, pretratamiento

q

Conversiónfísica o química

Densificación, modificación química

Conversióntermoquímica

Gasificación, pirólisis

Conversión bioquímica

Fermentación alcohólica fermentación anaeróbicaq

Procesos de conversión

BiocombustiblesSólidos, líquidos, gaseosos

Biomateriales Productos químicosFenoles, alcoholes, ácidos,

Termoplásticos, termoestables carbohidratos, químicos finos

Desarrollo de productos

Conversión termoquímica de biomasaPirólisis

Biomasa

Pirólisis rápida

Bio-Oil

Procesos de separación

Comb. líquidosCarboncillo

separación

Reactor fluidizado de tres etapasUniversidad de Concepción

Proyectos:

Prod. químicos

LigninaGases

pirolíticosReactor fluidizado de tres etapas

Universidad de Concepción

oyectos:• FONDEF: “Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido Mediante Conversión Termoquímica de Biomasa” (UDT),

2009 – 2010.• CONICYT BASAL: “Diseño y Construcción de Reactor de tres Etapas para Pirólisis Flasch” (UDT), 2008 – 2009.• CONICYT BASAL: “Desarrollo y Evaluación de Métodos analíticos para la Determinación de Compuestos volátiles, ácidos orgánicos y

levoglucosano en Bio Oil” (UDT), 2008 – 2009.

Conversión termoquímica de biomasaPirólisis

Biomasa

Pirólisis rápida

Bio-Oil

Procesos de separación

Comb. líquidoCarboncillo

separación

Reactor fluidizado de tres etapasUniversidad de Concepción

Proyectos:

Prod. químicos

LigninaGases

pirolíticosReactor fluidizado de tres etapas

Universidad de Concepción

oyectos:• FONDEF: “Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido Mediante Conversión Termoquímica de Biomasa” (UDT),

2009 – 2010.• CONICYT BASAL: “Diseño y Construcción de Reactor de tres Etapas para Pirólisis Flasch” (UDT), 2008 – 2009.• CONICYT BASAL: “Desarrollo y Evaluación de Métodos analíticos para la Determinación de Compuestos volátiles, ácidos orgánicos y

levoglucosano en Bio Oil” (UDT), 2008 – 2009.

Conversión termoquímica de biomasaGasificación

Biomasa Diesel FT DME

Gasificación Purificación Gas de í iGasificación

/ reformado síntesis

Corriente compuesta por:

Fuerza y calor

MeOH CH4

H2, CO2, CO, CH4, C2H4, H2O

Conversión termoquímica de biomasaGasificación

Gasificación de licor negroProceso CHEMREC:• Planta Weyerhaeuser New Bern en North Carolina EEUU (1996 2003)• Planta Weyerhaeuser New Bern en North Carolina, EEUU (1996, 2003)• Planta Pitea, Suecia• Producción nacional: 4 MM ton/año

Conversión termoquímica de biomasaPirólisis

Uso energético de Tall Oil• Producción: ~ 50.000 ton/añoProducción: 50.000 ton/año• Poder calorífico: 36.000 MJ/kg• Proceso de conversión: Greasoline

Proyecto:Fondef “Combustible diesel y productos químicos finos a partir del tall oil” (UDT y Fraunhofer Umsicht), 2009-2011

GasNatural

UsoIndustrial

22155Potencial energético de biomasa

10211

Natural42718

GeneradoresEléctricos

EnergíaEólica

25345514 351

19431

488

19.576

Eléctricos

EnergíaPerdida163153Energía

Hidroeléctrica SectorTransporte

86923

279,5; 0% 18700; 22%

3960; 5%

63983,5; 73%

Tall oilLicor negroMaderaFuentes fósiles

2640

17385

30918

51

4696

Carbón40864

UsoIndustrial

3,7 MM m³ ssc

15288; 17%56

14245

Biomasa49841 Sector

Industrial yMinero91747

Industrial 15288; 17%3057,6; 3%

73401,4; 80%

Biomasa actualPotencial crecimientoFuentes fósiles

1,0 MM m³ ssc 5622

2366

1

72480

34618

PetróleoCrudo

106155

RefineríaDe

PetróleoSector

C i l

EnergíaUtilizada128471

29 358; 48%27.037; 43% Biomasa actual

38606

ComercialPúblico y

Residencial62267

UsoIndustrial

1757

29.358; 48%

5871,6; 9%

;Potencial crecimientoFuentes fósiles

2,5 MM m³ ssc

ConclusionesConclusiones1. En Chile existe abundante biomasa forestal, a bajos costos.

2. A corto y mediano plazo, el uso de biomasa residual como materiaprima para producir combustibles sólidos estandarizados es laalternativa energética alternativa con mayores beneficios privados yg y p ysociales.

3. A largo plazo, la conversión termoquímica es una alternativapromisoria idealmente a la forma de na bio refinería q epromisoria, idealmente a la forma de una bio-refinería quemaximice el valor agregado de la producción.

4. El país podría aumentar fuertemente la importancia relativa de lap p pbiomasa forestal como fuente alternativa al petróleo; tanto paraproducir combustibles, materiales como productos químicos; paraque ello ocurra, el Estado y las Empresas y los centros de I&Ddeben colaborar y establecer una estrategia de desarrollo común.

GraciasGraciasaberg@udt.cl

Características Bio Oil

Rendimiento 70-80%

pH 2,4

Contenido de agua 20 30 %

Problemas de Bio-Oil si se usa como combustible industrial:

Contenido de agua 20-30 %

Densidad 1,200 kg/m³

Poder calorífico (PCI) 16-20 MJ/kg

• Inestable en el tiempo• Corrosivo• Bajo poder calorífico

Relación másica C/H/O 55 : 6 : 38j p

• Difícil ignición

Combustible Poder calorífico (PCI)(MJ/l)

Aserrín de madera < 1

Astillas de madera 3

Bio-Oil 21

Fuel Oil 6 39

Etanol 24

Fuente: Fast Pyrolysis of Biomass: A Handbook volume 2. A V Bridgwater PyNe (2002)

Compuestos químicos en bio-oil

Phenol(in the bio-oil)

Methane(in the gases)

Water(in the bio-oil)

Carbon monoxideCarbon monoxide(in the bio-oil)

Levoglucosan(in the bio-oil)

Wood(solid)

Hydroxyacetaldehyde(in the bio-oil)

Hydrogen(in the gases)

Carbondioxide(in the gases)

(solid)

Original wood structure(at 20ºC)

Aromatic ring(in the char)

Produced fragments(after pyrolysis at 500 ºC)

Source: Biomas Technology Group (btg)(http://www.btgworld.com)

(at 20 C)

Compuestos químicos en bio-oil

Componente Fórmula Estructura Concentració en Bio-oil (%)Componente Fórmula Estructura Química

Concentració en Bio oil (%)

Ensyn BTG Dynamotive Pyrovac

Agua H2O 20 3 30 4 21 1 15 7Agua H2O 20.3 30.4 21.1 15.7Glioxal C2H2O2 0.84 1.51 1.32 0.92Hidroxyacetaldehído C2H4O2 3.69 6.65 5.65 2.54Levoglucosano C6H10O5 3.71 2.96 4.48 3.72g 6 10 5

Formaldehído CH2O 0.83 2.63 2.07 0.76Ácido fórmico CH2O2 3.7Acido acético C2H4O2 4.73 3.17 2.46 2.25Butanol C4H10O 1.29 3.15 2.85 0.80

Hidroxipropanona C3H6O2 1.63 2.82 3.91 1.10

Fuente: www.dynamotive.com; www.ensyn.com; www.btgworld.com

Lignina

A li ió

Componente de resinas termoplásicas

Aplicación:• Tableros OSB• Tableros contrachapados• Abrasivos, moldes de fundición, etc.b s vos, o des de u d c ó , e c.

Proyectos: yINNOVA BÍO BÍO “Aplicación de conocimientos biotecnológicos y químicos avanzados, para separar los componentes de la madera” (UDT) 2008-2010

Lignina

Reemplazo de fenol en resinas fenol-formaldehído

Aplicación:• Perfiles extrusionados• Productos inyectados• Productos termoformados• Productos termoformados• Encapsulante de fertilizantes de liberación controlada

Proyectos: ANR-CONICYT “NATMAT” (UDT, University of Nancy), 2009-2011Fondef D08I1100 “Desarrollo de Productos Comerciales a partir de paja de trigo” (UDT), 2009-2011

Carboncillo (carbón vegetal)

Usos:• Combustible

• Carbón activado• Nanotubos de carbono

Producción de pellets:• Aserrín• Carboncillo• Madera tostada

Proyectos:• INNOVA CHILE: “Uso sustentable de Biomasa como fuente de energía en la Región de

Aysén” (UDT), 2008 – 2010.

Gasificación

Gases para generación de p gfuerza y calor (calderas, centrales de poder, hornos de cal, etc.)

Proyectos:• CONSORCIO BIOCOMSA S.A. (ENAP, FORENERGY and Universidad de Chile), 2008 – 2012.• FONDEF: “Generación y Uso de Gases Biogénicos en Chile como Sustituto de Gas Natural (SNG)” (UDT).• FONDEF D04I1083: “Desarrollo de un Reactor molecular para la Generación de Energía a partir de Biomasa a pequeña y mediana Escala”

(Universidad de Chile), 2005 – 2008.