Introducción al estudio de la biomasa y fuentes principales de biomasa 2015 16 PDF

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Biomasa Introducción al estudio de la biomasa 1.- Concepto de biomasa. 2.- Tipos de biomasa 3.- Fuentes de biomasa Biomasa natural. Biomasa residual Residuos agrícolas Residuos de industrias agrícolas y agroalimentarias Residuos forestales y de industrias forestales. Residuos ganaderos Fracción orgánica de residuos urbanos y agua residual Cultivos energéticos 4.- Características energéticas de la biomasa. 5.- Biocombustibles

Ventajas e inconvenientes de su utilización como fuente energética

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1.- Concepto de biomasa El término biomasa en sentido amplio se refiere a cualquier tipo de materia orgánica que haya tenido su origen inmediato por un proceso biológico. Incluye productos animales y vegetales, pero excluye los combustibles fósiles y los productos orgánicos derivados de ellos. En la actualidad se acepta el término biomasa para denominar al grupo de productos energéticos y materia prima de origen renovable que se originan a partir de la materia orgánica formada por vía biológica. Quedan fuera de este concepto los combustibles fósiles o los productos orgánicos derivados de ellos. Según la Directiva 2003/30/CE relativa al fomento de biocarburantes u otros compuestos renovables, se define la biomasa como la fracción biodegradable de los productos de desecho y residuos procedentes de la agricultura (incluidas las sustancias de origen animal y vegetal) de la selvicultura y de las industrias conexas, así como la fracción biodegradable de los residuos industriales y municipales. Según CEN/TS 14588: biomasa es todo material de origen biológico excluyendo aquellos que han sido englobados en formaciones geológicas sufriendo un proceso de mineralización. Ya desde épocas remotas se utilizada la leña, aunque con la proliferación del uso del combustibles fósiles su uso fue decayendo. El resurgir de la utilización de la biomasa con fines energéticos supone la aplicación de los conocimientos científicos y técnicos que se poseen en la actualidad, con el fin de optimizar el proceso de captación y acumulación de la energía solar a través de la fotosíntesis y el desarrollo de procesos a nivel industrial que sean capaces de trasformar económicamente la biomasa en combustibles fácilmente utilizables.

1.2.- Tipos de biomasa Diferentes tipos según diferentes puntos de vista: A.- Según su origen Biomasa natural: es la que se produce en los ecosistemas naturales sin la intervención humana. Biomasa residual: procede de diversos usos y en principio no tiene ninguna utilidad. Cultivos energéticos: cultivos de especies vegetales destinados específicamente a la producción de biomasa para usos energéticos. Pueden ser leñosos o herbáceos. B.- Clasificación según la humedad que presenta que influye en la tecnología a utilizar para su aprovechamiento energético. Puede ser: Biomasa seca que contienen menos de un 60% de humedad. Por ejemplo madera de poda o paja. Para su aprovechamiento energético más indicado la utilización de procesos termoquímicos: combustión o gasificación. Biomasa semiseca o húmeda: mayor contenido en humedad pudiendo llegar hasta un 90%. Por ejemplo residuos animales o lodos de aguas residuales. Puede sufrir digestión anaerobia como proceso de aprovechamiento energético. C.- Clasificación según su localización

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Biomasa dispersa: se encuentra distribuida en el medio, es necesario recogida previa. Por ejemplo residuos forestales. Biomasa concentrada: se encuentra acumulada en un lugar. Puede ser de origen industrial como residuos de industrias agroalimentarias o residuos de industria del mueble o bien la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos. D.- Clasificación según sus aplicaciones Biocombustible: producto de biomasa que se utiliza con fines térmicos o producción de electricidad Biocarburante: producto que se utiliza en motores térmicos E:- Clasificación según estado físico que presenta Biocombustibles sólidos: se utilizan principalmente para usos térmicos. Biocombustibles líquidos: biocarburantes para automoción Biocombustibles gaseosos: biogás F.- Clasificación según la constitución química Hidratos de carbono: que están constituidos por Monosacáridos: azúcares simples que tienen 5 o 6 átomos de carbono (figura 1 y 2), disacáridos con 2 moléculas de monosacáridos (figura 3) y polisacáridos con muchas unidades de monosacáridos como almidón (figuras 4) o celulosa (figura 5).

Figura 1.1- Estructura de los monosacáridos A veces están en forma cíclica como la glucosa, en la figura 2

Figura 1.2.- Estructura cíclica de la glucosa Disacáridos: Entre ellos Maltosa: se encuentra en el grano de la cebada e isomaltosa que se produce por hidrólisis del almidón, lactosa que se encuentra en la leche formada por glucosa y galactosa o sacarosa que está en la caña de azúcar y en la remolacha formada por glucosa y fructosa.

Figura 1.3.- Estructura de los disacáridos

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Polisacáridos de reserva: almidón e inulina. El almidón cuyos compuestos fundamentales son la amilosa (20-25%), soluble en agua y cadena lineal enlace (1-4) y amilopectina (75-80%) poco soluble en agua y estructura ramificada con enlaces (1-4) y (1-6) (figura 1.4).

Amilosa

Amilopectina Figura 1.4- Estructura del almidón

El almidón se encuentra como hidrato de carbono de reserva en los granos de cereales, en las patatas y en muchas raíces y tubérculos. La hidrólisis del almidón produce glucosa. La Inulina: conjunto de moléculas poliméricas formado a base de cadenas de fructosa con una molécula de glucosa en el extremo de cada unidad polimérica, figura 1.5. Se hidroliza y como resultado final da moléculas de glucosa y fructosa.

Figura 1.5.- Estructura de la inulina Se encuentra en los tubérculos de pataca y en la raíz de achicoria como materia prima para la producción de bioetanol. Hay microorganismos que fermentan directamente la inulina. Polisacáridos de reserva: celulosa, hemicelulosa y lignina. Celulosa: constituye gran parte de paredes vegetales formado por unión lineal de moléculas que se agrupan las cadenas formando haces y los grupos de haces forman las microfibrillas. Se agrupan formando fibras visibles a simple vista, figura 1.6.

Figura 1.6.- Estructura de la celulosa

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Hemicelulosa: Formada por polímeros de monosacáridos de 5 C y 6 C, Le confiere más flexibilidad. La hidrólisis es más fácil que la celulosa. Lignina: Proporciona resistencia mecánica. Es un polímero muy abundante en la naturaleza. Molécula muy compleja con una estructura tridimensional formada por polimerización de moléculas cuya fórmula genérica es (C10H15O3)n. No obstante la composición específica varía según el tipo de planta y dentro de cada planta diferente según la zona. Recubre estructuras de celulosa y dificulta el acceso de elementos que producen la hidrólisis. Lípidos: Los principales elementos constituyentes son carbono, oxígeno, hidrógeno y en algún caso fosforo, nitrógeno o azufre. Ácidos grasos: formados por largas cadenas hidrocarbonadas con número par de átomos de carbono y un grupo carboxilo al final de la cadena. Los ácidos grasos pueden ser: saturados si sólo tienen enlaces sencillos entre los átomos de carbono (palmítico, esteárico y araquidónico) o insaturados con uno o varios dobles enlaces en su cadena hidrocarbonada (palmitoleico, oleico, araquidónico y linoleico).

Figura 1.7- Estructura de los ácidos grasos Ésteres de ácidos grasos con el alcohol glicerina: Si los ácidos grasos son insaturados el producto es líquido y constituye el aceite. Si son saturados es sólido y da lugar al sebo. Si se forma el éster con ácidos grasos y otro alcohol diferente a la glicerina se forma las ceras. También puede haber otros productos como los fosfolípidos que forman parte de las membranas celulares. Prótidos: constituidos por los aminoácidos, compuestos orgánicos que poseen un grupo carbono unido a un grupo carboxilo (-COOH), a un grupo amino (- NH2) y a un radical R diferente para cada aminoácido, constituyendo 20 aminoácidos distintos. Los aminoácidos se pueden unir entre sí mediante un grupo amino de un aminoácido y un grupo carboxilo de otro y pérdida de una molécula de agua, figura 1.8.

Figura 1.8.- Enlace entre 2 aminoácidos

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Si se unen...