Resumen biomasa PDF

Preview

Summary

Contenido Introducción - Biomasa como recurso energético.............................................................................. Recursos energéticos...................................................................................................................... Materias primas..............

Description

Contenido Introducción - Biomasa como recurso energético..............................................................................3 Recursos energéticos......................................................................................................................3 Materias primas.............................................................................................................................3 Tecnologías de valorización............................................................................................................4 Fuerzas impulsoras.........................................................................................................................5 Aspectos negativos.........................................................................................................................5 Situación actual..............................................................................................................................5 Biorrefinerias..................................................................................................................................6 Bloque I - Procesos termoquímicos de transformación de la biomasa sólida.....................................7 I.1 Evaluación de recursos y producción de biocombustibles sólidos.............................................7 Introducción...............................................................................................................................7 Evaluación de recursos...............................................................................................................7 Secado........................................................................................................................................ 7 Molienda y densificación............................................................................................................9 Generadores de calor...............................................................................................................12 Principales problemas..............................................................................................................12 Sistema de calidad. Sistema ENplus..........................................................................................12 Sistemas de almacenamiento...................................................................................................12 I.2 Desarrollo del plan de negocio para una planta de producción de pellets..............................13 Plan de negocio........................................................................................................................13 I.3 La biomasa sólida como combustible. Tecnologías termoquímicas.........................................14 La biomasa como combustible.................................................................................................14 Tecnologías de conversión termoquímicas, aplicaciones y usos...............................................14 Resumen...................................................................................................................................20 I.4 Planteo técnico y de negocio de una planta de generación eléctrica con biomasa.................20 0. Introducción.........................................................................................................................20 1. Objetivo: Rentabilidad..........................................................................................................20 2. La instalación........................................................................................................................21 3. Legalización de la instalación................................................................................................23 4. Recurso.................................................................................................................................23 5. Venta de producto................................................................................................................23 I.5 Planta de biomasa térmica en un hotel...................................................................................23

1. Situación inicial.....................................................................................................................23 2. Estudio de detalle y propuesta ESE.......................................................................................23 3. Ingeniería de detalle y compras............................................................................................24 4. Construcción.........................................................................................................................25 5. Puesta en marcha.................................................................................................................25 6. Resultados de la explotación................................................................................................25 Bloque II - La biomasa en el sector transporte: Biocarburantes.......................................................26 Contexto de los biocarburantes................................................................................................26 Producción y usos del biodiesel................................................................................................27 Producción y usos del bioetanol...............................................................................................30 Bloque III - Procesos biológicos de la transformación de la biomasa: Biogás...................................36 1. Introducción.........................................................................................................................36 2. Residuos biodegradables......................................................................................................37 3. Digestión anaeróbica y Biometanización..............................................................................39 4. Tecnologías de la digestión anaeróbica................................................................................41 5. Vertederos controlados de RSU............................................................................................45 6. Vertedero biorreactor...........................................................................................................45 7. El biogás................................................................................................................................45 Cadenas de valoración de la biomasa...............................................................................................46

Introducción - Biomasa como recurso energético Recursos energéticos Definición de biomasa: Conjunto de materiales de origen biológico que no han sufrido cambios profundos en su composición. El contenido energético proviene de la fotosíntesis de las plantas. La fórmula es:

El ciclo del CO2 no es 100% cerrado porque cuando se generan los biocombustibles se necesita utilizar energía que generalmente libera CO2. El ciclo es el siguiente:

Materias primas Según su composición:    

Azucarada: Con alto contenido de azucares solubles – sacarosas (caña de azúcar, remolacha, etc.) Amilácea: Con alto contenido de almidón (cereales). Oleaginosa: Con alto contenido en triglicéridos (aceite vegetal y grasas animales). Lignocelulósica: Formada por celulosa, hemicelulosa y lignina (paja, hierba, residuos forestales, etc.)

Según su origen:  

Natural Antropogénica

o o

Biomasa residual Cultivos energéticos

Clasificación de la biomasa:   

1ra generación: los que provienen de materia prima que pueda ser utilizada para alimentación 2da generación: los que provienen de materia prima no comestible 3ra generación: los que provienen de las micro-algas

Tecnologías de valorización

Fuerzas impulsoras 

 



Aspecto Social: La biomasa es la forma energética que genera la mayor cantidad de empleo por unidad de energía producida. Para uso eléctrico genera entre 5-10 empleos directos y 15-30 indirectos. Aspecto económico: Aspectos medioambientales: o Reduce la acumulación de CO2 en la atmosfera  Biocarburantes de 1G: 30-50% (reducción de acum. de CO2)  Biocarburantes de 2G y 3G: 80-90%  Aplicaciones térmicas y eléctricas: 80-90% o Reduce las emisiones de oxidos de azufre. o Si se los utiliza como biocombustibles reduce las emisiones CO. o Aprovecha materias primas residuales de otras industrias. o Aprovechas terrenos no cultivables (cultivos energéticos) Aspectos legales

Aspectos negativos 



Puede plantear impactos negativos en el medioambiente si no se los explota de forma adecuada: o En biomasa agrícola puede traer todos los inconvenientes de la agroindustria: sobreexplotación de recursos acuíferos, contaminación de suelos, atomsfera con pesticidas, etc.)  El monocultivo o En biomasa forestal: sobreexplotación forestal Puede plantear conflictos con el uso de biomasa para fines alimentarios. (Se necesita potencias la biomasa de 2G y 3G)

Situación actual En cuanto a aplicaciones térmicas, en el sector doméstico es donde la biomasa es mas competitiva. El implementar una caldera de pellets puede generar una reducción de la factura energética de 40% hasta un 80%. En el sector industrial, la biomasa no compite contra los combustibles fósiles. En aplicaciones eléctricas, la tecnología supones: 1- Elevadas inversiones 2- Incertidumbre en el suministro de MP 3- Costes de generación más elevados que otras alternativas. En biocombustibles: -

Gran cantidad de materias primas Gran variedad de procesos para su generación Rendimientos energéticos inferiores Costes de producción superiores.

Biorrefinerias

Bloque I - Procesos termoquímicos de transformación de la biomasa sólida I.1 Evaluación de recursos y producción de biocombustibles sólidos Introducción Vamos a analizar los procesos de transformación necesarios para producir biocombustibles sólidos a partir de materia prima lignocelulosica. Existen procesos físicos (el secado, reducción granulométrica y densificación) y procesos termoquímicos (pirolisis).

Evaluación de recursos Un programa interesante en biomasa, a la hora de evaluar tus recursos es el BIORISE. Este programa te permite responder las siguientes preguntas: -

Cuanta biomasa tengo a mi alrededor? Cuánto cuesta recolectarla? Cuánto cuesta transportarla?

Secado Secado natural de la biomasa residual forestal El secado de las astillas es mas complicado que el de las pacas (fardo de pasto) porque reducen su humedad aumentando considerablementes su temperatura. Una buena reducción de la humedad de las astillas sería alcanzando niveles de humedad inferiores al 25%. El secado natural de las astillas se realiza generando montículos. En ellos se produce el efecto chimenea haciendo que el aire entre por los costados y salga por la punta.

En el secado se produce una reacción bioquímica que genera calor elevando la temperatura de la pila de astillas. Esta reacción genera tmb perdidas de materia seca ya que en la reacción parte del alimento es la propia materia prima. Para tener un buen secado se recomienda: -

Controlar la temperatura de las astillas Descabezar la pila No apilar más de 50 m3 No compactar la pila (mejor aireación) Usar útiles resistentes a la corrosión acida

Es recomendable no realizar el secado a la intemperie. Si la pila se moja devuelta por alguna lluvia la temperatura de las astillas pueden subir mucho porque aumenta el proceso de hidrólisis. Las ventajas del secado son: -

Mejor precio de venta de la biomasa Mejor control de la combustión Mejora los procesos posteriores Reduce costes de transporte Calidad más uniforme

La intensidad del secado depende de: -

El contenido de humedad de la biomasa Temperatura del aire Humedad del aire Velocidad del aire

Secado forzado La humedad de la materia prima se la puede medir en base húmeda (Ph) o base seca (Ps). El consumo de energía en un secado es del orden de 1.000 kcal/kg de agua evaporada. 600 kcal son las que se necesitan para evaporar el agua, el resto de la energía son efecto de las pérdidas. Los secaderos se los puede clasificar según su método de transferencia de calor, en: -

Secaderos directos: el calentamiento se realiza por convección Secaderos indirectos: el calentamiento se realiza por conducción o por contacto

Los equipos de secado forzado son: -

Secaderos rotativos (rotary drivers)

-

Secaderos neumáticos Secaderos de lecho fluidizado (bed dry)

-

Secaderos de banda (belt dry)

Molienda y densificación Los mecanismos empleados para romper los sólidos son: 1. 2. 3. 4.

Compresión Cizalladira Impacto Rozamiento

Tipos de máquinas empleadas para la molienda:

Densificación: Transformación físico-mecánica, con o sin aditivos, de la materia lignocelulósica de granulometría fina y densidad baja, en sólidos de forma y tamaño regulares y densidad elevada. Pelets: Son gránulos de forma cilíndrica hechos con biomasa mediante un proceso de extrusión en prensa granular. Tipos de prensas: Hay dos tipos de prensas que varian según el tipo de matriz

-

Sistemas de matriz plana

-

Sistemas de matriz anular

Proceso de fabricación de pelets:

Generadores de calor Tipos de generadores según su materia prima: -

De leños De pélets De astillas

Los de leños tienen un poder calorífico muy bajo. Tecnologías de combustión 1- Quemador de carga superior (no es la mejor tecnología. Se agita la combustión cuando la MP cae). 2- De afloramiento (el ingreso del combustible no interfiere en la combustión) 3- De parrilla

Principales problemas 12345-

Suministro (seguridad y calidad) Transporte (vehículos especiales) Almacenamiento (se necesita tener un lugar apropiado. Ocupa espacio) Calderas (coste elevado) Instalación y mantenimiento (personal poco entrenado)

Sistema de calidad. Sistema ENplus Sistemas de almacenamiento En el sector doméstico se tienen los siguientes tipos de almacenamientos: -

Depósitos textil con transporte neumático

-

Depósito metálico y transporte sinfín

-

Depósito enterrado con transporte neumático

-

Silo de obra y barredor de fondo. Transporte sinfín.

I.2 Desarrollo del plan de negocio para una planta de producción de pellets Plan de negocio Contenido 1- Datos básicos del proyecto 2- Promotores del proyecto 3- Descripción de los productos

456789101112-

Plan de producción Análisis de mercado Plan de marketing Organización y personal Plan de inversiones Previsión de cuenta de resultados Financiación prevista Rentabilidad de la inversión Valoración del riesgo

I.3 La biomasa sólida como combustible. Tecnologías termoquímicas La biomasa como combustible Caracterización física del combustible -

Densidad aparente y de pila: Propiedad necesaria para el transporte y almacenamiento de la biomasa Distribución tamaño de partícula: Parámetro importante para la etapa de preparación y alimentación del combustible a la caldera. Durabilidad: Relevante para la biomasa densificada. (Cantidad de finos generados, pérdida de masa al someterlo a estress físico) Propiedades de descarga: importante para diseñar el sistema de almacenamiento y descarga. Humedad: importante para el sistema de almacenamiento y el potencial del combustible.

Caracterización química del combustible -

-

-

Análisis inmediato o Cenizas a 550°C: Si miden las cenizas que se generan a esta temperatura. Las cenizas se las analiza para ver su composición. o Volátiles a 950°C: el test se hace en ausencia de aire o Carbono fijo: Se determina por diferencia entre el peso de la materia prima restado el de las cenizas y volátiles. Análisis elemental: o Determina la concentracipon de carbono, nitrógeno e hidrógeno (importante para medir el potencial del combustible y sus emisiones) o Determinación de Azufre (S) y Cloro (Cl). Importante para medir las emisiones y corrosión. Poder calorífico. Se la mide realizando una combustión de una muestra con exceso de oxígeno. Composición de las cenizas: Generalmente no se tiene en cuenta pero es muy importante para la operación de la caldera. Para medirlo se caliente una muestra y se ve como varia su morfología.

Tecnologías de conversión termoquímicas, aplicaciones y usos Existen 3 proceso termoquímicos que se le pueden dar a la biomasa. Estos son la combustión, la pirolisis y la gasificación. Dependiendo del proceso empleado se obtienen productos diferentes:

Combustión Definición Es un proceso exotérmico que se realiza con exceso de oxígeno a unas temperaturas que varían entre los 800 y 1.000 °C. Su fórmula es:

Aplicaciones y usos -

-

Producción de calor para calentar el agua sanitaria, generar vapor en diferentes procesos productivos o generación de electricidad. Las aplicaciones térmicas son: o Calderas domésticas o Calefacción centralizada o Aplicaciones industriales Centrales térmicas de combustión de biomasa

Combustión de biomasa en el sector doméstico Combustión de biomasa en el sector industrial

Pirolisis Definición Es el proceso de rotura térmica en ausencia de oxígeno. Se realiza a temperaturas de 400 y 500°C. Es un proceso endotérmico. Su fórmula es:

Aplicaciones y usos -

Producción de bio-aceite y bio-char

Etapas del proceso 1- Al principio se realiza la pérdida de humedad. Se realiza a temperaturas menores a los 200°C. 2- Después se realiza la descomposición de la hemicelulosa. Cuando la temperatura ronda los 200-280°C. 3- Con un poco más de temperatura se descompone la celulosa (240-350°C). 4- Por último se descompone la lignina cuando la temperatura ronda los 280-500°C. A medida que las cadenas de carbono van creciendo se necesitan temperaturas más elevadas para romper sus cadenas.

La relación de productos que se generen variaría dependiendo de la temperatura del proceso y el tiempo de residencia de la MP en el proceso. Su escala varía de la siguiente manera:

Existen 4 tipos de pirolisis diferentes:

1- Pirolisis lenta o carbonización: Se maximiza el rendimiento a residuo carbonoso (char) con temperaturas inferiores a los 400 ºC, velocidades de calentamiento bajas y largos tiempos de residencia que pueden ser incluso de varios días. 2- Pirolisis convencional: Se lleva a cabo con temperaturas inferiores a 500 ºC, bajas velocidades de calentamiento y tiempos de residencia de entre medio minuto y cinco minutos. Se obtienen cantidades parecidas de sólido, líquido y gas. 3- Pirolisis rápida o “Flash” a temperaturas moderadas: Se maximiza el rendimiento a líquido con temperaturas entorno a los 500 ºC, velocidades de calentamiento altas y cortos tiempos de residencia. 4- Pirolisis rápida o “Flash” a altas temperaturas: Se maximiza el rendimiento a gas con altas temperaturas (mayores de 700 ºC), con velocidades de calentamiento altas y cortos tiempos de residencia. Esquemas de los procesos de pirolisis:

Gasificación Definición Es un proceso endotérmico que se realiza con poco oxígeno a altas temperaturas (entre 700 y 1.200 °C). Su fórmula es la siguiente:

El syngas se genera porque es un producto:

-

Fácil de transportar. Tiene un poder calorífico mayor Se lo puede emplear en motores de combustión interna.

Aplicaciones y usos -

Producción de syngas para utilizar como energía térmica, generación de electricidad y biocombustibles gaseosos y líquidos.

Actualmente es una tecnología que se encuentra en investigación y desarrollo. Etapas del proceso Se...