USOS DE BIOMASA PARA LA GENERACION DE ENERGIAS RENOVABLES Profs. M.Elena Lienqueo, Oriana Salazar y Francisco Gracia

Prof. Auxiliar: Diego Díaz Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología

Facultad de Ciencias. Físicas y Matemáticas Universidad de Chile CFG: USOS DE BIOMASA PARA LA GENERACION DE ENERGIAS RENOVABLES

TRANSFORMACIONES FISICOQUIMICAS Y BIOQUIMICAS

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Agenda ¿ Qué son las transformaciones Físicoquímicas y Bioquímicas?

¿ Qué son los biocombustibles ?

¿ Qué es el biodiesel ?

Proceso de producción de biodiesel

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¿ Qué son las transformaciones Fisicoquímicas y Bioquímicas?

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Transformaciones Fisicoquímicas Modificación de una materia prima a un biocombustible a través conversión química (reacción química), ejemplo las transesterificaciones para la producción de biodiesel a partir de aceites.

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Transformaciones Bioquímicas Modificación de una materia prima a un biocombustible a través conversión bioquímica (reacción química realizada por medio de m.o o enzimas), ejemplo fermentaciones para producir bioetanol o digestiones anaeróbicas para producir biogás. Fermentación

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BIOCOMBUSTIBLES

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Agenda ¿ Qué son las transformaciones Físicoquímicas y Bioquímicas?

¿ Qué son los biocombustibles ? ¿ Qué es el biodiesel ?

Proceso de producción de biodiesel.

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¿ Qué son los biocombustibles?

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Biocombustibles DEFINICION:

Los biocombustibles son cualquier combustible que derive de organismos recientemente vivos o de sus desechos metabólicos, que pueden sustituir parte del consumo de combustibles fósiles tradicionales . - Biodiesel

 Sustituye al Diesel

-Biogás  Gas

-Bioetanol  Sustituye a las gasolinas CFG: USOS DE BIOMASA PARA LA GENERACION DE ENERGIAS RENOVABLES

¿ Qué requisitos debería cumplir un biocombustible? 1. Entregar un balance energético positivo 2. Entregar beneficios medioambientales 3. Ser económicamente competitivo 4. Su escala de producción no debe poner en riesgo el suministro alimenticio

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Clasificación de Biocombustibles

1. Primera Generación

2. Segunda Generación 3. Tercera Generación

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Biocombustibles de Primera Generación Biocombustibles producidos de azúcar, almidón y aceites de una parte específica (frecuentemente comestible) de plantas tradicionales como caña de azúcar, trigo, maíz, palma aceitera y soya. Esos biocombustibles (etanol y biodiesel) ya son producidos y comercializados en cantidades significativas por diversos países, respondiendo actualmente por 1,5% del total de combustibles de transporte en el mundo. Su expansión, sin embargo, levanta algunas preocupaciones, principalmente en lo que se refiere al uso de la tierra. CFG: USOS DE BIOMASA PARA LA GENERACION DE ENERGIAS RENOVABLES

Biocombustibles de Segunda Generación Biocombustibles celulósicos, son producidos de materias-primas no alimentares como residuos agroindustriales y gramíneas forrajeras de alta producción de biomasa. Su producción es significativamente más compleja, si comparados a los de 1ra generación y todavía no son comercializados.

Las tecnologías para una conversión de biomasa celulósica a biocombustibles son existentes, pero todavía no aplicadas en producción de gran escala. CFG: USOS DE BIOMASA PARA LA GENERACION DE ENERGIAS RENOVABLES

Biocombustibles de Tercera Generación Son producidos a partir de la materia-prima modificada genéticamente de modo que facilita los procesos subsecuentes. Los agentes de conversión (microorganismos, algas) también son modificados genéticamente para que el proceso sea más eficiente.

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Biocombustibles de 1.5 Generación Ganduglia (2008) Incluirían aquellos producidos por tecnologías convencionales, pero con materias primas alternativas a las utilizadas actualmente, menos sensibles a la competencia con la producción de alimentos. Entre estas se encontrarían diversas especies arbustivas o arbóreas perenes oleaginosas u otras con potencial de desarrollarse en zonas áridas o semi-áridas de tierras marginales, como jatropha, camelina y microalgas.

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Reducción en las emisiones de gases

de efecto invernadero por el uso de biocombustibles

Bioetanol desde

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Biocombustibles HOY- Primera Generación • Etanol de maiz (USA), caña de azúcar (Brasil) y granos (UE) • Biodiesel de soya (USA), aceite de palma (Brasil), y cánola (UE) • E10 (10% etanol-gasolina) y B20 (20% biodiesel-diesel) puede ser usado en vehículos existentes MEDIANO PLAZO- 1,5 y Segunda Generación • Etanol de biomasa celulósica (biocombustible de segunda generación) • Biobutanol • Biodiesel de plantas no comestibles (jatropha) y de algas LARGO PLAZO- Tercera Generación

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Agenda ¿ Qué son las transformaciones Físicoquímicas y Bioquímicas?

¿ Qué son los biocombustibles ?

¿ Qué es el biodiesel ? Proceso de producción de biodiesel

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¿ Qué es el biodiesel ?

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BIODIESEL Definición Es un combustible líquido que puede reemplazar en forma total o parcial al Diesel. Existen dos tipos de Biodiesel Biodiesel de Primera Generación Los que se sintetizar a partir de aceites y por medio de una reacción química llamada transesterificación. Biodiesel de Segunda Generación Los que se obtienen a partir del gas de síntesis (CO + H2) por medio de una reacción de Fischer–Tropsch.

Ambos biodiesel con compuestos diferentes, pero pueden sustituir al diesel.

BIODIESEL

(desde aceites)

Definición Es un combustible líquido que se obtiene por conversión química entre un alcohol y aceites vegetales o grasas animales y es usado en motores Diesel solo o mezclado con gasoil. Materias Primas: • Aceites vegetales: colza, soja, y girasol, maní, palma, lino y otros (ricino, cártamo, jatropha) • Aceites comestibles usados o grasas animales. • Aceites a partir microalgas. CFG: USOS DE BIOMASA PARA LA GENERACION DE ENERGIAS RENOVABLES

Reacción de Transesterificación de triglicéridos con metanol La transesterificación es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi (OR) de un éster (aceite) por otro alcohol (OH), generalmente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base o enzimas.

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Materia Prima

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Rendimiento en la producción de Biodiesel por diferentes fuentes vegetales

Producción de aceite por Ha por año

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Marco Regulatorio

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Especificaciones para el Diesel

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Proceso simple de producir.

Proceso complejo y con alta demanda de energía.

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¿ Qué es el biodiesel ?

Proceso de producción de biodiesel

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Proceso

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Reacción de Transesterificación de triglicéridos con metanol La transesterificación es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi (OR) de un éster (aceite) por otro alcohol (OH), generalmente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base o enzimas.

Jatropha

Microalgas

El proceso del Biodiesel Ácido, enzimas

•Prensado •Extracción supercrítica Reciclo Fundamental

Subproductos

Costos

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Ventajas y Desventajas

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VENTAJAS • Combustible renovable. • No es tóxico, produce menos emisiones. contaminantes (no produce Dióxido de azufre (SO2)) • Punto de inflamación más alto. • Miscible con gasoil (Mezclas en distintas proporciones) • Posee cualidades lubricantes. • No requiere modificar los motores diesel convencionales.

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DESVENTAJAS • Menor Poder Calorífico. por lo que baja el rendimiento y potencia del motor. • Leve aumento en la emisión de óxidos de nitrógeno (NO2). • Se congela 2 a 3 grados sobre el gasoil (problema en climas fríos). • Posee baja estabilidad hidrolítica y oxidativa (almacenamiento no debe exceder los seis meses). • Su poder solvente puede ocasionar problemas con elementos de caucho y cuando es cargado en depósitos sucios.

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Agenda

¿ Qué son las transformaciones Físicoquímicas y Bioquímicas? ¿ Qué son los biocombustibles ?

¿ Qué es el biodiesel ?

¿Cómo es el proceso de producción de biodiesel ?

¿Cómo está Chile en el área? CFG: USOS DE BIOMASA PARA LA GENERACION DE ENERGIAS RENOVABLES

Situación Chilena frente al biodiesel

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BIODIESEL: AVANCES EN CHILE •

•

En Mayo 2009 se publicó la norma que especifica las condiciones técnicas para la producción de biodiesel en Chile. La mezcla permitida es entre 2% y 5% de biodiesel por litro de diesel. La producción de biodiesel en Chile ha sido difícil, básicamente por falta de materia prima. – Chile no posee tierras para desarrollar cultivos como la soja a gran escala – la superficie de cultivo de maravilla es básica, y el cultivo del raps, que puede ser una alternativa – obtiene mejor precio como alimento para las salmoniculturas de exportación.

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BIODIESEL: AVANCES EN CHILE •

Una buena opción son aceite vegetal usado o la grasa animal, – Grasas animales generada principalmente por los supermercados (grasa que queda de los pollos asados que comercializan y los desechos de grasa de vacuno). Generan sobre 170 toneladas mensuales. – El aceite vegetal usado lo generan las grandes cadenas de comida rápida, que generan sobre 80 toneladas mensuales de aceite usado, y las industrias de snacks sobre 160 toneladas.

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•

Los residuos señalados son de interés de otras industrias, especialmente aquellas dedicadas a la fabricación de alimentos para consumo animal y humano, las cuales ofrecen un mayor precio de compra que el ofrecido por los productores de biodiésel.

•

80 toneladas/mes de aceite vegetal usado produce tan solo 2.600 litros diarios de biodiésel.

•

Una empresa con una capacidad de producción de 52 mil litros usando toda la materia prima disponible en Chile no podría fabricar más de 20 mil litros diarios. •

•

Se espera a mediano plazo incrementar en gran medida las ventas de biodiesel ya que una nueva ley obliga a las generadoras a producir un porcentaje de energía renovable a partir de Enero del 2010. •

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¿En que se avanza en Chile?

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¿Qué se hace en Chile en el área Biodiesel?

Se realizan varios proyectos de investigación para mejorar el proceso: • Se buscan nuevas fuentes de aceite: – Microalgas ( 2 consorcios Empresas-Universidad) – Jatropha

• Se busca mejorar la reacción con el uso de enzimas de diversos tipos CFG: USOS DE BIOMASA PARA LA GENERACION DE ENERGIAS RENOVABLES

Cultivo de Jatropha en tierras marginales

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Proyecto "Desarrollo y validación del cultivo de Jatropha en la zona norte de Chile para la producción de biodiesel" • Facultad de Agronomía U de Chile • Participan empresas como Agroenergía S.A.; Soc. Agrícola Nacientes del Cogotí Ltda.; Liceo Agrícola Ovalle; Comercial e Industrial Binghamton S.A.; Escuela E-54 (Escuela Agrícola San Félix) y Energía Ecológica S.A. • En este momento está en ejecución la segunda etapa, que contempla adaptación de la especie, selección y propagación de genotipos sobresalientes. • Se busca definir el potencial productivo, el manejo integral y determinar su viabilidad técnico-económica. A la fecha suman un total de 10 mil plantas repartidas en las tres regiones que abarca el proyecto CFG: USOS DE BIOMASA PARA LA GENERACION DE ENERGIAS RENOVABLES

Biodiesel a partir de microalgas

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¿Qué son las microalgas? Definición: Formas primitivas de plantas, sin embargo los mecanismos fotosintéticos de las microalgas son similares a los de las plantas, suelen ser más eficientes en la conversión de la energía solar, debido a su simplicidad como organismos.

• • • •

Rangos Pueden crecer en aguas con distintas salinidades Amplios rangos de temperatura Pueden soportar y utilizar luz bajo distintas intensidades. Amplios rangos de pH

Cepas • • • • •

Chlorella sp. Nitzschia sp. (sobre 47% ácidos grasos) Spirulina Haematococcus pluvialis Dunaliella salina

Producción de aceite por Ha por año

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¿Qué se hace en Chile en el área Biodiesel de algas? Innova Corfo financia 2 consorcios en esa área: •

El consorcio Algafuels está formado por la Empresa Eléctrica del Norte Grande, Copec, Bioscany y Pontificia Universidad Católica del Chile, además de la Universidad de Concepción como socia en el

desarrollo tecnológico. •

BAL Biofuels S.A consorcio formado por Bal Chile, Enap, I-Mar, Universidad de Los Lagos y Bio Architecture Lab. es el BAL Biofuels S.A. (Macrocystis pyrifera).

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Dependiendo de las condiciones de cultivo, algunas microalgas acumulan 4060% de aceite Botryococcus braunii Producción de microalgas en Hawaii

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REFERENCIAS Cristina Machado (2010) Situación de los Biocombustibles de 2da y 3era Generación en América Latina y Caribe .

David Mousdale (2008) Biofuels, CRC Press.

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