Alumno: Carlos Arturo Escárcega Pliego Profr.: Dr. Roberto Best y Brown

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INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA

BIOMASA

Alumno: Carlos Arturo Escárcega Pliego

Profr.: Dr. Roberto Best y Brown

“BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGIA RENOVABLE”

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BIOMASA

INTRODUCCION

BIOMASA ES TODA LA MATERIA VIVA EN LA SUPERFICIE EXTERNA DELGADA DE LA TIERRA LLAMADA BIOSFERA

desechos

Planta de biogás

Composta

CICLO IDEAL DEL CO2

CO2

ENERGIA SOLAR

ENERGIATRANSPORTE, TERMICA

Y ELECTRICA

PUEDE VERSE COMO UN ENORME ALMACEN DE ENERGIA QUE SE RENUEVA CONTINUAMENTE

33


BIOMASA

TOTALES MUNDIALES DE BIOMASA (millones de toneladas métricas)

0

200

400

600800

1000

1200

14001600

1800

2000

Total Masa de Materia Viva incluyendo Humedad 2,000

Total en Plantas de tierra 1,800

Total en Bosques 1,600

POBLACION MUNDIAL 5, 500 MILLONES

400 TON / PERSONABIOMASA TERRESTRE PER CAPITA

44


BIOMASA

DE LA MADERA AL CARBON

HASTA FINALES DEL SIGLO XVII LA BIOMASA (MADERA) ERA LA PRINCIPAL FUENTE DE ENERGIA

CALENTAMIENTO ILUMINACION

CARBON DE MADERA

UNA VISION DEL ORIGEN DE LA REVOLUCION INDUSTRIAL

CRECIMIENTO DE LAPOBLACION

INCREMENTO EN EL PRECIO DE LA MADERA

PRODUCCION DE METALES

USO DE CARBON MINERAL (MAS ECONOMICO)

AGOTAMIENTO DEL CARBON MINERAL SUPERFICIAL

CAVADO DE MINAS PROFUN-DAS (REQUIERE BOMBEO AGUA DE FLOTACION)

PRIMERAS MAQUINAS

55


BIOMASA

LA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE

OXIDACION RAPIDA DE UN MATERIAL EN EL OXIGENO DEL AIRE CON DESPRENDIMIENTO DE LUZ Y CALOR

COMBUSTION

BIOMASA

Celulosa

Azúcares (Carbohidratos)

Almidones

Proteínas

energíaOHCOOCH 2224 22Ejemplo: Metano

energíaOHCOOOCH 2222Combustión de Carbohidratos

66


BIOMASA

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR

CO2

H2O

•Procesos naturales de descomposición y•Cadenas alimenticias AEROBIAS

BIOMASA

Carbón

Hidrógeno

Oxígeno

Nitrógeno

PRINCIPALES CONSTITUYENTES DE LA MATERIA VIVA

FOTOSINTESIS: Proceso inverso a la combustión o descomposición que ocurre en forma natural en las plantas verdes

2222 OOCHSolarEnergíaOHCO

DE ESTA FORMA EL CRECIMIENTO DE LA MATERIA VIVA EN LA BIOSFERA PUEDE VERSE COMO UNA FORMA DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR

CIERREDE CICLO

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BIOMASA

FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA

1.- COMBUSTION DIRECTA

BIOMASA

SecadoDespedazadoPeletizado

COMBUSTIBLE Calentamiento doméstico

Calentamientoindustrial

Energía Eléctrica

88


BIOMASA

FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.)

2.- GASIFICACIONCONSISTE EN HACER REACCIONAR UN COMBUSTIBLE SÓLIDO CON VAPOR DE AGUA Y AIRE u OXIGENO A ALTA TEMPERATURA

Tratamiento inicial

Planta de vapor

GasificadorSeparación de residuos

Lavado de gas

BIOMASA

AGUA

AIRE

Gas de bajo poder calorífico

PROCESO CON AIRE

Tratamiento inicial

Planta de vapor

Gasificador

Separación de residuos

Lavado de gas

BIOMASA

AGUA

AIRE

Gas con poder calorífico medio

PROCESO CON OXIGENO

Planta de oxígeno

Ajuste de relación C:H

Síntesis

Remoción de CO2

Separación

Gas de síntesis

Combustible gaseoso

Combustible líquido

99


BIOMASA


3.- DIGESTION ANAEROBIA

DESCOMPOSICION DE MATERIA ORGANICA EN METANO Y BIOXIDO DE CARBONO EN AUSENCIA DE OXIGENO MEDIANTE LA ACCION DE BACTERIAS

DIGESTION ANAEROBIA DE BIOMASA

NATURAL

SINTETICA

•DESCOMPOSICION DE VEGETACION TERRESTRE•DESCOMPOSCION DE MAT. ORGANICA EN CUERPOS DE AGUA

DIGESTORES ANAEROBIOS•Residuos Agrícolas•Residuos Urbanos

RELLENOS SANITARIOS•Residuos Agrícolas•Residuos Urbanos

PRODUCTOS

BIOGASCH4 50-75%CO2 25-50%

RESIDUOComposta

COMBUSTIBLE•Doméstico•Transporte•Generación eléctrica

COMPOSTA•Uso Agrícola•Alto contenido de nutrientes

1010


BIOMASA


ALTOS TIEMPOS DE RESIDENCIA EN LOS

REACTORES (Equipos muy grandes)

EJEMPLO DE DIAGRAMA DE FLUJO

DIGESTIOS ANAEROBIA DE RESIDUOS SOLIDOS ORGANICOS Y LODOS DE TRATADORA DE AGUA

3.- DIGESTION ANAEROBIA (cont.)

1111


BIOMASA


4.- RELLENOS SANITARIOS

SITIOS EXPROFESAMENTE DISEÑADOS Y CONSTRUIDOS PARA CONFINAR RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES DE MANERA CONTROLADA

FASES

1.- PREPARACION DEL TERRENO

2.- LLENADO POR CAPAS

3.- RECUBRIMIENTO

DESCOMPOSICION ANAEROBIA DE MATERIA ORGANICA

PROCESO

BIOGAS150-300 m3/ton basura

1212


BIOMASA


5.- FERMENTACIONPROCESO MEDIANTE EL CUAL LOS AZUCARES SON CONVERTIDOS EN ALCOHOLES MEDIANTE REACCIONES BIOLOGICAS ANAEROBIAS

BIOMASAHidrólisis

AZUCARES

FermentaciónDestilación

ETANOL•Uso directo•o diluente de gasolina

MATERIA PRIMA LITROS/ton Litros/ha*año

Caña de Azúcar 70 400 – 12000

Maíz 360 250 – 2000

Yuca (raíz) 180 500 – 4000

Papa (dulce) 120 1000 – 4500

Madera 160 160 - 4000

RENDIMIENTOS EN ETANOL

1313


BIOMASA

FUENTES DE BIOMASA

BIOMASA

RESIDUOS DEGANADERIA

•RESIDUOS DE COSECHAS•RESIDUOS DE MADERA•EXCEDENTES DE PRODUCCION

RESIDUOSAGRICOLAS

CULTIVOSENERGETICOS

•MADERA•CAÑA DE AZUCAR•MAIZ, SORGO

RESIDUOSDE CULTIVOSTROPICALES

•BAGASO DE CAÑA•CASCARILLA DE ARROZ•CASCARA DE COCO

DESECHOSSOLIDOS

ORGANICOS

•RESIDUOS SOLIDOS MUNICIPALES

•RESIDUOS COMERCIALES E INDUSTRIALES

1414


BIOMASA

METODOS DE EXTRACCION DE ENERGIA EN FUNCION DE LA FUENTE DE BIOMASA

COMBUSTION DIRECTA

GASIFICACION DIGESTION ANAEROBIA

RELLENOS SANITARIOS

FERMENTACION Y EXTRACCION

RESIDUOSAGRICOLAS

RESIDUOS DEGANADERIA

RESIDUOSDE CULTIVOSTROPICALES

DESECHOSSOLIDOS

ORGANICOS

CULTIVOSENERGETICOS

•Energía térmica•Energía Eléctrica

•Energía térmica•Energía Eléctrica

Gas de Síntesis

•Energía térmica•Energía Eléctrica•Transporte

BIOGAS

•Energía térmica•Energía Eléctrica•Transporte

BIOGAS

•Transporte

ETANOLACEITES

1515


BIOMASA

POTENCIAL DE OBTENCION DE ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA vs CONSUMOS ACTUALES

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA POR BIOMASA TERRESTRE 3,000 EJ/año

Carbón23%

Petróleo32%

Nuclear6%

Hidro6%

Biomasa14%

Gas19%

CONSUMO TOTAL DE TODAS LAS FORMAS DE ENERGIA 400 EJ/año

750 %

>

1616


BIOMASA

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

EFICIENCIA DE CONVERSION DE ENERGIA SOLAR EN BIOMASA

EN TERMINOS ENERGETICOS, NO TODA LA RADIACION INCIDENTE EN UNA PLANTA VERDE ES CONVERTIDA EN ENERGIA UTILIZABLE

Ejemplo: Una hectárea de tierra en una zona con Irradiancia de 1000 kWh/m2 año

1000 kWh equiv. 3.6 GJ y 1 ha equiv. 10,000 m2 36,000 GJ

Solo 1/3 se recibe durante el periodo de crecimiento 12,000 GJ

20% de ésta llega efectivamente a las hojas 2,400 GJ

16.7% de la cual se pierde por reflexión 2,000 GJ

50% de ésta fotosintéticamente activa 1,000 GJ

30% de ésta = energía almacenada 300 GJ

60% de ésta se convierte en follaje 180 GJ

SOLO 0.5% DE LA RADIACION TOTAL RECIBIDA SE CONVIERTE EN FOLLAJE

10 TONELADAS DE BIOMASA (BASE SECA) / hectárea año

1717


BIOMASA

DISPONIBILIDAD DE LA BIOMASA COMO RECURSO ENERGETICO

NO TODA LA BIOMASA QUE POTENCIALMENTE CRECE EN LA TIERRA (3,000 GJ/año) ES UTILIZABLE COMO ENERGIA

ALIMENTACION HUMANA

FORRAJE

MADERA Y FIBRAS

ENERGIA

FUENTE DE BIOMASA POTENCIAL ANUAL DE DISPONIBILIDAD (EJ)

Cultivos Energéticos 128Residuos Animales 25Resuduos de Forestales 14Residuos de Caña de Azúcar 12Bosques Existentes 10Residuos Urbanos 3TOTAL 205

UN ESTIMADO DEL POTENCIAL REAL UTILIZABLE PARA LA PRODUCCION DE ENERGIA PARA EL AÑO 2050 (Conferencia de las Naciones Unidas en Medio Ambiente y Desarrollo)

50% del consumo actual

1818


BIOMASA

BENEFICIOS E IMPACTO AMBIENTAL

COMBUSTION DIRECTA

CICLO CERRADO DE CO2

BENEFICIOS

DISMINUCION DE CO2 DE EFECTO INVERNADERO

DISMINUCION EN LA EMISION DE OXIDOS DE AZUFRE

DISMINUCION EN EL EFECTO DE LLUVIA ACIDA

APROVECHAMIENTO DE BIOGAS EN RELLENOS SANITARIOS

REDUCCION EN EL METANO QUE SE EMITE AL AMBIENTE

DISMINUCION DE CH4 DE EFECTO INVERNADERO30 veces mayor que CO2

IMPACTOS POTENCIALESEFECTO NOCIVO DEL USO DE FERTILIZANTES Y PESTICIDAS

1919


BIOMASA

ASPECTOS ECONÓMICOS

FACTORES INSTITUCIONALES

•RÉGIMEN DE IMPUESTOS•GRATIFICACIÓN PARA INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO•CUANTIFICACIÓN EN TÉRMINOS ECONÓMICOS DEL USO DE COMBUSTIBLES “NEUTROS” EN EFECTO INVERNADERO

•IMPUESTO AL USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES

BIOGAS

ÉXITO ECONÓMICO SI: •EL GAS SE VENDE AL PRECIO COMPARABLE AL GAS NATURAL•SE DA UN CRÉDITO POR LA DISPOSICIÓN DE DESPERDICIOS•LAS PLANTAS DE BIOGAS SE OPERAN EN CICLOS COMBINADOS

CULTIVOS ENERGÉTICOS

ÉXITO ECONÓMICO SI: •PUEDEN PRODUCIRSE EN TIERRAS SIN USO AGRÍCOLA A UN COSTO COMPETITIVO CON COMBUSTIBLES FÓSILES

RESIDUOS FORESTALES

ÉXITO ECONÓMICO SI: •SE EMPLEAN EXCEDENTES QUE ACTUALMENTE SE DISPONGAN HACIA RELLENOS SANITARIOS

ETANOL

ÉXITO ECONÓMICO DEPENDE DE : •SI SE PRODUCE EX- PROFESO O ES UNA ADICIÓN A LA PRODUCCIÓN DE AZÚCAR

•SI SE PRODUCE COMO EXTENDEDOR DE GASOLINA O PURO •EL PRECIO DE LA GASOLINA EN EL MERCADO

2020


BIOMASA

FIN

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BIOMASA

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