La biomasa es una fuente renovable de energía primaria que incluye desechos orgánicos, residuos agrícolas y cultivos energéticos. Puede aprovecharse mediante combustión directa, gasificación, digestión anaeróbica para producir biogás o transformación en biocombustibles líquidos como etanol y biodiesel. El etanol se obtiene por fermentación de azúcares en cultivos como caña de azúcar y maíz, mientras que el biodiesel se produce a partir de aceites vegetales mediante un proceso
2. BIOMASA
• SOL: fuente principal (fotosíntesis)
• Fotosíntesis: proceso por el que se capta la energía
luminosa que procede del sol y se convierte en energía
química.
• CO2, el agua y los nitratos que las plantas absorben,
reaccionan sintetizando las moléculas de carbohidratos
(glucosa, almidón, celulosa), lípidos (aceites, vitaminas),
proteínas y ácidos nucleicos que forman las estructuras
vivas de la planta.
• Eficiencia: 1 a 2% de la energía que llega a las plantas
• Fuente renovable si el Ciclo de CO2 es neutro
• Gran Potencial e importante fuente primaria de energía
actualmente en el mundo (17%)
• En el Ecuador: 20% de consumo
3. BIOMASA
FUENTES DE APROVECHAMIENTO:
• Desechos (municipales e industriales)
• Residuos de cultivos agropecuarios
• Plantaciones energéticas
– Combustión Directa
– Combustibles secundarios
4. Energía de la biomasa
Fuente: Manual Energías Renovables (Fund. Natura/WWF, 2003)
5. USOS DE LA BIOMASA
1. Biofuerza: conversión directa de la biomasa o
transformación a líquido o gas para la
generación de energía
– Combustión directa
– Combustión mixta
– Gasificación
– Digestión anaeróbica (metano)
• Doméstica
• Rellenos sanitarios
1. Biocombustibles: transformación de la biomasa
en combustibles para uso en transportación
8. DIGESTION ANAEROBICA
• Proceso de descomposición química de la
materia orgánica, bajo el efecto de
bacterias/hongos (en ausencia de oxigeno)
• Productos de un biodigestor:
– Biogás (CH4 + CO2)
– Fibra (fertilizante, alto contenido de N)
– Lodo residual (fertilizante liquido)
9. Partes de un Biodigestor
(domestico)
Fuente: Manual Energías Renovables (Fund. Natura/WWF, 2003)
10. Factores que afectan la producción de
metano
• Temperatura (30° a 40° C)
• Nutrientes (N, P, K)
• Tiempo de retención: días para producir metano.
Depende del volumen del digestor y del caudal de
materia
• Nivel de pH: bacteria metanogénica entre 6.5 y 8
• Relación C/N (de 8 a 20)
• Contenido de sólidos (2 de agua por 1 de residuo)
• Agitación: para mantener temperatura y
distribución uniforme de bacterias
12. Diseño y Capacidad de Biodigestor
1. Fuente de materia orgánica: estiércol puro o
sustrato (con fibra vegetal)
2. Cantidad total de residuo (T): en kg/día
3. Contenido total de sólidos (TS): materia
orgánica seca
4. Contenido de sólidos volátiles (VS): parte total
de sólidos que se puede transformar en biogás
5. Potencial de producción de metano (BO):
volumen de metano producido por masa de
sólidos volátiles (m3
CH4 / kg VS) entre 0.2-0.5
6. Tiempo de retención
7. Temperatura de reacción
13. Características de la materia
orgánica usada en Biodigestores
Fuente: Manual Energías Renovables (Fund. Natura/WWF, 2003)
14. CH4 producido y volumen del
Biodigestor
• VCH4 = BO x VS x (1- k/(U x RT -1+k)) en m3
/día
K descomposición de sólidos volátiles en tiempo
k= 0,6+0,0006 x e (0,1185xVS)
U: crecimiento de producción de metano con cambio de
temperatura por día
U= 0,013 x TC - 0,129
RT: tiempo de retención
• Volumen del Digestor:
VD = TS x FD x RT
FD: factor de dilución del residuo
(2: 1 agua + 1 residuo; 3 : 2 de agua + 1 residuo)
• Volumen tanque biogás:
VG: (3:1 a 10:1). En función de VD
15. Biogás de residuos sólidos urbanos (RSU)
• Vertederos controlados o rellenos sanitarios (capas
regulares que se compactan y cubren con tierra)
• Descomposición anaeróbica de materia orgánica
• Fracción orgánica de los RSU (40-60%)
• Perforaciones uniformemente repartidas para colectar el gas
• Producción anual 5-20 m3
/Ton. Depende de:
– Tipo de residuo
– Edad de vertedero
– Clima
– Manejo de relleno
• Necesario hacer pruebas (cantidad y calidad de gas) previo
a su explotación energética
• Gas producido: 35-40% (CO2) y 50-60% (CH4)
• Producción electricidad: 100-500 kWh/Ton RSU
16. BIOCOMBUSTIBLES
Biomasa que puede convertirse en combustible
liquido para generación eléctrica o en
transportación (motores), en reemplazo o
complemento de combustibles tradicionales
2 TIPOS:
• Etanol
• Biodiesel
17. ETANOL
• Por fermentación de cultivos que contiene azucares o
almidones (caña, maíz, papa, remolacha, etc.) o
celulosas (árboles, hierbas)
• Proceso similar a la fabricación de alcohol
• Etanol (CH3CH2OH) o etil alcohol, es un liquido claro que
puede disolverse en agua
• Al mezclarse con gasolina forma el gasohol, reduciendo
los niveles de contaminación
• Octanaje de 100; poder calórico de 26,63 MJ/kg
• Brasil: 40% de vehículos usan etanol E100
• Ecuador: proyecto del MEM (Guayaquil: 5% etanol)
23. BIODIESEL
• Biodiesel es un éster (Metil Ester de Ácido Graso) que
se produce de aceites vegetales, grasas animales y
grasas comestibles.
• Proceso de transesterificación con aceites orgánicos
(maíz, soya, girasol, palma): combinados con alcohol y
alterados químicamente para formar ésteres grasos
• Se mezcla con diesel convencional o se usa puro (B100)
• Su energía específica es un 5% menor que la del gasoil
(diesel), pero su elevada lubricidad compensa esta
diferencia. Rendimiento energético de ambos
combustibles es esencialmente el mismo
• Puede incrementar NO2; reduce CO, PM, hollín, tóxicos
• Es mas seguro que el diesel, mayor punto inflamación
(no requiere almacenamiento especial)
• En Ecuador: varios proyectos (ej. palma africana)
26. Impactos socio-ambientales de
los biocombustibles
• Reduce niveles de contaminación
(emisiones al aire)
• Reduce uso de combustibles fósiles
• Producción masiva:
–Uso del suelo
–Mano de obra
–Seguridad (“soberanía”) alimentaria
• “Biocombustibles” vs. “Agrocombustibles”
27. Biocombustibles vs. Agrocombustibles
• Los mayores productores de etanol, Brasil y Estados
Unidos, producen más del 70% de la oferta mundial.
• Para producir el mismo volumen de etanol, EEUU
necesita el doble del área de maíz que Brasil con caña de
azúcar (lo mismo ocurre con los productos para biodiésel)
• Para implementar una mezcla del 10% en la gasolina,
EEEUU tendría que transformar la mitad de su
producción de maíz en etanol (15% de su tierra agrícola
para producir etanol).
• Brasil, con el 1,5% de sus tierras actualmente cultivadas,
podría reemplazar totalmente su gasolina por etanol .
• Para producir el etanol necesario para sustituir 10% de
gasolina en EEUU, Brasil necesitaría el 3% de su tierra
actualmente usada en agricultura.
