ESTUDIO DE LA OBTENCIÓN DE BIOCARBURANTES LÍQUIDOS A PARTIR DE LA BIOMASA
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Presentación del proyecto fin de carrera: estudio de la obtención de biocarburantes líquidos, principalmente biodiesel y bioetanol a partir de biomasa. Análisis del ciclo de vida, impacto social, estudio económico.
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- 1. UNIVERSIDAD DE LEÓNUNIVERSIDAD DE LEÓN ESCUELA SUPERIOR Y TÉCNICAESCUELA SUPERIOR Y TÉCNICA DE INGENIEROS DE MINASDE INGENIEROS DE MINAS ESTUDIO DE LA OBTENCIÓN DEESTUDIO DE LA OBTENCIÓN DE BIOCARBURANTES LÍQUIDOSBIOCARBURANTES LÍQUIDOS A PARTIR DE LA BIOMASAA PARTIR DE LA BIOMASA ESTUDIO DE LA OBTENCIÓN DEESTUDIO DE LA OBTENCIÓN DE BIOCARBURANTES LÍQUIDOSBIOCARBURANTES LÍQUIDOS A PARTIR DE LA BIOMASAA PARTIR DE LA BIOMASA PATRICIA DE ANTA OTERO ESPECIALIDAD: RECURSOS ENERGÉTICOS, COMBUSTIBLES Y EXPLOSIVOS LEÓN, 3 JULIO 2007
- 2. OBJETIVOS Y JUSTIFICACIÓNOBJETIVOS Y JUSTIFICACIÓN VISIÓN GLOBAL DEL PANORAMA ENERGÉTICO ACTUAL VISIÓN DEL PROBLEMA ENERGÉTICO Y AMBIENTAL MUESTRA DE POSIBILIDADES ENERGÉTICAS ALTERNATIVAS ANÁLISIS DE LOS BIOCARBURANTES, COMO SUSTITUTOS DE CARBURANTES FÓSILES
- 4. INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN FUENTES DE ENERGÍAENERGÍA NO RENOVABLES •ORIGEN FÓSIL Petróleo Gas natural Carbón •ORIGEN MINERAL Uranio Energía Nuclear RENOVABLES •Energía solar •Energía eólica •Energía de la biomasa (BIOCARBURANTES) •Energía mareomotriz •Energía geotérmica •Energía hidraúlica Fotovoltaica Térmica Elemento clave de desarrollo social RECURSO FINITO IMPACTO AMBIENTAL INAGOTABLE A ESCALA HUMANA REDUCIDO IMPACTO AMBIENTAL
- 5. INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN CONTEXTO ENERGÉTICOENERGÉTICO Tendencia alcista del precio del crudo Elevada dependencia energética (+80%) Freno del desarrollo económico Representación de energías renovables del 6% Crecimiento de la demanda energética (3%) Consumo de energía primaria por fuentes en España en 2005 PROBLEMÁTICA AMBIENTALPROBLEMÁTICA AMBIENTAL PROBLEMA:PROBLEMA: Cambio climático ORIGEN PROBLEMA:ORIGEN PROBLEMA: Emisiones contaminantes: “Gases de Efecto Invernadero” TENDENCIA:TENDENCIA: Crecimiento de las emisiones RESPUESTA AL PROBLEMA:RESPUESTA AL PROBLEMA: Políticas medioambientales, Protocolo de Kyoto, Programas contra el cambio climático, como el Europeo (PECC), comercio de emisiones DESARROLLODESARROLLO SOSTENIBLESOSTENIBLEOBJETIVO
- 7. LA ENERGÍA DE LA BIOMASALA ENERGÍA DE LA BIOMASA BIOMASABIOMASA ““Todo material de origenTodo material de origen biológico, excluyendobiológico, excluyendo aquellos que han sidoaquellos que han sido englobados enenglobados en formaciones geológicasformaciones geológicas sufriendo un proceso desufriendo un proceso de mineralización” AENORmineralización” AENORBIOMASA VEGETALBIOMASA VEGETAL BIOMASA ANIMALBIOMASA ANIMAL Mayor contenido en lípidos y proteínas, menor cantidad de hidratos de carbono AZUCARADA LIGNOCELULÓSICA AMILÁCEA
- 8. LA ENERGÍA DE LA BIOMASALA ENERGÍA DE LA BIOMASA FUENTES DE BIOMASAFUENTES DE BIOMASA BIOMASABIOMASA NATURALNATURAL BIOMASABIOMASA NATURALNATURAL BIOMASABIOMASA RESIDUALRESIDUAL BIOMASABIOMASA RESIDUALRESIDUAL CULTIVOSCULTIVOS ENERGÉTICOSENERGÉTICOS CULTIVOSCULTIVOS ENERGÉTICOSENERGÉTICOS EXCEDENTESEXCEDENTES AGRÍCOLASAGRÍCOLAS EXCEDENTESEXCEDENTES AGRÍCOLASAGRÍCOLAS Residuos forestales y de industrias de la madera Residuos agrícolas Residuos agroindustriale s Ecosistemas naturales Producción agrícola sobrante Cultivos no alimentarios Residuos urbanos Residuos ganaderos Subproducto de actividades humanas Alta productividad biomásica Cultivos resistentes Balance energético positivo Altos costes de producción Ayudas de la PAC (45€/ha)
- 10. LOS BIOCOMBUSTIBLESLOS BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS LÍQUIDOS GASEOSOS Paja Leña sin procesar Astillas Alcoholes (etanol, metanol) Aceites vegetales Ésteres orgánicos Aceites de pirólisis Gas de gasógeno Biogás Hidrógeno Briquetas y “pellets” Triturados finos Estiércol desecado Carbón vegetal BIOCOMBUSTIBLESBIOCOMBUSTIBLES ““Combustibles producidos aCombustibles producidos a partir de biomasa (origenpartir de biomasa (origen biológico)”biológico)” BIOCARBURANTES “Combustible líquido o gaseoso para el transporte producido a partir de la biomasa” Directiva 2003/30/CE BIOETANOLBIOETANOL BIODIÉSELBIODIÉSEL BIOGÁS BIOMETANOL BIODIMETILETER ACEITE VEGETAL BIOETBE Y BIOMTBE BIOHIDRÓGENO ENERGÍA RENOVABLE CLASIFICACIÓN SEGÚN EL ASPECTO FÍSICOCLASIFICACIÓN SEGÚN EL ASPECTO FÍSICO
- 12. EL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALESEL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALES ““Éster monoalquílico de ácidos grasos deÉster monoalquílico de ácidos grasos de cadena larga derivados de lípidoscadena larga derivados de lípidos renovables tales como aceites vegetales yrenovables tales como aceites vegetales y que se emplea en los motores de igniciónque se emplea en los motores de ignición de compresión (motores diésel) o ende compresión (motores diésel) o en calderas de calefacción”calderas de calefacción” (Definición de(Definición de American Standards forAmerican Standards for Testing and Materials, ASTMTesting and Materials, ASTM)) BIODIÉSELBIODIÉSEL DIRECTIVA 2003/30/CE: “Éster metílico producido a partir de un aceite vegetal o animal de calidad similar al gasóleo, para su uso como carburante”. (Art. 2.2.b) ESPECIFICACIONES TÉCNICAS REQUISITOS EN AUTOMOCIÓN EN-590(ED), RD 1700/2003 y RD 61/2006 NORMATIVA BIODIÉSEL EN 14214 DESCRIPCIÓN DE PROPIEDADES GARANTÍA DE CALIDAD
- 13. EL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALESEL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALES LOS ACEITES VEGETALESLOS ACEITES VEGETALES “Las grasas y los aceites son sustancias de origen animal o vegetal que son insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos, susceptibles de ser aprovechados como alternativa energética” ACEITES BRUTOS COMO COMBUSTIBLE: PROBLEMAS Elevada viscosidad Baja volatilidad Mayor insaturación (índice de yodo, punto de solidificación, estabilidad oxidativa) Mayor peso molecular SOLUCIONES FÍSICASFÍSICAS QUÍMICASQUÍMICAS MICROEMULSIÓN PIRÓLISIS TRANSESTERIFICACIÓN
- 14. EL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALESEL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALES COMERCIALIZACIÓNPRODUCCIÓNMATERIAS PRIMAS ACEITES VEGETALESACEITES VEGETALES CONVENCIONALESCONVENCIONALES Aceite de girasol Aceite de colza Aceite de soja Aceite de coco Aceite de palma ACEITES VEGETALESACEITES VEGETALES ALTERNATIVOSALTERNATIVOS Aceite de colza etíope, Brassica carinata Aceite de cardo, Cynara Cardunculus Aceite de nabo francés, Camelina Sativa ACEITES FRITURAS USADOSACEITES FRITURAS USADOS GRASAS ANIMALESGRASAS ANIMALES ACEITES DE SEMILLASACEITES DE SEMILLAS MODIFICADAS GENÉTICAMENTEMODIFICADAS GENÉTICAMENTE OTRAS FUENTES (algas,OTRAS FUENTES (algas, producciones microbianas…)producciones microbianas…) ACEITES VEGETALESACEITES VEGETALES CONVENCIONALESCONVENCIONALES Aceite de girasol Aceite de colza Aceite de soja Aceite de coco Aceite de palma ACEITES VEGETALESACEITES VEGETALES ALTERNATIVOSALTERNATIVOS Aceite de colza etíope, Brassica carinata Aceite de cardo, Cynara Cardunculus Aceite de nabo francés, Camelina Sativa ACEITES FRITURAS USADOSACEITES FRITURAS USADOS GRASAS ANIMALESGRASAS ANIMALES ACEITES DE SEMILLASACEITES DE SEMILLAS MODIFICADAS GENÉTICAMENTEMODIFICADAS GENÉTICAMENTE OTRAS FUENTES (algas,OTRAS FUENTES (algas, producciones microbianas…)producciones microbianas…) GLICERINA 10% biodiésel generado BIODIÉSEL PIENSOS ANIMALES Tratamiento, molienda y extracción Refino Trans- esterificación AceiteAceite crudocrudo AceiteAceite refinadorefinado Separación glicerina Lavado Secado Prensado Solventes (hexano)
- 15. EL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALESEL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALES PRODUCCIÓN INDUSTRIALPRODUCCIÓN INDUSTRIAL PROCESO DISCONTINUO O BATCH PROCESO DISCONTINUO O BATCH PROCESO CONTINUO PROCESO CONTINUO PROCESO ESTERIFICACIÓN PROCESO ESTERIFICACIÓN ESTERIFICACIÓN- TRANSESTERIFICACIÓN ESTERIFICACIÓN- TRANSESTERIFICACIÓN PROCESO EN CONDICIONES SUPERCRÍTICAS PROCESO EN CONDICIONES SUPERCRÍTICAS TRANSESTERIFICACIÓN TRIGLICÉRIDO + METANOL ÉSTER METÍLICO + DIGLICÉRIDO DIGLICÉRIDO + METANOL ÉSTER METÍLICO + MONOGLICÉRIDO MONOGLICÉRIDO + METANOL ÉSTER METÍLICO + GLICERINA TRIGLICÉRIDO + METANOL ÉSTER METÍLICO + DIGLICÉRIDO DIGLICÉRIDO + METANOL ÉSTER METÍLICO + MONOGLICÉRIDO MONOGLICÉRIDO + METANOL ÉSTER METÍLICO + GLICERINA CATALIZADORESCATALIZADORES Homogéneos Heterogéneos Enzimáticos NaOH KOH
- 16. EL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALESEL BIODIÉSEL Y LOS ACEITES VEGETALES TECNOLOGÍAS DE APLICACIÓNTECNOLOGÍAS DE APLICACIÓN UTILIZACIÓNUTILIZACIÓN Adaptación del motor Diésel para uso de aceites Motores específicos para uso de aceites (Motor Elsbett) Mezclas de gasóleo con aceite Mezclas de gasóleo con ésteres metílicos Mezclas de gasóleo con alcohol B5 B10 B20 B30 B100 Aditivo EN590 Aumento leve del consumo Disminución leve de la potencia Problemas de arranque en frío Mejora de la combustión Incompatibilidad con materiales de vehículos anteriores a 1998 Mayor lubricidad Menor ensuciamiento de inyectores Aumento leve del consumo Disminución leve de la potencia Problemas de arranque en frío Mejora de la combustión Incompatibilidad con materiales de vehículos anteriores a 1998 Mayor lubricidad Menor ensuciamiento de inyectores
- 18. EL BIOETANOLEL BIOETANOL BIOETANOLBIOETANOL “Alcohol producido a partir de la fermentación de los azúcares que se encuentran en diferentes cultivos, que mezclado con la gasolina produce un biocombustible de alto poder energético con características muy similares a la gasolina pero con una importante reducción de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustión” 5% de bioetanol + 95% de gasolina MEZCLAS E5 E10 E85 E95 E-DIESEL ETBE 10% de bioetanol + 90% de gasolina 85% de bioetanol + 15 % de gasolina 95% de bioetanol + 5% de gasolina bioetanol + gasóleo Aditivo de gasolinas Proporción 10-15%
- 19. EL BIOETANOLEL BIOETANOL COMERCIALIZACIÓNPRODUCCIÓNMATERIAS PRIMAS Maíz Trigo Cebada Sorgo Maíz Trigo Cebada Sorgo Remolacha Caña azúcar Melaza Remolacha Caña azúcar Melaza Madera Residuos de podas RSU Madera Residuos de podas RSU CELULOSAS AZÚCARES ALMIDONES HIDRÓLISIS HIDRÓLISIS FERMENTACIÓN DESTILACIÓN DDGS Combustible único ETANOL HIDRATADO 96% ETANOL (mezclas) 99,6% CO2
- 20. EL BIOETANOLEL BIOETANOL ACONDICIONAMIENTO DE LAS MATERIAS PRIMASACONDICIONAMIENTO DE LAS MATERIAS PRIMAS PROCESOS DE MOLIDO HÚMEDO (WET MILLING PROCESS) SECO ( DRY MILLING PROCESS) PLANTAS DE PEQUEÑO Y MEDIO TAMAÑOPLANTAS DE GRAN TAMAÑO COMPLEJIDAD (MUCHAS ETAPAS) DDGS Enzimas: celulasas, amilasas HIDRÓLISIS Hidrólisis con ácidos concentradosHidrólisis con ácidos concentrados Hidrólisis con ácidos diluidosHidrólisis con ácidos diluidos Hidrólisis enzimáticaHidrólisis enzimática CONVERSIÓN DE LA CELULOSA Y ALMIDÓN EN AZÚCARES SENCILLOS
- 21. EL BIOETANOLEL BIOETANOL FERMENTACIÓN DEL AZÚCAR Levaduras Invertasa C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 Sacarosa Agua Fructosa Glucosa C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 Sacarosa Agua Fructosa Glucosa Zimasa C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 Fructosa/glucosa Etanol Dióxido de carbono C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 Fructosa/glucosa Etanol Dióxido de carbono AVANCE: SACARIFICACIÓN Y FERMENTACIÓN SIMULTÁNEAS DESTILACIÓN Eliminación del agua contenida en el producto Menor punto de ebullición del etanol (78,3º C)
- 22. EL BIOETANOLEL BIOETANOL TECNOLOGÍAS DE APLICACIÓNTECNOLOGÍAS DE APLICACIÓN UTILIZACIÓNUTILIZACIÓN COMBUSTIBLE ÚNICO MEZCLA ETANOL-GASOLINA ETBE (etiltercbutiléter) SABB 9-5 BioPower FORD FOCUS FLEXIFUEL MODIFICACIONES EN EL SISTEMA FFV LIGERO AUMENTO DEL CONSUMO (4%) DISMINUCIÓN DE POTENCIA Y PAR MOTOR (2%) AUMENTO DE LA CORROSIÓN Etanol + Isobutileno ETBEEtanol + Isobutileno ETBE ADITIVO DE MEJORA DELÍNDICE DE OCTANO E-DIÉSEL PILAS DE COMBUSTIBLE 15%ETANOL + DIÉSEL (INVESTIGACIÓN ABENGOA) REFORMADO ETANOL PARA OBTENER HIDRÓGENO
- 24. ASPECTOS GENERALES DE LOS BIOCARBURANTESASPECTOS GENERALES DE LOS BIOCARBURANTES ASPECTOS ECONÓMICOSASPECTOS ECONÓMICOS COSTESCOSTES BIODIÉSEL 0,745€/l 80% coste materia prima Diésel 0,45-0,50 €/l sin impuestos BIOETANOL 0,631€/l 70% coste materia prima Gasolina 0,45-0,50 €/l sin impuestos MERCADOMERCADO 5,75 % BIOCARBURANTES 2010 UE 1176 MILES DE TONELADAS DE BIOETANOL 1616 MILES DE TONELADAS DE BIODIÉSEL TRATAMIENTO FISCALTRATAMIENTO FISCAL EXENCIONES TIPO IMPOSITIVO 0€ POR 1000 LITROS SUBVENCIONES A LA INVERSIÓN 2003-2012
- 25. ASPECTOS GENERALES DE LOS BIOCARBURANTESASPECTOS GENERALES DE LOS BIOCARBURANTES SITUACIÓN ACTUALSITUACIÓN ACTUAL SITUACIÓN MUNDIAL SITUACIÓN EUROPEA Y ESPAÑOLA BIOETANOL BRASIL 15,1x109 millones l/año EEUU 13,4x109 millones l/año Total mundial 40,77x109 millones l/año BIODIÉSEL 2005 BIOETANOL 2005 BIODIÉSEL ALEMANIA FRANCIA ITALIA
- 26. ASPECTOS GENERALES DE LOS BIOCARBURANTESASPECTOS GENERALES DE LOS BIOCARBURANTES FUTURO DE LOS BIOCARBURANTESFUTURO DE LOS BIOCARBURANTES BARRERAS COSTES DE PRODUCCIÓN E INVERSIÓN MATERIAS PRIMAS (CANTIDAD, CALIDAD Y PRECIO) MERCADOS ALTERNATIVOS COSTES LOGÍSTICOS SUBPRODUCTOS INCERTIDUMBRE DESPUÉS DEL 2012 DIFICULTADES TÉCNICAS CARENCIAS DE OBLIGATORIDAD AUSENCIA DE MERCADO POSIBLES CONSECUENCIAS AMBIENTALES APOYO DE LOS FABRICANTES DE VEHÍCULOS COSTES DE PRODUCCIÓN E INVERSIÓN MATERIAS PRIMAS (CANTIDAD, CALIDAD Y PRECIO) MERCADOS ALTERNATIVOS COSTES LOGÍSTICOS SUBPRODUCTOS INCERTIDUMBRE DESPUÉS DEL 2012 DIFICULTADES TÉCNICAS CARENCIAS DE OBLIGATORIDAD AUSENCIA DE MERCADO POSIBLES CONSECUENCIAS AMBIENTALES APOYO DE LOS FABRICANTES DE VEHÍCULOS INVESTIGACIONES DE MEJORA DEL PROCESO Y NUEVOS CULTIVOS APOYO DE LA ADMINISTRACIÓN (SUBVENCIONES, EXENCIONES, OBLIGATORIDAD) INTERNALIZACIÓN DE COSTES APOYO DE LOS FABRICANTES PLAN DE FOMENTO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES PLAN DE ENERGÍAS RENOVABLES ENERGÍA RENOVABLE REDUCCIÓN EMISIONES GEI BIODEGRADABLES Y NO TÓXICOS CREACIÓN DE EMPLEO ALTERNATIVA A LA RETIRADA DE TIERRAS DE LA PAC PUNTOS A FAVOR