Septiembre del 2010
MAURICIO SIERRA S.LABORATORIO DE BIOCOMBUSTIBLES
FUNDACION UNIVERSITARIAAGRARIA DE COLOMBIA
CORPORACION PARA EL DESARROLLO INDUSTRIAL DE LA BIOTECNOLOGIA Y PRODUCCION LIMPIA
CONVENIO MARCO DE COOPERACIÓN TÉCNICA Y CIENTÍFICA- CORPORACION PARA EL DESARROLLO INDUSTRIAL DE LA BIOTECNOLOGIA Y PRODUCCION LIMPIA – CORPODIB Y LA
FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA
CONTENIDO
•Cambio climático y uso de los biocombustibles
•Resultados de los proyectos de investigación enbiocombustibles – UNIAGRARIA-CORPODIB-COLCIENCIAS-MAQUILTEC
EMISIONES DE GASES DE EFECTO DE INVERNADERO
GAS DE INVERNADERO FÓRMULA QUÍMICA TIEMPO DE VIDA EN LA ATMÓSFERA
(AÑOS)
FUENTE ANTROPOGÉNICA
Dióxido de carbono CO2 5 a 200 Combustibles fósiles, uso de la tierra, producción de
cemento.
Metano CH4 12 Combustibles fósiles, rellenos sanitarios.
Oxido de nitrógeno N2O 114 Procesos industriales para la producción de fertilizantes,
combustión.
CFC-11 CCl2F245
Refrigerantes, fabricación de espumas.
HFC-23 CHClF2 260 Refrigerantes líquidos
Perflurometano CF4 50,000 Producción de aluminio.
Hexafluroro de azufre SF6 3,200 Fluídos dieléctricos.
PRINCIPALES GASES DE EFECTO DE INVERNADERO AFECTADOS POR ACTIVIDAD HUMANA
Fuente: IPCC, 2001. Resumen técnico del grupo de trabajo I, p 38
CONCENTRACION DE GASES DE EFECTO DE INVERNADERO
La concentración de GEI han tenido un incremento sustancial a partir del siglo XIX, lo cual haincrementado el efecto de invernadero natural. De ahí que se prevén cambios de la temperaturasuperficial para finales del siglo XXI entre 1,4 y 5,8°C ( IPCC 2007)
19,217,3
10,1 9,47
4,9 3,92,2 1,5 1,3
02468
101214161820
TnC
O2e
per
cáp
ita
Estado
s Unid
osCan
ada
Aleman
iaRein
o Unido
Venez
uela
ChinaChileBras
ilColom
bia India
EMISIONES DE CO2e PER CAPITA, 2008
Fuente: IEA 2010, referente al consumo de energía
19% 18%
12%9% 8% 7%
0%2%4%6%8%
10%12%14%16%18%20%
Ganadería Uso defertilizantes
nitrogenados
Transporte Conversión debosques ypraderas
Industrias degeneración de
energía
Consumo decombustiblesen industria yconstrucción
PRINCIPALES ACTIVIDADES QUE APORTAN GASES QUE CAUSAN EL CAMBIO CLIMATICO EN COLOMBIA (2004
Fuente: ANDI- Congreso “Colombia hacia una economía baja en carbono”. 2010
El Protocolo contempla tres tipos de mecanismos de flexibilidad que permiten a los países delAnexo I cumplir con sus compromisos de reducción de GEI:
Intercambio de Emisiones: Consiste en el intercambio de emisiones asignadas entre países quese han comprometido con reducciones (Anexo I).
Implementación Conjunta (Joint Implementation – JI-): Permite que un país del Anexo Idesarrolle un proyecto de reducción de emisiones en otro país perteneciente al Anexo I.
Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL): Permite que un país del Anexo I desarrolle unproyecto de reducción de emisiones en un país que no pertenece al Anexo I, como Colombia.
PROTOCOLO DE KYOTO Y MECANISMO DE DESARROLLO LIMPIO
Dentro de los aspectos básicos que deben contener los proyectos que se presentenal Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) se tienen:
Línea base. Se denomina línea base a las emisiones de gases contaminantes bajolas condiciones actuales de operación del proceso industrial sin la implementaciónde la alternativa de reducción de emisiones.
Sistema de fronteras y requerimiento energético del sistema. Corresponde alas fronteras que se especifican para cada una de las áreas de emisión del procesoindustrial y los requerimientos de combustible, energía eléctrica y vapor delsistema.
Balance neto de emisiones de CO2. En este balance se tienen en cuenta lasemisiones de CO2 en las etapas de extracción del aceite, y producción del biodieselasí como la captura de CO2 por parte de las plantas de palma.
Valor de la implementación de la tecnología empleada. Se valoran los costosdirectos e indirectos correspondientes a la implementación de la tecnología dereducción de emisiones a la atmósfera.
PROYECTOS DE MDL
CICLO DE VIDA DEL HIDROCARBURO FOSIL
Fuente : CORPODIB
Producción de fertilizantes Cultivos agrícolas Planta de extracción Planta de Biodiesel Transporte del Biodiesel
CICLO DE VIDA DEL BIOCOMBUSTIBLE
Estacionesde servicio
CombustiónDe la mezcla
CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2
Fuente : Biofuels international 2009 -2010
REDUCCION DE CO2 A LA ATMOSFERA
Fuente : CORPODIB
Combustible Energía generada/Requerimiento de energía fósil
% Reducción de gases de efecto de
invernaderoGasolina 0,81 -
Etanol del maíz 1,35 26
Etanol de celulosa 4.17 85
Diesel 0.91 -
Biodiesel de aceite de soya
3.2 53
Fuente: International Energy Agency. Biofuels For Transport, OECD, paris, France, April 2004
BALANCE ENERGETICO Y REDUCCION DE GASES DE EFECTO DE INVERNADERODE LOS BIOCOMBUSTIBLES
Fuente: DOE 2006
Cultivo BiodieselEnergía producida/Energía requerida
Palma 6,6
Jatropha 5,0
Colza 1,7
Soya 3,2
Compuesto orgánico liquido, de naturaleza diferente a los hidrocarburos derivados del petróleo,gas natural o carbón (fósil), que tiene en su molécula un grupo hidroxilo (OH) enlazado a unátomo de carbono. Para los efectos de esta norma se entiende como alcohol carburante al EtanolAnhidro obtenido a partir de biomasa.
ALCOHOL CARBURANTE – NORMA TECNICA COLOMBIANA NTC 5308
Son mezclas de mono-alquil esteres de los ácidos grasos de cadena larga derivados de aceitesvegetales y grasas animales.
BIODIESEL – NORMA TECNICA COLOMBIANA NTC 5444
PROCESO INDUSTRIAL PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
A-01
F-01
I-01
Del sistema dedesacidificacion
I-02
E-01
D-01
ME-01
Al sistema dedesacidificacion
Vapor de proceso
Con
dens
ado
Almacenamiento deH3PO4
Almacenamiento deCatalizador
(NaOH/KOH)
B-01
D-02
H3PO4 NaOH
E-02
ME-02
E-04
B-03
Vap
or
Agua de proceso
I-03Vapor
Condensado
E-03
P-113
Gomas
ME-03
Agua residual
Aceite desgomado
D-03
AcidoCitrico
DESGOMADO Y LIMPIEZA DEL ACEITE VEGETAL
Aceite vegetalcrudo
Agua(90ºC)
Hidratación
Gomas yJabon
M
MM
P-144
M
Aceite desgomado
Aceite termico
Aceite RefinadoRecuperacion de
calor al sistema dedesgomado
Aceite refinado(desgomado ydesacidificado
que intercambia calor enla sección de desgomado)
Al sistema de vació( Vapor de agua, trazas de incondensables)
DESACIDIFICACION Y DESODORIZACION DEL ACEITE VEGETAL
IE-01I-04 IE-02
E-05
B-08
E-06
E-08
B-10 I-06
I-05
B-09
Ácidos grasos
Agua de enfriamiento
Vapor de despojo
B-07
Tanque de almacenamiento de aceite refinado
Agua de enfriamiento
Aceite termico
P-184
P-185
B-22
H2SO4/Alcohol
Alcohol
I-14
Vapor
Neutralizacion de la glicerina
Vapor
CondensadoE-19
M
M
E-18
M
Glicerina
H2SO4 - 96%
Agua acidaS-04/05
Acido sulfurico/metanol
E-21
ME-06
B-23
C-O3
E-20
M
C-O4
B-24
M
Ester (Biodiesel)Transesterificacion IB-25
H2SO4 - 96%
E-23
B-26
k2SO4E-22
S-06
I-12
E-24
I-13
B-27
B-29
E-26
B-28
I-16
B-30
E-28
E-133E-27
Alcohol (99.5%)
Alcohol/Agua de proceso
Condensado
Agua de enfriamiento
Agua de enfriamiento
Vapor
Condensado
Agua de enfriamiento
Agua de enfriamiento
Agua de enfriamiento
Agua de enfriamiento
Agua de enfriamiento
Agua de enfriamiento
E-25
I-15
I-17
I-18
I-19
Esterificacion
NEUTRALIZACION DE LA GLICERINA Y RECUPERACION DEL ALCOHOL Y AGUA DE PROCESO
ReactorNeutralizacion
Tanqueintermedio
1.Glicerina/alcohol/agua2.Fase oleosa
3.Sulfato de potasio
Fase liquida1.Glicerina/alcohol/agua
2.Fase oleosa3.Remanente K2SO4
Fase solidaK2SO4
Fase oleosa
Glicerina/alcohol/agua
Glicerina/agua (80%)
Transporte de laremolacha
Recepcion y pesadode la remolacha
Lavado y cortado dela remolacha Difusion
Filtro prensa
Agua delprensado
Agua de lavado
Torta seca
Tratamiento del jugode difusion
Vinaza
EtanolAnhidro
Fermentacion
Separador delevadura
Licor
Destilacionprimaria
P-69
Tanque de etanolsin rectificar
Columna derectificacion
Agua derecirculacion
Deshidracion
JugoLevadura
Etanol rectificado
Licor sin rectificar
Licor sin rectificar
Agua derecirculacion
Agua
P-72
PROCESO INDUSTRIAL PARA LA PRODUCCIÓN DE ALCOHOL CARBURANTE
COSECHA Y PROCESAMIENTO DE LA REMOLACHA
Cultivo de remolacha Cosecha Limpieza y procesamiento
PROCESAMIENTO DE LA REMOLACHA
Pulpa prensada de remolacha
(alimento para animales)
Jugo de remolacha
Remolacha cortada en “cossettesExtracción del jugo por difusión
(T=80°C, 1 hora)
DEPURACION DEL JUGO (PRE-ENCALADO, ENCALADO Y CARBONATACION)
En esta etapa del proceso se separan las partículas en suspensión, se controla el pH, asi como se separala mayor parte de los no azúcares, eliminando los coloides. Esto se logra fundamentalmente mediante laadición de lechada de cal y CO2.
Pre-encalado, encalado y carbonatacion
Jugo pretratado
Remoción de sólidos de encalado y carbonatación
FERMENTACION DEL JUGO
La sepa Saccharomycescerevisiae ETHANOL RED fueel microorganismo usado paraeste ensayo suministrado porMERQUIAND, de la empresaFermentis
Fermentación del jugo de remolacha
DESTILACION DEL LICOR PARA LA OBTENCION DE ALCOHOL
Remoción de la levadura del licor
Destilación del alcohol
En promedio en la etapa pre-experimental se obtuvo del licor de fermentación un 9,2%(v/v ) de alcohol de hasta el 42%(v/v) y un 90,8%(v/v) de vinaza.
Característica Limite Método
Mínimo Máximo
% Etanol 96,3 - ASTM D5501
Gomas extraíbles con solvente (mg/100 ml) - 5,0 ASTM D381
Contenido de agua (% Vol.) - 0.7 ASTM E203
Contenido de desnaturalizante 2,0 3,0 ASTM D6729
Contenido de cloro inorganico (ppm) - 40 ASTM D512
Contenido de cobre (mg/Kg) - 0,1 ASTM D1688
Acidez total (como acido acetico) (% masa) 0,007 ASTM D 1613
pH 6,5 9,0 ASTM D6423
CARACTERÍSTICAS DEL ALCOHOL CARBURANTE NORMA NTC 5308
PLANTA PILOTO PARA LA OBTENCION DE ALCOHOL APARTIR DE REMOLACHA
COLCIENCIAS – MAQUILAGRO - CORPODIB
EVALUACION EN LABORATORIO DE LAS CONDICIONES DE PRODUCCION DE BIODIESEL
OBTENCION DE BIODIESEL EN LABORATORIO APARTIR DE ACEITE REFINADO DE PALMA
Aceite de palma
Etapa de SeparaciónBiodiesel - Glicerina
Sistema de reacción
PLANTA PILOTO DE BIODIESEL
CORPODIB - COLCIENCIAS
Característica Limites MétodoMínimo Máximo
Densidad a 15°C (kg/m3) 860 900 ASTM D4052
Numero de cetano (Cetanos) 47 mínimo - ASTM D613
Punto de inflamación ºC 120 mínimo - ASTM D 93
Contenido de agua (mg/Kg) - 500 máximo ASTM E203
Carbon residual (% en masa) - 0.3 máximo ASTM D4530
Viscosidad cinematica (mm2/sec @40º C) 1.9 6.0 ASTM D445
Cenizas sulfatadas (% en masa) - 0,02 máximo ASTM D874
Estabilidad térmica (%) - 70 ASTM D6468
Numero de yodo (gr yodo/100 gr) - 120 maximo EN 14111
Estabilidad a la oxidacion 110ºC (hr) 6 minimo - EN 14112
Corrosion en la lamina de cobre (Unidad)(Clase 1)
1 - ASTM D 130
Numero acido (mg KOH/g) - 0.5 ASTM D664
Glicerina libre (% en masa ) - 0.02 ASTM D 6584
Punto de fluidez (°C) - Reportar ASTM D97
Punto de nube (°C) - Reportar ASTM D2500
Glicerina total (% en masa) - 0.25 ASTM D6584
Monogliceridos (% en masa) - 0.8 ASTM D6584
Digliceridos (% en masa) - 0.2 ASTM D6584
Trigliceridos (% en masa) - 0.2 ASTM D6584
Contenido de fosforo (mg/Kg) - 10 ASTM D4951
Contenido de Na – K (mg/Kg) - 5 ASTM D5863
Contenido Ca- Mg (mg/Kg) - 5 ASTM D5863
Contenido de ester (% en masa) - 96,5 EN 14103
CARACTERÍSTICAS DEL BIODIESEL NORMA NTC 5444
REACCION DE TRANSESTERIFICACION
+ CH3OH3
CH3 O C
O
R1
CH3 O C
O
R1
CH3 O C
O
R1
+
Triglicérido Metanol Mezcla de esteres de ácidos grasos
Glicerol
R1, R2 y R3, son cadenas largas de átomos de carbono e hidrogeno (cadenas de ácidos grasos).
Palmitico: R = - (CH2)14 – CH3 (Contiene 16 carbonos, (incluyendo el carbono al que la cadena Resta enlazado) (16:0)
Estearico: R = - (CH2)16 – CH3 (18 carbonos, 0 dobles enlaces (18:0))
Oleico: R = - (CH2)7 CH=CH(CH2)7CH3 (18 carbonos, 1 doble enlace (18:1)
Linoleico: R = - (CH2)7 CH=CH-CH2-CH=CH(CH2)4CH3 18 carbonos, 2 dobles enlaces (18:2)
Linolenico: R = - (CH2)7 CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH3 18 carbonos, 3 dobles enlaces(18:3)
ACIDOS GRASOS
Existen cinco cadenas de ácidos grasos que son comunes en la mayoría de los aceitesvegetales y grasas animales (las demás están presentes en pequeñas cantidades) delas cuales dependen las propiedades físicas del biocombustible, incluyendo el numerode cetano, fluidez en frió y estabilidad oxidativa.
+ =
COMPORTAMIENTO EN FRIO DEL BIOCOMBUSTIBLE
Disminución del punto de fluidez
Agrupación de cristales
Formación de cristales
Adición del aditivo polimérico(polialquilmetacrilato)
Control del crecimiento cristalino
=
Mejoramiento del comportamiento en frió
COMPORTAMIENTO EN FRIO DEL BIOCOMBUSTIBLE
COMPORTAMIENTO EN FRIO DEL BIOCOMBUSTIBLE
Montaje de laboratorio prueba de punto fluidez
Punto de fluidez °C
24 horas 72 horas
Biodiesel de palma 12
Biodiesel de palma + 1% de aditivo
10
COMPORTAMIENTO EN FRIO DEL BIOCOMBUSTIBLE
La oxidación de los materiales grasos se promueve por factores tales como temperaturas elevadas,presencia de luz o compuestos como metales o iniciadores. La naturaleza de los radicales también influyeen los productos de la oxidación así como la presencia de dobles enlaces en la estructura principal deléster. Los antioxidantes tienen como función retardar la oxidación mas no eliminarla.
ESTABILIDAD OXIDATIVA DEL BIOCOMBUSTIBLE
Los primeros productos de la oxidación de los dobles enlaces son los hidroperóxidos. Los hidroperóxidosson inestables y fácilmente forman una variedad de productos secundarios de oxidación. Dentro de lasreacciones de los hidroperóxidos se tienen reagrupamiento a productos de similar peso molecular, sefisionan para obtener compuestos de cadenas cortas (aldehídos y ácidos) y dimerizacion para obtener
compuestos de alto peso molecular.
1.Filtro de aire2.Bomba de diafragma3.Vial de reacción4.Cubeta de censado5.Sistema calefactor6.Equipo de captura de información7.Sistema de análisis y registro de información
Biodiesel de Jatropha
Curva conductividad Vs tiempo de induccion Biodiesel de Jatropha + aditivo TBHQ (250ppm)
ESTABILIDAD OXIDATIVA DEL BIOCOMBUSTIBLE
OBTENCION DE BIODIESEL DE OLEAGINOSAS NO COMESTIBLESJAROPHA CURCAS
OBTENCION DE BIODIESEL DE OLEAGINOSAS NO COMESTIBLESJAROPHA CURCAS
Abono
Biodiesel
Glicerina cruda
Transesterificacion
Detoxificacion
Alimento para animales
Almendra de Jatropha
Pretratamiento
Torta
PRODUCTOS DE MAYOR VALOR AGREGRADO A PARTIR DEL GLICEROL SUBRODUCTO DE LA OBTENCION DE
BIODIESEL
Mercado de la glicerina
Fuente: The Future of Glycerol. New Usages for a Versatile Raw Material. Mario Pagliaro and Michele Rossi.2008
PRODUCTOS DE MAYOR VALOR AGREGRADO A PARTIR DEL GLICEROL SUBRODUCTO DE LA OBTENCION DE BIODIESEL
Producción mundial de Biodiesel
Producción histórica y estimada de la glicerina a nivel mundial
Fuente: F.O.LICHTS Febrero 15, 2008 Vol.6.No11
Fuente: F.O.LICHTS Febrero 15, 2008 Vol.6.No11.- CORPODIB
Historico del precio de la glicerina
Fuente: Statistical review of global energy 2007.
PRODUCTOS DE MAYOR VALOR AGREGRADO A PARTIR DEL GLICEROL SUBRODUCTO DE LA OBTENCION DE BIODIESEL
Comparación del etanol obtenido por fermentación de los azucares a partir de maíz y por fermentación de la glicerina
Fuente: Anaerobic fermentation of glycerol: a path to economic viability for the biofuels industry Current Opinion in Biotechnology 2007, 18:213–219
PRUEBA EN DINAMÓMETRO
•Dinamómetro SENA
•Camioneta chevrolet LUV 2,800 cc, 4x4 modelo 2002 – General motor Colmotores –
•Mezclas Biodiesel - Diesel (B20, B50 y B100)
Chasis dinamométrico –Dinamómetro SENA Sonda– Dinamómetro SENA
Gabinete de control – Dinamómetro SENA
RESULTADO PRUEBAS POTENCIA
– BIODIESEL - DIESEL
010203040506070
Potencia KW
B20 B50 B100
Mezclas
Potencia (KW) mezcla BiodieselPotencia (KW) Diesel
RESULTADO PRUEBAS OPACIDAD
– BIODIESEL - DIESEL
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