SEMINARIO INTERNACIONALBIOCOMBUSTIBLES Y SU FUTURO
EN LA MATRIZ ENERGÉTICASantiago, 4 de noviembre de 2009
Transformación termoquímica de biomasay su impacto en la matriz energética nacionaly su impacto en la matriz energética nacional
Alex BergUnidad de Desarrollo Tecnológico
Universidad de ConcepciónChile
Contenido
1 La matriz energética nacional1. La matriz energética nacional
2. Tipos de biomasa y su disponibilidadp y p
3. Conversión termoquímica de biomasa
4. Potencial energético de biomasa
5. Conclusiones
GasNatural
UsoIndustrial
22155
La matriz energética nacional10211
Natural42718
GeneradoresEléctricos
EnergíaEólica
g
25345514 351
19431
488
19.576
Eléctricos
EnergíaPerdida163153Energía
Hidroeléctrica SectorTransporte
86923
2640
17385
30918
51
4696
Carbón40864
UsoIndustrial
5614245
Biomasa49841 Sector
Industrial yMinero91747
Industrial5622
2366
1
72480
34618
PetróleoCrudo
106155
RefineríaDe
PetróleoSector
C i l
EnergíaUtilizada128471
38606
ComercialPúblico y
Residencial62267
UsoIndustrial
1757
Tipos de biomasa y su disponibilidad
Biomasa:
p y p
Toda materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los materiales procedentes de su transformación natural o artificial.
• Bosques
• Cultivos agrícolas
Al i
• Residuos sólidos urbanos
• Residuos orgánicos industriales
• Efluentes líquidos• Algas marinas
• Animales
Efluentes líquidos
• Lodos de plantas de tratamiento
• Residuos forestales
• Residuos agrícolas
• Residuos de animales
Tipos de biomasa y su disponibilidadp y p
Biomasa forestal usada energéticamente:
Aserrín ~ 3,5 MM m³
Corteza ~ 1,0 MM m³
Leña ~ 10 MM m³
Subproductos industriales ~ 1 MM m³
Biomasa forestal sin uso comercial:
Subp oductos dust a es
Residuos cosecha forestal 3,5 – 4,0 MM m³
Bosque nativo 5 10 MM m³Bosque nativo 5 - 10 MM m
Plantaciones energéticas
SubproductosIndustria forestal
Subproductos Cosecha forestal
Abastecimiento de biomasa
Conversión termoquímica de biomasa g
Transporte, almacenamiento, pretratamiento
q
Conversiónfísica o química
Densificación, modificación química
Conversióntermoquímica
Gasificación, pirólisis
Conversión bioquímica
Fermentación alcohólica fermentación anaeróbicaq
Procesos de conversión
BiocombustiblesSólidos, líquidos, gaseosos
Biomateriales Productos químicosFenoles, alcoholes, ácidos,
Termoplásticos, termoestables carbohidratos, químicos finos
Desarrollo de productos
Conversión termoquímica de biomasaPirólisis
Biomasa
Pirólisis rápida
Bio-Oil
Procesos de separación
Comb. líquidosCarboncillo
separación
Reactor fluidizado de tres etapasUniversidad de Concepción
Proyectos:
Prod. químicos
LigninaGases
pirolíticosReactor fluidizado de tres etapas
Universidad de Concepción
oyectos:• FONDEF: “Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido Mediante Conversión Termoquímica de Biomasa” (UDT),
2009 – 2010.• CONICYT BASAL: “Diseño y Construcción de Reactor de tres Etapas para Pirólisis Flasch” (UDT), 2008 – 2009.• CONICYT BASAL: “Desarrollo y Evaluación de Métodos analíticos para la Determinación de Compuestos volátiles, ácidos orgánicos y
levoglucosano en Bio Oil” (UDT), 2008 – 2009.
Conversión termoquímica de biomasaPirólisis
Biomasa
Pirólisis rápida
Bio-Oil
Procesos de separación
Comb. líquidoCarboncillo
separación
Reactor fluidizado de tres etapasUniversidad de Concepción
Proyectos:
Prod. químicos
LigninaGases
pirolíticosReactor fluidizado de tres etapas
Universidad de Concepción
oyectos:• FONDEF: “Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido Mediante Conversión Termoquímica de Biomasa” (UDT),
2009 – 2010.• CONICYT BASAL: “Diseño y Construcción de Reactor de tres Etapas para Pirólisis Flasch” (UDT), 2008 – 2009.• CONICYT BASAL: “Desarrollo y Evaluación de Métodos analíticos para la Determinación de Compuestos volátiles, ácidos orgánicos y
levoglucosano en Bio Oil” (UDT), 2008 – 2009.
Conversión termoquímica de biomasaGasificación
Biomasa Diesel FT DME
Gasificación Purificación Gas de í iGasificación
/ reformado síntesis
Corriente compuesta por:
Fuerza y calor
MeOH CH4
H2, CO2, CO, CH4, C2H4, H2O
Conversión termoquímica de biomasaGasificación
Gasificación de licor negroProceso CHEMREC:• Planta Weyerhaeuser New Bern en North Carolina EEUU (1996 2003)• Planta Weyerhaeuser New Bern en North Carolina, EEUU (1996, 2003)• Planta Pitea, Suecia• Producción nacional: 4 MM ton/año
Conversión termoquímica de biomasaPirólisis
Uso energético de Tall Oil• Producción: ~ 50.000 ton/añoProducción: 50.000 ton/año• Poder calorífico: 36.000 MJ/kg• Proceso de conversión: Greasoline
Proyecto:Fondef “Combustible diesel y productos químicos finos a partir del tall oil” (UDT y Fraunhofer Umsicht), 2009-2011
GasNatural
UsoIndustrial
22155Potencial energético de biomasa
10211
Natural42718
GeneradoresEléctricos
EnergíaEólica
25345514 351
19431
488
19.576
Eléctricos
EnergíaPerdida163153Energía
Hidroeléctrica SectorTransporte
86923
279,5; 0% 18700; 22%
3960; 5%
63983,5; 73%
Tall oilLicor negroMaderaFuentes fósiles
2640
17385
30918
51
4696
Carbón40864
UsoIndustrial
3,7 MM m³ ssc
15288; 17%56
14245
Biomasa49841 Sector
Industrial yMinero91747
Industrial 15288; 17%3057,6; 3%
73401,4; 80%
Biomasa actualPotencial crecimientoFuentes fósiles
1,0 MM m³ ssc 5622
2366
1
72480
34618
PetróleoCrudo
106155
RefineríaDe
PetróleoSector
C i l
EnergíaUtilizada128471
29 358; 48%27.037; 43% Biomasa actual
38606
ComercialPúblico y
Residencial62267
UsoIndustrial
1757
29.358; 48%
5871,6; 9%
;Potencial crecimientoFuentes fósiles
2,5 MM m³ ssc
ConclusionesConclusiones1. En Chile existe abundante biomasa forestal, a bajos costos.
2. A corto y mediano plazo, el uso de biomasa residual como materiaprima para producir combustibles sólidos estandarizados es laalternativa energética alternativa con mayores beneficios privados yg y p ysociales.
3. A largo plazo, la conversión termoquímica es una alternativapromisoria idealmente a la forma de na bio refinería q epromisoria, idealmente a la forma de una bio-refinería quemaximice el valor agregado de la producción.
4. El país podría aumentar fuertemente la importancia relativa de lap p pbiomasa forestal como fuente alternativa al petróleo; tanto paraproducir combustibles, materiales como productos químicos; paraque ello ocurra, el Estado y las Empresas y los centros de I&Ddeben colaborar y establecer una estrategia de desarrollo común.
Características Bio Oil
Rendimiento 70-80%
pH 2,4
Contenido de agua 20 30 %
Problemas de Bio-Oil si se usa como combustible industrial:
Contenido de agua 20-30 %
Densidad 1,200 kg/m³
Poder calorífico (PCI) 16-20 MJ/kg
• Inestable en el tiempo• Corrosivo• Bajo poder calorífico
Relación másica C/H/O 55 : 6 : 38j p
• Difícil ignición
Combustible Poder calorífico (PCI)(MJ/l)
Aserrín de madera < 1
Astillas de madera 3
Bio-Oil 21
Fuel Oil 6 39
Etanol 24
Fuente: Fast Pyrolysis of Biomass: A Handbook volume 2. A V Bridgwater PyNe (2002)
Compuestos químicos en bio-oil
Phenol(in the bio-oil)
Methane(in the gases)
Water(in the bio-oil)
Carbon monoxideCarbon monoxide(in the bio-oil)
Levoglucosan(in the bio-oil)
Wood(solid)
Hydroxyacetaldehyde(in the bio-oil)
Hydrogen(in the gases)
Carbondioxide(in the gases)
(solid)
Original wood structure(at 20ºC)
Aromatic ring(in the char)
Produced fragments(after pyrolysis at 500 ºC)
Source: Biomas Technology Group (btg)(http://www.btgworld.com)
(at 20 C)
Compuestos químicos en bio-oil
Componente Fórmula Estructura Concentració en Bio-oil (%)Componente Fórmula Estructura Química
Concentració en Bio oil (%)
Ensyn BTG Dynamotive Pyrovac
Agua H2O 20 3 30 4 21 1 15 7Agua H2O 20.3 30.4 21.1 15.7Glioxal C2H2O2 0.84 1.51 1.32 0.92Hidroxyacetaldehído C2H4O2 3.69 6.65 5.65 2.54Levoglucosano C6H10O5 3.71 2.96 4.48 3.72g 6 10 5
Formaldehído CH2O 0.83 2.63 2.07 0.76Ácido fórmico CH2O2 3.7Acido acético C2H4O2 4.73 3.17 2.46 2.25Butanol C4H10O 1.29 3.15 2.85 0.80
Hidroxipropanona C3H6O2 1.63 2.82 3.91 1.10
Fuente: www.dynamotive.com; www.ensyn.com; www.btgworld.com
Lignina
A li ió
Componente de resinas termoplásicas
Aplicación:• Tableros OSB• Tableros contrachapados• Abrasivos, moldes de fundición, etc.b s vos, o des de u d c ó , e c.
Proyectos: yINNOVA BÍO BÍO “Aplicación de conocimientos biotecnológicos y químicos avanzados, para separar los componentes de la madera” (UDT) 2008-2010
Lignina
Reemplazo de fenol en resinas fenol-formaldehído
Aplicación:• Perfiles extrusionados• Productos inyectados• Productos termoformados• Productos termoformados• Encapsulante de fertilizantes de liberación controlada
Proyectos: ANR-CONICYT “NATMAT” (UDT, University of Nancy), 2009-2011Fondef D08I1100 “Desarrollo de Productos Comerciales a partir de paja de trigo” (UDT), 2009-2011
Carboncillo (carbón vegetal)
Usos:• Combustible
• Carbón activado• Nanotubos de carbono
Producción de pellets:• Aserrín• Carboncillo• Madera tostada
Proyectos:• INNOVA CHILE: “Uso sustentable de Biomasa como fuente de energía en la Región de
Aysén” (UDT), 2008 – 2010.
Gasificación
Gases para generación de p gfuerza y calor (calderas, centrales de poder, hornos de cal, etc.)
Proyectos:• CONSORCIO BIOCOMSA S.A. (ENAP, FORENERGY and Universidad de Chile), 2008 – 2012.• FONDEF: “Generación y Uso de Gases Biogénicos en Chile como Sustituto de Gas Natural (SNG)” (UDT).• FONDEF D04I1083: “Desarrollo de un Reactor molecular para la Generación de Energía a partir de Biomasa a pequeña y mediana Escala”
(Universidad de Chile), 2005 – 2008.
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