Diversificación de materias primas para la producción de biocombustibles

Diversificación de materias primas para la producción de biocombustibles

Diversificación de materias primas para la producción de biocombustibles

MSc. Ing. Christian Vergara O.Departamento de Ingeniería QuímicaUniversidad de La Frontera

Seminario Internacional“Región de La Araucanía: desafiando el cambio climático con las energías renovables”

Temuco, Diciembre de 2009

MIL

LO

NE

S D

E H

AB

ITA

NT

ES

Fuente: U.S. Census Bureau, Population Division.

http://www.census.gov

Población Mundial : 6.800.442.782 Actualizado: 30 nov 2009; 21:50 CHILE CONTINENTAL

Evolución de la población mundialEvolución de la población mundial

La Sociedad Industrial tiene 150

años

• Carbón 1750; Petróleo 1850;

Gas 1920

• Población x 6 , esperanza de

vida x 2

• Consumo energético per cápita

x 50

• Consumo energético total x 300

• Consumo diario de petróleo: 14

Glitros/día

De vivir del flujo a vivir del stock

Evolución de la población mundialEvolución de la población mundial

Evolución de la población mundialEvolución de la población mundial

Consumo PPC (M BTU/año)

Canadá 400

Estados Unidos 350

Alemania

165Reino Unido

Francia

Japón

Italia 135

El consumo energético mundial total en 2005 fue de 500 EJ (= 5 x 1020 J) (ó 138.900 TWh). Esto equivale a una potencia media de 15 TW (= 1.5 x 1013 W).

Energy Information Administration, U.S. Department of Energy (July 31 2006)

Foto de satélite que muestra la Tierra de noche iluminada por el brillo de la luz artificial.Crédito: C. Mayhew and R. Simmon (NASA/GSFC).

Foto de satélite que muestra la Tierra de noche iluminada por el brillo de la luz artificial.Crédito: C. Mayhew and R. Simmon (NASA/GSFC).

Foto de satélite que muestra la Tierra de noche iluminada por el brillo de la luz artificial.Crédito: C. Mayhew and R. Simmon (NASA/GSFC).

Foto de satélite que muestra la Tierra de noche iluminada por el brillo de la luz artificial.Crédito: C. Mayhew and R. Simmon (NASA/GSFC).

12.000 Millones toneladas equivalentes de petróleo /año

¡ 90% a partir de procesos de combustión !

Fuentes primarias de energía mundialFuentes primarias de energía mundial

Fuentes de energía eléctrica en el mundoFuentes de energía eléctrica en el mundo

Consumo mundial = 20 millones GWh / añoCapacidad Instalada Mundial = 4.000 GW

KILO (k): 103 MEGA (M): 106 GIGA (G): 109 TERA (T): 1012

Calentamiento GlobalCalentamiento Global

Gt CO2-eq / año

Emisiones de Gases con Efecto Invernadero

Dióxido de Carbono

Metano

Óxido Nitroso

Temperatura

Dióxido de Carbono

Temperatura Global y Concentración de CO2Temperatura Global y Concentración de CO2

Oceános liberan: 90 Gt C/año

Oceános captan: 91,7 Gt C/año

Continentes liberan: 60 Gt C/año

Continentes captan: 63 Gt C/año

Neto: 60-63+90-91,7 = - 4,7 Gt C/año

El Sistema Natural “captura” 4,7 Gt C/año

Emisión y Captación Natural de CarbonoEmisión y Captación Natural de Carbono

Emisiones Antrópicas: 8,7 Gt C/año

Total Emisión Natural: 150 Gt C/año

Total Captación Natural: 154,7 Gt C/año

Neto: - 4,7 + 8,7 = 4,0 Gt C/año

El contenido de C en la atmósfera

aumenta en 4 Gt C / año

- 4,7 Gt

Actividades Humanas

Emisión y Captación Total de CarbonoEmisión y Captación Total de Carbono

Emisiones debido al uso de energía73%

Generación eléctrica 21% Industria 17% Transporte 14% Producción de fósiles 11%Doméstico y comercial 10%

Agricultura 13%

Uso de suelo (incluyendo deforestación)10%

Residuos 4%

Emisiones Globales de GEIEmisiones Globales de GEI

Contribución

actual

Vapor de agua 36-72%

Dióxido de carbono (CO2) 9-26%

Metano (CH4) 4-9%

Óxido nitroso (N2O) 3-7%

Compuestos CFC 11% Hidrofluorocarbonos (HFC) Perfluorocarbonos (PFC) Hexafluoruro de azufre (SF6)

Ozono (O3) 3-7%

Gases con Efecto InvernaderoGases con Efecto Invernadero

AGOTAMIENTO DE LAS FUENTES DE ENERGÍA:DURACIÓN ESTIMADA SEGÚN CONSUMO ACTUAL

CARBÓN

PETRÓLEONIVELES

DE

CONSUMO

ACTUAL

2002 2042 2062 2235

2050 2100 2150 2200

Fuente: British Petroleum, 2005

DURACIÓN = RESERVAS CONOCIDAS / CONSUMO ANUAL

Ojo: Las reservas declaradas seguirán creciendo al subir el precio de la energía

PETRÓLEO

URANIO

GAS NATURAL

“La Edad de Piedra no terminó por falta de piedras...La Era del Petróleo terminará mucho antes de que se

agote el petróleo...“

Sheik Zaki Yamani , ex- Ministro del Petróleo de Arabia Saudita

Si no cuestionamos el crecimiento económico, el problema notiene solución.

Dos exigencias básicas de sustentabilidadDos exigencias básicas de sustentabilidad

Consumo responsa

ble

Producción

responsable•Minimizar el impacto

ambiental derivado del consumo de bienes y servicios.

•Información.

•Ecoetiquetado.

•Diseñar productos y procesos con mínimo impacto sobre la salud, los RRNN y la calidad ambiental.

•Eco-diseño.

Diversificación energéticaFuentes renovables de energía

"Reunir las necesidades del presente sin comprometer la habilidad de las generaciones futuras

de reunir sus propias necesidades."

El Desarrollo Sustentable es aquel que puede lograr satisfacer las necesidades y las aspiraciones del presente, sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades y aspiraciones.

Fuentes renovables no contaminantes o “limpias”Fuentes renovables no contaminantes o “limpias”

Ensenada del mar de Irlanda . Proyecto de SeaGen puede producir hasta 1.2 megavatios de electricidad, suficiente para alumbrar 1,400 casas.

Esquema de generación por turbina horizontal.

Modelo de prueba de Wavegen de 0.5 MW, en Escocia

Personas nadando al exterior de una planta de producción de energía geotérmica en Islandia.

El ahorro energético como ERNC !!

BioenergíasBioenergías

Seminario Internacional“Región de La Araucanía: desafiando el cambio climático con las energías renovables”

Temuco, Diciembre de 2009

BioenergíaBioenergía

EnergíaRenovable

Capacidad de Renovación•Disponibilidad asegurada.•Basadas en ciclos naturales del planeta.•Solar, geotérmica, bioenergía, eólica, mareomotriz.

BioenergíaBioenergía

Bioenergía Basadas en material de origen biológico (biomasa)•Bioetanol.•Biodiesel.•Biogás.

Nuestros RESIDUOS contienen una cantidad “atractiva” de materia

orgánica

FotosíntesisFotosíntesis

BioetanolBioetanol

Producido por fermentación:• Caña de azúcar (Brasil)• Maíz (Estados Unidos)

BioetanolBioetanol

BioetanolBioetanol

Estados Unidos 19,5 M TonBrasil 14,9 M TonUnión Europea 1,8 M Ton China 1,27 M TonTOTAL MUNDIAL 39,5 M Ton

Bioetanol: materias primasBioetanol: materias primas

•Tubérculos•Trigo•Cebada•Caña de azúcar •Remolacha •Maíz

•Materia prima forestal•Residuos forestales•RSM fracción celulósica•Subproductos: glicerol

BiodieselBiodiesel

Producido a partir de aceites y grasas. Sustituto parcial o total del diesel. Puede producirse de varias fuentes: raps, jatropha,

palma. También puede producirse a partir de microalgas.

BiodieselBiodiesel

BiodieselBiodiesel

Alemania 2 M TonEstados Unidos 1,2 M TonFrancia 1,15 M Ton Italia 0,5 M TonTOTAL MUNDIAL 7,9 M Ton

Biodiesel: materias primasBiodiesel: materias primas

•Colza•Girasol•Soja

•Jatropha•Aceites residuales•Aceites microbóticos

BiogásBiogás

Producto de la descomposición anaerobia de la materia orgánica en ausencia de oxígeno.

Proceso biológico natural.

Proceso usado para el tratamiento de residuos.

CH4 + CO2CH4 + CO2Metano Dióxido

de carbono

Digestión anaerobiaDigestión anaerobia

DIGESTION ANAEROBI

A

Materia

orgánica

Digestado

biomasa

Energía 3kWh/kg COD

1 vaca genera 0,5 kWatt1000 vacas 0,5 MWatt

BiogásBiogás

Fuente de energía renovable.

Doble beneficio: tratamiento de residuos y producción de energía.

¡Energía a partir de residuos!

Usos: • Producción de calor.• Generación de electricidad.• Combustible vehicular.• Uso domético (reemplazo de gas natural).

CO2

CH4 (+ CO2)

O2

digestión DIGESTION

Biogas como energía renovableBiogas como energía renovable

CO2

CH4O2

digestión

Products

Biogas como energía renovableBiogas como energía renovable

Generación de

residuos

Producción de

biogás Refinación de

biogas

Uso de biogás

Vehículos Calor Electricidad

Biogás: materias primasBiogás: materias primas

AMPLIA DIVERSIDAD DE SUSTRATOS ORGÁNICOS !!•Purines•Residuos industriales: RISES, RILes•Residuos municipales•Residuos agrícolas•“Lodos”

Sólo residuos orgánicos.Estudio no incluyó cultivos

energéticos !!!

Potencial de biogás en ChilePotencial de biogás en Chile

Biogas como herramienta de sustentabilidadBiogas como herramienta de sustentabilidad

Biogás o Combustibles líquidos

(bioetanol, biodiesel)

??Biogás puede usarse como una

herramienta para incrementar la sustentabilidad de biocombustibles

líquidos

Proyectos de biogás en ChileProyectos de biogás en Chile

CCU TemucoReactor UASB para el tratamiento de aguas residuales

La Farfana, Aguas Andinas

Proyectos de biogás en ChileProyectos de biogás en Chile

Abastecimiento domiciliario de gas proveniente de los digestores de lodos de la planta La Farfana.

• Convenio entre aguas andinas y Metrogas.

• 24.000.000 m3 anuales, el 10% de las necesidades de los clientes residenciales (150.000 habitantes).

• Reducirá las emisiones de CO2 en 21300 toneladas por año.

Convenio Metrogas-Aguas Andinas Convenio Metrogas-Aguas Andinas

La Farfana, Aguas Andinas

Proyectos de biogás en ChileProyectos de biogás en Chile

Planta de biogas Los AngelesHBS Energía, MWMSustrato: estiércol (3000 novillos + 600 Há maízPotencia eléctrica: 1MW4,4 MW US$ 16 M

Proyectos de biogás en ChileProyectos de biogás en Chile

HBS Los Ángeles: hidrólisis previa (55 °C)HBS Los Ángeles: hidrólisis previa (55 °C)

HBS Los Ángeles: fermentación (38 °C)HBS Los Ángeles: fermentación (38 °C)

HBS Los Ángeles: motor generador (1021 kW)HBS Los Ángeles: motor generador (1021 kW)

Calentamiento GlobalCalentamiento Global

El 11 de diciembre de 1997 los países industrializados se comprometieron a ejecutar un conjunto de medidas GEI.

El acuerdo entró en vigor el 16 de febrero de 2005.

El objetivo principal es disminuir el cambio climático antropogénico cuya base es el efecto invernadero.

Mecanismo creado para reducir la generación de gases invernadero a nivel global.

Considera el derecho a emitir CO2 como un bien canjeable, con un precio establecido en el mercado.

Países en desarrollo pueden implementar proyectos que reduzcan las emisiones, generando bonos que pueden venderse a países industrializados.

Proyectos de bioenergía: pueden co-financiarse por medio de venta de bonos de carbono.

Bonos de carbono Bonos de carbono

Bonos de CarbonoBonos de Carbono

$$

CO2CO2

Bonos de CarbonoBonos de Carbono

CO2CO2

Combustiblesfósiles

Bonos de CarbonoBonos de Carbono

CO2CO2

BioenergíaBioenergíaCombustiblesfósiles

Bioenergías en la UFROBioenergías en la UFRO

Proyectos de investigación

Innovación en la producción de biodiesel.Gasificación de biomasa.Nuevas tecnologías de digestión anaerobia.Biogás como combustible vehicular.

Promoción y transferencia tecnológica

Red Chilena de Biogás.(www.redbiogas.cl)

Diversificación de materias primas para la producción de biocombustibles

Diversificación de materias primas para la producción de biocombustibles

MSc. Ing. Christian Vergara O.Departamento de Ingeniería QuímicaUniversidad de La Frontera

Seminario Internacional“Región de La Araucanía: desafiando el cambio climático con las energías renovables”

Temuco, Diciembre de 2009

Centro Sudamérica América del Norte Asia – Pacìfico Àfrica Europa y Eurasia Medio Oriente

Reservas mundiales : 144.000 millones toneladas petróleo (140-180 mil millones)

Consumo actual:4.000 millones toneladas /año

144.000.000.000

4.000.000.000= 36 años

El petróleo: Base de la Sociedad Industrial ModernaEl petróleo: Base de la Sociedad Industrial Moderna