ENERGÍA APLICADA

Abstract

Este estudio revisa las instalaciones de valorización de biocombustibles, así como la importancia futura de refinerías BioRe fi. La biomasa se puede convertir en biocombustibles útiles y productos bioquímicos a través de la mejora de la biomasa y las tecnologías nery fi BioRe. A nery BioRe fi es un centro que integra los procesos de conversión de biomasa para producir combustibles, energía y productos químicos a partir de biomasa. Procesos de mejoramiento de biomasa incluyen fraccionamiento, la licuefacción, la pirólisis, hidrólisis, fermentación, y fi cación gasi. Mejorado bio-aceite de pirólisis de biomasa se puede utilizar en motores de vehículos como combustible. Los beneficios de una nery BioRe fi integrado son numerosos debido a la fi cación diversificación de materias primas y productos. Actualmente existen varios niveles diferentes de integración en erie n- BioRe fi que se suma a su sostenibilidad, tanto económica como ambientalmente. Ventajas económicas y de producción aumentan con el nivel de integración en el nery BioRe fi.

1. Introduccion

Más recientemente, conversión de materias primas biorenewable a los biocombustibles quid pasivos se ha convertido en un método prometedor para el futuro [1,2]. Instalaciones de producción y valorización de biocombustibles, así como la importancia futura de refinerías BioRe son revisados en este estudio.

El proceso de convertir BioRenewables en compuestos de valor útiles y superiores no es nueva. Por ejemplo, la caña de azúcar se ha utilizado en la producción de bioetanol desde 6000 BC. El ácido láctico fue primero descubierto por CW Scheele en 1780.

El etanol se ha utilizado por los seres humanos desde la prehistoria como el ingrediente icating intox- de bebidas alcohólicas. Los antiguos egipcios producen alcohol por fermentación natural materiales vegetativos. También en la antigüedad, los chinos descubrieron el arte de la destilación, lo que aumenta la concentración de alcohol en soluciones fermentadas. Los residuos secos en una alfarería 9.000 años fueron encontradas en República (los) Popular China. Su aislamiento como un compuesto relativamente puro fue primero logrado por el alquimista persa, Zakariya Razi. El etanol fue primero prepara sintéticamente en 1826 gracias a los esfuerzos independientes de Henry Hennel en Gran Bretaña. El etanol se utiliza como combustible para lámparas en los Estados Unidos desde 1840 En la década de 1970, sin embargo, la industria del etanol comenzó a resurgir cuando se utiliza etanol como un extensor de combustible durante la escasez de gasolina provocados por la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) aceite embargos. El etanol se ha utilizado en Alemania y Francia desde principios de 1894 por el entonces incipiente industria de gines combustión interna. Brasil ha utilizado etanol como combustible a partir de 1925.

Esquema tecnológico histórico y los recursos industriales incluyen aspectos sobre los inicios de la producción de azúcar, la hidrólisis del almidón, de cationes madera sacchari fi, formación y separación de furfural, celulosa, y la producción de pulpa, la síntesis de ácido levulínico, lípidos, vanil- lin de lignina, ácido láctico fermentación. Algunos aspectos actuales de BioRe fi investigación y desarrollo Nery desde el comienzo de la 1990 se presentan, revela que los procesos integrados, la biomasa re tecnología nery fi y BioRe tecnología nery fi se han convertido en objetos de investigación y desarrollo.

La estructura básica de toda la biomasa leñosa se compone de tres polímeros orgánica: celulosa, hemicelulosa y lignina en el tronco, el follaje y la corteza [3]. Tres componentes estructurales son celulosa, hemicelulosa y lignina que tienen fórmulas ásperas como CH1.67O0.83, CH1.64O0.78 y C10H11O3.5, respectivamente. A estos materiales son extractivos y minerales o cenizas. La proporción de estos constituyentes de la madera varía entre las especies, y hay claras diferencias entre frondosas y coníferas. Maderas duras tienen una mayor proporción de celulosa, hemicelulosas, extractos y que las maderas blandas, pero las maderas blandas tienen una mayor proporción de lignina. En general, las maderas duras contienen aproximadamente 43% de celulosa, 22% de lignina, y 35%, mientras que las maderas blandas hemicelulosas contienen aproximadamente 43% de celulosa, 29% de lignina, hemicelulosa y 28% (sobre una base-tivo libre de extracción). La mayor diferencia entre las materias primas y del petróleo es biorenewable contenido de oxígeno [4]. BioRenewables tener los niveles de oxígeno del 10% al 44%, mientras que el petróleo tiene esencialmente ninguno de decisiones de las propiedades químicas de BioRenewables muy diferente a partir del petróleo. Por ejemplo, los productos biorenewable son a menudo más polar y un poco de agua arrastran fácilmente y por lo tanto pueden ser ácida. Las plantas usan la fotosíntesis para convertir la energía solar en energía química. Se almacena en forma de aceites, hidratos de carbono, proteínas, etc Esta energía se convierte en planta de biocombustibles. De ahí que los biocombustibles son principalmente una forma de energía solar. Para los biocombustibles tengan éxito en la sustitución de grandes cantidades de combustibles derivados del petróleo, la materia prima disponible habilidad debe ser lo más alto posible. Hay una necesidad urgente de diseñar neries BioRe fi integrados que son capaces de producir combustibles de trans- porte y productos químicos [5-10].

La biomasa tradicional o '' biomasa moderna '' utilizar a través de la e fi ciente y tecnologías de combustión limpia y el suministro sostenido de los recursos de biomasa, combustibles menos contaminantes sólidas y competitivas, el calor y la electricidad que utilizan modernas tecnologías de conversión. Biomasa, como fuente de energía, tiene dos características notables [11,12]. En primer lugar, la biomasa es el único recurso orgánico renovable y es también uno de los recursos más abundantes. En segundo lugar, la biomasa fi xes dióxido de carbono en la atmósfera por la fotosíntesis. Combustión directa y el anillo fi co con el carbón para la producción de electricidad a partir de biomasa se ha encontrado para ser un método prometedor en el futuro más cercano. Tecnologías de conversión termoquímica de biomasa como la pirólisis y gas i fi cación ciertamente no son las opciones más importantes en la actualidad; combustión es responsable de más del 97% de la producción de bio-energía del mundo [9]. El etanol y el ácido graso (m) etílico (biodiesel), así

como el diesel producido a partir de biomasa por síntesis de Fischer-Tropsch (FTS) son combustibles de transporte modernos basados en la biomasa. Líquido transparente combustibles trans- pueden ser producidos por biomasa integrado Gasi fi cationes procesos Fischer-Tropsch (FT) BIG-. Modernos excluye biomasa TRA- usos tradicionales de biomasa como la leña e incluye la electricidad generación ación, la producción de calor y combustibles líquidos para el transporte de residuos agrícolas y forestales y de residuos sólidos. Por otra parte, '«biomasa tradicional»' se produce de manera no sostenible y se utiliza como una fuente no comercial-por lo general con muy bajos CIES cien- fi ef para cocinar en muchos países [13].

La biomasa se puede convertir en biocombustibles útiles y cals bio-química a través de la mejora de la biomasa y las tecnologías nery fi BioRe. A nery fi biorremediación es un centro que integra los procesos de conversión de biomasa para producir combustibles, energía y productos químicos a partir de biomasa. Procesos de mejoramiento de biomasa incluyen fraccionamiento, la licuefacción, la pirólisis, hidrólisis, fermentación, y fi cación gasi. Mejorado bio-aceite de pirólisis de biomasa se puede utilizar en motores de vehículos como combustible. Los e fi cios ct de una nery BioRe fi integrado son numerosos debido a la fi cación diversificación en materias primas y productos [14-25,8,26-38]. Actualmente existen varios niveles diferentes de integración en refinerías BioRe que se suma a su sostenibilidad, tanto económica como ambientalmente. Ventajas económicas y de producción aumentan con el nivel de integración en el nery BioRe fi [9]. La economía BioRe fi nery es una visión de un futuro en el que BioRenewables sustituye a los combustibles fósiles. La transición a una economía de fi nery BioRe requeriría la inversión enorme en infraestructura nueva para producir, almacenar y entregar BioRe fi n-uy productos a los usuarios finales.

Hay cuatro principales refinerías BioRe fi: biosyngas basados en re nery fi, basado en la pirólisis re fi nery, hidrotermal basada re nery fi, y fermentación mentación basada en re nery fi. Biosyngas es un intermedio multifuncional para la producción de materiales, productos químicos, combustibles para el transporte, la energía, y / o calor a partir de biomasa.

Combinando productos de mayor valor con mayor poder calorífico de combustibles de producción y el empleo de cualquier combinación de las tecnologías de conversión tiene el mayor potencial para la fabricación de combustibles, productos químicos y materiales y de energía a partir de biomasa competitivo. La obtención de biocombustibles modernos, biopoder, y bioproductos a partir de biomasa se puede realizar sólo en las refinerías BioRe fi integrado. Refinerías Biore demasiado utilizarán sólo aquellas plataformas tecnológicas que la mayoría son rentables para la conversión de un determinado tipo de biomasa en un determinado conjunto de productos finales deseados. Este artículo revisa la biorenew- actual instalaciones de valorización de combustible capaces, así como la importancia futura de refinerías BioRe fi. El desarrollo de las tecnologías de nery fi BioRe es importante y estas tecnologías también son muy prometedoras.

2. Tecnologías Fraccionamiento de valorización de la madera y la biomasa leñosa

Fraccionamiento refiere a la conversión de la madera en sus componentes constituyente (celulosa, hemicelulosas y lignina). Los procesos incluyen la explosión de vapor, separación acuosa, y sistemas de agua caliente sistemas. Los productos comerciales de fraccionamiento de biomasa incluyen ácido levu- Linic, xilitol y alcoholes. Higo. La figura 1 muestra los principales componentes de la biomasa vegetal. Higo. La figura 2 muestra el fraccionamiento de madera y sustancias químicas de la madera.

Químicos fraccionamiento principales de ingredientes de madera son:

1) disociación de componentes de la célula? Fragmento de lignina + oligosacáridos + Celulosa.

2) degradación química de la celulosa? Ácido Levulinic + xilitol. 3) degradación química de la lignina? Productos fenólicos. 4) La hidrólisis de la celulosa (fi cación sacchari)? La glucosa. 5) conversión de la glucosa (Fermentación)? El etanol + ácido láctico.

La Tabla 1 muestra las principales tecnologías de valorización de la madera. La conversión de la madera en productos químicos para la producción de la mayoría de nuestros plásticos sin- téticos, fibras y cauchos es técnicamente factible. Los aceites sintéticos obtenidos de la licuefacción de la madera pueden servir como materia prima para el craqueo a productos químicos de la misma manera que el petróleo crudo se utiliza actualmente.

Una completa revisión actual se centra en los recientes desarrollos en la madera / biomasa pirólisis e informa de las características de los aceites biológicos resultantes, que son los principales productos de la pirólisis rápida de madera [31]. La pirólisis rápida utiliza la biomasa de madera para pro- ducir un producto que se utiliza como fuente de energía y una acción retroalimentación para la producción química. Se han hecho considerables esfuerzos para convertir la biomasa de madera para combustibles líquidos y productos químicos desde la crisis del petróleo en 1970.

3. Biocombustibles

El término biocombustible se denomina líquido o combustibles sólidos, gaseosos que se producen principalmente de materias primas biorenewable. Hay dos combustibles de transporte global biorenewable líquidos que podrían reemplazar a la gasolina y el combustible diesel. Estos son el bioetanol y el biodiesel. El bioetanol es un buen combustible alternativo que se produce casi en su totalidad a partir de cultivos alimentarios [39-41]. El biodiesel se ha vuelto más atractivo recientemente debido a sus bene fi cios ambientales [42].

Los biocombustibles pueden ser clasificados en función de su producción de tecnologías de: fi generación de biocombustibles primero (FGBs); los biocombustibles de segunda generación (PMEs); biocombustibles de tercera generación (TGBs); y biocombustibles de cuarta generación. La Tabla 2 muestra la clasi fi cación de los biocombustibles renovables basadas en sus tecnologías de producción. Los biocombustibles de primera generación (FGBs) se refieren a los biocarburantes producidos a partir de gar su-, almidón, aceites vegetales o grasas animales que utilizan la tecnología convencional. FGBs producidos a partir de cultivos de alimentos como cereales, remolacha azucarera y semillas oleaginosas están limitados en su capacidad para lograr los objetivos de la sustitución del petróleo-producto, la mitigación del cambio climático, y el crecimiento económico. Una posible excepción que parece cumplir con muchos de los criterios aceptables es el bioetanol producido a partir de caña de azúcar. Las materias primas básicas para la producción de biocombustibles de segunda generación primeros son a menudo las semillas o granos como el trigo, que produce almidón que se fermenta en etanol, o las semillas de girasol, que son presionados para producir aceite vegetal que puede ser usado en biodiesel. La producción de FGBs como el etanol de caña de azúcar en Brasil, el etanol de maíz en Estados Unidos, de semillas oleaginosas violación bio-diesel en Alemania, y el aceite de palma biodiesel en Malasia se caracteriza por mercados comerciales maduros.

y tecnologías bien entendido. Objetivos de futuro y los planes de inversión sugieren un fuerte crecimiento continuará en un futuro próximo [43].

Los biocombustibles de segunda generación (PMEs) producidos a partir de (grandes) las existencias de realimentación de materiales lignocelulósicos incluyen paja de cereales, residuos forestales, bagazo de caña, y los cultivos específicamente energéticos crecido como hortalizas tiva pastos y bosques de rotación corta. El PMEs podría evitar muchos de los problemas que enfrenta FGBs y potencialmente ofrecer un mayor potencial de reducción de costes en el largo plazo. Muchos de los problemas asociado con FGBs pueden ser abordadas por la producción de biocombustibles fabricados a partir de residuos agrícolas y forestales y de cultivos a partir de materias primas no alimentarias. De cultivos de bajo coste y el bosque, los desechos del proceso de madera, y la fracción orgánica de los residuos sólidos municipales pueden ser usados como materias primas de lignocelulosa.

Los biocombustibles de segunda y tercera generación son también llamados biocombustibles avanzados. Los biocombustibles de segunda generación están hechos de cultivos no alimentarios, paja de trigo, maíz, madera, cultivos energéticos utilizando tecnología avanzada. El combustible de algas, también llamado oilgae o biocombustibles de tercera generación, es un biocombustible a

partir de algas. Por otra parte, una cuarta generación que aparece ación se basa en la conversión de vegoil y bio-diesel en gasolina bio utilizando la tecnología más avanzada [44].

1) Barreras para el desarrollo de los biocombustibles

Hay algunos obstáculos para el desarrollo de la producción de biocombustibles. Son, barreras económicas, de suministro, almacenamiento, seguridad, y políticas tecnológicas. La reducción de estas barreras es uno de los de conducción

factores en la participación del gobierno en los biocombustibles y biocarburantes de investigación y desarrollo. Los costos de producción son inciertas y varían con la materia prima disponible. La producción de biocombustibles a partir de materias primas lignocelulósicos se puede lograr a través de dos rutas de procesamiento muy diferentes: bioquímica y termoquímica. No hay ningún candidato claro para '' mejor vía tecnología '' entre la composición peting rutas bioquímicas y termoquímicos. Obstáculos técnicos para la hidrólisis enzimática incluyen: baja actividad especıfica de enzimas comerciales actuales, el alto costo de la producción de enzimas, y la falta de comprensión de la bioquímica de la enzima y fundamentos mecanicistas.

Se necesita mucha más inversión en investigación, desarrollo, de- mostración, y el despliegue para asegurar que la futura producción de las diversas materias primas de biomasa puede ser llevado a cabo de manera sostenible y que las tecnologías de conversión de preferentes, INCLUYENDO los más avanzados, pero sólo en la investigación y la etapa de desarrollo, son identi fi y ha

demostrado ser viable. Una vez comprobado, habrá una transición constante de FGBs (con la excepción de etanol de caña de azúcar que continuará siendo producido de manera sostenible en varios países).

Incluso a altos precios del petróleo, las PyMEs probablemente no será plenamente comercial ni entrar en el mercado desde hace varios años por venir sin significativa ayuda adicional del gobierno. Se necesita mucha más inversión en investigación, desarrollo, demostración y despliegue para asegurar que la futura producción de las diversas materias primas de biomasa puede ser llevado a cabo de manera sostenible y que las tecnologías de conversión de preferentes, incluidos los más avanzados, pero sólo en la investigación y el desarrollo etapa, se identifican y ha demostrado ser viable.

4. Biore refinerías

A 'fi nery BioRe' es un modelo conceptual para la producción de biocombustibles futuro en el que ambos combustibles y materiales de alto valor co-productos son producido. El concepto nery fi BioRe intenta aplicar a la conversión de la biomasa, los métodos que se han aplicado al fuego ción de petróleo. Refinerías Biore producirían simultáneamente los biocombustibles, así como los productos químicos de base biológica, el calor y la energía. Refinerías Biore presentarían opción más económica que los productos químicos de base biológica son co-productos de combustible líquido. Neries BioRe fi futuras serían capaces de imitar el rendimiento energético de la moderna aceite re fi cación a través de la integración de calor extenso y desarrollo co-producto. El calor que se suelta de algunos procesos dentro de la fi nery BioRe podría ser utilizado para satisfacer las necesidades de calor para otros procesos en el sistema.

Hay un número de plantas a escala piloto y de demostración ya sea en funcionamiento, en fase de desarrollo o proyectadas con desarrollos totalmente comerciales que no se espera hasta la próxima década o dos.

Proyectos de demostración nery fi BioRe actual se tabulan en la Tabla 3.

1) Principales brechas y barreras para bioRe refinerías técnicos y no técnicos

Hay una gran cantidad de lagunas y barreras técnicas y no técnicas relacionadas con la aplicación y comercialización de la nery fi biorremediación. Barreras técnicas actuales con el uso de cultivos energéticos se asocian con el costo de producción y difi cultades en la cosecha y el almacenamiento de los materiales cultivados, especialmente para cultivos anuales o de otros que tienen que ser recolectadas dentro de un período de tiempo limitado en el Tumn au. Los costos de transporte son de vital importancia a la hora calculando los costes globales de la biomasa; por lo tanto, la producción local o regional de la biomasa es más favorable. Otros problemas técnicos relacionados con cultivos energéticos incluyen el suministro de nutrientes y control de plagas y enfermedades.

Las principales barreras no técnicas son restricciones o gravámenes preferentes sobre el uso de la tierra (alimentos, energía, uso de equipamiento, vivienda, comercio, industria, ocio o designaciones como zonas de gran belleza natural, especial interés cientí fi ca, etc), así como los efectos ambientales y ecológicos de grandes extensiones de monocultivo. Por ejemplo, los aceites vegetales son una fuente renovable y potencialmente inagotable de energía con contenido de energía cerca de combustible diesel [44]. Por otro lado, el uso extensivo de los aceites vegetales puede causar otros problemas significativas, tales como el hambre en los países en desarrollo. Los combustibles de aceites vegetales no eran aceptables porque eran más caros que los combustibles derivados del petróleo.

Hay pocas barreras técnicas para la construcción de biomasa fi instala- ciones rojas a cualquier escala, desde el hogar a cerca de 50 MW, por encima del cual las consideraciones de la disponibilidad y el costo de proporcionar el combustible convertido signi fi cativa. En general, sin embargo, la capacidad y la generación de ef fi ciencia de las plantas de biomasa son considerablemente menores que los de los sistemas de turbinas rojo ern fi-gas natural dulos. Las principales limitaciones no técnicos a la inversión en sistemas más grandes son de carácter económico, o en algunos países reflejan las condiciones de planificación y de la opinión pública, donde una clara distinción no puede ser hecha entre moderna planta de energía de biomasa efectiva y mayores contaminantes diseños de incineradores.

Diseños fiables de equipos para las fases termoquímicos de conversión de biomasa aún no se han demostrado ampliamente y ha demostrado ser capaz de entregar continuamente con gas de síntesis de la calidad requerida. El gas de síntesis tiene que estar libre de nitrógeno; esto requiere

el uso de oxígeno (caro), un proceso pirolítico optimizado para el gas, o un proceso de múltiples etapas. Los principales obstáculos no técnicos a la aceptación de biocombustibles líquidos, especialmente en el sector del transporte, se refieren a los costos de producción, los mercados disponibles, las políticas fiscales y la legislación, así como la mezcla y distribución. Desde el punto de vista económico, el uso de cultivos agrícolas, sin subsidios, es demasiado caro para producir ya sea bioetanol o biodiesel a un precio competitivo con la gasolina libre de impuestos o combustible diesel, mientras que los procesos de utilización de materiales lignocelulósicos de menor costo no se han perfeccionado [39-42].

5. Procesos de conversión termoquímica de biorenewables

Procesos de conversión termoquímica principales son la pirólisis, la gasificación fi cación, y licuefacción. Materias primas biorenewable puede ser convertida en formas líquidas o gaseosas para la producción de energía eléctrica, calor, productos químicos o combustibles gaseosos y líquidos [32-34]. Higo. La figura 3 muestra los tipos y clasi fi cación de los procesos de conversión de biomasa. Procesos de conversión de biomasa principales son la licuefacción directa, licuefacción indirecta, la extracción física, la conversión termoquímica, conversión bioquímica, y la conversión electroquímica [35,36,45]. Higo. La figura 4 muestra una vista general de las rutas de conversión de material vegetal a los biocombustibles.

La pirólisis es el proceso de reacción química fundamental que es el precursor de tanto el catión gasi fi y la combustión de combustibles sólidos, y es simplemente definido como los cambios químicos que ocurren cuando se aplica calor a un material en ausencia de oxígeno. Gasi fi cación de la biomasa para su uso en motores de combustión interna para la generación de energía ofrece un importante recurso alternativo de energía renovable. Gasi fi cación es la combustión parcial de la biomasa para producir gas y carbón en la primera etapa y la posterior reducción de los gases de productos, fl chie y CO2 y H2O, por el carbón en CO y H2. El proceso también genera algo de metano y otros hidrocarburos superiores, dependiendo del diseño y condiciones de operación del reactor [46,47].

Los grupos químicos que se pueden obtener a partir de biomasa bio-aceite por pirólisis rápida son ácidos, aldehídos, alcoholes, azúcares, ésteres, cetonas, compuestos fenólicos, compuestos oxigenados, hidrocarburos, y esteroides. Los bio-aceites se componen de una serie de ciclopentanona, metoxifenol, acetona ácido tic, metanol, acetona, furfural, fenol, ácido fórmico, levogluco- san, guaiocol y sus derivados fenol alquilado. El ácido acético se forma en la descomposición térmica de los tres principales componentes de la biomasa. En las reacciones de pirólisis de la biomasa: el agua es formado por deshidratación; ácido acético proviene de la eliminación de grupos acetilo originalmente vinculados a la unidad de xilosa; furfural se forma por la deshidratación de la unidad de xilosa; procede de ácido fórmico a partir de los grupos carboxílicos del ácido urónico; y surge metanol a partir de grupos metoxilo de ácido urónico [20,24,48].

Procesos relacionados con la licuefacción de la biomasa se basan en la investigación temprana de Appell et al. [45]. Estos trabajadores informaron de que una variedad de biomasa, tales como residuos agrícolas y cívicos se podría convertir, en parte, en un producto similar a aceite pesado por reacción con agua y monóxido de carbono / hidrógeno en presencia de carbonato de sodio.

La pirólisis y licuefacción directa con los procesos del agua se confunden a veces entre sí, y una comparación fi simplificada de los dos siguientes. Ambos son procesos termoquímicos en la que la materia prima de compuestos orgánicos son convertidos en productos líquidos. En el caso de licuefacción, compuestos macro-molécula de materia prima se descomponen en fragmentos de moléculas de luz en presencia de un catalizador adecuado. Al mismo tiempo, estos fragmentos, que son inestables y reactiva, repolymerize en compuestos aceitosos que tienen pesos moleculares apropiados [20]. Con la pirólisis, por otra parte, un catalizador es generalmente innecesario, y los fragmentos de luz descompuesto se convierten en compuestos oleosos a través de reacciones homogéneas en la fase gaseosa.

Pirólisis convencional se define como la pirólisis, que se produce en virtud de un régimen de calentamiento lento. Esta condición permite la producción de productos de pirólisis sólidos, líquidos, gaseosos y en porciones significativas. Pirólisis lenta convencional se ha aplicado desde hace miles de años y se ha utilizado principalmente para la producción de carbón vegetal. La velocidad de calentamiento en la pirólisis convencional es normalmente mucho más lento que el utilizado en la pirólisis rápida. Una materia prima se puede mantener a temperatura constante o calienta lentamente. Los vapores pueden ser eliminado de forma continua a medida que se forman. Pirólisis lenta de la biomasa se asocia con alta continente carbón vegetal, pero la pirólisis rápida se asocia con alquitrán, a baja temperatura (675 a 775 K), y / o gas, a alta temperatura. En la actualidad, la tecnología preferida es la lisis piro- rápido o fl ash a altas temperaturas con tiempos de residencia muy cortos [35].

La pirólisis rápida (más exactamente definido como termólisis) es un proceso en el que un material, como la biomasa, se calienta rápidamente a altas temperaturas en ausencia de oxígeno [35]. Pirólisis flash de biomasa es el proceso termoquímico que convierte pequeñas partículas secas bio-masa en un combustible líquido (bio-aceite o biocrudo) para casi 75%, y la carbonilla y los gases no condensables por calentamiento de la biomasa a 775 K en ausencia de oxígeno. Char en el cata- fase vapor za agrietamiento secundario. La pirólisis de la biomasa es la biomasa sólida atractiva causa BE- y los desechos se puede convertir fácilmente en productos líquidos. Estos líquidos, como el crudo bio-aceite o papilla de carbón de agua o aceite, tienen ventajas en el transporte, el almacenamiento, la combustión, tting retro fi y flexibilidad en la producción y comercialización.

El calentamiento rápido y enfriamiento rápido producen los productos líquidos de pirólisis intermedios, antes de que se condensan reacciones adicionales se descomponen de especies de mayor peso molecular en productos de gaseosos. Velocidades de reacción altas minimizan la formación de carbón. A temperaturas más altas de pirólisis rápida, el producto principal es el gas. Si el objetivo es maximizar el rendimiento de productos líquidos resultantes a partir de biomasa

pirólisis, una temperatura baja, alta velocidad de calentamiento, se requeriría proceso de tiempo de residencia de gas corto. Para una producción elevada de carbón vegetal, una temperatura baja, sería elegido proceso de baja velocidad de calentamiento. Si el propósito fuera para maximizar el rendimiento de gas combustible resultante de la pirólisis, una temperatura alta, baja velocidad de calentamiento, sería preferible proceso de tiempo de residencia de gas a largo [35]. La tabla 4 muestra char, líquido y productos gaseosos de la biomasa vegetal por pirólisis y gasificación fi cación. Se cree que a medida que progresa la reacción de pirólisis del residuo de carbono (semi-char) se convierte en menos reactivo y forma estructuras estables Chemical, y en consecuencia los aumentos de energía de activación como el nivel de conversión de los aumentos de biomasa. Líquidos de pirólisis se forman por despolimerización rápida y simultáneamente y fragmentación Menting celulosa, hemicelulosa y lignina con un rápido aumento

de la temperatura. Higo. La figura 5 muestra el fraccionamiento de productos de pirólisis de biomasa.

El catión gasi fi de la biomasa es un tratamiento térmico, que re- resultados en una alta producción de productos gaseosos y pequeñas cantidades de carbón y cenizas. Gasi fi cación se lleva a cabo a altas temperaturas con el fin de optimizar la producción de gas. El gas resultante, conocido como gas de productor, es una mezcla de monóxido de carbono, hidrógeno y metano, junto con el dióxido de carbono y nitrógeno. La mayoría de los sistemas de certi fi Gasi biomasa utilizan el aire o el oxígeno en los procesos de oxidación o combustión parcial. El rendimiento de gas producto de la descomposición térmica se compone de CO, CO2, H2O, H2, CH4, otros hidrocarburos gaseosos (CHS), alquitranes, char, constituyentes inorgánicos, y la ceniza. La composición del gas de producto de la fi cación gasificación de biomasa depende en gran medida del proceso de gasificación fi cación, el agente de gasificación, y la composición de la materia prima [20,26].

Suponiendo un proceso de gasificación de cationes fi utilizando biomasa como materia prima, el primer paso del proceso es una descomposición termoquímica de la celulosa, hemicelulosas y compuestos de lignina con la producción de carbón y los volátiles. Adelantar el catión gasi fi de

carbón y algunas otras reacciones de equilibrio se producen. Productos posibles obte- nidos de proceso de certi fi gasi se dan en la figura. 6.

En el proceso de licuefacción, la biomasa se convierte en productos fi ed licuado a través de una compleja secuencia de estructura y químicas cambios físicos. En la licuefacción, la biomasa se descompone en moléculas pequeñas. Estas pequeñas moléculas son inestables y reactiva, y pueden repolymerize en compuestos aceitosos con una amplia gama de distribución de peso molecular. La licuefacción hidrotérmica (HTL) o licuefacción directa es una tecnología prometedora para el tratamiento de los flujos de residuos procedentes de diversas fuentes y producir bioproductos de valor, tales como biocrudos [20,24,26].

En el proceso de actualización hidrotermal (HTU), la biomasa se re actuó en el agua líquida a temperatura y presión elevadas. Los equilibrios de fases en el proceso de HTU son muy complicados debido a la presencia de agua, dióxido de carbono supercrítico, alcoholes, así como el llamado biocrudo. El biocrudo es una mezcla de una amplia distribución de peso molecular y se compone de diversos tipos de moléculas. Biocrudo contiene 10-13% de oxígeno. El biocrudo está arriba calificado por hidrodesoxigenación catalítica en una instalación central. Estudios de procesos preliminares sobre la conversión de varios tipos de biomasa en combustibles líquidos han indicado que HTU es más atractivo que cationes pirólisis o gasificación fi. En HTU la biomasa, típicamente en un 25% suspensión en agua, se trata a temperaturas de 575 a 625 K y 12-18 presiones MPa en la presencia de agua líquida para 5- 20 min para producir una mezcla de biocrudo líquido, gas (principalmente CO2) y agua. El tratamiento posterior puede ser capaz de mejorar el crudo bio para biocombustible utilizable [32].

6. Fischer-Tropsch de síntesis (FTS) de gas de síntesis a partir de BioRenewables

Fischer-Tropsch Síntesis (FTS) de gas de síntesis se obtiene gas i fi cación de la biomasa. El FTS fue establecido en 1923 por científicos alemanes Franz Fisher y Hans Tropsch. El objetivo principal de FTS es la síntesis de hidrocarburos de cadena larga a partir de mezcla de gas CO y H2. El FTS está descrita por el conjunto de ecuaciones [49-52]: nCO þ þ DN m = 2ÞH2! Cn Hm þ NH2 O ð1Þ

donde n es la longitud media de la cadena de hidrocarburo y m es el número de átomos de hidrógeno por carbono. Todas las reacciones son exotérmicas y el producto es una mezcla de diferentes hidrocarburos en esa pación fi n af y ole fi ns son las partes principales.

Gas de síntesis incluye principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono que también se llama como gas de síntesis (H2 + CO). El metanol puede ser producido a partir de mezclas de óxido de carbono-hidrógeno por medio de la reacción catalítica de monóxido de carbono y algo de dióxido de carbono con hidrógeno. Cobre-zinc y catalizadores de cromo-zinc se utilizan en la producción de metanol industrial. Bio-gas de síntesis es un gas rico en CO y H2 catiónico obtenido por

gasificación de la biomasa fi. El objetivo de FTS es la síntesis de hidrocarburos de cadena larga a partir de mezcla de gas CO y H2. Los productos de FTS son hidrocarburos de cadena lineal principalmente alifáticos (CxHy).

Además de la CxHy también ramificado

hidrocarburos, hidrocarburos insaturados y alcoholes primarios se forman en cantidades menores.

La distribución del producto obtenido a partir de la FTS incluye hidrocarburos ligeros metano (CH4), eteno (C2H4) y etano (C2H5), LPG (C3-C4, propano y butano), gasolina (C5-C12), combustible diesel (C13-C22) , y la luz y ceras (C23-C33). La distribución de los productos depende

del catalizador y los parámetros del proceso tales como la temperatura, presión y tiempo de residencia.

El gas de síntesis es una materia prima para la síntesis a gran escala para la producción de productos básicos importantes de la química orgánica. Las reacciones fundamentales de la química del gas de síntesis son la síntesis de metanol, la síntesis de Fischer-Tropsch (FTS), la síntesis oxo (hidroformilación), y la síntesis de metano [53]. Bio-gas de síntesis es un gas rico en CO y H2 catiónico obtenido por gasificación de la biomasa fi. La biomasa se puede convertir en bio-gas de síntesis por procesos de certi fi no catalítica, catalíticas y Gasi vapor. La composición de bio-gas de síntesis a partir de gasificación de biomasa fi cación se da en la Tabla 5.

Condiciones de operación típicas para las FTS son un intervalo de temperatura de 475 a 625 K y presiones de 15-40 bar, dependiendo del proceso. Todo sobre las reacciones son exotérmicas. El tipo y cantidad de producto líquido obtenido se determina por la temperatura de reacción, tiempo de residencia y la presión, el tipo de reactor, y el catalizador utilizado. Catalizadores de hierro tienen una mayor tolerancia para el azufre, son más baratos, y producen más ole productos fi n y alcoholes. Sin embargo, la vida útil de los catalizadores Fe es corto y en instalación comercial

instalaciones limitan generalmente a 8 semanas. Catalizadores de cobalto tienen la ventaja de una mayor tasa de conversión y una vida más larga (más de 5 años). Los catalizadores de Co son en general más reactivos para la hidrogenación y producen, por tanto, menos hidrocarburos insaturados y alcoholes en comparación con catalizadores de hierro.

Higo. La figura 7 muestra la producción de combustible diesel a partir de bio-gas de síntesis por FTS. El diseño de un er fi gasificación integrada de la biomasa con un reactor de FTS debe estar orientada a la consecución de un alto rendimiento de hidrocarburos líquidos. Para el er gasi fi, es

importante para evitar la formación de metano tanto como sea posible, y convertir todo el carbono de la biomasa a principalmente monóxido de carbono y dióxido de carbono [53].

La limpieza de los gases es un proceso importante antes de FTS. La limpieza de gas es aún más importante para la integración de una fi er gasi biomasa y un reactor catalítico. Para evitar el envenenamiento del catalizador FTS, alquitrán, sulfuro de hidrógeno, sulfuro de carbonilo, partículas de amoníaco, cianuro de hidrógeno, al-kali y polvo deben ser removidos a fondo [52].

7. procesos de conversión bioquímicos

Conversión bioquímica procede a temperaturas más bajas y velocidades de reacción más bajas y puede ofrecer una alta selectividad para los productos. Producción de Bio-etanol es una tecnología de conversión bioquímica utilizada para producir energía a partir de biomasa. Para la producción de etanol, los investigadores conversión bioquímica se han centrado en un modelo de proceso de hidrólisis ácida diluida de hemicelulosas seguido por la hidrólisis enzimática de la celulosa. La producción de biodiesel es una conversión bioquímica tecnología utilizada para producir energía a partir de cultivos de semillas oleaginosas [19,21,54,55, 18,56-60].

Los materiales celulósicos pueden ser utilizados para la producción de bioetanol. Anol Bioeth- representa un importante combustible líquido renovable, para los vehículos de motor. La producción de bioetanol a partir de biomasa es una forma de re ducir tanto el consumo de petróleo y la contaminación del medio ambiente. Con el fin de producir bioetanol a partir de biomasa celulósica, un proceso de pretratamiento se utiliza para reducir el tamaño de la muestra, romper las hemicelulosas los azúcares, y abrir la estructura del componente de celulosa. La porción de celulosa se hidroliza por ácidos o enzimas en el azúcar glucosa que se fermentan a bioetha- nol. Los azúcares de la hemicelulosa también se fermentan a

etanol. El uso del bioetanol como combustible de automoción tiene una historia tan larga como el propio vehículo. Se inició con el uso de etanol en el motor de combustión interna [61].

Materias primas de fermentación requieren tratamiento previo, o por medios químicos, físicos biológicos para abrir la estructura de la biomasa y reducir los hidratos de carbono complejos de azúcares simples. Este conjunto de pretratamientos se refiere a menudo como hidrólisis. Los

azúcares resultantes pueden ser fermentados por la levadura y las bacterias empleadas en el proceso. Las materias primas de alta en almidón y azúcar son los más fácilmente hidrolizados. Materias primas celulósicas, incluyendo la principal fracción de materia orgánica en los RSU, son más difíciles de hidrolizar, requiriendo más extenso tratamiento previo. La fermentación se utiliza generalmente aliado industrialización para convertir sustratos tales como la glucosa a etanol para su uso en cober- bebi-, combustible, y las aplicaciones químicas y de otros productos químicos (por ejemplo ácido láctico utilizado en la producción de plásticos renovables) y productos (por ejemplo, enzimas para detergentes). Estrictamente hablando, la fermentación es un proceso anaeróbico controlada enzimáticamente aunque el término se aplica a veces más libremente para incluir el procesamiento aeróbico. Higo. La figura 8 muestra un diagrama de flujo de fl proceso de hidrólisis enzimática.

8. Biore nery fi y actualización conceptos

La actualización de líquido de condensación a partir de biomasa incluye las tres etapas. Estos son la mejora física (condensación diferencial, li- filtración quid y adición de disolvente), la mejora catalítica (genating desoxi- y reformar) y mejora química (nueva síntesis de combustible y productos químicos).

El bio-aceite obtenido de la pirólisis rápida de la biomasa tiene un alto contenido de oxígeno. Debido a la reactividad de los grupos oxigenados, los principales problemas son el aceite de inestabilidad. Por lo tanto es necesario un estudio de la desoxigenación de bio-aceite. En el trabajo anterior, se estudió el mecanismo de hidrodesoxigenación (HDO) de bio-aceite en presencia de un catalizador de molibdato de cobalto [62].

El principal hidrodesoxigenación (HDO) de reacción está

H2 AðCH2 otha þ! AðCH2 Tha þ H2 O

Esta es la ruta más importante de la mejora química. La reacción (6.4) tiene fuertes analogías con típicos re nery fi naciones hidrogenados como hidrodesulfuración e identi fi hydrodenitri. En general, la mayoría de los estudios hidrodesoxigenación se han realizado utilizando catalizadores de hidrodesulfuración existentes (NiMo y CoMo en vehículos adecuados). Tal catalizador necesita activación utilizando una fuente de azufre adecuada y esto es un inconveniente importante cuando se utilizan los recursos de piel libre de sulfato casi como bio-aceite.

La hidrodesoxigenación parcial catalítica objetivo principal es aumentar el valor energético del aceite mediante la eliminación de oxígeno unido en forma de agua. Hidrodesoxigenación de bio-aceites implica el tratamiento de los aceites a temperaturas moderadas con hidrógeno a alta presión en presencia de catalizadores heterogéneos. El proceso se llevó a cabo en dos etapas bien diferenciadas, una primera etapa a temperaturas relativamente bajas (525-575 K), con el objetivo de estabilizar el bio-aceite y una segunda etapa a temperaturas más altas (575-675 K) para de-oxígeno comió el producto intermedio. Se seleccionaron diferentes tipos de catalizadores, que van desde los catalizadores convencionales sulfuro DED utilizados en el proceso de HDS (es decir NiMo

/ Al2O3 y CoMo / Al2O3) a nuevo catalizador ded sulfuro no basados en catalizadores de metales nobles (es decir, Ru / Al2O3). Las condiciones de operación fueron optimizadas para obtener el máximo rendimiento de un hidrocarburo como el producto líquido. Es posible producir alcanos ligeros en fase acuosa por ING reforma- de compuestos oxigenados derivados de la biomasa, tales como sorbitol, que se pueden obtener a partir de glucosa por hidrogenación [63,64]. La producción de alcanos a partir de soluciones acuosas de hidratos de carbono sería ventajoso debido a la fácil separación de los alcanos de agua. Se necesita mucho hidrógeno para reducir los compuestos oxigenados derivados de la biomasa a los alcanos como sigue:

C6 H14 O6 þ 6H2! C6 H14 þ 6H2 O ð3Þ

Se ha demostrado en trabajos anteriores que el hidrógeno puede ser producido en un proceso catalítico a 500 K en agua a partir de polioles derivados de la biomasa tiene una estequiometría C / O de 1: 1 tal como sorbitol, de la siguiente manera [64]:

C6 H14 O6 þ 6H2 O! 13H2 þ 6CO2

La reacción global, Eq. (5), es un exotérmica

19C6 O6 H14! 13C6 H14 þ þ 36CO2 42H2 O ð5Þ

proceso y convierte aproximadamente 1,5 mol de sorbitol en 1 mol de hexano. Alrededor del 95% del valor de calentamiento, pero sólo el 30% de la masa del reactivo derivado de la biomasa se retiene en el producto. El 70% restante de la biomasa se encuentra como CO2 y agua. Se obtuvo un rendimiento máximo de 61% de hidrógeno con respecto a sorbitol se obtuvo sobre Pt / Al2O3 en condiciones de reacción optimizadas.

Reacción destructiva de celulosa se inicia a temperaturas de baja er a 325 K y se caracteriza por un grado de polimerización decreciente. La degradación térmica de la celulosa procede a través de: un graduales degradación, descomposición y carbonización en el calentamiento a temperaturas más bajas, y una volatilización rápida acompañada por la formación de levoglucosano en la pirólisis a temperaturas más altas. Las cadenas de glucosa en la celulosa son fi primera escindido a la glucosa y, en una segunda etapa, glucosan está formado por la escisión de una molécula de agua. Reacciones de degradación iniciales incluyen la despolimerización, hidrólisis, oxidación, deshidratación y descarboxilación [65]. Reacciones de deshidratación alrededor de 473 K son principalmente responsables de la degradación térmica de la lignina. Entre 423 K y 573 K, la escisión de los vínculos-alquil-aril éter A y b- ocurre. Alrededor de 573 K, Ali-

cadenas laterales fáticas empiezan a dividir fuera desde el anillo aromático. Finalmente, el enlace carbono-carbono entre las unidades estructurales de lignina se escinde en 643-673 K. reacción de degradación de la lignina es una reacción exotérmica, con picos que se producen entre 498 K y 723 K; las temperaturas y las amplitudes de estos picos dependen de si las muestras se pirolizan bajo nitrógeno o aire [66]. Un estudio detallado sobre el mecanismo de reacción de la pirólisis BO-4 ligninas fue dado por Hwang y Obst [67]. Higo. 9 muestra los productos de la pirólisis de los bo-4 ligninas.

9. Conclusiones

Los biocombustibles líquidos como el bioetanol y el biodiesel son importantes para el futuro ya que sustituyen los combustibles derivados del petróleo. El bio-líquido combustible derivado de fuentes de materias primas renovables; típicamente plantas como el trigo, la remolacha azucarera, el maíz, la paja y la madera; se llama como el bioetanol.

Materias primas biorenewable se pueden convertir en productos químicos de valor añadido y de los combustibles con un mínimo de desperdicio y las emisiones. Ables Biorenew- sometidos a procesos de conversión termoquímica y bioquímica para obtener principalmente bio-aceite, bioetanol, biodiesel y productos-sel como Die-. Productos de conversión termoquímicos y bioquímicos de BioRenewables tengan la última versión definitiva re fi procesos ING n. La actualización incluye fraccionamiento para la separación de los productos primarios.

Los beneficios de un sistema de actualización integrado son numerosos debido a la fi cación diversificación de materias primas y productos. Actualmente existen varios niveles diferentes de integración de estos sistemas que se suman a su sostenibilidad, tanto económica como ambientalmente. Ventajas económicas y de producción aumentan con el nivel de integración en el sistema.

Para una gran parte de las poblaciones rurales de desarrollo de países, y para los sectores más pobres de la población urbana, la biomasa es a menudo la única fuente de energía disponible y asequible para las necesidades básicas como cocinar y calentarse. En los países asiáticos de biomasa proporciona pro una parte sustancial de las necesidades energéticas. Países del sudeste asiático tienen el potencial de poner en práctica un importante número de plantas de energía de biomasa utilizando residuos agroindustriales como materia prima.