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Biomasa como fuente de energía renovable
- 1. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 11 Alumno: Carlos Arturo Escárcega Pliego Profr.: Dr. Roberto Best y Brown “BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGIA RENOVABLE”
- 2. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 22 INTRODUCCION BIOMASA ES TODA LA MATERIA VIVA EN LA SUPERFICIE EXTERNA DELGADA DE LA TIERRA LLAMADA BIOSFERA desechos Planta de biogás Composta CICLO IDEAL DEL CO2 CO2 ENERGIA SOLAR ENERGIA TRANSPORTE, TERMICA Y ELECTRICA PUEDE VERSE COMO UN ENORME ALMACEN DE ENERGIA QUE SE RENUEVA CONTINUAMENTE
- 3. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 33 TOTALES MUNDIALES DE BIOMASA (millones de toneladas métricas) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Total Masa de Materia Viva incluyendo Humedad 2,000 Total en Plantas de tierra 1,800 Total en Bosques 1,600 POBLACION MUNDIAL 5, 500 MILLONES 400 TON / PERSONA BIOMASA TERRESTRE PER CAPITA
- 4. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 44 DE LA MADERA AL CARBON HASTA FINALES DEL SIGLO XVII LA BIOMASA (MADERA) ERA LA PRINCIPAL FUENTE DE ENERGIA CALENTAMIENTO ILUMINACION CARBON DE MADERA UNA VISION DEL ORIGEN DE LA REVOLUCION INDUSTRIAL CRECIMIENTO DE LA POBLACION INCREMENTO EN EL PRECIO DE LA MADERA PRODUCCION DE METALES USO DE CARBON MINERAL (MAS ECONOMICO) AGOTAMIENTO DEL CARBON MINERAL SUPERFICIAL CAVADO DE MINAS PROFUN-DAS (REQUIERE BOMBEO AGUA DE FLOTACION) PRIMERAS MAQUINAS
- 5. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 55 LA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE OXIDACION RAPIDA DE UN MATERIAL EN EL OXIGENO DEL AIRE CON DESPRENDIMIENTO DE LUZ Y CALOR COMBUSTION BIOMASA Celulosa Azúcares (Carbohidratos) Almidones Proteínas energíaOHCOOCH ++→+ 2224 22Ejemplo: Metano [ ] energíaOHCOOOCH ++→+ 2222 Combustión de Carbohidratos
- 6. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 66 LA BIOMASA COMO FUENTE DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR CO2 H2O •Procesos naturales de descomposición y •Cadenas alimenticias AEROBIAS BIOMASA Carbón Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno PRINCIPALES CONSTITUYENTES DE LA MATERIA VIVA FOTOSINTESIS: Proceso inverso a la combustión o descomposición que ocurre en forma natural en las plantas verdes [ ] 2222 OOCHSolarEnergíaOHCO +→++ DE ESTA FORMA EL CRECIMIENTO DE LA MATERIA VIVA EN LA BIOSFERA PUEDE VERSE COMO UNA FORMA DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR CIERRE DE CICLO
- 7. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 77 FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA 1.- COMBUSTION DIRECTA BIOMASA Secado Despedazado Peletizado COMBUSTIBLE Calentamiento doméstico Calentamiento industrial Energía Eléctrica
- 8. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 88 FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.) 2.- GASIFICACION CONSISTE EN HACER REACCIONAR UN COMBUSTIBLE SÓLIDO CON VAPOR DE AGUA Y AIRE u OXIGENO A ALTA TEMPERATURA Tratamiento inicial Planta de vapor Gasificador Separación de residuos Lavado de gas BIOMASA AGUA AIRE Gas de bajo poder calorífico PROCESO CON AIRE Tratamiento inicial Planta de vapor Gasificador Separación de residuos Lavado de gas BIOMASA AGUA AIRE Gas con poder calorífico medio PROCESO CON OXIGENO Planta de oxígeno Ajuste de relación C:H Síntesis Remoción de CO2 Separación Gas de síntesis Combustible gaseoso Combustible líquido
- 9. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 99 FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.) 3.- DIGESTION ANAEROBIA DESCOMPOSICION DE MATERIA ORGANICA EN METANO Y BIOXIDO DE CARBONO EN AUSENCIA DE OXIGENO MEDIANTE LA ACCION DE BACTERIAS DIGESTION ANAEROBIA DE BIOMASA NATURAL SINTETICA •DESCOMPOSICION DE VEGETACION TERRESTRE •DESCOMPOSCION DE MAT. ORGANICA EN CUERPOS DE AGUA DIGESTORES ANAEROBIOS •Residuos Agrícolas •Residuos Urbanos RELLENOS SANITARIOS •Residuos Agrícolas •Residuos Urbanos PRODUCTOS BIOGAS CH4 50-75% CO2 25-50% RESIDUO Composta COMBUSTIBLE •Doméstico •Transporte •Generación eléctrica COMPOSTA •Uso Agrícola •Alto contenido de nutrientes
- 10. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 1010 FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.) ALTOS TIEMPOS DE RESIDENCIA EN LOS REACTORES (Equipos muy grandes) EJEMPLO DE DIAGRAMA DE FLUJO DIGESTIOS ANAEROBIA DE RESIDUOS SOLIDOS ORGANICOS Y LODOS DE TRATADORA DE AGUA 3.- DIGESTION ANAEROBIA (cont.)
- 11. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 1111 FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.) 4.- RELLENOS SANITARIOS SITIOS EXPROFESAMENTE DISEÑADOS Y CONSTRUIDOS PARA CONFINAR RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES DE MANERA CONTROLADA FASES 1.- PREPARACION DEL TERRENO 2.- LLENADO POR CAPAS 3.- RECUBRIMIENTO DESCOMPOSICION ANAEROBIA DE MATERIA ORGANICA PROCESO BIOGAS 150-300 m3/ton basura
- 12. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 1212 FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.) 5.- FERMENTACION PROCESO MEDIANTE EL CUAL LOS AZUCARES SON CONVERTIDOS EN ALCOHOLES MEDIANTE REACCIONES BIOLOGICAS ANAEROBIAS BIOMASA Hidrólisis AZUCARES Fermentación Destilación ETANOL •Uso directo •o diluente de gasolina MATERIA PRIMA LITROS/ton Litros/ha*año Caña de Azúcar 70 400 – 12000 Maíz 360 250 – 2000 Yuca (raíz) 180 500 – 4000 Papa (dulce) 120 1000 – 4500 Madera 160 160 - 4000 RENDIMIENTOS EN ETANOL
- 13. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 1313 FUENTES DE BIOMASA BIOMASA RESIDUOS DE GANADERIA •RESIDUOS DE COSECHAS •RESIDUOS DE MADERA •EXCEDENTES DE PRODUCCION RESIDUOS AGRICOLAS CULTIVOS ENERGETICOS •MADERA •CAÑA DE AZUCAR •MAIZ, SORGO RESIDUOS DE CULTIVOS TROPICALES •BAGASO DE CAÑA •CASCARILLA DE ARROZ •CASCARA DE COCO DESECHOS SOLIDOS ORGANICOS •RESIDUOS SOLIDOS MUNICIPALES •RESIDUOS COMERCIALES E INDUSTRIALES
- 14. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 1414 METODOS DE EXTRACCION DE ENERGIA EN FUNCION DE LA FUENTE DE BIOMASA COMBUSTION DIRECTA GASIFICACION DIGESTION ANAEROBIA RELLENOS SANITARIOS FERMENTACION Y EXTRACCION RESIDUOS AGRICOLAS RESIDUOS DE GANADERIA RESIDUOS DE CULTIVOS TROPICALES DESECHOS SOLIDOS ORGANICOS CULTIVOS ENERGETICOS •Energía térmica •Energía Eléctrica •Energía térmica •Energía Eléctrica Gas de Síntesis •Energía térmica •Energía Eléctrica •Transporte BIOGAS •Energía térmica •Energía Eléctrica •Transporte BIOGAS •Transporte ETANOL ACEITES
- 15. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 1515 POTENCIAL DE OBTENCION DE ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA vs CONSUMOS ACTUALES 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA POR BIOMASA TERRESTRE 3,000 EJ/año Carbón 23% Petróleo 32% Nuclear 6% Hidro 6% Biomasa 14% Gas 19% CONSUMO TOTAL DE TODAS LAS FORMAS DE ENERGIA 400 EJ/año 750 % >
- 16. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 1616 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 EFICIENCIA DE CONVERSION DE ENERGIA SOLAR EN BIOMASA EN TERMINOS ENERGETICOS, NO TODA LA RADIACION INCIDENTE EN UNA PLANTA VERDE ES CONVERTIDA EN ENERGIA UTILIZABLE Ejemplo: Una hectárea de tierra en una zona con Irradiancia de 1000 kWh/m2 año 1000 kWh equiv. 3.6 GJ y 1 ha equiv. 10,000 m2 36,000 GJ Solo 1/3 se recibe durante el periodo de crecimiento 12,000 GJ 20% de ésta llega efectivamente a las hojas 2,400 GJ 16.7% de la cual se pierde por reflexión 2,000 GJ 50% de ésta fotosintéticamente activa 1,000 GJ 30% de ésta = energía almacenada 300 GJ 60% de ésta se convierte en follaje 180 GJ SOLO 0.5% DE LA RADIACION TOTAL RECIBIDA SE CONVIERTE EN FOLLAJE 10 TONELADAS DE BIOMASA (BASE SECA) / hectárea año
- 17. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 1717 DISPONIBILIDAD DE LA BIOMASA COMO RECURSO ENERGETICO NO TODA LA BIOMASA QUE POTENCIALMENTE CRECE EN LA TIERRA (3,000 GJ/año) ES UTILIZABLE COMO ENERGIA ALIMENTACION HUMANA FORRAJE MADERA Y FIBRAS ENERGIA FUENTE DE BIOMASA POTENCIAL ANUAL DE DISPONIBILIDAD (EJ) Cultivos Energéticos 128 Residuos Animales 25 Resuduos de Forestales 14 Residuos de Caña de Azúcar 12 Bosques Existentes 10 Residuos Urbanos 3 TOTAL 205 UN ESTIMADO DEL POTENCIAL REAL UTILIZABLE PARA LA PRODUCCION DE ENERGIA PARA EL AÑO 2050 (Conferencia de las Naciones Unidas en Medio Ambiente y Desarrollo) 50% del consumo actual
- 18. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 1818 BENEFICIOS E IMPACTO AMBIENTAL COMBUSTION DIRECTA CICLO CERRADO DE CO2 BENEFICIOS DISMINUCION DE CO2 DE EFECTO INVERNADERO DISMINUCION EN LA EMISION DE OXIDOS DE AZUFRE DISMINUCION EN EL EFECTO DE LLUVIA ACIDA APROVECHAMIENTO DE BIOGAS EN RELLENOS SANITARIOS REDUCCION EN EL METANO QUE SE EMITE AL AMBIENTE DISMINUCION DE CH4 DE EFECTO INVERNADERO 30 veces mayor que CO2 IMPACTOS POTENCIALES EFECTO NOCIVO DEL USO DE FERTILIZANTES Y PESTICIDAS
- 19. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 1919 ASPECTOS ECONÓMICOS FACTORES INSTITUCIONALES •RÉGIMEN DE IMPUESTOS •GRATIFICACIÓN PARA INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO •CUANTIFICACIÓN EN TÉRMINOS ECONÓMICOS DEL USO DE COMBUSTIBLES “NEUTROS” EN EFECTO INVERNADERO •IMPUESTO AL USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES BIOGAS ÉXITO ECONÓMICO SI: •EL GAS SE VENDE AL PRECIO COMPARABLE AL GAS NATURAL •SE DA UN CRÉDITO POR LA DISPOSICIÓN DE DESPERDICIOS •LAS PLANTAS DE BIOGAS SE OPERAN EN CICLOS COMBINADOS CULTIVOS ENERGÉTICOS ÉXITO ECONÓMICO SI: •PUEDEN PRODUCIRSE EN TIERRAS SIN USO AGRÍCOLA A UN COSTO COMPETITIVO CON COMBUSTIBLES FÓSILES RESIDUOS FORESTALES ÉXITO ECONÓMICO SI: •SE EMPLEAN EXCEDENTES QUE ACTUALMENTE SE DISPONGAN HACIA RELLENOS SANITARIOS ETANOL ÉXITO ECONÓMICO DEPENDE DE : •SI SE PRODUCE EX- PROFESO O ES UNA ADICIÓN A LA PRODUCCIÓN DE AZÚCAR •SI SE PRODUCE COMO EXTENDEDOR DE GASOLINA O PURO •EL PRECIO DE LA GASOLINA EN EL MERCADO
- 20. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 2020 FIN
- 21. INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 2121