LA ENERGÍA DE LA BIOMASA Introducción Vicente J. Subiela

Contenido  Conceptos básicos  Tecnologías  Situación  UE, España  El caso de Canarias  Ventajas / Limitaciones  Pensando en el futuro

Conceptos básicos 1  El término “biomasa”  Biología  Energía  3 BIO  Biomasa: calor / electricidad  Biogás: electricidad  Biocarburantes: transporte  Nuevos conceptos  Biocombustibles  Biocarburante, Agrocarburante  Bioenergía

Conceptos básicos 2  Biomasa natural  Biomasa residual  Agrícola: restos de cultivos (paja)  Forestal: restos de podas  Ganadera: estiércoles de los diferentes tipos de ganado  Actividad humana  Fracción orgánica de los RSU  Lodos de EDAR  Industrial  Industrias agroalimentarias: aceitera, vinícola, láctea…  Industrias transformadoras de la madera  Cultivos energéticos  Herbáceos: girasol, millo y otros  Leñosos: chopo, eucalipto, etc.  BIOMASA AGRUPA VARIOS RECURSOS DE ENERGÍA

Conceptos básicos 3 Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA (

Conceptos básicos 4 Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA ( Generación de biomasa primaria: CO2 + H2O (+ sol) -> (CH2O) + O2

Conceptos básicos 4 Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA ( La cadena de la biomasa: Vegetales -> Animales -> Alimentos -> Residuos

Conceptos básicos 5. Ciclo del C

Conceptos básicos 6 Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA ( El mapa de la bioenergía

Conceptos básicos 7 Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA (  Combustible  Análisis elemental (C, H, O,...)  PCI / PCS (kcal / kg)  Uso:  Biomasa + Aire -> Gases + Cenizas + Calor  Energía química -> Calor -> Trabajo  Reacciones elementales  C + ½ O2 = CO kcal/kg  CO + ½ O2 = CO kcal/kg  H2 + ½ O2 = H2O kcal/kg

Conceptos básicos 8 Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA (

Conceptos básicos. RESUMEN  Fuente heterogénea  Origen: sol, a través de fotosíntesis  Aplicación: combustión  Calor  Electricidad  Transporte  Varias aplicaciones y tecnologías

Fte. PIRCAN Ventajas / Inconvenientes  Recurso endógeno  Uso de residuos: reducción impacto ambiental  Generación empleo  Impulso Sector Primario  Mejor combustión que fósiles  Dispersión de generación  Materia prima de varios proveedores  Mayor Logística  Almacenamiento  Inversión importante  Tecnología mejorable

Conceptos básicos. DEBATE  Balance nulo de CO2: SÍ / NO

Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA ( Tecnologías 1. Tecnologías 1. Proceso

Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA (  Almacenamiento  Briquetas  D 50 – 130 mm  Pellets  D 8 – 12 mm Tecnologías 2. Tecnologías 2. Densificación

Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA ( Tecnologías 3. Tecnologías 3. Combustión

Tecnologías 4. Gasificación Fte.  Combustión parcial de residuos  Res For + Aire (defecto) -> Gases  Gases: CO2, CO, H2, CH4, N2.. (pci = kcal/kg)

Tecnologías. Gasificación 2  Etapas  Pirólisis o descomposición térmica  Biomasa -> sólido (char), líquido (alquitranes) y gas  Oxidación o combustión  Reducción o gasificación  Tipos de gasificadores  Lecho móvil / Lecho fijo

Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA (  Biomasa + calor = Gas + Aceite + Cenizas Tecnologías 5. Tecnologías 5. Pirólisis

Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA (  Biomasa + bacterias (sin O2) = Metano  Lodos, Residuos ganaderos Tecnologías 6. Tecnologías 6. Digestión anaerobia

Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA ( Tecnologías. Tecnologías. Digestión anaerobia 2

Fte. Tecnologías. Tecnologías. Digestión anaerobia 3

Fte. Tecnologías. Tecnologías. Digestión anaerobia 4

Fte. Tecnologías. Tecnologías. Digestión anaerobia 5 Parámetros a controlar   pH, cercano a la neutralidad.   Alcalinidad, capacidad tampón y evitar la acidificación (> 1,5 g/l CaCO3)   Potencial redox < -350 mV.   Nutrientes para microorganismos.   Evitar tóxicos e inhibidores   Temperatura   Ambiente: Psicrofílico   35 ºC: mesofílico   55 ºC: termofílico   Agitación: homogeneización substrato  Tiempo de retención

Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA (  Biomasa + bacterias (sin O2) = Etanol  Azúcares, Almidones, Celulosas Tecnologías 7. F Tecnologías 7. Fermentación alcohólica

Fte. Calero, Carta, Padrón. ENERGÍA (  Aceite vegetal + Metanol = Ester + Glicerina  Ester - > Bio-diesel Tecnologías 8. Tecnologías 8. Esterificación

Fte. Informe ITC Tecnologías 9. P Tecnologías 9. Proceso biodiesel PropiedadesAceite de Colza Éster Metílico Aceite de Colza Gasoil Densidad a 15ºC kg/l Número de Cetanos 31.8 bruto 36.4 semi-refinado 49 a a 51.5 Punto de inflamación C.F.P.P. ( * ) * Viscosidad (a 20ºC cSt P.C.S. Mj/l

Tecnologías. P Tecnologías. Proceso biodiesel 2  El biodiesel: biocombustible líquido, producido a partir de aceites vegetales o grasas animales:  Aceite + Alcohol  Glicerina + Biodiesel Nº plantas en España: En operación: 12 En proyecto & construcción: 26 Capacidad productiva actual: t/año. Producción estimada de aceites usados en Canarias: t/año  Operativa: febrero de  Producción de t/año.

Tecnologías. P Tecnologías. Proceso biodiesel 3  Baja toxicidad y biodegradables.  Utilización de residuos orgánicos.  Generación local de los combustibles.  Balance nulo de CO 2 : no emisión neta a atmósfera.  Alto poder de lubricación.  Menos emisiones

Tecnologías. P Tecnologías. Proceso biodiesel 4 Pretratamiento TransesterificaciónAlcohol/Catalizador Separación Biodiesel Glicerina

Tecnologías. P Tecnologías. Proceso biodiesel 5  Producción de 200 l/lote.

Fte. Informe ITC Tecnologías. P Tecnologías. Proceso biodiesel 6

Fte. Informe ITC Tecnologías 10. Tecnologías 10. Bio-gasolina PROPIEDADESGASOLINAETANOLETBE Densidad a 15ºC kg/l0.72 a Volatilidad (tensión vapor) bar0.7 a Índice de octanage MON RON ( * ) * P.C.I. MJ/l * * MON: Índice de octanos de motores RON: Índice de octanos de investigación

Fte. Tecnologías. COSTES  Agrícolas / Forestales, 5 MW  Inversión: €/kW  Explotación 5,42 c€/kWh  Cultivos energéticos, 5 MW  Explotación 7,11 c€/kWh  Biogás, 2MW  Inversión: €/kW  Explotación 2,51 c€/kWh  Bioetanol, m3/año  Inversión: 159 M€  Coste (sin B.I.): 60 c€/L  Biodiesel, t/año  Inversión: 13 M€  Coste (sin B.I.): 74,5 c€/L

Fte. Informe ITC Tecnologías 11. Tecnologías 11. RESUMEN  Forestales / Agrícolas: combustión  Elevada carga orgánica + humedad: DA - > Biogás  Ganaderos, FORSU, Lodos,  Cultivos energéticos: Biocarburantes  Biodiesel  Plantas oleaginosas  Aceites vegetales usados  ETBE (“bio-gasolina”)  Muchas tecnologías implicadas

Fte. Informe ITC Tecnologías. Tecnologías. DEBATE  Agrocarburantes SI/NO  Competencia por el suelo con alimentos / pastos  Deforestación puede ser rentable!  Demanda de agua / fertilizantes  Regeneración natural del suelo  Desarrollo del sector agrícola  “Autoindependencia” energética

Fte. Situación 1. Consumos UE

Fte. Situación 2. RESIDUOS FORESTALES

Fte. Situación 3. RES. Agrícolas leñosos

Fte. Situación 4. RES. Agrícolas herbáceos

Fte. Situación 5. RES. Industrias

Fte. Situación 6. Cultivos energéticos

Fte. Situación. Evolución

Fte. Situación y Plan Fomento EERR. Biomasa para electricidad: 344 MW ->2.039 MW Biomasa para co-combustión: 0 MW -> 722 MW Biomasa para calor: ktep -> ktep Biogás para electricidad: 141 MW -> 235 MW Biocarburantes: 228 ktep -> ktep

Fte. Situación 2004 y Plan Fomento EERR.

Fte. Situación 2004 y Plan Fomento EERR.

Fte. Situación: DEBATE  Plan 2010 viable  Incremento Bioenergía en energía primaria / secundaria  ahorro  Apoyos suficientes?

Fte. Informe ITC Canarias 1. Agrícolas

Fte. PIRCAN Canarias 2. Forestales

Fte. PIRCAN Canarias 3. Ganaderos

Fte. PIRCAN Canarias 4. FORSU

Fte. PIRCAN Canarias 5. Lodos Tabla 9. Generación de lodos de depuradora Isla Producción t/año sequedad GRAN CANARIA % TENERIFE % LANZAROTE % FUERTEVENTURA % EL HIERRO [1] [1] 0- LA PALMA8.2423% LA GOMERA62633% TOTAL ISLAS [1] [1] Actualmente existen dos plantas depuradoras, pero ninguna está en operación.

Fte. PIRCAN Canarias 6. Resumen

Fte. PIRCAN Canarias 7. Resumen Tipo de tecnologíaBiomasa empleadaSituación en Canarias (Ver PIRCAN)  Digestión anaerobia: producción de biogás  Residual agrícola  Residual ganadera  Industria agroalimentaria  Lodos EDAR  Fracción orgánica de los RSU  Planta en operación de 30 kW en hotel de Fuerteventura  Instalaciones no operativas en EDAR de gran tamaño  Planta de 2 MW en Zonzamas (Lanzarote) (operativa para el 2004)  Planta en Salto del Negro (Gran Canaria) (prevista en el PIRCAN)  Posibilidades de plantas pequeñas en Gran Canaria y Tenerife para los residuos ganaderos  Producción de compost  Residual agrícola  Residual ganadera  Lodos EDAR  Fracción orgánica de los RSU  Planta prevista en Fuerteventura para t/año  Planta prevista en Gran Canaria para t/año  Planta prevista en Tenerife para t/año  Planta prevista en La Gomera para t/año  Planta prevista en La Palma para t/año  Planta prevista en El Hierro para t/año  Gasificación: producción de gas de síntesis  Residual forestal  Residual de industrias forestales  Lodos EDAR  Experiencia en pequeña planta piloto (10 kW?), actualmente no operativa.  Fermentación alcohólica: Producción de bioetanol  Producción de éter (derivado del bioetanol)  Cultivos energéticos  Residual agrícola  Potencial por analizar  Producción de biodiesel  Cultivos energéticos  Aceites orgánicos  Potencial por analizar  Extracción de gas de vertedero  Biogás acumulado en vertederos  Instalaciones previstas: Arico, Tenerife (2 x 670 kW), Salto del Negro y Juan Grande (Gran Canaria) y Zonzamas (Lanzarote)

Fte. PIRCAN Canarias 8. DEBATE  El problema del agua y del suelo  El sector primario en progresivo declive  85 % alimentos importados  Incremento de generación de residuos  Generación de biomasa residual limitada y muy dispersa  Gran dependencia energética

Fte. Futuro 1. Plan Fomento Biomasa.

Fte. Futuro 2. Plan Fomento Biogás.

Fte. Futuro 3. Plan Fomento Biocarburantes.

Fte. Futuro 4. Plan Fomento. Electricidad

Fte. Futuro 5. Plan Fomento. Medidas

Fte. Futuro 6. Innovación tecnológica Biomasa  Producción  Caracterización física y energética  Promoción cultivos energéticos  Mejora recogida y suministro  Aplicación  Mejora sistemas de manejo y alimentación  Desarrollo nuevas calderas, gasificadores, sistemas limpieza gases  Adaptación de turbinas y motores de gas  Sistemas de climatización con biomasa

Fte. Futuro 7. Innovación tecnológica Biogás  Mejora eficiencia en producción, depuración y limpieza  Sistemas de codigestión  Inyección de biogás en red de GN  Avances en instalaciones de pequeña producción de residuos  Mejoras en rendimiento de motores

Fte. Futuro 8. Biocarburantes  Producción  Mejora tec. En recogida, acondimionamiento, transporte, almacenamiento  Bioetanol: selección de nuevas variedades vegetales adecuadas  Biodiésel: búsqueda y selección de especies oleaginosas más adaptadas a las características locales  Aplicación  Producción a partir de lignocelulósicos, semillas, grasas animales  Experiencias de demostración de larga duración

Fte. Futuro. RESUMEN  Importante incrementos (reales?)  Importancia de los cultivos energéticos (38 %) (Biodiesel !)  Biogás a partir de FORSU y lodos  Muchas cuestiones técnicas por desarrollar para mejorar la producción y uso los recursos bioenergéticos

Fte. CONCLUSIONES  Gran heterogeneidad  Recursos (forestales, agrícolas, industriales, urbanos, cultivos…)  Aplicaciones (calefacción, cogeneración, electricidad, transporte)  Tecnologías (gasificación, digestión, fermentación, esterificación...)  Factores afectados (sociales, ambientales, económicos)  Muchas administraciones implicadas (MA, Agricultura…)  El problema del suministro y del almacenamiento  Costes todavía elevados  el pb de la escala  Primas insuficientes  Importancia del biodiesel y de los residuos orgánicos de origen urbano  Debate social (competencia con alimentos)

Fte. PROBLEMA 1 Una granja esta formada por 500 vacas y 1000 gallinas. Calcular: 1. La producción diaria de biogás en metros cúbicos 2. ¿Cuánta energía (en MJ) se produce diariamente? 3. Si ese biogás se quema en un motor, ¿cuánta electricidad diaria se puede producir? (Considerar un rendimiento del 18%) 4. Calcular la potencia del motor suponiendo que se emplea 16 hrs./día. 5. Si la electricidad generada se emplea en poner en marcha una desaladora de ósmosis inversa, de un consumo de 5 kWh/m3; valorar la producción diaria de agua dulce.

Fte. PROBLEMA 2 ¿Cuántos metros cuadrados de remolacha tendría que cultivar un agricultor para accionar su vehículo (con un consumo anual de gasolina de aproximadamente 2000 l) con etanol? DATOS:   Concentración de etanol en el combustible mezcla: 20%   Contenido de azúcar de la remolacha: 15 %   Cosecha: 10 t de remolachas/ha   Producción de etanol: 450 litros por cada tonelada de glucosa (azúcar)