“BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGIA RENOVABLE” Alumno: Carlos Arturo Escárcega Pliego Profr.: Dr. Roberto Best y Brown

INTRODUCCION BIOMASA ES TODA LA MATERIA VIVA EN LA SUPERFICIE EXTERNA DELGADA DE LA TIERRA LLAMADA BIOSFERA PUEDE VERSE COMO UN ENORME ALMACEN DE ENERGIA QUE SE RENUEVA CONTINUAMENTE CICLO IDEAL DEL CO2 ENERGIA SOLAR desechos Planta de biogás Composta CO2 ENERGIA TRANSPORTE, TERMICA Y ELECTRICA

TOTALES MUNDIALES DE BIOMASA (millones de toneladas métricas) 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

UNA VISION DEL ORIGEN DE LA REVOLUCION INDUSTRIAL DE LA MADERA AL CARBON ILUMINACION HASTA FINALES DEL SIGLO XVII LA BIOMASA (MADERA) ERA LA PRINCIPAL FUENTE DE ENERGIA CALENTAMIENTO PRODUCCION DE METALES CARBON DE MADERA UNA VISION DEL ORIGEN DE LA REVOLUCION INDUSTRIAL CRECIMIENTO DE LA POBLACION INCREMENTO EN EL PRECIO DE LA MADERA USO DE CARBON MINERAL (MAS ECONOMICO) PRIMERAS MAQUINAS CAVADO DE MINAS PROFUN-DAS (REQUIERE BOMBEO AGUA DE FLOTACION) AGOTAMIENTO DEL CARBON MINERAL SUPERFICIAL

LA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE OXIDACION RAPIDA DE UN MATERIAL EN EL OXIGENO DEL AIRE CON DESPRENDIMIENTO DE LUZ Y CALOR COMBUSTION Ejemplo: Metano BIOMASA Celulosa Azúcares (Carbohidratos) Almidones Proteínas Combustión de Carbohidratos

LA BIOMASA COMO FUENTE DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR Carbón Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno PRINCIPALES CONSTITUYENTES DE LA MATERIA VIVA Procesos naturales de descomposición y Cadenas alimenticias AEROBIAS CIERRE DE CICLO CO2 H2O FOTOSINTESIS: Proceso inverso a la combustión o descomposición que ocurre en forma natural en las plantas verdes DE ESTA FORMA EL CRECIMIENTO DE LA MATERIA VIVA EN LA BIOSFERA PUEDE VERSE COMO UNA FORMA DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR

FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA 1.- COMBUSTION DIRECTA BIOMASA COMBUSTIBLE Calentamiento doméstico Secado Despedazado Peletizado Calentamiento industrial Energía Eléctrica

FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.) CONSISTE EN HACER REACCIONAR UN COMBUSTIBLE SÓLIDO CON VAPOR DE AGUA Y AIRE u OXIGENO A ALTA TEMPERATURA 2.- GASIFICACION 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

FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.) DESCOMPOSICION DE MATERIA ORGANICA EN METANO Y BIOXIDO DE CARBONO EN AUSENCIA DE OXIGENO MEDIANTE LA ACCION DE BACTERIAS 3.- DIGESTION ANAEROBIA DESCOMPOSICION DE VEGETACION TERRESTRE DESCOMPOSCION DE MAT. ORGANICA EN CUERPOS DE AGUA NATURAL DIGESTION ANAEROBIA DE BIOMASA SINTETICA DIGESTORES ANAEROBIOS Residuos Agrícolas Residuos Urbanos RELLENOS SANITARIOS Residuos Agrícolas Residuos Urbanos COMBUSTIBLE Doméstico Transporte Generación eléctrica BIOGAS CH4 50-75% CO2 25-50% PRODUCTOS RESIDUO Composta COMPOSTA Uso Agrícola Alto contenido de nutrientes

FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.) 3.- DIGESTION ANAEROBIA (cont.) EJEMPLO DE DIAGRAMA DE FLUJO DIGESTIOS ANAEROBIA DE RESIDUOS SOLIDOS ORGANICOS Y LODOS DE TRATADORA DE AGUA ALTOS TIEMPOS DE RESIDENCIA EN LOS REACTORES (Equipos muy grandes)

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

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 Uso directo o diluente de gasolina Hidrólisis AZUCARES Fermentación Destilación ETANOL 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

FUENTES DE BIOMASA RESIDUOS AGRICOLAS BIOMASA RESIDUOS DE GANADERIA RESIDUOS DE COSECHAS RESIDUOS DE MADERA EXCEDENTES DE PRODUCCION RESIDUOS AGRICOLAS RESIDUOS DE GANADERIA CULTIVOS ENERGETICOS MADERA CAÑA DE AZUCAR MAIZ, SORGO BIOMASA RESIDUOS DE CULTIVOS TROPICALES BAGASO DE CAÑA CASCARILLA DE ARROZ CASCARA DE COCO DESECHOS SOLIDOS ORGANICOS RESIDUOS SOLIDOS MUNICIPALES RESIDUOS COMERCIALES E INDUSTRIALES

METODOS DE EXTRACCION DE ENERGIA EN FUNCION DE LA FUENTE DE BIOMASA RESIDUOS AGRICOLAS RESIDUOS DE GANADERIA RESIDUOS DE CULTIVOS TROPICALES DESECHOS SOLIDOS ORGANICOS CULTIVOS ENERGETICOS COMBUSTION DIRECTA GASIFICACION DIGESTION ANAEROBIA RELLENOS SANITARIOS FERMENTACION Y EXTRACCION Energía térmica Energía Eléctrica Gas de Síntesis ETANOL ACEITES BIOGAS BIOGAS Energía térmica Energía Eléctrica Energía térmica Energía Eléctrica Transporte Energía térmica Energía Eléctrica Transporte Transporte

POTENCIAL DE OBTENCION DE ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA vs CONSUMOS ACTUALES POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA POR BIOMASA TERRESTRE 3,000 EJ/año CONSUMO TOTAL DE TODAS LAS FORMAS DE ENERGIA 400 EJ/año 750 % >

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

DISPONIBILIDAD DE LA BIOMASA COMO RECURSO ENERGETICO ALIMENTACION HUMANA NO TODA LA BIOMASA QUE POTENCIALMENTE CRECE EN LA TIERRA (3,000 GJ/año) ES UTILIZABLE COMO ENERGIA FORRAJE MADERA Y FIBRAS ENERGIA 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) 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 50% del consumo actual

BENEFICIOS E IMPACTO AMBIENTAL DISMINUCION DE CO2 DE EFECTO INVERNADERO CICLO CERRADO DE CO2 COMBUSTION DIRECTA DISMINUCION EN EL EFECTO DE LLUVIA ACIDA DISMINUCION EN LA EMISION DE OXIDOS DE AZUFRE 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 EFECTO NOCIVO DEL USO DE FERTILIZANTES Y PESTICIDAS IMPACTOS POTENCIALES

ASPECTOS ECONÓMICOS BIOGAS CULTIVOS ENERGÉTICOS RESIDUOS FORESTALES 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 FACTORES INSTITUCIONALES 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 BIOGAS ÉXITO ECONÓMICO SI: PUEDEN PRODUCIRSE EN TIERRAS SIN USO AGRÍCOLA A UN COSTO COMPETITIVO CON COMBUSTIBLES FÓSILES CULTIVOS ENERGÉTICOS RESIDUOS FORESTALES ÉXITO ECONÓMICO SI: SE EMPLEAN EXCEDENTES QUE ACTUALMENTE SE DISPONGAN HACIA RELLENOS SANITARIOS 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 ETANOL

FIN