Diversificación de materias primas para la producción de biocombustibles MSc. Ing. Christian Vergara O. Departamento de Ingeniería Química Universidad de La Frontera Seminario Internacional “Región de La Araucanía: desafiando el cambio climático con las energías renovables” Temuco, Diciembre de 2009

Evolución de la población mundial MILLONES DE HABITANTES Población Mundial : 6.800.442.782 Actualizado: 30 nov 2009; 21:50 CHILE CONTINENTAL La población humana se ha expandido a lo largo de la historia. Sin embargo, desde los últimos 150 años se observa un aumento explosivo del número de habitantes, al punto que en los últimos 40 años la población mundial se ha duplicado!! Fuente: U.S. Census Bureau, Population Division. http://www.census.gov ______________________________________________________

De vivir del flujo a vivir del stock Evolución 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 mundial Consumo PPC (M BTU/año) Canadá 400 Estados Unidos 350 Alemania 165 Reino 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).

Fuentes primarias de energía mundial 12.000 Millones toneladas equivalentes de petróleo /año ¡ 90% a partir de procesos de combustión !

Fuentes de energía eléctrica en el mundo Consumo mundial = 20 millones GWh / año Capacidad Instalada Mundial = 4.000 GW KILO (k): 103 MEGA (M): 106 GIGA (G): 109 TERA (T): 1012

Calentamiento Global

Emisiones de Gases con Efecto Invernadero Gt CO2-eq / año Emisiones de Gases con Efecto Invernadero

Dióxido de Carbono Metano Óxido Nitroso

Temperatura Global y Concentración de CO2 Dióxido de Carbono

El Sistema Natural “captura” 4,7 Gt C/año Emisión y Captación Natural de Carbono Continentes liberan: 60 Gt C/año Continentes captan: 63 Gt C/año Oceános liberan: 90 Gt C/año Oceános captan: 91,7 Gt C/año Neto: 60-63+90-91,7 = - 4,7 Gt C/año El Sistema Natural “captura” 4,7 Gt C/año

El contenido de C en la atmósfera aumenta en 4 Gt C / año Emisión y Captación Total de Carbono Total Emisión Natural: 150 Gt C/año Emisiones Antrópicas: 8,7 Gt C/año Total Captación Natural: 154,7 Gt C/año - 4,7 Gt Actividades Humanas Neto: - 4,7 + 8,7 = 4,0 Gt C/año El contenido de C en la atmósfera aumenta en 4 Gt C / año

Emisiones debido al uso de energía 73% Generación eléctrica 21% Emisiones Globales de GEI Emisiones debido al uso de energía 73% 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%

Contribución actual Gases con Efecto Invernadero 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 Invernadero

AGOTAMIENTO DE LAS FUENTES DE ENERGÍA: DURACIÓN ESTIMADA SEGÚN CONSUMO ACTUAL DURACIÓN = RESERVAS CONOCIDAS / CONSUMO ANUAL 2050 2100 2150 2200 N I V E L S D C O U M A T PETRÓLEO PETRÓLEO GAS NATURAL URANIO CARBÓN De acuerdo a las reservas conocidas hoy en día y a los actuales niveles de consumo energético, los recursos fósiles tienen los días contados. Seguramente, el creciente aumento de los precios de los combustibles permitirán incorporar yacimientos que todavía no se conocen o que aún no se pueden explotar pues no se tiene la tecnología adecuada. Sin embargo, existen limitantes de tipo ambiental: las emisiones de gases con efecto invernadero. 2002 2042 2062 2235 Ojo: Las reservas declaradas seguirán creciendo al subir el precio de la energía Fuente: British Petroleum, 2005 ______________________________________________________

“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 no tiene solución.

Producción responsable Dos exigencias básicas de sustentabilidad Consumo responsable Producción responsable Diversificación energética Fuentes renovables de energía 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.

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. "Reunir las necesidades del presente sin comprometer la habilidad de las generaciones futuras de reunir sus propias necesidades."

Fuentes renovables no contaminantes o “limpias”

Ensenada del mar de Irlanda. Proyecto de SeaGen puede producir hasta 1 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 !!

Bioenergías Seminario Internacional “Región de La Araucanía: desafiando el cambio climático con las energías renovables” Temuco, Diciembre de 2009

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

Basadas en material de origen biológico (biomasa) Bioenergía Bioetanol. Biodiesel. Biogás. Bioenergía Nuestros RESIDUOS contienen una cantidad “atractiva” de materia orgánica

Fotosíntesis

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

Bioetanol

Bioetanol Estados Unidos 19,5 M Ton Brasil 14,9 M Ton Unión Europea 1,8 M Ton China 1,27 M Ton TOTAL MUNDIAL 39,5 M Ton Bioetanol

Bioetanol: materias primas Tubérculos Trigo Cebada Caña de azúcar Remolacha Maíz Materia prima forestal Residuos forestales RSM fracción celulósica Subproductos: glicerol

Biodiesel 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.

Biodiesel

Biodiesel Alemania 2 M Ton Estados Unidos 1,2 M Ton Francia 1,15 M Ton Italia 0,5 M Ton TOTAL MUNDIAL 7,9 M Ton Biodiesel

Biodiesel: materias primas Colza Girasol Soja Jatropha Aceites residuales Aceites microbóticos

Biogás Producto de la descomposición anaerobia de la materia orgánica en ausencia de oxígeno. Proceso biológico natural. Proceso usado para el tratamiento de residuos. CH4 + CO2 Metano Dióxido de carbono

Energía 3kWh/kg COD DIGESTION ANAEROBIA Materia orgánica Digestado Digestión anaerobia Energía 3kWh/kg COD DIGESTION ANAEROBIA Materia orgánica Digestado 1 vaca genera 0,5 kWatt 1000 vacas  0,5 MWatt biomasa

Fuente de energía renovable. Biogás 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).

Biogas como energía renovable DIGESTION digestión CH4 (+ CO2) CO2

Biogas como energía renovable digestión CH4 O2 Products CO2

Generación de residuos Producción de biogás Refinación de biogas Uso de biogás Vehículos Calor Electricidad

Biogás: 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 Chile Sólo residuos orgánicos. Estudio no incluyó cultivos energéticos !!!

? Biogás o Combustibles líquidos Biogas como herramienta de sustentabilidad ? Biogás o Combustibles líquidos (bioetanol, biodiesel) Biogás puede usarse como una herramienta para incrementar la sustentabilidad de biocombustibles líquidos

CCU Temuco Proyectos de biogás en Chile Reactor UASB para el tratamiento de aguas residuales

La Farfana, Aguas Andinas Proyectos de biogás en Chile La Farfana, Aguas Andinas

Convenio entre aguas andinas y Metrogas. Convenio Metrogas-Aguas Andinas 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.

La Farfana, Aguas Andinas Proyectos de biogás en Chile La Farfana, Aguas Andinas

Planta de biogas Los Angeles Proyectos de biogás en Chile HBS Energía, MWM Sustrato: estiércol (3000 novillos + 600 Há maíz Potencia eléctrica: 1MW 4,4 MW  US$ 16 M

HBS Los Ángeles: hidrólisis previa (55 °C)

HBS Los Ángeles: fermentación (38 °C)

HBS Los Ángeles: motor generador (1021 kW)

Calentamiento 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.

Bonos de carbono 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 $ CO2

Bonos de Carbono CO2 Combustibles fósiles

Bonos de Carbono CO2 Combustibles fósiles Bioenergía

Innovación en la producción de biodiesel. Gasificación de biomasa. Bioenergías 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 MSc. Ing. Christian Vergara O. Departamento de Ingeniería Química Universidad de La Frontera Seminario Internacional “Región de La Araucanía: desafiando el cambio climático con las energías renovables” Temuco, Diciembre de 2009

144.000 millones toneladas petróleo (140-180 mil millones) El petróleo: Base de la Sociedad Industrial Moderna Reservas mundiales : 144.000 millones toneladas petróleo (140-180 mil millones) Consumo actual: 4.000 millones toneladas /año Centro Sudamérica América del Norte Asia – Pacìfico Àfrica Europa y Eurasia Medio Oriente 144.000.000.000 4.000.000.000 = 36 años