INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA “BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGIA RENOVABLE” Alumno: Profr. : Carlos Arturo Escárcega Pliego Dr. Roberto Best y Brown 1

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 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 CO 2 ENERGIA SOLAR desechos Composta Planta de biogás CO 2 ENERGIA TRANSPORTE, TERMICA Y ELECTRICA 2

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA TOTALES MUNDIALES DE BIOMASA (millones de toneladas métricas) Total Masa de Materia Viva Total en incluyendo Humedad 2, 000 Plantas de Total en tierra 1, 800 Bosques 1, 600 POBLACION MUNDIAL 5, 500 MILLONES 400 TON / PERSONA BIOMASA TERRESTRE PER CAPITA 3

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA DE LA MADERA AL CARBON HASTA FINALES DEL SIGLO XVII LA BIOMASA (MADERA) ERA LA PRINCIPAL FUENTE DE ENERGIA CALENTAMIENTO CARBON DE MADERA ILUMINACION PRODUCCION DE METALES 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) AGOTAMIENTO DEL CARBON MINERAL SUPERFICIAL CAVADO DE MINAS PROFUN-DAS (REQUIERE BOMBEO AGUA DE FLOTACION) PRIMERAS MAQUINAS 4

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA LA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE OXIDACION RAPIDA DE UN MATERIAL EN EL OXIGENO DEL AIRE CON DESPRENDIMIENTO DE LUZ Y CALOR COMBUSTION Ejemplo: Metano Celulosa Azúcares (Carbohidratos) Almidones BIOMASA Proteínas Combustión de Carbohidratos 5

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA LA BIOMASA COMO FUENTE DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR Carbón Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno PRINCIPALES CONSTITUYENTES DE LA MATERIA VIVA BIOMASA • Procesos naturales de descomposición y • Cadenas alimenticias AEROBIAS CO 2 H 2 O CIERRE DE CICLO 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 6

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA 1. - COMBUSTION DIRECTA BIOMASA Secado Despedazado Peletizado COMBUSTIBLE Calentamiento doméstico Calentamiento industrial Energía Eléctrica 7

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA CONSISTE EN(cont. ) HACER REACCIONAR UN 2. - GASIFICACION BIOMASA AGUA COMBUSTIBLE SÓLIDO CON VAPOR DE AGUA Y AIRE u OXIGENO A ALTA TEMPERATURA Tratamiento inicial Planta de vapor PROCESO CON AIRE Gasificador Separación de residuos Lavado de gas Gas de bajo poder calorífico AIRE BIOMASA AGUA AIRE Tratamiento inicial Planta de vapor Planta de oxígeno PROCESO CON OXIGENO Separación de residuos Lavado de gas Gasificador Ajuste de relación C: H Remoción de CO 2 Gas con poder calorífico medio Gas de síntesis Combustible gaseoso Síntesis Separación Combustible líquido 8

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont. ) 3. - DIGESTION ANAEROBIA DE BIOMASA NATURAL SINTETICA BIOGAS CH 4 50 -75% CO 2 25 -50% DESCOMPOSICION DE MATERIA ORGANICA EN METANO Y BIOXIDO DE CARBONO EN AUSENCIA DE OXIGENO MEDIANTE LA ACCION DE BACTERIAS • DESCOMPOSICION DE VEGETACION TERRESTRE • DESCOMPOSCION DE MAT. ORGANICA EN CUERPOS DE AGUA DIGESTORES ANAEROBIOS • Residuos Agrícolas • Residuos Urbanos RELLENOS SANITARIOS • Residuos Agrícolas • Residuos Urbanos COMBUSTIBLE • Doméstico • Transporte • Generación eléctrica PRODUCTOS RESIDUO Composta COMPOSTA • Uso Agrícola • Alto contenido de nutrientes 9

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE 3. - DIGESTION ANAEROBIA (cont. ) BIOMASA (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) 10

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 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 1. - PREPARACION DEL TERRENO FASES 2. - LLENADO POR CAPAS 3. - RECUBRIMIENTO PROCESO DESCOMPOSICION ANAEROBIA DE MATERIA ORGANICA BIOGAS 150 -300 m 3/ton basura 11

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont. ) PROCESO MEDIANTE EL CUAL LOS AZUCARES SON CONVERTIDOS EN ALCOHOLES MEDIANTE REACCIONES BIOLOGICAS ANAEROBIAS 5. - FERMENTACION AZUCARES Hidrólisis ETANOL Fermentación Destilación BIOMASA • Uso directo • o diluente de gasolina RENDIMIENTOS EN ETANOL MATERIA PRIMA LITROS/ton Litros/ha*año Caña de Azúcar Maíz Yuca (raíz) Papa (dulce) 70 360 180 120 400 – 12000 250 – 2000 500 – 4000 1000 – 4500 Madera 160 - 4000 12

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA FUENTES DE BIOMASA RESIDUOS AGRICOLAS RESIDUOS DE GANADERIA • RESIDUOS DE COSECHAS • RESIDUOS DE MADERA • EXCEDENTES DE PRODUCCION CULTIVOS ENERGETICOS • MADERA • CAÑA DE AZUCAR • MAIZ, SORGO BIOMASA • BAGASO DE CAÑA • CASCARILLA DE ARROZ • CASCARA DE COCO RESIDUOS DE CULTIVOS TROPICALES DESECHOS SOLIDOS ORGANICOS • RESIDUOS SOLIDOS MUNICIPALES • RESIDUOS COMERCIALES E INDUSTRIALES 13

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA METODOS DE EXTRACCION DE ENERGIA EN FUNCION DE LA FUENTE DE BIOMASA RESIDUOS AGRICOLAS COMBUSTION DIRECTA RESIDUOS DE GANADERIA GASIFICACION Gas de Síntesis • Energía térmica • Energía Eléctrica RESIDUOS DE CULTIVOS TROPICALES DESECHOS SOLIDOS ORGANICOS CULTIVOS ENERGETICOS DIGESTION ANAEROBIA RELLENOS SANITARIOS FERMENTACION Y EXTRACCION BIOGAS ETANOL ACEITES • Energía térmica • Energía Eléctrica • Transporte 14

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 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 % 15

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA 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 k. Wh/m 2 año 1000 k. Wh equiv. 3. 6 GJ y 1 ha equiv. 10, 000 m 2 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 50% de ésta fotosintéticamente activa 30% de ésta = energía almacenada 2, 000 GJ 1, 000 GJ 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 16

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA DISPONIBILIDAD DE LA BIOMASA COMO RECURSO ENERGETICO ALIMENTACION HUMANA FORRAJE NO TODA LA BIOMASA QUE POTENCIALMENTE CRECE EN LA TIERRA (3, 000 GJ/año) ES UTILIZABLE COMO ENERGIA 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 Cultivos Energéticos Residuos Animales Resuduos de Forestales Residuos de Caña de Azúcar Bosques Existentes Residuos Urbanos TOTAL POTENCIAL ANUAL DE DISPONIBILIDAD (EJ) 128 25 14 12 50% 10 del 3 consumo 205 actual 17

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA BENEFICIOS E IMPACTO AMBIENTAL BENEFICIO S CICLO CERRADO DE CO 2 DISMINUCION DE CO 2 DE EFECTO INVERNADERO DISMINUCION EN LA EMISION DE OXIDOS DE AZUFRE DISMINUCION EN EL EFECTO DE LLUVIA ACIDA COMBUSTION DIRECTA APROVECHAMIENTO DE BIOGAS EN RELLENOS SANITARIOS IMPACTOS POTENCIALES REDUCCION EN EL METANO QUE SE EMITE AL AMBIENTE DISMINUCION DE CH 4 DE EFECTO INVERNADERO 30 veces mayor que CO 2 EFECTO NOCIVO DEL USO DE FERTILIZANTES Y PESTICIDAS 18

INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA BIOMASA ASPECTOS ECONÓMICOS FACTORES INSTITUCIONALES BIOGAS CULTIVOS ENERGÉTICOS RESIDUOS FORESTALES ETANOL • 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 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 ÉXITO ECONÓMICO SI: • PUEDEN PRODUCIRSE EN TIERRAS SIN USO AGRÍCOLA A UN COSTO COMPETITIVO CON COMBUSTIBLES FÓSILES 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 19

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