Tecnología de Energía

Sustentables
Clase 9
Prof. José F. Roca R.
30.08.2021

Revisado:
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Tecnología de bioenergía
• El material de las plantas y animales, • La energía inicial es capturada de la
incluidos sus residuos, es llamado radiación solar en la fotosíntesis.
biomasa. • En la combustión, esta energía es
• Material orgánico, basado en carbono aprovechada y los materiales que
que reacciona con O2 en combustión sobran [cenizas] puede ser reciclados.
y en procesos metabólicos naturales, Así, el uso de biocombustibles puede
con el fin de emitir calor. estar conectado a ciclos ecológicos
• Calor que a temperaturas > 400⁰C naturales no contaminantes y
puede generar trabajo/electricidad. sostenibles [caña de azúcar, por
ejemplo].
• Biomasa que puede ser transformada,
a través de procesos químicos y • Biomasa es una fuente primaria de
biológicos, en biocombustibles. energía, similar al uso de gas fósil.
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Tecnología de bioenergía
• Sus usos incluyen: 70% madera no
comercial [uso tradicional] para • El C de la biomasa es obtenido de la
cocinar y calentar ambientes, 10% fotosíntesis CO2 en la atmósfera.
como combustible para generación de
electricidad, 10% calor en procesos no • Cuando la biomasa se quema, se
domésticos, 10% como componente digiere o decae naturalmente, el CO2
de biocombustible para vehículos. emitido es reciclado en la atmósfera.
• Si se considera biomasa como • En un ecosistema estable, la biomasa
renovable, su crecimiento debe crece a la misma tasa que se
mantener el ritmo con su uso. Es descompone, por lo que la energía vía
estresante para la ecología y el biomasa es “carbon neutral”. A
cambio climático, que el consumo de diferencia de los combustibles fósiles,
leña y la tala comercial estén que adicionan CO2 extra a la
superando la recuperación de arboles. atmósfera. 3
Tecnología de bioenergía
• El almacenamiento de la energía solar
como biomasa y biocombustible es
fundamental.
• La tabla lista las fuentes de biomasa,
su conversión, eficiencia, energía [MJ].
• El éxito de biomasa depende de los
siguiente principios:
a) Cada actividad biomasa produce un
rango de productos y servicios. Por
ejemplo, después del azúcar de la
caña, el restante se usa para producir
calor que genera electricidad. Las
cenizas se usan como fertilizantes. 4
Tecnología de bioenergía
b) Algunas fuentes de energía de alto e) Impactos negativos incluyen la
valor requieren una gran cantidad de deforestación, la erosión del suelo,
energía de bajo valor para ser etc.
producidas. f) Como los biocombustibles son
c) El beneficio económico debido a las materiales orgánicos, estos materiales
agroindustrias probablemente será se pueden utilizar en otras
extendido, mejorando la economía y aplicaciones como cosméticas
el empleo local. [jabones], farmacéuticas, etc.
d) El aspecto económico de la g) Combustión con un control
producción de biocombustible deficiente, a baja temperatura,
depende que los materiales estén ya combustibles húmedos y escasez de
concentrados, es decir, cerca al lugar oxígeno en el proceso producen
de producción. salidas contaminantes no deseadas.
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Tecnología de bioenergía
h) El uso de bioenergía sustentable y
otras energías renovables en lugar de
combustibles fósiles disminuyen la
emisión de CO2.
• Se observa el crecimiento rápido en
producción mundial de
biocombustible.

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Clasificación biocombustibles
• Diagrama de flujo que explica los
procesos complejos de los
biocombustibles.
• Comienza con la energía solar y
fotosíntesis.
• Tres clases de procesos:
termoquímicos, bioquímicos y
agroquímicos.
• Cada clase tiene sus propios procesos
y sus propio productos, los cuales
eventualmente reaccionan con O2 y
liberan calor en la combustión.
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Clasificación biocombustibles
• La biomasa es compuesta por material • Cuando la biomasa es convertida en
orgánico y agua, además de tierra y CO2 y H2O, la energía disponible es
otros materiales que se mezclan. Si m 460KJ por mole de C [38MJ por kg de
es la masa total, m0 es la masa seca, C, 16MJ por kg de biomasa seca].
entonces: • La humedad disminuye la salida
térmica útil, debido a la evaporación,
la temperatura de la combustión cae,
la emisión de contaminantes es
• La humedad puede llegar hasta el 50% probable.
[en masa] en plantas. Se considera
seco cuando llega a 10-15%. La • Como combustible sólido, es fácil de
humedad tiene que ser retirada para almacenar. Aunque para combustible
ayudar en la preservación de la para motores, es procesado como
biomasa. líquidos/gases.
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Clasificación biocombustibles
• Calor termoquímico: b) Pirolisis. Biomasa es calentada ya sea
a) Combustión directa para calor en ausencia de aire, o por la
inmediato. Es el mayor uso de la combustión parcial de biomasa con
leña en el mundo desarrollado y en una restricción de aire/oxígeno. Los
desarrollo. Se prefiera que esté seco productos son variados y consisten en
y homogéneo. Mejor combustión de gases, vapores, líquidos y aceites. La
leña en el horno cuando se controla salida depende de la temperatura, del
la entrada de aire, así tenemos una material de entrada, el tratamiento,
completa, y no excesiva combustión. etc.
Algunos son presentados en forma c) Otros procesos. Un rango de pre-
de pellets y briquettes. Esto permite tratamiento y procesos son posibles.
facilidad en el transporte, por Involucran sofisticados controles
ejemplo. químicos y escala industrial de
fabricación. 9
Clasificación biocombustibles
• Bioquímico: La mezcla evolucionada de CO2, CH4 y
a) Digestión aeróbica. En la presencia otros grases es llamada de biogás.
del aire, el metabolismo aeróbico c) Fermentación alcohólica. El etanol es
microbiano genera calor con CO2, un liquido volátil que puede ser usado
pero no CH4. Este proceso es en lugar de la gasolina. Proviene de la
importante para el ciclo biológico acción de microorganismos y procesos
del carbono. de fermentación.
b) Digestión anaeróbica. En la ausencia d) Biofotolisis. Fotolisis es la separación
de O2, ciertos microorganismos del agua en hidrógeno y oxígeno
pueden obtener su propia energía mediante la luz. La recombinación
reaccionando con compuestos de ocurre cuando el hidrógeno es
carbono para producir CO2 y CH4. quemado como combustible. Ciertos
Conocido como fermentación o organismos producen hidrógeno de
también digestión. esta forma. 10
Clasificación biocombustibles
• Agroquímico:
a) Extracción de combustible. A veces,
combustibles sólidos y líquidos
pueden ser obtenidos de plantas
vivas/frescas. Similar a la
explotación tradicional del caucho.
b) Biodiesel y esterificación. Aceites
vegetables de plantas pueden ser
usados directamente en los motores
diesel. No obstante, las altas
viscosidades pueden ser limitantes,
especialmente a < ⁰5C. Las
desventajas son mejoradas con la
esterificación. 11
Pirolisis, destilación destructiva
• Pirolisis es un término general donde
el material orgánico es calentado o
combustiona parcialmente con el aire
mínimo para producir un combustible
secundario y productos químicos.
• La entrada puede ser leña, residuo
biomasa, basura municipal, carbón.
• Los productos son gases, vapores
condensados, aceites, residuos
sólidos, etc.
• La producción de carbón es un tipo de
pirolisis a baja temperatura, con
vapores y gases no colectados. 12
Pirolisis, destilación destructiva
• Los productos son más convenientes, • Los combustibles secundarios tienen
limpios y transportables que la menos energía total que la biomasa
biomasa original. original pero son más convenientes
• La eficiencia es medida como el calor para usar. Inclusive algunos tienes más
de la combustión de los combustibles densidad de energía que la entrada.
secundarios dividido por el calor de la
combustión de la biomasa de entrada.
Se puede llegar 80/90% de eficiencia.
• La tasa aire/combustible en la
combustión es un parámetro crítico.
• Las unidades operan entre 600 a
1000⁰C
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GRACIAS!

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Referencias
• Twidell, J.; Weir, T.. Renewable Energy Resources. Taylor & Francis
Group, New York, 3rd edition, 2015.
• https://www.abc.es/ciencia/20130415/abci-jardin-anos-dentro-
botella-201304151009.html
• https://youtu.be/1Dm3urJsnvQ
• https://youtu.be/WccAE9bbbdA

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