Producción de bio-diesel a partir de micro-algas
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8/2/2019 Produccin de bio-diesel a partir de micro-algas
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BIOMASA
Dra. Ma. Teresa Alarcon HerreraCentro de Investigacin en Materiales Avanzados, S.C.
Medio Ambiente y EnergaIngeniera Ambiental
Chihuahua, Chih., 8 Diciembre 2009
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100
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C
uatrillonesdeBTU
1990 1999 2005 2010 2015 2020
Renovables
Nuclear
Carbn
Gas Natural
Petrleo
Consumo mundial de energa primaria
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Tendencias Energticas Mundiales
Aumentar el consumo de petrleo aunque semantenga en forma relativa
El consumo de Gas Natural aumentar al mismotiempo que lo haga de forma relativa El carbn tambin aumentar su consumo
disminuyendo en su contribucin relativa La energa nuclear disminuir absoluta y
relativamente las energas renovables aumentarn aunque se
mantendrn en forma relativa
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Alternativas no fsiles para el sector
elctrico en Mxico
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BIOMASA
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Biomasa Es la materia orgnica derivada de productos de origen
vegetal y animal, que pueden ser utilizados en la
generacin de energa.
La biomasa es un producto renovable, que puede serempleado para la generacin de combustibles y con ello
generar electricidad, calor o energa mecnica a travsde procesos biolgicos o termoqumicos.
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C H
CO2
H2O
CaHbOcNdSOL
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8/40H2O
ALIMENTACINBiomasa
Combustibleenergtico
CombustiblesFsiles
Gas NaturalPetrleoCarbn
CO2+H2O
La biomasa en todas sus formas ha sido lafuente mas importante de alimentos, fibras,forraje, materia prima, etc..
Hasta antes del siglo XIX, principalfuente de energa y materia
prima.
Principal energtico enmuchos pases en vas de
desarrollo
Biomasa como fuente de energa
CaHbOcNd
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BiomasaBiomasa destinada a la produccin de energa rboles, arbustos, pastos, cultivos (caa, yuca, etc.) plantas
acuticas, Residuos de desechos orgnicos tanto forestales como
agrcolas, animales, urbanos (basura) e industriales.
BIOCOMBUSTIBLE, BIOENERGA
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USOS DE LA BIOMASA RECURSO ENERGTICO
Lea
Energa trmica Produccin electricidad BIOGS Biocarburantes
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Obtencin de Energa Por el origen del combustible. Combustibles de madera
Lea, carbn vegetal yresiduos de madera.
Residuos agrcolas Tallos y cscaras de arroz,
coco etc. Residuos animales
Estircol de animales (vacas,aves de corral etc,)
Residuos urbanos eIndustriales
Residuos slidos municipales Lodos de plantas de
tratamiento de Agua Cultivos energticos
rboles, caa de azcar etc.
Por la forma de obtencin ytransformacin para su uso final. Energa primaria
Lea
Energa secundaria Residuos de cultivos
domsticos, animales, agrcolas,urbanos e industriales
Biomasa procesada Combustibles slidos
Carbn vegetal,
Combustibles gaseosos Metano,
Combustibles lquidos Alcohol etlico metanol Biocarburantes
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Uso de biomasa en Mxico
Desechos forestales Agua residual
Residuos slidos municipales Residuos de la ganadera Residuos de la agricultura Algas
3.6% de la energaconsumida en Mxico provienede la biomasa de madera y
bagazo de caa de azcar.
45%
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Residuos forestalesResiduos agrcolas leososResiduos agrcolas herbceosResiduos de industrias forestalesResiduos de industrias agrcolasCultivos energticos
Residuos ganaderosResiduos biodegradables de instalacionesindustrialesLodos de depuradora
Cultivos de cereal, maz y remolachaProductos lignocelulsicos
Girasol, colzaAceites usados
CULTIVOS
RESIDUOS
TIPOS DE BIOMASA,
Algas
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LA BIOMASA, SITUACIN,PERSPECTIVAS
Residuos forestalesResiduos agrcolas leososResiduos agrcolas herbceosResiduos de industrias forestalesResiduos de industrias agrcolas
Cultivos energticos
BIOMASAAplicaciones domsticas de la biomasa
Redes de calefaccin centralizadaAplicaciones trmicas industrialesAplicaciones elctricas
Residuos ganaderosResiduos biodegradables de instalacionesindustrialesLodos de plantas de tratamiento de agua
BIOGS
Cultivos de cereal, maz y remolachaProductos lignocelulsicos
Girasol, colzaAceites usados
BIOETANOL
BIODIESEL
BIOCARBURANTESMicroalgas
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Conversin de la biomasa La biomasa requiere algn tipo de conversin para poder utilizarse
como combustible. Objetivo principal
Aumentar las caractersticas como combustible Procesos:
Termoqumicos Combustin directa Pirolisis Gasificacin
Biolgicos Digestin anaerobia: reaccin biolgica que se realiza en
ausencia de oxigeno y produce biogs. Fermentacin alcohlica: Generacin de etanol y metanol Foto bioreactores (Algas aceites)
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Biodiesel
El biodiesel es un biocombustible sinttico lquido que seobtiene a partir de lpidos naturales como aceites
vegetales o grasas animales, con o sin uso previo,mediante procesos industriales de esterificacin ytransesterificacin, y que se aplica en la preparacin desustitutos totales o parciales del petrodisel o gasleoobtenido del petrleo.
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Biodiesel
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Ventajas
No es contaminante ya que aunque su combustinproduce CO2 que va a pasar a la atmsfera, se supone que
es el mismo que las plantas o las algas de las queproviene absorbieron durante su crecimiento, por lo tantose libera a la atmsfera prcticamente la misma cantidadde CO2 que se consumi.
Es biodegradable, no es txico, y tpicamente producecerca de 60 % menos emisiones de dixido de carbono. Sus emisiones de smog son 65 % menores que el diesel
derivado del petrleo
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Produccin de biodiesel a partir deAlgas
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Algas
Vegetales acuticos sin raz, tallos, hojas o flores. Poseenpigmentos fotosintticos adicionales a la clorofila. Esto ultimopermite su clasificacin taxonmica en algas verdes,
verdeazules, rojas y marrones. Las algas estn compuestas bsicamente por protenas, carbohidratos,
cidos nucleicos y cidos grasos
Las algas son capaces de crecer en un amplio rango de
condiciones por la que se las encuentra en cualquier zona delplaneta: dentro de plantas acuticas, sobre sustrato artificialcomo madera o botellas, en lagunas, cinagas, pantanos, nieve,lagos de agua dulce o salina, sobre rocas, etc.
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Ventajas de las micro algas
Fuente alternativa de protenas. No compite con otras actividades agrarias. No requieren agroqumicos. Bajo riesgo de contaminacin Es una actividad de una baja demanda de energa no requiere suelo frtil ni agua de calidad
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Ventajas de las micro algas
La produccin de cidos grasos poli-insaturados presentagrandes ventajas frente a otras fuentes:
Superan en produccin de aceites a otras plantas Alcanza niveles de produccin elevados en condiciones
controladas. Rpida reproduccin: se duplica la produccin cada 8
horas. Requieren menor espacio. Rendimiento por hectreaes
treinta veces superior a la de las oleaginosas.
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Ventajas El cultivo de microalgas y la obtencin de aceite a
partir de este presentan muchas ventajas con respectoa los cultivos terrestres.
Presentan una tasa de crecimiento mucho mayor
La produccin de aceite por rea est estimada entre
4.6 y 18.4 L/m2, esto es de 7 a 30 veces mayor quelos mayores cultivos terrestres. No requiere de grandes superficies para su produccin.
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08/12/2009Ma. T. Alarcn H.
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Especie vegetal Produccion de biodisel
Colza 100 -140 m3/km2
Mostaza (Brassica nigra) 130 m3/km2
Pin (jatropha 160 m3/km2
Aceite de palma 610 m3/km2
Algas De 10.000 a 20.000 m3/km2
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Tipos de algas que se cultivan paraproducir biodiesel
El porcentaje de cidos grasos vara segn la
especie, aunque hay especies cuyos cidos grasosrepresentan 40% de su peso seco. Estos son los cidosgrasos que luego son convertidos en biodiesel. Para laproduccin de estos se buscan algas que contengan un
alto contenido en lpido y que sean fcilmente cultivables.
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Tipos de algas que se cultivan paraproducir biodiesel
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Cultivo de algas
luz, anhdrido carbnico y agua.
Se cultivan en balsas, tubos o canales de escasa
profundidad, para permitir una mayor iluminacin. En su interior se mantiene un flujo y temperaturas
constantes, y se inyecta CO2 y nutrientes.
Una vez desarrolladas, se extraen de su medio decrecimiento y se extrae el aceite sin necesidad de secarlasde antemano.
08/12/2009
Ma. T. Alarcn H.
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Sistemas de produccin
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08/12/2009
Ma. T. Alarcn H.
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08/12/2009Ma. T. Alarcn H.
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Extraccin de aceites yproduccin de biodiesel
Extraer el alga de su medio de cultivo
Extraer el aceite de las algas
Transesterificacin
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Extraccin de aceites yproduccin de biodiesel
Expeller/press: las algas luego de ser secadasmantienen su contenido de aceite, entonces son
prensadas. A veces se utiliza una combinacin de prensay solventes de extraccin.
Mtodo del solvente de hexano: Una vez que el
aceite es extrado con una prensa se utiliza elciclohexano para extraer el contenido remanente delalga. Por destilacin se separa el ciclohexano del aceite.
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Extraccin de aceites yproduccin de biodiesel
Extraccin supercrtica del fluido: es un mtodocapaz de extraer el 100 % del aceite, pero necesita un
alto equipamiento. El CO2 es licuado hasta el punto detener las propiedades de un liquido y un gas, entonceseste fluido licuado acta como un solvente de extraccinpara el aceite algal.
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Trans esterificacin del aceite
Los aceites estn compuestos principalmente portriglicridos,
las cuales se componen de tres cadenas de cidos grasos unidas auna molcula de glicerol.
La transesterificacin consiste en reemplazar el glicerolpor un alcohol simple, como el metanol o el etanol, deforma que se produzcan esteres metlicos o etlicos decidos grasos.
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Trans esterificacin del aceite
Este proceso permite disminuir la viscosidad del aceite, lacual es principalmente ocasionada por la presencia de
glicerina en la molcula. La alta viscosidad del aceite impide su uso directo en
motores diesel, desventaja que se supera mediante esteproceso.
Para lograr la reaccin se requieren temperaturas entre 40y 60C, as como la presencia de un catalizador, quepuede ser la soda o potasa custica.
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