Biomasa: qué es y cómo aprovechar su energía, procesos termoquímicos

BIOMASA: QUÉ ES Y CÓMO APROVECHAR SU ENERGÍA

Manuel Rodríguez. 1º Energías Renovables. Sistemas de Energías Renovables. co BY NC SA6.1 BIOMASA: QUÉ ES Y COMO APROVECHAR SU ENERGÍA

Biomasa - La energía de la naturaleza (BIOPLAT) : https://www.youtube.com/watch?v=s6OjgzC8IBQ Video

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Tipos de Biomasa

Biomasa ganadera · resido, gonado · estiércol - purines P.industrial · residuos industria -la imeriaria -madera papelera

Productos Energéticos de la Biomasa

> PÉLETS Y ASTILLAS CALOR > BIOGÁS ELECTRICIDAD RENOVABLE > BIODIESEL > BIOALCOHOL > BIOCARBURANTES AVANZADOS > BIOHIDRÓGENO

Biomasa Urbana y Acuosa

Biomasa ciudades residuos solicus urbanos Biomasa acuosa plantasacuáticas al ga s.

BIOMASA Y BIOENERGÍA

Definición de Biomasa

¿Qué entiendes por biomasa? Materia orgánica* de origen vegetal, animal o residual susceptible de ser aprovechada como energía renovable produciendo bioenergía, bioproductos o biocombustibles.

Definición de Bioenergía

¿Qué es la Bioenergía? Energía obtenida a partir de la biomasa. (Electricidad o calor)

Definición de Bioproductos

¿Qué se entiende por Bioproductos? Materiales obtenidos a partir de biomasa. -Uso energético: biocombustibles (bioetanol, biodiesel, biogas) -Uso NO energético: biomateriales (ej: aplicaciones médicas), productos químicos (ej: farmacéutica) *Materia orgánica: Materiales de origen biológico excluyendo aquellos que han sufrido procesos de mineralización. (Especialmente carbono e hidrógeno)

CONSIDERACIONES ENERGÉTICAS

Origen de la Bioenergía

¿De dónde viene la bioenergía? Proviene de la transformación de la biomasa en energía mediante procesos como combustión, gasificación, digestión o fotosíntesis vegetal .

Composición de la Materia Orgánica

¿Cuál es la composición de la materia orgánica? El elemento base es el carbono (C), teniendo otros elementos químicos su importancia para crear las moléculas correspondientes. En este caso, tenemos hidrógeno (H), oxígeno (O) , nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S).

Relación con la Obtención de Energía Animal

¿Qué relación tiene con el modo de cómo obtienen energía los animales? Los animales obtienen energía sin el uso de oxígeno, a través de la descomposición de compuestos orgánicos produciendo glucosa y ATP *. (C6 H12 06 ->2C3 H4 03 +2ATP)

Relación con el Crecimiento de las Plantas

¿Y con el crecimiento de las plantas? 6CO2 +6H2 O+ energía solar->C6 H12 06 +602 Esto significa que el dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O) se transforman en glucosa (C6H1206) y oxígeno (O2) usando la energía de la luz solar. Hidrogeno Nitrogeno Azufre *ATP (trifosfato de adenosina) es una molécula que actúa como la principal fuente de energía en las células.

ACTIVIDAD: DENSIDAD ENERGÉTICA: PCI - IDAE

Comparación de Poderes Caloríficos

Compara los distintos poderes caloríficos. Fíjate en las unidades de medida ¿Cuál es el mejor combustible? 1° carbon vegetal 32006 M5€ 8 891 Von/Kg 2º Poso café 27214 7560 - Astilla pino 15/04 4196 ultimo-> Leñas podlas 04 67 M3% 2908 Kwh/kg

Tabla de Poder Calorífico Inferior (PCI)

Tipo de combustible PCI (MJ/t) PC (kWh/kg) Biomasa en general 14.160 3,933 Leña y ramas 15.910 4,419 Leñas tallares 10.467 2,908 Leñas de podas 10.467 2,908 Leñas de olivos y cultivos agrícolas 10.467 2,908 Serrines y virutas 15.826 4,396 Cortezas 15.282 4,245 Astilla de pino triturada (Humedad <20%) 15.105 4,196 Residuos de poda 15.701 4.361 Otros reiduos forestales 13.858 3,850 Biomasa de la indiustria forestal 14.641 4,067 Biomasa agrícola 12.560 3,489 Sarmientos de vid 13.733 3,815 Ramilla de uva 12.351 3,431 Hueso de aceituna 16.161 4,489 Orujillo 15.826 4,396 Orujo de uva 13.565 3,768 Cáscara de frutos secos 15.533 4,315 Cáscara de cereales 13.188 3,663 Cáscara de almendra (Humedad <20%) 15.944 4,429 Paja de cereales 13.230 3,675 Zuro de maiz (Humedad <25%) 16.280 4,522 Otros residuos agrícolas 13.858 3.850 Poso de café 27.214 7,560 Marro de café 25.121 6,978 Residuo molienda de café 8.164 2,268 Pellets en general 16.496 4,582 Pellet de madera (Humedad <15%) 18.084 5,023 Carbón vegetal 32.006 8,891

Poder Calorífico del Hidrógeno y Uranio

Busca el poder calorífico del hidrógeno. Compáralo con los anteriores. ¿Cambia esto tu respuesta? Hidrógeno: 120.000MJ/t, es 6 veces más que el carbón vegetal. PCI = 120 +2 kg POI: 16 - 15/05 MJ Astillas pino T 1000Kg 1000Kg PCI 8.10 Unaino 15/05 MJ 100kg 1w8 th = 4/19 Kwh 1000 Kg 145 3600$ Kg Biomasa taller Decultivos agri. PCI ¿Y el Uranio? Es muchísimo superior a cualquiera de las biomasas. 15/05/15

CONCEPTOS: DENSIDAD ENERGÉTICA

Importancia del Volumen en Densidad Energética

El volumen importa: Si importa, y mucho, por esto se comprime el GN en GNC como veremos en los siguientes cálculos. Además de la energía en el ejemplo del coche Skoda Octavia, si el depósito fuera en GN on GNC

Unidades de Densidad Energética

1ºDensidad energética en unidades de masa y en unidades de volumen 2ºPaso de unas unidades a otras: densidad de combustible

Ejemplo Skoda Octavia

SkodaOctavia: a= 60%. 158 Kg 1 m3 - 9'48Kg GN C. 1000x 601. 0,7 Kg . 1000/ = 0 042 Kg GNATURAL PC (GN) GAS NATURAL 13/3 Kwh Kg DENSIDAD 0'7 Kg M3 158 Kg m3 PRESION Jatm (GNC) GAS NATURAL COMPRIMIDO 50 Mg /Kg 50 MS. 1000Kg. 1W$ Kg 1 ys 18 1h 3600$ 1M3 10000 35 KJ (GNC) 50 Mg . 158 Kg 197 atm =7900 Mg m3 7900 10000 KJ ENERGY DENSITY OF FUELS MJ/L 40 Diesel (fossil) Biodiesel (FAME) 30 20 Compressed natural gas (250 bar) 10 . Compressed H2 (700 bar) · Electric battery (vehicle) 0 35 70 105 140 MJ/kg P 197atm = 13'88 KWG Kig (GN) 50 Mg. 0'7Kg 1 atm m3 -= 35 MI

Bioenergía: Análisis de la Reacción de combustión: emisiones

Reacción de Combustión de Hidrocarburos

Combustión: La combustión de hidrocarburos se refiere a la reacción química en la que un hidrocarburo reacciona con oxígeno para crear dióxido de carbono, agua y calor + 1 + ΔΗ + (h=entalpia) Julios, KJulios. .... CHA metano 202 oxígeno CO2 dióxido de carbono 2 H2O agua

Ecuación de Reacción General

Ecuación de Reacción General: C2Hy+ N(O2) <>¥(CO2) + (H2O) · x se refiere al número de átomos de carbono en el hidrocarburo · y se refiere al número de átomos de hidrógeno en el hidrocarburo · N se refiere al número de átomos de oxígeno necesarios en la reacción de combustión de hidrocarburos Como vemos en el ejemplo y ya sabemos, toda combustion conlleva coz, que es un GET (gas efecto invernadero).

Emisiones de CO2 por Combustible

Combustible kg de emisiones de CO2 + Carbón de antracita 104 Carbón bituminoso 93.5 Carbón de lignito 97.9 Carbón subbituminoso 97.4 Diésel 73.2 Gasolina 71.5 Propano 63.2 Gas natural 53.2

Concentración de Gases en la Atmósfera

Compuesto Fórmula Concentración en la atmósfera (ppm) Contribución (%) Vapor de agua y nubes H2O 10-50 000(A) 36-72% Dióxido de carbono CO2 ~400 9-26% Metano CH4 ~1.8 4-9% Ozono O3 2-8(B) 3-7% (A) El vapor de agua varia mucho localmente (B) La concentración en la estratosfera. Alrededor del 90% del ozono de la atmósfera terrestre está contenido en la estratosfera.

Neutralidad de Carbono en Bioenergía

¿Y en el caso de la Bioenergía? La combustión de la biomasa emite CO2, sin embargo ... se considera neutra en carbono porque las plantas absorben previamente ese CO2 durante su crecimiento mediante la fotosíntesis. Se entiende que tiene menores emisiones de gases de efecto invernadero. ¿Por qué? Porque el CO2 emitido en la combustión de la biomasa es el mismo que las plantas absorbieron previamente de la atmósfera durante su crecimiento a través de la fotosíntesis. Esto crea un ciclo de carbono cerrado, donde el carbono liberado vuelve a ser capturado por nuevas plantas, evitando un aumento neto de CO2 en la atmósfera, siempre que la biomasa se regenere de forma sostenible. ¿Cómo se mide / compara con otros combustibles? Primero, se tiene que saber el PCS o PCI del combustible (MJ/kg o kWh/kg) y luego se compara con los GEI que se emiten (kg de CO2 por MJ o kWh).Ha estos resultados, se les conoce como Factores de emisión.

Emisiones GEI: Concepto CO2 equivalente (kgCO2eq)

Definición de CO2 Equivalente

Es una unidad que permite comparar el impacto de diferentes gases de efecto invernadero (GEI). Cada gas de efecto invernadero tiene un potencial de calentamiento distinto. Para expresar su efecto en una misma unidad, se convierten a kg CO2-eq, usando su GWP en un período de 100 años.

Factores de Emisión de la Biomasa

Factores de emisión de la biomasa = 0 kgCO2/kg biomasa Como informado previamente, se considera un ciclo neutro, al usar el mismoCO2 de la combustión para el crecimiento de nuevas plantas. ¿La biomasa emite o no emite CO2 en su combustión? Si, emite C02 en su combustión.

Concepto de Emisiones Nulas (Efecto Neutro)

Concepto de emisiones nulas (efecto neutro) Se refiere a una situación en la que la cantidad de CO2 emitida a la atmósfera es igual a la cantidad de CO2 absorbida o compensada, logrando un balance neto de carbono igual a cero.

Otras Emisiones GEI de la Biomasa

¿Y el resto de emisiones GEI? Metano (CH4) > Tiene un potencial de calentamiento global (GWP) 258 veces mayor que el CO2. Óxido nitroso (N2O) -> Es 265 veces más potente que el CO2 en términos de calentamiento global. Como conclusión, podemos decir que aunque en CO2 es neutra, la combustión de biomasa si tiene impacto.

Concepto de kg o Toneladas de CO2 Equivalentes

Concepto de emisiones de kg o toneladas de CO2 equivalentes Unidad de medida que permite comparar el impacto climático de diferentes gases de efecto invernadero (GEI) en términos de su potencial de calentamiento global (GWP, inglés) en relación con el dióxido de carbono (CO2).

Concepto Potencial de Calentamiento Atmosférico (PCA) Global Warming Potencial (GWP)

Definición de GWP

Cantidad de calor atrapado por una tonelada de un gas que se ha escapado hacia la atmósfera en relación con la cantidad de calor atrapado por una tonelada de CO2 en la atmósfera durante un determinado período de tiempo.

Tabla de Potencial de Calentamiento Global (PCA)

Potencial de calentamiento global (PCA) para un tiempo determinado Nombre del gas Fórmula química Años de vida 20 años 100 años 500 años Dióxido de carbono CO2 30-95 1 1 1 Metano CH4 12 84 28 7.6 Óxido nitroso N2O 121 264 265 153 Diclorodifluorometano CCI2F2 100 10 800 10 200 5 200 Clorodifluorometano CHCIF 2 12 5 280 1 760 549 Tetrafluorometano CF4 50 000 4 880 6 630 11 200 Hexafluoretano C2F6 10 000 8 210 11 100 18 200 Hexafluoruro de azufre SF6 3 200 17 500 23 500 32 600 Trifluoruro de nitrógeno NF3 500 12 800 16 100 20 700

Emisiones GEI: Concepto Huella de carbono

Definición de Huella de Carbono

"La totalidad de gases de efecto invernadero emitidos por efecto directo o indirecto por un individuo, organización, evento o producto".

Valores Típicos de Emisiones de GEI

Emisiones de gases de efecto invernadero, valores típicos (g CO2eq/MJ) Emisiones de gases de efecto invernadero, valores por defecto (g CO2eq/MJ) Sistema de producción de combustibles de biomasa Distancia de transporte Cultivo Transforma- ción Transporte Emisiones dife- rentes de CO2 procedentes del combus- tible cuando se utiliza Cultivo Transforma- ción Transporte Emisiones dife- rentes de CO2 procedentes del combus- tible cuando se utiliza 1 a 500 km 0,0 1,6 3,0 0,4 0,0 1,9 3,6 0,5 500 a 2 500 km 0,0 1,6 5,2 0,4 0,0 1,9 6,2 0,5 Astillas de madera de desechos forestales 2 500 a 10 000 km 0,0 1,6 10,5 0,4 0,0 1,9 12,6 0,5 Más de 10 000 km 0,0 1,6 20,5 0,4 0,0 1.9 24,6 0,5 Astillas de madera procedentes de monte bajo de rotación corta (eucalipto) 2 500 a 10 000 km 4.4 0,0 11,0 0,4 4,4 0,0 13,2 0,5

Huella de Carbono: Ejemplos de Emisiones Negativas

Emisiones GEI: Huella de carbono (ejemplos - emisiones negativas) Se evita que la biomasa se convierta en GEI, siendo usada para biocombustible, bioenergía o bioproductos. En este ejemplo se ve que el estiércol tiene huella negativa, porque se evita que se convierta en metano y se comvierte en biogas. VALORES TÍPICOS [g CO2eq/MJ] VALORES POR DEFECTO [g CO2eq/MJ] Sistema de producción de combustibles de biomasa Tecnología Cultivo Transfor- mación Emisiones diferentes de CO2 proce- dentes del combus- tible cuando se utiliza Transporte Créditos por gestión del estiércol Cultivo Transfor- mación Emisiones diferentes de CO2 proce- dentes del combus- tible cuando se utiliza Transporte Créditos por gestión del estiércol Caso 1 Digestato en abierto 0,0 69,6 8,9 0,8 - 107,3 0,0 97,4 12,5 0,8 - 107,3 Digestato en cerrado 0,0 0,0 8,9 0,8 - 97,6 0,0 0,0 12,5 0,8 - 97,6 Estiércol húmedo (1) Caso 2 Digestato en cerrado 0,0 4,2 8,9 0,8 - 97,6 0,0 5.9 12,5 0,8 - 97,6 Digestato en abierto 0,0 83.2 8,9 0,9 - 120,7 0,0 116,4 12,5 0,9 - 120,7 Caso 3 Digestato en cerrado 0,0 4,6 8,9 0,8 - 108,5 0,0 6,4 12,5 0,8 - 108,5 Digestato en abierto 0,0 74,1 8.9 0,8 - 107,3 0.0 103,7 12,5 0,8 - 107,3 (") En los valores relativos a la producción de biogas a partir de estiércol se incluye la emisión negativa derivada de la reducción de emisiones lograda gracias a la gestión del estiércol bruto. El valor de exca considerado es igual a - 45 g CO2eq/MJ para estiércol utilizado en digestión anaeróbica.