Bio Combustibles

Septiembre del 2010

MAURICIO SIERRA S.LABORATORIO DE BIOCOMBUSTIBLES

FUNDACION UNIVERSITARIAAGRARIA DE COLOMBIA

CORPORACION PARA EL DESARROLLO INDUSTRIAL DE LA BIOTECNOLOGIA Y PRODUCCION LIMPIA

CONVENIO MARCO DE COOPERACIÓN TÉCNICA Y CIENTÍFICA- CORPORACION PARA EL DESARROLLO INDUSTRIAL DE LA BIOTECNOLOGIA Y PRODUCCION LIMPIA – CORPODIB Y LA

FUNDACION UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA

CONTENIDO

•Cambio climático y uso de los biocombustibles

•Resultados de los proyectos de investigación enbiocombustibles – UNIAGRARIA-CORPODIB-COLCIENCIAS-MAQUILTEC

EMISIONES DE GASES DE EFECTO DE INVERNADERO

GAS DE INVERNADERO FÓRMULA QUÍMICA TIEMPO DE VIDA EN LA ATMÓSFERA

(AÑOS)

FUENTE ANTROPOGÉNICA

Dióxido de carbono CO2 5 a 200 Combustibles fósiles, uso de la tierra, producción de

cemento.

Metano CH4 12 Combustibles fósiles, rellenos sanitarios.

Oxido de nitrógeno N2O 114 Procesos industriales para la producción de fertilizantes,

combustión.

CFC-11 CCl2F245

Refrigerantes, fabricación de espumas.

HFC-23 CHClF2 260 Refrigerantes líquidos

Perflurometano CF4 50,000 Producción de aluminio.

Hexafluroro de azufre SF6 3,200 Fluídos dieléctricos.

PRINCIPALES GASES DE EFECTO DE INVERNADERO AFECTADOS POR ACTIVIDAD HUMANA

Fuente: IPCC, 2001. Resumen técnico del grupo de trabajo I, p 38

CONCENTRACION DE GASES DE EFECTO DE INVERNADERO

La concentración de GEI han tenido un incremento sustancial a partir del siglo XIX, lo cual haincrementado el efecto de invernadero natural. De ahí que se prevén cambios de la temperaturasuperficial para finales del siglo XXI entre 1,4 y 5,8°C ( IPCC 2007)

19,217,3

10,1 9,47

4,9 3,92,2 1,5 1,3

02468

101214161820

TnC

O2e

per

cáp

ita

Estado

s Unid

osCan

ada

Aleman

iaRein

o Unido

Venez

uela

ChinaChileBras

ilColom

bia India

EMISIONES DE CO2e PER CAPITA, 2008

Fuente: IEA 2010, referente al consumo de energía

19% 18%

12%9% 8% 7%

0%2%4%6%8%

10%12%14%16%18%20%

Ganadería Uso defertilizantes

nitrogenados

Transporte Conversión debosques ypraderas

Industrias degeneración de

energía

Consumo decombustiblesen industria yconstrucción

PRINCIPALES ACTIVIDADES QUE APORTAN GASES QUE CAUSAN EL CAMBIO CLIMATICO EN COLOMBIA (2004

Fuente: ANDI- Congreso “Colombia hacia una economía baja en carbono”. 2010

El Protocolo contempla tres tipos de mecanismos de flexibilidad que permiten a los países delAnexo I cumplir con sus compromisos de reducción de GEI:

Intercambio de Emisiones: Consiste en el intercambio de emisiones asignadas entre países quese han comprometido con reducciones (Anexo I).

Implementación Conjunta (Joint Implementation – JI-): Permite que un país del Anexo Idesarrolle un proyecto de reducción de emisiones en otro país perteneciente al Anexo I.

Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL): Permite que un país del Anexo I desarrolle unproyecto de reducción de emisiones en un país que no pertenece al Anexo I, como Colombia.

PROTOCOLO DE KYOTO Y MECANISMO DE DESARROLLO LIMPIO

Dentro de los aspectos básicos que deben contener los proyectos que se presentenal Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) se tienen:

Línea base. Se denomina línea base a las emisiones de gases contaminantes bajolas condiciones actuales de operación del proceso industrial sin la implementaciónde la alternativa de reducción de emisiones.

Sistema de fronteras y requerimiento energético del sistema. Corresponde alas fronteras que se especifican para cada una de las áreas de emisión del procesoindustrial y los requerimientos de combustible, energía eléctrica y vapor delsistema.

Balance neto de emisiones de CO2. En este balance se tienen en cuenta lasemisiones de CO2 en las etapas de extracción del aceite, y producción del biodieselasí como la captura de CO2 por parte de las plantas de palma.

Valor de la implementación de la tecnología empleada. Se valoran los costosdirectos e indirectos correspondientes a la implementación de la tecnología dereducción de emisiones a la atmósfera.

PROYECTOS DE MDL

CICLO DE VIDA DEL HIDROCARBURO FOSIL

Fuente : CORPODIB

Producción de fertilizantes Cultivos agrícolas Planta de extracción Planta de Biodiesel Transporte del Biodiesel

CICLO DE VIDA DEL BIOCOMBUSTIBLE

Estacionesde servicio

CombustiónDe la mezcla

CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2

Fuente : Biofuels international 2009 -2010

REDUCCION DE CO2 A LA ATMOSFERA

Fuente : CORPODIB

Combustible Energía generada/Requerimiento de energía fósil

% Reducción de gases de efecto de

invernaderoGasolina 0,81 -

Etanol del maíz 1,35 26

Etanol de celulosa 4.17 85

Diesel 0.91 -

Biodiesel de aceite de soya

3.2 53

Fuente: International Energy Agency. Biofuels For Transport, OECD, paris, France, April 2004

BALANCE ENERGETICO Y REDUCCION DE GASES DE EFECTO DE INVERNADERODE LOS BIOCOMBUSTIBLES

Fuente: DOE 2006

Cultivo BiodieselEnergía producida/Energía requerida

Palma 6,6

Jatropha 5,0

Colza 1,7

Soya 3,2

Compuesto orgánico liquido, de naturaleza diferente a los hidrocarburos derivados del petróleo,gas natural o carbón (fósil), que tiene en su molécula un grupo hidroxilo (OH) enlazado a unátomo de carbono. Para los efectos de esta norma se entiende como alcohol carburante al EtanolAnhidro obtenido a partir de biomasa.

ALCOHOL CARBURANTE – NORMA TECNICA COLOMBIANA NTC 5308

Son mezclas de mono-alquil esteres de los ácidos grasos de cadena larga derivados de aceitesvegetales y grasas animales.

BIODIESEL – NORMA TECNICA COLOMBIANA NTC 5444

PROCESO INDUSTRIAL PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

A-01

F-01

I-01

Del sistema dedesacidificacion

I-02

E-01

D-01

ME-01

Al sistema dedesacidificacion

Vapor de proceso

Con

dens

ado

Almacenamiento deH3PO4

Almacenamiento deCatalizador

(NaOH/KOH)

B-01

D-02

H3PO4 NaOH

E-02

ME-02

E-04

B-03

Vap

or

Agua de proceso

I-03Vapor

Condensado

E-03

P-113

Gomas

ME-03

Agua residual

Aceite desgomado

D-03

AcidoCitrico

DESGOMADO Y LIMPIEZA DEL ACEITE VEGETAL

Aceite vegetalcrudo

Agua(90ºC)

Hidratación

Gomas yJabon

M

MM

P-144

M

Aceite desgomado

Aceite termico

Aceite RefinadoRecuperacion de

calor al sistema dedesgomado

Aceite refinado(desgomado ydesacidificado

que intercambia calor enla sección de desgomado)

Al sistema de vació( Vapor de agua, trazas de incondensables)

DESACIDIFICACION Y DESODORIZACION DEL ACEITE VEGETAL

IE-01I-04 IE-02

E-05

B-08

E-06

E-08

B-10 I-06

I-05

B-09

Ácidos grasos

Agua de enfriamiento

Vapor de despojo

B-07

Tanque de almacenamiento de aceite refinado


Aceite termico

P-184

P-185

B-22

H2SO4/Alcohol

Alcohol

I-14

Vapor

Neutralizacion de la glicerina

Vapor

CondensadoE-19

M

M

E-18

M

Glicerina

H2SO4 - 96%

Agua acidaS-04/05

Acido sulfurico/metanol

E-21

ME-06

B-23

C-O3

E-20

M

C-O4

B-24

M

Ester (Biodiesel)Transesterificacion IB-25

H2SO4 - 96%

E-23

B-26

k2SO4E-22

S-06

I-12

E-24

I-13

B-27

B-29

E-26

B-28

I-16

B-30

E-28

E-133E-27

Alcohol (99.5%)

Alcohol/Agua de proceso

Condensado



Vapor

Condensado







E-25

I-15

I-17

I-18

I-19

Esterificacion

NEUTRALIZACION DE LA GLICERINA Y RECUPERACION DEL ALCOHOL Y AGUA DE PROCESO

ReactorNeutralizacion

Tanqueintermedio

1.Glicerina/alcohol/agua2.Fase oleosa

3.Sulfato de potasio

Fase liquida1.Glicerina/alcohol/agua

2.Fase oleosa3.Remanente K2SO4

Fase solidaK2SO4

Fase oleosa

Glicerina/alcohol/agua

Glicerina/agua (80%)

Transporte de laremolacha

Recepcion y pesadode la remolacha

Lavado y cortado dela remolacha Difusion

Filtro prensa

Agua delprensado

Agua de lavado

Torta seca

Tratamiento del jugode difusion

Vinaza

EtanolAnhidro

Fermentacion

Separador delevadura

Licor

Destilacionprimaria

P-69

Tanque de etanolsin rectificar

Columna derectificacion

Agua derecirculacion

Deshidracion

JugoLevadura

Etanol rectificado

Licor sin rectificar

Licor sin rectificar

Agua derecirculacion

Agua

P-72

PROCESO INDUSTRIAL PARA LA PRODUCCIÓN DE ALCOHOL CARBURANTE

COSECHA Y PROCESAMIENTO DE LA REMOLACHA

Cultivo de remolacha Cosecha Limpieza y procesamiento

PROCESAMIENTO DE LA REMOLACHA

Pulpa prensada de remolacha

(alimento para animales)

Jugo de remolacha

Remolacha cortada en “cossettesExtracción del jugo por difusión

(T=80°C, 1 hora)

DEPURACION DEL JUGO (PRE-ENCALADO, ENCALADO Y CARBONATACION)

En esta etapa del proceso se separan las partículas en suspensión, se controla el pH, asi como se separala mayor parte de los no azúcares, eliminando los coloides. Esto se logra fundamentalmente mediante laadición de lechada de cal y CO2.

Pre-encalado, encalado y carbonatacion

Jugo pretratado

Remoción de sólidos de encalado y carbonatación

FERMENTACION DEL JUGO

La sepa Saccharomycescerevisiae ETHANOL RED fueel microorganismo usado paraeste ensayo suministrado porMERQUIAND, de la empresaFermentis

Fermentación del jugo de remolacha

DESTILACION DEL LICOR PARA LA OBTENCION DE ALCOHOL

Remoción de la levadura del licor

Destilación del alcohol

En promedio en la etapa pre-experimental se obtuvo del licor de fermentación un 9,2%(v/v ) de alcohol de hasta el 42%(v/v) y un 90,8%(v/v) de vinaza.

Característica Limite Método

Mínimo Máximo

% Etanol 96,3 - ASTM D5501

Gomas extraíbles con solvente (mg/100 ml) - 5,0 ASTM D381

Contenido de agua (% Vol.) - 0.7 ASTM E203

Contenido de desnaturalizante 2,0 3,0 ASTM D6729

Contenido de cloro inorganico (ppm) - 40 ASTM D512

Contenido de cobre (mg/Kg) - 0,1 ASTM D1688

Acidez total (como acido acetico) (% masa) 0,007 ASTM D 1613

pH 6,5 9,0 ASTM D6423

CARACTERÍSTICAS DEL ALCOHOL CARBURANTE NORMA NTC 5308

PLANTA PILOTO PARA LA OBTENCION DE ALCOHOL APARTIR DE REMOLACHA

COLCIENCIAS – MAQUILAGRO - CORPODIB

EVALUACION EN LABORATORIO DE LAS CONDICIONES DE PRODUCCION DE BIODIESEL

OBTENCION DE BIODIESEL EN LABORATORIO APARTIR DE ACEITE REFINADO DE PALMA

Aceite de palma

Etapa de SeparaciónBiodiesel - Glicerina

Sistema de reacción

PLANTA PILOTO DE BIODIESEL

CORPODIB - COLCIENCIAS

Característica Limites MétodoMínimo Máximo

Densidad a 15°C (kg/m3) 860 900 ASTM D4052

Numero de cetano (Cetanos) 47 mínimo - ASTM D613

Punto de inflamación ºC 120 mínimo - ASTM D 93

Contenido de agua (mg/Kg) - 500 máximo ASTM E203

Carbon residual (% en masa) - 0.3 máximo ASTM D4530

Viscosidad cinematica (mm2/sec @40º C) 1.9 6.0 ASTM D445

Cenizas sulfatadas (% en masa) - 0,02 máximo ASTM D874

Estabilidad térmica (%) - 70 ASTM D6468

Numero de yodo (gr yodo/100 gr) - 120 maximo EN 14111

Estabilidad a la oxidacion 110ºC (hr) 6 minimo - EN 14112

Corrosion en la lamina de cobre (Unidad)(Clase 1)

1 - ASTM D 130

Numero acido (mg KOH/g) - 0.5 ASTM D664

Glicerina libre (% en masa ) - 0.02 ASTM D 6584

Punto de fluidez (°C) - Reportar ASTM D97

Punto de nube (°C) - Reportar ASTM D2500

Glicerina total (% en masa) - 0.25 ASTM D6584

Monogliceridos (% en masa) - 0.8 ASTM D6584

Digliceridos (% en masa) - 0.2 ASTM D6584

Trigliceridos (% en masa) - 0.2 ASTM D6584

Contenido de fosforo (mg/Kg) - 10 ASTM D4951

Contenido de Na – K (mg/Kg) - 5 ASTM D5863

Contenido Ca- Mg (mg/Kg) - 5 ASTM D5863

Contenido de ester (% en masa) - 96,5 EN 14103

CARACTERÍSTICAS DEL BIODIESEL NORMA NTC 5444

REACCION DE TRANSESTERIFICACION

+ CH3OH3

CH3 O C

O

R1

CH3 O C

O

R1

CH3 O C

O

R1

+

Triglicérido Metanol Mezcla de esteres de ácidos grasos

Glicerol

R1, R2 y R3, son cadenas largas de átomos de carbono e hidrogeno (cadenas de ácidos grasos).

Palmitico: R = - (CH2)14 – CH3 (Contiene 16 carbonos, (incluyendo el carbono al que la cadena Resta enlazado) (16:0)

Estearico: R = - (CH2)16 – CH3 (18 carbonos, 0 dobles enlaces (18:0))

Oleico: R = - (CH2)7 CH=CH(CH2)7CH3 (18 carbonos, 1 doble enlace (18:1)

Linoleico: R = - (CH2)7 CH=CH-CH2-CH=CH(CH2)4CH3 18 carbonos, 2 dobles enlaces (18:2)

Linolenico: R = - (CH2)7 CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH3 18 carbonos, 3 dobles enlaces(18:3)

ACIDOS GRASOS

Existen cinco cadenas de ácidos grasos que son comunes en la mayoría de los aceitesvegetales y grasas animales (las demás están presentes en pequeñas cantidades) delas cuales dependen las propiedades físicas del biocombustible, incluyendo el numerode cetano, fluidez en frió y estabilidad oxidativa.

+ =

COMPORTAMIENTO EN FRIO DEL BIOCOMBUSTIBLE

Disminución del punto de fluidez

Agrupación de cristales

Formación de cristales

Adición del aditivo polimérico(polialquilmetacrilato)

Control del crecimiento cristalino

=

Mejoramiento del comportamiento en frió



Montaje de laboratorio prueba de punto fluidez

Punto de fluidez °C

24 horas 72 horas

Biodiesel de palma 12

Biodiesel de palma + 1% de aditivo

10


La oxidación de los materiales grasos se promueve por factores tales como temperaturas elevadas,presencia de luz o compuestos como metales o iniciadores. La naturaleza de los radicales también influyeen los productos de la oxidación así como la presencia de dobles enlaces en la estructura principal deléster. Los antioxidantes tienen como función retardar la oxidación mas no eliminarla.

ESTABILIDAD OXIDATIVA DEL BIOCOMBUSTIBLE

Los primeros productos de la oxidación de los dobles enlaces son los hidroperóxidos. Los hidroperóxidosson inestables y fácilmente forman una variedad de productos secundarios de oxidación. Dentro de lasreacciones de los hidroperóxidos se tienen reagrupamiento a productos de similar peso molecular, sefisionan para obtener compuestos de cadenas cortas (aldehídos y ácidos) y dimerizacion para obtener

compuestos de alto peso molecular.

1.Filtro de aire2.Bomba de diafragma3.Vial de reacción4.Cubeta de censado5.Sistema calefactor6.Equipo de captura de información7.Sistema de análisis y registro de información

Biodiesel de Jatropha

Curva conductividad Vs tiempo de induccion Biodiesel de Jatropha + aditivo TBHQ (250ppm)

ESTABILIDAD OXIDATIVA DEL BIOCOMBUSTIBLE

OBTENCION DE BIODIESEL DE OLEAGINOSAS NO COMESTIBLESJAROPHA CURCAS

OBTENCION DE BIODIESEL DE OLEAGINOSAS NO COMESTIBLESJAROPHA CURCAS

Abono

Biodiesel

Glicerina cruda

Transesterificacion

Detoxificacion

Alimento para animales

Almendra de Jatropha

Pretratamiento

Torta

PRODUCTOS DE MAYOR VALOR AGREGRADO A PARTIR DEL GLICEROL SUBRODUCTO DE LA OBTENCION DE

BIODIESEL

Mercado de la glicerina

Fuente: The Future of Glycerol. New Usages for a Versatile Raw Material. Mario Pagliaro and Michele Rossi.2008

PRODUCTOS DE MAYOR VALOR AGREGRADO A PARTIR DEL GLICEROL SUBRODUCTO DE LA OBTENCION DE BIODIESEL

Producción mundial de Biodiesel

Producción histórica y estimada de la glicerina a nivel mundial

Fuente: F.O.LICHTS Febrero 15, 2008 Vol.6.No11

Fuente: F.O.LICHTS Febrero 15, 2008 Vol.6.No11.- CORPODIB

Historico del precio de la glicerina

Fuente: Statistical review of global energy 2007.

PRODUCTOS DE MAYOR VALOR AGREGRADO A PARTIR DEL GLICEROL SUBRODUCTO DE LA OBTENCION DE BIODIESEL

Comparación del etanol obtenido por fermentación de los azucares a partir de maíz y por fermentación de la glicerina

Fuente: Anaerobic fermentation of glycerol: a path to economic viability for the biofuels industry Current Opinion in Biotechnology 2007, 18:213–219

PRUEBA EN DINAMÓMETRO

•Dinamómetro SENA

•Camioneta chevrolet LUV 2,800 cc, 4x4 modelo 2002 – General motor Colmotores –

•Mezclas Biodiesel - Diesel (B20, B50 y B100)

Chasis dinamométrico –Dinamómetro SENA Sonda– Dinamómetro SENA

Gabinete de control – Dinamómetro SENA

RESULTADO PRUEBAS POTENCIA

– BIODIESEL - DIESEL

010203040506070

Potencia KW

B20 B50 B100

Mezclas

Potencia (KW) mezcla BiodieselPotencia (KW) Diesel

RESULTADO PRUEBAS OPACIDAD

– BIODIESEL - DIESEL

[email protected]

http://www.corpodib.com.co/

mailto:[email protected]

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