Produccion de Biodiesel de Segunda Generacion en Mexico

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Trabajo que trata de hacer una evaluacion sobre la viabilidad que existe en mexico para producir un biodiesel basado en tecnologias de segunda generacion y la importancia de que esto se implemente para poder desarrorrar energeticamente al pais.

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

VIABILIDAD DE PRODUCCIN DE BIODIESEL EN MXICO USANDO UNA TECNOLOGA DE SEGUNDA GENERACIN.

TESISQUE PARA OBTENER EL TTULO DE INGENIERO QUMICO INDUSTRIAL P R E S E N T A

DAVID RAMOS GMEZ

DIRECTOR DE TESIS: M. EN C. JAVIER ESTEBAN RODRGUEZ RODRGUEZ

Mxico, D.F. 2012

AGRADECIMIENTOS Esta tesis representa un parteaguas entre una etapa muy enriquecedora y el camino que el tiempo obliga. Con esto quiero decir que este tan slo es el final del principio. En toda la experiencia acadmica y la conclusin del trabajo de tesis, ha habido personas que merecen las gracias porque sin su valiosa aportacin no hubiera sido posible este trabajo y tambin hay quienes las merecen por haber plasmado su huella en mi camino. Sin duda esta tesis es en memoria de la mujer ms buena que jams conoc, Carmen, mi abuelita y de todos los que an estn aqu A mi madre, Cecilia, le agradezco su apoyo que siempre y en todo momento me dio incondicionalmente para la realizacin de mis sueos. Esta tesis es suya. A mis abuelitos, Carmen y Moiss que me brindaron toda su humanidad y cario durante este largo camino. Al Dr. Raymundo que me abri las puertas cuando toque y me enseo como un gran maestro y amigo. Al profesor Esteban quien me asesoro para la realizacin de esta tesis y me comparti sus grandiosos conocimientos sobre termodinmica. A todos los profesores que estuvieron ah, ensendome da a da un sin fin de conocimientos que en su conjunto me forjaron como Ingeniero. A todos mis amigos con los cuales pase un camino inolvidable, lleno de aventuras y que me brindaron una amistad totalmente desinteresada. Al Instituto Politcnico Nacional al cual sin duda le debo una educacin de muy alto nivel y sin la que este trabajo de tesis no hubiera sido posible.

ndice Siglas y abreviaturas Unidades Resumen Introduccin Capitulo I. Generalidades I.1. Definicin e importancia de los biocombustibles I.1.1. Definicin I.1.2. Importancia I.1.3. Ventajas y desventajas del uso de biocombustibles I.1.3.1. Ventajas I.1.3.2. Desventajas I.1.4. Tipos de biocombustibles I.1.4.1. Slidos I.1.4.2. Lquidos I.1.4.3. Gaseosos I.2. Principales formas de generacin de biocombustibles I.2.1. Primera generacin I.2.2. Segunda generacin I.2.2.1. Ventajas I.2.3. Tercera generacin I.3. Biodiesel y sus propiedades I.4. Tendencia de produccin de biocombustibles en el mundo I.4.1. Uso de biodiesel a nivel mundial I.4.2. Uso de biodiesel a nivel Latinoamericano I.5. Comportamiento del mercado de los combustibles en Mxico I.5.1. Caso diesel en Mxico Capitulo II. Costos de biodiesel, mercados viables y disponibilidad de materias primas a nivel Nacional II.1. Estado actual de los mercados de biodiesel II.1.1. Temas clave para los pases de ALC II.1.2. Oportunidades de exportacin II.1.3. Situacin de los costos y capacidad de produccin II.1.4. Estado de los mercados de biocombustibles de segunda generacin II.1.5. Desarrollo del mercado global de los biocombustibles II.1.6. Tendencias en la produccin global de biodiesel y bioetanol II.1.7. Produccin de biodiesel II.1.8. Comercio de biodiesel II.1.9. Tendencias en polticas y regulacin a nivel general II.1.10. Tendencias en polticas y regulacin en ALC v ix xi 1 3 3 3 3 5 5 6 7 7 7 8 8 8 11 12 13 14 15 16 17 18 20

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II.2. Costos del biodiesel en el mercado II.2.1. Consideraciones generales II.2.2. Seleccin de cultivos para materia prima (evaluacin para Mxico) II.2.2.1. Palma Africana II.2.2.1.1. Condiciones ambientales II.2.2.1.2. Tipologa de productores II.2.2.1.3. Generacin de empleos II.2.2.1.4. Eslabn de industrializacin II.2.2.1.5. Anlisis econmico sustantivo II.2.2.2. Jatropha Curcas L. II.2.2.2.1. Medio Fsico II.2.2.2.2. Anlisis econmico sustantivo II.2.2.3. Frijol soya II.2.3. Costos e impactos en otros pases del mundo II.2.4. Costo y eficiencia de las polticas fiscales II.2.5. Tendencia en los costos de produccin II.3. Perspectivas de los biocombustibles II.3.1. Produccin II.3.2. Comercio internacional II.3.3. Costos proyectados II.4. Disponibilidad y anlisis regional de materias primas II.4.1.Materias primas para la produccin de biodiesel por primera generacin II.4.1.1. Aceites vegetales convencionales II.4.1.2. Aceites vegetales alternativos II.4.1.3. Aceites vegetales modificados genticamente II.4.1.4. Aceites de fritura usados II.4.1.5. Grasas animales II.4.1.6. Aceites de otras fuentes II.4.1.7. Otras fuentes II.4.2. Materias primas para biodiesel de segunda generacin II.4.2.1. Plantaciones energticas para produccin de combustibles Leosos II.4.2.2. Combustibles de madera directos II.4.2.3. Madera de bosques II.4.2.4. Madera de plantaciones II.4.2.5. Combustibles de madera indirectos Capitulo III. Tecnologas de produccin de biodiesel (primera y segunda generacin) III.1. Biodiesel de primera generacin III.1.1. Procesos de conversin de biodiesel III.1.1.1. Transesterificacin III.1.1.1.1. Catlisis homognea III.1.1.1.2. Catlisis heterognea III.1.2. Comparacin entre el diesel de petrleo y el biodiesel (FAME)

31 31 32 32 33 34 34 34 35 37 38 39 40 42 42 43 45 45 47 48 49 49 50 50 50 51 51 51 51 52 52 52 52 53 53 57 57 57 57 58 58 60ii

III.2. Biodiesel de segunda generacin III.2.1. Procesos de conversin generales III.2.1.1. Conversin termoqumica III.2.1.1.1. Gasificacin III.2.1.1.2. Pirlisis III.2.2. Tecnologas para produccin de biodiesel de segunda generacin III.2.2.1. Hidrotratamiento de aceites vegetales (diesel verde) III.2.2.2. Biodiesel HTU III.2.2.3. Biodiesel de F-T o diesel sinttico (BTL) III.2.3. Obtencin de biocombustibles lquidos basados en la licuefaccin y la pirolisis rpida III.2.4. Aprovechamiento directo de la biomasa a travs de la combustin III.3. Anlisis FODA aplicado a los principales procesos de produccin de biodiesel Capitulo IV. Anlisis para producir biocombustibles de segunda generacin en Mxico IV.1. Caractersticas generales de Mxico IV.1.1. Condiciones naturales para la produccin de materia prima para Biocombustibles IV.1.2. Agricultura y silvicultura IV.1.3. Produccin actual de biocombustibles de primera generacin en Mxico IV.1.4. Poltica nacional de biocombustibles IV.1.5. Recursos financieros y humanos IV.1.6. Infraestructura IV.1.7. Evaluacin y logstica de residuos agrcolas y forestales para materia Prima IV.2. Opciones de produccin de biocombustibles de segunda generacin IV.2.1. Estimacin de costos de materia prima y producto final IV.2.2. Identificacin de puntos claves para las plantas de produccin IV.2.3. Impacto econmico potencial IV.2.4. Posibles impactos sociales IV.2.5. Posible impacto ambiental IV.3. Anlisis FODA de la viabilidad de produccin de biocombustibles de segunda generacin en Mxico Capitulo V. Conclusin y recomendacin Glosario Referencias

62 63 64 65 65 67 67 68 68 71 73 73

80 80 81 82 83 83 83 84 85 86 87 88 88 89 90 90 92 95 101

iii

Siglas y abreviaturas AIE ALC ASTM Agencia Internacional de Energa Amrica Latina y el Caribe American Society for Testing and Material Standard (Sociedad Americana para Estndares de Pruebas y Materiales) Biomass to Liquid (Biomasa a lquido) Central America Free Trade Agreement (Tratado de Libre Comercio con Amrica Central) Comisin Econmica Para Amrica Latina Cost of Electricity (Costo de generacin de energa elctrica) Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa Coal to Liquids (Carbn a lquidos) Dimetil ter Etil terbutil ter Estados Unidos de Amrica Fatty Acid Methyl Esters (steres Metlicos de los cidos Grasos) Food and Agriculture Organization (Organizacin de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentacin) Fondo Ecuatoriano de Inversin en los Sectores Energtico e Hidrocarburfero Free Fatty Acid (cidos Grasos Libres) Flexible-Fuel Vehicle (Vehculos de Combustible Flexible) Fortalezas, Oportunidades, Debilidades y Amenazas Fischer-Tropsch Gas Licuado de Petrleo Gases Efecto Invernadero

BTL CAFTA

CEPAL COE

CONACYT CTL DME ETBE EUA FAME

FAO

FEISEH

FFA FFV FODA F-T Gas LP GEI

v

GTL HC HDO HPL HTU I&D IDH IFN INEGI INIFAP

Gas to Liquids (Gas a Lquidos) Hidrocarburos Hidrodesoxigenacin High Pressure Liquefaction (Licuefaccin de Alta Presin) Hydro Thermal Upgrading (Actualizacin Hidrotrmica) Investigacin y Desarrollo Indice de Desarrollo Humano Inventario Nacional Forestal Instituto Nacional de Estadstica y Geografa Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrcolas y Pecuarias Impuesto al Valor Agregado cido de Lewis Mecanismo de Desarrollo Limpio Metil terbutil ter xidos de Nitrgeno Organization for Economic Co-operation and Development (Organizacin para la Cooperacin y el Desarrollo Econmico) Organizacin de las Naciones Unidas Poltica Agraria Comn Petrleos Mexicanos Potencial de Hidrgeno Producto Interno Bruto Paridad del Poder Adquisitivo Programa Brasileiro de lcool (Programa Brasileo de Alcohol) Programa de Plantaciones Forestales Comerciales

IVA L+ MDL MTBE NOx OECD

ONU PAC PEMEX pH PIB PPA PROALCOOL

PRODEPLAN

vi

RFS

Renewable Fuels Standard (Estndar de Combustibles Renovables) Secretaria de Agricultura, Ganadera, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentacin Secretara de Energa Sistemas de Informacin Geogrfica Synthetic Natural Gas (Gas Natural Sinttico) Sociedades de Produccin Rural Turbocharged Direct Injection (Turbo Inyeccin Directa) Tratado de Libre Comercio de Amrica del Norte Ultra Bajo en Azufre Unin Europea Water Gas Shift (Reaccin de Desplazamiento con Vapor de Agua)

SAGARPA

SENER SIG SNG SPR TDI TLCAN UBA UE WGS

vii

Unidades b bpce C g gal gge Ha hr J K lge m m3r msnm ppm s $ t CO2 t-km tMF tMS toe ton trff tss Barril Barril de petrleo crudo equivalente Grados Celsius Gramo Galn Galn de gasolina equivalente Hectrea Hora Joules Kelvin Litro de gasolina equivalente Libra