Remoción Fotosintética CO2 Mediante Microalgas

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Remoción fotosintética de dióxido de carbono mediante microalgas: una atractiva alternativa para aumentar el poder calorífico del biogás. Temuco, 2 de Julio del 2014 Universidad de la Frontera Facultad de Ingeniería Ciencias y Administración Departamento de Ingeniería Química José Salvador Molina Quitral Ingeniería Civil Ambiental Leslie Meier Figueroa UFRO 2011

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Purificación biológica de biogás utilizando organismos vegetales unicelulares

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Remoción fotosintética de dióxido de carbono mediante microalgas: una atractiva alternativa para aumentar el poder calorífico del biogás.

Temuco, 2 de Julio del 2014

Universidad de la FronteraFacultad de Ingeniería Ciencias y Administración

Departamento de Ingeniería Química

José Salvador Molina QuitralIngeniería Civil Ambiental

Leslie Meier Figueroa UFRO 2011

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Contenidos Objetivo general:

Biogás como biocombustible Fuente de energía Generación Necesidad de purificación Remoción de CO2

Objetivo Específico Microalga como organismo fijador y transformador de CO2 Alternativas para la biomasa producida Limitaciones Sistemas de cultivo

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Bioenergías

Renovables

Amigables con el medio ambiente

Reducen emisiones de efecto invernadero

Independencia de combustibles fósiles

Oportunidad de negocio

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Biogás Combustible generado por fermentación anaerobia de desechos

orgánicos de origen animal o vegetal.

pH: 7T°: 30-35°C

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Fuente de energía Compuesto principalmente por metano (50-75%) y CO2 (25-

45%) Combustión mas eficiente que combustibles líquidos o sólidos. Puede tener lo mismos usos del gas natural.

USOS: Generación de calor

Generación de vapor

Generación electricidad

Combustible vehicular

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Durante el año 2007 en la Unión Europea, la producción de calor a fue de 357 ktoe y la producción de electricidad 19.937 GWh.

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Parque eólico Glasgow, EscociaCapacidad instalada: 322 MWSuperficie: 5500 ha

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Parque solar fotovoltaico Capacidad instalada: 100 MWSuperficie:280 ha

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Torres de SegreCapacidad15.000 m³ cultivos energéticos25.400 m³ residuos orgánicos

Reactores2 digestores 4.500 m³1 digestor 3.700 m³

Capacidad instalada Eléctrica: 2,4 MWTérmica: 2 MW

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La FarfanaCapacidad: 50.000-60.000 m³ biogásAbastece a mas de 100.000 habitantes RM

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Purificación del biogás

Aplicación H2S CO2 H2O

Caldera <1000 ppm No No

Cocina a gas Si No No

Motor estacionario

<1000 ppm No Sin condensación

Combustible vehicular

Si Si Si

Redes de gas natural

Si Si Si

1) Para lograr un buen desempeño del biogás.

2) Permite la obtención de un gas con una alta concentración de metano.

3) Remueve componentes que puedan provocar problemas operacionales.

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Inyección a la red de gas naturalCanadá exige una concentración < 8%, Suiza < 6% y Francia < 2% para ser inyectado a la red de gas natural

Gas natural 9.300 kcal/m³

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Método Descripción Pureza CH4 Costo (euro/Nm3)

Absorción en solventes

Flujo de gas en contracorriente con flujo de agua o solvente orgánico.

98 0,13-0.17

Adsorción por cambio de presión

CO2 se adsorbe con carbón activado o con tamices moleculares a elevada presión. C

98 0,25

Separación por membrana

Separación por diferencia de tamaño en moléculas. Puede incluir solventes

89.5 0,12

Separación criogénica

Basado en diferencia de puntos de ebullición. Retira CO2 condensado.

91 0,44

Métodos tradicionales de remoción de CO2

¿Qué sucede con el CO2 removido?

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Microalgas Microorganismos fotosintéticos

Altas tasas de crecimiento ALTA PRODUCTIVIDAD

Presentes en todos los ecosistemas de la Tierra

Captura de CO2 en forma de biomasa SUBPRODUCTO

H2S es fuente de azufre

Fotosíntesis oxigénica biogás podría tener O2 que mejora la

combustión

Se conocen 30.000 especies y se estiman mas de 50.000

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Fotosíntesis oxigénica

Similar a fotosíntesis de plantas superiores pero fija 10-50 veces mas CO2 del medio ambiente.

Forma simple, tamaño reducido, sin estructuras no fotosintéticas

Cloroplastos constituidos por pigmentos capaces de absorber la luz.

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BIFUNCIONAL

Representa 20-50% de las proteínas presentes en el cloroplasto

Desventajas- Baja velocidad de RX: 3 moléculas/s vs 1.000 moléculas/s en una enzima típica-CO2 y O2 compiten por sitio activo reduce eficiencia fijación CO2

-Proceso no es continuo

Reduce CO2 a compuestos biológicos

Consume O2 y libera CO2 al

ambiente

DÍA

NOCHE

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Depende de la disponibilidad

lumínica

Ubicación geográfica

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Usos biomasa

Biodiesel

Componentes valiosos

Alimentación animal

Biogás

Tratamiento de aguas

Remueven N y P

Alto contenido de aceite

Ind. Farmacéutica Ac. Grasos y omega 3

Proteínas 50% peso seco

Alto rendimiento

por ausencia de lignina

Peces principalmente

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Sistemas de cultivo

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Sistemas abiertos tipo zanja Utilizados para cultivo a nivel industrial.

Bajo costo y fácil operación.

Medio de cultivo impulsado mediante paletas rotatorias.

Estanques poco profundos para permitir paso de luz (15-20 cm)

Contras Baja densidad celular: hasta 0,7g/L base seca

requiere grandes extensiones de terreno

Perdida de agua por evaporación

Difícil control de T° y fácil contaminación por otros organismos

Perdida de CO2 por desorción

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Fotobiorreactores Altas relaciones superficie/volumen Alta densidad celular Evitan contaminación Buen control de variables que influyen en

el proceso Altas tasas de fijación de CO2

Contras Sobrecalentamiento Ensuciamiento Altos costos inversión

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Conclusiones

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El biogás es una alternativa muy prometedora dentro de los biocombustibles por su capacidad de estabilizar la materia orgánica de desecho.

Mejorar los procesos actuales representa un desafío de ingeniería que de ser resuelto, podría ubicar la microalga en un proyecto global de biogás que incluya la máxima utilización de los sub productos de biomasa.

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Fijación real de CO2 y su conversión a biomasa:

mas biogás y recirculación de carbono

Limitación por fotoperiodo que reduce eficiencia del proceso

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Los Reactores Abiertos pueden anular efecto benéfico de remoción de CO2 si las emisiones de CH4a la atmósfera son importantes. En cuanto a los Fotobiorreactores, es necesario crear un sistema que permita una producción a nivel industrial. De momento, esta tecnología es mas bien eficiente a escala de laboratorio.

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Referencias REMOCIÓN FOTOSINTÉTICA DE DIÓXIDO DE CARBONO MEDIANTE

MICROALGAS: UNA ATRACTIVA ALTERNATIVA PARA AUMENTAR EL PODER CALORÍFICO DEL BIOGÁS; LESLIE MEIER FIGUEROA, ING. AMBIENTAL UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA ; AÑO 2011.

WEB COMISIÓN NACIONAL DE ENERGÍA; BIOCOMBUSTIBLES: BIOGÁS. http://www.cne.cl/energias/biocombustibles/tipos-de-energia/337-biogas

WEB ECOBIOGAS; PROYECTOS: TORRES DE SEGRE http://www.ecobiogas.es/archivos/es/projectes_torres-de-segre.php

NOTICIA: En marcha la segunda planta de biogás mas grande de España; por ENERGÍAS RENOVABLES, EL PERIODISMO DE LAS ENERGÍAS LIMPIAS http://www.energias-renovables.com/articulo/en-marcha-la-segunda-planta-de-biogas-20130527

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Remoción fotosintética de dióxido de carbono mediante microalgas: una atractiva alternativa para aumentar el poder calorífico del biogás.

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