Tesis. Produccion Biodiesel

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Tesis. Produccion Biodiesel

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  • i

    UNIVERSIDAD DE CHILE

    FACULTAD DE CIENCIAS FSICAS Y MATEMTICAS

    DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA Y BIOTECNOLOGA

    ESTUDIO TCNICO ECONMICO PARA LA PRODUCCIN DE

    BIODIESEL A PARTIR DE ALGAS

    MEMORIA PARA OPTAR AL TTULO DE INGENIERO CIVIL EN BIOTECNOLOGA E

    INGENIERO CIVIL QUMICO

    PABLO JULIN OSORIO CAMPUSANO

    PROFESOR GUA: JOS HERNNDEZ PAVEZ

    MIEMBROS DE LA COMISIN: LEANDRO HERRERA ZEPPELIN FRANCISCO GRACIA CAROCA RICHARD AYLWIN JENSCHKE

    SANTIAGO DE CHILE

    AGOSTO 2008

  • i

    RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR A

    LOS TTULOS DE INGENIERO CIVIL EN

    BIOTECNOLOGA E INGENIERO CIVIL

    QUMICO.

    POR: PABLO OSORIO C.

    PROF. GUA: SR. JOS HERNNDEZ P.

    ESTUDIO TCNICO ECONMICO PARA LA PRODUCCIN DE BIODIESEL A PARTIR DE ALGAS

    El presente trabajo de ttulo tiene por objetivo estudiar la factibilidad tcnica y econmica de la

    instalacin de una planta productora de aceite de microalgas capaz de producir 100.000 toneladas de

    aceite anuales para la produccin de biodiesel.

    El trabajo comprendi la seleccin de la ubicacin de la planta y de la especie de microalga

    productora de aceite, el diseo conceptual del proceso considerando dos alternativas para el cultivo de

    las microalgas, balances de masa y energa, el dimensionamiento de los equipos involucrados y la

    evaluacin econmica del proyecto.

    Se escogi como ubicacin para la instalacin de la planta de produccin de microalgas la

    localidad de Mejillones en la II regin, por contar este lugar con buenas condiciones de luz solar, amplia

    disponibilidad de terrenos, disponibilidad de agua de mar y una fuente de CO2 cercana como lo es la

    Central Termoelctrica de Mejillones. Como organismo productor de aceite se escogi la diatomea

    Phaeodactylum tricornutum, por ser sus condiciones ptimas de cultivo similares a las que se presentan

    en Mejillones, y un contenido msico de aceite equivalente al 25% de su peso seco.

    Se dise conceptualmente un proceso de produccin de aceite, que involucra la captacin de

    agua desde el mar y el secuestro de CO2 desde una central termoelctrica, una etapa de cultivo de las

    microalgas, etapas de clarificado y espesado para la concentracin de la biomasa, y etapas de

    homogenizacin y centrifugacin para la extraccin del aceite y separacin de la biomasa. Para el cultivo

    de microalgas se evaluaron las alternativas de produccin mediante lagunas y mediante

    fotobiorreactores horizontales tubulares, construidos a partir de mangas de polietileno de baja densidad.

    El proyecto se evalu econmicamente para un horizonte de 20 aos y una tasa de descuento

    del 12%. Los costos totales de produccin para las condiciones establecidas en el proyecto fueron de

    US$2.397 por tonelada de aceite para el cultivo en lagunas y US$2.831 por tonelada de aceite para el

    cultivo en fotobiorreactores.

    Se concluye a nivel de ingeniera conceptual del proyecto la factibilidad tcnica, mas no

    econmica del proyecto bajo las condiciones estudiadas, por ser los costos de produccin calculados

    considerablemente mayores que el precio de venta actual del petrleo diesel, del orden de los US$1,5

    por litro, al mes de julio de 2008.

  • ii

    A mi familia,

    a Francisca

    y a mi primo Germn, un ao despus

  • iii

    Agradecimientos

    Un ciclo importante en mi vida se comienza a cerrar, y quisiera aprovechar este espacio para

    agradecer de manera casi ofensivamente breve a quienes me han ayudado, de una u otra manera, a

    recorrerlo con xito.

    A mis inseparables amigos de toda la vida, Gabriel, Jos Luis y Rodrigo, por sus casi 20 aos de

    compaa y amistad en las buenas y en las malas, y a todas mis amistades que he logrado cosechar ac

    en Beauchef: Jaime, Gustavo, Jos, Colombia y todos quienes formamos C.A.T.S, a Mariana, Loreto,

    Braulio, Chico, Claudio, Andrs, Oscar, Cami, Mo, JP, Jorge, Orne, Karla, Carola, Paz y toda la plyade de

    grandes personas que, tengo el honor de decir, han sido mis amigos durante estos ltimos 7 aos.

    A mis profesores del colegio John Dewey College, muchas veces olvidados, por guiarme desde

    retoo en todos los aspectos. Por supuesto, tambin a todos mis profesores de esta casa de estudios,

    por sus enseanzas imperecederas.

    A Francisca, por todo su amor e incondicional apoyo, y por hacerme sentir el hombre ms feliz

    del mundo incluso en los momentos ms difciles.

    A los profesores Jos Hernndez y Leandro Herrera, por sus enseanzas su ayuda y por sus

    valiossimos aportes para formar en m, a partir de visiones complementarias, una visin integral de lo

    que involucra la ingeniera. A Felipe, Claudio, Loreto y Daniel, Gina e Irene, compaeros de trinchera, por

    haber formado parte de mi segunda casa durante este ltimo ao.

    Pero por sobre todo, gracias a mi familia, mi pilar fundamental: a mis hermanos Daniel, Martn y

    Valentina, a mi padre, Patricio y mi madre, Mara Elena. Imposible de resumir, pero simplemente, gracias

    por haberme dado la vida que he vivido.

  • iv

    Tabla de contenidos

    Nomenclatura ..................................................................................................... 1

    I. Introduccin .................................................................................................. 3

    1.1 Antecedentes ........................................................................................................... 3

    1.1.1 Cambio climtico .................................................................................................................... 3

    1.1.2 El Biodiesel ............................................................................................................................. 4

    1.1.3 Biocombustibles en Chile ....................................................................................................... 6

    1.2 Produccin de Biodiesel mediante microalgas ........................................................... 7

    1.2.1 Cultivo de microalgas ............................................................................................................. 9

    1.3 Justificacin del trabajo .......................................................................................... 11

    1.4 Objetivos ................................................................................................................ 12

    1.4.1 Objetivo Principal .................................................................................................................12

    1.4.2 Objetivos Especficos ............................................................................................................12

    1.4 Alcances ................................................................................................................. 13

    1.5 Metodologa ........................................................................................................... 14

    II. Seleccin de ubicacin y especie para la produccin de microalgas ............ 15

    2.1 Ubicacin de la planta ............................................................................................. 15

    2.2 Especies de microalgas para la produccin de biodiesel ........................................... 16

    2.2.1 Antecedentes .......................................................................................................................16

    2.2.2 Seleccin de especie a utilizar ..............................................................................................18

    III. Diseo conceptual del proceso .................................................................... 20

    3.1 Caractersticas generales de la produccin de microalgas ........................................ 20

    3.2 Seleccin de etapas de procesamiento .................................................................... 21

    3.2.1 Captacin de agua ................................................................................................................21

    3.2.2 Cultivo mediante Lagunas ....................................................................................................21

    3.2.3 Fotobiorreactores .................................................................................................................23

    3.2.4 Concentracin de la biomasa ...............................................................................................27

    3.2.5 Extraccin del aceite ............................................................................................................27

  • v

    3.3 Seleccin modo de operacin.................................................................................. 29

    3.3.1 Operacin continua ..............................................................................................................29

    3.3.2 Operacin batch ...................................................................................................................30

    3.3.3 Operacin semi-continua .....................................................................................................30

    IV. Balances de masa y energa ........................................................................ 32

    4.1 Lagunas y fotobiorreactores .................................................................................... 32

    4.1.1 Balances de biomasa ............................................................................................................32

    4.1.2 Balance de Agua .....................