PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE LA BIOMASA PROCEDENTE DE LOS RESIDUOS DE LA PLANTA DE BANANO
MEDIANTE GASIFICACIÓN CATALÍTICA EN AGUA A TEMPERATURA SUPERCRÍTICA
Directora:
Ing. Silvana Zalamea Mgt.
Dr. Jaime Soler Herrero Investigador Prometeo Universidad de Cuenca
INVESTIGAR= invertir recursos para obtener conocimiento.
INNOVAR= invertir conocimiento para obtener valor.
EMPRENDER= Aplicar los resultados de la investigación para dar soluciones innovadoras a problemas y necesidades para conseguir el bienestar de toda la sociedad
• Realidad del Ecuador en el sistema de Ciencia y Tecnología e Innovación.
• Condiciones de partida.
Ecuador aumentará su inversión en investigación
EL VICEPRESIDENTE DIJO QUE EL PORCENTAJE PASARÁ DE 0,35% A 0,78% DEL PIB
EL TELÉGRAFO, 31 DE JULIO 2014
El Banco de Ideas de la Secretaria de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e
Innovación (Senescyt) registró más de 2600 proyectos.
Desde 2015 se entregarán $50.000 como capital semilla
Generar conocimiento y su aplicación teniendo en cuenta las necesidades y problemas de nuestra sociedad.
• Salud
• Sostenibilidad medioambiental
• Energía sostenible segura y limpia
• Seguridad de los ciudadanos
• Biodiversidad
Necesidad de orientar las actividades de
investigación hacia grandes desafíos del
futuro.
Generar un flujo de comunicación entre la
investigación fundamental y sus potenciales aplicaciones
EL ROL DE LA UNIVERSIDAD ECUATORIANA
CAMBIO DE LA MATRIZ PRODUCTIVA Y ENERGÉTICA
UNIVERSIDAD
GENERACIÓN DE TECNOLOGÍA
CONOCIMIENTO
Ponente
La Economía Del Hidrógeno – Una Solución Energética del Siglo XXI.
Proyecto de Producción de Hidrógeno
Ponente
Proyecto de Producción de Hidrógeno
Preparar una transición controlada hacia una nueva forma de producción y consumo energético, que sea limpio, seguro y fiable
.....según la naturaleza de la fuente primaria...
SISTEMAS ENERGÉTICOS
FOSILES
Fuentes
Primarias Fósiles
NO FOSILES
Fuentes Primarias
No fósiles
Carbón
Petróleo, Gas natural
Solar directa e indirecta
Geotérmica, Mareas, Olas,
Nuclear
Introducción
LA CLASIFICACION
Herramientas que permiten la transferencia, en el espacio y tiempo, de una determinada
cantidad de energía
Medios para el transporte y/o almacenamiento de energía
.....¿por qué es necesario el transporte y almacenamiento de energía?....
Generalmente, la fuente primaria esta localizada en un lugar diferente al de la demanda
1
2 Necesidad de la satisfacción continua e inmediata de la demanda de energía
Transporte
Almacenamiento
Ambos requerimientos se satisfacen con los
VECTORES DE ENERGIA
Introducción LOS VECTORES DE ENERGIA
Debe ser un combustible apropiado para el transporte
Debe ser versátil: facilidad de conversión de una forma de energía a otra
Debe tener una alta eficiencia en su conversión
Debe ser seguro en su uso
Debe ser amigable ambientalmente
Debe ser barato en su obtención
EL H2 CUMPLE CON
CASI TODOS
REQUISITOS PARA CALIFICAR COMO UN “BUEN”
VECTOR ENERGETICO
Introducción
VECTORES DE ENERGIA
FUENTES FOSILES
Electricidad Hidrógeno Combustibles
sintéticos
Derivados del petróleo
Carbón
GN
Introducción
TIPOS DE VECTORES
Algunos de estos vectores son Fuentes Primarias
Carbón, GN
Otros son Fuentes Secundarias Derivados del
petróleo
Otros son capaces de transmitir directamente la energía en una forma adecuada para su uso final
Electricidad
Otros deben obtenerse de una fuente primaria y luego transformados en energía usable
Hidrógeno
Introducción
Comentarios
UN SE EN LA ERA PREINDUSTRIAL
FUENTES Tecnologías de
Transformación
SECTOR ENERGÉTICO SECTOR DE CONSUMO
VECTORES SERVICIOS Tecnologías
de Servicios
Molinos de
viento y
agua
Agricultura
Plantas
gasificación
Heno
Gas
ciudad
Caballos
Molinos
de harina
Lámparas
Transporte
Alimentos
Iluminación
Madera
Viento
Hidráulica
Carbón
Introducción
UN SE EN LA ERA INDUSTRIAL
FUENTES Tecnologías de
Transformación
SECTOR ENERGÉTICO SECTOR DE CONSUMO
VECTORES SERVICIOS Tecnologías
de Servicios
Refinerías
Carboquímicas
Centrales
eléctricas
Electricidad
Gasolina
Diesel
Automóviles
Aviones
Teléfonos
Hornos
Bulbos de
luz
Transporte
Comunicación
Cocimiento
Enfria./Calent.
Iluminación
Carbón
Petróleo
Gas natural
Uranio
Hidráulica
Introducción
FUENTES Tecnologías de
Transformación
SECTOR ENERGÉTICO SECTOR DE CONSUMO
VECTORES SERVICIOS Tecnologías
de Servicios
Refinerías
Petroquímicas
Hidroeléctricas
Aerogeneradores
Paneles FV
Electricidad
Biodiesel
Etanol
Hidrógeno
Automóviles
Aviones
Barcos
Teléfonos
PC, Laptops
FC
Cocinas
solares
Transporte
Comunicación
Cocimiento
Enfria./Calent.
Iluminación
Petróleo
Gas natural
Solar
Biomasa
Nuclear
UN SE EN LA ERA DEL CONOCIMIENTO
Introducción
Uso intensivo y generalizado de las fuentes fósiles de energía
SISTEMA ENERGETICO ACTUAL
INCONVENIENTES DE LAS FUENTES
FOSILES
Agotabilidad
Inestabilidad
Contaminación
Es necesaria una nueva estructura energética
RESURGIMIENTO DE
LAS ENERGIAS RENOVABLES
19 % del consumo
mundial de energía (2013)
Capacidad de generación renovable 1560 GW Producción de
bioetanol 117 billones litros
Las ER presentan dos grandes limitaciones
1 2 INTERMITENCIA
EN SU CAPTACIÓN
ALMACENAMIENTO EN GRAN ESCALA
Es necesario un nuevo vector de energía
¿CUAL SERA EL PRINCIPAL VECTOR ENERGETICO DEL FUTURO ?
• Es el elemento más ligero y común en el Universo
• Posee la mayor cantidad de energía por unidad de masa de todos los
combustibles, casi tres veces más alta que la gasolina.
• Se complementa perfectamente con la electricidad: se produce por electrólisis
con eficiencias entre el 70 a 80 %. Se transforma en electricidad en celdas de
combustible con eficiencias entre el 50 al 80 %
• Puede ser almacenado y transportado utilizando la infraestructura del gas
natural
• Es versátil: se obtiene de una gran cantidad de fuentes primarias, fósiles o no
• Sus sistemas energéticos son cerrados y muy poco contaminantes
UN SE EN UN FUTURO NO MUY LEJANO
FUENTES Tecnologías de
Transformación
SECTOR ENERGÉTICO SECTOR DE CONSUMO
VECTORES SERVICIOS Tecnologías
de Servicios
Emisión Cero Electricidad
Hidrógeno
Grandes
tiempos de
vida
Eficientes
Limpios
FC
Máquinas
térmicas
Todos los
que la
humanidad
necesita,
pero mejores
Renovables
Sustentables
Introducción
PERSPECTIVAS DE LOS SE EN EL TIEMPO
BIOMASA COMO POTENCIAL FUENTE DE ENERGÍA
RECURSO RENOVABLE QUE PUEDE SER DESARROLLADO DE MANERA SOSTENIBLE
PRESENTA UNA TASA NETA NULA DE EMISIONES DE DIÓXIDO DE CARBONO
CONTRARESTA EL EFECTO NEGATIVO EN LAS ECONOMÍAS QUE DEPENDEN DEL PETRÓLEO
POTENCIAL DE BIOMASA DE DIFERENTES CULTIVOS
Adaptado de: Garcia, M. J., et al. (2013). “A Nation-wide Planning of Agro-residue Utility for Bioethanol Production and Power Generation in Ecuador”. Energy Procedia 34: 57-63.
CULTIVO RESIDUO TONELADAS DE RESIDUO SECO/TONELADA DE FRUTA COSECHADA
Arroz Cáscara 1,4
Banano1 Pseudotallos , rechazos de la fruta y cáscara, hojas y raquis.
2,4
Maíz Mazorca 1,0
Caña de azúcar Rastrojo 0,6
1. Tock, J. Y., Lai, C. L., Lee, K. T., Tan, K. T., & Bhatia, S. (2010). Banana biomass as potential renewable energy resource: a Malaysian case study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(2), 798-805.
Producir
hidrógeno a partir de la
biomasa procedente
de los residuos de la planta de
banano mediante
Gasificación Catalítica en
Agua a Temperatura Supercrítica.
HIDRÓLISIS CATALÍTICA EN
AGUA TEMPERATURA SUPERCRÍTICA
GASIFICACIÓN CATALÍTICA EN
AGUA TEMPERATURA SUPERCRÍTICA
Laboratorio básico de catálisis. Materia prima. Capacitación y publicaciones. Recursos humanos. Materiales de oficina.
SOCIOS CLAVE
ACTIVIDADES CLAVE
RECURSOS CLAVE
BENEFICIARIOS DIRECTOS
Investigadores. Técnicos de laboratorio. Estudiantes de pre y postgrado.
BENEFICIARIOS INDIRECTOS
SOCIO-ECONÓMICO Recolectores de residuos de banano. ECONÓMICO Y TÉCNICO Industrias públicas y privadas vinculadas al campo energético. Industria automotriz.
Reuniones. Generación de patentes. Tesis de pre y postgrado.
Artículos científicos. Conferencias. Transferencia de tecnología.
VINCULACION
CANALES
PROPUESTA DE VALOR
IMPLEMENTACIÓN DE UN
LABORATORIO DE INGENIERÍA DE LAS
REACCIONES QUÍMICAS
POTENCIAL ENERGETICO DE LOS RESIDUOS DEL BANANO 2012 Calculado a partir de: Garcia, M. J., et al. (2013). "A Nation-wide Planning of Agro-residue Utility
for Bioethanol Production and Power Generation in Ecuador." Energy Procedia 34: 57-63.
PROVINCIAS PRODUCCION DE LA FRUTA TONELADAS
RESIDUO SECO DE LA PLANTA TONELADAS
ENERGIA POTENCIAL DISPONIBLE TERAJOULES
Los Ríos 2.753.617 6.608.681 86.573
El Oro 2.268.482 5.444.357 71.321
0
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
7000000
LOS RIOS EL ORO
PRODUCCION FRUTATONS.
RESIDUO SECOPLANTA TONS.
0
20000
40000
60000
80000
100000
LOS RIOS EL ORO
ENERGIA TERAJOULES
POTENCIAL ENERGETICO DE LOS RESIDUOS DEL BANANO 2012 Calculado a partir de: Garcia, M. J., et al. (2013). "A Nation-wide Planning of Agro-residue Utility for Bioethanol Production and Power Generation in Ecuador." Energy Procedia 34: 57-63.
PROVINCIAS PRODUCCION DE LA FRUTA TONELADAS
RESIDUO SECO DE LA PLANTA TONELADAS
ENERGIA POTENCIAL DISPONIBLE TERAJOULES
Los Ríos 2.753.617 6.608.681 86.573
El Oro 2.268.482 5.444.357 71.321
ANÁLISIS PROXIMAL DE LOS RESIDUOS DE LA PLANTA DE BANANO
ANALISIS PROXIMAL DE LOS RESIDUOS DE LA PLANTA DE BANANO MUSA CAVENDISH-ECUADOR
MUESTRA CENIZAS VOLATILES HUMEDAD CARBONO FIJO
% % % %
RAQUIS 21,22 66,38 2,95 9,45
PSEUDOTALLO E. 13,69 71,97 4,52 9,82
PSEUDOTALLO C. 18,66 68,88 2,47 10,00
HOJAS 12,82 70,77 2,03 14,38
NERVADURAS 10,34 73,53 8,11 8,01
Las muestras fueron tomadas en la Hacienda La Clementina-La Unión-Babahoyo-Los Ríos
ANÁLISIS ELEMENTAL DE LOS RESIDUOS DE LA PLANTA DE BANANO
ANALISIS ELEMENTAL DE LOS RESIDUOS DE LA PLANTA DE BANANO MUSA CAVENDISH-ECUADOR
MUESTRA CARBONO HIDROGENO NITROGENO AZUFRE
% % % %
RAQUIS 36,63 5,10 0,64 0,75
PSEUDOTALLO E. 38,30 4,70 0,03 0,84
PSEUDOTALLO C. 38,18 3,88 0,28 0,58
HOJAS 44,98 4,26 2,20 0,64
NERVADURAS 43,40 3,84 0,53 0,57
Las muestras fueron tomadas en la Hacienda La Clementina-La Unión-Babahoyo-Los Ríos
PUNTO CRÍTICO 374°C 22,1MPa
ZONA DE TRABAJO
Evita pérdidas de energía elevadas, al evitar el cambio de fase por llevarse la reacción
bajo presión.
VENTAJAS
Admite alimentaciones húmedas, lignocelulósicas, ácidos grasos, proteínas para producir productos
combustibles licuados o gasificados.
Guo, Y., et al. (2010). "Review of catalytic supercritical water gasification for hydrogen production from biomass." Renewable and Sustainable Energy Reviews 14(1): 334-343.
Mejora la velocidad de reacción y la eficiencia de separación.
Mejores características de transferencia de calor
Prolonga la actividad del catalizador
Elimina el uso de aditivos perjudiciales para el medio ambiente
REACTOR 1 CONDICIONES
SUPERCRÍTICAS
REACTOR 2 LECHO
CATALÍTICO 2 CONDICIONES
SUPERCRÍTICAS
HEMICELULOSA, CELULOSA, LIGNINA
GLUCOSA, FRUCTOSA, ETC.
H2, CO + OTROS GASES
P,T P,T
DISEÑO DE CATALIZADORES Y CONDICIONES ÓPTIMAS DE OPERACIÓN
PLANTA DE GASIFICACIÓN SUPERCRÍTICA
HPLC GC
IMPORTANCIA DEL USO DE CATALIZADORES EN LA REACCIÓN DE GASIFICACION DE LA BIOMASA
(CSCWG)
METAL Ru Ni
• Reacción química global:
C6H12O6 + 6 H2O 6 CO2 + 12 H2
• Dos reacciones combinadas:
C6H12O6 6CO + 6H2
CO + H2O CO2 + H2
• Endotérmica Altas temperaturas de reacción o condiciones supercríticas
• Catalizadores de Ni o Ru
70
Reformado de azúcares (glucosa)
H2O
• Definición de catalizador: «Un compuesto que incrementa la velocidad de reacción pero no es consumido por la misma»
(Wilhelm Ostwald)
71
¿Qué es un catalizador?
+ +
+
A B Q P
+
• Catálisis (homogénea y heterogénea) en la práctica industrial
– 60% de los productos químicos se sintetizan por procesos catalíticos
– 70% de los procesos químicos de fabricación son catalíticos
– Más del 99% de la producción mundial de gasolina ocurre a través del craqueo catalítico de fracciones del petróleo y de otras reacciones catalíticas
– Más del 90% de los procesos industriales nuevos son catalíticos
82
Importancia de la catálisis
84
Procesos catalíticos heterogéneos a nivel industrial
REACTIVOS PRODUCTO CATALIZADOR TÍPICO
Crudo de petróleo Combustibles Pt/SiO2, Pt/Al2O3, Metal/zeolita
SO2, O2 Ácido sulfúrico V2O5
N2, H2 Amoniaco Fe
NH3, O2 Ácido nítrico Pt-Rh
CO, H2 Metanol Cu-ZnO
C2H4 Polietileno Ag
CH3OH, O2 Formaldehido Fe-Mo
C3H6, NH3, O2 Acrilonitrilo Bi-Mo
o-xileno, O2 Anhídrido ftálico V2O5
n-butano, O2 Anhídrido maleico V2O5
Gases de escape de motores en automoción NOx, CO, hidrocarburos
Gases depurados CO2, H2O, N2
Pt-Rh-Pd/Al2O3
FUNDAMENTOS
DE CATALISIS
MATERIALES
CATALÍTICOS
PROPIEDADES DE
CATALIZADORES
MÉTODOS DE
PREPARACIÓN
EJEMPLOS DE
REACCIONES
• Método: impregnación a humedad incipiente
– Precursores: nitrato de niquel hexahidrato: (Ni(NO3)2·6H2O)
» solución de nitrato nitrosil rutenio en ácido nítrico (HN4O10Ru)
– Soportes: óxido de titanio (TiO2) óxido de zirconio (ZrO2) carbón activado ¿g-Al2O3?
• Se secan a 105ºC durante 12 horas
• Se calcinan a 550ºC durante 6,5 h en aire (excepto AC que se calcina en N2) • Se muele y tamiza para obtener tamaños
de partícula entre 300-800 mm
85
Catalizadores para reformado en el proyecto
88
Catalizadores para reformado en el proyecto
FUNDAMENTOS
DE CATALISIS
MATERIALES
CATALÍTICOS
PROPIEDADES DE
CATALIZADORES
MÉTODOS DE
PREPARACIÓN
EJEMPLOS DE
REACCIONES