Comportamiento Energético a Nivel - UCM · proceso de generacion de lipidos en las microalgas digestion anaerobia produccion de metano agua tratada . destruccion de la membrana celular

Comportamiento Energético a Nivel Mundial

JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL

2

Mtoe: Toneladas de Aceite equivalente. GDP (PIB): Producto Interno Bruto

OCDE: Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico.

Comportamiento Energético a Nivel Mundial

JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL

3

1,3

% C

recimien

to A

nu

al

Producción Diaria de Petróleo Convencional y No convencional

Perspectivas de crecimiento de la demanda mundial de energía primaria

Lógica Energética

Alternativas Energéticas

JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL

4

Energías Renovables

Energía Solar: Termo-Solar. Foto-Electrica

3,99X1023 KW- día

Energía Eólica:

Biorefinería: Biomasa

Biocombustibles Bio-productos.

Geotérmica

Recomendaciones para los Ministros de Energía

JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL

5

Agencia Internacional

de Energía

(IEA)

Confianza en inversión en Tecnología

Limpia

Acelerar innovaciones

en Energía

Potencializar el uso de la tecnología

Nivelar condiciones

de Juego

Biorefinería

JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL

6

DEFINICION: Es un proceso que involucra equipos y transformación de biomasa para la producción de Combustible, energía, productos químicos de valor agregado

BIOREFINERIA

BIOCOMBUSTIBLES

PRIMERA GENERACION

SEGUNDA GENERACION

TERCERA GENERACION

Maíz Caña de Azúcar Soja

Residuos Agroindustriales Gramíneas Forrajeras

Bacterias. Hongos. Algas.

MICROALGAS: GENERALIDADES

JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL

7

Existe mas de 40.000 algas en sistemas marinos. 40 – 50 Gigaton de CO2 son fijadas por algas marinas al año. Producen la mayor parte del oxigeno necesario para la vida acuática , 70% del oxigeno del aire.

Ubicuos:

Agua Salada. Agua Dulce. Suelo. Aire.

ESPECIES DE MICROALGAS PARA PRODUCCION DE BIOCOMBUSTIBLES

JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL

8

Especie %Lípido (Peso Seco)

Cyclotella Cryptica 18

Dunaliella Salina 6 - 18,5

Nitzchia sp 45 - 47

Chlamydomonas sp 23

Chlorella sp 20,7 -32

Chlorella Vulgaris 14-22

Botrycoccus Braunii 25 .75

VENTAJAS DE LAS MICROALGAS

Superestructura: Construcción de estructura celulósica.

La velocidad de crecimiento es 5 o 6 veces mas alta que la de las plantas normales.

Su cultivo se puede realizar en cualquier temporada de luz en el año. (Arizona, Nuevo México, Colorado, Texas).

No compiten con fuentes de alimentos (Combustibles de Primera generación), ni con zonas arables.

Su crecimiento de dan en condiciones ambientales extremas.

JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL

9

PRINCIPALES COMPONENTES DE LAS MICROALGAS:

JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL

10

Producción en PBR

Cosecha y Procesamiento

Fraccionamiento de la biomasa

Algal

Proteínas

Carbohidratos

Lípidos

Residuos

Alimentos

Químicos

Bioenergía

Alimentos

Alimento

Cosméticos

Crías de ave de corral. Acuicultura.

Alcoholes Ácidos.

Kerosene. Metano. Gas de Síntesis Diesel.

Pigmentos Vitaminas Antioxidantes

PRODUCCION DE MICROALGAS EN EL MUNDO

J. Singh, S. Gu / Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 2596–2610

26 millones de Euros, proyectos financiados por la UK. (Construcción de una granja de algas en el Norte de África).

8 millones de Euros, (ABC), incluye universidades de Manchester, New castle, Southampton.

92 millones de dólares, Green Fuel Tech Massachusetts (USA), 25000 ton de algas por año, CO2 cementeras. 780 millones de dolares, Biocombustibles (escalamiento y puesta en marcha)

BIOCOMBUSTIBLES

JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL

12

Cultivos de Producción

Reactores de Estanque Abierto.

Fotobioreactores.

PRODUCCION COSECHA

Recolección de la Biomasa Algal

Químico Mecánico Eléctrico Biológico

CONVERSION

Métodos de Conversión

Trans-esterificación Termoquímica Biológica.

PRODUCCION DE BIOMASA

JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL

13

REACTORES ABIERTOS: (Raceways/Carrusel) Los cultivos necesitan, sol, agua, nutrientes como fosforo , nitrógeno y sales inorgánica.

Cada litro de aceite de alga captura 1,8Kg de CO2. Capturando 3,6 Billones de toneladas de CO2 por ano.

Captura aproximadamente 64% de las emisiones de EU.

Planta Piloto, “ La Vinita” , Argentina,2011

PRODUCCION DE BIOMASA

REACTORES CERRADOS: (Fotobioreactores). Elimina contaminación de las especies de microalgas, aumenta la eficiencia de absorción de luz solar. Ofrece Mejor control sobre variables de pH, CO2, concentración. Permite la producción de complejos biofarmaceuticos

SISTEMAS DE PRODUCCION DE MICROALGAS

J. Singh, S. Gu / Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 2596–2610

RECOLECCION DE BIOMASA ALGAL

RECOLECCION DE BIOMASA

QUIMICO MECANICOS ELECTRICOS BIOLOGICOS

Floculación- Coagulación:

•Al2 (SO4)3. •FeCl3

•Fe2 ( SO4)3

•Centrifugación. • Filtración • Sedimentación •Flotación •DAF

•Electroforesis. •Electrofloculación •Electrocoagulación

•Biofloculación. •Microalgas autofloculantes.

CONVERSION DE BIOMASA Biomasa Algal

Trans-esterificación Conversión

Termoquímica Biológica

Biodiesel

Gasificación

Hidrotermal

Digestión Anaerobia

Fermentación

Pirolisis Metano,

Hidrogeno

Gas de Síntesis Bio aceite, Gas

de Síntesis

Etanol

BIOCOMBUSTIBLES

BIOCOMBUSTIBLES

PRIMARIOS SECUNDARIOS 1er Generación Bioetanol o Butanol: Fermentación, trigo, cebada, maíz, caña de azúcar, remolacha. Biodiesel: Transesterificación, semilla de girasol, palma de coco, colza, soya.

2da Generación

Bioetanol, Biodiesel: Tecnologías convencionales utilizando , Jatropha, almidones o Miscanthus. Materiales Lignocelulosico.

3era Generación

Biodiesel, Biogás, Bioetanol: Microalgas.

Madera, residuos de cosecha, gas de relleno sanitario

BIOETANOL

FUENTE PRODUCCION DE ETANOL (L/ha)

Maiz 5,010 – 6,680

Trigo 2,59

Yuca 3,310

Sorgo Dulce

3,050- 4,070

Remolacha 5,010 – 6,680

Microalgas 46,76 – 140,290

BIOETANOL

Termoquímica Fermentación

Dos Etapas de Proceso

Mussato, et al 2010

Producción de Micro algas

(Chlorococum sp)

Separación y extracción de los

Lípidos

Residuos algales

Fermentación ( Saccharomyces

cerevisiae )

Etanol CO2

Digestión Anaerobia

Metano

Producción de Etanol: 3.83 g L−1 obtenido de 10 g L−1 de Lípido extraido microalgae debris. (Harun et.al 2009).

PRODUCCION DE BIOETANOL MEDIANTE TECNICAS DE DOS ETAPAS

C 6H 12 O 6 2CH 3 CH 2 OH + 2CO 2

BIODIESEL FUENTE Área

Utilizada M2año/Kg biodiesel

PRODUCCION DE BIODISEL (Kg biodisel/Ha/año)

Maíz 66 152

Cañamo 31 321

Haba de soja 18 562

Jatrofa 15 656

Canola 12 862

Aceite de Palma 2 4747

Microalga (Bajo contenido de aceite)

0,2 51927

Microalga (Alto contenido de aceite)

0,1 121104

SELECCIÓN DE LA MICROALGA

Cultivo de Microalgas

Recolección

Extracción de Aceite

BIOETANOL

BIOCOMBUSTIBLES EN COLOMBIA

• ESTADOS UNIDOS: 50.000 millones de Litros al año.

• BRASIL: 33.000 millones de litros al año.

• COLOMBIA: 360 millones de litros al año, 2020 buscan 3000 millones de litros al año.

Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamiento de Aguas

Unidad Académica del Instituto de Ingeniería en Juriquilla, Querétaro

LIPATA

PRODUCCION DE COMBUSTIBLES GASEOSOS

GENERACION DE METANO

DIGESTION ANAEROBIA DE LAS MICROALGAS

LA PRODUCCION

ES

FUNCION DE: (Mussgunug et al. (2010))

Carbohidratos Lípidos Proteínas Temperaturas Estructuras Celulares

PROPUESTA DE PRODUCCION DE METANO

AGUAS RESIDUALES

CRECIMIENTO DE MICROALGAS

(SUTRATO RICO EN NITROGENO)

PROCESO DE GENERACION DE LIPIDOS EN LAS

MICROALGAS DIGESTION ANAEROBIA

PRODUCCION DE METANO

AGUA TRATADA

DESTRUCCION DE LA MEMBRANA CELULAR MICROALGAS

COMPONENTES DE LA PARED CELULAR:

poliaromaticos, Polisacaridos.

TECNICAS DE DESTRUCCIO: Métodos Mecánicos:

Ultrasonido Molino de Bolas. Homogenizado a Presión

No Mecánicos: Microondas. Hidrólisis. Tratamiento Biológicos.

ALGUNOS SECTORES INTERESADOS EN EL TEMA…………..

• Clean Teach Open : Concurso donde SABRT in, nuevo método de cultivo y cosecha de microalgas.

• Craig Venter y Exxon: 600 millones de dólares para investigaciones con microalgas marinas.

• Malcon Brown, Universidad de Texas: Producción de nanocelulosa a partir de la microalgas.

• BIOCORE-INRA: Optimización de producción de sistemas abiertos.

• Firma de Ingeniería Germana: nuevos materiales para prevenir bio-recubrimientos.

• Brassoulis: Reactores tubulares elicoidales.

• Repsol – Kusol: Investigación en producción de biodiesel.

AGRADECIMIENTOS

• Universidad Católica de Manizales.

• Centro de Investigaciones, proyección y Desarrollo de la UCM (CIPD).

• Facultad de Ingeniería y Arquitectura.

• Programa de Ingeniería Ambiental.

PREGUNTAS……………????

MEJOR DISCUSIONES

SI NO CAMBIAS TE EXTINGUES…….

Spencer johnson, M.D Quien se ha llevado mi queso

Como adatarnos a un mundo en constante Cambio