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Comportamiento Energético a Nivel Mundial
JORNADA TÉCNICA DE INGENIERIA AMBIENTAL
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Mtoe: Toneladas de Aceite equivalente. GDP (PIB): Producto Interno Bruto
OCDE: Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico.
Comportamiento Energético a Nivel Mundial
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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PRINCIPALES COMPONENTES DE LAS MICROALGAS:
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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
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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
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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.
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