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7/23/2019 CRECIMIENTO DE MICROALGAS EN AGUAS RESIDUALES PARA
MEJORAR LA EFICIENCIA ENERGTICA DEL PROCESO
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CRECIMIENTO DE MICROALGAS EN AGUAS RESIDUALES PARA MEJORAR
LA
EFICIENCIA ENERGTICA DEL PROCESO DE PRODUCCIN DE BIOCRUDO
Elia Armandina Ramos Tercero, Alberto Bertucco
Departamento de Ingeniera Industrial, Universidad de Pdua, Via
Marzolo 9, 35131, Padova, Italia.
[email protected],
[email protected]
Resumen. El presente trabajo reporta los resultados de la
evaluacin energtica del proceso de
produccin de BioOil a partir de microalgas, fueron estudiadas
diferentes alternativas para la
recuperacin de energa de la biomasa residual de las cuales se
reporta la Combustin por obtener
los mejores resultados. Fue simulada en AspenPulsy en base a los
resultados se calcul la Tasa de
Retorno Energtico (EROEI) por sus siglas en ingls de 3
diferentes casos para el suministro y
reuso de energa. Analizando los resultados y con el fin de hacer
el cultivo de microalgas
econmicamente atractivo, prover nutrientes y aprovechar la
capacidad de algunas microalgas, se
realizaron pruebas de crecimiento en aguas residuales, iniciando
por el screening de microalgas,
evaluando la velocidad de crecimiento, peso seco y consumo de
nutrientes. Se provaron muestras de
diversas secciones del proceso de depuracin de agua residual. Se
estudi el crecimiento de las
microalgas en condiciones axnicas y con contaminancin
nativa.
Palabras clave:Microalgas, aguas residuales, energa, EROEI,
BioOil.
1. INTRODUCTION
Recientemente la demanda de combustibles fsiles est en aumento
debido al incremento de la
poblacin y al estilo de vida. Asimismo el decremento de las
reservas de hidrocarburos y los altos
costos para la explotacin, operacin y mantenimiento de pozos en
aguas profundas genera una alza
en los precios y una problemtica mundial por recursos energticos
(Pemex Exploracin y
Produccin 2011). Esto afecta particularmente al sector de
transporte. Por otra parte de un punto devista ambiental es
necesario reducir los gases de efecto invernadero (GEI) causantes
del
calentamiento global. Entre otras fuentes alternativas, el
aceite de microalgas parece ser capaz de
soportar potencialmente la demanda de combustible. Las
principales ventajas de las microalgas son
entre otras, su elevada velocidad de crecimiento, la capacidad
para asimilar CO2y acumulacin de
de aceite en comparacin con otras plantas de cultivo; otra
ventaja es que necesitan de nutrientes
tales como nitrgeno y fsforo se podra derivar de las aguas
residuales, por lo que la produccin de
microalgas puede ser econmica como ecolgicamente atractiva.
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2. PROCEDIMIENTO ANALTICO
El proceso de produccin se propone en 2 secciones, la seccin A
en la que se cultiva la biomasa en
un fotobiorreactor CSTR con entrada de aire al 5 % v/v de CO 2,
la concentracin de biomasa en el
reactor es 1 g/L, a la salida se realiza la primer separacin con
un filtro prensa logrando 20% de
peso seco (DW), de esta separacin se recircula agua y biomasa.
Se utiliz la constante de
crecimiento y la composicin elemental de la microalga
Nannochloropsis salinay la cintica de
Monod. En la seccin B se recolecta la biomasa, se seca hasta
llega al 90% (DW), despus pasa a la
separacin del aceite por medio de una extraccin con hexno, mismo
que se recupera por
destilacin. De esta separacin se obtiene la corriente del BioOil
el cual puede ser enviado a
refinera, y la parte de disposicin final de la biomasa, para
aprovechar este subproducto y recuperar
energa, se propone la Combustin.
2.1 Anlisis energtico y clculo del EROEI
El anlisis del EROEI se realiz para todo el proceso de
produccin, utilizando el modelo de
segundo orden (Beal et al. 2011; Mulder & Hagens 2008)
expresado como:
(1)
Donde son energas directas (inclyendo calorfica y elctrica)
utilizadas en el proceso, la energa producida por el biocrudo y la
biomasa residual [MJ/h]; los flujos indirectos de
energa son la energa [MJ/kg] de la corriente [kg/h] para el
componente o sub-producto
en la salida, mientras que en la entrada es la energa [MJ/kg] de
la corriente [kg/h] para el
componente. De la simulacin se obtuvieron los datos de energa de
los aparatos mientras que
la de los nutrientes se calcul de acuerdo a Beal et al. 2011. Se
realizaron 3 casos de estudio en
funcin del aceite contenido en la microalga del 30% 50% y 70%; y
de la disposicin final de la
energa, en el Caso 1el calor y electricidad son provedos de una
fuente externa, en el Caso 2 la
eletricidad proviene de una fuente externa mientras se utiliza
la energa de la biomasa para
satisfacer los requisitos de calor, en el Caso 3se sugiere el
utilizo de la energa producida por la
biomasa y por parte del biocrudo para cumplir con los
requerimientos de energa calorfica y
elctrica.
2.2 Resultados del EROEI
En la Tabla 1 se resumen los requisitos energticos de cada
proceso, la energa obtenida y el valor
de la rentabilidad energtica.
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Tabla 1. Energa en el proceso de produccin de biocrudo en funcin
de la cantidad de aceite en la microalga.
3. CRECIMIENTO DE MICROALGAS EN AGUAS RESIDUALES
Las microalgas pueden utilizar nitrgeno y fsforo contenido en
las aguas residuales para su
crecimiento, para evaluar esta capacidad se seleccion Chlorella
protothecoides, pues de tres
especies de agua dulce evaluadas (Scenedesmus obliquus,
Chlorella protothecoides y Neochlorisoleoabundans)obtuvo mejores
resultados en la produccin de biomasa y cintica de crecimiento.
3.1 Condiciones experimentales
Los experimentos se llevaron a cabo en reactores a burbujas
verticales de 250 mL, iluminados con
luz artificial 24hr/da con intensidad de 100 E/m2-s, mezclados
con aire al 5% v/v de CO2. El agua
utilizada para la seleccin de las microalgas fue la salida del
tratamiento primario, no estril.
Los resultados (Figura 1A) muestran que las tres especies pueden
ser cultivadas en este medio con
buenas velocidades de crecimiento, sin embargo C.
protothecoidesalcanz la mayor velocidad as
mismo una fuerte resistencia a contaminacin por
microorganismos.
3.2 Crecimiento de microalgas en diferentes puntos del proceso
de tratamiento de depuracin.
Las aguas utilizadas provienen de dos plantas locales,
Camposanpiero (PD) y Montebello (VI),
Italia. Se nombraron PD-I y VI-I a las provenientes del primer
tratamiento, PD-II y VI-II a las del
final de tratamiento, PD-III proviene del centrifugado de lodos
y PD-IV del centrifugado despus
del digestor anaerbico.
3.3 Agua residual del tratamiento primario y final.
Se realizaron experimentos en las condiciones descritas
anteriormente cambiando la proveniencia
de las aguas residuales. PD-I y VI-I son ricas en fsforo y
nitrgeno en diferentes frmas, y
tambin tienen un alto contenido bactrico. VI-II y PD-II tienen
menor cantidad de nutrientes y as
como menor cantidad de microorganismos.
Oil fraction in microalgaeCaso 1 Caso 2 Caso 3
0,3 0,5 0,7 0,3 0,5 0,7 0,3 0,5 0,7
Input Nutrients [MJ/h] 14,54 14,62 14,73 3,35 3,35 3,35 3,35
3,35 3,35Input Energy [MJ/h] 0,76 0,76 0,76 0,76 0,76 0,76 0 0
0Total Input [MJ/h] 15,3 15,38 15,49 4,11 4,11 4,11 3,35 3,35
3,35
Total output [MJ/h] 20 24,57 29,14 8,73 13,26 17,81 6,46 10,98
15,54
EROEI 1,31 1,6 1,88 2,13 3,23 4,33 1,93 3,28 4,64
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A
Figura
Como se
primer tra
significant
3.4 Agua
Estos eflu
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que C. pro
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(Figura 2
Figu
4. CONC
El proces
casos con
crecimient
y otras varAgradezco
1.(A) Selecci
uede ver
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es entre PD
e centrfu
entes conti
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y VI.
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e EROEI.
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