RECUPERACIÓN ENERGÉTICA Y

MATERIAL DE RESIDUOS ORGÁNICOS

Dra. Diana López Instituto de Química

Universidad de Antioquia

2

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA (MEDELLÍN)

http://www.udea.edu.co

3

RECURSO HUMANO

Docentes: 7

Técnico de laboratorio: 1

Posdoctorados: 2

Estudiantes de doctorado 8

Estudiantes de maestría: 3

Estudiantes de pregrado: 15

PRODUCCIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA

Artículos científicos en revistas especializadas internacionales: 116

Comunicación en congresos, seminarios, charlas: 98 4

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Reducción del impacto ambiental causado por el uso de combustibles fósiles

NOx y SOx utilizando materiales carbonosos

Formación, caracterización de hollín producido durante el proceso de combustión

Conversión catalítica de CO2 y CH4 a gas de síntesis

Valorización química y energética de combustibles fósiles, biomasa y residuos

Reactividad y evaluación cinética en los procesos de conversión de combustibles

Producción de biodiesel

Conversión del glicerol proveniente de la producción del biodiesel

5

Diseño, preparación y caracterización de catalizadores y materiales carbonosos

Catalizadores para la valorización del gas natural

Catalizadores para la obtención de biodiesel

Catalizadores para la obtención de aditivos oxigenados a partir del glicerol

Catalizadores para el proceso Fischer-Tropsch

Catalizadores para procesos de hidrotratamiento de aceites vegetales

6

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

Otorgadas

Process for producing hydrogen gas and carbon

nanotubes from catalytic decomposition of ethanol

(Internacional)

Process for making activated char coal (Internacional)

Planta generadora de gases calientes de uso en

procesos industriales (gasificador-combustor)

(Nacional)

Horno de combustión sin llama con quemador

autoregenerativo para recuperación de calor (Nacional)

Método para obtener catalizadores Ni-Ce/Mg-Al a

partir de hidrotalcitas (Nacional)

Trámite

Eliminación y transformación de residuos derivados de

producción de biodiesel a elementos de alto valor

agregado (Nacional)

7

PATENTES

RESIDUOS ORGÁNICOS CON POTENCIAL ENERGÉTICO

GENERALIDADES 1

2

PROYECTOS SOBRE RECUPERACIÓN ENERGÉTICA Y MATERIAL DE RESIDUOS ORGÁNICOS

3

8

Emisión de gases contaminantes

SOx y NOx

CO

VOC

Material Particulado

CO2

9

Opciones para reducir las emisiones

de CO2

Mejorar la eficiencia de los procesos

Tecnologías para captura y disposición de CO2

Almacenamiento de energía

Uso de energías alternativas

10

Energías alternativas a los recursos

fósiles

Solar Eólica Mareomotriz

Geotérmica Hidráulica Nuclear

Biomasa Residuos

agroindustriales

Forestales

Residuos de

alimentos

Residuos sólidos

municipales e

industriales

11

BIOMASA

RESIDUOS CULTIVOS

INDUSTRIALES

AGROGANADEROS

FORESTALES

SÓLIDOS URBANOS

MADERA

AGROALIMENTARIA

LODOS

AGRICOLAS

GANADEROS

Papel

Mueble

Cáscaras

Huesos

Desechos

Podas

Paja

Cascarilla

Poda

HERBACEOS

LEÑOSOS

Cereales

Cardo

Pataca

Sorgo

Sauces

Chopos

12

GASIFICACIÓN

14

15

Amoniaco, Metanol,

Hidrógeno

Diesel, Gasolinas

Gas natural sintético

Electricidad, Vapor

Combustibles

gaseosos

Ciclos de

generación

Combustibles

líquidos

Químicos

CO

H2

Usos potenciales del gas de síntesis

17

Proyecto Locación Tecnología Recurso Producto

RENTECH USA RENTECH Biomasa Gasolinas (D)

MaxWest USA MaxWest Biosólido Generación (O)

Varmlands Suecia UHDE HTW Biomasa Químicos(D)

Andritz/Carbona Dinamarca Andritz/Carbona Biomasa Generación (O)

BioiTFuel Francia UHDE Prenflo PDQ

Biomasa Gasolinas (D)

Coal Tec USA Coal Tec Biomasa Generación (O)

S4 Energy USA S4 Biomasa Generación (D) AlterNRG Canada AlterNRG Biomasa Generación (D)

Ze-Gen USA Ze-Gen Biomasa Generación (D)

ENERKEM Canada ENERKEM Biomasa Gasolinas (O)

Algunos proyectos en operación comercial o en

desarrollo para gasificación de biomasa

Alrededor de 60 tecnologías están en desarrollo, pero no

han sido probadas comercialmente.

RESIDUOS ORGÁNICOS CON

POTENCIAL ENERGÉTICO

18

RESIDUOS

AGROINDUSTRIALES

CHAMPIÑONAZA

RESIDUOS FORESTALES/

PODAS

RESIDUOS DE CULTIVOS

GALLINAZA

PORQUINAZA

BOVINAZA

19

Granjas: 961

Aves ponedoras

32.672.240

3.010 Granjas

Avícolas

72.232.233 Aves

320000-400000

ton gallinaza

/año

N P K

5.9 0.65 2.38

- http://www.fenavi.org/fenavi/admin/uploaded/file/Censo_avicola.pdf

- DANE - Censo Nacional de Avicultura Industrial. 2002

- Omeira, N. et al. Microbiological and chemical properties of litter from different chicken

types and production systems. 2006, 367, 156-162.

Coliforme

Staphylococcus

Salmonella

Clostridium

perfringens

Bacterias presentes en la gallinaza

Panorama Colombiano

20

Efectos de los residuales avícolas en el ambiente

Rodríguez, V. 1999. La problemática de los residuos Ganaderos: el caso de la gallinaza.

http://www.terra.es/personal/forma-xxi/cono2.htm

21

Industria Avícola

Gallinaza

Problemas ambientales y de

salubridad

Disposición directa

-Fitotoxicidad

-Exceso de nutrientes

Compostaje

Disposición de la Gallinaza

Métodos biológicos

Biodigestión

Gasificación

Combustión

Métodos térmicos

22

TRATAMIENTO TÉRMICO

ALTERNATIVA

GALLINAZA

FUENTE DE ENERGÍA PRIMARIA

RENOVABLE

Combustibles NO renovables

Auto-sostenimiento energético de la

Avícola

Cenizas como fertilizantes

Transformación Térmica

THETFORD (UK)

EYE (UK)

FIBROMINN (USA)

PLANTAS DE TRATAMIENTO

420000 ton/año 38,5 MW

GALLINAZA ENERGÍA

140000 ton/año 12,7 MW

55 MW 500000 ton/año

Energía para 68500 casas

120000 ton CO2/año

Francisco Ramírez, Andrés Seco. Minimizing the environmental effects caused by the production of bioenergy. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011. Vol 15, 3327-3331 http://www.thetfordrenewableenergyplant.co.uk/about-us.asp

Combustión

24

Tecnología de conversión

Combustión

Productos primarios

Carbonizado

Alquitranes y Combustibles

líquidos

Gases

Calor

Recuperación de productos

Productos secundarios

Químicos

Gasolina

Metanol

Amoniaco

Electricidad

Pirólisis

Gasificación

Combustión

Extracción

Mejoramiento

Síntesis

Turbina de gas

Motor

Hornos

Tratamientos térmicos para valorizar los residuos

orgánicos

PROYECTOS DE RECUPERACIÓN

ENERGÉTICA Y MATERIAL DE RESIDUOS

ORGÁNICOS 26

APLICACIONES EN ENERGÍA TÉRMICA

Ladrillera San Cristóbal S.A:

Combustor-Gasificador: 160 kg/h con más de 8 años en operación continua. El gas de combustión (20000 m3 a 200ºC) se diluye con aire y se utiliza para secar ladrillos. Ahorro entre 25-30% (Patente nacional). Carbón, madera y cascarilla de arroz.

Gasificador acoplado a un horno de producción de ladrillos: 700 kg/h. El gas producido se quema dentro del horno. Se mejoró la calidad del producto pues antes quemaban carbón y las cenizas se impregnaban en el ladrillo y lo manchaban (3 años en operación).

Cementos Argos S.A.: Diseño de un gasificador de 3400 Kg/h. Energía utilizada directamente en el horno.

27

Colciencias-CIIEN: Gasificador 5 kg/h de mezclas

carbón/biosólidos de la planta de tratamiento de aguas

residuales de la ciudad de Medellín (solicitud de patente).

Fase II: 5 ton seca/día. Evaluación con cascarilla de arroz,

bagazo de caña, cuesco de palma, cisco de café.

CYTED: Prototipo de generación de energía eléctrica y

térmica en núcleos aislados de Iberoamérica mediante

hibridación (Biomasa/Solar). 20 kW. Madera y cascarilla de

arroz.

Colciencias-ISAGEN: Gasificador 15 Kg/h en lecho

fluidizado a alta presión (30 atm y 1000 ºC). (solicitud de

patente). Fase II: 1 ton/día. Ventaja: sale un gas con presión

suficiente para la limpieza del gas y poder usarlo de manera

eficiente en una turbina. Carbón.

APLICACIONES EN ENERGÍA ELÉCTRICA

29

ESTUDIO Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE

GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE

LA GASIFICACIÓN DE MADERA EN ZONA RURAL DEL

MUNICIPIO DE NECOCLÍ (CHOCÓ). FINANCIADO POR

EL IPSE.

30

LO QUE SE ENCONTRÓ…

• Gran deposición de madera en las playas del municipio

• Usos de la madera para cercar terrenos

• Quema de la madera en la playa y en el terreno destinado para ello

• Contrabando de energía

• Peligros por las instalaciones

• Los aserríos generan pequeñas cantidades de desperdicios 31

ESTRATEGIA

• Cuantificación de la madera que llega a las playas

• Clasificación de la madera

• Condiciones de la madera

• Reconocimiento del sistema de gasificación

• Evaluación energética de la madera de Necoclí

• Diseño del proceso 33

TECNOLOGÍA

Capacidad de generación:

40 kWe Brutos

35 kWe Netos

Requerimientos:

Madera 3.5 x 3.5 x 5 cm

80 kg/h de madera

Humedad <20%

Gasificador en lecho fijo: DOWNDRAFT (India)

ADECUACIONES

ARMADO - FILTROS

ARMADO – MOTOR-GENERADOR

38

Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. “San

Fernando”, Medellín

AF

LU

EN

TE

BIO-GAS

USO

Y

DISPOSICIÓN BIO-SÓLIDO

http://www.eia.edu.co/sitios/webalumnos/Saneamiento/page6.html

39

Métodos de disposición del biosólido

TRADICIONALES

ALTERNATIVOS

D. Fytili and A. Zabaniotou. Utilization of sewage sludge in EU application of old and new methods—A review.

Renewable & Sustainable Energy Reviews. 12 (2008) 116-140

USO AGRÍCOLA

DISPOSICIÓN EN VERTEDEROS

INCINERACIÓN

COMBUSTIÓN

PIRÓLISIS

GASIFICACIÓN 40

41

Co-gasificación de biosólido

Estruvita

Experimental:

Agua residual

Proceso de adsorción

Óxidos de metales hidratados (Fe y Zr)

usando

Amberlita IRA400

dentro

Para formar

Material híbrido

Experimentos por lotes

Agua residual: 6.8 mg/L P

t: 240 min

Gases

H2,CO2, CH4, CO, C2-C3

Mezcla de sólido y líquido

Recuperación de fósforo

Separación

Residuo sólido

Lixiviación ácida

H2SO4 pH=2, t=480 min

Gasificación con agua supercrítica (SCWG) 400, 500 y 600 °C

Biosólido

ESTRUVITA

42

OTROS PROCESOS DE RECUPERACIÓN

ENERGÉTICA Y MATERIAL DIFERENTES

A LA GASIFICACIÓN

43

Biomasa Biocombustibles

Bioetanol

Biogás

(CH4/CO2)

“bio-gas de síntesis”

CO H2

Descomposición

catalítica

Biodiesel Glicerol

Producción de hidrógeno y nanotubos de carbono

Nanotubos

Múltiples aplicaciones

Secuestro de carbono

Propiedad Nanotubo Comparación

Conductividad

eléctrica 4 x 109 A/cm2 Cobre (4 x 106

A/cm2)

Conductividad

térmica 3500 W/(m*K)

Cobre (385

W/[m*K])

Dureza

(modulo de

Young)

0,8 – 0,9 N/m2 Acero (0,2 N/m2)

CO + H2 Metanol

Fischer-

Tropsch

Gasolina

Diesel

Alcoholes

Vinil acetato

DME

Gasolina

Diesel

Olefinas

Ácido acético

Celdas

combustibles

Urea

H2

Acrilatos

Etilen glicol

Acido

acético

Etanol

CO

“bio-gas de síntesis”

CO H2

“bio-compuestos sintéticos”

46

Transformación de aceites a Diesel Renovable

47

Biomasa

Pretratamiento

y adecuación

Licuefacción

hidrotérmicaFiltración

Separación de

fases

Biodigestor

Mejoramiento (HDO,

Craqueo catalítico,

refinación)

Gasificador

Generación de

energía eléctrica

Calor

H2/CO

Fase acuosa

Bio-

crudo

Residuo alto

contenido de

carbonoCatalizador

Co-solvente H2/CO

cenizas

Bio- hidrocarburos

líquidos

Water shift

reaction

H2

Gases

Producción de bio-hidrocarburos líquidos a partir de LHT de

biomasa

48

CONCLUSIÓN

49

50

51 www.wix.com/quirema_udea/quirema

dplope@gmail.com