Generación de energías limpias y productos de mayor valor a partir de
biomasa residual de la Región Litoral
Dr. Ulises Sedran
INCAPE "Ing. José Miguel Parera" (FIQ, UNL – CONICET)
Setiembre 197872 Investigadores 49 Becarios 18 Personal de apoyo
Pasantes de grado
•Procesos de refinación de petróleo y petroquímica
•Eliminación de contaminantes de efluentes gaseosos y líquidos. Desarrollo de procesos para la preservación del ambiente incluyen do combustibles no contaminantes
•Reactores catalíticos de todo tipo
•Desarrollo de procesos para el mejor aprovechamient o de los recursos energéticos del país, tanto convencionales como no convencional es y renovables. Valoración de recursos de la biomasa
•Procesos catalíticos en química fina
•Nuevos materiales ( cerámicos y metálicos para desarrollo de catalizadores nano y micro-estructurados)
•Nuevas formas de energía ( hidrógeno, biomasa (proceso termocatalíticos y co-procesamiento en refinerías))
Por primera vez en años CONICET propuso a sus U.E. la formulación de proyectos institucionales
•Aprovechamiento integral de los recursos de las U.E. •Atención a problemas regionales •Posibilidades ciertas de transferencia •Posibilidades ciertas de transferencia •Formación de recursos humanos de alto nivel•Consenso institucional
Generación de energías limpias y productos de mayor valor a partir de biomasa residual de la Región Litoral
Corrientes residuales de biomasa en la actividad económica de Santa Fe y la Región Litoral. Respuesta a
Problemas ambientales
Generación de energías limpias y productos de mayor valor a partir de biomasa residual de la Región Litoral
Problemas ambientales Subutilización
Gran potencial de aprovechamiento de tales recursos con fines energéticos para obtener productos de mayor valor
Amplia oferta de materias primas en la regiónDemandas específicas de sectores productivosExperiencia temática de los investigadores de INCAPE
PROCESOS YA EXISTENTES
- Producción de gas pobre por gasificación
- Generación de energía térmica y eléctrica
Balance de CO 2 prácticamente neutro
térmica y eléctricaLignocelulosa
DESARROLLO DE PROCESOS NUEVOS
- Producción sílice alta calidad
- Productos química fina- Producción carbón activado (nanoporos)
- Alimentos funcionales
Desarrollo de gasificadores multipropósito modulares para producción de “gas pobre”
* distintas alimentaciones residuales- generadores de energía eléctrica
Generación de energías limpias y productos de mayor valor a partir de biomasa residual de la Región Litoral
- generadores de energía eléctrica- gases calientes para procesos de intercambio térmico- sílice de alta calidad (cenizas del proceso)
Procesos de obtención de productos de alto valor mediante química fina* descartes producción-comercialización de batata y zanahoria
- fibras dietarias, - aceites con alto contenido de Omega-3- monómeros de poliésteres- solventes de uso específico
* glicerina de la síntesis de biodiesel- aceites de cocina ricos en diacilgliceroles
Materiales compuestos
Generación de energía eléctrica y/o
térmica
Aserrín de maderasCáscara de granos
Estiércol de animales
Gas pobre: H2, CO, CH4
Cenizas
térmicaSecado, desvolatilización,
craqueo y reformado
Cenizas con 20 % de Si
Gasificación o pirólisis
- Películas para filtros- Compuestos de relleno- Síntesis de materiales complejos (zeolitas, adsorbentes)
Nanopartículas de Si amorfa
Cenizas
Aceite de soja Glicerol
Industria aceitera Industria del biodiesel
Glicerólisis de TG del aceite
2 TG + Gly 3 DG
Única etapaCatalizadores heterogéneos
básicos (aún no reportado)
Aceite enriquecido en DG
Aceite de microalgas con alto contenido de Omega -3
Zanahoria de descarteBatata de descarte
30 % de la producción (50-100 tn/día)
Aceite de microalgas con alto contenido de Omega -3
Fibras dietarias
- Aditivos en productos lácteos y cárnicos- Leches enriquecidas con DHA
Deshidratación de hexosas sobre catalizadores ácidos
Zanahoria de descarteBatata de descarte
30 % de la producción (50-100 tn/día)
Sólidos ácidos: resinas, zeolitasÁcidos orgánicos e inorgánicossobre catalizadores ácidos
5-Hidroximetilfurfural
Ácido levulínico
Materia prima para precursores químicos
(γγγγ---- valerolactona ))))
Hidrólisis ácida
Ácidos orgánicos e inorgánicos
Composito
Fibras de madera Polímero (PE, PP, PET, PVC) Agente acoplamiento
Fibras de madera
Composito
Fibras de maderaSubproductos madererosSubproductos aceiteros
Plásticos derivados de proteínas de soja
Materiales de amplia aplicabilidad(particularmente construcción)
Mejor afinidad y adhesión
Separadorcon tamiz molecular
Carbón activado con
Aire Nitrógeno
Oxígeno
Carbonilla de descarte de la producción de carbón
vegetal (1500 ton/año)
Impregnación con sustancia orgánica
(tolueno, creosota, brea)+
Tratamiento a alta temperatura (600-800 ºC)
Carbón activado con tamaño de poro 3-5 Å
•Cáscara de granos
•Aserrín de maderas
•Procesos de valorización catalítica del bio-oil•Procesos de valorización catalítica del bio-oil
PirólisisDescomposición térmica
Biomasa
Hemicelulosa (entre 25 y 40 %)Polisacárido amorfo de azúcares C5 y C6
Celulosa (entre 42 y 47 %)Polímero cristalino de glucosa
Lignina (entre 23 y 33 %)Polímero de unidades fenólicas sustituídas ramificado tridimensionalmente
Descomposición térmica en ausencia de oxígeno
Producto líquido oxigenado que puede separarse en dos fracciones, según su
solubilidad en agua
Bio-oil, soluble en agua
Tar, insoluble en agua
Char (residuo sólido)Gases (CO2 y metano)
36,6 36,128,9
31,0
24,7 25,9 20,8 25,0Gases
2,8 6,2 6,63,3
35,9 31,843,7
40,7
Bio-oil
Tar
Char
Datos porcentuales
Aserrín de algarrobo
Cáscara de trigo
Aserrín de pino
Aserrín de álamo
29,2 36
21,4 26,620,4
Gases
2,4 3,18,8
4731,8
34,9
38,5
CHA PAL ResPAlEndocarpio de chañar
Pericarpio de palma
Residuo de extracción de
aceite de palma
Bio-oil
Tar
Char
Datos porcentuales
Derivados de celulosa y hemicelulosa Derivados de lignina
OH
CH3
OH
OH
O
CH3
CH3
O
OO
CH3
OH
O
OH
OCH3
O
CH3
CH3
O
O
CH3
Se identificaron 127 compuestos por CG/SM con PM entre 32 y más de 350 g/mol
Pirólisis C/O 3.5 C/O 4.2 C/O 8.5Líquido 54.7 47.6 46.6 45.5Gases 17.5 22.2 22.7 22.6Char 27.8 27.0 27.2 27.5Coque 3.1 3.5 4.3
Distribución de productos líquidos y gaseososHidrocarburos 2.2 7.9 6.7 4.7Hidrocarburos 2.2 7.9 6.7 4.7Compuestos oxigenados 33.7 17.4 17.0 18.1Hidrógeno 1.4 1.4 2.1 2.0CO2 13.7 17.8 18.2 19.0CO 0.1 0.1 Trazas TrazasAgua 19.8 23.9 24.7 23.0Desconocidos 1.3 1.1 0.6 1.0
Pirólisis C/O 3.5 C/O 4.2 C/O 8.5Líquido 61.4 41.9 43.6 46.3Gases 17.2 31.3 28.4 27.0Char 21.4 21.8 22.6 20.9Coque 5.0 5.4 5.8
Distribuciónde productoslíquidosy gaseososDistribuciónde productoslíquidosy gaseososHidrocarburos 1.3 2.6 5.0 11.7Compuestos oxigenados 28.1 11.7 9.3 3.7Hidrógeno 1.7 2.6 2.4 3.3CO2 14.6 26.9 23.3 22.6CO 0.1 Trazas 0.1 TrazasAgua 24.9 28.5 29.6 31.5Desconocidos 7.9 0.9 2.3 0.5
Distribución de productos
Bio-oil
Gases
Tar
Temperatura (ºC)550 600 650
Hidrocarburos 9.1 10.6 12.4Oxigenados 33.8 34.5 36.6CO2 33.6 32.4 29.1CO 2.6 1.8 2.3H2 4.6 4.0 4.7Agua 16.2 16.8 14.9
Distribución de productos líquidos y gaseosos (%p)
Redimientos (%p)
Char
Santa Fe Santa Fe Santa Fe Santa Fe ---- ArgentinaArgentinaArgentinaArgentina
Gracias por su atenciónGracias por su atenciónGracias por su atenciónGracias por su atención
Temperatura (ºC)550 600 650
Composición química (%p)Metano 8.7 4.4 8.2Etano + etileno 2.2 9.0 9.5Propano 1.6 2.9 -
Productos gaseosos
Propano 1.6 2.9 -CO2 70.6 72.5 62.5CO 5.5 4.0 5.2Hidrógeno 11.6 7.5 10.7Composición elemental (%p) C 31.3 34.7 34.3H 14.2 10.3 14.4O 54.5 55.0 51.3PCS (MJ kg-1) 25.4 20.1 26.9
Composición elemental (%p)C 23.8
H 7.4
O 17.2
N 1.3
Cenizas 50.3Minerales en cenizas (%)Si 52.9
Ca 2.9
Mg 0.4
Na 1.8
K 5.9
PCS (MJ kg-1) 15.6
Pirólisis de diferentes materias primas
Aserrines de pino, algarrobo, álamo, cáscara de trigo, estiércol vacuno, residuos de palma, fruto del chañar, estiércol vacuno
Diferentes condiciones de pirólisis
•Velocidad de calentamiento: 15 -20 ºC/min•Temperatura: 300-650 ºC•Caudal de nitrógeno: 20-30 ml/min•Tiempo: 30-60 min
Biomasa
Pirólisis de diferentes materias primas
Aserrines de pino, algarrobo, álamo, Cáscara de trigo Estiércol vacunoEstiércol vacunoResiduos de palma Fruto del chañar
Condiciones de pirólisis
Velocidad de calentamiento: 15 -20 ºC/minTemperatura: 300-650 ºCCaudal de nitrógeno: 20-30 ml/minTiempo: 30-60 min
Aserrrín de pino(550 ºC, 30 min)
Convencional RápidaRendimientosLíquido 50.3 61.4Bio-oil 43.7 58.2Tar 6.6 3.2
Gases 20.8 17.2Char 28.9 21.4Distribución productos líquidos y gaseososHidrocarburos 1.3 1.5Oxigenados 24.1 29.6Hidrógeno 1.4 1.6CO2 18.1 14.3CO 0.1 Trazas Agua 21.6 23.6Desconocidos 4.5 7.9