Producción de bio-diesel a partir de micro-algas

8/2/2019 Produccin de bio-diesel a partir de micro-algas

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BIOMASA

Dra. Ma. Teresa Alarcon HerreraCentro de Investigacin en Materiales Avanzados, S.C.

Medio Ambiente y EnergaIngeniera Ambiental

Chihuahua, Chih., 8 Diciembre 2009


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0

100

200

300

400

500

600

700

C

uatrillonesdeBTU

1990 1999 2005 2010 2015 2020

Renovables

Nuclear

Carbn

Gas Natural

Petrleo

Consumo mundial de energa primaria


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Tendencias Energticas Mundiales

Aumentar el consumo de petrleo aunque semantenga en forma relativa

El consumo de Gas Natural aumentar al mismotiempo que lo haga de forma relativa El carbn tambin aumentar su consumo

disminuyendo en su contribucin relativa La energa nuclear disminuir absoluta y

relativamente las energas renovables aumentarn aunque se

mantendrn en forma relativa


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Alternativas no fsiles para el sector

elctrico en Mxico


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BIOMASA


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Biomasa Es la materia orgnica derivada de productos de origen

vegetal y animal, que pueden ser utilizados en la

generacin de energa.

La biomasa es un producto renovable, que puede serempleado para la generacin de combustibles y con ello

generar electricidad, calor o energa mecnica a travsde procesos biolgicos o termoqumicos.


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C H

CO2

H2O

CaHbOcNdSOL


8/40H2O

ALIMENTACINBiomasa

Combustibleenergtico

CombustiblesFsiles

Gas NaturalPetrleoCarbn

CO2+H2O

La biomasa en todas sus formas ha sido lafuente mas importante de alimentos, fibras,forraje, materia prima, etc..

Hasta antes del siglo XIX, principalfuente de energa y materia

prima.

Principal energtico enmuchos pases en vas de

desarrollo

Biomasa como fuente de energa

CaHbOcNd


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BiomasaBiomasa destinada a la produccin de energa rboles, arbustos, pastos, cultivos (caa, yuca, etc.) plantas

acuticas, Residuos de desechos orgnicos tanto forestales como

agrcolas, animales, urbanos (basura) e industriales.

BIOCOMBUSTIBLE, BIOENERGA


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USOS DE LA BIOMASA RECURSO ENERGTICO

Lea

Energa trmica Produccin electricidad BIOGS Biocarburantes


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Obtencin de Energa Por el origen del combustible. Combustibles de madera

Lea, carbn vegetal yresiduos de madera.

Residuos agrcolas Tallos y cscaras de arroz,

coco etc. Residuos animales

Estircol de animales (vacas,aves de corral etc,)

Residuos urbanos eIndustriales

Residuos slidos municipales Lodos de plantas de

tratamiento de Agua Cultivos energticos

rboles, caa de azcar etc.

Por la forma de obtencin ytransformacin para su uso final. Energa primaria

Lea

Energa secundaria Residuos de cultivos

domsticos, animales, agrcolas,urbanos e industriales

Biomasa procesada Combustibles slidos

Carbn vegetal,

Combustibles gaseosos Metano,

Combustibles lquidos Alcohol etlico metanol Biocarburantes


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Uso de biomasa en Mxico

Desechos forestales Agua residual

Residuos slidos municipales Residuos de la ganadera Residuos de la agricultura Algas

3.6% de la energaconsumida en Mxico provienede la biomasa de madera y

bagazo de caa de azcar.

45%


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Residuos forestalesResiduos agrcolas leososResiduos agrcolas herbceosResiduos de industrias forestalesResiduos de industrias agrcolasCultivos energticos

Residuos ganaderosResiduos biodegradables de instalacionesindustrialesLodos de depuradora

Cultivos de cereal, maz y remolachaProductos lignocelulsicos

Girasol, colzaAceites usados

CULTIVOS

RESIDUOS

TIPOS DE BIOMASA,

Algas


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LA BIOMASA, SITUACIN,PERSPECTIVAS

Residuos forestalesResiduos agrcolas leososResiduos agrcolas herbceosResiduos de industrias forestalesResiduos de industrias agrcolas

Cultivos energticos

BIOMASAAplicaciones domsticas de la biomasa

Redes de calefaccin centralizadaAplicaciones trmicas industrialesAplicaciones elctricas

Residuos ganaderosResiduos biodegradables de instalacionesindustrialesLodos de plantas de tratamiento de agua

BIOGS

Cultivos de cereal, maz y remolachaProductos lignocelulsicos

Girasol, colzaAceites usados

BIOETANOL

BIODIESEL

BIOCARBURANTESMicroalgas


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Conversin de la biomasa La biomasa requiere algn tipo de conversin para poder utilizarse

como combustible. Objetivo principal

Aumentar las caractersticas como combustible Procesos:

Termoqumicos Combustin directa Pirolisis Gasificacin

Biolgicos Digestin anaerobia: reaccin biolgica que se realiza en

ausencia de oxigeno y produce biogs. Fermentacin alcohlica: Generacin de etanol y metanol Foto bioreactores (Algas aceites)


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Biodiesel

El biodiesel es un biocombustible sinttico lquido que seobtiene a partir de lpidos naturales como aceites

vegetales o grasas animales, con o sin uso previo,mediante procesos industriales de esterificacin ytransesterificacin, y que se aplica en la preparacin desustitutos totales o parciales del petrodisel o gasleoobtenido del petrleo.


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Biodiesel


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Ventajas

No es contaminante ya que aunque su combustinproduce CO2 que va a pasar a la atmsfera, se supone que

es el mismo que las plantas o las algas de las queproviene absorbieron durante su crecimiento, por lo tantose libera a la atmsfera prcticamente la misma cantidadde CO2 que se consumi.

Es biodegradable, no es txico, y tpicamente producecerca de 60 % menos emisiones de dixido de carbono. Sus emisiones de smog son 65 % menores que el diesel

derivado del petrleo


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Produccin de biodiesel a partir deAlgas


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Algas

Vegetales acuticos sin raz, tallos, hojas o flores. Poseenpigmentos fotosintticos adicionales a la clorofila. Esto ultimopermite su clasificacin taxonmica en algas verdes,

verdeazules, rojas y marrones. Las algas estn compuestas bsicamente por protenas, carbohidratos,

cidos nucleicos y cidos grasos

Las algas son capaces de crecer en un amplio rango de

condiciones por la que se las encuentra en cualquier zona delplaneta: dentro de plantas acuticas, sobre sustrato artificialcomo madera o botellas, en lagunas, cinagas, pantanos, nieve,lagos de agua dulce o salina, sobre rocas, etc.


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Ventajas de las micro algas

Fuente alternativa de protenas. No compite con otras actividades agrarias. No requieren agroqumicos. Bajo riesgo de contaminacin Es una actividad de una baja demanda de energa no requiere suelo frtil ni agua de calidad


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Ventajas de las micro algas

La produccin de cidos grasos poli-insaturados presentagrandes ventajas frente a otras fuentes:

Superan en produccin de aceites a otras plantas Alcanza niveles de produccin elevados en condiciones

controladas. Rpida reproduccin: se duplica la produccin cada 8

horas. Requieren menor espacio. Rendimiento por hectreaes

treinta veces superior a la de las oleaginosas.


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Ventajas El cultivo de microalgas y la obtencin de aceite a

partir de este presentan muchas ventajas con respectoa los cultivos terrestres.

Presentan una tasa de crecimiento mucho mayor

La produccin de aceite por rea est estimada entre

4.6 y 18.4 L/m2, esto es de 7 a 30 veces mayor quelos mayores cultivos terrestres. No requiere de grandes superficies para su produccin.


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08/12/2009Ma. T. Alarcn H.


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Especie vegetal Produccion de biodisel

Colza 100 -140 m3/km2

Mostaza (Brassica nigra) 130 m3/km2

Pin (jatropha 160 m3/km2

Aceite de palma 610 m3/km2

Algas De 10.000 a 20.000 m3/km2


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Tipos de algas que se cultivan paraproducir biodiesel

El porcentaje de cidos grasos vara segn la

especie, aunque hay especies cuyos cidos grasosrepresentan 40% de su peso seco. Estos son los cidosgrasos que luego son convertidos en biodiesel. Para laproduccin de estos se buscan algas que contengan un

alto contenido en lpido y que sean fcilmente cultivables.


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Tipos de algas que se cultivan paraproducir biodiesel


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Cultivo de algas

luz, anhdrido carbnico y agua.

Se cultivan en balsas, tubos o canales de escasa

profundidad, para permitir una mayor iluminacin. En su interior se mantiene un flujo y temperaturas

constantes, y se inyecta CO2 y nutrientes.

Una vez desarrolladas, se extraen de su medio decrecimiento y se extrae el aceite sin necesidad de secarlasde antemano.

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Ma. T. Alarcn H.


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Sistemas de produccin


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Ma. T. Alarcn H.


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08/12/2009Ma. T. Alarcn H.


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Extraccin de aceites yproduccin de biodiesel

Extraer el alga de su medio de cultivo

Extraer el aceite de las algas

Transesterificacin


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Expeller/press: las algas luego de ser secadasmantienen su contenido de aceite, entonces son

prensadas. A veces se utiliza una combinacin de prensay solventes de extraccin.

Mtodo del solvente de hexano: Una vez que el

aceite es extrado con una prensa se utiliza elciclohexano para extraer el contenido remanente delalga. Por destilacin se separa el ciclohexano del aceite.


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Extraccin supercrtica del fluido: es un mtodocapaz de extraer el 100 % del aceite, pero necesita un

alto equipamiento. El CO2 es licuado hasta el punto detener las propiedades de un liquido y un gas, entonceseste fluido licuado acta como un solvente de extraccinpara el aceite algal.


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Trans esterificacin del aceite

Los aceites estn compuestos principalmente portriglicridos,

las cuales se componen de tres cadenas de cidos grasos unidas auna molcula de glicerol.

La transesterificacin consiste en reemplazar el glicerolpor un alcohol simple, como el metanol o el etanol, deforma que se produzcan esteres metlicos o etlicos decidos grasos.


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Trans esterificacin del aceite

Este proceso permite disminuir la viscosidad del aceite, lacual es principalmente ocasionada por la presencia de

glicerina en la molcula. La alta viscosidad del aceite impide su uso directo en

motores diesel, desventaja que se supera mediante esteproceso.

Para lograr la reaccin se requieren temperaturas entre 40y 60C, as como la presencia de un catalizador, quepuede ser la soda o potasa custica.


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