INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA
BIOMASA
“BIOMASA COMO FUENTE DE ENERGIA RENOVABLE”
Alumno:
Profr.:
Carlos Arturo Escárcega Pliego
Dr. Roberto Best y Brown
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INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA
BIOMASA
INTRODUCCION
BIOMASA ES TODA LA MATERIA VIVA EN LA
SUPERFICIE EXTERNA DELGADA DE LA
TIERRA LLAMADA BIOSFERA
PUEDE VERSE COMO UN ENORME ALMACEN DE
ENERGIA QUE SE RENUEVA CONTINUAMENTE
CICLO IDEAL DEL
CO2
ENERGIA SOLAR
desechos
Composta
Planta de biogás
CO2
ENERGIA
TRANSPORTE, TERMICA
Y ELECTRICA
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INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA
BIOMASA
TOTALES MUNDIALES DE BIOMASA
(millones de toneladas métricas)
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Total Masa de
Materia Viva
Total en
incluyendo
Humedad 2,000 Plantas de Total en
tierra 1,800 Bosques
1,600
POBLACION MUNDIAL
7,000 MILLONES
770 kg / PERSONA
BIOMASA TERRESTRE
PER CAPITA
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BIOMASA
DE LA MADERA AL CARBON
HASTA FINALES DEL SIGLO XVII LA
BIOMASA (MADERA) ERA LA PRINCIPAL
FUENTE DE ENERGIA
CALENTAMIENTO
CARBON DE MADERA
ILUMINACION
PRODUCCION DE METALES
UNA VISION DEL ORIGEN DE LA REVOLUCION INDUSTRIAL
CRECIMIENTO
DE LA
POBLACION
INCREMENTO
EN EL PRECIO
DE LA MADERA
USO DE
CARBON
MINERAL (MAS
ECONOMICO)
AGOTAMIENTO
DEL CARBON
MINERAL
SUPERFICIAL
CAVADO DE MINAS
PROFUN-DAS
(REQUIERE
BOMBEO AGUA DE
FLOTACION)
PRIMERAS
MAQUINAS
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INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA
BIOMASA
LA BIOMASA COMO COMBUSTIBLE
OXIDACION RAPIDA DE UN MATERIAL EN EL
OXIGENO DEL AIRE CON
DESPRENDIMIENTO DE LUZ Y CALOR
COMBUSTION
Ejemplo:
Metano
CH
4
 2 O 2  CO 2  2 H 2 O  energía
Celulosa
Azúcares (Carbohidratos)
Almidones
BIOMASA
Proteínas
Combustión de
Carbohidratos
CH 2 O   O 2
 CO 2  H 2 O  energía
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INTRODUCCION AL APROVECHAMIENTO DE FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA
BIOMASA
LA BIOMASA COMO FUENTE DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR
Carbón
Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
PRINCIPALES
CONSTITUYENTES DE
LA MATERIA VIVA
BIOMASA
•Procesos naturales de descomposición y
•Cadenas alimenticias AEROBIAS
CIERRE
DE CICLO
CO2
H2O
CO 2  H 2 O  Energía
Solar  CH 2 O   O 2
FOTOSINTESIS: Proceso inverso a la combustión o descomposición
que ocurre en forma natural en las plantas verdes
DE ESTA FORMA EL CRECIMIENTO DE LA MATERIA VIVA EN LA BIOSFERA PUEDE
VERSE COMO UNA FORMA DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR
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BIOMASA
FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA
1.- COMBUSTION DIRECTA
BIOMASA
Secado
Despedazado
Peletizado
COMBUSTIBLE
Calentamiento doméstico
Calentamiento
industrial
Energía
Eléctrica
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BIOMASA
FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.)
2.- GASIFICACION
BIOMASA
AGUA
CONSISTE EN HACER REACCIONAR UN
COMBUSTIBLE SÓLIDO CON VAPOR DE AGUA Y
AIRE u OXIGENO A ALTA TEMPERATURA
Tratamiento
inicial
Planta de
vapor
PROCESO CON AIRE
Gasificador
Separación
de residuos
Lavado de
gas
Gas de
bajo poder
calorífico
AIRE
BIOMASA
AGUA
AIRE
Tratamiento
inicial
Planta de
vapor
Planta de
oxígeno
PROCESO CON OXIGENO
Separación
de residuos
Lavado de
gas
Gasificador
Ajuste de
relación C:H
Remoción
de CO2
Gas con
poder
calorífico
medio
Gas de
síntesis
Combustible
gaseoso
Síntesis
Separación
Combustible
líquido
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BIOMASA
FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.)
3.- DIGESTION
ANAEROBIA
DIGESTION
ANAEROBIA
DE BIOMASA
NATURAL
SINTETICA
BIOGAS
CH4 50-75%
CO2 25-50%
DESCOMPOSICION DE MATERIA ORGANICA EN
METANO Y BIOXIDO DE CARBONO EN AUSENCIA DE
OXIGENO MEDIANTE LA ACCION DE BACTERIAS
•DESCOMPOSICION DE VEGETACION TERRESTRE
•DESCOMPOSCION DE MAT. ORGANICA EN
CUERPOS DE AGUA
DIGESTORES ANAEROBIOS
•Residuos Agrícolas
•Residuos Urbanos
RELLENOS SANITARIOS
•Residuos Agrícolas
•Residuos Urbanos
COMBUSTIBLE
•Doméstico
•Transporte
•Generación eléctrica
PRODUCTOS
RESIDUO
Composta
COMPOSTA
•Uso Agrícola
•Alto contenido de nutrientes
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BIOMASA
FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.)
3.- DIGESTION ANAEROBIA (cont.)
EJEMPLO DE DIAGRAMA DE FLUJO
DIGESTIOS ANAEROBIA DE RESIDUOS SOLIDOS ORGANICOS Y
LODOS DE TRATADORA DE AGUA
ALTOS TIEMPOS DE
RESIDENCIA EN LOS
REACTORES (Equipos
muy grandes)
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BIOMASA
FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.)
4.- RELLENOS
SANITARIOS
SITIOS EXPROFESAMENTE DISEÑADOS Y
CONSTRUIDOS PARA CONFINAR RESIDUOS
SÓLIDOS MUNICIPALES DE MANERA CONTROLADA
1.- PREPARACION DEL TERRENO
FASES
2.- LLENADO POR CAPAS
3.- RECUBRIMIENTO
PROCESO
DESCOMPOSICION
ANAEROBIA DE
MATERIA ORGANICA
BIOGAS
150-300
m3/ton
basura
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BIOMASA
FORMAS DE EXTRACCION DE LA ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA (cont.)
PROCESO MEDIANTE EL CUAL LOS AZUCARES
SON CONVERTIDOS EN ALCOHOLES MEDIANTE
REACCIONES BIOLOGICAS ANAEROBIAS
5.- FERMENTACION
AZUCARES
Hidrólisis
ETANOL
Fermentación
Destilación
BIOMASA
•Uso directo
•o diluente de
gasolina
RENDIMIENTOS EN ETANOL
MATERIA PRIMA
LITROS/ton
Litros/ha*año
Caña de Azúcar
Maíz
Yuca (raíz)
Papa (dulce)
Madera
70
360
180
120
160
400 – 12000
250 – 2000
500 – 4000
1000 – 4500
160 - 4000
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BIOMASA
FUENTES DE BIOMASA
RESIDUOS
AGRICOLAS
RESIDUOS DE
GANADERIA
•RESIDUOS DE COSECHAS
•RESIDUOS DE MADERA
•EXCEDENTES DE PRODUCCION
CULTIVOS
ENERGETICOS
•MADERA
•CAÑA DE AZUCAR
•MAIZ, SORGO
BIOMASA
•BAGASO DE CAÑA
•CASCARILLA DE ARROZ
•CASCARA DE COCO
RESIDUOS
DE CULTIVOS
TROPICALES
DESECHOS
SOLIDOS
ORGANICOS
•RESIDUOS SOLIDOS
MUNICIPALES
•RESIDUOS
COMERCIALES E
INDUSTRIALES
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BIOMASA
METODOS DE EXTRACCION DE ENERGIA EN FUNCION DE LA FUENTE DE BIOMASA
RESIDUOS
AGRICOLAS
COMBUSTION
DIRECTA
RESIDUOS DE
GANADERIA
GASIFICACION
Gas de
Síntesis
•Energía
térmica
•Energía
Eléctrica
•Energía
térmica
•Energía
Eléctrica
RESIDUOS
DE CULTIVOS
TROPICALES
DESECHOS
SOLIDOS
ORGANICOS
CULTIVOS
ENERGETICOS
DIGESTION
ANAEROBIA
RELLENOS
SANITARIOS
FERMENTACION
Y EXTRACCION
BIOGAS
BIOGAS
ETANOL
ACEITES
•Energía
térmica
•Energía
Eléctrica
•Transporte
•Energía
térmica
•Energía
Eléctrica
•Transporte
•Transporte
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BIOMASA
POTENCIAL DE OBTENCION DE ENERGIA A PARTIR DE BIOMASA
vs CONSUMOS ACTUALES
3000
2500
2000
1500
1000
500
Nuclear Hidro
6%
6%
0
POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO
DE ENERGIA POR BIOMASA
TERRESTRE 3,000 EJ/año
>
Biomasa
14%
Petróleo
32%
CONSUMO TOTAL DE TODAS LAS
FORMAS DE ENERGIA 400 EJ/año
750 %
Gas
19%
Carbón
23%
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BIOMASA
EFICIENCIA DE CONVERSION DE ENERGIA SOLAR EN BIOMASA
EN TERMINOS ENERGETICOS, NO TODA LA RADIACION INCIDENTE EN
UNA PLANTA VERDE ES CONVERTIDA EN ENERGIA UTILIZABLE
Ejemplo: Una hectárea de tierra en una zona con Irradiancia
de 1000 kWh/m2 año
1000 kWh equiv. 3.6 GJ y 1 ha equiv. 10,000 m2
40000
35000
36,000 GJ
Solo 1/3 se recibe durante el periodo de crecimiento 12,000 GJ
20% de ésta llega efectivamente a las hojas
2,400 GJ
30000
25000
20000
16.7% de la cual se pierde por reflexión
50% de ésta fotosintéticamente activa
2,000 GJ
1,000 GJ
15000
30% de ésta = energía almacenada
10000
5000
300 GJ
60% de ésta se convierte en follaje 180 GJ
0
SOLO 0.5% DE LA RADIACION TOTAL
RECIBIDA SE CONVIERTE EN FOLLAJE
10 TONELADAS DE BIOMASA
(BASE SECA) / hectárea año
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BIOMASA
DISPONIBILIDAD DE LA BIOMASA COMO RECURSO ENERGETICO
ALIMENTACION HUMANA
FORRAJE
NO TODA LA BIOMASA QUE
POTENCIALMENTE CRECE EN
LA TIERRA (3,000 GJ/año)
ES UTILIZABLE COMO
ENERGIA
MADERA Y FIBRAS
ENERGIA
UN ESTIMADO DEL POTENCIAL REAL UTILIZABLE PARA LA PRODUCCION DE ENERGIA
PARA EL AÑO 2050 (Conferencia de las Naciones Unidas en Medio Ambiente y Desarrollo)
FUENTE DE BIOMASA
Cultivos Energéticos
Residuos Animales
Resuduos de Forestales
Residuos de Caña de Azúcar
Bosques Existentes
Residuos Urbanos
TOTAL
POTENCIAL ANUAL
DE DISPONIBILIDAD (EJ)
128
25
14
12
50%
10
del
3
consumo
205
actual
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BIOMASA
BENEFICIOS E IMPACTO AMBIENTAL
BENEFICIOS
CICLO CERRADO DE CO2
DISMINUCION DE CO2
DE EFECTO
INVERNADERO
DISMINUCION EN LA
EMISION DE OXIDOS DE
AZUFRE
DISMINUCION EN EL
EFECTO DE LLUVIA
ACIDA
COMBUSTION
DIRECTA
APROVECHAMIENTO
DE BIOGAS EN
RELLENOS
SANITARIOS
IMPACTOS POTENCIALES
REDUCCION EN EL
METANO QUE SE EMITE
AL AMBIENTE
DISMINUCION DE CH4 DE
EFECTO INVERNADERO
30 veces mayor que CO2
EFECTO NOCIVO DEL
USO DE FERTILIZANTES
Y PESTICIDAS
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BIOMASA
ASPECTOS ECONÓMICOS
FACTORES
INSTITUCIONALES
BIOGAS
CULTIVOS
ENERGÉTICOS
RESIDUOS
FORESTALES
ETANOL
•RÉGIMEN DE IMPUESTOS
•GRATIFICACIÓN PARA INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO
•CUANTIFICACIÓN EN TÉRMINOS ECONÓMICOS DEL USO DE
COMBUSTIBLES “NEUTROS” EN EFECTO INVERNADERO
•IMPUESTO AL USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES
ÉXITO ECONÓMICO SI:
•EL GAS SE VENDE AL PRECIO COMPARABLE AL GAS NATURAL
•SE DA UN CRÉDITO POR LA DISPOSICIÓN DE DESPERDICIOS
•LAS PLANTAS DE BIOGAS SE OPERAN EN CICLOS COMBINADOS
ÉXITO ECONÓMICO SI:
•PUEDEN PRODUCIRSE EN TIERRAS SIN USO AGRÍCOLA A UN COSTO
COMPETITIVO CON COMBUSTIBLES FÓSILES
ÉXITO ECONÓMICO SI:
•SE EMPLEAN EXCEDENTES QUE ACTUALMENTE SE DISPONGAN HACIA
RELLENOS SANITARIOS
ÉXITO ECONÓMICO DEPENDE DE :
•SI SE PRODUCE EX- PROFESO O ES UNA ADICIÓN A LA PRODUCCIÓN
DE AZÚCAR
•SI SE PRODUCE COMO EXTENDEDOR DE GASOLINA O PURO
•EL PRECIO DE LA GASOLINA EN EL MERCADO
19
Estado Actual




Existen en el 2010 a nivel mundial 62 GW de potencia
eléctrica generada con biomasa. Los países principales son
EUA, Alemania Suecia el Reino Unido, Brasil y China.
Los biocombustibles contribuyeron con el 2.7% del
transporte global, la producción de etanol volvió a crecer
después de una caída al subir los precios de los
combustibles fósiles.
EUA supero a Brasil como productor
En Europa se produjo la mayor cantidad de biodiesel, sin
embargo se incrementó la importación de otras regiones y
la creación de nuevas industrias, incluyendo compañías de
aviación y empresas petroleras.
20
Bioenergia en Mexico
 Se
estima que el potencial técnico en
México es de 3,569 PJ/año o el 42%
del consumo anual de 2008.
 La leña es consumida por mas de 28
millones de personas en el medio
rural.
 Ver reporte cuaderno no. 4 de la red
REMBIO
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FIN
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