ENERGÏAS RENOVABLES
BIOMASA
Producción de combustibles
líquidos de la biomasa
Dr. Roberto Best y Brown
CREVER-Universidad Rovira i Virgili
CIE-UNAM
Abril 2005
Producción de combustibles líquidos de la
biomasa
Uno de las objetivos principales de la
bioenergía es la búsqueda de combustibles
líquidos como sustitutos de productos
derivados del petróleo
Hay tres tecnologías que se utilizan
actualmente para esta produccion:
 Pirólisis (Termoquímica)
 Síntesis y
 Fermentación
Pirólisis para la produccin de bioaceites




La pirólisis es el método mas antiguo de procesar
un combustible para producir un combustible de
mejor calidad
La pirólisis lenta reduce la madera en carbón
El término pirólisis se aplica ahora al proceso de
colectar los componentes volátiles y condensarlos
para producir un combustible líquido o bio-aceite.
Con ausencia de aire se calienta sin quemar y
minimizar la gasificación y producir un bioaceite
Pirólisis para la producción de bio-aceites




El bioaceite producido tiene un contenido
energético del orden de la mitad del petróleo y
contiene contaminantes ácidos que deben
removerse.
Unas variación del proceso básico es la Solvolisis,
el uso de solventes organicos a 200-300ºC para
dislover los sólidos y obtener un producto
parecido al petróleo
Otra es la llamada Pirolisis rápida que se lleva a
cabo de 500 -1300ºC y altas presiones (50 a 150
atm.)
Recientemente se esta investigando la pirólisis de
RSU, pero es aún muy costosa (con respecto a la
incineración)
Síntesis de combustibles
Un gasificador que utiliza oxigeno en vez de aire
puede producir un gas consistente principalmente
de H2, CO y CO2 y el interés de esto radica en el
hecho en que la remoción del CO2 permite a la
mezcla llamar gas de síntesis del cual casi cualquier
hidrocarburo puede ser sintetizado. La reacción el
H2 y el CO es una manera de producir metano puro
2CO + 2H2
CH4 +CO2
Otro producto posible es el metanol. La producción
de metanol de esta forma involucra una serie de
procesos químicos sofisticados a altas temperaturas
y presiones y es importante por que es un sustituto
directo de la gasolina.
Síntesis de combustibles líquidos
(por Gasificación)
 Un
proceso de gasificación usando
oxígeno en lugar de aire produce un
gas consistente en gran parte por H2,
CO y CO2.
 La remoción de CO2 e impurezas
como tar, metano y trazas de azufre,
deja una mezcla muy activa de H2 y
CO llamada Gas de Síntesis con la
cual se puede sintetizar cualquier
hidrocarburo
Síntesis de combustibles líquidos
(por Gasificación)



El primer paso es ajustar las proporciones de los
componentes (shift reaction):
Ejemplo: para formar metanol CH3OH, :2
moleculas de H2 por cada una de CO (2:1).
Un proceso conocido desde 1929 como FischerTropsch consiste en hacer pasar los dos
componentes sobre un catalizador a temperatura
y presión alta y el producto una mezcla de
hidrocarburos producido inicialmete un gas, se
condensa.
Gasificación con desechos de cultivos
temporales
El bagazo tiene un significante potencial como biomasa para
combustible. La mayoría de los ingenios utilizan el bagazo
como fuente para elevar la temperatura del vapor, este bagazo
es quemado ineficientemente. Muchos ingenios producen
también electricidad para satisfacer sus propias necesidades.
La cáscara de arroz es el residuo agrícola más común de el
mundo. La textura uniforme de la cáscara se presta para
tecnologías tales como la gasificación. Gasificadores de
cáscara de arroz han sido exitosamente operados en Indonesia,
China y Mali.
La industria procesadora del coco, en muchos países
proporcionan grandes cantidades de desechos finos y ásperos.
La fibra del coco se utiliza par gasificación en Tailandia con
éxito limitado debido a la baja densidad del sustrato. Los
desechos finos del coco son más prometedores como
biocombustibles.
Fermentación para producción de
etanol
A partir del año
2000 se ha
incrementado la
producción de
etanol
 Principalmente en
Brasil y EEUU,
aunque también en
Europa (Abengoa
en Castillo y León)

ENERGÏAS RENOVABLES
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
Fermentación
La fermentación es un proceso anaeróbico biológico en el cual el
azúcar es convertida en alcohol por la acción de un microorganismo. El alcohol resultante es etanol (C2H5OH) en mayor
proporción que el metanol (CH3OH) que pueden ser utilizados en
máquinas de combustión interna y directamente en máquinas
modificadas apropiadamente o como “extendedoras”de gasolina
en el gasohol: gasolina con el 20 % de etanol.
La mejor fuente conocida de etanol es la caña azúcar – o la melaza
obtenida después de que se ha extraído el jugo de la caña.
El producto resultante de la fermentación contiene únicamente
cerca del 10 % de etanol, que debe ser destilado antes de ser
utilizado como combustible. El contenido energético del producto
final es cercano a 30 GJ t-1 o 24 GJ m-3. El proceso completo
requiere una considerable cantidad de calor, el cual es
suministrado por desperdicios de cultivos. La pérdida energética
en la fermentación es substancial , pero esto puede ser
compensado por la conveniente transportabilidad del combustible
líquido y por el competitivo bajo costo y la familiaridad de la
tecnología.
PRODUCCIÓN DE COMBUSTIBLE
LIQUIDO POR FERMENTACIÓN
Proceso anaeróbico-biológico.
 Los azucares (C6H12O6), se convierten en
alcohol por la acción de microorganismos
generalmente, una levadura.
 El producto etanol (C2H5OH) se separa de
otros componentes por destilación.
 En proporciones de 25% se puede mezclar
con petróleo, Gasohol, o se puede
modificar la carburación del motor para
utilizarlo directamente.

PRODUCCIÓN DE COMBUSTIBLE LIQUIDO
POR FERMENTACIÓN
La biomasa mas utilizada es la caña de
azucar, Brasil es el mayor productor de
Gasohol.
 Plantas ricas en almidón como principal
carbohidrato ( patata, maiz, trigo),
requiere como proceso inicial: la
conversión de almidón en azúcar, proceso
que siguen en USA y Europa.
 La madera puede utilizarse pero es más
costoso actualmente (hidrólisis)

Bioetanol de biomasa no comestible
Biocarburante etanol a partir
de recursos de biomasa no
comestibles
Requiere de “nuevas
tecnologías para:
 Hidrolizar (romper) la
celulosa y la hemicelulosa
en azúcar

Fermentar las “azucares
inusuales” de la biomasa
PRODUCCIÓN DE COMBUSTIBLE
LIQUIDO POR FERMENTACIÓN
 El
producto es 10% etanol que debe
destilarse. El proceso requiere una
gran cantidad de energía térmica,
que se obtiene de la quema de los
residuos, (por ej:bagazo).
 El
contenido energético del etanol es
de 30 GJ/ton o de 24 MJ/ litro (34
MJ/litro petróleo)
PRODUCCIÓN DE COMBUSTIBLE
LIQUIDO POR FERMENTACIÓN
Rendimento en la producción de etanol
Material Inicial
Caña de azucar (cosechada)
Litros / ton1
Litros / ha-año 2
70
400-12.000
Maiz (grano)
360
250-2.000
Casava (raíz)
180
500-4000
Patata dulce (raiz)
120
1.000- 4.500
Madera
160
160-4.0003
1 Depende principalmente en la proporción de mateia inicial que puede
fermentarse
2 El rango refleja las diferencias en rendimiento a nivel mundial
3 El valor alto es un maximo aun teorico
El bioetanol como combustible
El etanol como combustible en vehículos se
utiliza al menos en cuatro formas:
 Etanol anhidro (100 % etanol)
 Etanol “hidro” (95% etanol 5% agua)
 Mezclas etanol anhidro-gasolinas (10-20%
etanol)
 Como materia prima para etil tera-butil
eter (ETBE), aditivo oxigenado como
sustituto del MTBE obtenido a partir del
metanol
El bioetanol como combustible
 En
E.E.U.U. y CANADA se vende una
mezcla de 10% de alcohol anhidro
con gasolina llamado “gasohol”
 En Brasil el 90% de los autos tienen
motores especialmente diseñados
para operar con hidro-etanol (al
95%).
Bioetanol de residuos agroindustriales
Energía fósil para conducir una milla
Aceites vegetales a biodiesel
 La
mayor parte de la producción de
biodiesel es a través de semillas de
plantas, colza, girasol.
 En Europa donde el 50% de los
coches nuevos son diesel se ha
incrementado el interés en su
producción a diferencia de USA
donde solo 1% de los coches son
diesel.
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
 En
1911 el Dr. Rudolf Diesel escribió:
“la máquina diesel puede ser
alimentada con aceites vegetales y
puede ayudar considerablenete al
desarrollo de la agricultura de los
países que lo utilizen”
Demostró su funcionamiento con una gran
cantidad de aceites entre ellos el de
cacahuate, sin embargo el petróleo barato
dominó el mercado
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
 Los
aceites vegetales ocurren
naturalmente en las semillas de
varias plantas, y se extraen por
prensado o utilizando un disolvente.
 El
contenido energético es del orden
de 37-39 GJ /ton, un poco menor al
del diesel (42 GJ / ton)
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
 Aunque
se puede quemar
directamente o mezclado con diesel,
la combustion incompleta puede
causar problemas por carbonización
en los cilindros, por lo que conviene
su conversión a Biodiesel.
 El proceso se conoce como
esterificación..
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL



La esterificación es el método mas sencillo y consiste en
mezclar el aceite con un exceso de metanol (la relación
estequiométrica es de tres moles de alcohol por mol de
aceite) en presencia de un catalizador de la reacción que
suele ser KOH.
Poniendo doble cantidad de alcohol (que es normal) se
necesita un tiempo comprendido entre 1 a 8 horas (según
la temperatura) para obtener el metiléster, a la vez que
una fase acuosa a base de glicerina.
100 kg de aceite y 11 kg de metanol con catalizador
producen en una hora (a 70ºC) una cantidad de 100 kg de
diéster (sinónimo de biodiésel, contracción de diesel y y
éster) y 11 kg de glicerina. La glicerina tiene un valor
comercial bajo por sobreproducción.
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL



Aceite + Metanol  Metilester + Glicerina
Considerando 3 ton/ha de semilla de colza con un
porcentaje de 40% de aceite se obtiene una
producción neta de 1.200 kg/año de combustible,
(1.300 litros).
Además de 1.800 kg de torta útil para
alimentación animal, así como 3 toneladas de
paja. Esto representa en cuanto a cantidad total
de combustible entre 1.900 y 2.500 kg de
petróleo por hectárea
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

Proceso de transesterificación de
aceite para
producción de
biodiesel
Planta de metiléster
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
 Las
fuentes importantes para
producción de biodiesel son la colza
(rape seed), girasol y recientemente
el aceite comestible reciclado
ENERGÍAS RENOVABLES
2. SITUACIÓN EN ESPAÑA
2.4. Área de biocarburantes
DOS PLANTAS DE PRODUCCIÓN DE
BIOETANOL Y TRES DE BIODIESEL
PRODUCCIÓN DE BIOCARBURANTES A FINALES DE 2003
EL BIOETANOL SE USA SOBRE TODO
PARA PRODUCIR ETBE, MIENTRAS QUE EL
BIODIESEL SE EMPLEA EN FLOTAS
CAUTIVAS Y ES VENDIDO EN ALGUNAS
ESTACIONES DE SERVICIO
16.200 TEP
64.500 TEP
50.400 TEP
51.200 TEP
TOTAL:
182.300 TEP
ENERGÍAS RENOVABLES
2. SITUACIÓN EN ESPAÑA
2.4. Área de biocarburantes
OBJETIVO ENERGÉTICO POR
COMUNIDADES AUTONOMAS
Potencial técnico-económico:
640.000 tep
Bioetanol: 600.000 tep
Biodiesel: 40.000 tep
Objetivo del Plan de Fomento
(año 2010): 500.000 tep
Bioetanol: 400.000 tep
Biodiesel: 100.000 tep
Comunidad
Objetivo energético
Autónoma
en el 2010 (TEP)
Andalucía
100.000
Aragón
50.000
Asturias
0
Baleares
0
Canarias
0
Cantabria
0
Castilla y León
100.000
Castilla-La Mancha
50.000
Cataluña
50.000
Extremadura
50.000
Galicia
50.000
Madrid
0
Murcia
50.000
Navarra
0
País Vasco
0
Rioja, La
0
Valenciana, C.
0
Ceuta y Melilla
0
TOTAL
500.000
Fuente: Elaboración interna IDAE
ENERGÍAS RENOVABLES
2. SITUACIÓN EN ESPAÑA
2.4. Área de biocarburantes
EVOLUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE
BIOCARBURANTES Y PERSPECTIVAS (Ktep)
550
500,0
500
450
400
350
300
250
182,3
200
121,1
150
100
50
0,0
0,0
1998
1999
51,2
51,2
2000
2001
0
2002
2003
2010
ENERGÍAS RENOVABLES
2. SITUACIÓN EN ESPAÑA
Plantas productoras de
biocarburantes: evolución 1999-2003
2.4. Área de biocarburantes
EN EXPLOTACIÓN
Número de
proyectos
Energía
primaria
(tep)
Objetivo del
Plan 2010
(tep)
Cumplimiento
del
objetivo (%)
Bioetanol
2
115.700
400.000
28,93%
Biodiesel
3
66.600
100.000
66,60%
TOTAL
5
182.300
500.000
36,46%
Ejecución
2003
2002
2001
EN EJECUCIÓN
2000
Número de
proyectos
Energía
primaria
(tep)
Objetivo del
Plan 2010
(tep)
Cumplimiento
del
objetivo (%)
Bioetanol
1
112.200
400.000
28,05%
Biodiesel
3
126.000
100.000
126,00%
TOTAL
4
238.200
500.000
47,64%
1999
0
25.000 50.000 75.000 100.000 125.000 150.000 175.000 200.000 225.000 250.000 275.000
toe
Comentarios Finales
La biomasa es el energético renovable
más utilizado a nivel mundial
 Fácil de obtener localmente y capaz de
generar electricidad, calor y potencia a
partir de combustibles sólidos, líquidos y
gaseosos que pueden sustituir los
combustibles fósiles importados
 Es una fuente de energía neutral respecto
a las emisiones de CO2 pueden ayudar a
mitigar el cambio climático

ENERGÏAS RENOVABLES
BIOMASA
INTERNATIONAL SEMINAR ON BIOENERGY AND
SUSTAINABLE DEVELOPMENT
FAO/UNAM/ANES/LAMNET
Morelia, 2003
Bioenergy in Brazil
Luiz Augusto Horta
Nogueira
Universidade Federal de
Itajubá
Minas Gerais - Brazil
Bioenergy in Brazil
Contents




Brazil: background
Brazil: energy and bioenergy data
Traditional and innovative uses of
bioenergy
Modern bioenergy systems in Brazil
 Biofuels
 Electricity from biomass
 Iron production based on charcoal


Institutional aspects
Final comments
Brazil: background








Surface: 8.54 million km2 ( 73% potentially arable)
Climate: mainly tropical wet
Population: 170 million inhabitants (~20% rural)
Life expectancy: 68.8 years
Illiteracy: 9.5%
Unemployment: 7%
GDP: US$504 billion
8% agriculture
35%
industry
57%
services
Income distribution
1% goes to 50% poorest
13% goes to 1% richest
Brazil: energy balance syntesis
million tep
160
140
120
100
80
60
40
20
0
1985 1987 1989
Other renewable
Sugar cane products
Fuelwood
Hydraulic
Other non-renewable
Natural gas
Petroleum
1991
1993
1995
1997
1999
2001
100%
Other renewable
Sugar cane products
80%
Fuelwood
60%
Hydraulic
40%
Other non-renewable
20%
Natural gas
0%
1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001
Petroleum
Source: BEN/MME, 2002
Brazil: bioenergy demand
50000
1000 tep
Ethanol
40000
Charcoal
30000
Industrial by-products
20000
Bagasse
10000
Fuelwood
0
1985
1989
1993
1997
2001
100%
Biofuels are
becoming “modern”
and diversified
80%
M o d e rn B io m a s s / T o t a l B io m a s s
60%
40%
20%
B io m a s s s h a re in t o t a l e n e rg y d e m a n d
0%
1985
1990
1995
2000
Source: BEN/MME, 2002
Brazil: bioenergy demand
Sectorial demand
40000
1000 tep
Industry
Transport
30000
Agriculture
20000
Services
Residential
10000
0
1985
1989
1993
1997
2001
Industrial demand
25000
1000 tep
Food and beverage
Pulp and paper
20000
Ferrous metals industry
15000
Ceramics
10000
Other
5000
0
1985
1989
1993
1997
2001
Source: BEN/MME, 2002
Brazil: bioenergy demand
0,10
Evolution of
demand with GNP
tep/1000 US$
fuelwood and charcoal/GNP
ethanol and bagasse/GNP
0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
1984
tep/pers on
res idential fuelw ood
250
1987
1990
1993
1996
1999
m odern biom as s
200
Evolution of
demand with
population
150
100
50
0
1984
1987
1990
1993
1996
1999
2002
Source: BEN/MME,
2002
Brazil: energy balance trends
From the past decades to the current situation, one
observes that:
 biofuels represents about 1/3 of total energy
demand in Brazil
 due to urbanization, fuelwood as fuel for cooking in
households is losing importance
 modern bioenergy is increasing its role in industry
and transportation, mainly from sugarcane
 even with the partial recovery of conventional fossil
fuels in the Brazilian energy matrix, biofuels will keep
a significant share
Traditional and Innovative uses
of Bioenergy
F u el
su p p ly
T yp ic al en d
u s ers
C o n vers io n
tec h n o lo g y
E co n o m ic
as p ec ts
E n viro n m e n tal
im p a cts
H ous eholds
T rad itio n al
C ollection
In n o vative
P lante d
m aterial o r
agroin dustrial
resid ues
T radition al
indus try
S im ple an d
inefficient
N o p rices
C an be preda to ry
E fficient,
com ple x
and
integ ra ted
P rices an d
costs
k now n
P oten tially
im porta nt, du e
inten sity and
proc ess
T rans portation
P ow er
gen eratio n
A groindu stry
Although modern bioenergy tends to displace
the traditional one, this trend should be
supported by proper social, environmental and
technical guidelines...
The two worlds of bioenergy...
45
G J/capita
40
35
30
25
developing countries
20
developed countries
15
10
5
0
10
100
1,000
10,000
100,000
US$/c apita
Woodfuels demand vs. GNP per capita
Source: WEIS/FAO,
Modern bioenergy systems
in Brazil
Biofuels for automotive engines
(ethanol, ethanol blends and biodiesel)
Power generation using fuelwood,
bagasse and other residues (IPP and
cogeneration)
Iron and steel production using
charcoal from forestry
Alcohol from sugar cane

Basic data
 4,5 million ha planted for cane
(0.8% of agricultural land)
 55% of cane is crushed for ethanol
in more than 300 mills
 the recent harvest of 300 million
ton is producing about 13 billion
liters of ethanol, 60% in São Paulo
State
 about 610 thousand people work
directly in ethanol and sugar
production
Alcohol from sugar cane

Technical parameters
 Average productivity (in São Paulo)
agriculture : 70 ton/ha
industry
:
85 liters/ton
 Bagasse production (with 50% moisture, per ton of cane)
total
:
250 kg/ton cane
surplus
:
up to 30% plus 140 kg as
tops and leaves (“barbojo”)
 A typical mill annually processes 1 million ton of
cane and costs about US$25 million
Alcohol from sugar cane

Evolution
•Proalcool: National Alcohol Program, launched in 1975
•Started with limited fleet  converted motors and
blends with gasoline  ethanol new cars (since 1979)
•After some years of low performance, the interest in
ethanol returns
700
600
Sales of vehicles
(thousands)
%
100
80
500
400
60
300
40
200
4.3%
1.4%
100
0
20
0
1976
1980
1984
1988
1992
1996
2000
Source: ANFAVEA, 2002
Alcohol from sugar cane
 Brazilian automotive fuels
•Nowadays in Brazil, in the gas stations there are only
two different fuels for Otto motors:
• Gasohol (sold as regular (IAD 87) and super (IAD 91))
• Hydrous ethanol (94.5 %)
•The anydrous ethanol content in gasohol varies
according to availability
25%
20%
15%
10%
Ethanol content in
gasohol
5%
0%
1974
1978
1982
1986
1990
1994
Source: BEN/MME,
1998
2002
Alcohol from sugar cane

Energy balance in ethanol production
A ve ra g e
B e s t va lu e s
E n e rg y d e m a n d (M J /to n c a n n e )
A g ric u ltu ra l a c tivitie s
In d u s tria l a c tivitie s
1 8 9 .9
1 7 5 .5
4 6 .1
3 6 .4
1 9 9 6 .4
2 0 4 5 .3
1 7 5 .1
3 2 8 .5
9 .2
1 1 .2
E n e rg y p ro d u c tio n (M J /to n c a n n e )
E th a n o l p ro d u c e d
B a g a s s e s u rp lu s
O u tp u t/In p u t
This agroindustry is very efficient, mainly
due to the high photosynthetic efficiency
of sugar cane, by-products availability and
residues recycle
Source: Macedo, 2002
Alcohol from sugar cane

Agrochemicals demand
16
C anne
C orn
12
S oy bean
8
4
0
herbic ides
(k g/ha)

ins etic ides
(0.1 k g/ha)
fertiliz ers
(100 k g N P K /ha)
planted area
(m illion ha)
Production costs
In mills of good performance from São Paulo
State, ethanol production costs are under US$
0,20 per liter (ex-taxes)
Source: Macedo, 2002
Alcohol from sugar cane

Ethanol prices
0,40
U S $/l
A n id ro u s
Hyd ro u s
B re n t d a te d
0,30
0,20
0,10
0,00
Mai/02
S et/02
D ez /02
Mar/03
80
Ethanol and
oil prices at
producer gate
(ex-taxes)
Jun/03
(% )
70
Ethanol/gasohol
prices ratio in
gas stations
60
E t h a n o l/ G a s o lin e
50
Jan/02 Mar/02 Mai/02
Jul/02
S et/02 Nov/02 Jan/03 Mar/03 Mai/03
Source: ANP,2003
Alcohol from sugar cane
New trends
- Diversification
many schemes integrating energy and
food (sugar, grains and meat) have been
proposed 1 2
G an ancia total, U S $/tc

10
8
6
4
2
0
N o d iv e rs if ic a d o
D iv e rs if ic a d o
D iv e rs if ic a d o
TCP
TEC - 2
B IG G T
G a n a n c ia n e ta p o r c e b a d e g a n a d o
G a n a n c ia n e ta p o r v e n ta d e a lc o h o l
G a n a n c ia n e ta p o r v e n ta d e a z ú c a r y m e la z a
G a n a n c ia n e ta p o r v e n ta d e e le c tr ic id a d
Source: Silva e Nogueira,
Alcohol from sugar cane

New trend Flexfuelcars
Make possible the use of any blend of
gasoline-ethanol in the same engine, with
good performance and under the allowed
emission limits
1st Brazilian
flexfuel vehicle,
in the market
on March 2003
Source: VW Brasil, 2003
Alcohol from sugar cane
 Sustainability
With a good energy balance, relatively low
use of chemicals, competitive prices and
social acceptance, ethanol fuel production
from cane is an example of a real
sustainable bioenergy system.
 Related
questions...
Pre-harvest
burning ban and
“barbojo” use
Mechanical
harvest expansion
New Biofuels in Brazil

Alcohol-Diesel blends
Some experiences have been carried out
(buses in Curitiba) using blends of diesel with
up 8% of ethanol and a co-solvent. No
conclusive results yet.

Biodiesel
Brazil is a large oil seeds producer (50 Mton
of soybean in 2003), so there is great
interest in developing methyl or ethyl esters
for fossil diesel substitution. Some tests have
been done and a Brazilian specification has
been proposed. High costs remain a
problem.
Electricity from biomass



Steam plants fuelled by wood were the first
prime movers for power generation in Brazil,
early replaced by hydro stations
Nowadays, new routes to use biomass solid
fuels in power generation seem to be feasible
and attractive
Current possibilities...

Utility generation X Self production

Steam cycles X Gasified biomass cycles

Single cycle X Cogeneration

Planted biomass X Residues utilization
Electricity from biomass
In
the industrial context
In this situation, the biomass use for power
generation is increasing in Brazil, aiming to
produce electricity up to self sufficiency or
with low surpluses. The cycle is selected just
for power or for cogeneration. As fuel,
always is burned residues (bagasse, wood
industry residues, rice husks or cellulosic
black liquor).

As IPP or Utility Power generation
In this context bioenergy for power remains
a possibility, depending basically on the
availability of cheap fuels or good tariffs.
Electricity from biomass
Power Plants (all kinds)
2%
Thermal
19%
Small Hydro
Total installed capacity
Hydro
1%
83,420 MWe
Nuclear
Thermal installed capacity
15,400 MWe
78%
Thermal Power Plants
Fuel
Pow er
P la n ts
C a p a c ity
(k W )
%
O il a n d c o a l
500
1 2 .5 0 3 .6 6 0
8 1 ,1 5
B io m a s s
212
2 .4 0 0 .2 4 7
1 5 ,5 8
O th e r
13
5 0 3 .8 8 0
3 ,2 7
T o ta l
725
1 5 .4 0 7 .7 8 7
100
Source: ANEEL, 2003
Electricity from biomass
Biomass Power Plants
Wood Residues
3%
Bagasse
30%
Rice husks
Black Licor
1%
66%
2,400 MW
Fuel
W o o d re s id u e s
Bagasse
R ic e h u s k s
B la c k liq u o r
B io g a s
T o ta l
Pow er
P la n ts
C a p a c ity (k W )
%
11
7 8 .2 0 0
3 ,2 6
184
1 .5 8 2 .4 0 7
6 5 ,9 3
3
1 4 .4 0 0
0 ,6
13
7 2 5 .2 1 0
3 0 ,2 1
1
30
0
212
2 .4 0 0 .2 4 7
100
Source: ANEEL, 2003
Electricity from biomass
Biomass Power Plants
(examples)
Sugar mills
Burning bagasse as fuel in steam cogeneration
schemes, with capacities ranging from 5 to 60 MW, the
power production in such plants has been improved as
the steam condition increases, allowing high surplus of
energy to be exported to the grid. These systems have
been designed and built in Brazil, fostering the
associated industry. Prof. Moreira from CENBIO
estimated around 3,8 GW as the total potential to be
developed in conventional cogen systems in this sector.
The capacity costs vary from 600 to 1200 US$/kW.
Electricity from biomass
Biomass Power Plants
(examples)
Sawmills
With capacities going from 1 to 30 MW, many
small steam plants have been built associated to
sawmills, generating power and useful waste heat.
They usually operate interconnected to the grid,
using their own wood residues or taking from
other neighbour sawmills.
Madeireira S.J. do Rio Claro
9 MW, ~ 66 GWh/year (85% sold to utility),
capital cost of approx. US$ 7 million
Source: Koblitz, 2003
Electricity from biomass
Biomass Power Plants
(examples)
Rice mills
Mainly located in the South of Brazil. Some rice
mills are recently using their residues (rice husks)
to produce power. One example, Indústria de
Alimentos Zoeli, in Uruguaiana, has 8 MW as
installed capacity, exporting 6 MW to the utility.
The investment was about US$ 4 million. Two
Brazilian EPC companies, Koblitz and Brennand,
are very active in this field, with more than 1 GW
of installed/designed biomass thermal plants.
Electricity from biomass
New possibilities in
Biomass Power Plants
Reciprocating Stirling
Engine
Unit in test at UNIFEI (in cooperation with Technical
University of Denmark), in
commissioning, to be fuelled
with wood residues,
Electricity from biomass
New possibilities in
Biomass Power Plants
Integrated Biomass
Gasification and Gas Turbine
Experimental Unit at UNIFEI, with
fluidized bed gasifier, designed for
bagasse, 245 kWth, approx. 40 kWel ,
75% hot efficiency
Iron production based on charcoal
 Basic data
 in Brazil, since 1920 steel has been produced using
charcoal
 7,8 million ton of pig iron were produced in 2001
using charcoal from eucaliptus planted forests
 about 240 thousand people work directly in forestry
and charcoal production related to metals industry
Source: Campos,
Iron production based on charcoal

Technical parameters
 Apparent density (for eucaliptus)
wood in piles:
0,62 ton/stereo
charcoal
0,25 ton/m3
:
 Charcoal from wood conversion ratio(typical)
0,50 m3 charcoal per fuelwood stereo
 Charcoal specific consumption in iron ore reduction
2,9 m3 charcoal per pig iron ton
Source: Campos,
Iron production based on charcoal
Evolution of charcoal use and
production
charcoal

c harc oal produc ed (1000 m 3)
% of c harc oal produc ed from planted fores ts
32.000
80%
24.000
60%
16.000
40%
8.000
20%
0
production
0%
1991
1993
1995
1997
1999
2001
pig iron produc tion bas ed on c harc oal (1000 ton)
% of c harc oal us e in total pig iron produc tion
charcoal
use
8.000
40%
6.000
30%
4.000
20%
2.000
10%
0
0%
1992
1994
1996
1998
2000
Source: ABRACAVE,
Iron production based on charcoal
 Forestry for energy
 In Brazil about 4.8 million ha are covered with planted
trees. For energy, mainly eucaliptus is adopted
 The selected Eucaliptus species are Camaldulensis,
Grandis, Cloesiana, Urophylla and Pellita, among other
 There is good expertise in forestry. Aiming to produce
charcoal, about 50 thousand ha are planted every year
for replacement of aged forests, in Minas Gerais State
dry fuelwood productivity:
typical: 9 ton/ha.year
best values: 14 ton/ha.year
Source: Couto, 2002
Iron production based on charcoal

Impact of forestry for energy
Besides the
absence of sulfur
and related problems,
charcoal in steel mills
has an important
environmental effect:
per each ton of steel
produced, the charcoal use
sequester about 16,4 ton of CO2 ,
while for coke 1,65 ton of CO2 is
added to atmosphere
Source: Campos,
Iron production based on charcoal

Carbonization process
Traditional kilns
Modern kilns
4,4 ton wood/ton
charcoal
3,6 ton wood/ton
charcoal
Source: Campos,
Iron production based on charcoal

The dark side of charcoal production
Piquiá, 1984
Piquiá, 2000
Although in Minas Gerais State, due to
environmental restrictions, almost just planted trees
are cut for charcoal production, in Northern Brazil
the expansion of pig iron production has caused
serious damage to the Amazonic forest
Source: CNPM/EMBRAPA,
Iron production based on charcoal

The dark side of charcoal production
Charcoal production is generally
associated to very bad working
conditions, children labour and
slavery. These worrying features are
not intrinsic to charcoal production.
In many cases they were eliminated.
Institutional aspects
Even without a clear definition of an institution
responsible for bioenergy promotion and
monitoring in Brazil, all mentioned programs
have been granted a strong assistance from the
Brazilian government, both through financial
and tax special schemes, and R&D support.
However, the lack of continuity in this
assistance is a frequent complain.
Examples of the government role could be given
as the implementation of Proalcool and the
establishment of energy forests by the FISET
scheme.
Institutional aspects
A recent initiative in supporting bioenergy is the
PROINFA - Programa de Incentivo às Fontes
Alternativas de Energia Elétrica (Law 10.438, 2002),
aiming to promote the construction of power plants using
renewable energy, with 15 years PPA´s assured for
Eletrobrás.
Particularly for biomass, PROINFA proposed to add
1100 MW (7 TWh/year) until 2006 and more 6500 MW
(40 TWh/year) until 2016, reaching with renewable
sources about 10% of the incremental capacity. A
preliminary suggestion for biomass electricity supply
tariff is about 48 US$/MWh.
Final comments




In the Brazilian energy matrix, modern and
conventional bioenergy have an important
share
Bioenergy played and will be playing an
essential role in getting sustainability for the
Energy Sector, as could be seen in the alcohol
program, in several power plants fuelled by
biomass and in iron production using charcoal
The Government support and assistance is
crucial for developing bioenergy
It is very important to consider the social
impacts and environmental constraints to
develop sound bioenergy systems
Annex - Forestry for bioenergy and climate
change
Relative value of area to be annually
reforested to offset 15% of expected reduction in
carbon emission of Annex I countries
1.6 % o f d efo restatio n area in d evelo p in g co u n tries
10.8 % o f area u n d er fo rest fires in d evelo p in g co u n tries
7.9 % o f refo restatio n in d evelo p in g co u n tries
5.5 % o f g lo b al effo rt in refo restatio n (e x c l.R u s s ia n F e d e ra tio n )
Annex - Forestry for bioenergy and climate
change
Passive and active carbon fixation in forests
300
ton dry matter/ ha
250
Forest only for carbon sequestration
Accumul. total, Forest for energy
200
Above ground, Forest for energy
Below ground, Forest for energy
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60 year 70
Annex - Forestry for bioenergy and climate
change
Carbon substitution effect of wood energy
600
t C/ ha/ year
Carbon substitution as fuelwood
500
Carbon sequestered below ground
400
Carbon sequestered above ground
300
200
MAI: 12 ton dry matter/ ha/ year
rotation: 5 years
100
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80 year 90
Annex - Forestry for bioenergy and climate
change
Comparison of forestry for carbon emissions
curb in power generation
Carbon sequestration
CO2
co a l
CO2
a C o a l P o w er P la n t (1 M W ) o p era tin g 3 0 y ea rs req u ires
4 8 1 h a o f p erm a n en t fo rests to seq u ester C O 2 em issio n
F uelw ood
a B iom ass P ow er P lant (1 M W ) requires 507 ha of
production forests, w hich can offset carbon em ission
of this plant and m ore a C oal P ow er P lant w ith
0.28 M W , due sequestration effect
Carbon sequestration
and substitution
Sources of information
Main references from:
Eucaliptus/woodfuel production: Couto, Laércio
Charcoal production and use: Campos, Omar
Power generation/gasification: Lora, Electo S.
Sugarcane/alcohol: Macedo, Isaías
Institutional aspects: Poppe, Marcelo

Some reference institutions:
ABIOVE - Vegetable Oil Industry Association
CENBIO - National Reference Center on Biomass
CETEC - Technology Institute of Minas Gerais
EMBRAPA - Brazilian Agricultural Research Corporation
ÚNICA - Sugar and Alcohol Industry Association
UNIFEI - Federal University of Itajubá

Descargar

Especialista Universitario en Energías Renovables Biomasa