grupo de aviación, ingeniería y arquitectura
1. Introducción La denominación Biocombustibles se aplica genéricamente a cualquier combustibles derivado de la biomasa, es decir, masas vegetales no fosilizadas (el petróleo y el carbón son masas vegetales fosilizadas a lo largo de millones de años). En concreto, el Biodiesel es el combustible fabricado a partir de diferentes aceites, en su inmensa mayoría de origen vegetal, aunque en ocasiones también extraídos de animales, y que presenta unas características tan similares al diesel convencional que permite su uso en motores diseñados para funcionar con éste.
Figura1. Materia Prima Biomasa. Por tanto, al hablar de biodiesel nos referimos a un combustibles no basado en el petróleo y que funciona (bien en mezcla o bien en sustitución del tradicional) en los motores diesel convencionales sin introducir ningún cambio en los mismos. Químicamente, el biodiesel es un metil (en ocasiones etil) éster de cadena corta, obtenido mediante la transesterificación de ácidos carboxílicos combinados formando triglicéridos, como hemos dicho, fundamentalmente de origen vegetal (aunque a veces es obtenido también de productos animales como el aceite de pescado)
grupo de aviación, ingeniería y arquitectura
Respecto a las ventajas medioambientales, el biodiesel, a diferencia del diesel convencional, es biodegradable y no tóxico. En el ciclo completo de obtención del producto y su combustión, emite en torno a un 60% menos de dióxido de carbono, como es sabido, el principal gas causante del efecto invernadero y del calentamiento global. Además, reduce enormemente o anula las emisiones de otros gases (como el dióxido de azufre) y partículas muy contaminantes- en algunos casos cancerígenas- que se producen en la combustión del diesel derivado del petróleo.
Figura 2. Ciclo renovable del Biodiesel.
grupo de aviación, ingeniería y arquitectura
2. Estado del arte Las materias primas para la obtención del biodiesel son, como se ha mencionado, aceites, obtenidos de una gran variedad de plantas oleagionsas. La mayor preponderancia de una u otra en cada lugar del mundo viene dada, fundamentalmente, por la tradición de cultivo y climatología. En cualquier caso, los aceites más usados para la obtención de biodiesel son extraídos de la semilla o el fruto de plantas como el girasol, colza (estos los más importantes en Europa), palma (el líder indiscutible en climas cálidos), soja y otros de introducción más reciente como la jatropha curcas. En un futuro a medio plazo quizá podamos contar con una gran presencia de aceites actualmente en fase de estudio por todo el mundo con muy buenas perspectivas, como las microalgas (GAIA también realiza actualmente I+D en este campo en colaboración con universidades españolas).
Figura 3. Planta Biodiesel. En el escenario actual de precios del petróleo (rozando incluso los 100 dólares/barril algunos tipos de crudo), con la cada vez mayor conciencia social hacia el medioambiente en los países más desarrollados y , sobre todo, la incertidumbre que crea en la economía la enorme dependencia energética exterior de las potencias mundiales (UE, USA, Japón) y de los países con mayor tasa de crecimiento (India, China) la apuesta gubernamental por los biocombustibles es firme en prácticamente todo el Mundo.
grupo de aviación, ingeniería y arquitectura
Al tiempo, es necesario señalar que el crecimiento del negocio de los biocombustibles, siempre que se gestione sostenidamente, reactiva enormemente el sector agrícola en los países donde se produce. Esto añade a los beneficios anteriores, una distribución de la riqueza y un aumento del nivel de vida en prácticamente todo el mundo, pues, como se ha dicho, hay cultivos agroenergéticos suficientes para cubrir la diversidad climatológica de todas las zonas agrícolas mundiales. Por todo el Mundo, cada vez más Gobiernos están promulgando leyes relativas a la obligación de introducción de cierta cuota de biocombustibles en el Mercado del combustible tradicional, a través de la exigencia cada vez mayor de porcentaje de mezcla de biocarburantes en el combustible fósil. Por ejemplo, en la Unión Europea de los 27 (con más de 400 millones de habitantes), esta cuota, igual para el bioetanol y el biodiesel, es de un 5,75% en 2010 y un 10% en 2020. Hay que señalar que éstas son exigencias mínimas, que son superadas en numerosos casos por la legislación interna de cada Estado. Este es el caso de Alemania, que impone una cuota interna del 20% para 2020 tanto para biodiesel como para bioetanol. Aunque la cuota de mezcla exigida para biodiesel (en diesel) y bioetanol (en gasolinas) sea la misma en la UE, la gran diferencia en consumo interno de diesel respecto a gasolina (ha de tenerse en cuenta que el parque automovilístico europeo está en un 75% compuesto de vehículos diesel y que la tendencia se mantiene) hace que se precise mucho más biodiesel. Así, ante este panorama de petróleo cada vez más caro y escaso y la imposibilidad de solventar a corto e incluso medio plazo los serios inconvenientes en cuestiones tan importantes como seguridad o logística que presenta el uso de hidrógeno en vehículos, los biocombustibles se presentan como la única alternativa viable al petróleo corto y medio plazo en el sector del transporte. Dentro de los biocombustibles líquidos, y siendo ambos necesarios, es importante hacer hincapié en que los motores diesel pueden funcionar con altas proporciones de biodiesel o incluso biodiesel puro, sin modificaciones en el motor, mientras que en el caso del bioetanol, los motores de gasolina (ciclo Otto) actuales no aceptan más de un 5 o 10% de bioetanol en mezcla directa, siendo preciso recurrir a los innovadores motores flexifuel (in prácticamente presencia en el mercado) para poder funcionar con mezclas de hasta 85% bioetanol (combustible llamado E85)
grupo de aviación, ingeniería y arquitectura
3.
Tecnologías en Biodiesel.
A fin de fabricar un biodiesel que cumpla escrupulosamente los requerimientos que imponen a los productores tanto los Gobiernos como los fabricantes de vehículos, es de capital importancia contar con tecnologías de primer nivel en todo el proceso, desde la extracción del aceite y pretratamiento hasta la transesterificación. Éste es el motivo por el que en GIA solamente trabajamos con los fabricantes de proceso líderes en el mercado mundial, con tecnologías ampliamente contrastadas científica y experimentalmente. En la Unión Europea, la norma EN14214 recoge los parámetros que ha de cumplir el biodisel para poder comercializarse en sus Estados miembros fija estrictos requisitos de tolerancia en 25 parámetros físico-químicos distintos del producto. Como se puede comprobar, producir biodiesel es un complicado proceso tecnológico .El aparentemente simple principio químico de la reacción hace que numerosas compañías consideren la obtención del metiléster como poco más que una sencilla mezcla de triglicéridos (ésteres de la glicerina) con metanol, usando hidróxido sódico o potásico como catalizador en un tanquereactor. En estas circunstancias, es realmente común encontrar empresas que ofrecen biodiesel que nunca podrá cumplir las exigencias de un sector cada vez más estrictamente regulado. Por norma general estas compañías garantizan el cumplimiento de normas como la mencionada EN14214 aunque, realmente, sus productos no son aceptados por el mercado, pues la supuesta garantía no es tal y suelen ocasionar en los motores fenómenos tales como la obstrucción de inyectores por engomado, etc. GAIA trabaja solamente con los mejores fabricantes de líneas de proceso. Dependiendo del tamaño de la planta (en toneladas/año de producción de biodiesel) , la material prima disponible y otros factores, se selecciona para la fase de transesterificación el mejor tecnólogo entre marcas como Lurgi, Desmet, Westfalia, Biodiesel Technologies etc.
grupo de aviación, ingeniería y arquitectura
1.
Un diseño para cada necesidad.
La tendencia actual en el Mercado del biodiesel es hacia industrias flexibles y globales, las cuales aúnan todas las etapas desde la recepción del grano o fruto (con capacidad para funcionar con diferentes materias primas en función de las condiciones del mercado) hasta la salida del biodiesel y demás subproductos En GAIA consideramos la planta de biodiesel como una refinería, puesto que además del producto principal, se obtiene toda una serie de subproductos muy cotizados en el mercado. Además, en función de la relación entre el precio del aceite y el del biodiesel (o el petróleo, en un escenario de competencia directa) la refinería trabajaría produciendo simultáneamente aceite y biodiesel, en diferentes proporciones. Como es bien sabido, aceites como el de girasol, o incluso colza, tienen actualmente elevados precios en las lonjas internacionales. Al margen de esto, es importante hablar de la glicerina. Cada refinería de aceite/biodiesel produce un 10% de glicerina respecto de la cantidad total de biodiesel producido, como un producto inherente a la propia reacción de transesterificación. La glicerina siempre ha sido un producto muy cotizado en la industria cosmética, farmacéutica , etc. Si bien, hace unos meses se produjo una saturación del mercado por el auge de plantas de biodiesel en todo el mundo, actualmente nuevos usos y aplicaciones de la glicerina la han vuelto a convertir en un producto muy apreciado, sobre todo al nivel de pureza farmaceutico. Es por esto que proponemos, a la salida de la transesterificación, incluir una unidad de tratamiento de la glicerina para elevarla a este nivel de calidad tan cotizado en el mercado.
Figura 4. Planta Biodiesel
grupo de aviación, ingeniería y arquitectura
Otro producto muy valorado y que se produce también, aunque en pequeñas cantidades, en el tratamiento del aceite previo a la transesterificación, son los esteroles. Según el Comité Científico de la Alimetación Humana el consumo de entre 1 y 3 gramos de esteroles al día reduce el colesterol LDL (llamado colesterol malo) en torno a un 10%.Esto ha originado un gran interés en estos productos por parte de las sociedades desarrolladas. Como prueba de ello la Unión Europea aprobó la adición de esteroles a productos alimentarios como la leche, yogures, margarinas, bebidas etc que se anuncian como reductores del nivel de colesterol. En la misma línea, es posible y enormemente rentable la extracción de los tocoferoles (pertenecientes al grupo de las llamadas Vitaminas E) presentes en los aceites, para su comercialización como antioxidantes. En el esquema 1 se puede observar un diagrama de los flujos de estas refinerías de aceite/biodiesel .
Esquema 1.
grupo de aviación, ingeniería y arquitectura
Una vez expuesta la visión que en GAIA se tiene de lo que es una planta de biodiesel, nos ofrecemos para realizar la ejecución, en la modalidad Llave en Mano, de esta industria. Contratada la ingeniería de proceso químico a alguna de las compañías antes mencionadas, en función de las necesidades del cliente, en GAIA nos encargamos de: -Ejecución de la Obra Civil: Proyectamos y ejecutamos todas las construcciones necesarias para la industria, estructuras metálicas de sustentación de equipos, el edificio de oficinas de gestión de la planta y áreas de personal, cimentaciones para el parque de almacenamiento y silos, cubetos, etc -Instalaciones del proceso: Proyectamos la línea de secado y acondicionamiento de la semilla, transporte, conductos y bombas de aceite, terminales de carga y descarga, sistema de inertización de atmósferas, almacenamiento de metanol y subproductos, calderas, etc -Instalaciones auxiliares. Diseñamos, contratamos y dirigimos la implantación de sistemas comunes a cualquier industria química, como son los diferentes sistemas de protección contra incendios, la instalación eléctrica (transformador, cableado ), la parte de control de proceso (Sistemas de control y adquisición de datos, buses de campo, monitorización ), red de agua sanitaria, etc GAIA trabaja en la ejecución de plantas/refinerias de biodiesel como empresa de EPC (Ingeniería, Aprovisionamiento de equipos y Construcción), gestionando el proyecto de forma integrada, a fin de conseguir la mayor Calidad, en los costes más ajustados y sin demoras en los plazos de ejecución. Asimismo, teniendo en cuenta la estrecha relación entre el biodiesel y la agricultura, en GAIA estamos acostumbrados a ofrecer nuestros servicios de consultoría en gestión de cultivos para plantas autoabastecidas. Si ustedes están interesados en el negocio del Biodiesel, estaremos encantados en poner nuestra experiencia y know-how a su disposición. Creemos que la máxima satisfacción se obtiene trabajando conjuntamente con el Cliente desde las primeras fases, identificando sus necesidades y orientándole hacia la solución óptima a sus necesidades, basándonos en nuestro conocimiento del mercado mundial de los biocombustibles y sus materias primas. En GAIA tenemos amplia experiencia en la elaboración de informes técnico económicos de rentabilidad, que permiten al Cliente acometer el proyecto con las máximas garantía para su inversión.
grupo de aviación, ingeniería y arquitectura
PROPUESTA ECONÓMICA PRELIMINAR LLAVE EN MANO A continuación se presenta una propuesta económica orientativa para una planta de producción de biodiesel con capacidad de producción de 50.000 m3/año. La planta definida consta de 6 unidades modulares con capacidad individual de producción de 8.000 toneladas anuales. El uso de 6 líneas en paralelo permite garantizar la continuidad de producción de la planta ante las labores de mantenimiento tanto preventivo como correctivo, sin que por ello se incremente el coste respecto a otras soluciones constructivas. Para plantas mayores, la economía de escala aconseja el uso de unidades modulares mayores. Características generales de la planta:
Capacidad de producción total Número de unidades en paralelo Capacidad unitaria Almacenamiento aceites Almacenamiento de biodiesel Superficie total
48.000 m3/año 6 1.000 l/hora 3 x1.000 m3 3 x 1.000 m3 5.000 m2
Desglose económico de partidas principales:
Sistema transesterificación y tratamiento aceites Parque almacenamiento materias primas y biodiesel e instalaciones Obra civil y nave industrial Estudios, Proyecto, Dirección Obra, Gestión y Beneficio Industrial TOTAL
11.550.000 2.100.000 1.850.000 1.350.000 16.850.000
En la página siguiente puede verse un diagrama con el layout de la planta, incluyendo unidades de proceso, instalaciones auxiliares, terminales de carga, parque de almacenamiento, etc
grupo de aviaci贸n, ingenier铆a y arquitectura