PRIMER FORO IBEROAMERICANO DE CIENCIA PARA LA ENERGÍA
PRODUCTOS DE VALOAGREGADO A PARTIR DE LA CONVERSIÓN DE BIOMASA Y DESARROLLO R TECNOLÓGICO DE GASIFICADORES Dra. Diana López Instituto de Química Universidad de Antioquia
RECURSO HUMANO Docentes-Investigadores: Técnicos de laboratorio: Estudiantes de doctorado Estudiantes de maestría: Estudiantes de pregrado:
7 2 10 2 12
PRODUCCIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA Artículos científicos en revistas especializadas internacionales: 96 Comunicación en congresos, seminarios, charlas: 92 Patentes obtenidas (3), en proceso (4)
Líneas de investigación
Reducción del impacto ambiental causado por el uso de combustibles fósiles Reactividad y conversión de combustibles Catalizadores para la conversión hidrocarburos
de
Productos a partir de la conversión de biomasa • Producción de biodiesel • Aditivos oxigenados a
partir
de
la
conversión del glicerol • Producción de gas de síntesis, H2 y nanotubos de carbono a partir de etanol, biogás y glicerol • Producción de hidrocarburos vía reacción Fischer-Tropsch • Proceso de Gasificación (carbón-biomasa)
PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
Aceite vegetal crudo Semillas Aceite vegetal refinado
Alcohol Oleaginosas
Energía CO2 Vehículos Catalizador
Glicerina
-Industria alimentaria -Industria cosmética
Aceite vegetal crudo Semillas Aceite vegetal refinado
Alcohol Oleaginosas
Energía CO2 Vehículos Catalizador
-Industria alimentaria Glicerina -Industria cosmética
Materias primas
Aceite de JatrophaAceite de palma
Aceite de higuerilla
Reacciones convencionales e in situ Aceite de higuerilla crudo, pre-esterificaci贸n con H2SO4 Transesterificaci贸n con KOH 1% Relaci贸n molar EtOH-aceite 60:1, T = 60掳C Reacciones con EtOH-Hexano. Hexano 20% v/v aceite Aceite nordestina Etanol
Etanol/hexano
Convencional
97.6
97.3
In situ
53.5
42.7
Reacciones bajo microondas Efecto del tiempo de reacción y de la concentración de catalizador en el rendimiento a biodiesel. Aceite de higuerilla refinado, relación molar EtOH-aceite 10:1, T = 60°C Tiempo de reacción (min) 3
5
7
10
0.5
26.5
29.5
29.0
34.3
1.0
57.2
56.0
54.2
70.3
1.5
64.6
61.6
66.3
80.1
Concentración de catalizador (% w/w)
Rendimiento mediante calentamiento convencional 78,6% 60°C, 1.5% KOH, relación molar etanol-aceite 10:1, 1h
Reacciones catálisis heterogénea Aceite de higuerilla crudo Catalizador
Rendimiento
CaO 1%
0.8%
CaO 2% 0.9% CaO 2% - Tratamiento térmico a 800°C 10 % Carbonato de sodio 2% Saponificación Carbonato de Potasio 3% 75% Reacción con aceite de higuerilla crudo - pre-esterificación Catalizador hemimorfita Zn4Si2O7(OH)2∙ H2O 3% T = 90°C, t= 4h Rendimiento: 66.2%
ADITIVOS OXIGENADOS A PARTIR DE LA CONVERSIÓN DEL GLICEROL
Rutas de Valorizaci贸n del Glicerol
Descomposición catalítica del glicerol Gas de síntesis Ni/La2O3 Glicerol
400°C – 700°C
T Condensados de glicerol -H2O
Efecto del aditivo en las propiedades del combustible Ensayo del aditivo en un motor tipo diesel
Aditivo
Nombre
Estructura
Peso molecular g/mol
Nombre
Estructura
Peso molecular g/mol
44
Acido acético
60
Acetona
58
Acido Propiónico
74
Acroleína
56
1,2 propanodiol
76
Metanol
32
1,3 propanodiol
76
Glicerol
92
Acetaldehído
Octaetilenglicol (p.m= 370)
PEG-8 Etanol
46
Hidroxiacetona
74
Conclusiones
Disminuci贸n en el punto de fluidez
Reducci贸n en un 23% del material particulado
Material particulado: Holl铆n HC pesados sulfatos
PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS, H2 Y NANOTUBOS DE CARBONO A PARTIR DE ETANOL, BIOGÁS Y GLICEROL
Biomasa
Biocombustibles Bioetanol
Producción de hidrógeno y nanotubos de carbono
Descomposición catalítica
Glicerol
fo r Re ma
Biogás (CH4/CO2)
Biodiesel do
rm fo Re o ad
Refor mad
o
“bio-gas de síntesis” CO
H2
Bio-Nanotubos
Secuestro de carbono
MĂşltiples aplicaciones Nanotubos/Caucho Nanotubos/Asfalto Nanotubos/Titanio mesoporoso
“bio-gas de síntesis” “bio-compuestos sintéticos” CO
Celdas combustibles Urea
H2
Acrilatos Etilen glicol Acido acético
H2 Gasolina Diesel Alcoholes Vinil acetato
Fischer-Tropsch
CO + H2
Metanol
Etanol CO
DME Gasolina Diesel Olefinas Ácido acético
PRODUCCIÓN DE HIDROCARBUROS VÍA REACCIÓN FISCHER-TROPSCH (FT)
Proceso F-T Carb贸n oo Carb贸n Biomasa Biomasa
Natural gas gas Natural
Sistemas Catalíticos
Óxidos mixtos CoO-MgO
Co/MgO
Selección MgO
Su alta estabilidad térmica Bajo costo
Sistemas altamente dispersos Inhibe la sinterización de las partículas metálicas Evita la deposición de C Estabilidad térmica
Ni/MgO
Evaluación Catalítica en la Síntesis F-T
Condiciones Reducción = 450ºC, 20 mL/min H2 puro, 15 h. Condiciones Reacción F-T = 270ºC, H2/CO = 2, 20 mL/min syngas.
48h
Estado Estable
Alta estabilidad (150 h)
Selectividad
Baja selectividad a la formación de ceras, con respecto a lo esperado para catalizadores de Co Interesante fracción C5 – C11 (rango gasolina)
PROCESO DE GASIFICACIÓN (CARBÓN-BIOMASA)
Usos potenciales del gas de síntesis
Químicos
CO H2
Amoniaco, Metanol, Hidrógeno
Combustibles líquidos
Diesel, Gasolinas
Combustibles gaseosos
Gas natural sintético
Ciclos de generación
Electricidad, Vapor
Aplicaciones en Energía Térmica Ladrillera San Cristóbal S.A: Combustor-Gasificador: 160 kg/h con más de 6 años en operación continua. El gas de combustión (20000 m3 a 200ºC) se diluye con aire y se utiliza para secar ladrillos. Ahorro entre 25-30% (Patente nacional). Gasificador acoplado a un horno de producción de ladrillos: 700 kg/h. El gas producido se quema dentro del horno. Se mejoró la calidad del producto pues antes quemaban carbón y las cenizas se impregnaban en el ladrillo y lo manchaban (2 años en operación). Cementos Argos S.A.: Diseño de un gasificador de 3400 Kg/h. Energía utilizada directamente en el horno.
Aplicaciones en Energía Eléctrica •
• •
Colciencias-CIIEN: Gasificador 5 kg/h de mezclas carbón/biosólidos de la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Medellín (solicitud de patente). Fase II: 5 ton seca/día. Evaluación con cascarilla de arroz, bagazo de caña, cuesco de palma. CYTED: Prototipo de generación de energía eléctrica y térmica en núcleos aislados de Iberoamérica mediante hibridación (Biomasa/Solar). 40 kW. Colciencias-ISAGEN: Gasificador 15 Kg/h en lecho fluidizado a alta presión (30 atm y 1000 ºC). (Solicitud de patente). Fase II: 1 ton/día. Ventaja: sale un gas con presión suficiente para la limpieza del gas y poder usarlo de manera eficiente en una turbina.
Estudio y diseño de un sistema de generación de energía eléctrica a partir de la gasificación de madera en zona rural del municipio de Necoclí (Chocó). Financiado por el IPSE.
Lo que se encontró… Gran deposición de madera en las playas
del municipio Usos de la madera para cercar terrenos Quema de la madera en la playa y en el terreno destinado para ello Contrabando de energía Peligros por las instalaciones Los aserríos generan pequeñas cantidades de desperdicios
Fundaci贸n CARTIF 9 - 13 junio 2008
Estrategia Cuantificación de la madera que llega a las
playas Clasificación de la madera Condiciones de la madera Reconocimiento del sistema de gasificación Evaluación energética de la madera de Necoclí Diseño del proceso
Áreas de recolección – SIG. 17.73 Km. de aproximadamente.
playa
1.Ceibita: 1.5 Km. 2.Totumo: 4 Km. 3.Casa blanca: 1Km. 4.Cabecera Mpal: 3.1 Km.
Área total de muestreo: 9.6 Km.
Tecnología Capacidad de generación: 40 kWe Brutos 35 kWe Netos Requerimientos: Madera 3.5 x 3.5 x 5 cm 80 kg/h de madera Humedad <20% Gasificador en lecho fijo:
DOWNDRAFT (India)
ADECUACIONES
ARMADO - FILTROS
ARMADO – MOTOR-GENERADOR
Gasificación Gasificación
Carbón Carbón Co-gasificación Co-gasificación
Biomasa Biomasa
Proyectos 2011-2015 Producción de hidrocarburos vía licuefacción hidrotérmica
de biomasa. Producción de dimetileter (DME) a partir del gas de síntesis. Producción de metano a partir del gas de síntesis. Pre-tratamiento de biomasa: líquidos iónicos y microondas. Producción de monolitos de carbono a partir de la torta de higuerilla y jatropha para la adsorción de contaminantes. Producción de estruvita (fertilizante) a partir de los diferentes procesos en una planta de tratamiento de aguas residuales.
www.wix.com/quirema_udea/quirema dplope@gmail.com
COMPOSICIÓN DE LOS GASES OBTENIDOS 50.0 Composición gas (%v)
45.0 40.0 35.0 30.0
CO
25.0
CO2
20.0
H2
15.0 10.0 5.0 0.0
Aserrin
Cisco
Cascarilla