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Remoción fotosintética de dióxido de carbono mediante microalgas: una atractiva alternativa para aumentar el poder calorífico del biogás.
Temuco, 2 de Julio del 2014
Universidad de la FronteraFacultad de Ingeniería Ciencias y Administración
Departamento de Ingeniería Química
José Salvador Molina QuitralIngeniería Civil Ambiental
Leslie Meier Figueroa UFRO 2011
Contenidos Objetivo general:
Biogás como biocombustible Fuente de energía Generación Necesidad de purificación Remoción de CO2
Objetivo Específico Microalga como organismo fijador y transformador de CO2 Alternativas para la biomasa producida Limitaciones Sistemas de cultivo
Bioenergías
Renovables
Amigables con el medio ambiente
Reducen emisiones de efecto invernadero
Independencia de combustibles fósiles
Oportunidad de negocio
Biogás Combustible generado por fermentación anaerobia de desechos
orgánicos de origen animal o vegetal.
pH: 7T°: 30-35°C
Fuente de energía Compuesto principalmente por metano (50-75%) y CO2 (25-
45%) Combustión mas eficiente que combustibles líquidos o sólidos. Puede tener lo mismos usos del gas natural.
USOS: Generación de calor
Generación de vapor
Generación electricidad
Combustible vehicular
Durante el año 2007 en la Unión Europea, la producción de calor a fue de 357 ktoe y la producción de electricidad 19.937 GWh.
Parque eólico Glasgow, EscociaCapacidad instalada: 322 MWSuperficie: 5500 ha
Parque solar fotovoltaico Capacidad instalada: 100 MWSuperficie:280 ha
Torres de SegreCapacidad15.000 m³ cultivos energéticos25.400 m³ residuos orgánicos
Reactores2 digestores 4.500 m³1 digestor 3.700 m³
Capacidad instalada Eléctrica: 2,4 MWTérmica: 2 MW
La FarfanaCapacidad: 50.000-60.000 m³ biogásAbastece a mas de 100.000 habitantes RM
Purificación del biogás
Aplicación H2S CO2 H2O
Caldera <1000 ppm No No
Cocina a gas Si No No
Motor estacionario
<1000 ppm No Sin condensación
Combustible vehicular
Si Si Si
Redes de gas natural
Si Si Si
1) Para lograr un buen desempeño del biogás.
2) Permite la obtención de un gas con una alta concentración de metano.
3) Remueve componentes que puedan provocar problemas operacionales.
Inyección a la red de gas naturalCanadá exige una concentración < 8%, Suiza < 6% y Francia < 2% para ser inyectado a la red de gas natural
Gas natural 9.300 kcal/m³
Método Descripción Pureza CH4 Costo (euro/Nm3)
Absorción en solventes
Flujo de gas en contracorriente con flujo de agua o solvente orgánico.
98 0,13-0.17
Adsorción por cambio de presión
CO2 se adsorbe con carbón activado o con tamices moleculares a elevada presión. C
98 0,25
Separación por membrana
Separación por diferencia de tamaño en moléculas. Puede incluir solventes
89.5 0,12
Separación criogénica
Basado en diferencia de puntos de ebullición. Retira CO2 condensado.
91 0,44
Métodos tradicionales de remoción de CO2
¿Qué sucede con el CO2 removido?
Microalgas Microorganismos fotosintéticos
Altas tasas de crecimiento ALTA PRODUCTIVIDAD
Presentes en todos los ecosistemas de la Tierra
Captura de CO2 en forma de biomasa SUBPRODUCTO
H2S es fuente de azufre
Fotosíntesis oxigénica biogás podría tener O2 que mejora la
combustión
Se conocen 30.000 especies y se estiman mas de 50.000
Fotosíntesis oxigénica
Similar a fotosíntesis de plantas superiores pero fija 10-50 veces mas CO2 del medio ambiente.
Forma simple, tamaño reducido, sin estructuras no fotosintéticas
Cloroplastos constituidos por pigmentos capaces de absorber la luz.
BIFUNCIONAL
Representa 20-50% de las proteínas presentes en el cloroplasto
Desventajas- Baja velocidad de RX: 3 moléculas/s vs 1.000 moléculas/s en una enzima típica-CO2 y O2 compiten por sitio activo reduce eficiencia fijación CO2
-Proceso no es continuo
Reduce CO2 a compuestos biológicos
Consume O2 y libera CO2 al
ambiente
DÍA
NOCHE
Depende de la disponibilidad
lumínica
Ubicación geográfica
Usos biomasa
Biodiesel
Componentes valiosos
Alimentación animal
Biogás
Tratamiento de aguas
Remueven N y P
Alto contenido de aceite
Ind. Farmacéutica Ac. Grasos y omega 3
Proteínas 50% peso seco
Alto rendimiento
por ausencia de lignina
Peces principalmente
Sistemas de cultivo
Sistemas abiertos tipo zanja Utilizados para cultivo a nivel industrial.
Bajo costo y fácil operación.
Medio de cultivo impulsado mediante paletas rotatorias.
Estanques poco profundos para permitir paso de luz (15-20 cm)
Contras Baja densidad celular: hasta 0,7g/L base seca
requiere grandes extensiones de terreno
Perdida de agua por evaporación
Difícil control de T° y fácil contaminación por otros organismos
Perdida de CO2 por desorción
Fotobiorreactores Altas relaciones superficie/volumen Alta densidad celular Evitan contaminación Buen control de variables que influyen en
el proceso Altas tasas de fijación de CO2
Contras Sobrecalentamiento Ensuciamiento Altos costos inversión
Conclusiones
El biogás es una alternativa muy prometedora dentro de los biocombustibles por su capacidad de estabilizar la materia orgánica de desecho.
Mejorar los procesos actuales representa un desafío de ingeniería que de ser resuelto, podría ubicar la microalga en un proyecto global de biogás que incluya la máxima utilización de los sub productos de biomasa.
Fijación real de CO2 y su conversión a biomasa:
mas biogás y recirculación de carbono
Limitación por fotoperiodo que reduce eficiencia del proceso
Los Reactores Abiertos pueden anular efecto benéfico de remoción de CO2 si las emisiones de CH4a la atmósfera son importantes. En cuanto a los Fotobiorreactores, es necesario crear un sistema que permita una producción a nivel industrial. De momento, esta tecnología es mas bien eficiente a escala de laboratorio.
Referencias REMOCIÓN FOTOSINTÉTICA DE DIÓXIDO DE CARBONO MEDIANTE
MICROALGAS: UNA ATRACTIVA ALTERNATIVA PARA AUMENTAR EL PODER CALORÍFICO DEL BIOGÁS; LESLIE MEIER FIGUEROA, ING. AMBIENTAL UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA ; AÑO 2011.
WEB COMISIÓN NACIONAL DE ENERGÍA; BIOCOMBUSTIBLES: BIOGÁS. http://www.cne.cl/energias/biocombustibles/tipos-de-energia/337-biogas
WEB ECOBIOGAS; PROYECTOS: TORRES DE SEGRE http://www.ecobiogas.es/archivos/es/projectes_torres-de-segre.php
NOTICIA: En marcha la segunda planta de biogás mas grande de España; por ENERGÍAS RENOVABLES, EL PERIODISMO DE LAS ENERGÍAS LIMPIAS http://www.energias-renovables.com/articulo/en-marcha-la-segunda-planta-de-biogas-20130527
Remoción fotosintética de dióxido de carbono mediante microalgas: una atractiva alternativa para aumentar el poder calorífico del biogás.
Temuco, 2 de Julio del 2014
Universidad de la FronteraFacultad de Ciencias y AdministraciónDepartamento de Ingeniería Química
José Salvador Molina QuitralIngeniería Civil Ambiental
Leslie Meier Figueroa UFRO 2011