Biocombustibles avanzados: donde estámos?

Natasha K. Vidangos, Ph.D.Bureau of Energy and Natural Resources

Departamento de Estado, EEUU

Beneficios de biocombustibles

• Aliviar estrés en la demanda mundial de petróleo

• Reducir emisiones de GHG• Fomentar el desarrollo económico• Promover la productividad agrícola• Tener diálogos científicos • Facilitar el compartir mejores

prácticas• Usar energía renovable, sostenible

NREL Photobase

Preocupaciones de biocombustibles

• Cuestiones: – Agrícolas– Técnicas

• Conversión y tratamiento• Distribución y

almacenamiento• Fungibilidad• Rendimiento & emisiones

– Económicas– Ambientales– Sociedad

• La seguridad alimentaria

Cada preocupacion puede ser aliviado por ciertas

practicas, pero todavía no existe un “biocombustible

perfecto”

Aqui es dónde la ciencia y la tecnología puede

ayudar.

Resumen: R&D en EEUU

Producción de biocombustibles

• Producción de la materia prima

• Logística de la materia prima

• Conversión al biocombustible

• Pruebas y aprobación del combustible

• Implementación a gran escala

(USDA, DOE) Versatilidad, estabilidad, rendimiento

(USDA, DOE) Cosecha, pre-procesimiento, almacenamiento, manipulacion y transporte

(USDA, DOE) Mejorar eficiencia, rendimiento

(DoD, USAF, FAA, EPA) Coordinación con la indústria, evaluación ambiental

(USDA, DLA-Energy) , costo, estabilidad

La proxima generación de materias primas

• Materias primas avanzados: algas marinas, cultivos leñosos de corta rotación, cultivos herbáceos, residuos agricolas, residuos urbanos, residuos de bosque, aceites

Biocombustible & materia prima

Equilibrio de energía

Reducción de GHG

Etanol (maiz) 1.4 20%

Etanol (caña de azúcar) 8.0 60%

Etanol celulosico *6-*14 *70-*90%

La celulosa Los azúcares Etanol/alcoholes

EPA Report Card, 2010

Dos métodos: • Bioquímico• Termoquímico

Gasificación Pirólisis

Materias primas: celulósico

Materias primas: celulósico

Conversion bioquímico

Ventajas: bien establecido, bioengeniería, eficiencia

Desafíos: Hidrólisis: degradar la biomasa en azúcares; enzimas

Pretratamiento

Hydrólisis

Azúcares, intermediarios

Etanol, alkanes,

gasolina,diesel

Fermentacion

Catálisis

Conversión termoquímica I

Ventajas: Se puede usar una diversidad/combinación de materias primas, y producir muchos productos (aun bioproductos)

Desafíos: Demostrar operación consistente de reactores, mejorar catálisis, limpieza del syngas, costos capitales

Materias primas: celulósico

Conversión termoquimica II

Ventajas: Se puede usar una diversidad/combinación de materias primas, y producir muchos productos (aun bioproductos)

Desafíos: Mejorar el rendimiento, limpieza y estabilización del bio-aceite, mejorar catalistas para convertir bio-aceites en biocombustibles

Pyrolysis/Liquefaction

Bio-oil

Delivery to petroleum refinery: upgrade to

renewable diesel, gasoline, jet fuel

Cleanup, conditioning, and stabilization

Materias primas: celulósico

Materia prima: algas marinas

• Ventajas: – Crecen rápido: pueden duplicar su masa varias veces al día– 20*x más gal/hectárea que el maíz– En algunas especies, alto nivel de lípidos/triacylglycerides

drop-in sustituciones para diesel, gasolina, combustibles para aviones

– Versatilidad de producción: open ponds, fotobioreactores, dark fermentors, non-arable land, desiertos, agua del océano

Representacion artistica, Sapphire Energy integrated algae-to-energy farm

• Desafíos– Cuestiones de biología, ingeniería, tecnología– Productividad, cultivo a gran escala, control de

patógenos, mantenimiento a largo plazo – Hidrodinámica de mezcla, agua/CO2 suministro– Impacto ambiental, infraestructura

Representacion artistica, Sapphire Energy integrated algae-to-energy farm

Materia prima: algas marinas

BiorefineríasPiloto:

1 tonelada seca/día (12)Demonstración:

50 toneladas secas/día (9)Escala comercial, integrada:

700 toneladas secas/día (6)

Biotechnología: hacemoslo mejor!

Los avances en la biotecnología han mejorado la tecnología de biocombustibles. Por ejemplo:

• Mejor Productividad• Macro: Mejor producción por hectárea• Micro: Mejores características en las plantas (calidad o cantidad)

• Mejor Resistencia• Insectos y herbicidas• Enfermedades de plantas• Sequía

• Impacto ambiental reducido• Reducción de uso de fertilizantes• Demanda reducida de procesamiento, inversión de energía, por el “no-till”• Impacto reducido en calidad de aguas

• Colaboración con los cultivos de alimentos• “Diseñar” características favorables que puedan ser implementadas a gran

escala• Optimizar cantidad de azúcares y carbohidratos para conversión o

procesamiento

Conclusions• Como parte de una estrategia coordinada, los biocombustibles

representan una factible, inmediato y responsable solución para contribuir en la seguridad de energia y la sostenibilidad del medio-ambiente

• Los EEUU están aprovechando sus laboratorios nacionales y el sector privado para impulsar el desarrollo de tecnologías en biocombustibles y la biotecnología

• La diversidad de maneras para producir biocombustibles es una característica valiosa de R&D: hay muchas oportunidades para lograr nuevos avances y mejoramiento

• Colaboración con otros países: la comunidad científica trabaja a través de las fronteras

• Los desafíos para estas tecnologías son complicados y diversos, y probablemente tomará tiempo encontrar una solución que sea ampliable, sostenible, con alta densidad de energía, fungible, y económica

Pero estamos en el camino!

Thank you!