Modulo Biocombustibles

¿Qué son los biocombustibles?

PROGRAMA ACADÉMICO

LOS BIOCOMBUSTIBLES Y EL DESARROLLO SOSTENIBLE

Se conoce con el nombre de “Biocombustible” acualquier combustible que se genere a partir dela biomasa.

El término combustible abarca a todos losmateriales capaces de liberar energía cuando sonsometidos a un proceso de combustión (quema),cambiando su estructura química.

El término biomasa se aplica tanto para designarla materia total de los seres que habitan en unlugar determinado (término de uso común enEcología) como para designar la materia orgánicaoriginada en el proceso fotosintético.

Fuente: IV Seminario Latinoamericano y del Caribe sobre biocombustibles, 2009.

PROGRAMA ACADÉMICO


¿PORQUÉ SU IMPORTANCIA HOY?

Inestabilidad Precio

Barril petróleo.

Agotamiento de las

reservas de

combustible fósiles.

Combustibles más

limpios.

Fuente: Cavieres, 2005.

PROGRAMA ACADÉMICO


¿PORQUÉ SU IMPORTANCIA HOY?

PROGRAMA ACADÉMICO


Fuente: Salvador, 2005.

Los actuales biocombustibles generan cada vez más dudas acerca de su viabilidad y su impacto ambiental.

Sobre todo por la utilización de alimentos como MP para su elaboración (Trigo, sorgo, maíz, caña, aceite de palma, soya, etc)

Son responsables del encarecimiento de los alimentos?

Incrementan el precio de energías no renovables?

“El incremento de la producción de

biocombustibles podría despedir nueve veces

más CO2 durante las próximas tres décadas

que los combustibles fósiles”.

“Diversas fuentes los culpan de destruir

ecosistemas, incrementar las desigualdades

sociales o aumentar los precios de los alimentos

básicos”.

Diversas investigaciones y proyectos tecnológicos en todo el mundo están trabajando en el desarrollo de una segunda generación que contrarreste estos inconvenientes.

COMPETENCIAS.

• Comprender que es la energía, como se manifiesta,

cuáles son sus fuentes, cómo se produce y cómo se

transforma, que relación hay entre la biomasa y la

energía y que son los balances energéticos.

•Adquirir el conocimiento relacionado con las diferentes

tecnologías que se emplean actualmente para convertir

la biomasa en combustible y estar en capacidad de

recomendar la tecnología apropiada para cualquier tipo

de biomasa, considerando su composición química y

aspectos económicos, sociales y ambientales.

•Proponer un biosistema integrado para la producción de

biocombustibles asegurando la sostenibilidad de los

ecosistemas, considerando factores sociales,

económicos y ambientales.

PROGRAMA ACADÉMICO


Actividad inicial 2%

Comentarios “Balance energético neto y su utilidad” 10%

Primer Chat Académico 10%

Foro de discusión 15%

Act. Ind. Ensayo “Problemática en la producción

de biocombustibles”. 20%

Act. Grupal. Ensayo “Biocombustibles de segunda

generación” 20%

Segundo Chat Académico (Socialización) 15%

Blog. Lecciones aprendidas 3%

Valoración del módulo 5%

PROGRAMA ACADÉMICO


ACTIVIDADES DEL MÓDULO.

Pregunta 1. ¿Cuáles son las formas en que se manifiesta la energía?.

PROGRAMA ACADÉMICO


La energía se puede manifestar, en forma de energía térmica, radiante, mecánica, eléctrica, química, gravitacional, magnética y nuclear.

La energía es una magnitud física que está involucrada en todos los procesos de cambio de estado físico, se transforma y se transmite.

Todo cuerpo es capaz de poseer energía, esto gracias a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades.

Pregunta 2. ¿Qué expresan la primera y segunda ley de la termodinámica?.

PROGRAMA ACADÉMICO


La primera ley de la termodinámica también es conocida como principio de conservación de la energía y establece que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna.

ΔU= Cambio de la energía interna en Joules

Q = Calor añadido al sistema en Joules

W = Trabajo efectuado por el sistema en Joules

Eentra – Esale = ΔEsistema

La energía está definida como la capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. En física se conoce como la capacidad para realizar un trabajo. Su unidad de medida en el SI es (J), que se define como el trabajo realizado por una fuerza de 1 (N) en un desplazamiento de un metro en la dirección de la fuerza.

Pregunta 2. ¿Qué expresan la primera y segunda ley de la termodinámica?.

PROGRAMA ACADÉMICO


La segunda ley de la termodinámica establece la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario. También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas.

En realidad, un proceso energético tiene pérdidas y no toda la energía de entrada se transforma en trabajo. La segunda ley de la termodinámica establece un límite a la eficiencia de un proceso de calor y fija la dirección en que se puede dar la transferencia de calor.

La electricidad empleada por un motor eléctrico se transforma en energía mecánica más pérdidas de calor (existen pérdidas por rozamiento y calor en el motor, por la resistencia de los conductores, por la fricción de los engranajes y por el campo magnético del generador). La eficiencia del proceso entonces nunca llega al 100%

η = eficiencia (adimensional)

W = Trabajo resultante del proceso,

y se mide en Joules [J]

E = Energía introducida en el

proceso, y se mide en Joules [J]

Pregunta 3. ¿Cuáles son las fuentes de energía renovable y no renovable?.

PROGRAMA ACADÉMICO


Se llaman fuentes de energía renovable a las que se puede recurrir de forma permanente porque son inagotables (por ejemplo, el sol, la tierra). El sol y la tierra seguirán siendo fuentes de energía durante algunos millones de años más, a través de los vientos, la fotosíntesis de las plantas, el ciclo de agua, las fuerzas del mar y el calor al interior de la Tierra.

Se denomina energía hidráulica o energía hídrica a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente de ríos y saltos de agua. Se puede transformar a diferentes escalas, para el funcionamiento de molinos

rurales o generación eléctrica, entre otros.

PROGRAMA ACADÉMICO


Energía hidráulica

Fuente: El Agua una responsabilidad compartida. ONU, 2006

PROGRAMA ACADÉMICO


PROGRAMA ACADÉMICO


Energía hidráulica

Es aquella que se obtiene por extracción del calor interno de la tierra. Se requieren 2 pozos, uno para obtener el agua caliente o vapor de agua y otro para volverla a

reinyectar al acuífero.

PROGRAMA ACADÉMICO


Energía geotérmica

Es la energía producida por el movimiento de las olas. Su funcionamiento se basa en el aprovechamiento de la energía de la oscilación vertical de las olas a través de unas boyas eléctricas que se elevan y descienden sobre una estructura similar a un pistón. El movimiento del agua impulsa un generador que produce la electricidad. La corriente se transmite a tierra a través de un cable submarino.

PROGRAMA ACADÉMICO


Energía undimotríz

Es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los mares (pleamar y bajamar), interponiendo partes móviles al movimiento natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para obtener movimiento en un eje.

PROGRAMA ACADÉMICO


Energía mareomotríz

Biohidrógeno

(Por electrólisis del agua)

La electrólisis es un proceso para separar un compuesto en los elementos que lo constituyen utilizando electricidad y 2 electrodos (C, Pt). Para producir 1 kg de H2 se requieren 55 KWH (eficiencia del 75%) y 12 kg de agua como MP y 3300 litros como refrigerante.1 Kg H2 produce 36 KWH.

“Con unos catalizadores especiales, la luz del sol es capaz de separar el agua en hidrógeno y oxigeno ... La fotosíntesis artificial podría convertirse de esta manera en una gran fuente de energía eficiente …(Daniel Nocera, Instituto Tecnológico de Masachusets, 2008)

PROGRAMA ACADÉMICO


Lectura recomendada.

Fotosíntesis artificial: ¿el futuro de una energía limpia?. Su desarrolloextendería el uso de la luz solar y el hidrógeno como sistema energéticoecológico, y reduciría además los efectos del cambio climático.http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2008/09/01/179698.php

(Por fotosíntesis)

http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2008/09/01/179698.php
















Biohidrógeno

(Por radiofrecuencia)

Jonh Kanzius, 2007, demostró que la aplicación de ondas de radio sobre muestras de agua de mar permitieron su combustión, por la liberación de hidrógeno, alcanzando temperaturas superiores a 1500 °C.

PROGRAMA ACADÉMICO



PROGRAMA ACADÉMICO


Las energías no renovablesson aquellas cuyas reservas son limitadas y por lo tanto disminuyen a medida que las consumimos (petróleo, gas natural, carbón), a medida que las reservas son menores, es más difícil su extracción y aumenta su costo. Se forman por la descomposición producida durante millones de años de material orgánico en el interior de la tierra.

Las centrales nucleares producen electricidad aprovechando la fisión de los átomos de Uranio. El agua se utiliza en las centrales nucleares para la producción de vapor (energía térmica) el cual es usado para el movimiento de turbinas (energía mecánica) empleada en medios de transporte o para la generación eléctrica, en este caso el agua también se utiliza para el enfriamiento del vapor de salida.

PROGRAMA ACADÉMICO


Energía nuclear


PROGRAMA ACADÉMICO


PROGRAMA ACADÉMICO


Ventajas y

desventajas

de las

diferentes

fuentes de

energía

Pregunta 4. ¿Cuáles son los principales cultivos energéticos en Colombia y en el mundo?.

PROGRAMA ACADÉMICO


COLOMBIA Y SUS FUENTES DE ALCOHOL CARBURANTE

CULTIVOPRODUCCIÓN

(Ton/ha)

ALCOHOL

(Lts/ton)

PRODUCTIVIDA

D

(Lts/ha)

Maíz 4 400 1600

Sorgo 40 55 2200

Yuca 35 200 7000

Remolacha 40 125 5000

Caña de azúcar 120 75 9000

Subproductos caféª 3 14-28 42-84

FUENTES DE ALCOHOL CARBURANTE EN EL MUNDO

CULTIVOPRODUCCIÓN

(Ton/ha)

ALCOHOL

(Lts/ton)

PRODUCTIVIDAD

(Lts/ha)REFERENCIA

Remolacha 70 100 7000 Villena, 2003.

Trigo 7 340 2400 Villena, 2003.

Caña 80 4000-6000B Bichara, 2003

Maíz 350 2000B Bichara, 2003.

Trigo 350 1000B Bichara, 2003.

Pregunta 4. ¿Cuáles son los principales cultivos energéticos en Colombia y en el mundo?.

PROGRAMA ACADÉMICO


Rendimientos de aceite alcanzados en diferentes cultivos.

Cultivo Nombre CientíficoLitros de aceite

Ha/año

Soja (Glicine max) 420

Arroz (Oriza sativa) 770

Tung (Aleurites fordii) 880

Girasol (Helianthus annuus) 890

Maní (Arachis hipogaea) 990

Colza (Brassica napus) 1100

Ricino/Tartago (Ricinus communis) 1320

Jatropa (Jatropha curcas) 1590

Aguacate (Persea americana) 2460

Coco (Cocos nucifera) 2510

Cocotero (Acrocomia aculeata) 4200

Palma (Elaeis guineensis) 5550

Pregunta 5. ¿Que son los biocombustibles de segunda generación?.

PROGRAMA ACADÉMICO


Los biocombustibles de segundageneración (2G) son aquellos que, con respecto a los actuales, se van a elaborar a partir de mejores procesostecnológicos y materias primas que no se destinan a la alimentación y se cultivan en terrenos no agrícolas o marginales. De esta manera, la polémica generada por los actualesbiocombuatibles de sustituir alimentopor carburante quedaría neutralizada.

Comentarios a la Lectura. “El Balance

energético neto y su utilidad” donde

establezca su punto de vista (10%)

El autor polemiza a acerca del concepto de

muchos expertos que expresan que, para

constituirse en una alternativa viable como

sustituto de un combustible fósil, el

combustible alternativo no sólo debe ser

económicamente competitivo y poder

producirse en cantidad suficiente como para

representar una verdadera alternativa, sino

que, al mismo tiempo, debe representar un

ahorro neto de energía con relación a las

fuentes de energía empleadas para producirlo.

Este último punto será motivo de discusión.

PROGRAMA ACADÉMICO


TEMA FORO PERMANENTE (15%)

“Biocombustibles, agua, alimentación y medio ambiente”

La seguridad energética y la seguridad del agua están estrechamente vinculadas. La expansión actual de los biocombustibles carece de este entendimiento tal como ha sido planificada. Los biocombustibles podrían agravar la crisis del agua en algunas regiones que están actualmente bajo presión. De igual manera, el empleo de materias primas que se usan para la alimentación humana y animal (maíz, caña, trigo) ha provocado especulación en los precios de estos alimentos y actualmente se habla de que son los responsables del incremento en las tarifas energéticas.

¿Cuál sería un modelo de explotación apropiado que contribuya al aseguramiento de las necesidades energéticas sin comprometer la producción de alimentos, la disponibilidad de agua y sin contribuir a elevar el costo de vida?.

PROGRAMA ACADÉMICO


EL USO DEL AGUA EN LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES

La producción de biocombustibles requiere del uso de agua en dos etapas: en el crecimiento de las materias primas y en el proceso de producción de las plantas de biocombustibles.

Si nos enfocamos solamente en el uso del agua en las plantas de biocombustibles, los biocombustibles dan la impresión de tener un impacto mínimo sobre el agua, especialmente cuando se los compara con las plantas convencionales de producción de energía térmica.

PROGRAMA ACADÉMICO


ASPECTOS AMBIENTALES EN LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES

Huella hídrica de los principales cultivos energéticos

Cultivo

Huella hídrica

total

(m3/GJ)

Huella hídrica

Agua azul

(m3/GJ)

Huella hídrica

Agua verde

(m3/GJ)

Agua total

(L/L)

Agua azul

(L/L)

Agua

verde

(L/L)

Etanol m3/GJ de etanol L de agua/L de etanol

Remolacha 59 35 24 1388 822 566

Papa 103 46 56 2399 1078 1321

Caña 108 58 49 2516 1364 1152

Maíz 110 43 67 2570 1013 1557

Yuca 125 18 107 2926 420 2506

Cebada 159 89 70 3727 2083 1644

Centeno 171 79 92 3990 1846 2143

Arroz 191 70 121 4476 1641 2835

Trigo 211 123 89 4946 2873 2073

Sorgo 419 182 238 9812 4254 5558Biodiésel m3/GJ de biodiésel L de agua/L de biodiésel

Soya 394 217 177 13676 7521 6155

Colza 409 245 165 14201 8487 5714

Jatropha 574 335 239 19924 11636 8288

PROGRAMA ACADÉMICO


Realice un análisis sobre la problemática de la producción de biocombustibles, publique una entrada tipo ensayo en su blog personal de moodle donde desarrolle alguno de los siguientes temas:

1. Alcohol de caña de azúcar, 2. Alcohol de maíz, 3. Alcohol de yuca, 4. Alcohol de remolacha, 5. Alcohol de sorgo, 6. Biodiéselde Palma de aceite, 7. Biodiésel de Jatropha curcas, 8. Biodiéselde higuerilla, 9. Biodiésel de algas, 10. Biodiésel de soya.

Para realizar el ensayo considere las condiciones agroecológicas de su zona de trabajo y considere la información que sobre los cultivos aparece en la unidad 3.

Es posible que deba plantear actividades adicionales que le permitan establecer el cultivo en su zona de trabajo y estas actividades pueden impactar favorable o desfavorablemente su medio natural, esta información debe aparecer en el trabajo.

Considere la huella hídrica de los cultivos. Articule en su ensayo los factores sociales, económicos, técnicos, culturales y ecológicos que forman parte del proceso productivo del biocombustible.

PROGRAMA ACADÉMICO


TRABAJO INDIVIDUAL (20%)

El ensayo debe tener entre 15 y 20 páginas y contener 1. Resumen, 2. Introducción, 3. Objetivos, 4. Marco teórico y Discusión, 5. Conclusiones, 6. Bibliografía.

Realice un análisis sobre la conveniencia de la producción de biocombustibles de segunda generación, resaltando aspectos sociales, económicos, ambientales, técnicos y culturales, publique una entrada tipo ensayo en su blog personal de moodle donde desarrolle alguno de los siguientes temas: 1. Bioetanol de residuos lignocelulósicos, 2. Biodiésel de aceites usados, 3. Biogás de residuos orgánicos, 4. Carbón de residuos vegetales, 5. Biobutanol de la biomasa.

El trabajo se debe colgar en la Wiki del grupo.

PROGRAMA ACADÉMICO


TRABAJO COLECTIVO

PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES 2G (20%)

El ensayo debe tener entre 20 y 25 páginas y contener 1. Resumen, 2. Introducción, 3. Objetivos, 4. Marco teórico y Discusión, 5. Conclusiones, 6. Bibliografía.

Unidad 1. Conceptos básicos sobre energía.

Biocombustibles, Energía, Unidades de energía, Calor y Temperatura, Calor específico, Poder calorífico, Eficiencia energética, Formas de energía, Fuentes de energía, Energía primaria y final, Energías renovables, Energías no renovables, Biomasa y Energía, Fotosíntesis, Respiración celular, Fermentación, La agroenergía y los biocombustibles.

Unidad 2. Convirtiendo la biomasa en energía.

Producción de Biomasa, Características de la Biomasa, Tipo de Biomasa, Vías de transformación de la biomasa en energía, Procesos de combustión directa, Procesos termo-químicos, Procesos bio-químicos, Biocarburantes líquidos, El Bioetanol, El Biodiésel, El Biobutanol,, Aspectos económicos de los biocarburantes, Aspecto legal de los biocarburantes, El Biogás.

Unidad 3. Aspectos agronómicos y ambientales en la producción de biocombustibles.

Condiciones agroecológicas de los cultivos de Caña de azúcar, Remolacha azucarera, Maíz, Sorgo dulce, Yuca, Palma africana, Higuerilla, Piñón, Soya, Algas, Aspectos ambientales en la producción de Biocombustibles, Biosistema Integrado de energía, Biocombustibles de los subproductos del café.

PROGRAMA ACADÉMICO


CONTENIDO

PROGRAMA ACADÉMICO


UNIDAD 1. CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE ENERGÍA.

Al final de la unidad el maestrante estará en capacidad de comprender que es la energía, como se manifiesta, cuáles son sus fuentes, cómo se produce y cómo se transforma, que relación hay entre la biomasa y la energía, cuál es la problemática de las energías fósiles y cómo es el consumo energético mundial.

PROGRAMA ACADÉMICO


Las plantas transforman la energía del sol en energía química a través del proceso fotosintético y parte de esa energía química queda almacenada en forma de materia orgánica que puede recuperarse quemándola directamente o transformándola en combustibles líquidos o gaseosos que reciben el nombre de biocombustibles y se diferencian de los combustibles fósiles por el hecho de provenir de materia orgánica no mineralizada.

ENERGÍA RADIANTE - QUÍMICA - TÉRMICA.

PROGRAMA ACADÉMICO


UNIDADES DE ENERGÍA.

PROGRAMA ACADÉMICO


El calor específico es una magnitud física y está definido como la cantidad de calor por una unidad de masa necesaria para elevar en un grado centígrado la temperatura de un cuerpo.

Calor específico

PROGRAMA ACADÉMICO


El Poder Calorífico es la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación y expresa la energía máxima que puede liberar la unión química entre un combustible y el comburente y es igual a la energía que mantenía unidos los átomos en las moléculas de combustible, menos la energía utilizada en la formación de nuevas moléculas en las materias (generalmente gases) formadas en la combustión.

La magnitud del poder calorífico puede variar según como se mida, puede ser PCS si se considera la energía de condensación del vapor de agua y PCI, si no de considera.

Poder calorífico

PROGRAMA ACADÉMICO


ENERGÍA PRIMARIA Y ENERGÍA FINAL.

La energía primaria es la que se encuentra contenida en los combustibles, antes de pasar por los procesos de transformación a energía final. Se puede representar con los siguientes pictogramas: si se trata del petróleo, el carbón o la energía del sol.

La energía final es la energía tal y como se usa en los puntos de consumo; por ejemplo la electricidad o el gas natural que utilizamos en nuestras casas.

Para disponer energía para el consumo, son necesarias sucesivas operaciones de transformación y transporte, desde el yacimiento a la planta de transformación y, por último, al consumidor final. En cada una de estas operaciones se producen pérdidas.

Así, considerando todas las pérdidas, para cada unidad energética de electricidad que consumimos en casa son necesarias unas 3 unidades energéticas de combustible fósil en las centrales térmicas.

PROGRAMA ACADÉMICO


CONSUMO DE PETRÓLEO.

PROGRAMA ACADÉMICO


CONSUMO DE GAS NATURAL.

PROGRAMA ACADÉMICO


CONSUMO DE CARBÓN.

PROGRAMA ACADÉMICO


ESTRUCTURA DEL CONSUMO ENERGÉTICO EN COLOMBIA, 2009.

PROGRAMA ACADÉMICO


UNIDAD 2. CONVIRTIENDO LA BIOMASA EN COMBUSTIBLE

Al final de la unidad el maestrante adquirirá el conocimiento relacionado con las diferentes tecnologías que se emplean actualmente para convertir la biomasa en combustible y estará en capacidad de recomendar la tecnología apropiada para cualquier tipo de biomasa, considerando su composición química y aspectos económicos, sociales y ambientales.

PROGRAMA ACADÉMICO


PRODUCCIÓN DE BIOMASA.

La energía solar que llega la biósfera (~3x1024

J/año) es captada y convertida en biomasa por los ecosistemas terrestre y acuático con una eficiencia del 0,1% (~3x1021 J/año), almacenándose en 200 Gt (peso seco) de material vegetal por año a expensas de la energía solar, pues ~30 GJ corresponde a la síntesis de ~2 toneladas biomasa (García y Losada, 1983 citados por Carrillo, 2004).

TIPO DE BIOMASA.

PROGRAMA ACADÉMICO


COMPOSICIÓN ELEMENTAL DE LA DE BIOMASA.

PROGRAMA ACADÉMICO


VÍAS DE CONVERSIÓN DE LA BIOMASA.

PROGRAMA ACADÉMICO


TIPOS DE PIRÓLISIS.

PROGRAMA ACADÉMICO


PRINCIPALES PROCESOS DE CONVERSIÓN.

PROGRAMA ACADÉMICO


EL BIOETANOL

El bioetanol se obtiene por fermentación de medios azucarados hasta lograr un grado alcohólico, después de fermentación, en torno al 10%-15%, concentrándose por destilación para la obtención del denominado «alcohol hidratado» (4-5% de agua) o llegar hasta el alcohol absoluto (99,4% min. de pureza) tras un proceso específico de deshidratación.

Esta última calidad es la necesaria si se quiere utilizar el alcohol en mezclas con gasolina en vehículos convencionales.

Fuente: Ballesteros, 1998

PROGRAMA ACADÉMICO


La sacarificación consiste en la hidrólisis de los polisacáridos para formar

azúcares. Los almidones, hemicelulosas y celulosas, se deben hidrolizar

y convertir en azúcares fermentables, mediante agentes químicos o

enzimáticos, antes de poderlos usar en la producción de etanol.

PROGRAMA ACADÉMICO


EL BIOETANOL

Se necesitan 2000 litros de agua/tonelada de azúcar a partir de la caña.

Se necesitan 40 litros de agua/litro de etanol a partir de caña.

En Colombia, se necesitan 100000 litros de agua/tonelada caña (200000).

1200 mm/año y 120 toneladas de caña/ha.

PROGRAMA ACADÉMICO


Colombia, 120 toneladas de caña/ha.

75 litros de etanol/tonelada de caña de azúcar.


PROGRAMA ACADÉMICO


EL BIOETANOL

1 Dólar = 2 Reales

EL BIOETANOL


PROGRAMA ACADÉMICO


11,5 litros de vinaza/litro de etanol (Bononi, 2009)

10 m3 de biogás/m3 de vinaza = 6m3 de GN (Bononi, 2009)

EL BIOETANOL


PROGRAMA ACADÉMICO


PRODUCCIÓN MUNDIAL Y PROYECCIONES BIOETANOL

PROGRAMA ACADÉMICO


PROGRAMA ACADÉMICO


PRODUCCIÓN NACIONAL DE BIOETANOL

PROGRAMA ACADÉMICO


NUEVOS PROYECTOS DE BIOETANOL

PROGRAMA ACADÉMICO


El biodiésel es un combustible constituido por ésteres metílicos o etílicos de ácidos grasos derivados de aceites de origen vegetal o grasa animal, que puede reemplazar parcial o totalmente al combustible diéseltradicional.

EL BIODIÉSEL

Se denomina biodiésel a los ésteres metílicos o etílicos de ácidos grasos derivados de aceites de

origen vegetal o grasa animal (Cuéllar, 2005).

El biodiésel es un combustible renovable, no tóxico, biodegradable, de muy bajo azufre y libre de

compuestos aromáticos, que puede reemplazar parcial ó totalmente al combustible diésel tradicional

(Vera, 2006).

EL BIODIÉSEL

PROGRAMA ACADÉMICO


EL BIODIÉSEL

La reacción, llamada de transesterificación, consiste químicamente en 3 reacciones

reversibles y consecutivas en las que el triglicérido (principal componente del aceite vegetal

o la grasa animal) es convertido consecutivamente en diglicérido, monoglicérido y glicerina

liberando un mol de éster metílico

PROGRAMA ACADÉMICO


Cacahuate, Palma africana, Girasol, Higuerilla, Soya

EL BIODIÉSEL


PROGRAMA ACADÉMICO


EL BIODIÉSEL


PROGRAMA ACADÉMICO


PROGRAMA ACADÉMICO


CONTAMINACIÓN DEL AGUA EN EL PROCESO DE BIODIÉSEL

PROGRAMA ACADÉMICO


PRODUCCIÓN MUNDIAL Y PROYECCIONES BIODIESEL

PRODUCCIÓN BIODIÉSEL EN COLOMBIA

PROGRAMA ACADÉMICO


PROGRAMA ACADÉMICO


PLANTAS EN PROCESO BIODIÉSEL EN COLOMBIA

EL BIOBUTANOL

PROGRAMA ACADÉMICO


Clostridium, Escherichia coli y Saccharomyces cerivisiae

EL BIOGÁS

Con el termino biogás se designa

a la mezcla de gases resultantes

de la descomposición de la

materia orgánica realizada por

acción bacteriana en condiciones

anaerobias.

PROGRAMA ACADÉMICO


EL BIOGÁS

PROGRAMA ACADÉMICO


ETAPAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

PROGRAMA ACADÉMICO


COMPARACIÓN DEL BIOGÁS Y OTROS COMBUSTIBLES

PROGRAMA ACADÉMICO


PROGRAMA ACADÉMICO


UNIDAD 3. ASPECTOS AGRONÓMICOS Y AMBIENTALES EN LA PRODUCCIÓNDE BIOCOMBUSTIBLES

Al final de la unidad el estudiante adquirirá el conocimiento relacionado con las condiciones agroecológicas que requieren los principales cultivos energéticos, los impactos ambientales de los procesos agroindustriales involucrados en la producción de los biocarburantes, el cálculo de los balances energéticos del proceso productivo y estará en capacidad de proponer un biosistema integrado de energía.

1. Aspectos agroecológicos del cultivo de la caña de azúcar

Cultivo Requerimientos

hídricos

Temperatura Suelos Preparación

terreno

Labores del

cultivo

Plagas y

enfermedades

Cosecha

Caña de

azúcar

(Saccharum

officinarum)

85 a 100 mm

mensuales, o sea que

en un período de 13 a

14 meses requiere

entre 1100 y 1500

mm agua.

Entre 30 y 34ºC. Franco-

arcillosos,

profundos y

bien

drenados.

Descapotada,

Nivelada, surcada,

siembra de la

semilla. Con

utilización de

maquinaria agrícola

Control de arvenses.

Fertilización, Control

de plagas y

enfermedades. Con

aplicación de

agroquímicos

Enfermedades :

Dentro de las

enfermedades más

importantes están:

carbón, causado por

Ustilago scitanimea y la

roya Puccinia

malanosephala.

Plagas:

Mosca pinta (Aeneolamia

postica) Barrenadores

(Diatraea sacharalis,

zeadiatraea ssp., Chilo

suppressalis), nematodos

Hoplolaimus spp,

Meloidogyne spp,

Pratylenchus spp,

Aplicación de

madurantes, quema

programada, corte,

alce y transporte.

PROGRAMA ACADÉMICO



hídricos


terreno

Labores del

cultivo

Plagas y

enfermedades

Cosecha

Remolacha

azucarera

(Beta

vulgaris)

Requiere 700 mm

anuales de agua

aproximadamente,

bien distribuidos,

para suplir los

requerimientos del

cultivo.

Óptima entre 21 y

25 ºC .

Francos y

sueltos,

profundos y

con buen

drenaje para

que haya un

buen

desarrollo de

la raíz.

Arado profundo,

nivelada,

surcada, siembra

de la semilla.

Muy exigente en el

control de arvenses,

en Fertilización y

Control de plagas y

enfermedades. Para

su control se utilizan

agroquímicos

Plagas:

gusanos alambre (Agrioteslineatus), gusanos blancos (Anoxia villosa), cassida(Cassida vittata), pulguilla de la remolacha (Chaetocnema tibialis).

Enfermedades:

entre las más comunes se encuentran: Cercospora(cercóspora vitícola), Oidio (Erysiphe betae) y Roya (Uromyces viciae).

Deshojado, descoronado, arranque y carga. Estas operaciones pueden hacerse utilizando maquinaria agrícola, o manual, con la utilización de herramienta agrícola o maquinaria agrícola.

2. Aspectos agroecológicos del cultivo de la remolacha azucarera

PROGRAMA ACADÉMICO



hídricos


terreno

Labores del

cultivo

Plagas y

enfermedades

Cosecha

Maíz (Zea

mays)

1800 a 2400mm con una buena distribución en todo el ciclo del cultivo. Requiere de 3 y 5 mm por día. Siendo mayores los requerimientos durante la etapa de floración.

18 a 30ºC Suelos

fértiles, con

textura

media, bien

drenados y

con

contenidos de

materia

orgánica

superiores al

4%

Manual o mecanizada. En ambos casos se recomienda realizar labranza mínima, para proteger el suelo de la erosión en zonas de ladera o a la compactación en terrenos planos. La siembra se puede realizar manual o utilizando maquinaria agrícola.

Control de arvenses

época critica de

competencia los

primeros 30 días .

Fertilización,

Control de plagas y

enfermedades. Con

aplicación de

agroquímicos.

Plagas:

Gusanos cogolleros y comedores e follaje (Spodopera sp, Heliothiszea ), Chizas (Phylophagasp) entre otros.

Enfermedades:

Quemazón o tizón (Helminthosporiumturcicum), mancha gris (Cercóspora spp), mancha de asfalto (Phyllachoramonographella y Coniotyrium), royas (Puccinia polysora y physopella zeae).

En la cosecha puede

utilizarse maquinaria

agrícola o puede

hacerse manual,

depende de la

extensión, de las áreas

sembradas y a la

topografía del terreno.

3. Aspectos agroecológicos del cultivo del maíz

PROGRAMA ACADÉMICO



hídricos


terreno

Labores del

cultivo

Plagas y enfermedades Cosecha

Sorgo

dulce

(Sorghum

bicolor)

El requerimiento de agua varía entre 450 a 600 mm, depende del ciclo del híbrido y de las condiciones ambientales de la zona.

La temperatura

debe estar por

encima de los 17

ºC, situándose el

óptimo hacia los 32

ºC.

Requiere de

suelos fértiles,

profundos con

buen drenaje

de textura

media, sin

capas

endurecidas.

Es muy simular a la preparación para la siembra de maíz o trigo.

Puede hacerse manual o mecanizada; en ambos casos se recomienda realizar labranza mínima, para proteger el suelo de la compactación por el uso de la maquinaria.

La siembra también se puede realizar manual o utilizando maquinaria agrícola.

Control de

arvenses. La

época critica de

competencia se

presenta en los

primeros 30

días.

La fertilización,

el Control de

plagas y

enfermedades,

se realiza con

aplicación de

agroquímicos.

Plagas.

Entre las más comunes están: Gusano alambre (Melanotus sp., Agriotes sp., Dalopius sp), Gusanos blancos (Anoxia villosa), Gusanos grises (Agrotis segetum), Tipúlidos (Tipulia oleracea) y Gusanos cortadores (Spodoptera sp).

Enfermedades.

Es afectado por numerosas enfermedades causadas por bacterias y virus; que se manifiestan por pudriciones, manchas, quemazón; achaparramiento, clorosis, mohos, pústulas, carbones, entre otros.

Se hace con

cosechadora

mecánica o

manual

dependiendo del

área sembrada.

4. Aspectos agroecológicos del cultivo del sorgo

PROGRAMA ACADÉMICO


http://www.ecured.cu/index.php?title=Melanotus_sp&action=edit&redlink=1




http://www.ecured.cu/index.php?title=Agriotes_sp&action=edit&redlink=1

http://www.ecured.cu/index.php?title=Dalopius_sp&action=edit&redlink=1

http://www.ecured.cu/index.php?title=Anoxia_villosa&action=edit&redlink=1

http://www.ecured.cu/index.php?title=Anoxia_villosa&action=edit&redlink=1

http://www.ecured.cu/index.php?title=Agrotis_segetum&action=edit&redlink=1

http://www.ecured.cu/index.php?title=Tipulia_oleracea&action=edit&redlink=1


hídricos

Temperatura suelos Preparación

terreno

Labores del cultivo Plagas y

enfermedades

Cosecha

Yuca

(Manihot

esculenta)

para que haya un buen desarrollo de las plantas requiere una precipitación anual de 1500 a 2000 mm bien distribuidos en todo el año

El rango de

temperatura

óptimo esta entre

25-30º C, siempre

que haya

humedad

disponible y

suficiente en el

período de

crecimiento.

Necesita

suelos

fértiles, de

textura franca

a franca

arenosa, bien

drenados y

con buen

contenido de

materia

orgánica.

puede hacerse con labranza convencional, utilizando arados de disco y rastras pesadas o labranza vertical, utilizando el arado de cincel rígido o vibratorio. El terreno se debe preparar por lo menos a 25-40 cm de profundidad para obtener un suelo disgregado y libre de terrones que facilite el crecimiento horizontal y vertical de las raíces

cultivo debe permanecer

limpio al menos los

primeros 100 días

después de sembrado en

el campo. el control se

puede hacer manual y

cuando las áreas

sembradas son muy

extensas, puede

utilizarse maquinaria

agrícola o un herbicida

químico selectivo al

cultivo

La fertilización, el

Control de plagas y

enfermedades. Se

realiza con aplicación de

agroquímicos.

Plagas.

El taladrador de tallos y ramas ( Coelostermus sp), Gusano de la hoja (Erinnyis), acaros(Tetranychus urticae, Mononychellus tanajoa), Tetranychus cinnabarinus, Mosca blanca (Aleurotrachelus socialis), Piojos harinosos (Phenacoccus herreni, P. grenadensis y P. manihoti), Trips(Frankliniella williamsi y Scirtothrips manihoti)

Enfermedades.

Mancha parda de la hoja, Cercospora henninsgsii, Mancha blanca de la hoja, Cercospora caribae, Ceniza o mildiu, Oidiumsp., Añublo pardo fungoso, Cercosporavicosae, Pudrición seca del tallo y la raíz, Diplodiamanihotis, pudrición, Xanthomonas manihotis.

Se hace con

cosechadora

mecánica o

manual

dependiendo el

área sembrada y

de la pendiente

del terreno.

5. Aspectos agroecológicos del cultivo de la yuca

PROGRAMA ACADÉMICO



hídricos


terreno

Labores del

cultivo


Palma

Africana

(Elaeis

guineensis)

Entre 1.500 y 2.200 mm de lluvia bien distribuida en todo el año. Con un promedio mensual de 150 mm y una humedad relativa superior al 75%.

Requiere unas

temperaturas

mensuales de 25 a

28 °C en

promedio.

Los mejores

suelos son los

limosos,

profundos y

franco -

limosos. Se

deben evitar

suelos con

texturas

extrema s

especialmente

arcillosos y

arenosos.

Se hacen las siguientes labores: acondicionamiento del suelo, trazado y construcción de drenajes para evitar encharcamiento, trazado de la plantación o demarcación de parcelas, Hoyado, aplicación de enmiendas orgánicas o químicas y establecimiento de coberturas o de cultivos asociados.

Control de arvenses :

El control se puede

hacer manual

cuando las plantas

están pequeñas y en

plantas adultas se

hace el control con

un producto

químico.

Podas: se eliminan

todas aquellas hojas

que obstaculicen las

labores en el cultivo.

En la fertilización, se

utilizan fertilizantes

orgánicos o

químicos, de

acuerdo a la

necesidad del

cultivo. El Control

de plagas y

enfermedades se

realiza con

aplicación de

agroquímicos.

Plagas.

Gusano cabrito (Opsiphanes cassina F.), Gusano túnel (Stenoma cecropia M.), Gusano Monturita (Sibine spp.), Gusano canasta (Oiketicus kirbyi), Picudo de la palma (Rhynchophorus palmarum).

Enfermedades.

Antracnosis(Colletotrichum spp), Botryodiplodia spp, Melanconium elaeidis.

Se realiza manual,

cuando se presenta

un cambio de

coloración de los

frutos de violeta a

anaranjado y hay

un

desprendimiento

de

aproximadamente

dos frutos por cada

kilogramo de

racimo.

6. Aspectos agroecológicos del cultivo de la palma

PROGRAMA ACADÉMICO



hídricos

temperatura suelos preparación

terreno

labores del

cultivo

plagas y

enfermedades

cosecha

Higuerilla (Ricinuscommunis)

Requiere de 700 a 1200 mm de agua y una baja humedad relativa.

debe estar entre

20-26°C para que

haya un buen

desarrollo del

cultivo.

los ideales son

los suelos

francos, de

textura media,

bien drenados,

con buen

contenido de

materia

orgánica.

Las labores en la preparación del terreno, son muy similares a las realizadas para el cultivo de la palma africana, las cuales consisten en limpiar el terreno, realizar el trazado y hoyado según las distancias de siembra establecidas ,incorporación de las enmiendas orgánicas o químicas y por último, la siembra del material vegetal.

Control de arvenses :

el cultivo debe

permanecer libre de

malezas

En la fertilización, se

utilizan fertilizantes

orgánicos o químicos,

de acuerdo a la

necesidad del cultivo.

El Control de plagas y

enfermedades. Se

realiza con aplicación

de agroquímicos.

Plagas.

Gusano negro Prodericasp, Gusano soldado Spodoptera spMosca blanca Bemisiatabaci , Chinche verde Nezara viridula, Lorito verde Empoasca sp, Bellotero Heliothis spCogollero Spodoptera sp

Enfermedades.

Moho Ceniciento Botrytisricini), Marchitamiento De Las PlantulasPhylophthoracolocasicae), Roya (Melapsona Ricini).

Se hace manual y

contempla las

siguientes labores:

Recolección,

secado y

desgrane.

7. Aspectos agroecológicos del cultivo de la higuerilla

PROGRAMA ACADÉMICO



hídricos

temperatura Suelos Preparación

terreno

Labores del

cultivo

Plagas y

enfermedades

Cosecha

Piñón (Jatropha curcas)

Para su buen desarrollo, requiere una precipitación anual de 300 hasta 1200 mm bien distribuidos.

Puede soportar periodos largos de sequía.

Su temperatura

óptima oscila

entre los 18- 28

ºC. La

temperatura

máxima que

soporta es de

34ºC.

Se desarrolla

de forma

natural en

suelos áridos o

semiáridos,

también crece

en suelos

arenosos, con

alta salinidad o

incluso

terrenos

pedregosos,

pero su mejor

desarrollo se

presenta en

suelos fértiles,

de textura

franca y con

buen drenaje

natural

Se utiliza labranza mínima .

Se hace una limpieza del terreno, para luego realizar las labores del trazado y hoyado según las distancias de siembra establecidas.

Se incorporan las enmiendas orgánicas o químicas y por último, se realiza la siembra del material vegetal.

Control de arvenses

El periodo crítico de

competencia está

entre los 90 y los

135 días después

del transplante.

Podas:

los arbustos se

desarrollan con un

tallo principal y con

2 ó 4 ramas, estas

deben podarse para

lograr un número

de ramas

productivas entre

24 y 36.

En la fertilización y

en el Control de

plagas y

enfermedades, se

aplican

agroquímicos.

Plagas.

Chinche del Piñón Pachycoris torridus, Acaro Hialino Polyphagotarsonemus latus, Hormiga termita y pulgones.

Enfermedades.

Pudrición de raíces por Clitocybe tabescens, la Roya por Phakopsora jatrophicola, el Mosaico Amarillo causado por virus, y la Mancha Foliar bacteriana, por Xanthomonas sp.

Se debe cosechar

aquellos frutos que

muestran más del

50% de coloración

entre amarillo y

café oscuro o negro.

Se hace manual y

contempla las

siguientes labores:

Recolección,

despulpado y

secado y empaque.

8. Aspectos agroecológicos del cultivo del piñón

PROGRAMA ACADÉMICO



hídricos


terreno

Labores del

cultivo


Soya (Glycine max)

Requiere entre 350 a 650 mm de agua, bien distribuidos en todo el ciclo del cultivo.

El rango de

temperatura

óptimo está entre

los 20 y los 30º C,

siendo las

temperaturas más

altas las

adecuadas.

Se desarrolla

bien en suelos

fértiles, de

textura franca

y con buen

drenaje

Se puede utilizar labranza mínima (arado solo en los surcos donde se siembra la semilla), labranza convencional (arado de toda la superficie), o labranza cero (siembra directa sin hacer arado). Esta última se utiliza en suelos livianos o en zonas con pendientes.

Control de

arvenses.

El periodo crítico de competencia se presenta en los primeros 45 días después de la emergencia de la planta. se pueden utilizar productos químicos o puede realizarse mediante métodos mecánicos.

En la fertilización y

en el Control de

plagas y

enfermedades se

aplican

agroquímicos.

Plagas.

Pulgón (Aphi ssp.), Arañita roja (Tetranychus bimaculatus), Trozadores y tierreros (Agrotis sp, spodopteraf ugiperda), Barrenador del tallo (Elaspopalpus lignossellus), Crisomélidos (Cerotoma spp, Diabrotica spp), Minadores (Liriomyza spp).

Enfermedades.

Mancha marrón (Septoria glycines), Tizón de la hoja (Cercospora kikuchii), Mancha ojo de rana (Cercospora sojina), Mancha anillada (Corynespora cassiicola), Mancha foliar (Alternariaspp), Oidio (Microsphaera diffusa), Mildiu (Peronospora manshurica), Roya de la soja (Phakopsora pachyrhizi), Tizón de la vaina y tallo (Phomopsis sojae), Antracnosis (Colletotrichum truncatum), Pústula bacteriana (Xanthomonas campestris pv. glycines), Tizón bacteriano (Pseudomonas syringae pv. glycinea)

Se realiza cuando

la defoliación por

secado es de 90 a

95% y las vainas

tengan una

coloración que

varía entre

amarillo pálido a

tonalidad marrón,

y los tallos y vainas

estén secos.

La cosecha se

realiza utilizando

maquinaria

agrícola o también

puede hacerse

manual en áreas

pequeñas.

9. Aspectos agroecológicos del cultivo de la soya

PROGRAMA ACADÉMICO


10. Aspectos agroecológicos del cultivo de las algas

Cultivo de algas

Luz solar, CO2 y aguaBalsas, tubos o

canales de escasa

profundidad

Requieren menor área

para su cultivo

El agua puede ser

dulce o salada

tienen una tasa de

crecimiento muy rápida

y una alta eficiencia

fotosintética

PROGRAMA ACADÉMICO



PROGRAMA ACADÉMICO


10. Aspectos agroecológicos del cultivo de las algas

Ventajas de las algas


PROGRAMA ACADÉMICO



Inconvenientes de la producción a gran

escala de microalgas.

1. Altos costos de producción.

2. Baja eficiencia en la cosecha.

3. Pérdidas en el proceso productivo del

biodiésel.

4. Enfermedades y contaminación.

5. Cantidad y Calidad de agua.

PROGRAMA ACADÉMICO


Biodiésel de algas


PROGRAMA ACADÉMICO


Canales abiertos de 25 cm de profundidad (Guerrero, 2009)


Cultivo de las algas

PROGRAMA ACADÉMICO


2000 mm año (150 mm/mes)

20 toneladas/ha

22% de aceite

95% de rendimiento (en peso)

Densidad del biodiesel: 0,86 g/ml

1000000 litros de agua/tonelada de palma

20 litros de agua/litro de biodiésel

7% de aguas residuales

Palma africana

Algas

62 toneladas aceite/ha

95% de rendimiento (en peso)

Densidad del biodiesel: 0,86 g/ml

2000000 litros de agua/ha

20 litros de agua/litro de biodiésel

7% de aguas residuales

PROGRAMA ACADÉMICO


Fuente: Biosistemas Integrados, Desarrollo Humano y Desarrollo Sostenible: Interrelaciones, Impactos y Complejidades (2007).

Biosistema Manejo Integral de la Energía

PROGRAMA ACADÉMICO


PROGRAMA ACADÉMICO


Energía renovable a partir de los subproductos del café

PROGRAMA ACADÉMICO


PROGRAMA ACADÉMICO


Energía renovable a partir de los subproductos del café

Modulo Biocombustibles

Documents

Transcript of Modulo Biocombustibles