El consumo de energía en todo el mundo, pero especialmente en las sociedades industrializadas, ha ido en aumento y, con él, Procesamiento y producción de energía de biomasa.. Se estima que la mayor parte de la energía consumida en el mundo proviene de fuentes no renovables. Numerosos países se han dado cuenta de los efectos adversos a largo plazo de depender de energías no renovables y han dedicado tiempo, recursos y capital para desarrollar un plan energético sostenible a largo plazo. Si bien ha habido muchos avances en los numerosos campos de las energías renovables, existe un interés particular en las posibilidades de la biomasa.
Sobre Biomasa
El término biomasa Abarca la materia orgánica que se utiliza para producir bioenergía. La forma más común de liberar sustancias químicas. energía a partir de materia de biomasa es a través de la quema. Sin embargo, procesos más sofisticados pueden ayudar a transformar la biomasa en otras formas utilizables de energía: líquidos y gases recuperados del descomposición de esta materia orgánica.
La conversión de la bioenergía en un suministro de energía sostenible y útil se realiza imitando los procesos naturales pero a un ritmo más rápido. En la naturaleza, la biomasa a menudo se descompone mediante procesos naturales. Por ejemplo, si la biomasa se deja en el suelo en la naturaleza durante mucho tiempo, se descompondrá gradualmente y liberará dióxido de carbono y energía almacenada. Al recopilar y aprovechar este proceso natural (o los principios detrás de él), podemos liberar la energía almacenada rápidamente y de maneras útiles. Básicamente, biomasa es un término colectivo para todo el material vegetal y animal que puede utilizarse para la producción de bioenergía.
Tipos de combustible de biomasa
La energía de biomasa es una energía extremadamente versátil y diversas formas de energía renovable. Los combustibles de biomasa modernos se pueden refinar en las siguientes formas estándar:
- forma sólida – esta es la forma más común de biomasa en todo el mundo e incluye todos los materiales orgánicos que pueden convertirse y utilizarse con fines energéticos.
- Forma liquida – una biorrefinería puede convertir biomasa en combustible líquido para el transporte. Muchos gobiernos y organizaciones fomentan el uso de estos biocombustibles para proteger el planeta y nuestra forma de vida.
- Biogás y biometano – Las instalaciones de gas renovable y la digestión anaeróbica pueden producir biogás. El biogás es un fuente de energía versátil que se puede utilizar para calefacción, producción de electricidad e incluso para cocinar.
¿Qué estamos quemando exactamente? Recursos de biomasa
Cuando se trata de usar biomasa para energía, existe una amplia gama de recursos disponibles para obtener energía. La producción de biomasa para nuestro uso se conoce como materias primas de biomasa. Una materia prima de biomasa puede venir en muchas formas. Estas son algunas de las materias primas más populares que tenemos:
- Cultivos energéticos dedicados – estos son cultivos plantados y cosechados para la producción de energía. Pueden ser leñosos y herbáceos.
- Residuos de cultivos agrícolas – la producción de bioenergía también puede aprovechar desechos agrícolas y residuos de otras actividades. Estos subproductos se pueden transformar en bioenergía que satisfaga nuestras necesidades diarias.
- Silvicultura o las materias primas de biomasa forestal son potencias en el mundo de las energías renovables. Los residuos de la industria forestal nos proporcionan una amplia fuente de biomasa sólida que puede utilizarse para obtener energía más ecológica.
- Residuos de madera – El procesamiento de la madera deja muchos subproductos que tienen potencial de generación de energía. Los desechos de madera y los residuos forestales a menudo se convierten en astillas o pellets de madera que se utilizan para calentar y generar electricidad.
- Residuos sólidos urbanos – Los residuos sólidos municipales nos permiten convertir nuestros residuos en biogás.
Tecnología de bioenergía
No falta tecnología para convertir la biomasa en energía. Eligiendo el tecnología adecuada para convertir materia orgánica en bioenergía es extremadamente importante para optimizar la producción de energía. Estas son las tecnologías utilizadas en la industria de la biomasa:
Combustión Directa
La combustión directa es el proceso de exponer la biomasa al calor y convertirla en energía. Es el método más común para transformar biomasa en energía. Los hornos de combustión directa se pueden utilizar para producir calor directo o vapor. Generalmente se dividen en dos grupos. El primer grupo incluye hornos que tienen un configuración del sistema de dos etapas. La primera etapa del proceso es para el secado y la gasificación parcial, y la siguiente (y última) etapa es para la combustión completa. Los hornos populares en esta categoría incluyen los hornos de ladrillos holandeses, los fogoneros esparcidores y los hornos de pilas de combustible.
El segundo grupo se utiliza normalmente con materias primas y líquidos de biomasa de partículas finas. Incluye Hornos de suspensión y lecho fluidizado.. Los hornos de suspensión queman partículas mientras las mantienen suspendidas mediante la inyección de aire turbulento precalentado que puede, aunque no necesariamente, contener partículas de biomasa mezcladas. Las cámaras de combustión de lecho fluidizado están hechas de lechos en ebullición de arena precalentada que proporcionan un medio de combustión en el que se deja caer o inyecta combustible de biomasa. Estos sistemas eliminan la necesidad de rejillas, pero necesitan métodos de precalentamiento de aire o arena para funcionar.
co-disparo
El co-disparo es una práctica moderna que ha permitido a la biomasa una entrada fácil y asequible en el mercado energético. El método consiste en quemar combustibles fósiles (normalmente carbón) con una materia prima de biomasa. Esta práctica nos permite liberar menos CO2 sin los costos adicionales de construir nueva infraestructura.
Procesos termoquímicos
Los procesos termoquímicos no producen energía útil directamente. Están diseñados para controlar las condiciones de oxígeno y temperatura que pueden convertir la biomasa en formas convenientes de portadores de energía, como aceites, gas o metanol. Estas formas de bioenergía son beneficiosas por sus propiedades y características. Pueden ser más densos en energía y, por lo tanto, su transporte cuesta menos, o pueden ser más estables y proporcionar características de combustión convenientes que los hagan más útiles en turbinas de gas y motores de combustión interna.
El proceso de pirólisis
La pirólisis es la descomposición térmica de materiales en atmósferas inertes a temperaturas elevadas. En la práctica, se trata de someter la biomasa a Temperaturas elevadas y reducción de los niveles de oxígeno.. Este proceso inhibe la combustión completa pero aún da como resultado un cambio en la composición química. En general, el proceso crea productos volátiles y residuos sólidos enriquecidos en carbono.
Conversión de materia orgánica mediante carbonización
La carbonización es el proceso de utilizar destilación destructiva para convertir materia orgánica en carbono. Es un antiguo proceso pirolítico que se ha optimizado en los tiempos modernos para crear carbón vegetal de manera consistente. El proceso Elimina los componentes volátiles de la madera., proceso conocido como destilación de madera seca. Durante la destilación de la madera seca, el carbono se acumulará debido a la reducción de los niveles de hidrógeno y oxígeno en la madera.
La carbonización normalmente utiliza Madera que sufre muchos cambios fisicoquímicos. cuando se expone a temperaturas más altas. Los métodos modernos han llevado a una mayor eficacia del proceso, lo que nos permite hacerlo a gran escala. La innovación en el campo ha dado lugar a tres formas de crear carbón vegetal:
- Calentado internamente – la forma más común que se controla mediante la combustión de materia prima en un horno. Este método produce la forma más común de carbón vegetal.
- Calentado externamente – esto permite eliminar completamente el oxígeno del proceso, proporcionando más carbón y de mejor calidad. El proceso requiere el uso de fuentes de combustible externas, como leña o combustibles fósiles.
- Gas caliente en circulación – Los sistemas que recirculan gas calentado pueden generar grandes cantidades de carbón y otros subproductos. Sin embargo, estos sistemas están limitados por los altos costos de inversión.
El proceso de gasificación
La gasificación es el proceso de convertir biomasa en hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono. Esto se hace a través de gasificadores (abiertos o cerrados) diseñados para crear las condiciones ideales para la gasificación. Gasificación Requiere temperaturas de aproximadamente 1,472 °F (800 °C) y niveles controlados de oxígeno o vapor. Estas altas temperaturas y ambientes controlados dan como resultado reacciones químicas que transforman la biomasa en gases que pueden usarse para crear bioenergía.
Licuefacción catalítica
La licuefacción catalítica de biomasa tiene como objetivo producir combustibles líquidos y productos químicos a partir de materiales orgánicos. La tecnología detrás de la licuefacción catalítica está diseñada para fabricar productos de mayor calidad con una mayor densidad energética. El proceso en sí es un Proceso termoquímico de alta presión y baja temperatura. que se lleva a cabo en fase líquida. Para una licuefacción exitosa, el proceso requiere una alta presión parcial de hidrógeno o un catalizador. A pesar del enorme potencial de la licuefacción catalítica, los problemas técnicos a menudo limitan las oportunidades de esta tecnología.
En el siguiente vídeo se muestra cómo funciona un convertidor catalítico.
Procesos Bioquímicos
Los microorganismos se utilizan desde hace mucho tiempo para la producción de combustibles como el etanol. Sin embargo, el mundo moderno ha reconocido la importancia de estos organismos. enorme potencial bioquímico en el tratamiento y conversión de residuos orgánicos. La ingeniería microbiana ha propiciado el uso de tecnologías de fermentación (anaeróbica y aeróbica) en el biogás.
Fermentación anaeróbica
La fermentación anaeróbica, o digestión anaeróbica, utiliza procesos naturales para crear biogás. El proceso produce biogás rico en metano a partir de estiércol y residuos de cultivos. Esto se hace mediante el uso de cultivos bacterianos metanogénicos mixtos que pueden crecer a temperaturas óptimas. Durante el proceso de fermentación anaeróbica, Los microorganismos descomponen la materia orgánica. y residuos en un ambiente libre de oxígeno.
El proceso ocurre en cuatro etapas; hidrólisis, fermentación (acidogénesis), acetogénesis y metanogénesis. El paso final del proceso es lo que crea biogás y residuos húmedos (digestato). Cuando funcionan bien, las bacterias pueden convertir 90% de biomasa en biogás, que luego se puede utilizar como energía para cocinar e iluminar.
Producción de metano en vertederos
El gas que se produce en los vertederos se conoce como gas de vertedero o, para abreviar, GRS. Se crea a partir de la descomposición microbiana natural de residuos sólidos urbanos o RSU y normalmente está compuesto de dióxido de carbono 50% y metano 50%, dependiendo de la materia orgánica de los desechos. La cantidad de GRS producida depende de la cantidad de materia orgánica en el vertedero.
Una vez almacenado el biogás, debe pasar por un proceso de limpieza que le permita ser utilizado como biogás en motores de combustión interna o turbinas de gas para generar electricidad y calor. El metano es un potente gas de efecto invernadero que proviene de ingresar a la atmósfera a través de vertederos no utilizados. Su valorización no sólo nos aporta una forma de bioenergía sino también Disminuye el impacto de las emisiones de metano. sobre el calentamiento global.
Fermentación de etanol
El etanol se utiliza principalmente como sustituto del petróleo crudo importado para reducir la dependencia del suministro de energía importado. Los avances en la tecnología de fermentación han Transformó el etanol en un sustituto del petróleo. y potenciador de combustible que es bueno para el medio ambiente y económicamente beneficioso. La fuente más común para la fermentación del etanol es la caña de azúcar y el sorgo dulce o la yuca.
Biodiesel y Diesel Renovable
Si bien los aceites vegetales se utilizan desde hace mucho tiempo en los motores diésel, las soluciones modernas nos brindan una alternativa de transporte mucho más ecológica. El biodiésel y el diésel renovable son combustibles a base de biomasa que se crean a partir de biomasa o materiales derivados de la biomasa. Estos combustibles son Utilizado principalmente en motores diésel., pero también pueden utilizarse como combustible para calefacción. A pesar de las similitudes que tienen estos combustibles, siguen siendo dos combustibles distintos que difieren en sus propiedades físicas y en la forma en que se producen.
El biodiesel se produce principalmente a través de un proceso llamado transesterificación. Se trata primero Eliminación de agua y contaminantes. de la materia prima de biomasa. Estos aceites vegetales o grasas animales se mezclan con alcohol (normalmente metanol) y un catalizador para crear un aceite que se parece más al diésel a base de petróleo. El resultado de este proceso produce ésteres metílicos de glicerol y ácidos grasos.
La glicerina es un azúcar. Normalmente se utiliza en cosmética y productos farmacéuticos., mientras que los ésteres son lo que llamamos biodiesel, que se utiliza con mayor frecuencia como combustible para vehículos. El diésel renovable, también conocido como diésel de segunda generación o diésel verde, es un combustible similar al petrodiésel que se obtiene a partir de fuentes de biomasa que químicamente no son ésteres. Es esta distinción la que separa el biodiesel y el diesel renovable.
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