Proyectos bilaterales de Investigación e Innovación Tecnológica

INSTITUTO DE MATERIALES Y REACTIVOS
UNIVERSIDAD DE LA HABANA
Proyectos bilaterales de Investigación e Innovación Tecnológica Brasil-Cuba
Reunión de Rectores Enero 2005
Título del Proyecto:
“Termoconversión de residuos de la agroindustria sucroalcolera en portadores energèticos:
Diseño construcción y puesta a punto de un planta piloto para la obtención de biooil, syngas e
hidrógeno”
Autor: Walfrido Alonso Pippo
C. HABANA
ENERO 2005
Instituto de Materiales y Reactivos Universidad de la Habana
CES/UCT de CUBA
Temàtica principal seleccionada Energía Renovable: Uso de los residuos agrícolas en general
y de la industria sucroalcolera , en particular,para la
producción de portadores energéticos líquidos y gaseosos.
Termoconversión de residuos , producción de biooil , syngas
Temática específica
e hidrógeno
Dr.Walfrido Alonso Pippo
e-mail :
Coordinador Cubano
[email protected],
[email protected]
“Termoconversión de residuos de la agroindustria
Titulo del Proyecto
sucroalcolera en portadores energèticos: Diseño
construcción y puesta a punto de un planta piloto para la
obtención de biooil, syngas e hidrógeno”
TAGROBIO
Acrónimo
Objetivos del proyecto
Generales:
 Garantizar el abastecimiento energètico en aereas
remotas o de dificil acceso a partir de recursos locales
 Aprovechamiento racional de los residuos como
recursos energèticos
Específicos
o DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA PLANTA PILOTO A
PARTIR DE LAS CONDICIONES LOCALES PARA LA
EVALUACION Y EL DESARROLLO
DE TECNOLOGÍAS
MODULARES A ESCALA RACIONAL QUE PERMITA
SIMULTÁNEAMENTE LA CO- GENERACIÓN DE ENERGÍA
ELÉCTRICA Y LA PRODUCCIÓN DE OTROS PORTADORES
ENERGÉTICOS Y PRODUCTOS QUÍMICOS DE ALTO VALOR
AGREGADO A PARTIR DEL
CONSUMO DE RESIDUOS
AGROINDUSTRIALES DE LA CAÑA DE AZÚCAR U OTROS
RESIDUOA AGRÍCOLAS
o EVALUACIÓN
DE
LA
FACTIBILIDAD
TÉCNICOECONÓMICA, SOCIAL, MEDIO AMBIENTAL
Y DE
REDUCCIÓN DE COSTOS DE INVERSIÓN EN LA INDUSTRIA
SUCROALCOLERA,
PARA
EL
APROVECHAMIENTO
ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS AGROINDUSTRIALES Y
AGRÍCOLAS ESPECIFICOS DE UNA ZONA, MEDIANTE TRES
VARIANTES DE REALIZACIÓN



Desglose modular, paulatino o simultaneo de las
inversiones
Aprovechamiento de la disminución de costes por
masificación y aumento de escalas
Arrendamiento de facilidades portátiles de alta
tecnología
Breve descripción del proyecto
Introducción
El desarrollo tecnológico y el aumento en la eficiencia de la
cogeneración en la industria sucroalcolera que tuvieron lugar
durante las últimas dos décadas del 20 siglo, ha cambiado
radicalmente los puntos de vista sobre el uso de los residuos
Varios autores, en este tema [1-5] coinciden señalando que en
el scenario actual y en los escenarios futuros previsibles las
fluctuaciones del precios del azúcar en el mercado mundial, el
alza en los precios del petròleo , la carencia de energia
eléctrica, la falta de materiales, la introduccion en escala
comercial de calderas de alta presión (61 bar) más eficaces, la
aplicacion en escala industrial de la
tecnologia condensación-extraccion del vapor (CEST),junto a
los problemas de manipulacion de residuos y los problemas
medioambientales, exigen que la agroindustria sucroalcolera
no tenga más como principal y único objetivo: la producción
de azúcar y alcohol, sino que debe convertirse en una
agroindustria: exportadora de energía eléctrica a la red,
productora de portadores energèticos, azúcar y otros
materiales , como materias primas para la producción de
productos químicos, medicinas y artículos de alto valor
agregado.

Resultados esperados durante
la ejecución del proyecto:
Propuestas tecnológicas para el autoabastecimiento
energético con electricidad y combustibles de zonas
cañeras
 Generación de nuevos empleos y temas de
capacitación de los recursos humanos maestrías y
doctorados
 Presentación en eventos nacionales e internacionales
 Conciliar la incompatibilidad tecnológica en los
procesos de aprovechamiento energético de los
residuos agroindustriales de la caña
 Producción de artículos y materiales de consulta y
referencia en el tema del uso energético de los residuos
de la agroindustria sucroalcolera
El resultado que se espera alcanzar es un diseño tecnológico
probado y evaluado, que pueda ser introducido a la práctica
social ,paulatinamente y que comprende todos los pasos desde
la manipulación de la materia prima hasta su aprovechamiento
mas racional. Lograr su realización en los escenarios de
América Latina, donde no existe una propuesta tecnológica
adecuada a nuestras realidades económicas y en un mercado
global donde las tendencias apuntan al establecimiento de
precios de monopolio sobre las tecnologías energéticas tiene
actualmente una importancia estrategica para toada la región
Antecedentes y fundamentación:
La industria azucarera es una de las pioneras en el mundo
en el uso del reciclaje energético de sus residuos. Es una
práctica común el autoabastecimiento energético de los
centrales azucareros y también la cogeneración con el
propósito de venta a la red pública.La caña de azúcar, resulta
la gramínea que mayor conversión realiza de la energía solar
en biomasa. Y a partir de su uso principal para la producción
de azúcar y alcohol es relativamente barato el costo de sus
desechos tanto agrícolas como industriales. Sin embargo aún
hoy el uso que se hace de los residuos de la caña de azúcar
sigue siendo el tradicional y apenas alcanza el 20% de su
potencial energético. La introducción de nuevas tecnologías
como la Gasificación y la Pirolisis revolucionó le explotación
de los desechos de la industria forestal y es ampliamente
utilizado en países desarrollados de Europa y Norteamérica.
Entre estas tecnologías se destaca el BIG/GT. Un sistema a
ciclo combinado con un Gasificador de biomasa y una turbina
de gas integrada. Sin embargo el alto costo de las inversiones
continua siendo un obstáculo importante en su aplicación y
generalización. La introducción de una tecnología o mejoras
tecnológicas calderas de mayor presión y turbinas de
condensación-extracción, paulatinamente y en forma de
módulos, en las fábricas existentes pudiera resultar un paso
importante en el aumento de la eficiencia y el
aprovechamiento mas racional de los residuos azucareros.
Daría tiempo además a crear una cultura en el uso de
nuevos derivados que hoy no se comercializan y que
pueden ayudar a amortizar las inversiones
Un aumento de la eficiencia proporcionaría un excedente de
bagazo que en una industria balanceada podría llegar resultar
hasta un 40 % del total de bagazo. Para una industria de 7000
ton diarias de capacidad de molida eso significa ~1960 ton de
bagazo (354 ton de petróleo equivalente). De ellas 784 ton
podrían utilizarse después de la cogeneración para la
obtención de biooil, syngas o hidrógeno . En términos
energéticos esta cantidad de bagazo representa un potencial de
142 ton de petróleo equivalente. Considerando un 60% de
eficiencia del proceso de conversión 84 ton de petróleo
equivalente diarias..
En Cuba, a pesar de su redimensionamiento la industria
azucarera continua siendo la industria mas importante del país
y la mayor generadora de empleos. Las zafras futuras en Cuba
con un potencial de alrededor de 4-5 millones de ton de azúcar
significan alrededor de 40-50 MM de ton de caña a moler y
alrededor de 11-14 MM de toneladas de bagazo y 2.5-3 MM
de ton de paja. Del total del bagazo 7-8 MM se utilizarían en
la cogeneración
y representan (con un rendimiento de
100Kwh/ton caña) alrededor de 4-5 Tw.h, mas la posibilidad
de utilizar 5-6 MM de ton de bagazo en la producción de biooil lo cual significa 3MM de ton de bio-oil, ó 1.5 MM de ton
de petróleo equivalente. A lo anterior hay que sumar el uso de
la paja que en términos de valor calórico resulta similar al
bagazo húmedo, por lo que 2.5-3MM de toneladas representan
aproximadamente 452,000 ton de petróleo equivalente ó
271,000 ton de bio-oil. En total sumados los potenciales del
bagazo y el RAC el potencial energético alcanza 1,71 MM ton
de petróleo equivalente.(un 20% del consumo anual de Cuba) .
Calculando a $25USD el barril de petróleo significa un ahorro
de $314 MM USD anualmente y dejar de emitir 5 millones de
toneladas de CO2
Para Brasil cuya producción azucarera alcanzó en el año
2001/2 18,5 MM de toneladas y que molió 272 MM de ton. de
caña de azúcar1 los volúmenes disponibles de bagazo y paja
correspondientes alcanzan los valores siguientes: bagazo (50%
humedad) 76 MM toneladas y 16 millones de toneladas de
paja. Para un valor calórico de 13,8 MM y 3 MM ton de
petróleo equivalente respectivamente. Esto representa la
posibilidad de usar 45,6 MM ton de bagazo en la cogeneración
de electricidad y disponer de 31 MM ton de bagazo excedente
de la cogeneración para la producción de 18,6 MM ton de biooil o la producción de otros productos químicos de alto valor
agregado.
Desde el punto de vista de las emisiones esto significa dejar de
emitir , adicionalmente, a la atmósfera 28 millones de ton de
CO2 .
En la Tabla 1. se resumen loe principales aspectos del
aprovechamiento integral de los residuos de la industria
azucarera para ambos países.
Proyectos anteriores que fundamentan
la realización del presente
El presente proyecto está asociado y precedido por un
Proyecto Nacional Ciencia Tecnología “Tecnología para la
obtención de de biocombustibles y combustibles Sintéticos a
partir de la biomasa cañera” , cuyo principal resultado ha sido
el montaje y puesta a punto de una planta de pirolisi y
gasificación de la biomasa cañera.
Una estancia de colaboración en Brasil UNESP. FEIS. 2003
Esta precedido ademas por un Proyecto de Colaboración
internacional (ICTP-ENEA) desarrollado en Italia para la
obtención de hidrógeno a partir de desechos (residues derived
fuel RDF)
Tiene además proyectos anteriores ( en loa años 80 de
producción de gasogeneradores ) y de producción de toneladas
de desinfectantes, herbicidas y otros productos químicos de
alto valor agregado derivados del liquido piroleñoso. En los
últimos tres años se han realizado mas de 6 publicaciones
relacionadas con el propósito del proyecto
Tabla 1 Principales indicadores del aprovechamiento integral de residuos de la agroindustria
azucarera
Brasil
Indicadores anuales
Cuba
Toneladas de caña a moler (MM)
40-50
250-270
Toneladas de Bagazo (MM)
11,2-14
70-76
Toneladas de paja (MM)
2,5-3
14.7-16
Capacidad de generación (considerando 100 kW.h/toncaña)
4-5
25-27
Twatts.h
Potencial de Bio-oil (MM de toneladas)
3,3
18,6
Petróleo equivalente que se puede sustituir (MM de
1,7
9,3
Toneladas)
1
Economic Research Service/USDA The Brazilian Sugar Industry : Recent Development. Christimne Bulling and
Nidia Suarez
Ahorro por concepto de sustitución de combustibles fósiles
en base $182 USD la tonelada de petróleo (MM de USD)
Toneladas de CO2 que se dejan de emitir
(MM toneladas)
Cronograma de actividades
314
1692
5
28
Etapas de realización:
1. Visita de Coordinadores para:
 Discusión conjunta sobre el proyecto, con
todos los equipos de investigadores
 Acordar elementos objetos de estudio de los
grupos en el MODULO
 Definir plazos de realización y entrega de
informes
 Conocer el estado de aseguramiento material
de las partes
 Búsqueda de información
 Precisar los contenidos de cursos , maestrías
y doctorados
 Precisar en el terreno la infraestructura de
transporte y comunicaciones de soporte al
proyecto
2. Visita de los especialistas involucrados 2 anuales
(1representante de cada parte)
 Resumen de las actividades de cada
especialista involucrado:
 Discusión y aprobación del plan de trabajo
individual
 Definir una propuesta tecnológica en escala y
tipo de tecnología para la integración del
modulo
 Análisis Técnico-economico de las variantes
posibles
 Escribir artículos monografías y materiales
de referencia
 Participar en eventos científicos nacionales e
Internacionales
 Informes técnicos parciales, y de la misión al
coordinador
3. Consulta en las firmas y empresas del ramo
sucroalcolero para la definición del MODULO , y
sus índices técnico-económicos y ambientales
4. Conciliación de los trabajos del equipo para
presentación de una propuesta por cada disciplina o
tema de trabajo con su correspondiente evaluación
técnico –economica , social y ambiental
5. Evaluación del costos de un prototipo por
especialidades
6. Definición de las condiciones necesarias y
suficientes para proponer el lugar de de introducción
de un prototipo
7. Discusión preliminar de la factibilidad técnicoeconómica y ambiental
8. Definición del impacto social (número de empleos ,
capacitación necesaria, etc. ) consultas a
instituciones sociales y gubernamentales
9. Propuesta de MODULO ,costo, tiempo de
realización y recursos financieros necesarios
10. Confección de Informes Parciales
11. Confección de informes Finales
Etapas
1er año
2do Sem
1
1erSem
X
2
X
X
3
X
X
4
X
5
3erSem
X
2do año
4to Sem
X
X
X
X
X
X
X
X
6
7
3er año
6to Sem
X
X
X
X
8
X
X
X
X
X
X
9
10
5toSem
X
X
X
11
X
X
X
Esbozo de Presupuesto (draft)
Estudio preliminar+ revisión bibligrafica+evaluación de las
condiciones particulares de la zona o industria base del
proyecto...........................................................20,000 USD
Elaboración del proyecto ejecutivo+materiales para la
instalación+obra civil......................................60,000 USD
Trabajos de construcción+talleres+ajustes......40,000 USD
Gastos de transporte+comunicacion+otros gastos de
administración..................................................25,000 USD
Medios de computo.............................................5,000 USD
Total ..................................................................150,000 USD
50,000USD/anuales.
CES Brasileños
UNESP. FEIS.
Coordinador
Dr. Dionizio Paschoarelli Jr. e-mail [email protected]
Fecha : Octubre 2005
Referencias:
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Consejo Técnico Asesor. Seminario de las cátedras azucareras de las universidades cubanas.
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[6] Alonso Pippo W., del Rey Ocampo J “Dieciocho años de Generación de Electricidad con
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Volume IV. Temario: Fontes Renovaveis e Alternativas Energéticas. Integraçáo Energética
Latino –Americana Pág. 1612-1620. Rio de Janeiro Mayo 2002.Editora: Sociedad Brasileira
de Planojamento Energético. COPPE/UFRJ
[7] Alonso Pippo W., del Rey Ocampo J “Pirólisis de la Biomasa Cañera: Oportunidad y reto
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[8] Alonso Pippo W., del Rey Ocampo J “ Sugarcane Biomass Residues: A Cuban Bioenergy
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[10] Alonso Pippo W. , del Rey J." Consideraciones actuales sobre el uso energético de la Biomasa
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[12] Dermisa Ayhan Combustion characteristics of different biomass fuels. Progress in energy and
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