Descargar - Universidad de Verano

Universidad Rey Juan Carlos
Curso de Verano sobre “Energía Inteligente para un futuro sotenible
LA BIOENERGÍA COMO REALIDAD Y ALTERNATIVA PARA UNA
PRODUCCIÓN ENERGÉTICA SOSTENIBLE.
Juan E. Carrasco
Jefe de la Unidad de Biomasa. CEDER-CIEMAT
Coordinador EERA-Bioenergy
LA BIOMASA ES:
TODO TIPO DE MATERIA ORGÁNICA DISPONIBLE
PARA SU USO ENERGÉTICO DE FORMA SOSTENIBLE
PARA EL MEDIOAMBIENTE, EXCEPTO AQUELLA
INCLUÍDA EN FORMACIONES GEOLÓGICAS
•
GENERALMENTE SE EXCLUYEN LOS RESIDUOS ORGÁNICOS CATALOGADOS
COMO TÓXICOS Y PELIGROSOS..
ECUACIÓN GLOBAL DE LA FOTOSÍNTESIS
Luz
CO2 + H2O
( H - COH ) + O2 ; ∆G’ = +476 kJ
La biomasa puede ser un instrumento eficaz para controlar las emisiones de efecto
invernadero
Reservorio de CO2 en la biomasa: 200Gt
Producción anual (2013) de CO2 por consumo de combustibles fósiles: aprox 38Gt
1.3 t CO2
Ciclo teórico del
carbono
0.2 ha
1 t biomasa
Fijación del CO2 mediante la fotosíntesis y producción de biomasa.
RECURSOS DE BIOMASA
√
Biomasa natural
√
Biomasa antropogénica
→ Residuos forestales: podas, claras, clareos, cortas.
→ Residuos agrícolas:
•
Herbáceos: paja de cereales, cañote y
mazorca de maiz.
• Leñosos:
sarmientos, residuos poda del olivar,
residuos poda de árboles frutales.
→ Residuos industriales forestales: cortezas, costeros, serrines ...
→ Residuos agroindustriales: cáscara de almendra, cascarilla de arroz,
bagazo de caña, vinazas, residuos de conserveras, residuos de
industrias lácticas, residuos de industrias vínicas y de extracción de aceites…
→ Residuos urbanos: fracción orgánica RSU, aguas residuales urbanas ...
→ Cultivos energéticos:
• Herbáceos:
- anuales: B. carinata, caña de azúcar, sorgo.
- perennes: Miscanthus sp., hierbas perennes,
Cynara cardunculus
• Forestales: sauce, chopo, eucalipto.
Procesos de conversión energética de la biomasa. Materias primas utilizadas y aplicaciones.
Procesos y productos
intermedios
Materias Primas
Combustión
Res. agrícolas
Res. forestales
Res. forestales y
agroind. sólidos
Cultivos
energéticos
Reducción
granulométrica
Biocomb.
sólidos
Secado
Gasificación
Densificación
Pirólisis
Aplicaciones
Calor
Electricidad
Calor
Gas de
Electricidad
gasificación Hidrógeno
Combust. transporte
BlT,Metanol Electricidad
Calor
Aceites de
pirólisis
Electricidad
Carbón vegetal
Res. agroindustriales
líquidos, res. urbanos
Caña de azúcar
Cereales
Remolacha
Soja
Colza
Girasol
Procesos
físicos
Digestión
anaerobia
Calor
Electricidad
Biogás
Fermentación
alcohólica
Bioetanol
Transesterificación
Biodiesel
Procesos
termoquímicos
Eterificación
ETBE
Combustible transporte
Combustible transporte
Procesos
biológicos
Procesos
químicos
SITUACIÓN GENERAL
La biomasa aporta actualmente en torno al 10-12% de la demanda de
energía primaria mundial y el 14% del consumo energético bruto. En 2012
el consumo de energía primaria mundial se situó en torno a 550EJ.
En la UE-28, la biomasa, con una producción de energía primaria 4.2EJ en
2011, se situó como tercer combustible autóctono , tras el carbón (7.0 EJ)
y el gas natural (5.6EJ) y por delante del petróleo (3.8 EJ).
Energía primaria mundial en 2011
Fuente: IEA (2012)
SITUACIÓN GENERAL
Energía primaria (cifras en negro) y energía bruta consumida (cifras en rojo) de la
biomasa en el mundo en 2011 (en EJ). Biomasas mas utilizadas y aplicaciones.
BIOMASAS
-Res. Forestales
-Res agrícolas.
-Res. Ind. madera
-Res. Agroind.Sólidos.
-Res.urbanos
-Res. agroind.
líquidos
-Res.ganaderos
-Cult. Azucarados:
(caña,remolacha)
-Cereales
(maiz,trigo…)
-Oleaginosas
(soja,colza,palma…)
BIOCOMBUSTIBLES
-Biocombustibles
sólidos:
(Astillas,leños,pacas,
pelets,briquetas,carbón
vegetal…) 51.3
(92.6%)
-Biogás
1.1
(2.0%)
APLICACIONES
Energía térmica:
(doméstica
e industrial).
43.0
0.05
Energía eléctrica
0.57
1.1
0,15
0.01
Total: 55.4
-Biocarburantes:
(bioetanol, biodiesel)
3.0 : 2.0 bioetanol,
0.97 biodiesel)
(5.4%)
Uso principal
Combustibles
transporte
2.9
Uso secundario
o en demostración
SITUACIÓN GENERAL
La biomasa aporta mas de un 70% de la energía producida con recursos
renovables (78.1% en 2012) y aunque está prevista una reducción
considerable de su aportación en un futuro continuará siendo la principal
energía renovable en las próximas décadas.
El consumo de biomasa ha crecido en el periodo 2000-20011 a un ritmo en
torno al 3% anual, similar al crecimiento de la demanda energética en ese
periodo En la ue-28 su consumo, en torno a 4EJ en 2012, se ha casi duplicado
en dicho periodo.
Existen mas de 70 países con medidas para favorecer el desarrollo de la
bioenergía
Evolución del consumo mundial de biomasa en sus distintas aplicaciones (en EJ)
Año
E. primaria
Biomasa
eléctrica
Biocarburantes Biomasa
térmica
2000
43.2
2.35
0.43
40.5
2005
47.2
3.22
0.86
43.1
2009
52.0
4.49
2.34
45.2
2010
54.2
5.37
2.64
46.2
2011
54.9
5.84
2.76
46.3
2050
(previsto
por la IEA)
100-300 (energía primaria mundial en 2050: aprox 800EJ)
En 2050 el Set Plan prevé una contribución de la biomasa en torno al 50%
Del total de las ER y del 25% de la energía primaria consumida
SET PLAN ROADMAP
Biomasa sólida de uso térmico:
producción de calor, refrigeración y vapor en plantas
térmicas puras y de cogeneración. Aplicación sectores
doméstico e industrial.
Cocinas de carbón vegetal. Africa
Chimenea de biomasa
Energía primaria aportada en 2013:
Mundo: aprox.43EJ (aprox 80% en el sector doméstico)
UE : aprox 3.0 EJ (aprox. 60% en el sector doméstico
España: 169.3 PJ (aprox 55% en el sector doméstico)
Caldera (120kWth) y estufa de
pélets de biomasa (9kWth).
Planta de calefacción de distrito
con biomasa. 2.4MWth. Cuéllar(Segovia)
Planta térmica con hueso de
aceituna
4,6 MWth. Prov. Córdoba
Caldera de residuos de industria
de la madera. Puertas Norma .Soria
SITUACIÓN ACTUAL:
SECTOR TÉRMICO. BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS
•Las tecnologías de combustión existentes son maduras y competitivas bajo los puntos
de vista de eficiencia y emisiones si bien presentan menor fiabilidad y mayores costos
de inversión y mantenimiento que las convencionales. En la UE el mercado del sector
crece en los últimos 10 años a una tasa anual media en torno al 2,0%.
Precios indicativos a pequeños
consumidores de combustibles para
la producción térmica doméstica en
España ( 2014) (en €/GJ).
Fuente:Lasselsberger(2002)
Evolución de la eficiencia y emisiones de CO en
pequeñas calderas y estufas de biomasa (19802000).
• Los biocombustibles sólidos y su
aplicación térmica son competitivos en
precio en el sector doméstico, si bien
esta aplicación sólo ha logrado
implantarse con éxito en pocos países,
debido al desconocimiento y a la falta de
medidas para incentivación del mercado.
Gasóleo
18-24
Gas natural (1)
18-20
Electricidad (2)
50
Biomasa:
- Leña
(30% humedad)
- Pélets
14-16
12-15
(1) Precio para un consumidor de 5000kWh/año.
(2) Para consumidores con TUR, potencia 3,5kW sin
discriminación horaria y consumo de 3000kWh/año
SITUACIÓN ACTUAL :
SECTOR TÉRMICO.BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS
•En el sector industrial los biocombustibles sólidos no son competitivos con los fósiles
en la mayoría de los países, por lo que su utilización queda casi exclusivamente
reducida al autoconsumo de residuos, principalmente por las agroindustrias y las de la
transformación de la madera. Esta situación está empezando a cambiar en los últimos
años debido a las fuertes subidas de los combustibles fósiles.
•. La utilización de nuevos
materiales herbáceos presenta asociados
problemas de sinterización y corrosión
Depósitos de cenizas formados en el interior
de combustores de biomasa.
SITUACIÓN ACTUAL:
SECTOR ELÉCTRICO. BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS
Tecnologías comerciales actuales:
-Ciclos rankine con biomasa sólida.
Aplicaciones de cogeneración.
- Co-utilización en centrales térmicas de carbón y
gas natural.
Planta CHP multicombustible de biomasa
en Rahualati (Finlandia).30 MW
Energía primaria aportada y capacidad en 2013:
Mundo: 375TWh. Unos 85000 MW instalados
UE : 81.7 TWh. Unos 11.000 MW instalados
España: 3.78 TWh. 551 MW instalados .
Planta CHP
multicombustible
de biomasa en
Dinamarca.28 MW.
Planta de generación eléctrica con
Planta de generación eléctrica con
paja en Sangüesa. 25MW
alperujo. Vetejar (Córdoba) 12,5MWe
)
SITUACIÓN ACTUAL:
SECTOR ELÉCTRICO. BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS
•Tecnologías maduras aunque las plantas de ciclo de Costos de la producción eléctrica convencional
vapor con biomasa presentan menos horas de
con biomasa y combustibles convencionales
en
la UE (c€/kWh).
funcionamiento anuales y mas altos costos de
Fuentes
operación y mantenimiento debido al ensuciamiento y
Convencionales
4-6
fenómenos de sinterizacíón y corrosión producidos por
la biomasa sólida herbácea.
•En el periodo 2004-2013 la tasa media mundial de
crecimiento de generación eléctrica con biomasa
5 - 12
Biomasa
sólida se sitúa en el 7.7% .
•El ahorro de emisiones de
CO2 es superior al 90% con respecto a la
Inversión (€/kWe)
Eficiencia (%)
generación con carbón y en torno al 65% con gas
natural.
(€/MWh)
•Plantas de ciclo de vapor con biomasa fuera de la
economía de escala de la tecnología
debido a dificultades de abastecimiento de
biomasa lo que se traduce en una disminución de la
eficiencia y costos de inversión y operativos
superiores a los de las centrales térmicas
convencionales. Mas viables las pequeñas centrales
de cogeneración con ciclos de vapor o gasificación.
• La co utilización de biomasa y carbón en centrales
Tamaño de planta (MWe)
térmicas convencionales es una alternativa viable técnicamente
y eficiente desde un punto de vista energético, pero limitada en su
aplicación a la localización de las centrales térmicas convencionales.
Biogás:
PRODUCCIÓN DE CALOR Y ELECTRICIDAD
EN LOS SECTORES DOMÉSTICO E
INDUSTRIAL.
Se obtiene en las plantas de tratamiento de residuos agroindustriales y urbanos y
en los vertederos controlados de RSU. En algunos países de la UE se están
empleando cosechas agrícolas (e.g. granos de maiz) para producir biogás.
En la UE, Alemania produce casi el 60% de la energía primaria de biogás. Existe la
posibilidad de conexión a red de gas natural.
En China e India existen importantes programas para la utilización del biogás
producido con los residuos orgánicos domésticos, para cocina principalmente
(alrededor del 50% de la energía primaria mundial de biogás)
Energía primaria/electricidad producida de biogás en
2013 :
Mundo: 1.1EJ/ 57TWh
UE : 0.56EJ/52.3TWh
España: 10.6 PJ
Biocarburantes:
-Biodiesel: sustitutivo del
gasóleo
-Bioetanol: sustitutivo de la
gasolina
Producción de biocarburantes (Ml) en 2013
Biocarburan
te
USA
Brasil
Otros
Mundo
Bioetanol
50000
25500
61700
87200
Biodiesel
12300
2900
11100
26300
Total
62300
28400
22800
113500
Surtidor de bioetanol.
Maringá-Brasil. 1988
Bioetanol
Biodiesel
E100
B100
E85 (flexi fuel)
B30
E20
B5
E10
E5
E-diesel (en desarrollo)
Ford Focus 1.6i flexi fuel
Saab 1.9i certificado para biodiesel
SITUACIÓN ACTUAL DE LA BIOMASA:
BIOCARBURANTES
•Es el sector mas dinámico de todos los de la biomasa. La producción mundial se ha
casi cuadriplicado (30900Ml en 2004) en el periodo 2004-20104 con una
ralentización en los últimos dos años
•La producción y utilización de los biocarburantes de primera generación no ofrece
problemas técnicos significativos aunque causa interferencias con el
mercado alimentario de materias primas. En los últimos años se están empezando a
introducir en el mercado el biodiesel producido mediante hidrogenación de aceites
vegetales, de menores costos y sin la producción de glicerina asociada a la
tranesterificación.
•Los biocarburantes sólos o en mezclas con los combustibles fósiles
determinan reducciones importantes de las principales emisiones
contaminantes de los vehículos, así como de las de CO2,
aunque en cantidades mucho mas moderadas con
respecto a los combustibles fósiles de referencia que
las aplicaciones térmicas y eléctricas, cuando se producen
con materia primas de Estados Unidos y la UE.
• Los biocarburantes presentan un balance energético
Destilería de bioetanol de Babilafuente
pobre cuando se emplean determinadas materias
(Salamanca) 200 Ml/año de bioetanol
primas (cereales, colza,girasol…) . La mejor situación se
produce con la caña de azúcar como materia prima.
Hechos que apoyan el desarrollo de la
bioenergía
Es una energía renovable y limpia, si se utiliza de forma sostenible, para sustituir a
los combustibles fósiles
La biomasa es el único combustible, incluidos el resto
de los recursos renovables, cuya producción está ligada a la fijación de CO2. Su
empleo con tecnologías sostenibles actuales supone en general unas reducciones
importantes de las emisiones GHG.
Hechos que apoyan el desarrollo de la
bioenergía
Alto potencial del recurso, con grandes posibilidades de desarrollo
Potencial
sostenible estimado actual mundial: 270 EJ/año (Hall y Rosillo Calle, 2003). Diferentes
estudios sitúan el potencial sostenible de la biomasa en 2050 entre 40-1500 EJ/año (media
500EJ/año).Consumo energético mundial en 2009: 567 EJ. y previsto en torno a 780EJ en
2050.El potencial de la biomasa residual lo sitúan diferentes estudios en 29-125EJ/año
Potencial mundial sostenible de la biomasa previsto para 2050 (Smitts and Faaij,2007)
Región
Potencial sostenible (EJ/año)
América del Norte
39-204
América Central y del Sur
87-279
Unión Europea
13-30
Federación Rusa
5-29
Estados del Báltico
83-269
Oriente Medio y norte de África
2-39
África subsahariana
49-347
Asia del Este (excluido Japón)
22-194
Asia del Sur
23-37
Japón
2
Oceanía
40-114
TOTAL
364-1545
Hechos que apoyan el desarrollo de la
Bioenergía
La biomasa es una forma de energía importante y ya desarrollada en sus
diferentes aplicaciones.
E. primaria en 2011: 55-60 EJ. Aprox. 10-12% del
consumo de energía primaria mundial, aunque sólo unos 20EJ comercializados y
tan sólo 8 EJ con tecnologías modernas.
Relativamente Fácil almacenamiento
puede contribuir a optimizar técnica
y económicamente la producción energética en sistemas híbridos con otros
recursos renovables
Es una alternativa y nexo de unión entre el uso alternativo de la superficie
agrícola, el desarrollo rural, la lucha contra el cambio climático y la generación
sostenible de energía renovable
posición única como alternativa para
solucionar los problemas planteados en el ámbito energético y en el medio rural.
El potencial de la bioenergía depende de un gran número de factores la
muchos de los cuales están fuertemente condicionados por decisiones
políticas y por el desarrollo tecnológico.
Impacto
medioambiental:
-Emisiones GEI
-Uso del agua
-Suelo
Evolución de la
demanda
energética
Desarrollo
del mercado
internacional
Producción
alimentaria y
desarrollo
tecnológico
agrícola
Potencial
sostenible
de la
Bioenergía
Integración
energética
Desarrollo
Bioproductos
y biorefinerías
Desarrollo
económico y
social
Desarrollo
tecnologías de
producción y
conversión de la
biomasa
bioenergía y
transferencia
tecnológica
El éxito del desarrollo del mercado sostenible de la bioenergía descansa
en la realización de diferentes acciones coordinadas a nivel internacional.
ACCIÓN
Definición y puesta en marcha de políticas
nacionales e internacionales basadas en un
consenso de todas las partes implicadas
(creación de Foros internacionales) que
incentiven de forma eficaz el interés y la
inversión privada hacía la bioenergía sostenible
en el contexto de la nueva bioeconomía.
Definición de forma coordinada de las
acciones que sirvan de base a las políticas de
implementación.
JUSTIFICACIÓN/EFECTOS
Implementación de las políticas sobre bioenergía en
un marco de consenso que evite tensiones,
principalmente en el mercado alimentario.
Contribuye a definir y desarrollar las opciones
prioritarias mas sostenibles y para optimizar los
resultados a nivel global, así como la aceptación
social hacia la bioenergía.
Desarrollo tecnológico conjunto de los cultivos
agrícolas y energéticos y de las tecnologías de
transformación de la biomasa para hacerlas
mas sostenibles. Es un factor clave.
Minimizar la necesidad de suelo agrícola para la
producción adicional de alimentos y de energía
Incrementa la eficiencia y disminuye costos de
producción energética y el impacto medioambiental .
Desarrollo de la normalización y de
certificados de sostenibilidad para la
producción y uso de los biocombustibles.
Favorece el desarrollo de un mercado sostenible y
competitivo. Posibilitará el establecimiento de precios
y calidades de los biocombustibles y la certificación de
los equipos e instalaciones energéticas.
Desarrollo del mercado internacional, incluido
el intercontinental, de la bioenergía.
Los sitios de mayor potencial de biomasa no
coinciden con los de mayor demanda energética. Es
Desarrollo de la producción de recursos de
biomasa.
-Desarrollo de los cultivos energéticos, incluída su mejora
genética.
- Mobilización de nuevos recursos: algas, biomasa de
matorral…
-Optimización de las cadenas logísticas de la biomasas
forestal y de cultivos energéticos (reducción de costes).
- Desarrollo de certificados de sostenibilidad y estándares de
calidad y análisis de su impacto sobre la producción del
recurso.
El desarrollo de los cultivos energéticos es imprescindible para alcanzar
los objetivos energéticos previstos con la biomasa (potencial de la biomasa
residual: 29-125EJ/año), si bien es muy importante resolver los aspectos
que afectan a su implementación sostenible, incluidos los relativos a su
posible competencia con la producción alimentaria.
El desarrollo tecnológico puede reducir a niveles competitivos en el
mercado energético los costos de producción de la biomasa, así como las
emisiones de efecto invernadero de sus cadenas energéticas e incrementando
la eficiencia en el uso de la tierra.
Se estima posible (Faaij, 2007) pasar de un potencial en 2000 de menos de 50EJ de
biomasa de cultivos a un coste de producción igual o inferior a 35€/GJ, a unos 400 EJ en 2050,
mediante mejoras en la mecanización de la recogida de biomasa y la selección y mejora de los
cultivos actuales
The technology improvement reduces the especific area of sugar cane dedicated
to bioethanol production in Brasil
El desarrollo tecnológico de los cultivos agrícolas y no alimentarios
puede permitir el aseguramiento alimentario sin necesidad de incrementar
la superficie agrícola actual permitiendo así una mayor disponibilidad de
tierras para la producción energética Y REDUCIR EL IMPACTO
MEDIOAMBIENTAL DE LA PRODUCCIÓN DE BIOMASA.
Evolución del uso del suelo agrícola para fines alimentarios para dos escenarios diferentes.
El A1 involucra un desarrollo tecnológico agrario alto, un alto desarrollo del comercio
internacional de materias primas y una población en torno a 8 300 millones en 2050
Fuente: Faaij, 2007
There is significant land surface available for energy crops
worlwide
Agricultural land and potential arable land in different countries (2004).
Fuente: ECOFYS (2008)
Evolución de la población y de la superficie agrícola
En el periodo 1961-2011 la población mundial ha pasado de 3000 a
mas de 7000 millones de personas mientras que la superficie
agrícola tan sólo creció en unos 550 millones de hectáreas (12%).
Desde 1993 la superficie agrícola está prácticamente estable, si
bien la producción creció en un 54% y la población mundial en tan
sólo un 23%- La superficie utilizada para cultivos alimentarios fue
en 2011 de unos 1600Mha
En: H. Maletta (2014)
el potencial sostenible evaluado de la biomasa (unos 500EJ/año)
parece poder satisfacer las previsiones de consumo en 2050 para
este recurso
Cultivos energéticos. 70-166EJ.
Posible escenario mas exigente:
800Mha tierras media-baja producción
230Mha tierras alta producción
Residuos forestales, agrícolas,
industriales y orgánicos. 29-125EJ
Incremento eficiencia global 10%.22EJ
Estimated Breakeven points (biomass price):
Perennial C4 North subhumid rainfed: 33€/odt
Poplar North Irrigation: 59€/odt
Poplar South irrigation: 60€/odt
Perennial C3 South semiarid rainfed: 63€/odt
Annual C3 (North Subhumid rainfed): 75€/odt
Annual C4 (South Semiarid rainfed): 94€/odt
Poplar North Irrigation: 59€/odt
Poplar South irrigation: 60€/odt
La producción de biomasa de
cultivos energéticos en España
puede llevarse a cabo a precios
competitivos en el mercado previo
a 2012.
Typical calculated gross margin and production
Cost of energy crops biomass in Spain
Desarrollo de las tecnologías de conversión y
aplicaciones
- Producción térmica
- Producción de electricidad
- Biocarburantes
- Biorefinerías
en la conversión energética de la biomasa hay que tener en cuenta que
las etapas de producción, logística y preparación de los
biocombustibles intermedios puede consumir hasta un 50% de la
energía de la biomasa inicial lo que afecta grandemente a la eficiencia
energética de la tecnología, así como a su eficiencia en el uso del
suelo, si la biomasa proviene de cultivos energéticos
Ver diapositiva siguiente para referencia procesos
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Etanol de caña de azúcar. 80t/año de caña de azúcar con cogeneración
Etanol de biomasa de chopo de corta rotación por proceso biológico. 15t/año de biomasa.
Biogasoleo por pirolisis y reformado de líquidos (Ef. Proceso 55%) con astillas de cultivo de chopo en
corta rotación (15 tms/ha.año).
Electricidad tecnología convencional (50MW, ef. 32%) con astillas de cultivo de chopo en corta rotación
(15 tms/ha.año)
Electricidad BIGCC(50MW, ef, 42%)con astillas (20% humedad) de cultivo de chopo en corta rotación
(15 tms/ha.año)
Energía térmica en caldera sector doméstico (Ef. 78%) que utiliza pélets de chopo en corta rotación.
DESARROLLOS IMPORTANTES A LLEVAR A
CABO EN EL CAMPO DE LA PRODUCCIÓN
TÉRMICA Y ELÉCTRICA
El desarrollo tecnológico Y LA TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍA EN
UN CONTEXTO POLÍTICO Y FINANCIERO FAVORABLE PUEDEN PERMITIR
ABORDAR CON ÉXITO UNO DE LOS RETOS PLANTEADOS ACTUALMENTE
PARA LA BIOMASA COMO ES EL DEL USO SOSTENIBLE DE LA LEÑA,
CONTRIBUYENDO A DISMINUIR A TRAVÉS DE UNA MAYOR EFICIENCIA
ENERGÉTICA LA CANTIDAD NECESARIA DE BIOMASA A PRODUCIR PARA
CUBRIR LAS DEMANDAS PREVISTAS y a incrementar la aportación de
la biomasa en los sectores de generación y transporte
Evolución prevista de la utilización de energía de biomasa en diferentes usos en el escenario de
Nuevas Tecnologías (IEA, 2012)
DESARROLLOS IMPORTANTES A LLEVAR
A CABO EN EL CAMPO DE LA
PRODUCCIÓN TÉRMICA Y ELÉCTRICA
Sectores doméstico y residencial, incluyendo sistemas de microgeneración
-
Incremento de eficiencia y reducción de partículas y NOx en pequeñas calderas. Sistemas
de pregasificación y gasificación acoplada a quemador con condensación.
Desarrollo de sistemas adaptados a las necesidades de los edificios inteligentes y de bajo
consumo.
Desarrollo de nuevos combustibles. Pélets de torrefacción y de hidropirolisis.
Sistemas integrados, especialmente con otras renovables.
Sistemas de combustión mas eficientes que los actuales en los países en vías de desarrollo
Sectores industrial y municipal
- Desarrollo e implantación de instalaciones inteligentes de producción de calor, frío y
electricidad y optimizadas para las diferentes condiciones climáticas. Plantas ORC, motores
Stirling y pequeños gasificadores con motogenerador, motores de vapor en plantas CHP,… .
Centrales de co-combustión
- Desarrollo y optimización de tecnologías y procesos para la operación de plantas
de carbón de forma flexible con altas proporciones (mas de un 50% en energía y
hasta un 100%) de biomasa
Biorefinerías
- Desarrollo de instalaciones integradas para abastecimiento de energía con
biomasa a las biorefinerías.
LÍNEAS DE ACTIVIDAD MAS
IMPORTANTES: BIOCARBURANTES DE
SEGUNDA GENERACIÓN
Novel routes for the production of transport fuels from lignocellulosic biomass
BIOMASS
PREHYDROLISIS
RECEPTION,
STORAGE AND
PRETREATMENT
ACID
HYDROLISIS
THERMOCHEMICAL PROCESSES
BASIC
PROCESSES
GASIFICATION
CLEANING
REFORMING
SINTHESIS
UPGRADING
REFINING
H2
BIOLOGICAL PROCESSES
LICUEFACTION
PYROLISIS
FERMENTATION
SSF PROCESS
SYNTHESIS
HIDROGEN
ATION
REFORMIN
G
SYNGAS
F/T
DME
DIESEL
GASOLINE
ETHANOL
METHANOL
GASOLINE
DIESEL
H2
ETHANOL
LINEAS IMPORTANTES DE DESARROLLO EN
EL CAMPO DE LOS BIOCARBURANTES
El desarrollo de muchas de las nuevas tecnologías para la producción de
electricidad (ciclos BIGCC) y biocarburantes (tecnologías de segunda generación:
bioetanol, Fischer-Trops, DME etc) de la biomasa es muy importante
conceptualmente para conseguir una mayor sostenibilidad de estas aplicaciones,
pero su viabilidad presenta riesgos tecnológicos y otras incertidumbres sobre su
sostenibilidad no resueltas hasta el momento. Los proyectos realizados para su
demostración han fracasado y tan sólo la producción de metanol ha sido
demostrada satisfactoriamente aunque sus altos costos impiden hasta el
momento su aplicación comercial
incertidumbre y riesgo significativo de fallo
en su desarrollo y/o futura aplicación comercial.
Problemática e incertidumbres asociados al desarrollo de las nuevas tecnologías de biomasa
BIOETANOL DE SEGUNDA GENERACIÓN
- Baja eficiencia y no claras ventajas de
ahorro de GHG
-Alto costo de la celulasa
- No existe pretratamiento de la biomasa
viable a escala industrial
- Economía de escala prevista en plantas
de gran tamaño (0,5-1,0 Mt biomasa/año)
-Alta inversión inicial (150-200 M€)
- Análisis energético/medioambiental dudosos
BTLs a partir de pirólisis y gasificación
-Baja eficienciay no claras ventajas de
ahorro de GHG
-Limpieza y reformado del gas no resueltos
- Economía de escala prevista en plantas
de gran tamaño (0,5-1,0 Mt biomasa/año)
-Alta inversión inicial (200-250 M€)
- Análisis energético/medioambiental no muy
favorables
DESARROLLOS IMPORTANTES A LLEVAR A
CABO EN EL CAMPO DE LA PRODUCCIÓN DE
BIOCARBURANTES
Utilización de nuevas materias primas: algas
- Desarrollo de microalgas recombinantes a fin de disminuir costes y
producción de biodiesel. Incertidumbre en relación a balance energético y
altos costos
Procesos termoquímicos
- Reducir costos de capital y operativos de las tecnologías existentes
- Desarrollo de los procesos de tratamiento hidrotérmico y reformado
catalítico del singas. BioSnG. Producción de Biometano
- Pirólisis (biomasa seca) con posterior hidrogenación de los líquidos
obtenidos.
- Producción de biodiesel por hidrogenación de aceites vegetales (HVL)
Procesos biológicos
- Reducir costos de capital y operativos de las tecnologías existentes
- Desarrollo de microorganismos y celulosomas para procesos integrados
(Consolidated bio-processes-CBP)
- Desarrollo de los CBP.
Desarrollo de procesos (biorefinerías) para la obtención de bioproductos de
alto valor añadido junto con los biocoarburantes a efectos de incrementar la
eficiencia y disminuir los costos de éstos (cascading approach).
LÍNEAS DE ACTIVIDAD MAS IMPORTANTES:
BIORREFINERÍAS
Desarrollo del concepto de biorrefinería como alternativa para la optimización del
aprovechamiento integral e integrado de la biomasa
Celulosa
Azúcar
Materia prima
‘biotec./químico’
Hemicelulosa
Combustibles,
Químicos,
Polímeros y
Materiales
(
Lignocelulosa
(Poliosas)
‘biotec./químico’
Cogeneración
Calor y elect.
Extractivos
,
Lignina
lignina
‘químico’
Materia primal
Concepto de biorrefinería
Los certificados de sostenibilidad y los estandares de calidad de los
biocombustibles son elementos imprescindibles para el desarrollo del
mercado moderno de la biomasa
Los certificados de sostenibilidad requieren de un aprendizaje sobre muy
diversos y parámetros, a veces complejos de evaluar, que van a intervenir en su
definición y en ellos intervienen un gran número de partes e intereses implicados
constituyen un tema complejo que deberá
(agrícolas, energéticos, sociales…)
ser abordado con una perspectiva de acuerdo global entre las partes implicadas.
Entre las iniciativas recientes mas importantes para la normalización y la
creación de estándares de calidad para los biocombustibles están las de los
comités del CEN E ISO.
en la actualidad se han desarrollado las normas
analíticas para biocombustibles sólidos así como la Directiva de calidad para el
biodiesel y la del bioetanol para su uso en mezclas en vehículos
El desarrollo de un mercado internacional de la biomasa puede
favorecer su uso sostenible .
La producción de biomasa es prácticamente universal, pero su potencial ,
rendimiento energético, balance medioambiental y costos no lo son
es viable
en términos económicos y medioambientales el transporte a grandes distancias de
los biocombustibles con alta densidad energética (biocarburantes, pélets).
Las tecnologías actuales y emergentes para la producción de biocarburantes
(incluidos esquemas de biorefinería) y de electricidad con biomasa alcanzan su
economía de escala en grandes plantas
el aseguramiento de suministro
en muchas regiones del mundo se puede favorecer por la posibilidad de importar
biomasa de forma competitiva y con mejor balance energético y medioambiental
desde sitios de mayor disponibilidad.
The development of biomass international market is based on some
of the same principles aiming bioenergy development
Elimination or reduction of international duties and taxes of biofuels.
Development of sustainability certificates and quality standars for biomass /biofuels.
International technology cooperation and transfer.
Principales rutas del mercado internacional de la biomasa (2011)
Fuente: IEA, 2012
EN CONCLUSIÓN Y COMO RESUMEN…
La bioenergía supone una oportunidad de producción masiva de forma
sostenible de energía renovable , competitiva a escala mundial, a la
vez que puede ser una herramienta muy eficaz para reducir las
emisiones de efecto invernadero y para crear nuevas opciones y
oportunidades en el sector primario y para luchar contra la
pobreza. Pero para lograr esto se requiere la puesta en marcha de
políticas eficaces que teniendo en cuenta las recomendaciones de
todas las partes implicadas y las condiciones locales sirvan para
promover a nivel global el desarrollo del mercado moderno de la
biomasa que deberá así estar basado en criterios de viabilidad técnica,
económica y medioambiental, la cooperación internacional y el
desarrollo tecnológico y la transferencia tecnológica y de
materias primas