Proyecto 15 - Uruguay de las Ideas

Certamen Tus Ideas Valen 2010
Producción de energía térmica y
eléctrica a partir de derivados de la
glicerina industrial
Informe
1
Certamen Tus Ideas Valen 2010
Introducción
Glicerina industrial se le denomina al coproducto obtenido de la manufacturación de
biodiesel, constituido por Glicerol, Agua e Hidróxido de Sodio, así como de un pequeño
porcentaje de otras sustancias tales como ácidos grasos libres, jabones, etc.
En la actualidad en nuestro país, la producción de biodiesel se vio incrementada debido
a los requisitos legales existentes relacionados con el combustible diesel. El gasoil
utilizado en Uruguay debería tener un 2% de biodiesel en su composición, dicha
concentración se vera incrementada hasta un 5 % para el año 2012, todo esto
contemplado en la Ley sobre Agrocombustibles Nº 18.195, Noviembre del 2007 y en el
Decreto Reglamentario de la Ley sobre Agrocombustibles Nº 18.195, Octubre de 2008.
Teniendo en consideración que el consumo anual estimado para 2010 de gas oil es de
898,5 millones de litros (1), para la mezcla indicada en la Ley actualmente se deberían
producir 16.802 toneladas (2%) de biodiesel, y para el año 2012 esta producción
aumentaría hasta 42.005 toneladas (5%), como consecuencia la producción de glicerina
industrial pasaría de 1.680 toneladas a 4.201 toneladas para dicho año.
Tanto en Uruguay como en el resto de los países con productores de biodiesel la
problemática reside en que no se encuentra un uso definitivo para este efluente.
Debido a su composición, se hace muy costosa la purificación del glicerol para uso
cosmético. Se la ha utilizado como combustible de calderas, pero el problema radica en
que se la debe quemar a temperaturas muy elevadas ya que de otra manera se produce
acroleína como residuo de la combustión, el cual es un compuesto tóxico. Otro posible
uso de este coproducto es la alimentación de rumiantes, pero la cantidad de glicerina
industrial es demasiada en comparación con la demanda.
Por lo antes mencionado el aprovechamiento de este recurso no es total, por lo cual es
necesario encontrar otro camino alternativo a los expuestos que logre crear valor.
En economías emergentes como la uruguaya, la necesidad de fuentes de energía
alternativas es vital al igual que el desarrollo de productos de elevado valor agregado.
Hasta hace unos años en Uruguay se dependía pura y exclusivamente del petróleo,
biomasa y de las centrales hidroeléctricas, ahora con una conciencia más sustentable se
sumaron otras fuentes de energía tales como la eólica y los biocombustibles.
2
Certamen Tus Ideas Valen 2010
En esta propuesta se pretende utilizar a la glicerina industrial como materia prima para
la producción de compuestos combustibles con mayor valor agregado, los cuales
pueden ser utilizados inicialmente para la producción de energía térmica y eléctrica, y
posteriormente; con un aumento en la cantidad de materia prima; para la obtención y
refinación de compuestos de elevado valor agregado.
Objetivos General
Producción de energía térmica y eléctrica a partir de la combustión de derivados
de la glicerina industrial
Argumento
La utilización directa de glicerina industrial para la producción de energía térmica y
eléctrica no es muy conveniente. Las razones son las siguientes:
Contienen hidróxido de potasio y sales, los cuales actúan como inhibidores de
llama, lo cual hace que la combustión de la glicerina industrial se vea
perjudicada.
Debido a la naturaleza corrosiva del hidróxido de potasio, el mismo tiene una
gran capacidad de dañar aquellas partes metálicas con las cuales esté en
contacto. De modo que la vida útil de estos materiales se verá perjudicada.
Tiene un bajo poder calorífico (25.30 MJ/kg aproximadamente (2)), lo que hace
que sea incapaz de mantener la llama en un quemador convencional. Esto se
agrava por la presencia de agua en la mezcla. De modo que es necesario la
presencia de un combustible auxiliar (derivados del petróleo).
Debe ser quemada a temperaturas elevadas en hornos de alta temperatura para
que no se produzcan humos tóxicos de acroleína, que se forman principalmente
a 200°C y 300°C.
Su elevada viscosidad hace que sea difícil la pulverización.
3
Certamen Tus Ideas Valen 2010
Las desventajas antes presentadas hacen que un emprendimiento que utilice glicerina
industrial directamente como combustible sea menos sustentable debido a los costos de
infraestructura, mantenimiento, combustibles auxiliares, y sin olvidar la posible
contaminación por humos tóxicos.
Descripción del Proyecto
El proyecto consiste básicamente en la implementación de una serie de tratamientos
previos a la glicerina industrial, para posteriormente utilizar los productos obtenidos
para la producción de energía eléctrica y térmica.
1_ El primer tratamiento aplicable es el intercambio iónico. Mediante la utilización de
resinas de intercambio catiónico principalmente, para remover los cationes potasio (K+)
de la glicerina industrial y sustituirlos por protones (H+).
De acuerdo a la siguiente reacción:
K+ + OH- + RIC(H+) → H+ + OH- + RIC(K+)
RIC(H+) = Resina de Intercambio Iónico Protonada
RIC(K+) = Resina de Intercambio Iónico sustituida por catión Potasio
En esta etapa se pretende intercambiar la mayor cantidad posible del componente
corrosivo (KOH) por otro más inocuo (H2O). Con este tratamiento se asegura una
mayor vida útil de las instalaciones en contacto con la glicerina industrial y sus
derivados (cañerías, reactor, contenedores, etc.). En esta etapa se obtiene como producto
glicerina industrial con niveles bajos de Hidróxido de Potasio.
Por otra parte también se esta disminuyendo la concentración de inhibidores de llama,
de modo que la posterior combustión de los productos se verá beneficiada.
2_ El siguiente tratamiento aplicable es el craqueo catalítico, mediante la acción de un
catalizador a determinada temperatura y presión se obtienen ciertos productos, los
cuales corresponden a fluidos combustibles.
En este momento se esta llevando a cabo una investigación el marco de las Becas de
Iniciación a la Investigación, con fondos de la Agencia Nacional de Investigación e
4
Certamen Tus Ideas Valen 2010
Innovación. En la misma se están realizando una serie de pruebas con un determinado
catalizador, a diferentes temperaturas y utilizando un reactor de lecho fijo, esperándose
como resultado la obtención de fluidos combustibles.
Esta transformación es muy importante para el proyecto, debido a que en esta instancia
los gases obtenidos serán utilizados como combustible de arranque y auxiliar para la
combustión de los líquidos obtenidos del craqueo catalítico.
Este procesamiento logra sortear otro de los inconvenientes que tiene la glicerina
industrial, el de la necesidad de combustibles auxiliares derivados del petróleo.
Ventajas de los fluidos combustibles frente a la glicerina industrial
Las ventajas de estos fluidos combustibles son:
No se necesita un combustible auxiliar (derivado del petróleo) para la
combustión
Menor concentración de sustancias inhibidoras de llama (Sales y KOH)
Punto de inflamación menor al de la glicerina
Menor concentración de sustancias corrosivas (KOH)
En la práctica, estas ventajas se traducen en menor contaminación del medioambiente,
condiciones de trabajo menos agresivas para las instalaciones y mayor vida útil de las
mismas. Lo cual se traduce en menor cantidad costos de mantenimiento.
3_ La siguiente etapa es la combustión de estos fluidos y la producción de energía.
En la actualidad hay diferentes sistemas para la producción de energía utilizado fluidos
combustibles; según la bibliografía los sistemas de intercambio de cogeneración son
sistemas de producción en los que se obtiene simultáneamente energía
eléctrica y energía térmica útil partiendo de un único combustible (en este caso gases y
líquidos combustibles). Al generar electricidad con un motor generador o una turbina, el
aprovechamiento de la energía primaria del combustible es del 25% al 35%, lo demás se
pierde. Al cogenerar se puede llegar a aprovechar el 70% al 85% de la energía que
5
Certamen Tus Ideas Valen 2010
entrega el combustible. La mejora de la eficiencia térmica de la cogeneración se basa en
el aprovechamiento del calor residual de los sistemas de refrigeración de los motores de
combustión interna para la generación de electricidad (3).
4_ La última etapa es el acondicionamiento y transmisión de la energía hacia el cliente.
Los posibles clientes pueden ser UTE, industrias aledañas al proyecto, etc.
Energía Disponible
Al no contar con el valor de poder calorífico de los fluidos combustibles obtenidos a
partir del craqueo catalítico de la glicerina industrial se opta por hacer un análisis
estimativo de la producción de energía con el valor del poder calorífico de la glicerina
industrial.
En el mejor de los casos la glicerina tendrá un poder calorífico de 25.30 Mj(2) por
kilogramo, teniéndose en cuenta que para obtener un valor de energía igual a 1 MWh es
necesario un total de 3600 Mj; por lo tanto es necesario disponer de 142,29 kg de
glicerina industrial.
Avanzando en los cálculos, la energía bruta esperada es de 29.523,69 MWh/año,
considerando la totalidad de la glicerina industrial (4.201 toneladas)
El sistema de ciclo combinado es el elegido para la producción de energía
(cogeneración), debido a sus características de eficiencia, que andan en el orden del
70% al 85%(3) de la energía que entrega el
combustible. De modo que la energía neta
esperada; con una eficiencia del 85%; sería
de 25.095,14 MWh/año.
Descripción de un Ciclo Combinado
6
Certamen Tus Ideas Valen 2010
Estimación Económica del Proyecto
Para poder evaluar la factibilidad económica, es necesario analizar las distintas
alternativas desde el punto de vista económico. El equipamiento necesario para el
proyecto de generación con derivados de glicerina industrial dependerá de la alternativa
de combustión que se elija.
Equipamientos, instalaciones y reactivos:
Contenedores de Glicerina Industrial (Bruta)
Reactor para Intercambio Catiónico
Contenedores de Glicerina Industrial (Tratada con RIC)
Reactor FCC (Craqueo Catalítico Fluido)
Contenedor de Gases Combustibles (procedentes del FCC)
Contenedor de Líquidos Combustibles (procedentes del FCC)
Generador de Energía (de Ciclo Combinado)
Cañerías
Implementos para acondicionamiento de energía y transmisión
Bienes Inmuebles
Resina de Intercambio Catiónico
Catalizador
Materias Primas y Reactivos:
Glicerina Industrial → (entre U$S 50 – U$S 60)/tonelada(4)
El costo real de las instalaciones y equipamientos necesarios para la combustión de los
derivados de la glicerina industrial es difícil de determinar en nuestro país, debido a que
los equipos comerciales disponibles en su mayoría son importados.
No obstante, se puede apreciar que la inversión puede resultar importante, no obstante
este proyecto puede llegar a sostenerse a lo largo del tiempo, por el simple hecho de que
el producto que se ofrece (energía) es muy demandado y mas proviniendo de materia
7
Certamen Tus Ideas Valen 2010
prima renovable y barata como lo es la glicerina industrial.
Financiación
Uno de los posibles mecanismos para obtener la financiación del proyecto es a través de
la Agencia Nacional de Investigación e Innovación*, mas precisamente con el
instrumento “Apoyo a Jóvenes Emprendedores Innovadores”. Este instrumento ofrece
una financiación no reembolsable del proyecto de hasta un 80%, con un monto máximo
de hasta U$S 20.000.
No obstante, uno de los requisitos importantes es que el proyecto esté técnicamente
validado, y esta propuesta se encuentra en la fase de desarrollo. De modo que una vez
que el proyecto se encuentre mas avanzado el mismo podrá ser presentado en este
instrumento de la ANII.
(*)http://www.anii.org.uy/web/convocatorias/apoyo-j-venes-emprendedores-innovadores
Programa Emprender*, Fondo Emprender. A través del “Capital Semilla” se financia la
puesta en marcha y el desarrollo inicial de emprendimientos dinámicos.
Préstamo entre US$ 20,000 y US$ 50,000
(*) http://www.emprender.com.uy/index.php?option=com_content&task=section&id=6&Itemid=37
Kolping Uruguay, EMPRECREA*, el cual es un Programa de Apoyo a Jóvenes,
Emprendedores, para la creación de microempresas. Este mecanismo brinda
capacitación a los jóvenes que posean perfil emprendedor y deseen iniciar su propio
negocio y financiamiento (en calidad de préstamo en condiciones “blandas”) a nuevos
emprendimientos, previamente seleccionados.
(*) http://kolping.org.uy/empecrea/emprecrea.html
Beneficiarios
La generación de energía a partir de derivados de la glicerina industrial va a beneficiar
en primera instancia a aquellas instituciones productoras de biodiesel, ya que las
mismas son las que producen la materia prima.
Como se expuso anteriormente la cantidad de glicerina industrial va en aumento, de
8
Certamen Tus Ideas Valen 2010
modo que éstas instituciones no la utilizarán en su totalidad; esto se traduce en que otras
instituciones también se podrán ver beneficiadas por la generación de electricidad a
partir de glicerina.
Impacto social de la propuesta
Esta propuesta tiene el potencial de influir de forma positiva en la sociedad, no solo por
el hecho de generar nuevos puestos de trabajo, sino como promotor de una mentalidad
mas verde apuntando hacia la preservación y cuidado del medio ambiente, sin olvidar el
aspecto económico. De modo que esta es una propuesta equilibrada que se enmarca en
el concepto de desarrollo sustentable y lo promueve.
Pasos post instalación
Posterior a la puesta en marcha del proyecto se considera importante que el mismo se lo
presente como un Mecanismo para un Desarrollo Limpio (MDL). Este mecanismo esta
suscrito en el Protocolo de Kyoto (PK) en su artículo 12, el mismo indica que los
gobiernos y las empresas de los países del Anexo I, pueden invertir en proyectos de
reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en los países No Anexo I
del PK, dentro de los cuales se encuentra Uruguay.
En el mejor de los casos el proyecto podría ser considerado dentro de este mecanismo y
obtener ciertas ventajas; económicas (por medio de inversiones y venta de bonos de
carbono), tecnológicas (por medio de la transferencia de tecnologías, desde los países
del Anexo I del Protocolo de Kyoto); sin olvidar las mejoras ambientales y sociales.
No obstante, primeramente el proyecto debe cumplir con ciertas disposiciones legales.
Una vez instalada la planta y en funcionamiento no se descarta la posibilidad de
importar glicerina de nuestros países vecinos (Argentina y Brasil), la cual podrá ser
utilizada para la producción de energía, o para la producción y venta de compuestos de
elevado valor agregado (fluidos combustibles). Percibiendo de esta manera mayores
beneficios, no solo por la comercialización de estos compuestos sino por la generación
y venta de mas bonos de carbono.
9
Certamen Tus Ideas Valen 2010
Conclusiones
El estudio realizado, ha demostrado que la posibilidad de generación de energía con
glicerina industrial en nuestro país es una alternativa que presenta aspectos positivos.
Los beneficios más significativos se alcanzan en industrias que producen cantidades
importantes de glicerina industrial como coproducto y cuya utilización como
combustible maximiza los recursos energéticos.
Desde el punto de vista económico, si bien el capital invertido puede resultar
importante, los beneficios totales que se logren durante la vida útil del proyecto,
teóricamente superarán ampliamente a éste, logrando una ganancia concreta.
También se debe aclarar que no se han tenido en cuenta con precisión los costos de
equipamiento, instalaciones, mantenimiento y reparaciones, ya que los costos de los
mismos son relativos, y pueden variar dependiendo del origen de los mismos y de la
negociación que exista previa adquisición.
Es destacable que la utilización de la glicerina industrial en Uruguay para la producción
de energía eléctrica aún no se ha llevado a cabo, demostrando de esta manera el carácter
innovador de la propuesta.
Considerando los precios de la materia prima relativamente bajos (U$S 50 –
60/tonelada de glicerina industrial) y que la producción de la misma se va a mantener en
el tiempo en nuestro país y en la región, este proyecto tiene excelentes probabilidades
de poderse llevar a cabo con éxito.
(1)
Administración Nacional de Combustibles, Alcohol y Pórtland (ANCAP)
(2)
http://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/06-07/Biodiesel/experiments.htm (31/10/2010, 20h30min horas.)
1
Certamen Tus Ideas Valen 2010
(3)
http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_combinado (31/10/2010, 20h45min)
(4)
Alcoholes del Uruguay (ALUR)
Autor: Rodrigo Fabián Ferreira Martínez
Fecha de Nacimiento: 10 de Abril de 1988
Edad: 22 años
Celular: 094 277 645
Correo Electrónico: [email protected]
1
Certamen Tus Ideas Valen 2010
Localidad: Paysandú
Estudios: Estudiante de Tecnólogo Químico
1