BIODIESEL

1. INFORMACIÓN GENERAL
1.1. TÍTULO DEL PROYECTO
Estudio de factibilidad para una planta productora de biodiesel a partir de microalgas
1.2. OBJETIVOS
I.
II.
OBJETIVO GENERAL
 Estudio de factibilidad para una planta productora de biodiesel a partir de
microalgas
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Aportar soluciones de nuevas alternativas de uso de biocombustibles para
reducir el impacto ambiental
 Tener el conocimiento adecuado del marco legal impuesto por el
reglamento para la comercialización de biocombustibles
 Realizar un correcto estudio de mercado analizando la oferta y demanda de
nuestro producto
 Determinar una posible ubicación para la planta, tomando en cuenta
factores como la disponibilidad de terreno, disponibilidad de agua y
exposición a la luz solar
1.3. JUSTIFICACIÓN
Actualmente el Perú tiene muchas condiciones favorables para la producción de biodiesel a
partir de microalgas. El clima y la múltiple diversidad de nuestros paisajes, son capaces de
abastecer de luz solar de manera excepcional, además de disponer de agua de mar, la cual
es igualmente útil que el agua dulce para el cultivo de microalgas.
Para el desarrollo del presente proyecto es imprescindible conocer la situación actual de la
producción de biodiesel, conociendo desde los métodos convencionales hasta los más
novedosos. Asimismo, también es necesario resumir los parámetros principales que afectan
al desarrollo de las microalgas y sus métodos de producción, para poder determinar cuáles
son las mejores opciones en términos ambientales y económicos
Para lograr el desarrollo del presente proyecto, se diseñaran conceptualmente procesos
para el crecimiento de las microalgas y se evaluará técnica y económicamente la factibilidad
de ambos. Se buscará identificar las fortalezas y debilidades de la tecnología, definir áreas
que requieran mayor atención, determinar los principales costos y las condiciones que
hagan más o menos rentable el proceso, entre otros aspectos a ser estudiados.
1.4. SECTOR
Proyecto de Investigación es realizado en la Universidad Nacional de San Agustín de
Arequipa correspondiente el VII Semestre de estudios del Programa Profesional de
Ingeniería Química.
1.5. RESPONSABLES DE ESTUDIO






Achahuanco Chambi Katy
Apaza Yana Paul Jesus
Chacón Bolívar Gianelia Thalía
Chávez Urday Rosa Aleska
Mamani Condori Rosa María
1.6. UNIDAD EJECUTORA
Programa Profesional de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de San Agustín de
Arequipa
1.7. METAS
Este proyecto pretende ser una aportación para encontrar soluciones en la investigación y
desarrollo de la producción de biodiesel a partir de microalgas sin originar glicerol como
producto secundario. Un proceso que se encuentra en vías de desarrollo pero que puede
resultar muy beneficioso ambientalmente.
La elaboración de un diseño conceptual de una planta de producción de biodiesel a partir
de microalgas, para que sirva como una aproximación para evaluar la factibilidad técnica y
económica de la puesta en marcha de una planta en el Sur Peruano.
1.8. MARCO LEGAL
 LEY N° 28054: LEY DE PROMOCIÓN DEL MERCADO DE BIOCOMBUSTIBLES
Promulgada en el año 2003
Establece marco general para promover el desarrollo del mercado de los Biocombustibles
en el Perú sobre la base de la libre competencia y el libre acceso de la actividad económica
 REGLAMENTO PARA LA COMERCIALIZACIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES
D.S. N° 021-2007-EM
Establece requisitos para la comercialización de Biocombustibles y aplicación de sus normas
técnicas de calidad.
Contenido:
 Competencias sectoriales del mercado de Biocombustibles.
 Cronograma de Comercialización Obligatoria de Biocombustibles.
 Normas correspondientes a comercialización y distribución de Biocombustibles y sus
mezclas con combustibles líquidos.
 Aplicación de Normas Técnicas de Calidad
 Normas Técnicas Peruanas - NTP 321.125:2008 BIOCOMBUSTIBLES. Biodiesel.
Especificaciones
 PROCEDIMIENTO DE CONTROL DE CALIDAD DE BIOCOMBUSTIBLES Y SUS
MEZCLAS
RESOLUCIÓN DE CONSEJO DIRECTIVO N° 206-2009-OS/C
 Base Legal:
Según el Reglamento de Comercialización de Biocombustibles DS Nº 021-2007-EM, el
OSINERGMIN es el órgano competente para la supervisión del control de calidad de los
Biocombustibles y sus mezclas, conforme a las Especificaciones Técnicas de Calidad
vigentes.
 Objetivo:
Supervisión y fiscalización de la calidad de los biocombustibles y sus mezclas
 Productos a supervisar
Biocombustibles (Biodiesel B100 y Etanol)
Mezclas (Diésel B5 y Gasoholes)
 Ámbito de aplicación
Aplicable a nivel nacional
2. ESTUDIO DE MERCADO
Se espera alcanzar en el mercado un nivel regional en todo el sur del Perú. Los principales
productores de biodiesel se encuentran en el norte y centro del Perú, debido a que es muy
escaso la producción de biodiesel en el Perú, el presente proyecto resulta muy aceptable con
respecto a la posible aceptación que fuera a tener por el mercado debido a los elevados costos
y disconformidad con el diésel, surgiendo una nueva alternativa para el abastecimiento de
combustibles.
2.1. EL PRODUCTO DEL PROYECTO
2.2. PROPIEDADES DEL PRODUCTO
2.3. USOS DEL PRODUCTO
2.4. ESTUDIO DE LA OFERTA
2.5. ESTUDIO DE LA DEMANDA
2.6. DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA NO CUBIERTA
2.7. COMERCIALIZACIÓN
2.8. PRECIOS DEL PRODUCTO.
3. TAMAÑO DEL PROYECTO
Para desarrollar el estudio de la producción de biodiesel a partir de microalgas se procede, en
primer lugar, a la descripción de la planta: primero aclarando y justificando su localización,
posteriormente mostrando el diseño del diagrama de procesos, explicando y razonando la
necesidad de implantación de los equipos diseñados por Joaquín Díaz Gallardo en su proyecto
“Planta piloto de producción de biodiésel libre de glicerol en condiciones supercríticas”.
 Almacenamiento de aceite (T-1)
A este tanque llega el aceite obtenido de las microalgas. Dispone de las proporciones adecuadas
para el dimensionamiento establecido. Se trata de un tanque cilíndrico a presión atmosférica.
 Almacenamiento de carbonato de dimetilo (T-2)
En este tanque se almacena el carbonato de dimetilo. Dispone de las proporciones adecuadas
para el dimensionamiento establecido. Se trata de un tanque cilíndrico a presión atmosférica
 Almacenamiento de la mezcla a reaccionar (T-3)
Antes de llevar la mezcla a condiciones supercríticas de presión y temperatura. Los reactivos, L1
y L2, se mezclan en la proporción establecida. Dispone de las proporciones apropiadas para la
producción de un lote. Se trata de un tanque cilíndrico a presión atmosférica
 Intercambiador de calor (IC-1)
La transferencia de calor es una de las operaciones más importantes que se pueden desarrollar
en una planta industrial, ya que si se realiza de manera inadecuada los costes del proceso
pueden resultar insostenibles, y por el contrario si se desarrollan de una manera efectiva pueden
contribuir con una disminución en los costes por el aprovechamiento de la energía que puede
suponer. Las operaciones de intercambio no sólo incluyen el calentamiento de fluidos, sino
también su enfriamiento, incluyendo la condensación de vapores y la solidificación de sólidos
fundidos. Los intercambiadores de calor son dispositivos diseñados para transferir calor de un
fluido a otro. La energía en forma de calor se transfiere por medio de una variedad de métodos,
que son importantes conocer antes de elegir uno de ellos.
4. LOCALIZACIÓN
La selección de la ubicación de la planta y la especie de microalga a utilizar son dos factores que
están interrelacionados, pues la ubicación determina las condiciones en las que se realizará el
cultivo, y cada microalga tiene sus propias condiciones óptimas de crecimiento. Condiciones
ambientales como la irradiación solar, la temperatura, la oscilación térmica o la estacionalidad
son determinantes para el éxito o fracaso de un cultivo. Existen otros factores además de los
climáticos que son relevantes a la hora de escoger una ubicación para el cultivo: se requiere
disponer de terreno barato y ojalá plano, disponibilidad de nutrientes (en particular CO2), un
buen suministro de energía y una fuente de agua abundante. El agua puede ser dulce o salada,
pero dependiendo de esto será la microalga que se escoja para el cultivo.
De preferencia, se busca evitar locaciones en las que la temperatura en la estación fría descienda
mucho, y que las precipitaciones sean bajas. Las oscilaciones térmicas altas traen como
consecuencia una disminución en la productividad, mientras que en cultivos abiertos, la lluvia
trae como problema la dilución de los cultivos. Esto dificulta aún más la etapa de extracción de
la biomasa, proceso el cual de por sí ya es complejo dado lo diluido que son los cultivos de
microalga.
Las algas requiere CO2 para realizar su fotosíntesis. Éste se puede conseguir de los gases de salida
de las plantas termoeléctricas de generación de energía. De esta manera se puede ocupar el CO2
proveniente de la combustión de combustibles fósiles para la generación de energía como
suministro para los cultivos, fijando importantes cantidades de CO2 que hubiese ido al ambiente.
Otros factores relacionados con el proceso productivo más que con la biología de las microalgas
son la disponibilidad de terreno y de energía. Para la escala de producción propuesta en este
trabajo se requieren terrenos extensos, a priori del orden de las miles de hectáreas. En lo
posible, este terreno debe ser plano, para que el gasto en nivelación del terreno sea lo más bajo
posible.
Tomando en cuenta todos los factores anteriormente mencionados, se ha seleccionado como
ubicación para la planta la localidad de Mejillones, por contar con las siguientes ventajas
comparativas:
 Posibilidad de contar con agua marina de manera abundante.
 Disponibilidad de terrenos extensos y económicos.
 Baja oscilación térmica durante el día.
 Baja oscilación de la temperatura media mensual a lo largo del año.
 Bajos niveles de lluvia.
 Cercanía de plantas generadoras de energía termoeléctricas.
5. INGENIERÍA DEL PROYECTO
Indicar los procesos de producción alternativos, y seleccionar la tecnología más apropiada, así
como otros aspectos dentro del campo de la ingeniería. Debe contener lo siguiente:
5.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO TECNOLÓGICO
5.2 DIAGRAMA DE FLUJOS
5.3 REQUERIMIENTOS
•
•
•
•
•
5.4
5.5
5.6
5.7
Materias primas
Maquinaria y equipos (características,
consumo de energía, dimensiones, etc.)
Mano de obra
Servicios ( energía, agua, vapor)
Instalaciones (obras civiles).
tipo,
Distribución de planta
Programa de producción
Control de calidad
Seguridad e higiene industrial
6. INVERSIONES Y FINANCIAMIENTO
Para la evaluación económica del proyecto se consideraron los siguientes supuestos:
 La tasa de descuento es de un 12%.
 El proyecto tiene una vida útil de 20 años.
 Los fotobiorreactores deben reemplazarse cada 3 años.
El CO2 tiene costo 0, siendo su único costo asociado el costo de comprensión para su
transporte desde la central termoeléctrica de Mejillones.
6.1. Inversiones (inversiones fijas y capital de trabajo)
marca,
En la tabla 6.1 se muestran los costos de construcción de los equipos.
Equipos
Lagunas
FBR
Reactores
173.022.90
82.796.992
Sedimentación
98.674.114
6.334.886
Espesamiento
12.166.644
13.518.494
Centrífuga
45.203.919
45.203.919
Total
329.067.637
147.854.291
Tabla 1-Inversión necesaria en equipos para los procesos de producción de microalgas. Valores en US$
6.2. Programa de inversión y financiamiento
Total inversión
Para estimar el valor de cierto ítems de la inversión, se utilizan porcentajes sobre la
base del costo de los equipos o equipos instalados. Como existen importantes diferencias entre
el proceso de cultivo en lagunas y el cultivo en fotobiorreactores, los porcentajes no son
necesariamente iguales entre ambos procesos.
Los costos del terreno en la zona desértica del norte del país tienen pocas
posibilidades de aprovechamiento económico, razón por la cual su valor es considerablemente
bajo. Para este trabajo se asume un valor de 5 U.F. por hectárea.
El resultado de la estimación de la inversión fija se muestra a continuación en las tablas
2 y 3.
Ítem
Costo US$
Base de cálculo
Equipos
329.067.637
Montaje
98.720.291
30% Equipos instalados
Equipos instalados
427.787.928
Canalización
128.336.379
30% Equipos instalados
Instrumentación
21.389.396
5% Equipos instalados
Terreno
1.518.282
Obras civiles
16.453.382
5% Equipos
Ingeniería
32.906.764
10% Equipos
Licencias
32.906.764
10% Equipos
Sub total
661.298.894
Imprevistos
66.129.889
10% Subtotal
Total inversión fija
727.428.784
Capital de trabajo
109.114.318
15% Total inversión fija
Inversión total
836.543.101
Tabla 2-Desglose de las inversiones para el proceso de producción de microalgas mediante el cultivo en lagunas
Ítem
Equipos
Montaje
Equipos instalados
Canalización
Instrumentación
Terreno
Obras civiles
Ingeniería
Licencias
Sub total
Imprevistos
Total inversión fija
Capital de trabajo
Inversión total
Costo US$
147.854.291
44.356.287
192.210.578
57.663.173
19.221.058
1.113.130
7.392.715
14.785.429
14.785.429
307.171.512
30.717.151
337.888.663
50.683.299
388.571.962
Base de cálculo
30% Equipos instalados
30% Equipos instalados
10% Equipos instalados
10% Equipos
10% Equipos
10% Equipos
10% Subtotal
15% Total inversión fija
Tabla 3- Desglose de las inversiones para el proceso de producción de microalgas mediante el cultivo en
fotobiorreactores
7. INGRESOS Y EGRESOS
7.1. Ingresos por conceptos de ventas
El proyecto cuenta con dos fuentes de ingreso: la venta del aceite para la producción
de biodiesel, y la venta de la biomasa restante como afrecho para la alimentación animal.
Sobre el precio de venta del aceite, éste es determinado en función de hacer rentable
el proyecto, es decir, se toma como precio de venta el costo total de producción. Se calcula el
precio para el cual el VAN del proyecto es 0 de manera de establecer un límite inferior para el
precio de venta.
Acerca del valor de la biomasa como subproducto, el valor nutritivo de ésta está dado
en gran parte por su contenido proteico. La biomasa de microalgas tiene un alto porcentaje de
contenido proteico que puede alcanzar hasta un 50% del peso seco normal de la microalga; si
se considera que un 25% de su peso ha sido extraído en lípidos, entones se cuenta con un
porcentaje de proteína de un 66%, lo cual la convierte en una opción atractiva como forraje
animal o para acuicultura, comparado por ejemplo con un forraje tradicional como la alfalfa
tiene entre un 10 a un 19%.
El afrecho de raps, cuyo contenido proteico es cercano al 45%, tiene un precio en el
mercado internacional cercano a los US$ 250 por tonelada métrica de pellet. Para este estudio,
se asumirá un costo similar de este valor por tonelada métrica seca de biomasa, es decir
US$250 por tonelada.
Costo total de producción y flujo de caja
El valor actual neto del proyecto corresponde a la suma de los flujos de caja anuales
𝑛
𝐼𝑡 − 𝐶𝑡
𝑉𝐴𝑁 = ∑
(1 + 𝑟)𝑡
𝑡=0
Donde:
t : año que se está considerando.
It : ingreso total que se obtiene en el año t
Ct : costo total en que se incurre el año t
r : tasa de descuento del proyecto
n : vida útil del proyecto
Si el VAN es menor que 0, el proyecto no es rentable. Si es mayor que 0, el proyecto es
rentable, y un VAN igual a 0 indica que la utilidad del proyecto es cero. Para este trabajo no se
calcula la tasa interna de retorno (TIR), puesto que como se determina el precio para el cual se
hace 0 el VAN del proyecto, la TIR será igual a la tasa de descuento usada.
A continuación se muestran los precios de venta del producto final para los cuales el
VAN es igual a 0.
Precio US$/t
Lagunas
2.397
FBR
2.831
El precio obtenido es comparable al de otros estudios, que da cuenta de un costo de
producción de US$2,95 por kilo de aceite, y de US$3,80 para el cultivo en lagunas
7.2. Egresos (costos directos, indirectos, de administración y de ventas)
Costos materias primas
Puesto que se utiliza agua de mar para la producción de microalgas, se asume que el
costo de ésta es despreciable, siendo el costo de la energía requerida para el de bombeo el
único costo asociado a esta materia prima.
Para efectos de este estudio se asumió también como despreciable el costo del CO2,
pues se tomó como supuesto el hecho de que éste es obtenido a partir de las emisiones de las
plantas termoeléctricas, las cuales por su reducción en las emisiones podrían recibir bonos de
carbono por un valor de aproximadamente 5 US$ por tonelada anual de CO2 fijado.
Para las materias primas se consideró solamente como el costo del nitrato de sodio, ya
que éste nutriente es el que se requiere en mayor cantidad para el cultivo de microalgas.
Consumo
Diario [t/d]
Anual [t]
Costo [US$/t]
Costo anual
Nutrientes
[US$]
CO2
3.250
1.137.500
0
0
NaNO3
837
292.845
250
73.211.250
Tabla 4-Consumo de nutrientes
Costos fijos
Para el presente trabajo se han considerado como costos fijos los gastos el pago de la
mano de obra, y se han considerado iguales para ambos procesos. Los detalles se muestran
en la tabla 5.
Número de
Remuneración
Remuneración
Remuneración
Gerente de
planta
Personal
administrativo
Jefe Turno
Operadores
Personal aseo
Personal de
seguridad
Personal de
laboratorio
Mantención
Total
personas
mensual por
persona (US$)
mensual total
(US$)
total anual
(US$)
1
4.000
4.000
48.000
1
1.000
1.000
12.000
4
16
1
4
1.500
1.000
1.000
1.000
6.000
16.000
1.000
4.000
72.000
192.000
12.000
48.000
1
1.500
1.500
18.000
2
30
1.000
2.000
35.500
24.000
426.000
Tabla 5-Detalle de costos en mano de obra
8. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS
Organización necesaria para la ejecución y operación del proyecto (estructura y funciones).
Los precios del petróleo están en alza, la viabilidad del biodiesel a partir de microalgas es más
factible. Sin embargo, la limitante principal continúa siendo el costo de la producción de
biomasa. Dentro de este contexto, la mayoría de los trabajos que hemos evaluado la situación
a nivel internacional, coinciden en dos puntos como requisitos esenciales para que este
proceso sea competitivo; el costo de producción de la biomasa debe ser menor a $1.00 US$/kg
de biomasa microalgal. En este estudio se analizaran los siguientes aspectos para evaluación
de su factibilidad económica:
 Datos reales, resultados de la experimentación con relación al contenido de lípidos en
la cepa a utilizar en este caso la Chlorella vulgaris.
 Se deben producir simultáneamente una serie de coproductos de alto valor agregado a
partir de la biomasa residual que queda después de la extracción del aceite.
 Considerar que a gran escala, los fotobiorreactores presentan numerosos problemas
de operación.
Se estima una vida útil de 10 años para el estudio, que se considerará a partir desde que las
instalaciones físicas, eléctricas y demás estén funcionando. Este valor puede ser variable
dependiendo del mantenimiento que se realice. Además se considerará una tasa anual de 12%
de interés, la misma que se utiliza en proyectos de gran escala. Para la evaluación técnica
económica se debe considerar la inversión del proyecto, los costos anuales de operación y
mantenimiento; así también como gastos varios por cualquier problema económico que se
presente durante la producción de biodiesel.
1. Análisis de datos y
suposiciones
2. Hacer una lista de los
costos e ingresos
3. Realizar el análisis
mediante la hoja de cálculo
en Excel
9. EVALUACIÓN DEL PROYECTO
9.1 EVALUACIÓN ECONÓMICA Y FINANCIERA
Para realizar el análisis económico del proyecto de obtención de biodiesel se va usar una
proyección de 10 años, con una tasa del 12% de interés. Para se aplicó el método del VAN (valor
actual neto), se calculó la TIR (tasa interna de retorno) y se hizo un análisis de sensibilidad en
relación al aumento de los costos de producción, costos de energía e ingresos.
9.2 ÍNDICES DE RENTABILIDAD (TIR, VAN, B/ C )
MÉTODO DEL VAN (VALOR ACTUAL NETO)
Permite calcular el valor presente de un determinado número de flujos de caja futuros, originados
por una inversión. La metodología consiste en descontar al momento actual (es decir, actualizar
mediante una tasa) todos los flujos de caja futuros del proyecto. A este valor se le resta la
inversión inicial, de tal modo que el valor obtenido es el valor actual neto del proyecto. El
método de valor presente es uno de los criterios económicos más ampliamente utilizados en la
evaluación de proyectos de inversión. Consiste en determinar la equivalencia en el tiempo 0 de
los flujos de efectivo futuros que genera un proyecto y comparar esta equivalencia con el
desembolso inicial. Cuando dicha equivalencia es mayor que el desembolso inicial, entonces, es
recomendable que el proyecto sea aceptado. Para aplicar este método se necesita la inversión
total del proyecto, los costos anuales de operación y mantenimiento, los ingresos anuales; para
luego proyectarlos a 10 años al 12% de interés
MÉTODO DE LA TIR
Se denomina Tasa Interna de Rentabilidad (T.I.R.) a la tasa de descuento que hace que el Valor
Actual Neto (V.A.N.) de una inversión sea igual a cero. (V.A.N. =0).
Este método considera que una inversión es aconsejable si la T.I.R. resultante es igual o superior a la
tasa exigida por el inversor, y entre varias alternativas, la más conveniente será aquella que
ofrezca una T.I.R. mayor. La T.I.R. es un indicador de rentabilidad relativa del proyecto, por lo cual
cuando se hace una comparación de tasas de rentabilidad interna de dos proyectos no tiene en
cuenta la posible diferencia en las dimensiones de los mismos. Una gran inversión con una T.I.R.
baja puede tener un V.A.N. superior a un proyecto con una inversión pequeña con una T.I.R.
elevada.
CONCLUSIONES
1. Para la producción de biodiesel, las microalgas pueden ser una de las mejores alternativas de
materia prima dadas las ventajas que posee. Para este estudio la microalga elegida
Chlorella vulgaris, representa la mejor alternativa, ya que ha sido estudiada ampliamente y
varios estudios hablan de su eficiencia en el proceso de producción de aceites para
biodiesel.
2. Se puede reducir el costo y la generación de residuos peligrosos en todas las etapas de
producción de biodiesel mediante la selección del método que mejor se adapte al tipo de
microalga considerando un inventario de sus entradas y salidas para una mejor elección.
3. Los principales subproductos de la producción de biodiesel que tienen alto valor en el
mercado actual y compiten con muchos de su tipo son la harina de biomasa, la glicerina y
los omegas 3.
4. Es viable y de gran importancia proponer una alternativa de secado ya que esta etapa
representa el máximo requerimiento de energía en el proceso de producción de biodiesel a
partir de microalgas. Considerando la mejor alternativa como el secado solar indirecto
por convección forzada.
5. El análisis económico muestra claramente que los subproductos del proceso de
producción de biodiesel se pueden comercializar dando así un valor mayor de ingreso a la
planta.
RECOMENDACIONES

Es necesario un análisis de ciclo de vida incluyendo todos los reactivos químicos que
intervienen en el proceso de producción de biodiésel.

Se recomienda el uso de energía solar en el proceso de secado, calculando mediante
simulación dinámica, en un software correspondiente, todas las variables que intervienen
enel proceso para tener una aproximación reala los costos que se tienen enesta etapa.