SESIÓN 9 ENERGÍAS RENOVABLES LAS ENERGIAS RENOVABLES SON ENERGÍAS PROCEDENTES DE FUENTES RENOVABLES, COMO EL SOL O EL VIENTO. LAS ENERGIAS RENOVABLES CONTRASTAN CON LA ENERGIA GENERADA POR COMBUSTIBLES NO RENOVABLES, COMO EL PETRÓLEO, EL GAS NATURAL O EL CARBÓN, QUE SE FORMARÓN A LO LARGO DE MILLONES DE AÑOS Y QUE LA SOCIEDAD ESTA CONSUMINEDO A UNA ENORME VELOCIDAD. LA ENERGIA RENOVABLE TAMBIEN CONTRASTA CON LA ENERGIA PRODUCIDA A PARTIR DE COMBUSTIBLES QUE GENERAN RESIDUOS DE LARGA DURACIÓN COMO LA ENERGIA NUCLEAR. LAS ENERGÍAS RENOVABLES, MUCHAS VECES SON LLAMADAS, ENERGÍAS LIMPIAS; PORQUE SON AQUELLAS PROCEDENTES DE RECURSOS LIMPIOS E INAGOTABLES PORQUE SON CAPACES DE REGENERARSE DE MANERA NATURAL. LA ENERGÍA HÍDRICA O HIDRÁULICA, LA ENERGÍA SOLAR O LA ENERGÍA EÓLICA SON ALGUNOS EJEMPLOS DE ENERGÍA RENOVABLE. ¿QUÉ SON LAS ENERGÍAS NO RENOVABLES? LAS ENERGÍAS NO RENOVABLES ENERGÍAS CONVENCIONALES, son las formadas por las fuentes de energía que se encuentran en la naturaleza, pero de forma limitada. A medida que las reservas van disminuyendo es más difícil su extracción. Dos tipos de energías: LOS COMBUSTIBLES FÓSILES, como ser el carbón, el petróleo y el gas natural. LOS COMBUSTIBLES NUCLEARES, como ser el uranio y el plutonio, así como todos aquellos elementos químicos que sean capaces de producir energía por fisión nuclear. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO FUENTES DE ENERGÍA Tipos de Energía NO RENOVABLES RENOVABLES PETRÓLEO CARBÓN GAS NUCLEAR ENERGÍA HIDRAULICA ENERGÍA BIOMASA ENERGÍA GEOTÉRMICA ENERGÍA EÓLICA ENERGÍA SOLAR MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO V ENTAJAS LAS ENERGÍAS RENOVABLES SON RESPETUOSAS CON EL MEDIOAMBIENTE La mayoría de ellas no producen emisiones CO2, gases de efecto invernadero u otras emisiones contaminantes a la atmósfera, al contrario que sucede con los combustibles fósiles o renovables. Con estas energías disminuye el efecto invernadero. LAS ENERGÍAS RENOVABLES SON ILIMITADAS Contrariamente a lo que ocurre con la energía nuclear o los combustibles fósiles, las energías renovables se obtienen de recursos inagotables de la naturaleza y normalmente se puede recurrir permanentemente a ellas MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO V ENTAJAS LA ENERGÍAS RENOVABLES SON MÁS SEGURAS PARA NUESTRA SALUD Principalmente porque es más sencillo su desmantelamiento, porque no es necesario que se custodien sus residuos a la hora de finalizar la explotación. LAS ENERGÍAS RENOVABLES SORTEAN LA DEPENDENCIA EXTERIOR Desarrollan la economía de la región, promoviendo su autonomía, han permitido a los países desarrollar tecnologías propias. LAS ENERGÍAS RENOVABLES SON MÁS BENEFICIOSAS A LA HORA DE FOMENTAR LA OCUPACIÓN Ya que crean cinco veces más puestos de empleo que las energías convencionales. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO D ESVENTAJAS ALGUNOS TIPOS DE ENERGÍA RENOVABLE CAUSAN EFECTOS NEGATIVOS SOBRE EL ECOSISTEMA No todas las energías renovables son 100% verdes (no contaminantes), la energía geotérmica arrastra a la superficie sales y minerales no deseados y tóxicos. A pesar de esto, el nivel de contaminación siempre es mayor en la producción de energías no renovables. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO D ESVENTAJAS LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE ES IRREGULAR Al depender de elementos naturales se puede pensar que cuando no se dan las condiciones óptimas se deja de obtener energía. La solución es que existen medios de almacenamiento de energía muy potentes que permiten guardar tanta electricidad como demanda la red. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO D ESVENTAJAS DIVERSIDAD GEOGRÁFICA DE LOS RECURSOS No todas las regiones disponen de los mismos recursos naturales, por consiguiente, es imposible que obtengan las mismas cantidades y tipos de energía. Por eso decimos que las energías renovables está en desarrollo y será de largo recorrido. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO BIOMASA Imagen: Echarati - Cusco MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO I NTRODUCCIÓN ENERGÍAS RENOVABLES: 13% BIOMASA: 10.2% HIDROELECTRICA: 2.3% SOLAR, EOLICA, GEOTERMICA: 0.5% CONSUMO ENERGÉTICO 1 AÑO CONSUMIMOS12 BILLONES DE TONELADAS PETROLEO (TPE) ENERGÍA NUCLEAR: 2% ENERGIA SOLAR: LA TIERRA RECIBE 90 000 BILLONES TONELADAS DE ENERGIA SOLAR TPE ENERGÍAS FÓSILES: 75% MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO BIOMASA: 72 BILLONES TPE. I NTRODUCCIÓN Revolución Industrial Hace 500 millones de años Materia orgánica: fuente de energía 1760 MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO I NTRODUCCIÓN Biomasa está al principio de la cadena de energía. Fotosíntesis: Proceso orgánico CO2 + H2O = O2. GLUCOSA Al capturar CO2 y expulsar CO2 hay un flujo de carbono. Toda la biomasa es un reservorio de carbono. El flujo y la reserva están relacionadas. - MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO Atmósfera. Biósfera. Hidrósfera. Combustibles fósiles. I NTRODUCCIÓN EL USO DE LA BIOMASA CONSISTE EN DESVIAR PARTE DEL CICLO DEL CARBONO EN LA ACTIVIDAD DEL HOMBRE. UNA VEZ CONSUMIDO EL CARBONO REGRESA AL CICLO SI LOS HUMANOS NO HUBIERAN INTERVENIDO NO HAY EMISION EN LA ATMOSFERA MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO D EFINICIÓN BIOMASA (según la Especificación Técnica Europea) Todo material de origen biológico. Se excluyen las formaciones geológicas que sufren un proceso de mineralización. Entre estos últimos estarían el carbón, el petróleo y el gas. PRODUCTOS DE MATERIA ORGÁNICA DE DIVERSOS ORÍGENES (ANIMAL O VEGETAL). También residuos orgánicos industriales, domiciliarios, lodos de aguas residuales. La biomasa no contribuye a aumentar el efecto invernadero, ya que el CO2 generado en la combustión es reabsorbido mediante la fotosíntesis en el crecimiento de las plantas. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO D EFINICIÓN La energía que se obtiene se llama BIOENERGÍA. La combustión de biomasa no contribuye al aumento del efecto invernadero porque el carbono que se libera forma parte de la atmósfera actual (es el que absorben y liberan continuamente las plantas durante su crecimiento) y no del subsuelo, capturado en épocas remotas, precisamente como el gas o el petróleo. BIOMASA: Creados naturalmente, requieren muy poco refinamiento. Efecto mucho más positivo para el medio ambiente. VS. COMBUSTIBLE FOSIL: Gran cantidad de contaminantes y desechos tóxicos. Contiene carbono de hace millones de años que al quemarse contamina más. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO D EFINICIÓN MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO MERCADO DE LA BIOMASA Mercado de gran proyección en los próximos años ✓ Recursos finitos: alternativa a los combustibles fósiles ✓ Independencia energética ✓ Amplia distribución geográfica Ventajas ✓ Energía renovable ✓ “Neutralidad” de las emisiones de CO2 ✓ Ahorro económico Inconvenientes ✓ Emisión de contaminantes ✓ Cambios en el uso del suelo MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO ¿CÓMO CLASIFICARLOS? C LASIFICACIÓN POR MODO DE OBTENCIÓN Biomasa PRIMARIA Biomasa SECUNDARIA Biomasa TERCIARIA Obtiene DIRECTAMENTE del ECOSISTEMA NATURAL para uso energético. Cultivos vegetales: cultivos tradicionales, acuáticos. O RESIDUAL, obtiene residuos o subproducto de una ACTIVIDAD HUMANA. Residuos animales: estiércol, descomposición de animales. Residuos forestales. Residuos industriales: Industria maderera. Residuos sólidos urbanos y aguas residuales PROCESADO previamente a su utilización energética final Ejemplo: biogás, es la digestión de la biomasa residual húmeda del biodiesel. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO C LASIFICACIÓN POR SECTOR DE ACTIVIDAD HUMANA DE DONDE SE OBTIENE Biomasa AGRICOLA Raíces, hojas o frutos no aprovechables Tallos, parte aérea de las plantas Residuos de potencial interés energético (cereales de grano, caña, algodón, etc.) Biomasa FORESTAL Explotación de los bosques, recuperación de maderas y troncos descorchados. Biomasa INDUSTRIAL Producidos por las industrias derivadas de la agricultura (azucareras, fábricas de cervezas, destilerías, etc) y la ganadería (mataderos, lecherías, etc) MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO C LASIFICACIÓN POR USO TECNICO COMO FUENTE DE ENERGÍA BIOMASA para producción de CALOR BIODIGESTORES para producción de GAS BIOCOMBUSTIBLES MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO C LASIFICACIÓN POR MODO DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA Biocombustibles sólidos Biomasa residual húmeda Biocarburantes O Biomasa sólida Fuente primaria : Extracciones de ecosistemas naturales Fuente secundaria: Residuos agrícolas, industrias (madera y/o agroalimentaria). Se puede extraer energía a través de procesos termoquímicos Alto contenido de humedad Fácilmente degradable con procesos bioquímicos Fuentes: residuos ganaderos, urbanos (basuras o aguas residuales industrias ganaderas, agrícolas, alimenticias). Combustibles líquidos con alto poder calorífico. Procesada o transformada a partir de fuentes primarias o secundarias. Biodiesel (aceites), bioetanol (azúcar) MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO BIOMASA SOLIDA Primaria Residual BIOGÁS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS 4 FUENTES ENERGÉTICAS BIOCARBURANTES O BIOCOMBUSTIBLES LÍQUIDOS Cerdá, E. (2012). Energía obtenida a partir de biomasa. Cuadernos Económicos de ICE, ISSN 0210-2633(N. 83), 117-140. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO BIOMASA SÓLIDA Aprovechamiento térmico o eléctrico de la materia orgánica de origen vegetal o animal. Puede ser: Primaria o residual PRIMARIA: CULTIVOS ENERGÉTICOS para biomasa lignocelulósica. Ejemplo: Caña, cardo, sauce, eucalipto. RESIDUAL: Residuos forestales (limpieza), residuos agrícolas, residuos de industrias forestales. Ejm: huesos de aceitunas, cáscaras de frutos frescos. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO BIOG AS Fermentación anaeróbica de los componentes orgánicos de los residuos. METANIZACIÓN Dicha fermentación es producida por bacterias que se desarrollan en ambientes carentes de oxígeno. Durante el proceso de transformación de la materia orgánica, llamado digestión, dichas bacterias producen un gas denominado por su origen «biogás». MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO BIOG AS PROCEDE USO DESGASIFICACIÓN Metanización natural solidos urbanos METANIZACIÒN VOLUNTARIA Digestores anaeróbicos, aplicado a: excedentes de cosechas, cultivos energéticos, residuos agrícolas, ganaderos, lodos. GENERACION DE CALOR (calderas) GENERACION DE ELECTRICIDAD (turbinas, motores) RESIDUOS Puede aprovecharse nuevamente como abono y/o fertilizante MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO BIOG AS PROCESO DE UNA PLANTA DE BIOGÁS MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO ¿Cómo funciona una planta de biogás? https://www.youtube.com/watch?v=Vfpru30YOPM BIOG AS PROCESO DE UNA PLANTA DE BIOGÁS MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO RESIDUOS SOLIDOS URBANOS PROCEDE (Bio-residuos) JARDINES Y PARQUES • COCINAS Y ALIMENTOS (Hogares, bares, restaurantes, proveedores) • Transformación PLANTAS DE TRATAMIENTO DE ALIMENTOS • Mediante la GENERACIÓN de ENERGÍA térmica y eléctrica en sustitución de combustibles fósiles. • EVITANDO EMISIONES de metano en vertederos ¿VALOR ENERGÉTICO? Reduce las emisiones de gases de efecto invernadero • MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO INCINERACIÓN energía RESIDUOS SOLIDOS URBANOS GESTIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN EL SIGUIENTE ORDEN DE PRIORIDAD JERARQUIA 1.Prevención o reducción de producción de residuos. 2. Recuperación de residuos por medio del reciclaje, la reutilización y la recolección u otro proceso que permita extraer materias primas secundarias. 3.Uso de residuos como fuente de energía. 4.Vertido de residuos MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO RESIDUOS SOLIDOS URBANOS NO todos los residuos que se incineran permiten la recuperación de energía. Aunque hoy día la mayor parte de las plantas de incineración de residuos recuperan la energía procedente de la incineración, no todas lo hacen. De hecho, al referirse a los posibles destinos de los residuos sólidos urbanos, algunos trabajos distinguen entre incineración con recuperación de energía e incineración sin recuperación. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO WASTELAND - Self Sufficient Waste Treatment Facilities Arequipa, Peru https://www.youtube.com/watch?v=JtFTiVQqFvg BIOCARBURANTES o BIOCOMBUSTIBLES LÍQUIDOS Combustible Liquido o gaseoso producido a partir de biomasa MATERIAS PRIMAS PRINCIPALES BIOCOMUSTIBLES • • • • • • • Aceites Vegetales (girasol, colza, soja. Palma) Aceite de fritura usados Grasas animales Biodiesel Bioetanol Biodimetileter Biocombustibles sintéticos VENTAJAS DESVENTAJAS • • • • • SON RENOVABLES, proviene de materia primas que pueden cultivarse o criarse MAS LIMPIOS Emiten menos elementos contaminantes GENERAN EMPLEOS, fomenta inversion APROVECHAN DESPERDICIOS • • • BALANCE ENERGETICO, calcular energía invertida en producir vs la consumida. EFECTOS SOBRE LA BIODIVERSIDAD, necesitan contar con tierra para la producción de cultivos energéticos. EFECTOS SOBRE PRECIOS DE ALIMENTOS, pueden disminuir la producción de alimentos aumentando su precio AUN ESTA EN PROCESO DE INVESTIGACIÓN MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO BIOCARBURANTES o BIOCOMBUSTIBLES LÍQUIDOS ETANOL BIODIESEL Alcohol etílico obtenido por fermentación y destilación de jugos azucarados de vegetales y la sacarificación de almidones de cereales, frutos, raíces o rizomas de diversos vegetales Mezcla de Ester de ácidos grasos, separados de la glicerina, obtenido luego de la (*)transesterificación de grasas de origen vegetal o animal. Materias Primas: Caña de azúcar, maíz, yuca, arroz, sorgo dulce, etc. Materias Primas: Piñon blanco, higuerilla, palma aceitera, etc. (*)Es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi de un alcohol. Estas reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO BIOCARBURANTES o BIOCOMBUSTIBLES LÍQUIDOS BIODIESEL DE ALGAS VENTAJAS: • Alta producción de biomasa • Diversidad de hábitats (agua dulce, residual, marina) • Cultivo independiente de la calidad de tierra. • Alto porcentaje de aceite. DEVENTAJAS: • Contenido energético menos que el Diésel, • Aun no esta completamente desarrollado (industrial) • Posee costo elevado. BIOPROCESO: 1. Cultivo de Microalgas 2. Crecimiento de Fotobioreactores 3. Cosechado de Microalgas 4. Procesado de Biomasa 5. Producción de Biocombustible 1.Cultivo Aire comprimido CO2 Circuito Agua 3.Cosechado 4.Procesado Algas + Solvente 5.Producción Prensado Biodiesel Nutrientes Algas + Solvente Algas 2.Fotobioreactores MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO Tiempo Bioetanol Un edificio que genera energía mediante la fotosíntesis de las algas - hi-tech https://www.youtube.com/watch?v=CjLdI3etLwQ&t=1s USOS DE LA BIOMASA TÉRMICA Calefacción Refrigeración Producción Agua caliente GENERACIÓN ENERGIA ELECTRICIDAD Procesos industriales MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO Viviendas unifamiliares Comunidades de vecinos Barrios Municipios enteros USOS DE LA BIOMASA TÉRMICA 1.Calderas o estufas individuales (hogares). 2.Calderas diseñadas para un bloque o edificio de viviendas (Calefacción o Agua Caliente) COMPONENTES BIOMASA 1. 2. 3. 4. 5. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO CALDERA Deposito intermedio Alimentador Cámara de combustión Intercambiador Deposito cenizas DE USOS DE LA BIOMASA TÉRMICA 1 3.Redes de CALEFACCIÓN CENTRALIZADA (DISTRICT HEATING). El sistema District Heating consta de los siguientes componentes: 1. La central térmica 2. La red de distribución 3. Las subestaciones de transmisión térmica en los edificios 4. Instalación Interior 2 3 MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO District heating https://www.youtube.com/watch?v=Qgxl4BJ7 DAw TECNOLOGIAS DE CONVERSIÓN COMBUSTIÓN PROCESOS TERMOQUÍMICOS (calor para generar reacciones) PIRÓLISIS GASIFICACIÓN PROCESOS BIOQUIMICOS (procesos bioquímicos en base a enzimas, hongos, microorganismos) DIGESTIÓN ANAEROBIA MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO TECNOLOGIAS DE CONVERSIÓN COMBUSTIÓN El combustible contiene carbono e hidrógeno, éstos reaccionan con el exceso de oxígeno para formar CO2 y agua, liberando calor. 1. 2. 3. 4. 5. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO Entran a un cuarto de secado. Incremento de la temperatura: Combustión. Biomasa se descompone. Libera carbono residual. Produce vapor TECNOLOGIAS DE CONVERSIÓN PIROLISIS Calentamiento de la biomasa: 500 – 700 grados. Atmósfera inerte: Sin elementos oxidantes como el aire. Dependiendo del tiempo: - Pirólisis lenta: Se obtienen biocombustibles sólidos, carbón vegetal (mayor poder calorífico y combustibilidad) - Pirólisis rápida: Se obtiene combustible líquido. Biomasa a usar: Biomasa lignocelulósica (humedad baja). Es necesario realizar un secado solar antes del proceso de pirolisis. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO TECNOLOGIAS DE CONVERSIÓN GASIFICACION Convierte el combustible combustible gaseoso. sólido en Ocurre cuando se produce una oxidación parcial de biomasa a través del calor. Ello produce un combustible compuesto por una mezcla de gases, rico en CO y en hidrógeno. El gas obtenido puede ser enriquecido para producir gas de mejor calidad: gas síntesis o syngas. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO TECNOLOGIAS DE CONVERSIÓN DIGESTION ANAEROBIA Es un proceso biológico en el que la materia orgánica (estiércol, purines, residuos agrícolas, lodos de aguas residuales, residuos urbanos sólidos o líquidos, residuos de la industria alimentaria etc.), mediante la acción de un consorcio de microorganismos específicos y en ausencia de oxígeno, se descompone en biogás y en digestato. MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO ¿BIOMASA EN EL PERÚ? MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO Imagen: BIOMAP PUCP o Atlas de Bioenergía del Perú Fuente: Grupo de Investigación Carbón Biomasa – PUCP MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO La Central Térmica de Biomasa Huaycoloro de Petramás 28,294.80 MW por año Imagen: Planta eléctrica en Huaycoloro que se distribuye electricidad a través de su conexión con el SEIN (Sistema Eléctrico Interconectado Nacional) Fuente: Petramas • • • • Inició operaciones: 28 de octubre del 2011 3500 Toneladas diarios de basura 42% Residuos sólidos Lima Metropolitana Central de Generación de 4.8MWh Emplea el biogás generado en las plataformas del relleno sanitario y se convierten en energía eléctrica al iniciarse su conexión al SEIN (Sistema Eléctrico Interconectado Nacional). MSC. ARQ. ELIZABETH J. SALAZAR. HANCCO Convertir basura en energía: Petramás recibe premio en Polonia por su lucha contra la contaminación Imagen: BIOMAP PUCP o Atlas de Bioenergía del Perú Fuente: Grupo de Investigación Carbón Biomasa – PUCP Imagen: BIOMAP PUCP o Atlas de Bioenergía del Perú Fuente: Grupo de Investigación Carbón Biomasa – PUCP
