Líquidos obtenidos de la pirólisis de biomasa, ¿ya se puede usar como biocombustible?

En una entrada pasada hablamos de la pirólisis como un proceso para transformar la biomasa en productos con potencial de ser usados como biocombustibles. Los productos gaseosos selectos por provenientes de la pirólisis de la biomasa arrastrados por gas inerte como es el nitrógeno, son condensados en un tren de condensación a diferentes temperaturas, de tal manera que tenemos diferentes líquidos pirolíticos (Figura 1).

Figura 1. Los líquidos obtenidos de la pirólisis de biomass pueden tener diferentes consistencias, propiedades y componentes.

Figura 2. Los productos piróliticos de la biomasa se pueden ir separando por propiedades, una de ellas es la temperatura de condensación.

¿Pero yá están listos estos productos líquidos para usarse como biocombustibles?

Deben tener algunas condiciones básicas para poder ser usados como biocombustibles

1. Poder calorífico competitivo a un biodiesel
2. Viscosidad comparada con la gasolina o diesel
3. Acidez baja para que no afecte a las partes de los automotores (Figura 3).
4. Estabilidad en el almacenamiento.

Figura 3. Los ácidos son  parte de los componentes de los productos en los líquidos obtenidos por pirólisis de residuos agroindustriales (biomasa)

Una acidez más alta de los biocombustibles, en comparación con los combustibles tradicionales a base de aceite, aumentará el riesgo de fugas en los equipos que se utilizan para almacenar y manipular los combustibles.

Figura4.- Los biocombustibles deben adaptarse a los motores de los autos actuales.

¿Tú que piensas, producirás, comprarás, venderás, importarás biocombustibles?

Extracción de los lípidos de las microalgas: Combustibles de 3era generación

Una vez que se reproducen las micro algas es importante separarlas del medio acuoso (filtrando) y llevarlas a un proceso de extracción de los ácidos grasos (lípidos). Estos son los componentes de valor como combustible (Figura 1).

Figura 1.- En el laboratorio se pueden probar diferentes métodos, solventes y mecanismos para extraer los lípidos de los micro algas.

Existen diversas condiciones y solventes para aplicar a cada tipo de algas, inclusivo usando dióxido de carbono supercrítico y extracción por microondas. Lo importante es determinar en el laboratorio y luego escalar las condiciones y propiedades del sistema (micro alga, solventes, concentración de lípidos y propiedades termodinámicas y de fenómenos de transporte). Un método clásico es extracción por solventes de laboratorio se muestra en Figura 2.

Figura 2.- La extracción por solventes puede darnos datos de termodinámica de equilibrio para obtener datos y propiedades que luego se puedan usar en el diseño y escalamiento a equipos de mayor alcance eficientes.

Por lo tanto para una producción industrial se deben diseñar y aplicar equipos para mayor alcance (Figura 3) y que la producción de los ácidos lípidos sea sustentable (eficiencia de proceso, eficiencia económica, cuidado al ambiente y cuidado al ambiente social).

Figura 3.- Equipo de extracción por solventes a escala industrial

Las moléculas extraídas de las micro algas son de tipo ácido grasos (lípidos) como los triglicéridos.

Los triglicéridos (Figura 4) también se dividen en sus componentes a través de la reacción de transesterificación durante la fabricación de biodiesel. Los ésteres de ácidos grasos resultantes se pueden utilizar como combustible en motores diesel

La reacción de transesterificación produce glicerol el componente del biodiesel

Una vez obtenido los esteres, podemos obtener el biodiesel y mover motores de transporte para vivir la vida actual de movernos de un lugar a otro, transportar comida y consumibles a ciudades.

¿Te gusta el final de la historia de los combustibles de 3era generación?

¿Qué opinas?

De que depende la producciòn de biocombustibles de tercera generación

Si las algas pueden producir lípidos que son moléculas con poder calorífico hasta aveces mejor que los carbohidratos, entonces es importante saber que algas y que factores influyen para la producción de estos compuestos orgánicos (lípidos).

Figura 1.- Las microalgas pueden fijar el CO2 de la atmosfera y con la luz del sol llegan a sintetizar lípidos y estos a su vez al poder ser extraídos puede generar biocombustibles ( etanol, biodiesel, gasolina) e inclusive hidrógeno.

En la Figura 1 se puede ver que los factores externos son: los nutrientes, las luz del sol, el CO2 disuelto en el agua de la atmósfera (aire). Entonces se debe estudiar el crecimiento de la población de las algas y su producción de lípidos. Entonces es importante que llegue la luz de sol y se disuelva el dióxido de carbono de la atmósfera (Figura 2)

Figura 2.- Es importante que llegen los rayos de sol y que se disuelva el CO2 de la atmósfera, para que las algas microscópicas crezcan y puedan producir los lípidos.

Los reactores tubulares de vidrio pueden ser una excelente opción si es que se le esta alimentando CO2 o aire con alto contenido de CO2 (por encima de 300 ppm). La Figura 3 muestra el arreglo de reactor y torre para disolver el aire.

Figura 3.- Un arreglo de tubo de vidrio expuestos a la luz solar y una torre donde se disuelva el aire con CO2 es una opción tecnológica para los factores; sol y CO2.

Pero luego sigue el reto de extraer los lípidos producidos dentro las algas microscópicas.Pero eso lo veremos en la siguiente entrada.
Por lo pronto te comparto que la micro alga Nannochloropsis oceanica (Figura 4) ha probado tener una excelente  producción de lípidos.

Figura 4.- Alga microscópica Nannochloropsis oceanica 

Entonces es interesante el trabajo entre ingenieros químicos y biólogos para estos retos.
¿Tu que piensas? 

Biocombustibles de 3era generación

El bioetanol es un biocombustible de 1era generación, y todos los biocombustibles que vengan de biomasa lignocelulosica, como granos, azucares, residuos agroindustriales, aceites vegetales. Aunque han sido muy criticados por que parte de su producción de estos, vienen de granos que son alimentos para el ser humano o ganado (FIgura 1)

Figura 1.- Los biocombustibles de 1era generación vienen en un  gran porcentaje directos del tratamiento de granos que son alimento para el ser humano.

Los biocombustibles de 2da generación vienen de la biomasa o residuos municipales que la procesan para obtener materia con calor de combustión suficiente y que sea sustentable. Así que se usa residuos agroindustriales, llantas residuales y residuos con poder calorífico y se usan procesos como pirólisis (Figura 2), gasificación, radiación solar o rutas bioquímicas acompañadas con catálisis en ocasiones.
También se usa algas marinas y de agua dulce de tal manera que debe caracterizarse la materia antes de ser sometida a un proceso de transformación y que no genere residuos más peligrosos.

Figura 2.- La pirólisis de biomasa (residuos agroindustriales- no alimento) peude ser acoplada a procesos secundarios de tal manera que se obtengan diferente tipos de productos o un biocombustible muy enriquecido en poder calorífico. 

Los biocombustibles de 3era generación vienen de la microalgas (Figura 3) modificadas o no genéticamente de tal manera que se producen lípidos mas que carbohidratos, de tal manera que la pared celular es rota y se extraen selectivamente (con procesos diseñados para ello) los lípidos y luego estos se transforman en biodiesel.

Figura 3.- Las microalgas se pueden o no modificar geneticamente para mejorar la producción de lípidos y que sea más sencillo extraerlos, y así transformarlos en biodiesel.

Por lo tanto, ya se hacen muchas investigaciones para cosechar microalgas (Figura 4) en modo eficiente y económico para producir biocombustibles y hasta otros productos.

Figura 4.- La investigación de cosecha de microalgas esta en voga

La producción industrial de microalgas es muy interesante e importante para muchos países como China y otros, actualmente (Figura 5).

Figura 5.- El cultivo de microalgas consume CO2 (gas invernadero) y luz solar.

¿Tu piensas que puedes entrarle al mercado de las microalgas?
Opina.

Aprovechar el biogas de los rellenos sanitarios de plantas tratadoras de aguas

Un relleno sanitario es un sistema  cuidadosamente diseñado y gestionado, que actúa como una opción de disposición final de residuos.
Los residuos pueden ser basura municipal no peligrosa, residuos peligrosos clasificados o residuos orgánicos, como los lodos de las plantas tratadoras de agua (PTA) (Figura 1).

Fiura 1.- Esquema de un relleno sanitario bien aministrado

Figura 2.- Lodos de planta tratadora de agua.

 Los lodos activados de las PTA son una fuente importante de masa orgánica y un consorcio microbiano, con bacterias productoras de metano entre otras.
Los lodos son separados en las plantas tratadoras de agua (Figura 3)

Figura 3.- Sepración de lodos en planta tratadora de aguas.

El relleno sanitario de los lodos activados de las plantas tratadoras de agua pueden producir biogas. El biogas puede tener composición de CH4 de 30-65%, CO2 de 25-47% con trazas de N2, H2 y H2S. (Figura 4)

Figura 4.- Relleno sanitario indicando un llama de  un gas que es el biogas que se produce en el relleno.

El biogas puede ser quemado directamente saliendo del relleno sanitario para no lanzar gas metanos a la atmósfera con 24 veces mas poder de efecto invernadero que el CO2. Pero también puede ser limpiado (Figura 5), llevado a un grado mayor de homogenidad o transformalo a hidrógeno con un  reactor catalítico.

Figura 5.- El biogas puede ser limpiado y llevado a un grado mayor en composición de metano, que es el mayor componente del gas natura.

Otra reacción conocida es la reformación de metano con agua, para producir hidrógeno y monoxido de carbono, gases con poder reductor (Figura 6)

Figura 6 Reacción de reformado de metano.

Yo veo lo siguiente:

Las plantas tratadoras de agua producen lodos activados=> estos pueden producir biogas=> el biogas puede producir metano=>  y este puede producir hidrógeno=> este un combustible, una materia primar para muchas reacciones y síntesis=> nuevos materiales=> movilidad  y calor en las ciudades al quemar hidrógeno=> se libera AGUA a la atmósfera en forma de vapor.

¿Tú que piensas? ¿Es una opción sustentable los lodos de las plantas tratadoras de agua?

¿Vivir a grandes distancias, vivir en ciudad concentrados o vivir en pequeños pueblos?

A los humanos nos gusta vivir en las grandes ciudades, caoticas, con muchas oportunidades de trabajo, educación, esparcimiento, conocer gente para encontrar pareja, servicios de salud e inclusive para practicar una religión (Figura 1)

Figura 1. A los humanos nos gusta concentrarnos en grandes ciudades, por tener muchas ventajas.

Y los humanos que viven muy alejados de las ciudades y pueblos, ellos gastan mucha energía en suplir sus consumibles (Figura 2)

Figura 2.- Las personas que viven muy lejos de las grandes ciudades o pueblos gastan mucha energía en transportar sus necesidades de estos centros.

Pero luego existen ventajas de vivir lejos de las ciudades o pueblos, como menos ruido, mas aire fresco, menos stress, mayor convivencia con las personas que viven en la misma casa o apreciar a los vecinos mas cercanos.
En cambio en las grandes ciudades son tan grandes que varias personas tiene que recorrer grandes distancias para ir a sus trabajos o centros  de disparcimiento o ver a sus parientes o amigos. Claro esta el estres, contaminación, neurosis  de algunos ciudadanos , inseguridad y muchos otros más problemas. (Figura 3)

Figura 3.- ¿Vivir en el campo o vivir en la ciudad?

¿Dónde seremos más felices?¿Dónde viviremos más años?¿Dónde realizaremos nuestros sueños y llegaremos a nuestra autorealización? (Figura 4)

Figura 4. Aveces dentro de las grandes ciudades hay espacios que recuerdan paseos por pequeños pueblitos.

Yo Propongo:
1.- Vivir en ciudades no más grande de 400 mil habitantes (Figura 5)
2,. No tan alejadas unas ciudades de las otras.
3.- Los pueblos que esten a menos de 100 km de las ciudades.
4.- Los alimentos vegetales que se siembren muy cerca de las ciudades.
5.- La energía de las grandes ciudades sean en mayor porcentaje de fuentes renovables.
6.- En las escuelas a los niños educarlos para amar a las pequeñas ciudades y cuidar a los pueblitos.

Figura 5. Tucson en el estado de Arizona en Estados Unidos de America es una ciudad de 400 000 habitantes, es bastante basta y a la vez no tan caotica.

¿Tu que piensas llegaremos a un punto de optimizar el tamaño de nuestras ciudades?

Ingeniería de plantas químicas de moléculas provenientes de biomasa de desechos agroindustriales

Ya sabemos que podemos tener biocombustibles de moléculas provenientes de biomasa y esta que proviene de residuos agroindustriales (Figura 1)

Figura 1. Moléculas provenientes de biomasa proveniente de residuos agroindustriales

 Pero las moléculas deben ser extraídas, separadas, tratadas en reactores catalíticos y/o hidrogenación o algún otro tratamiento, luego debe pasar separaciones, purificaciones y almacenar o empacar; esto es una planta química (Figura 2).

Figura 2. Las plantas químicas de biomasa de residuos agroindustriales pueden llevar varias etapas y procesos unitarios necesarios para obtener producto de valor agregado.
Esto es un reto tipo de Ingeniería Química, donde se pueden realizar varias pruebas en laboratorio y en planta piloto ante de diseñar, instalar y arrancar una planta química. Los procesos unitarios son un reto "ya común" para los Ingeniero Químicos.
Pero el reto ahora esta en la materia prima; la biomasa proveniente de residuos agroindustriales. 

1. ¿Será suficiente los residuos?
2. ¿La calidad de los residuos será muy variable?
3. ¿Los ciclos agroindustriales tendrán efecto en la productividad del producto final y su precio?
4.  ¿El transporte de la de biomasa influirá en el precio? (Figura 3)

Figura 3.- Transporte de biomasa provenientes de residuos agroindustriales

También se necesitarán solventes para extracciones, catalizadores para los reactores del mismo tipo, hidrógeno para hidrogenar las moléculas. Aunque esto aún se esta desarrollando (Figura 4).

Figura 4. La hidrogenación de biomasa aún esta en investigación pero no por eso no se puede aplicar.

Las empresas dedicadas a producir biocombustibles deben aplicar o adaptar lo ya conocido en las plantas petroquímicas para poder bajar los costos de producción de combustibles alternos y  que puedan ser competitivos en el mercado y tener ganancias.

¿Tui que piensas de los retos de las planta químicas para transformar la biomasa?