Actividades en BioenergíaUnidad de Desarrollo Tecnológico

Dra. Cristina Segura CastilloJefe de Área Bioenergía

EUROCLIMA Bioenergy Workshop, 12 y 13 de marzo, Santiago-Chile

Unidad de Desarrollo Tecnológico• Centro de I&D fundado en 1996 y dependiente de la Vicerrectoría de I+D

de la Universidad de Concepción. Nuestro campo de acción es: BIO-REFINERÍAS FORESTALES .

• Áreas de Trabajo: (1) Biomateriales, (2) Bioenergía, (3) Productos Químicos, (4) Medio Ambiente y (5) Gestión Tecnológica.

• 104 colaboradores contratados, 25 investigadores académicos asociados y aprox. 50 estudiantes/año.

• Infraestructura: 3800 m² construidos; numerosas plantas piloto y 6 laboratorio especializados.

INTRODUCCIÓN• Chile posee una industria forestal bien desarrollada, cuenta con

aproximadamente 2,3 millones de hectáreas de plantaciones productivas, que generan un volumen considerable de residuos, tanto madereros como del manejo forestal.

• Fuente renovable atractiva para impulsar proyectos energéticos en el país.

• Aprovechamiento integral de la biomasa: Biorefinerías

Disponibilidad de Biomasa para Uso Energético

Uso actual

Industrias(residuos de pino y eucalipto)

4,5 M ton

Leña (madera nativa)

8,5 M ton

Total 13 M ton

Adicional

Plantaciones (2014)(20% de 10 Mm3)

1 M ton

Subproducto Forestales 2 M ton

Paja de trigo 1,5 M ton

Bosque Nativo(manejo sustentable)

2 M ton

Total 6,5 Mton

Características de la Biomasa• Biomasa disponible está dispersa, de calidad heterogénea y

baja densidad energética.

Líquido

Sólidos

Gases

Gasificación

~ 800°C

5 %

10%

85%

largo

Pirólisis lenta

~ 400°C

30 %

35%

35%

largo

Pirólisis intermedia

~ 500 °C

50 %

20%

30%

minutos

Torre-facción

~ 250 °C

0 %

86%

14%

~ 30 min

Pirólisis rápida

~ 500 °C

75 %

12%

13%

~ 1 s

Pirólisis

Líquido

Sólidos

Gases

Gasificación

~ 800°C

5 %

10%

85%

largo

Pirólisis lenta

~ 400°C

30 %

35%

35%

largo

Pirólisis intermedia

~ 500 °C

50 %

20%

30%

minutos

Torre-facción

~ 250 °C

0 %

86%

14%

~ 30 min

Pirólisis rápida

~ 500 °C

75 %

12%

13%

~ 1 s

PROCESOS TERMOQUIMICOS

TorrefacciónMateria prima:

• Residuos cosecha forestal o bosque nativo manejado sustentablemente.

Propósito:• Facilitar la conminución del material (molienda más fácil).• Aumentar el poder calorífico de la biomasa (aumento en un

15-20%).• Aumentar densidad másica de pellets fabricados del material

torrefactado en comparación con la biomasa forestal (aumento de un 20%, aprox.).

Aplicación:Producción de pellets para uso industrial.

Combustible sólido Densidad másicakg/m3 estéreo

Densidad energéticaMWh/m3 estéreo

Aserrín de pino (50% agua) 200 0,6Pellet de pino 650 3,2Pellet de pino torrefactado 800 4,9

Carbón 830 6,9

Torrefacción

Chip de madera200-400 kg/m3

Pellets de madera650 kg/m3

Pellets torrefactados

850 kg/m3Carbón

850 kg/m3

Diseño de planta piloto de UDT

Planta Piloto de Torrefacción UDT

TorrefacciónMaterial torrefactado

Torrefacción

0.060.070.080.090.100.110.120.130.140.15

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

O/C

H/C EG-15 minutos

EG-30 minutosMateria PrimaCarbón Isla RiescoCarbón Tocopilla

Gráfico Van Krevelen para Eucalipto

Aumento de T

Molienda< 3 mm

Pirólisis rápida500 °C< 2 s

Conden-sación

BiomasaGasesCO, CO2CH4, H2, CnHm

Bio-oil

Carboncillo

Secado< 10%

Reactores:Lecho fluidizado burbujeante, lecho fluidizado circulante, cono rotatorio ablativo, tornillo Auger,de flujo laminar

PIROLISIS RAPIDA DE BIOMASA

• Densificar energéticamente biomasa.• Obtener un biocombustible.• Producir un “bio-crudo” como materia prima para obtener productos

químicos y energía.

Tecnología de Pirólisis Rápida de BiomasaPlanta piloto de UDT

0

Biomass Bio-oil

Sand

Pyrolysis Gas Combustion

Char combustion

CharPyrolysis

Flue gases

Quench

Pyrolysis gas recycle

AshAir

10 kg/h

Air

Hot-gas filter

Cyclone

Cyclone

ElectrostaticPrecipitator

Estanque de almacenamiento

Silo alimentador de biomasa

Precalentador de arenaReactor de pirólisis

Reactor combustión de carboncillo

Tren de limpieza de gases

Condensador de bio-oil

Precipitador electroestático

• Mezcla compleja multicomponente (>400)• Alto contenido de oxígeno• Químicamente inestable• Amplio rango de PM MW (1000 Da) • Carácter coloidal • Sólidos finos dispersos• Detectable por GC-MS máx 40%

Bio-oil

Caracterización del Bio-oil

FONDEF D07-I-1137: Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido Mediante Conversión Termoquímica de Biomasa

Fecha 05-2010Temperatura de pìrólisis ° C 520Densidad kg/m3 1182Viscosidad @ 40° C cSt 13.3

Bio-oil envejecido 24h at 80° C cSt 21.7

Insolubles en agua (lignina) %p 17Número ácido total mg KOH/g 64

Grupos carbonilos mol/kg 4.9Sólidos (como insolubles en etanol) %w 0.66Solubles en agua, insolubles en éter %w 26.7Contenido de agua

Poder calorífico inferior

%w

MJ/kg

28

16 – 19

Fecha 05-2010Temperatura de pìrólisis ° C 520Densidad kg/m3 1182Viscosidad @ 40° C cSt 13.3

Bio-oil envejecido 24h at 80° C cSt 21.7

Insolubles en agua (lignina) %p 17Número ácido total mg KOH/g 64

Grupos carbonilos mol/kg 4.9Sólidos (como insolubles en etanol) %w 0.66Solubles en agua, insolubles en éter %w 26.7Contenido de agua

Poder calorífico inferior

%w

MJ/kg

28

16 – 19

Aplicaciones Bio-Oil

• Combustible Industrial– Contenido calórico: 50% de Fuel Oil #6– Contenido de agua: 20-30%– Corrosividad: pH 2-3, incombatible con infrastructure existente– Inestable: mezcla reactiva, especialmente durante los primeros 6 meses – Difícil ignición: Pocos volátiles

• Densificación Energética

0,6200Aserrín de pino

Densified biofuels kg/m3 MWh/m3

Pellets de pino 650 3,2

Pellets de pino torrefactado 800 4,9

Bio oil 1200 6,3

0,6200Aserrín de pino

Densified biofuels kg/m3 MWh/m3

Pellets de pino 650 3,2

Pellets de pino torrefactado 800 4,9

Bio oil 1200 6,3

Aplicaciones Bio-Oil• Aplicaciones Químicas

– Humo líquido– Lignina pirolítica: Polifenoles naturales

• Adhesivos fenol-formaldehído, materiales termoplásticos y otras aplicaciones.

– Aldehídos: Glicolaldehído, 2-furfuraldehído• Componente de resinas, disinfectante, etilen glicol bioquímico.

– Ácidos carboxílicos: Ácidos acético, fórmico, propiónico• Aditivo ensilaje, pulpaje Acetosolv y aplicaciones tradicionales.

– Azúcares anhidros: Levoglucosano, celobiosano• Fermención a etanol, materia prima para surfactante glicosídico,

dextrinas.

Conclusión• Los procesos pirolíticos tienen grandes ventajas frente a otros

procesos de conversión: Se puede procesar todo tipo de materias primas forestales, las capacidades de producción y costos de inversión son bajos y la eficiencia energética de conversión es muy alta.

• La torrefacción es una alternativa altamente prometedora para densificar energéticamente la biomasa forestal y, en función de ello, masificar su aplicación.

• La pirólisis rápida permite obtener un producto líquido con altos rendimientos, el que puede ser aplicado directamente o ser fuente de diversas fracciones de productos químicos de interés comercial.

Muchas graciasDra. Cristina Segura

Jefe de Área BioenergíaUnidad de Desarrollo Tecnológico

c.segura@udt.cl