Bioenergía - Producción de biomasa

El material orgánico se convierte en una forma utilizable conocida como bioenergía. Los materiales utilizados en el proceso de producción de energía se denominan materia prima.

Para comprender mejor la biomasa, primero exploraremos las diversas fuentes.

La producción de biomasa se refiere al aumento de la cantidad de materia orgánica. Es la adición de materia orgánica en un área o población determinada. La biomasa se considera energía renovable porque se repone a medida que crecen las plantas y los animales.

Hay dos formas de producción:

  • Primary productionse refiere a la generación de energía por parte de las plantas a través de la fotosíntesis. El exceso de energía generada se almacena y se suma a la biomasa total del ecosistema. La producción primaria podría estimarse a partir de la cubierta forestal total en un año determinado.

  • Secondary productiones la absorción de materia orgánica como tejidos corporales por los organismos. Incluye la ingestión por animales, es decir, la alimentación, ya sea de otros animales o de plantas. También implica la descomposición de materia orgánica por microorganismos. La producción secundaria podría estimarse como la carne total producida por año.

Aunque la biomasa podría medirse como la masa de organismos vivos y muertos en un entorno determinado, la producción es más difícil de estimar. Solo se puede estimar como el aumento de volumen, aunque parte de la biomasa adicional puede haber sido reemplazada a través de procesos naturales.

Combustión directa para calor

La combustión directa para obtener calor es el método más antiguo de conversión de biomasa en energía desde las primeras civilizaciones. La conversión termoquímica (combustión) podría lograrse de varias formas utilizando materias primas variadas.

Combustión autónoma

Los generadores de biomasa utilizan diesel derivado de aceites vegetales para alimentar generadores diesel. Los generadores queman el diesel orgánico para producir energía para producir electricidad.

  • Se sabe que las plantas combinadas de calor y energía cogeneran electricidad y energía térmica útil. Las industrias cerámicas utilizan el calor para secar productos como las tejas de arcilla.

  • Algunas plantas de energía utilizan biomasa para calentar agua y producir vapor para generar electricidad. La biomasa se quema para producir suficiente calor para hervir el agua.

  • Las plantas de residuos sólidos municipales queman residuos sólidos para generar electricidad. Este tipo es propenso a las críticas ya que los desechos sólidos contienen principalmente gases tóxicos de plásticos y fibras sintéticas.

Cocombustión de biomasa

Además de la combustión autónoma, la biomasa podría mezclarse con otros combustibles fósiles y quemarse para generar energía. Esto se llama co-disparo.

  • La biomasa se puede quemar directamente como carbón. Esto se conoce como cocombustión directa.

  • En otros casos, la biomasa se procesa primero en gas y luego se convierte en gas de síntesis.

  • El tercer caso es cuando se quema combustible fósil en un horno diferente y la energía producida se utiliza para precalentar el agua en una planta de energía de vapor.

Tipos de combustión

Los distintos tipos de combustión son:

  • Fixed bed combustion - Este es un método en el que la biomasa sólida se corta primero en trozos pequeños y luego se quema en una superficie plana fija.

  • Moving bed combustion- En este método, se establece una rejilla para moverse constante y uniformemente dejando cenizas. El combustible se quema en niveles de combustión.

  • Fluid-bed combustion- El combustible se hierve a alta presión mezclado con arena. La arena sirve para distribuir el calor de manera uniforme.

  • Burner combustion - En este método, el polvo de madera y el polvo fino se colocan en un quemador similar al del combustible líquido.

  • Rotary furnace combustion- Se utiliza un horno de horno para quemar materia orgánica con alto contenido de humedad. De esta manera se queman desechos como restos de comida u otros desechos agrícolas húmedos.

Pirólisis

Pyrolysises otra forma de procesar biocombustibles quemándolos a temperaturas muy altas sin oxígeno, lo que podría provocar una combustión completa. Esto provoca cambios físicos y químicos irreversibles. La ausencia de procesos de oxidación o halogenaciones da como resultado un biocombustible muy denso que podría usarse en combustión, cocombustión o convertirse en gas.

  • Slow pyrolysisocurre a unos 400oC. Es el proceso de fabricación de carbón vegetal sólido.

  • Fast pyrolysisse produce entre 450oC y 600oC y produce gas orgánico, vapor de pirólisis y carbón vegetal. El vapor se procesa por condensación a forma líquida como bioaceite. Esto debe hacerse dentro de 1 segundo para evitar más reacciones. El líquido resultante es un líquido marrón oscuro más denso que la biomasa de madera y tiene el mismo contenido en términos de energía.

El bioaceite tiene una serie de ventajas. Es más fácil de transportar, quemar y almacenar. Se pueden procesar muchos tipos de materia prima mediante pirólisis para producir bioaceite.

El diagrama que se muestra a continuación explica el proceso de conversión de energía a una forma utilizable a partir de biocombustibles a través de la pirólisis.

Fermentación alcohólica

La fermentación alcohólica es el proceso que convierte los azúcares en celulosa. El proceso da como resultado etanol y dióxido de carbono como subproductos. Este proceso se considera anaeróbico ya que tiene lugar en ausencia de oxígeno. Además de la panificación y la fabricación de bebidas alcohólicas, este proceso produce combustible alcohólico. La fórmula química para la fermentación alcohólica viene dada por:

$ C_ {6} H_ {12} O_ {6} + levadura \ longrightarrow \: 2C_ {2} H_ {5} OH + 2CO_ {2} $

La caña de azúcar es la principal materia prima para este proceso, especialmente en ambientes secos. Los trozos de maíz o azúcar se utilizan en zonas templadas.

Aplicación de productos

Los productos tienen las siguientes aplicaciones:

  • Acetone es un producto utilizado para la producción de aditivos alimentarios, disolventes de cola, dilución de pinturas, desengrasantes y en productos cosméticos.

  • Hydrogense utiliza como agente refrigerante en la industria energética. También se utiliza en pilas de hidrógeno para la producción de energía.

  • Butanolproporciona mejor combustible que el etanol. También se utiliza como ingrediente en pinturas, productos cosméticos, resinas, tintes, extracciones de polímeros y en la fabricación de fibras sintéticas.

  • Ethanolse utiliza como combustible, componente de pintura y aditivo en antisépticos. También se utiliza en bebidas alcohólicas.

Digestión anaeróbica de biogás

Anaerobic digestiones el proceso biológico mediante el cual se descompone la materia orgánica para producir biogás en ausencia de oxígeno. Los microorganismos como las bacterias acidogenéticas y los acetógenos convierten la materia biodegradable en biogás. Además de ser una fuente de energía, también es un método de depósito de residuos y una técnica de conservación del medio ambiente.

La ecuación principal para esta conversión que produce dióxido de carbono y metano es la siguiente:

$ C_ {6} H_ {12} O_ {6} \ longrightarrow \: 3CO_ {2} + 3CH_ {4} $

El proceso paso a paso se explica a continuación:

  • Step 1- Desglose de materia orgánica en moléculas considerables para su conversión. Este proceso se conoce como hidrólisis.

  • Step 2- Los acidógenos actúan sobre la materia descompuesta convirtiéndolas en ácidos grasos volátiles (AGV) junto con amoniaco, CO2 y sulfuro de hidrógeno. El proceso se llama acidogénesis.

  • Step 3 - Los AGV se descomponen en ácido acético, dióxido de carbono e hidrógeno.

  • Step 4 - La etapa final es la combinación de las emisiones anteriores para producir metanol, dióxido de carbono y agua.