Estado del Arte del Uso del Gas de Gasificación Termoquímica de Biomasa(GG), en Motores de Combustión Interna Alternativos

El presente trabajo, desarrollado en el marco del Convenio de Cooperación educativa entre la ETSII - UPM y el Ciemat, se realiza con el fin de determinar líneas futuras de investigación y/o aplicación de la tecnología de gasificación termoquímica de biomasa integrada a motores de combustión interna alternativos (MCIA) para generación de potencia, motivados por la necesidad de reducir las emisiones contaminantes, aumentar el uso de las fuentes renovables de energía, reducir la dependencia económica de los combustibles fósiles, aprovechar energéticamente infinidad de residuos del sector agroindustrial y por la necesidad de generar energía a base de combustibles autóctonos que permitan resolver los problemas de suministro eléctrico en zonas no interconectadas eléctricamente en países en vía de desarrollo. En el capítulo 1 se comienza por presentar los objetivos y la justificación del presente trabajo, se enmarca esta tecnología desde el punto de vista histórico, de los combustibles y de los gasógenos, que fue la primera aplicación extendida masivamente durante las dos guerras mundiales en Europa. Además se hace un breve recuento de los principales grupos de investigación y fabricantes a nivel comercial que actualmente trabajan en el desarrollo de esta tecnología. En el capítulo 2 se hacer una breve descripción del proceso de gasificación termoquímica, mostrando los diferentes tipos de gasificadores existentes, las propiedades del combustible primario usado y los factores que afectan la eficiencia de este proceso. En el capítulo 3 se estudia el gas de gasificación desde el punto de vista de la composición, propiedades como combustible motor, requisitos, tratamiento necesario para su uso como combustible en motores de combustión interna, otros usos del GG y riesgos que conlleva su utilización. En el capítulo 4 se presentan un estudio general de los motores de gas, donde se presenta una clasificación, se estudia la manera de regular la operación de estos motores, se hace una descripción cualitativa de la combustión, se muestran algunas aplicaciones y se estudia la combustión en los motores a gas desde el punto de vista de los factores que la afectan. En el capítulo 5 se entra en profundidad sobre el uso del gas de gasificación -GG en MCIA, inicialmente estudiado desde el punto de vista teórico, luego presentando los resultados de varias investigaciones realizadas y por último mostrando algunos de las aplicaciones comerciales actualmente en el mercado. Finalmente se presentan las conclusiones, la bibliografía consultada y un glosario de términos.

Evaluación de la capacidad de rebrote en clones híbridos de Populus destinados a la producción de biomasa para energía.

El objetivo del presente Trabajo Fin de Carrera es evaluar la habilidad para el rebrote a nivel clonal así como la producción de biomasa en el tiempo obtenida con diferentes clones híbridos de Populus, en dos plantaciones similares ubicadas en dos diferentes ambientes. El presente Trabajo Fin de Carrera, se enmarca dentro del proyecto de investigación “Cultivo forestales para la obtención de biomasa con fines energéticos” (RTA 2008 00025.C02.01), desarrollado en el CIFOR-INIA y dirigido por la Dra. Hortensia Sixto. El interés que pretende aportar esta evaluación es ayudar en la búsqueda de los clones que mejor se adapten a nuestras territorio, siendo estos clones lo más productivos posible.

Biomasa ramoneable procedente de resalveos sobre tallares envejecidos de encina

Los tallares envejecidos de encina ocupan una gran superficie en España, y presentan graves problemas selvícolas, ecológicos y económicos cuya solución podría venir de la aplicación de resalveos de conversión. Dicho tratamiento provoca inevitablemente un rebrote que debe ser controlado, siendo el ganado silvestre o doméstico la principal herramienta para ello. En este trabajo se presentan los resultados obtenidos durante los tres años siguientes tras la aplicación de claras de distinto peso en un tallar envejecido de Guadalajara, en relación con la producción de brotes de suelo. A modo de ejemplo, para un 50% de área basimétrica extraída se producen los siguientes kg de materia seca/ha como media: 132,2 el primer año; 265,1 el segundo año; 437,9 el tercer año. También se ofrecen, para los dos primeros años tras las claras, valores relativos al porcentaje de peso seco de hojas sobre el peso seco total de brotes de suelo: 53,3 % y 60,6 %, respectivamente.

Estudios de eficiencia en el uso de la luz y estimaciones de biomasa en cultivos energéticos de Salix sp. en Central New York, USA

La productividad es un factor importante que influye en la viabilidad económica de un cultivo energético de sauce y maximizarla se convierte en un tema primordial. Esta investigación está directamente relacionada con dicha característica. La productividad varía según los clones cultivados, que pueden ser mejorados y seleccionados genéticamente. Los programas genéticos requieren de una información previa (productividad media en función del porte y número de los tallos, características de las hojas, resistencia a las plagas, etc.) que ayudará a obtener clones más productivos y resistentes. Por ello, nuestra investigación consta de dos estudios: (1) Evaluación de la eficiencia del uso de la luz o LUE (Light Use Efficiency). El incremento de biomasa y la eficiencia del uso de la luz (LUE) fue estudiado en 15 clones del genero Salix durante los meses de junio a septiembre de 2011 en Belleville (Central New York, USA). Los objetivos de este estudio fueron: (1) Evaluar la eficiencia del uso de la luz en la explicación a la variación en la producción de biomasa y (2) Determinar si existen diferencias significativas entre clones evaluando el índice de área foliar (LAI) y algunos componentes de las hojas (N, P, K,…). Se concluye que la variación de biomasa está relacionada con la cantidad de luz interceptada y con la eficiencia de su uso. Dicha información debe de ser transferida para ayudar a mejorar genéticamente los futuros clones a comercializar, con el fin de maximizar la productividad y aumentar la resistencia a plagas. (2) Estimación de biomasa a través de modelos de regresión. Los estudios de investigación relacionados con la productividad requieren estimaciones no destructivas de la biomasa aérea. Sin embargo, el nivel de precisión requerido y la inversión de tiempo son excesivos para operaciones comerciales con grandes extensiones (plantaciones de 10.000 ha). Por esta razón, se estudia el nivel de especificidad (específico, intermedio y general) en la toma de datos de campo sobre los mismos 15 clones (12 de ellos se pueden agrupar en 5 grupos según su genotipo origen) del genero Salix, empleados en el estudio anterior. Para todos los niveles estudiados se observaron diferencias significativas. Pero desde nuestro punto de vista, las diferencias obtenidas no son relevantes. Para validar los modelos finalmente seleccionados se calcularon los porcentajes de error entre la biomasa estimada por los modelos de regresión calculados y la biomasa real obtenida tras los pesajes de biomasa, todo ello se realizó para cada clon según nivel de especificidad. ABSTRACT Productivity is an important factor in the economic viability of a willow crop´s, therefore, maximize it becomes a major factor. This study is directly related to this feature. Productivity, among other factors, may vary depending on different clones, which can be improved and selected genetically. Genetic programs require prior information (average productivity, size and number of stems, leaf characteristics, resistance to pests, etc.) to help you get more productive clones resistant to local pests. Our research consists of two studies: (1) Evaluation of the efficiency of use of light (LUE, Light Use Efficiency). The increase of biomass and light use efficiency (LUE) was tested on 15 clones of the genus Salix during June and September 2011 in Belleville (Central New York, USA). The objectives of this study were: (1) evaluate the light use efficiency and its relationship with the variation in biomass production and (2) determine whether there are significant differences between clones evaluating the leaf area index (LAI) and some traits of the leaves (N, P, K). We studied the correlation with the light use efficiency. It is concluded that the variation of biomass was related to the amount of light intercepted and its efficiency. Such information must be transferred to help improve future genetically clones to market in order to maximize productivity and increase resistance to pests. (2) Estimation of biomass through regression models. Research studies related to productivity estimates require precision and non destructive biomass. However, the level of accuracy required and the investment of time are excessive for large commercial operations with extensions (plantations of 10,000 ha). Precisely for this reason, we study the level of specificity (specific, intermediate and general) in making field data on the same 15 clones (12 of them can be grouped into five groups according to their genotype origin) of the genus Salix, employees in the previous study. For all levels studied some significant differences were observed. But from our practical standpoint, the differences are not relevant. Finally, to validate the selected models, we calculated the percent of bias between estimated biomass (by the regression models) and real biomass obtained after the weighing of biomass, all this process was done for each clone by level of specificity.

Estudio técnico y económico para la sustitución del gasóleo por biomasa térmica en edificios urbanos

La finalidad del proyecto consiste en realizar la sustitución de calderas de gasóleo por calderas de biomasa para suministrar calefacción a edificios urbanos. En primer lugar, se ha hecho un estudio de la demanda calorífica de los edificios, y posteriormente se ha estudiado el ciclo completo de la biomasa, incluyendo el suministro y tipo de biomasa, dimensiones de los equipos y espacios necesarios para la instalación. Después de estudiar la viabilidad técnica y económica, podemos concluir que utilizar biomasa en edificios con calderas centralizadas nos aporta un gran ahorro en comparación con el gasóleo, además de evitar emisiones de CO2 y utilizar un combustible renovable y de producción nacional. ABSTRACT The purpose of the project consists of performing the substitution of diesel boilers by biomass boilers to provide the heating to urban buildings. In first place, it has been made a study of the calorific demand of the buildings. In addition, it has been studied the completed cycle of the biomass even including the supply and the type of biomass, the dimensions of the machines and the necessary spaces to carry out the installation. After studying the technical and economical viability, we can conclude that using biomass in buildings with central boilers provides us an important saving in comparison with diesel as well as to avoid CO2 emissions and using a renewable combustible of national production.

Biomasa en Chile

El artículo presenta el desarrollo de la biomasa en Chile, dentro del complejo marco energético existente en el país, el cual, aún no logra potenciar e incentivar el desarrollo de energías renovables y depende fuertemente de los combustibles fósiles, acrecentando el riesgo latente de sufrir una crisis energética, en el mediano plazo, producto de la paulatina incorporación de nuevas centrales generadoras de energías, que satisfagan la creciente demanda energética pronosticada. Este artículo aporta antecedentes a la situación energética existente en Chile, junto con un análisis al mercado eléctrico y a las normativas de éste, enfocadas a las energías renovables no convencionales (ERNC), para finalizar con el desarrollo de la biomasa en sus tres estados físicos, mencionando sus características, aplicaciones, procesos de conversión, ventajas y desventajas. Chile presenta una baja participación de las energías renovables en su mix energético, de las cuales, los biocombustibles sólidos y gaseosos, son utilizados principalmente para la generación de energía de baja potencia, mediante cogeneración y extracción y uso de biogás, respectivamente; mientras que los biocombustibles líquidos, están en fase de investigación y desarrollo de pilotos, por parte de varias entidades, para su producción industrial para el sector del transporte.

La biomasa forestal aplicada a la obtención de energía térmica como base para el desarrollo rural de zonas desfavorecidas. Aplicación en el municipio de El Espinar, Segovia

Se describe una metodologia basada en el estudio de la oferta de biomasa forestal y la demanda energética de un determinado municipio, para buscar el mejor aprovechamiento energético termico que facilite el desarrollo de una determinada región

Evaluación del impacto en el desarrollo humano de proyectos de usos energéticos de la biomasa: el caso de Nicaragua

La falta de acceso a fuentes modernas de energía es un lastre para el desarrollo económico y social de numerosas personas en el mundo. Actualmente se calcula que aproximadamente 1400 millones de personas (20% de la población mundial) carecen de acceso a electricidad y que 2700 millones de personas (40% de la población mundial) siguen cocinando a partir de usos tradicionales de la biomasa. Partiendo de esta base se ha realizado una investigación acerca de los usos energéticos de la biomasa en el medio rural en Nicaragua, en la cual se han evaluado una serie de proyectos de este tipo. Su objetivo fundamental fue profundizar en el conocimiento sobre las distintas tecnologías usadas en este campo y ofrecer información sistematizada que permita mejorar el desempeño de proyectos futuros. Para cada uno de los proyectos y como resultado principal de la investigación, se estableció su Impacto en el Desarrollo Humano y Sostenible con la aplicación de la Herramienta S&E (Fernández, L. et al, 2011). Los resultados obtenidos gracias a esta herramienta nos han permitido realizar comparaciones en cuanto al desempeño de cada proyecto en numerosos aspectos distintos y en especial sobre que modelos de intervención generan mayor impacto en el desarrollo.

Producción de biogás a partir de biomasa de la microalga scenedesmus sp. procedente de diferentes procesos

En este trabajo de Tesis Doctoral se ha estudiado la posibilidad de emplear las microalgas, concretamente el género Scenedesmus, como sustrato para la producción de biogás mediante digestión anaerobia, así como los residuos que se producen como consecuencia de su utilización industrial para diferentes fines. La utilización de las microalgas para la producción de biocombustibles es un tema de gran actualidad científica, en el que residen muchas expectativas para la producción a gran escala de biocombustibles que supongan una alternativa real a los combustibles fósiles. Existen numerosas investigaciones sobre la conversión a biogás de las microalgas, sin embargo aún hay poco conocimiento sobre la utilización de la digestión anaerobia como tratamiento de residuos de microalgas en un concepto de biorrefinería. Residuos que pueden ser generados tras la extracción de compuestos de alto valor añadido (p. ej. aminoácidos) o tras la generación de otro biocombustible (p. ej. biodiésel). Es en este aspecto en el que esta Tesis Doctoral destaca en cuanto a originalidad e innovación, ya que se ha centrado principalmente en tres posibilidades: - Empleo de Scenedesmus sp. como cultivo energético para la producción de biogás. - Tratamiento de residuos de Scenedesmus sp. generados tras la extracción de aminoácidos en un concepto de biorrefinería. - Tratamiento de los residuos de Scenedesmus sp. generados tras la extracción de lípidos en un concepto de biorrefinería. Los resultados obtenidos demuestran que la microalga Scenedesmus como cultivo energético para producción de biogás no es viable salvo que se empleen pretratamientos que aumenten la biodegradabilidad o se realice codigestión con otro sustrato. En este último caso, la chumbera (Opuntia maxima Mill.) ha resultado ser un sustrato idóneo para la codigestión con microalgas, aumentando la producción de biogás y metano hasta niveles superiores a 600 y 300 L kgSV-1, respectivamente. Por otro lado, el tratamiento de residuos generados tras la extracción de aminoácidos mediante digestión anaerobia es prometedor. Se obtuvieron elevados rendimientos de biogás y metano en las condiciones de operación óptimas (409 y 292 L kgSV-1, respectivamente). Aparte de la generación energética por medio el metano, que podría emplearse en la propia biorrefinería o venderse a la red eléctrica o de gas natural, reciclando el digerido y el CO2 del biogás se podría llegar a ahorrar alrededor del 30% del fertilizante mineral y el 25% del CO2 necesarios para el cultivo de nueva biomasa. Por lo tanto, la digestión anaerobia de los residuos de microalgas en un concepto de biorrefinería tiene un gran potencial y podría contribuir en gran medida al desarrollo de esta industria. Por último, una primera aproximación al tratamiento de residuos generados tras la extracción de lípidos muestra que éstos pueden ser empleados para la producción de biogás, como monosustrato, o en codigestión con glicerina, ya que son fácilmente biodegradables y el rendimiento potencial de metano puede alcanzar 218 LCH4 kgSV-1 y 262 LCH4 kg SV-1 en monodigestión o en codigestión con glicerina, respectivamente. ABSTRACT This PhD thesis explores the possibility of using microalgae, specifically the strain Scenedesmus, as substrate for biogas production through anaerobic digestion, as well as the residues generated after its use in different industrial processes. The use of microalgae for biofuels production is an emerging scientific issue. The possibility of producing biofuels from microalgae as a real alternative for fossil fuels is raising high expectations. There are several research projects on the conversion of microalgae to biogas; however, there is little knowledge about using anaerobic digestion for treating microalgae residues in a biorefinery scheme. These residues could be generated after the extraction of high value compounds (e.g. amino acids) or after the production of another biofuel (e.g. biodiesel). It is in this area in which this PhD thesis stands in terms of originality and innovation, since it has focused primarily on three possibilities: - The use of Scenedesmus sp. as an energy crop for biogas production. - Treatment of amino acid extracted Scenedesmus residues generated in a biorefinery. - Treatment of lipid extracted Scenedesmus residues generated in a biorefinery. The results obtained in this work show that the use of Scenedesmus as energy crop for biogas production is not viable. The application of pretreatments to increase biodegradability or the codigestion of Scenedesmus biomass with other substrate can improve the digestion process. In this latter case, prickly pear (Opuntia maxima Mill.) is an ideal substrate for its codigestion with microalgae, increasing biogas and methane yields up to more than 600 and 300 L kgVS-1, respectively. On the other hand, the treatment of residues generated after amino acid extraction through anaerobic digestion is promising. High biogas and methane yields were obtained (409 y 292 L kgVS-1, respectively). Besides the energy produced through methane, which could be used in the biorefinery or be sold to the power or natural gas grids, by recycling the digestate and the CO2 30% of fertilizer needs and 25% of CO2 needs could be saved to grow new microalgae biomass. Therefore, the anaerobic digestion of microalgae residues generated in biorefineries is promising and it could play an important role in the development of this industry. Finally, a first approach to the treatment of residues generated after lipid extraction showed that these residues could be used for the production of biogas, since they are highly biodegradable. The potential methane yield could reach 218 LCH4 kgVS-1 when they are monodigested, whereas the potential methane yield reached 262 LCH4 kgVS-1 when residues were codigested with residual glycerin.

Influencia de la dormancia invernal en la producción de biomasa lignocelulósica

Conferencia

Viabilidad de una planta de biomasa forestal para la producción de energía eléctrica

Este Proyecto estudia la implantación de una central termoeléctrica para la generación de energía en la provincia de Orense. Se trata de una instalación que hace uso de biomasa forestal con el fin de producir energía eléctrica renovable de una manera responsable. En primer lugar se estudia en profundidad la disponibilidad de la biomasa presente en la región que dará lugar al emplazamiento de la instalación, en pos de una posterior toma de decisión acerca del correcto dimensionamiento de la planta, así como la ubicación óptima de la misma. Se ha logrado dar una alternativa a la dependencia energética a partir de una energía renovable limpia, como la cadena integrada de producción eléctrica. Considerando con rigor tanto las políticas de globalización regionales como internacionales orientadas a lograr un desarrollo sostenible y a la lucha contra el cambio climático, como la cadena integrada de producción eléctrica. Una vez puestos en situación, se analiza las diferentes técnicas utilizadas para el aprovechamiento energético con la biomasa disponible. Se trata de encontrar la mejor alternativa capaz de optimizar los recursos energéticos de la zona para la generación de energía eléctrica. Abstract This project is based on the study of a power plant located in the province of Ourense and its fundamental target is aimed to the generation of electricity. The importance of this plant is its commitment within renewable resources that enhance the use of forest biomass in order to produce electrical power in a responsible way. In the first place, it is necessary to deeply investigate the characteristics of the available biomass present in the place of interest, which will define the size and location of the power plant. This project gives an alternative to the energetic dependence from a renewable point of view, considering rigorously globalized politics intended for a sustainable energetic progress within the introduction of ambitious measures against climate change.

Cultivo del centeno para producción de biomasa con fines térmicos.

Análisis de la orientación del cultivo de centeno para producir biomasa térmica.

Proyecto básico de una planta de biomasa

El objetivo principal de este proyecto se basa en el estudio y diseño de una planta de generación eléctrica mediante biomasa de 5 MW de capacidad, que en nuestro caso, debido a la gran cantidad de viñedo existente en la zona sur de Burgos, serán los residuos procedentes de las explotaciones vitivinícolas, principalmente sarmientos de poda. El objetivo del proyecto de generación eléctrica con biomasa procedente de los residuos vitivinícolas, es contribuir al desarrollo económico y medio ambiental en la región sur de Burgos, a través de la operación integral de una planta de generación de energía. Abstract This project was prompted for studying and designing of an electric generation plant through biomass with 5 MW capacity. In this case, combustible would be waste coming from agricultural exploitation, due to the huge quantity of vineyards in the studied area, mainly vine shots. The objective is going to be generation of electricity through biomass coming from vineyards waste, contributing to economic and environmental development in south area of Burgos, through the integral operation of an electric generation plant.

Aprovechamiento del cardo (Cynara cardunculus L.) para la producción de biomasa lignocelulósica, aceite y forraje verde

Aprovechamiento del cardo (Cynara cardunculus L.) es una especie perteneciente a la familia de las Compuestas (Asteraceae) lo mismo que el cártamo o el girasol. es una especie vivaz gracias a sus yemas de recambio que posee en el cuello de la raíz estando muy bien adaptada a las condiciones del clima mediterráneo de veranos secos y calurosos.

Cosecha y almacenamiento de la biomasa de sorgo

Experiencias de demostración sobre cosecha y almacenamiento de biomasa de sorgo. En el marco del proyecto europeo LogistEC, el 24 de septiembre se realizó en Talayuela (Cáceres) una reunión técnica y jornada demostrativa de cultivos energéticos, donde se ensayó un prototipo para la cosecha de sorgo biomasa.