La Gasificación de Biomasa para producción de Energía Eléctrica
OBJETIVO
Sistema de Gasificación de desechos de Biomasa (madera, pasto, aserrín, hojas, ramas, etc), con la finalidad de producir un Gas de Síntesis (Syngas). El Gas se acondicionara, para poder utilizarlo para alimentar a un generador de Energía Eléctrica. El uso de la biomasa de manera mas responsable y con mayor tecnologia, puede ayudar a mitigar los cambios de la emision de CO2 y la dependencia del petroleo.
FORMULACION DEL PROBLEMA
La Gran Cantidad de desechos de biomasa que se generan en el estado de Veracruz, pueden ser transformados y aprovechados para genera otro tipo de energía, eléctrica, térmica y/o mecánica. Por medio de un tratamiento y utilización sistemas de gasificación apropiados. Es necesario diseñar sistemas dependiendo: Cantidad de Biomasa disponible, tipo de biomasa, finalidad del producto(Syngas), necesidades del cliento y/o Comunidad.
JUSTIFICACION
Se busca demostrar que mediante el adecuado tratamiento y correcto diseño de un gasificador, estamos en la posibilidad de transformar la materia biomasica en gas, que pueda ser aprovechado para la producción de energía eléctrica a pequeña escala. Con lo cual se aprovecharia una fuente renovable de energía y contribuyendo con ello a ampliar nuestra actual matriz energética.
TEORIA DE LA GASIFICACIóN
En este proceso, se produce una conversión de la biomasa en un gas combustible, que actúa de portador de energía, mediante una oxidación parcial a alta temperatura. Como se ha mencionado anteriormente, en la tecnología convencional de combustión la biomasa se quema utilizando un exceso de aire para asegurar una combustión completa; sin embargo en el proceso de gasificación la cantidad de oxígeno generalmente es de un quinto a un tercio de la cantidad requerida teóricamente para la combustión completa. El principal producto del proceso es un gas combustible, cuyo poder calorífico varía dependiendo de la atmósfera de gasificación (la atmósfera de gasificación, también denominada agente gasificante, es el medio gaseoso que reacciona con el combustible sólido desencadenando una serie de reacciones heterogéneas y homogéneas) (Gutiérrez, 2004; FAO, 1993).
Cuando el combustible de biomasa entra en el gasificador, primero se calienta y se seca. Una vez que la temperatura es superior a 400°C tiene lugar la pirólisis dando lugar a un residuo carbonoso, formado principalmente por carbono y gases condensables (hidrocarburos ligeros y pesados) y no condensables (metano, vapor de agua, monóxido de carbono, hidrógeno y dióxido de carbono) (Rodríguez et al., 2004).Cuando la temperatura del char supera los 700°C, tienen lugar las reacciones degasificación, que se dividen en reacciones heterogéneas (gas-sólido) y homogéneas(gas-gas). Así, este char reacciona con oxígeno, vapor de agua, dióxido de carbono ehidrógeno, adicionalmente los gases reaccionan entre sí, produciendo la mezcla delgas final (Rodríguezet al., 2004)
F O T O S
PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES POR LAS RUTAS TERMOQUÍMICAS – GASIFICACIÓN
Las rutas termoquímicas se basan en la utilización de calor como fuente de transformación de la biomasa, por dos abordajes básicos (Figura 9). El primero es la gasificación de la biomasa y su conversión en hidrocarburos y el segundo es la licuefacción de la biomasa directamente por pirólisis de alta temperatura o licuefacción de alta presión. Esos métodos han sido desarrollados para la conversión de la biomasa residual obtenida a partir de las actividades agrícolas y forestales y de las industrias de transformación agro-alimentaria y de la madera en energía útil. La elección del proceso de conversión depende del tipo y cantidad de biomasa disponible, de la forma deseada de la energía, es decir, las necesidades de uso final, de las normas ambientales, de factores económicos y otros factores específicos de proyecto.
http://www.thompsonspaven.com/acatalog/gasification.html
http://www.cengican.org/Portal/SubOtrasAreas/Cogeneracion/Presentaciones/PirolisisBiomasa.pdf
http://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/7920/tsml1de1.pdf?sequence=1
http://www.youtube.com/watch?v=mnjDqDbtHx8
Relating Gasoline/Diesel to Woodgas to HP to KWe in your vehicle or genset
1 gal of gasoline or diesel will make about 15HP of shaft power for one hour. If driving a genset, this will produce about 10 kWh of electricity.
1 gal of gasoline or diesel is equivalent to about 20lbs of biomass through a gasifier.
1 ton of biomass to power through a gasifier-engine system is equal to about 100 gal of liquid fuel in a genset, or 1 MWh of electricity.
Thus, the main rule of thumb (equivalencies) to remember:
How much HP is your vehicle using at cruise?
60MPG = 1gal/hr or 15HP for one hour
30MPG = 2gal/hr or 30HP for one hour
15MPG = 4gal/hr or 60HP for one hour
How much woodgas do I need to make x amount of HP?
1HP = 2 cubic meters of woodgas per hour
5HP = 10 m3/h
10HP = 20 m3/h
50HP = 100 m3/h
100HP = 200 m3/h
You can use the above to size a gasifier for your engine and use situation. We find it more accurate to size a gasifier by actual HP needed and used during typical run conditions, not by swept volume and max rpm. Seldom is an engine running at wide open throttle, as such calculations suggest. Thus we suggest you use the equivalencies and rules of thumb to determine how much HP you need, convert this to the related woodgas flow rate in m3/hr, then find the dimensions that relate to this in the standard Imbert Hearth Sizing Chart.
BIOCHAR
En el proceso de la gasifiación se puede producir también BIOCHAR,o carbon activado biologico, que ayuda en la remediación de los pastos y en un mejor aprovechamiento de los
nutrientes en las plantas, lo cual hace que sea una excelente opcion
1. Improved soil fertility and crop yields
2. Increased fertilizer efficiency use
3. Improved water retention, aeration and soil tilth
4. Higher cation exchange capacity and less nutrient runoff
5. Clean and efficient biomass energy production from crop residues and forest debris
6. Combined heat, power, and refirgeration opportunities from pyrolysis
7. Leads to net sequestration of carbon from the atmosphere to the soil thereby increasing soil organic carbon (SOC)
8. Greater on-farm profitability
9. Can be financed through carbon markets and carbon offsets
10. Decreased nitrous oxide and methane emissions from soils
11. Provides powerful tool for reversing desertification
12. Provides alternative for slash-and-burn agriculture
13. Can work as component of reforestation and aforestation efforts
14. Can produce electricity, bio-oils, and/or hydrogen fuels
15. Can use wide variety of feedstock including crop residues such as wheat and corn straw, poultry litter, cow manure, forest debris, and other farm-based biomass resources
16. Acts as a liming agent to reduce acidity of soils
CATION EXCHANGE CAPACITY 50% Increase (Glaser, 2002)
FERTILIZER EFFICIENCY 10-30% Increase (Gaunt and Cowie, 2009)
LIMING AGENT 1 Point pH Increase (Lehmann, 2006)
SOIL MOISTURE RETENTION Up to 18% Increase* (Tryon, 1948 )
CROP PRODUCTIVITY 20-120% Increase (Lehman and Rondon, 2006)
METHANE EMISSIONS 100% Decrease (Rondon et al., 2005)
NITROUS OXIDE EMISSIONS 50% Decrease** (Yanai, 2007; Renner, 2007)
REDUCED BULK DENSITY Soil Dependent (Laird, 2008)
MYCORRHIZAL FUNGI 40% Increase*** (Warnock, 2007)
BIOLOGICAL NITROGEN FIXATION 50-72% Increase (Lehmann and Rondon, 2006)
http://biocharfarms.org/farming/
http://www.biochar.ac.uk/what_is_biochar.php
BIBLIOGRAFIA
LEY DE PROMOCIÓN Y DESARROLLO DE LOS BIOENERGÉTICOS MEXICO Diario Oficial de la Federación el 1º de febrero de 2008 (http://www.diputados.gob.mx/LeyesBiblio/pdf/LPDB.pdf)
El gas de madera como combustible para motores. Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. FAO – Roma, 1993 http://www.fao.org/docrep/T0512S/t0512s00.htm
Sitio de Energías Renovables del Gobierno Federal de Mexico http://www.renovables.gob.mx/
Estimación del Recurso y Prospectiva Tecnológica de la Biomasa Como Energético Renovable en México. Omar R. Masera- Centro de Investigaciones en Ecosistemas, UNAM; Javier Aguillón- Instituto de Ingeniería, UNAM;Benjamín Gamino -Instituto de Ingeniería, UNAM Agosto 2005 http://www.sener.gob.mx/webSener/res/168/A2_Biomasa.pdf