UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE ZACATECAS

INGENIERÍA EN ENERGÍA

SEMINARIO DE INGENIERÍA EN ENERGÍA EN BIOMASA

ALEXSANDRA CORDERO RODRIGUEZ 

Los biocombustibles aseguran las necesidades futuras de energía del planeta

Resumen

Los biocombustibles son el bioetanol, biobutanol, biodiesel, aceites vegetales, el biometanol, los aceites de pirólisis, biogás, y biohidrógeno. Hay dos mundiales de biomasa a base de combustibles para el transporte de líquidos que podrían reemplazar a la gasolina y el diesel. Estos son el bioetanol y el biodiesel. La producción mundial de biocombustibles estaba a punto de 68 mil millones litros  en 2007. Las materias primas principales del bioetanol de caña de azúcar y el maíz son. El bioetanol es un aditivo de la gasolina / sustituir. El bioetanol es, con mucho, el biocombustible más ampliamente utilizado para el transporte mundial. Alrededor del 60% de producción global de bioetanol proviene de la caña de azúcar y 40% de otros cultivos. El biodiesel se refiere a un diesel equivalente mono alquil éster basado combustible oxigenado.

Producción de biodiesel utilizando aceite vegetal comestible, aceite y grasa se ​​ha vuelto más atractivo recientemente. El desempeño económico de una planta de biodiesel puede determinarse una vez que se identifican ciertos factores, como la capacidad de la planta, tecnología de procesos, materias primas de costes de material y costes química. La política central de la creación de empleo de biocombustibles preocupaciones, una mayor eficiencia en el entorno de negocios en general, y la protección del medio ambiente.

1. introducción

Los biocombustibles líquidos como el bioetanol y el biodiesel pueden  ofrecer una alternativa . Debido al aumento en el petróleo los precios de la gasolina sobre todo después de la crisis en 1973 y luego en la Guerra del Golfo 1991, geográficamente disponibilidad reducida de petróleo y más estrictas regulaciones gubernamentales sobre las emisiones de escape, los investigadores han estudiado los combustibles alternativos y la solución alternativa. El uso de biocombustibles reduce la energía externa la dependencia, la promoción de la ingeniería regional, el aumento de I + D, disminución del impacto de la producción de electricidad y transformación; aumenta el nivel de los servicios para la población rural, la creación de de empleo, etc.

El término biocombustible combustible o biorenewable (repostar) se conoce como combustibles sólidos, líquidos o gaseosos que se producen predominantemente a partir de biomasa. Los biocombustibles líquidos está considerando las siguientes categorías: (a) bioalcoholes , (b) vegetal aceites [22-24] y biodiesels , y biocrudo (c) y Los aceites sintéticos. Los biocombustibles son importantes porque reemplazaran  combustibles derivados del petróleo. Se espera que la demanda de biocombustibles aumentando en el futuro. Los biocombustibles son fuentes de sustitución de combustible a petróleo; Sin embargo, algunos todavía incluyen una pequeña cantidad de petróleo en la mezcla . Los biocombustibles  ofrecen  muchas prioridades, así como la sostenibilidad, la reducción de gases de efecto invernadero emisiones, el desarrollo regional estructura, social y agricultura, la seguridad del abastecimiento

En la actualidad el bioetanol es el más utilizado de combustible alternatio en el mundo. La elección de la materia prima depende de las condiciones locales. El bioetanol es un buen combustible alternativo que se produce casi totalidad de los cultivos alimentarios. La materia prima principal de este combustible es maíz. Una ventaja importante de cultivo basado en el etanol es su invernadero. Debido a la creciente preocupación sobre el medio ambiente, numerosas investigaciones sobre el uso de biodiesel se llevan en los últimos años. El biodiesel se ha vuelto más atractivo recientemente debido a sus beneficios ambientales.

La mayor diferencia entre los biocombustibles y materias primas del petróleo es el contenido de oxígeno. Los biocombustibles no son contaminantes, a nivel local, accesible, sostenible y fiable obtenida a partir de de fuentes renovables. La sostenibilidad de los sistemas de energía renovables debe ser compatible con ambos y la salud de los ecosistemas. A largo plazo, las metas de emisiones tolerables debe mirar bien en el futuro . La generación de electricidad a partir de biocombustibles ha sido encontrado que es un método prometedor en el futuro próximo . El futuro de la generación de electricidad de biomasa se ​​encuentra integrado en la biomasa gasificación / tecnología de turbinas de gas, que ofrece alta energía y eficiencias de conversión .

Los biocombustibles líquidos para el transporte han atraído recientemente gran atención en los diferentes países de todo el mundo debido a su renovabilidad, la sostenibilidad, la disponibilidad común, el desarrollo regional, empleos rurales de fabricación, reducción de gases de efecto invernadero emisiones y su biodegradabilidad. Los biocombustibles ofrecen importantes beneficios para la seguridad energética. La Tabla 1 muestra la disponibilidad de combustibles de transporte modernos. Impulsores de la política de líquido biorenewable biocombustibles han atraído en el desarrollo rural y económico oportunidades para los países en desarrollo. La Unión Europea se encuentra en la tercera fila de la producción de biocombustibles a nivel mundial, por detrás de Brasil y los Estados Unidos. En Europa, Alemania es el mayor, y Francia, el segundo productor mundial de biocombustibles.

TABLA 1 La disponibilidad de combustibles de transporte modernos.
Tipo de  combustible	Disponibilidad
Gasolina Bioetanol Biodiesel Gas natural comprimido (GNC)  El hidrógeno para pilas de combustible	Futuro Excelente Moderado Excelente Excelente Malo	Actual Moderado Excelente Moderado Moderado Excelente

2. La bioenergía a partir de biomasa

La bioenergía moderna es la producción comercial de energía a partir de biomasa para los combustibles industriales, generación de energía o el transporte. Biomasa es la forma más común de materiales carbonosos, ampliamente utilizado en el tercer mundo. La bioenergía es un término. La energía verde es un término alternativo para las energías renovables energía que la energía generada a partir de fuentes que se consideran respetuosos del medio ambiente. La energía verde se refiere a suministro de electricidad a partir de fuentes de energía renovables más fácilmente que las tradicionales fuentes de energía eléctrica. Productos de energía verde se han generalizado en los mercados de electricidad en todo el mundo que se pueden derivar de fuentes de energía renovables.  Uso de las energías verdes, como hidroeléctrica, biomasa, geotérmica y eólica  reducen el CO2, SO2 y NOx. La investigación de mercado indica que existe un gran mercado potencial para la energía verde en Europa en general. Comercialización de energía verde ha surgido en los países en más de una docena en todo el mundo.

Tecnologías de gasificación de biomasa ofrecen la oportunidad de convertir materiales renovables de biomasa en gases combustibles limpios o síntesis gases. Estos productos gaseosos pueden quemarse para generar calor o electricidad, o que potencialmente se pueden utilizar en la síntesis de combustibles líquidos, hidrógeno, o productos químicos. Gasificación ofrece una combinación de flexibilidad, eficiencia y ambiental aceptabilidad que es esencial para afrontar las necesidades futuras de energía.

 Cogeneradores, mediante el uso de un exceso de calor, puede mejorar la eficiencia de la energía total hasta en un 80% o más de la típica 33-38% de eficiencia de energía de sólo generación. Un típico sistema de  cogeneración consta de un motor, turbina de vapor, o la combustión turbina que acciona un generador eléctrico. La figura. 1 muestra una turbina de gas superando sistema de cogeneración de ciclo. La figura. 1  es un diagrama de una turbina de gas del tipo utilizado para las plantas de cogeneración de energía con tamaños alrededor de 500 kW a 50 MW. Estas turbinas son similares a los motores a reacción utilizado en los aviones. En este rango de tamaño, las turbinas de gas son más eficientes que cualquier otro tipo de combustibles fósiles, plantas de energía, alcanzando eficiencias eléctricas de hasta 45% y con la adición de residuos y recuperación de calor (cogeneración), las eficiencias son del  80%. Cuando se utilizan para la cogeneración, los gases de escape calientes de la turbina de gas pasa a través de un intercambiador de calor donde el calor es transferido a agua en las tuberías de producción de vapor. Un intercambiador de calor de desecho se recupera el calor residual del motor y / o el gas de escape caliente para producir agua o vapor. Cogeneración produce una cantidad dada de electricidad y calor de proceso con el combustible 15-35% menos de lo que se necesita para producir el calor y la electricidad proceso por separado.

La figura. 2 ilustra la comparación entre las entradas de energía para separar y sistemas de generación de cogenerativo. Carbón tradicional, el aceite o natural a gas estaciones generadoras térmicas convertir sólo una tercera parte de la energía inicial contenida en el combustible en útil electricidad. El resto de la energía se descarta en forma de calor sin ningún propósito útil. De 10% a 35% de la energía primaria se desperdicia como las pérdidas de conversión en plantas de energía. La  cogeneración puede aumentar la eficiencia de un combustible fósil a partir de un promedio de 40% a más de 80%. La figura. 2 ilustra el incremento en la eficiencia. este aumento en la eficiencia puede traducirse en costos más bajos y menores emisiones de los contaminantes que la alternativa convencional de generar electricidad y calor por separado.

2.1. Procesos de conversión de biomasa

La biomasa, principalmente en forma de madera, es la forma más antigua de la energía utilizado por los seres humanos. Wood se ha usado en combustiones directos como una fuente de energía importante en los países en desarrollo. La biomasa se utiliza para satisfacer una variedad de necesidades de energía, incluyendo la generación de electricidad, calefacción de hogares, y la disponibilidad de calor de proceso para plantas industriales. Si briquetas de lignocelulósica los materiales deben ser utilizados de manera eficiente y racionalmente como combustible, deben ser caracterizadas para determinar  parámetros como su reactividad, contenido de humedad, densidad, cenizas, materias volátiles  y el valor de calor, junto con su componente principal.

2.1.1. Los mecanismos de los procesos termoquímicos de conversión de biomasa

La degradación térmica de la celulosa a través de dos tipos de reacción:  una degradación gradual, la descomposición, y la carbonización en calentamiento a temperaturas más bajas, y acompañado de una rápida volatilización por la formación de levoglucosano en la pirólisis a temperaturas más altas. Las hemicelulosas reacciona con mayor facilidad que la celulosa durante el calentamiento de reacciones de deshidratación alrededor de 473 K son responsables de la degradación térmica de la lignina. Entre 423 K y 573 K, división de A-y B-aril-alquil-éter-vínculos ocurre. Alrededor de 573 K, las cadenas laterales alifáticas comenzar a separarse de la aromática anillo.

La gasificación de la biomasa es un tratamiento térmico que da como resultado en una elevada proporción de productos gaseosos y pequeñas cantidades de char (producto sólido) y cenizas. La gasificación completa de la biomasa requiere varias reacciones secuenciales y paralelos. La mayoría de estas reacciones son endotérmicas y debe ser equilibrada por la combustión parcial de gas o una fuente externa de calor.

La licuefacción es una baja temperatura, alta presión termoquímica y  procesar utilizando un catalizador. En el proceso de licuefacción, el-micelar como averiados fragmentos producidos por hidrólisis son degradadas a compuestos más pequeños por deshidratación, deshidrogenación, desoxigenación, y descarboxilación. Estos compuestos una vez producidos, reorganizar través de la condensación, la ciclización y polimerización, dando lugar a nuevos compuestos. Despolimerización térmica y la descomposición de la biomasa, celulosa, hemicelulosa, y productos se formaron así como un residuo sólido de carbón vegetal.

La licuefacción del hidrógeno de aserrín en tetralina se realizó en  condiciones: gama de temperaturas de 473 K a 623 K; inicial rango de presión de hidrógeno fresco 4 a 10 MPa; rango de tiempo de reacción desde 10 hasta 100 min. El efecto de las variables en el proceso de licuefacción serrín se examinó. la existencia de H2 o tetralina mejora tanto la conversión de serrín y el aceite de rendimiento. El rendimiento máximo de aceite de la licuefacción fue 67,1%. La temperatura tiene un efecto notable que el enfriamiento inicial presión de hidrógeno y el tiempo de reacción en el proceso de licuefacción serrín.

El proceso de licuefacción térmica mediante el uso de glicerol se produce en dos pasos, el paso más rápido  se realiza la lignina disponible mediante la ruptura de los enlaces lignina-carbohidrato. La lignina liberada se disuelve en la fase orgánica. El paso más lento segundos puede ser indicativo de un proceso mucho más complejo. El glicerol reduce la tensión superficial del disolvente a temperatura elevada, por lo tanto promover la penetración del álcali en las partículas y la difusión de los productos de degradación de la lignina de la madera en el disolvente, asegurando una distribución uniforme de los reactivos dentro de la madera.

2.2. La pirólisis de la biomasa

La pirólisis es la descomposición térmica de la materia orgánica que ocurren en la ausencia de oxígeno o cuando el oxígeno es significativamente menos. La pirólisis es el proceso termoquímico para la conversión de biomasa a un más útil en combustible. Un estudio de la pirólisis de la torta de oliva en el rango de temperatura desde 673 K a 973 K se ha llevado a cabo para la producción de bio-aceite. Como la temperatura de pirólisis se aumentó, el porcentaje de masa de carbón disminuyó, mientras que aumentó producto de gas.

Apricot stone (Prunus armeniaca L.) fue pirolizado directamente ecalentada en un reactor fijo en una atmósfera de nitrógeno. La pirolisis  se realizaro utilizando temperaturas del reactor entre 673 K y 973 K con una velocidad de calentamiento de alrededor de 300 K / min. Como la pirolisis aumentó la temperatura, el porcentaje de masa de carbón disminuyó mientras que el producto de gas aumentó. El bio-aceite obtenido a 825 K, en que el rendimiento líquido era máximo.

Un estudio comparativo del comportamiento termoquímico de semilla de algodón  en atmósferas de nitrógeno estático, y el vapor se ha realizado fuera. La pirólisis bajo vapor de agua dio un aumento en el rendimiento . Pirólisis oxidativa de aserrín de pino cubano fue investigado utilizando un reactor autotérmico de lecho fluidizado. Los resultados indicaron que los productos líquidos y char obtenidos pueden ser potencialmente valiosas fuentes de materias primas químicas. Un banco corrido pirólisis en lecho fluidizado se ha diseñado y se encuentra actualmente en pruebas. Los resultados del modelo y experimentales indican que dos zonas existen en el interior de la columna de fluidización. El lecho denso donde las reacciones exotérmicas y endotérmicas son activos, y el francobordo zona donde la temperatura del producto de pirólisis disminuye continuamente; la temperatura del lecho aumenta con un aumento del factor de aire.

Aceites biológicos derivados de la biomasa han atención como fuentes alternativas de combustibles y productos químicos. Lecho fijo lentos experimentos de pirólisis se han realizado sobre una muestra de avellana bagazo para determinar en particular los efectos de la pirolisis temperatura, velocidad de calentamiento, de tamaño de partícula y la velocidad de flujo del gas de barrido en los rendimientos de los productos de pirólisis. Bajo las condiciones de pirolisis aplicado en los estudios experimentales, el líquido obtenido char, y los rendimientos de gas osciló entre 26 y peso 35.%, en peso 23 y 34,40.%, y 25 y 32 en peso.%, respectivamente. El máximo rendimiento de bio-aceite de 34,40% se obtuvo en la temperatura de pirólisis final de 773 K, con una velocidad de calentamiento de 10 K / min, rango de tamaño de partícula de 0,425-0,600 mm y una cm3/min 150 de velocidad de flujo de gas de barrido.  La fórmula empírica de bio-aceite que tiene un valor calorífico de 34,57 MJ /kg se estableció como CH1.45O0.33N0.127. Los aceites biológicos fueron compuestos de una gama de ciclopentanona, ácido metoxifenol, acético, metanol, acetona, furfural, fenol, ácido fórmico, levoglucosano, guaiocol y sus derivados alquilados fenol. Los componentes estructurales de las muestras de biomasa afectan principalmente a la degradación pirolítico de los productos.

3. Productos químicos y combustibles a partir de biomasa

La biomasa es una fuente potencial de productos químicos de valor añadido, tales como azúcares reductores, furfural, etanol y otros productos, utilizando procesos bioquímicos o químicos y termoquímicos. La fase gaseosa de los productos de degradación pirolíticos contiene principalmente monóxido de carbono y dióxido de carbono, y proporciones menores de hidrógeno, metano, etano y propano. La fracción líquida consiste principalmente de agua, con pequeñas proporciones de acetaldehído, propion aldehído, butiraldehído, acroleína, Croton-aldehído, furano, acetona, butanodiona, y metanol. Los azúcares de las hemicelulosas También se fermentan en bioetanol.

Orujo es un material muy prometedor para la producción de bio-aceite. Las mayores petroleras bio-rendimiento de las tortas de oliva fueron 31,0% a 700 K, 36,0% a 700 K y 41,0% a 700 K obtenido a partir de 10 K / s, 20 K / s y 40 K / s velocidad de calentamiento se ejecuta, respectivamente [34,22]. orujos de aceituna es un subproducto de la producción de aceite de oliva y es un material sólido que consiste de las partículas de semillas y las partes carnosas de oliva. El Mediterráneo región representa 98% de la población mundial olivo . Varios tipos de residuos agrícolas como la paja, planta tallos, hojas, residuos de poda de árboles frutales, semillas oleaginosas, rastrojo, tallo, piedra, cáscara, semilla, cáscara de almendra, cáscara y se puede utilizar como biomasa fuentes de energía. El etanol a partir de la agricultura y la silvicultura, cultivos energéticos, y otras formas de lignocelulósica  podría abordar estas cuestiones y dar lugar a reducciones netas de CO2. Cáscara de avellana se sometió a análisis termogravimétrico para establecer perfiles de quema en una atmósfera de aire seco dinámico. Una relación fuerte se determinó entre la velocidad de calentamiento y la intensidad de los picos en los perfiles de combustión. Las propiedades del combustible de musgos y algas, así como el efecto de la pirolisis la temperatura sobre el rendimiento de bio-aceite de musgo y muestras de alga muestras se investigaron. El rendimiento de bio-aceites de pirólisis de la muestras aumentó con la temperatura. Proceso de pirólisis de residuos agrícolas son los métodos más comunes y convenientes para la conversión en bio-aceite y bio-char.

El integrado de residuos orgánicos-anaeróbica-digestor de cultivos energéticos el sistema de producción como un sistema eco-agrícola y usar anaeróbicamente digerido ganado purines como fertilizante para la producción de cártamo fue investigado .  El reciclaje de residuos orgánicos por este sistema puede disminuir la entrada de fertilizante químico y el uso de combustibles fósiles. Las Plantas municipales de tratamiento de aguas residuales generan lodos como un subproducto de los procesos físicos, químicos y biológicos utilizado en el tratamiento de aguas residuales. El biogás puede ser producido a partir de aguas residuales de lodos mediante digestión anaerobi. La mayoría de los residuos es orgánico, que podrían ser utilizados a través de un proceso de la digestión anaerobia y ya ha estado en uso durante décadas en las naciones industrializadas para producir gas metano quemado limpio, electricidad, combustible y fertilizantes.

La reducción en el tamaño de partícula de la médula de bonote mejorado metano producir alrededor de 1,5 veces en comparación con la muestra natural. Considerando que el ácido tratamiento suprime la formación de metano, el tratamiento alcalino ha resultado en una ligera mejora. Las emisiones de gases de efecto invernadero de las plantas de biogás convencionales ampliamente aceptados se investigaron. El biogás se puede utilizar en lugar de gas natural comprimido a los vehículos de gas de alimentación, que ofrecen excelentes prestaciones de calidad del aire, así como el ahorro de carbono.

El biodiesel se conoce como monoalquil, tal como metilo y etilo, ésteres de ácidos grasos  se produce a partir de los triglicéridos en proceso de transesterificación  es el mejor candidato para la utilización de  gasóleo en los motores diesel. Verde biodiesel puede ser producido biometanol natural obtenido a partir biosyngas  puede ser producido a partir de un número de fuentes, incluyendo reciclado los residuos de aceite vegetal, los cultivos de aceite y el aceite de algas. Biodiésels juegan un papel importante para satisfacer las necesidades futuras de combustible en vista de su naturaleza (menos tóxico), y tienen una ventaja sobre los diesel convencional se obtienen a partir de fuentes renovables.

En general, las propiedades físicas y químicas y el rendimiento de la del metil éster de aceite de semilla de algodón fueron comparables a diesel. Los efectos de la semilla de algodón éster metílico de aceite y diesel de combustible en una inyección directa de cuatro tiempos, de un solo cilindro, refrigerado por aire rendimiento del motor diesel y las emisiones fueron investigados. Los resultados muestran que el rendimiento del motor usando semilla de algodón metil éster de aceite combustible diferían poco de las prestaciones del motor y para motor con combustible diesel. En cuanto a las emisiones, se produjo un aproximado 30% de reducción en el 25% de reducción de CO y NOx. Los gases de emisión-se forman, como dióxido de carbono y de carbono monóxido de combustión de biodiesel, generalmente son menos que el combustible diesel. Las emisiones de azufre se elimina esencialmente con biodiesel puro.

Las propiedades físicas y químicas del éster metílico de cocina usado aceite se determinaron en el laboratorio. Los resultados obtenidos fueron en comparación con el número 2 de combustible diesel. El consumo específico para los combustibles de biodiesel tiende a ser mayor que la de diesel normal, los valores de ahumado de escape de biodiésel fueron considerablemente menor que el diesel de petróleo. Por otro lado hubo diferencias significativas observadas por pares, de potencia y de escape ahumado.

Un nuevo método de inmovilización lipasa, la inmovilización paño textil, fue desarrollado para la conversión de aceite de soja para biodiesel. Los resultados de la prueba indican que el rendimiento máximo de 92% de biodiesel se obtuvo en las condiciones de hexano siendo el disolvente agua, siendo el contenido en peso de 20.%, y el tiempo de reacción es de 24 h. La reacción de transesterificación de aceite de cacahuete dinámico en supercrítico medios metanol fue investigado. La temperatura de reacción y la presión eran en el intervalo de 523-583 K y 10,0- 16,0 MPa, respectivamente. La relación molar de metanol a aceite de cacahuete fue 1:30. Se encontró que el rendimiento de los ésteres metílicos era mayordel 90% bajo el metanol supercrítico.

Los problemas a ser estudiados incluyen la estabilidad de almacenamiento de combustible, la solubilidad de combustible, y la estabilidad oxidativa de reciclado de soja derivada de biodiesel Se investigaron. A diferencia de los aceites de soja de nueva fabricación, se encontró que este aceite de soja reciclado no era estable en los combustibles. La degradación oxidativa y térmica se produce en la doble bonos de carbonos alifáticos insaturados cadenas en biolipids. La oxidación de los resultados de biodiesel en la formación de hidroperóxidos.

EL biohidrógeno está ganando cada vez más atención como un alentador energía en el futuro. La biomasa puede ser tratado térmicamente a través de gasificación o pirólisis para producir hidrógeno. La combustión de hidrógeno no produce CO2, CO, SO2, COV y partículas, pero implica emisión de vapor y NOx .

Los rendimientos de hidrógeno a partir de la pirólisis y la gasificación de vapor aumenta con el aumento de la temperatura. Los rendimientos más altos se obtuvieron a partir de la pirólisis (46%) y la gasificación de vapor (55%) de paja de trigo mientras que los rendimientos más bajos de residuos de oliva. Gasificación hidrotermal de residuos de biomasa se ​​ha identificado como un posible sistema para la producción de hidrógeno. Supercrítico y el agua subcrítica ha atraído mucha atención como un medio medio de reacción y el reactivo benigno.  Biohidrógeno tiene el potencial de resolver dos problemas energéticos principales: la reducción de la dependencia de petróleo y la reducción de la contaminación y de efecto invernadero las emisiones de gases. Las futuras tecnologías pueden permitir biohidrógeno a ser producido económicamente a partir de materiales de alimentación biorenewable. Biohidrógeno como los candidatos más prometedores para el futuro sin carbono combustibles para el transporte.

La licuefacción de gas hidrógeno en platino (Pt)-apoyado de carbono de nano-capas se investigó. En los experimentos, H2PtCl6 se utilizó como precursor de Pt y preparar la reacción catalítica de Pt nano-capa, las cantidades requeridas de H2PtCl6 se mezclaron con 5.% de carbono preparado por la quema de naftalina en el aire. El rendimiento de hidrógeno licuado fue de 7,4% en peso de Pt-carbono catalizada por 30 min.

La mezcla de H2 + CO se denomina como gas de síntesis o syngas. Biosyngas es un gas rico en CO y H2 obtenido mediante la gasificación de la biomasa. El objetivo de Fischer-Tropsch (FTS) es de sintetizar  hidrocarburos de cadena larga de CO y H2 mezcla de gas. los productos de FTS son principalmente alifáticos de cadena lineal hidrocarburos (CxHy). El reformado con vapor de hidrocarburos, oxidación parcial de pesada residuos de petróleo, el vapor seleccionado de reformado de compuestos aromáticos, y la gasificación de los desechos carbones y sólido para producir un gas de síntesis, seguido por conversión catalítica del gas de agua para producir H2 y CO2, son procesos bien establecidos.

4. Los impactos económicos y ambientales de los biocombustibles

Los biocombustibles ofrecen un número de ventajas técnicas y ambientales más convencionales de combustibles fósiles, lo que los hacen atractivos como alternativas para el sector del transporte. Los beneficios incluyen reducción de los gases, incluyendo la reducción de las emisiones de dióxido de carbono, que contribuirá a los objetivos nacionales e internacionales, la diversificación del sector de los combustibles, la biodegradabilidad, la sostenibilidad y la adicional a los mercados para los productos agrícolas. Los biocombustibles ayudan a proteger y crear puestos de trabajo. La tabla 2 muestra las principales ventajas de los biocombustibles. Mayor beneficios del biodiesel se dan en la Tabla 3.

De acuerdo con un estudio realizado por la Comisión Europea, la producción de biocombustibles equivalente al 1% del consumo de la UE combustible para la automoción ayudaría a proteger y / o crear entre 45.000 y 75.000 puestos de trabajo. Los biocombustibles se puede utilizar como un combustible alternativo para el transporte, al igual que otras alternativas como el gas natural licuado (LNG), gas natural comprimido (GNC) y gas licuado de petróleo (GLP). A largo plazo, el uso significativo de los biocarburantes podría ofrecer grandes ahorros de carbono. Impulsores de la política de renovables biocombustibles líquidos han atraído niveles particularmente elevados de ayuda en algunos países dado su promesa de beneficios en diversas áreas de interés para los gobiernos, incluyendo la producción agrícola, las emisiones de gases de efecto invernadero, la seguridad energética, la balanza comercial, el desarrollo rural y oportunidades económicas para los países en desarrollo.

El bietanol se puede utilizar directamente en automóviles diseñados para ejecutarse en puro etanol o mezclado con gasolina para hacer'' gasohol ". anhidro etanol se requiere para mezclar con gasolina. Ninguna modificación del motor se necesita usar la mezcla. El etanol puede ser utilizado como un octano-impulso, la contaminación del aditivo reductor de la gasolina sin plomo. La producción mundial de etanol a partir de caña de azúcar, el maíz y la remolacha azucarera aumentó de menos de 20 mil millones L en 2000 a más de 40 mil millonesL en 2005. Esto representa alrededor del 3% del consumo mundial de gasolina. Producción se prevé que casi se duplique de nuevo en 2010.

TABLA 2
Los principales beneficios de los biocombustibles.
Impactos económicos	Sostenibilidad combustible diversidad Aumento del número de empleos en la manufactura rurales El aumento de impuestos sobre la renta Aumento de las inversiones en planta y equipo El desarrollo agrícola competitividad internacional La reducción de la dependencia del petróleo importado
Los impactos ambientales	Reducciones de gases de efecto invernadero La reducción de la contaminación del aire Biodegradabilidad La mayor eficiencia de combustión Mejora de la tierra y el uso del agua secuestro de carbono
La seguridad energética	objetivos nacionales Suministro de fiabilidad La reducción del uso de combustibles fósiles disponibilidad inmediata distribución doméstica Renovación

Tabla 3 Los principales beneficios del biodiesel.
Impactos económicos	Sostenibilidad combustible diversidad Aumento del número de empleos en la manufactura rurales El aumento de impuestos sobre la renta Aumento de las inversiones en planta y equipo El desarrollo agrícola competitividad internacional La reducción de la dependencia del petróleo importado lubricidad inherente Mayor número de cetano
Los impactos ambientales	Reducciones de gases de efecto invernadero La reducción de la contaminación del aire Biodegradabilidad La mayor eficiencia de combustión Mejora de la tierra y el uso del agua secuestro de carbono Menor contenido de azufre Bajo contenido en aromáticos Menos toxicidad
La seguridad energética	objetivos nacionales Suministro de fiabilidad Punto más alto del flash La reducción del uso de combustibles fósiles disponibilidad inmediata distribución doméstica Renovación

Tabla 4 Biodiesel capacidad de producción de la Unión Europea en 2003.
Country	(1000 toneladas métricas)
Alemania Francia Italia Austria Dinamarca Reino Unido Suecia Total	1025 500 420 50 40 5 8 2048

Tabla 5 Impactos de economía de combustible de uso de biodiesel.
El porcentaje de biodiesel en el combustible diesel	% De reducción en millas / galón
20 100	0.9-2.1 4.6-10.6

El biodiesel es un diesel sintético  como combustible producido a partir de vegetales aceites, grasas animales o el aceite de cocina usado. Puede ser utilizado directamente como combustible, que requiere algunas modificaciones en el motor, o mezclado con petróleo diesel y se utiliza en los motores diesel con pocas modificaciones o no. En la actualidad, las cuentas de biodiesel, menos del 0,2% de diesel consumido en el transporte. El biodiesel se ha vuelto más atractivo recientemente debido a sus beneficios ambientales. El costo de biodiesel, sin embargo, es el principal obstáculo para la comercialización del producto. Con aceites de cocina usados ​​como materia prima, la viabilidad de un proceso de transesterificación continua y recuperación de alto glicerol de calidad como un sub-producto de biodiesel son opciones principales a considerarse para reducir el costo de biodiesel. tabla 4 muestra la capacidad de producción de biodiesel de la Unión Europea en 2003. El posible impacto de biodiesel en la economía de combustible es positivo dado en la Tabla 5.

Alcoholes renovables son en la actualidad más caro de synthesisethanol a partir de etileno y metanol a partir de gas natural .La  simultánea producción de biometanol (de jugo de azúcar) en paralelo a la producción de bioetanol parece económicamente atractivo en lugares donde la energía hidroeléctrica está disponible a un costo muy bajo.

La producción de biocombustibles de la UE ascendió a alrededor de 2,9 mil millones L en 2004, con un total de 620 millones de bioetanol y biodiesel los restantes 2,3 mil millones L. Las acciones primas utilizadas para la producción de etanol son los cereales y la remolacha de azúcar, mientras que el biodiesel se fabrica principalmente a partir de semillas de colza. En 2004, la producción comunitaria de biodiésel al 27% de la UE cultivo de colza. En el mismo año, la producción de bioetanol utilizado. El 0,4% de la producción comunitaria de cereales y el 0,8% de la producción comunitaria de azúcar de remolacha. La UE es, con mucho, el mayor productor mundial de biodiesel con Alemania produce más de la mitad de biodiesel de la UE. Francia e Italia son también importantes productores de biodiesel, mientras que España es el de la UE líder en la producción de bioetanol.

Entre 1991 y 2001, la producción mundial de etanol aumentó  alrededor de 16 mil millonesde litros  al año a 18,5 mil millones L. Brasil era del mundo líder en la producción de etanol hasta el 2005 cuando la producción de aproximadamente EE.UU. igualó Brasil. Los Estados Unidos se convierten en el líder mundial en productor de etanol en 2006. China mantiene una distante pero importante el tercer lugar en el ranking mundial, seguida por la India, Francia, Alemania y España. La figura. 4 muestra los cinco principales productores de bioetanol en 2006. La figura. 5 muestra la producción mundial de etanol y biodiesel, 1980-2007.

Tabla 6 Promedio de precios internacionales de los comunes biocrudo, grasa, las cosechas y los aceites usados, materia prima para la producción de biocombustibles en 2007 (dólares EE.UU. / tonelada).
Biocrudo Aceite crudo de palma maíz El aceite de colza Aceite de soja azúcar trigo La grasa amarilla	167 703 179 824 771 223 215 412

4.1. Los costos actuales, los precios y el impacto económico de los biocombustibles

Los costos de producción de biocombustibles puede variar ampliamente en materia prima, la conversión proceso, la escala de la producción y de la región. En una base energética, el etanol es actualmente más caro de producir que la gasolina en todas las regiones consideradas. Sólo etanol producido en Brasil se acerca para competir con la gasolina. El etanol producido a partir de maíz en los EE.UU. es considerablemente más caro que el de la caña de azúcar en Brasil, y etanol a partir de cereales y remolacha azucarera en Europa es aún más caro. Estas diferencias reflejan muchos factores, como la escala, proceso eficiencia, los costos de materia prima, capital y mano de obra, co-producto contabilidad, y la naturaleza de las estimaciones.

El costo de la producción a gran escala de los productos biológicos es actualmente alta en los países desarrollados. Por ejemplo, la producción costo de los biocombustibles puede ser tres veces mayor que la de petróleo, sin embargo, teniendo en cuenta los beneficios no de mercado. A la inversa, en los países en desarrollo, los costos de la producción de biocombustibles son mucho menor que en los países de la OCDE y muy cerca del mundo los precios del mercado de combustibles derivados del petróle. Los precios medios internacionales comunes para biocrudo, grasas y aceites, los cultivos utilizados como materia prima para biocombustibles producción en 2007 se dan en la Tabla 6.

Etanol es en la actualidad más caro de synthesisethanol a partir de etileno. La producción simultánea de biometanol (a partir de jugo de azúcar) en paralelo a la producción de bioetanol, parece económicamente atractivo en lugares donde hidro-electricidad está disponible a un costo muy bajo (? $ 0,01 Kwh).

En la actualidad no existe un mercado mundial para el etanol. Los tipos de cultivos, las prácticas agrícolas, la tierra y los costos de mano de obra, los tamaños de las plantas de procesamiento, tecnologías y políticas gubernamentales en diferentes regiones. El precio puede variar de producción de etanol y los precios por región. Etanol de la caña de azúcar, producido principalmente en los países en desarrollo con climas cálidos, es generalmente mucho más barato de producir que el etanol a partir de remolacha o azúcar de grano en los países de la AIE. Por esta razón, en los países como Brasil y la India, donde se produce caña de azúcar en el sustancial volúmenes, la caña de azúcar-etanol se está convirtiendo en una cada vez más rentable alternativa a los combustibles derivados del petróleo. Las estimaciones muestran que bioetanol en la UE sea competitiva cuando el precio del petróleo llega a EE.UU. $ 70 el barril, mientras que en Estados Unidos se vuelve competitivo a EE.UU. $ 50-60 por barril. Para Brasil, el umbral es mucho más bajo  Entre EE.UU. $ 25 y 30 dólares EE.UU. por barril. Azúcar eficiente Otros países productores como Pakistán, Swazilandia y Zimbabwe tienen costes de producción similares a la de Brasi. Etanol anhidro, mezclable con gasolina, es todavía algo más caro. Precios en la India se han reducido y se acercan al precio de la gasolina.

Para los biocombustibles, el costo de la materia prima (cultivos) es un componente importante de los costes globales. En particular, el coste de producción de aceite derivados de semilla el  biodiesel está dominado por el coste del aceite y por la competencia de alto valor utiliza como cocinar. El mayor costo de etanol  es la materia prima de la planta. Los costos de operación, tales como materia prima , co-producto de crédito, productos químicos, mano de obra, mantenimiento, seguros y los impuestos, representan alrededor de un tercio del costo total por litro, de que la energía necesaria para hacer funcionar la instalación de conversión es un importante (y en algunos casos bastante variable). Costo de capital   representa aproximadamente una sexta parte del costo total por litro. Se mostró que el tamaño de la planta tiene un efecto importante en el precio, el tamaño de la planta puede reducir los costos operativos en un 15-20%, el ahorro es de$ 0.02-$ 0.03 por litro. Por lo tanto, una gran planta con costes de producción de $ 0.29 por litro puede ser un ahorro de $ 0.05-$ 0.06 por litro en un menor planta.

4.2. El impacto ambiental de los biocombustibles

Los subsidios y los incentivos se proporcionan de forma independiente a partir del impacto ambiental que el etanol puede tener durante toda su vida, por lo tanto, el apoyo a la producción de biocombustibles en los Estados Unidos.

En 2001, la Comisión Europea puso en marcha una política de promoción del uso de biocarburantes en el transporte para reducir el efecto invernadero  y el impacto medioambiental del transporte, así para aumentar la seguridad del suministro, la innovación tecnológica y agrícola y la diversificación.

El biodiesel es superior al diesel convencional en términos de su contenido de azufre contenido, aromático y punto de inflamación. Es esencialmente libre de azufre y no aromáticos mientras que el diesel convencional puede contener hasta 500 ppm de SO2 y peso 20-40.% Compuestos aromáticos. Estas ventajas podrían ser una solución clave para reducir el problema de la contaminación urbana ya que las emisiones de gas del transporte sector contribuyen una cantidad significativa para el total de gases. Diesel, en particular, es dominante para partículas de humo negro junto con las emisiones de SO2 y contribuye a un tercio del transporte total generado emisiones de gases de efecto invernadero. Hay  un promedio de disminución de 14% de CO2, 17,1% para el CO y 22,5% para la densidad del humo cuando se utiliza biodiesel.

4.2.1. Reducción de las emisiones de escape mediante el uso de biodiesel en los CIE.

Los biocombustibles como el bioetanol, el biometanol, biohidrógeno y biodiesel generalmente produce menos emisiones que los de base fósil. Muchos estudios sobre el rendimiento y las emisiones de motores de encendido por compresión, alimentados con biodiesel puro y mezclas con aceite diesel.

El éster metílico de aceite vegetal se evaluó como un combustible en CIE por los investigadores. Llegaron a la conclusión de que el rendimiento de la ésteres de aceite vegetal no difirió mucho de la de combustible Diesel. La potencia de frenado era casi la misma que con el combustible Diesel, mientras que el el consumo de combustible específico fue mayor que la del combustible Diesel. Basado en el análisis de aceite del cárter, las tasas de desgaste del motor son bajas, pero un poco de aceite. Los depósitos de carbón dentro del motor eran normales, con la excepción de los depósitos en las válvulas de admisión. Los resultados mostraron que la transesterificación disminuyó la coquización inyector a una nivel significativamente menor que la observada con D2 .

Aunque la mayoría de los investigadores coinciden en que los combustibles vegetales son ésteres de aceite adecuado para su uso en Cie. Los resultados de estos estudios señalan que la mayor parte vegetal de ésteres de aceite son adecuados como sustitutos del gasóleo sino que a más largo plazo estudios son necesarios para la utilización comercial para convertirse práctico.

Datos de caracterización de combustibles muestran algunas similitudes y diferencias entre los combustibles de biodiesel y diesel:

• ·         Peso específico es mayor para el biodiesel, el calor de combustión es inferior y viscosidades son 1.3-1.6 veces mayor que la del combustible D2.
• 
  
• ·         Vierta puntos para los combustibles de biodiesel varían de 274 a 298 K para mayor combustibles de biodiesel en función de la carga de alimentación.
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• ·         El contenido de azufre del combustible biodiesel es un 20-50% de combustible D2.
• 
  
• ·         Los ésteres tienen mayores niveles de coquización del inyector de combustible que el D2.

Varios municipios están considerando el uso obligatorio el uso de biodiesel en el combustible diesel, sobre la base de varios estudios han encontrado que la materia de hidrocarburos (HC) y partículas (PM) son beneficios derivados del uso de biodiesel.

El uso de biodiesel para reducir el N2O es atractiva por varias razones. En primer lugar, el biodiesel contiene poco nitrógeno, en comparación con Diesel. La reducción de N2O era fuertemente dependiente de la concentración de N2O inicial y sólo ligeramente dependiente de la temperatura. Esto se traduce en una menor producción de N2O de especies de nitrógeno del combustible para biodiesel. Además, el biodiesel contiene prácticamente rastrear cantidad de azufre, por lo que las emisiones de SO2 se reducen en proporción directa a la sustitución del combustible Diesel.

Neat biodiesel y mezclas de biodiesel reducen  las partículas (PM), hidrocarburos (HC) y monóxido de carbono de las emisiones (CO) y aumentar óxidos de nitrógeno (NOx) en comparación con el diesel. Emisiónes e  impactos de los 20 vol.% de biodiesel a base de soja añadido a un promedio petrodiesel base se dan en la Tabla 7.

Tabla 7 Efectos de emisión de 20 vol.% De biodiesel a base de soja añadido a una base promedio petrodiesel.
	Cambio porcentual en las emisiones
NOx (óxidos de nitrógeno) PM (materia en particular) HC (hidrocarburos) CO (monóxido de carbono)	+2.0 -10.1 -21-1 -11.0

La emisión total neta de dióxido de carbono (CO2) es considerablemente menor que la deL diesel y la cantidad de energía requerida para la producción de biodiesel es menor que la obtenida con la última. Además, la emisión de contaminantes es menor. CO2 es uno de los gases de efecto invernadero primarios, es un trans-límite gas, lo que significa que, después de que se emite por una fuente, es rápidamente dispersa en la atmósfera por procesos naturales. El biodiesel reduce las emisiones de CO2. La Tabla 8 muestra las emisiones medias de biodiesel comparado con el diesel convencional, de acuerdo con la EPA. La Tabla 9 muestra los cambios promedio en masa de las emisiones de diesel motores que utilizan las mezclas de biodiesel con respecto al diesel estándar combustible.

Tabla 8 Las emisiones medias de biodiesel (%) en comparación con el diesel convencional, de acuerdo a la EPA (2002).
Tipo de emisión	El biodiesel puro 20%	Biodiesel + 80% petrodiesel
	B100	B20
Total de hidrocarburos no quemados (HC) El monóxido de carbono Partículas en suspensión NOx Los sulfatos Hidrocarburos aromáticos policíclicos	-67 -48 -47 +10 -100 -80	-20 -12 -12 +2 -20 -13

Tabla 9 Cambios promedio en masa de las emisiones de los motores diesel que utilizan las mezclas de biodiesel con respecto al combustible diesel estándar (%).
Mezcla	CO	NOx	SO2	Particulas	Los compuestos orgánicos volátiles
B20 B100	-13.1 -42.7	+2.4 +13.2	-20 -100	-8.9 -55.3	-17.9 -63.2

Los resultados indican que los transformities de los biocombustibles son mayores que las de los combustibles fósiles, lo que demuestra que una mayor cantidad de recursos es necesario para obtener el producto respetuoso del medio ambiente. Este se puede explicar por el hecho de que los procesos naturales son más eficientes de los industriales. Por otra parte, el tiempo implicado en la formación de los combustibles fósiles es considerablemente diferente que se requiere para la producción de la biomasa.

Diferentes escenarios para el uso de residuos agrícolas como combustible para calor o generación de energía se analizan. Las reducciones de CO2 netas las emisiones se estiman en 77-104 g / MJ de diesel desplazado por biodiesel. Las reducciones previstas en las emisiones de CO2 son mucho mayores que los valores reportados en estudios recientes sobre el biodiesel derivado de otros aceites vegetales, debido tanto a la gran cantidad de combustible potencial en la biomasa residual y a las entradas de baja energía en tradicional técnicas de cultivo de coco. Emisiones de hidrocarburos no quemados de la combustión de combustible biodiesel disminuye en comparación con el petróleo. El uso de mezclas de aceite de biodiesel y el diesel son preferido en los motores, a fin de evitar algunos de los problemas relacionados con la la disminución de potencia y para motor y al aumento de las emisiones de NOx con el aumento del contenido de biodiésel puro en la mezcla. Las emisiones de todos los contaminantes excepto NOx parecen disminuir cuando biodiesel se utiliza. El hecho de que las emisiones de NOx aumenta con la concentración creciente de biodiesel podría ser un detrimento en las zonas que están fuera de alcance para el ozono. La figura. 6 muestra el promedio de emisiones impactos de aceite vegetal biodiesel a base de encendido por compresión Motor (CIE). La figura. 7 muestra los efectos de las emisiones medias de animalbased biodiesel para CIE. Una de las características más impresionantes del biodiesel es que cuando de quemado que tiene menos partículas que un diesel a base de petróleo.

5. Conclusiones

Este artículo examina el papel potencial de los biocombustibles en la 21 ª siglo con un modelo energético global tratar el suministro de combustible cadena en detalle. Los biocombustibles como aditivo de la gasolina / sustituto (bioetanol) y el diesel equivalente (biodiesel) se convierten en alternativa importante de los combustibles derivados del petróleo transporte basados.

Hay varias razones para biocombustibles que deben ser considerados como  tecnologías por parte de los países en desarrollo e industrializados. Incluyen razones de seguridad energética, las preocupaciones ambientales,  intercambio de ahorro, y las cuestiones socioeconómicas relacionadas con el sector rural. Los biocombustibles son la rápida creciente interés por razones de la seguridad energética, la diversidad y beneficios de sostenibilidad. Biocombustibles ofrecen beneficios significativos para la seguridad energética. Los biocombustibles también ofrecen la promesa de numerosos beneficios relacionados con la seguridad energética, la economía, y el medio ambiente.

"El presente escrito es una traducción y/o interpretación  del artículo cuya referencia se muestra al final del documento, se realizó  el  blog con fines de divulgación" 
  Demirbas Ayhan,  Biofuels securing the planet’s future energy needs, Energy Conversion and Management 50 (2009) 2239–2249.