Modulo Biocombustibles

PROGRAMA ACADÉMICO
LOS BIOCOMBUSTIBLES Y EL DESARROLLO SOSTENIBLE

¿Qué son los biocombustibles?

Se conoce con el nombre de “Biocombustible” a
cualquier combustible que se genere a partir de
la biomasa.
El término combustible abarca a todos los
materiales capaces de liberar energía cuando son
sometidos a un proceso de combustión (quema),
cambiando su estructura química.
El término biomasa se aplica tanto para designar
la materia total de los seres que habitan en un
lugar determinado (término de uso común en
Ecología) como para designar la materia orgánica
originada en el proceso fotosintético.

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Fuente: IV Seminario Latinoamericano y del Caribe sobre biocombustibles, 2009.

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¿PORQUÉ SU IMPORTANCIA HOY?

Inestabilidad Precio
Barril petróleo.

Agotamiento de las
reservas de Fuente: Cavieres, 2005.
combustible fósiles.

Combustibles más
limpios.

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¿PORQUÉ SU IMPORTANCIA HOY?
Los actuales biocombustibles generan cada
vez más dudas acerca de su viabilidad y su
impacto ambiental.
Sobre todo por la utilización de alimentos
como MP para su elaboración (Trigo, sorgo,
maíz, caña, aceite de palma, soya, etc)
Son responsables del encarecimiento de los
alimentos?
Incrementan el precio de energías no
renovables?

“El incremento de la producción de
biocombustibles podría despedir nueve veces
más CO2 durante las próximas tres décadas
que los combustibles fósiles”.
Fuente: Salvador, 2005.

“Diversas fuentes los culpan de destruir
Diversas investigaciones y proyectos tecnológicos en todo el ecosistemas, incrementar las desigualdades
mundo están trabajando en el desarrollo de una segunda sociales o aumentar los precios de los alimentos
básicos”.
generación que contrarreste estos inconvenientes.

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COMPETENCIAS.

• Comprender que es la energía, como se manifiesta,
cuáles son sus fuentes, cómo se produce y cómo se
transforma, que relación hay entre la biomasa y la
energía y que son los balances energéticos.

•Adquirir el conocimiento relacionado con las diferentes
tecnologías que se emplean actualmente para convertir
la biomasa en combustible y estar en capacidad de
recomendar la tecnología apropiada para cualquier tipo
de biomasa, considerando su composición química y
aspectos económicos, sociales y ambientales.

•Proponer un biosistema integrado para la producción de
biocombustibles asegurando la sostenibilidad de los
ecosistemas, considerando factores sociales,
económicos y ambientales.

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ACTIVIDADES DEL MÓDULO.

Actividad inicial 2%
Comentarios “Balance energético neto y su utilidad” 10%
Primer Chat Académico 10%
Foro de discusión 15%
Act. Ind. Ensayo “Problemática en la producción
de biocombustibles”. 20%
Act. Grupal. Ensayo “Biocombustibles de segunda
generación” 20%
Segundo Chat Académico (Socialización) 15%
Blog. Lecciones aprendidas 3%
Valoración del módulo 5%

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Pregunta 1. ¿Cuáles son las formas en que se manifiesta la energía?.

La energía se puede manifestar,
en forma de energía térmica,
radiante, mecánica, eléctrica,
química, gravitacional,
magnética y nuclear.

La energía es una magnitud
física que está involucrada en
todos los procesos de cambio de
estado físico, se transforma y se
transmite.

Todo cuerpo es capaz de poseer
energía, esto gracias a su
movimiento, a su composición
química, a su posición, a su
temperatura, a su masa y a
algunas otras propiedades.

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Pregunta 2. ¿Qué expresan la primera y segunda ley de la termodinámica?.

La primera ley de la termodinámica también es conocida como
principio de conservación de la energía y establece que la
Eentra – Esale = ΔEsistema energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Permite definir el calor como la energía necesaria que debe
intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre
trabajo y energía interna.

La energía está definida como la capacidad para obrar,
ΔU= Cambio de la energía interna en Joules
Q = Calor añadido al sistema en Joules transformar o poner en movimiento. En física se conoce como la
W = Trabajo efectuado por el sistema en Joules capacidad para realizar un trabajo. Su unidad de medida en el
SI es (J), que se define como el trabajo realizado por una fuerza
de 1 (N) en un desplazamiento de un metro en la dirección de la
fuerza.

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Pregunta 2. ¿Qué expresan la primera y segunda ley de la termodinámica?.

La segunda ley de la termodinámica establece la dirección en la
que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo
tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario.
También establece, en algunos casos, la imposibilidad de
convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin
pérdidas.

En realidad, un proceso energético tiene pérdidas y no toda la
energía de entrada se transforma en trabajo. La segunda ley de
la termodinámica establece un límite a la eficiencia de un
proceso de calor y fija la dirección en que se puede dar la
transferencia de calor.

η = eficiencia (adimensional) La electricidad empleada por un motor eléctrico se transforma
W = Trabajo resultante del proceso, en energía mecánica más pérdidas de calor (existen pérdidas
y se mide en Joules [J] por rozamiento y calor en el motor, por la resistencia de los
E = Energía introducida en el conductores, por la fricción de los engranajes y por el campo
proceso, y se mide en Joules [J] magnético del generador). La eficiencia del proceso entonces
nunca llega al 100%

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Pregunta 3. ¿Cuáles son las fuentes de energía renovable y no renovable?.

Se llaman fuentes de energía
renovable a las que se puede
recurrir de forma permanente
porque son inagotables (por
ejemplo, el sol, la tierra). El
sol y la tierra seguirán siendo
fuentes de energía durante
algunos millones de años
más, a través de los vientos,
la fotosíntesis de las plantas,
el ciclo de agua, las fuerzas
del mar y el calor al interior
de la Tierra.

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Energía hidráulica

Se denomina energía hidráulica o energía hídrica a aquella que se obtiene del
aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente de ríos y saltos de
agua. Se puede transformar a diferentes escalas, para el funcionamiento de molinos
rurales o generación eléctrica, entre otros.

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Fuente: El Agua una responsabilidad compartida. ONU, 2006

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Energía hidráulica

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Energía geotérmica

Es aquella que se obtiene por extracción del calor interno de la tierra. Se requieren 2
pozos, uno para obtener el agua caliente o vapor de agua y otro para volverla a
reinyectar al acuífero.

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Energía undimotríz

Es la energía producida por el movimiento de las olas. Su funcionamiento se basa en el
aprovechamiento de la energía de la oscilación vertical de las olas a través de unas
boyas eléctricas que se elevan y descienden sobre una estructura similar a un pistón. El
movimiento del agua impulsa un generador que produce la electricidad. La corriente se
transmite a tierra a través de un cable submarino.

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Energía mareomotríz

Es la que resulta de aprovechar las mareas, es decir, la diferencia de altura media de los
mares (pleamar y bajamar), interponiendo partes móviles al movimiento natural de
ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos de canalización y depósito, para
obtener movimiento en un eje.

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Biohidrógeno
(Por electrólisis del agua)
La electrólisis es un proceso para separar un compuesto en los
elementos que lo constituyen utilizando electricidad y 2 electrodos
(C, Pt). Para producir 1 kg de H2 se requieren 55 KWH (eficiencia
del 75%) y 12 kg de agua como MP y 3300 litros como refrigerante.
1 Kg H2 produce 36 KWH.

(Por fotosíntesis)
“Con unos catalizadores especiales, la luz del sol es capaz de
separar el agua en hidrógeno y oxigeno ... La fotosíntesis artificial
podría convertirse de esta manera en una gran fuente de energía
eficiente …(Daniel Nocera, Instituto Tecnológico de Masachusets,
2008)
Lectura recomendada.

Fotosíntesis artificial: ¿el futuro de una energía limpia?. Su desarrollo
extendería el uso de la luz solar y el hidrógeno como sistema energético
ecológico, y reduciría además los efectos del cambio climático.
http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2008/09
/01/179698.php

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Biohidrógeno
(Por radiofrecuencia)

Jonh Kanzius, 2007, demostró que la aplicación de ondas de radio sobre
muestras de agua de mar permitieron su combustión, por la liberación de
hidrógeno, alcanzando temperaturas superiores a 1500 °C.

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Las energías no renovables
son aquellas cuyas reservas
son limitadas y por lo tanto
disminuyen a medida que
las consumimos (petróleo,
gas natural, carbón), a
medida que las reservas
son menores, es más difícil
su extracción y aumenta su
costo. Se forman por la
descomposición producida
durante millones de años
de material orgánico en el
interior de la tierra.

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Energía nuclear

Las centrales nucleares producen electricidad aprovechando la fisión de los átomos de
Uranio. El agua se utiliza en las centrales nucleares para la producción de vapor
(energía térmica) el cual es usado para el movimiento de turbinas (energía mecánica)
empleada en medios de transporte o para la generación eléctrica, en este caso el agua
también se utiliza para el enfriamiento del vapor de salida.

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PROGRAMA ACADÉMICO

Ventajas y
desventajas
de las
diferentes
fuentes de
energía

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Pregunta 4. ¿Cuáles son los principales cultivos energéticos en Colombia y en el mundo?.

COLOMBIA Y SUS FUENTES DE ALCOHOL CARBURANTE
PRODUCTIVIDA
PRODUCCIÓN ALCOHOL
CULTIVO D
(Ton/ha) (Lts/ton)
(Lts/ha)
Maíz 4 400 1600
Sorgo 40 55 2200
Yuca 35 200 7000
Remolacha 40 125 5000
Caña de azúcar 120 75 9000
Subproductos caféª 3 14-28 42-84

FUENTES DE ALCOHOL CARBURANTE EN EL MUNDO
PRODUCCIÓN ALCOHOL PRODUCTIVIDAD
CULTIVO REFERENCIA
(Ton/ha) (Lts/ton) (Lts/ha)
Remolacha 70 100 7000 Villena, 2003.
Trigo 7 340 2400 Villena, 2003.
Caña 80 4000-6000B Bichara, 2003
Maíz 350 2000B Bichara, 2003.
Trigo 350 1000B Bichara, 2003.

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Pregunta 4. ¿Cuáles son los principales cultivos energéticos en Colombia y en el mundo?.

Rendimientos de aceite alcanzados en diferentes cultivos.
Litros de aceite
Cultivo Nombre Científico
Ha/año
Soja (Glicine max) 420
Arroz (Oriza sativa) 770
Tung (Aleurites fordii) 880
Girasol (Helianthus annuus) 890
Maní (Arachis hipogaea) 990
Colza (Brassica napus) 1100
Ricino/Tartago (Ricinus communis) 1320
Jatropa (Jatropha curcas) 1590
Aguacate (Persea americana) 2460
Coco (Cocos nucifera) 2510
Cocotero (Acrocomia aculeata) 4200
Palma (Elaeis guineensis) 5550

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Pregunta 5. ¿Que son los biocombustibles de segunda generación?.

Los biocombustibles de segunda
generación (2G) son aquellos que, con
respecto a los actuales, se van a
elaborar a partir de mejores procesos
tecnológicos y materias primas que no
se destinan a la alimentación y se
cultivan en terrenos no agrícolas o
marginales. De esta manera, la
polémica generada por los actuales
biocombuatibles de sustituir alimento
por carburante quedaría neutralizada.

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Comentarios a la Lectura. “El Balance
energético neto y su utilidad” donde
establezca su punto de vista (10%)

El autor polemiza a acerca del concepto de
muchos expertos que expresan que, para
constituirse en una alternativa viable como
sustituto de un combustible fósil, el
combustible alternativo no sólo debe ser
económicamente competitivo y poder
producirse en cantidad suficiente como para
representar una verdadera alternativa, sino
que, al mismo tiempo, debe representar un
ahorro neto de energía con relación a las
fuentes de energía empleadas para producirlo.
Este último punto será motivo de discusión.

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TEMA FORO PERMANENTE (15%)
“Biocombustibles, agua, alimentación y medio ambiente”

La seguridad energética y la seguridad del agua están estrechamente
vinculadas. La expansión actual de los biocombustibles carece de este
entendimiento tal como ha sido planificada. Los biocombustibles
podrían agravar la crisis del agua en algunas regiones que están
actualmente bajo presión. De igual manera, el empleo de materias
primas que se usan para la alimentación humana y animal (maíz,
caña, trigo) ha provocado especulación en los precios de estos
alimentos y actualmente se habla de que son los responsables del
incremento en las tarifas energéticas.

¿Cuál sería un modelo de explotación apropiado que contribuya al
aseguramiento de las necesidades energéticas sin comprometer la
producción de alimentos, la disponibilidad de agua y sin contribuir a
elevar el costo de vida?.

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EL USO DEL AGUA EN LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES

La producción de biocombustibles requiere del uso
de agua en dos etapas: en el crecimiento de las
materias primas y en el proceso de producción de las
plantas de biocombustibles.

Si nos enfocamos solamente en el uso del agua en
las plantas de biocombustibles, los biocombustibles
dan la impresión de tener un impacto mínimo sobre
el agua, especialmente cuando se los compara con
las plantas convencionales de producción de energía
térmica.

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ASPECTOS AMBIENTALES EN LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES
Huella hídrica de los principales cultivos energéticos

Huella hídrica Huella hídrica Huella hídrica Agua
Agua total Agua azul
Cultivo total Agua azul Agua verde verde
(L/L) (L/L)
(m3/GJ) (m3/GJ) (m3/GJ) (L/L)
Etanol m3/GJ de etanol L de agua/L de etanol
Remolacha 59 35 24 1388 822 566
Papa 103 46 56 2399 1078 1321
Caña 108 58 49 2516 1364 1152
Maíz 110 43 67 2570 1013 1557
Yuca 125 18 107 2926 420 2506
Cebada 159 89 70 3727 2083 1644
Centeno 171 79 92 3990 1846 2143
Arroz 191 70 121 4476 1641 2835
Trigo 211 123 89 4946 2873 2073
Sorgo 419 182 238 9812 4254 5558
Biodiésel m3/GJ de biodiésel L de agua/L de biodiésel
Soya 394 217 177 13676 7521 6155
Colza 409 245 165 14201 8487 5714
Jatropha 574 335 239 19924 11636 8288

PROGRAMA ACADÉMICO
TRABAJO INDIVIDUAL (20%)

Realice un análisis sobre la problemática de la producción de
biocombustibles, publique una entrada tipo ensayo en su blog
personal de moodle donde desarrolle alguno de los siguientes
temas:
1. Alcohol de caña de azúcar, 2. Alcohol de maíz, 3. Alcohol de
yuca, 4. Alcohol de remolacha, 5. Alcohol de sorgo, 6. Biodiésel
de Palma de aceite, 7. Biodiésel de Jatropha curcas, 8. Biodiésel
de higuerilla, 9. Biodiésel de algas, 10. Biodiésel de soya.
Para realizar el ensayo considere las condiciones
agroecológicas de su zona de trabajo y considere la
información que sobre los cultivos aparece en la unidad 3.
Es posible que deba plantear actividades adicionales que le
El ensayo debe tener entre 15 y 20 páginas y contener 1. permitan establecer el cultivo en su zona de trabajo y estas
Resumen, 2. Introducción, 3. Objetivos, 4. Marco teórico actividades pueden impactar favorable o desfavorablemente su
y Discusión, 5. Conclusiones, 6. Bibliografía. medio natural, esta información debe aparecer en el trabajo.
Considere la huella hídrica de los cultivos. Articule en su ensayo
los factores sociales, económicos, técnicos, culturales y
ecológicos que forman parte del proceso productivo del
biocombustible.

PROGRAMA ACADÉMICO

TRABAJO COLECTIVO
PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES 2G (20%)

Realice un análisis sobre la conveniencia de la
producción de biocombustibles de segunda generación,
resaltando aspectos sociales, económicos, ambientales,
técnicos y culturales, publique una entrada tipo ensayo
en su blog personal de moodle donde desarrolle alguno
de los siguientes temas: 1. Bioetanol de residuos
lignocelulósicos, 2. Biodiésel de aceites usados, 3.
Biogás de residuos orgánicos, 4. Carbón de residuos
vegetales, 5. Biobutanol de la biomasa.

El trabajo se debe colgar en la Wiki del grupo.
El ensayo debe tener entre 20 y 25
páginas y contener 1. Resumen, 2.
Introducción, 3. Objetivos, 4. Marco
teórico y Discusión, 5. Conclusiones, 6.
Bibliografía.

PROGRAMA ACADÉMICO

CONTENIDO

Unidad 1. Conceptos básicos sobre energía.

Biocombustibles, Energía, Unidades de energía, Calor y Temperatura, Calor específico, Poder
calorífico, Eficiencia energética, Formas de energía, Fuentes de energía, Energía primaria y
final, Energías renovables, Energías no renovables, Biomasa y Energía, Fotosíntesis,
Respiración celular, Fermentación, La agroenergía y los biocombustibles.

Unidad 2. Convirtiendo la biomasa en energía.

Producción de Biomasa, Características de la Biomasa, Tipo de Biomasa, Vías de
transformación de la biomasa en energía, Procesos de combustión directa, Procesos termo-
químicos, Procesos bio-químicos, Biocarburantes líquidos, El Bioetanol, El Biodiésel, El
Biobutanol,, Aspectos económicos de los biocarburantes, Aspecto legal de los
biocarburantes, El Biogás.

Unidad 3. Aspectos agronómicos y ambientales en la producción de biocombustibles.

Condiciones agroecológicas de los cultivos de Caña de azúcar, Remolacha azucarera, Maíz,
Sorgo dulce, Yuca, Palma africana, Higuerilla, Piñón, Soya, Algas, Aspectos ambientales en la
producción de Biocombustibles, Biosistema Integrado de energía, Biocombustibles de los
subproductos del café.

PROGRAMA ACADÉMICO

UNIDAD 1. CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE ENERGÍA.

Al final de la unidad el
maestrante estará en
capacidad de comprender
que es la energía, como se
manifiesta, cuáles son sus
fuentes, cómo se produce y
cómo se transforma, que
relación hay entre la biomasa
y la energía, cuál es la
problemática de las energías
fósiles y cómo es el consumo
energético mundial.

PROGRAMA ACADÉMICO

ENERGÍA RADIANTE - QUÍMICA - TÉRMICA.

Las plantas transforman la energía del sol en
energía química a través del proceso
fotosintético y parte de esa energía química
queda almacenada en forma de materia
orgánica que puede recuperarse quemándola
directamente o transformándola en
combustibles líquidos o gaseosos que reciben
el nombre de biocombustibles y se diferencian
de los combustibles fósiles por el hecho de
provenir de materia orgánica no
mineralizada.

PROGRAMA ACADÉMICO

UNIDADES DE ENERGÍA.

PROGRAMA ACADÉMICO

Calor específico

El calor específico es una magnitud física y
está definido como la cantidad de calor por
una unidad de masa necesaria para elevar en
un grado centígrado la temperatura de un
cuerpo.

PROGRAMA ACADÉMICO
Poder calorífico

El Poder Calorífico es la cantidad de energía que
la unidad de masa de materia puede desprender
al producirse una reacción química de oxidación
y expresa la energía máxima que puede liberar
la unión química entre un combustible y el
comburente y es igual a la energía que
mantenía unidos los átomos en las moléculas de
combustible, menos la energía utilizada en la
formación de nuevas moléculas en las materias
(generalmente gases) formadas en la
combustión.

La magnitud del poder calorífico puede variar
según como se mida, puede ser PCS si se
considera la energía de condensación del vapor
de agua y PCI, si no de considera.

PROGRAMA ACADÉMICO

ENERGÍA PRIMARIA Y ENERGÍA FINAL.

La energía primaria es la que se encuentra
contenida en los combustibles, antes de
pasar por los procesos de transformación a
energía final. Se puede representar con los
siguientes pictogramas: si se trata del
petróleo, el carbón o la energía del sol.

La energía final es la energía tal y como se
usa en los puntos de consumo; por ejemplo
la electricidad o el gas natural que
utilizamos en nuestras casas.

Para disponer energía para el consumo, son necesarias sucesivas operaciones de transformación y transporte,
desde el yacimiento a la planta de transformación y, por último, al consumidor final. En cada una de estas
operaciones se producen pérdidas.

Así, considerando todas las pérdidas, para cada unidad energética de electricidad que consumimos en casa son
necesarias unas 3 unidades energéticas de combustible fósil en las centrales térmicas.

PROGRAMA ACADÉMICO

CONSUMO DE PETRÓLEO.

PROGRAMA ACADÉMICO

CONSUMO DE GAS NATURAL.

PROGRAMA ACADÉMICO

CONSUMO DE CARBÓN.

PROGRAMA ACADÉMICO

ESTRUCTURA DEL CONSUMO ENERGÉTICO EN COLOMBIA, 2009.

PROGRAMA ACADÉMICO

UNIDAD 2. CONVIRTIENDO LA BIOMASA EN COMBUSTIBLE

Al final de la unidad el maestrante
adquirirá el conocimiento relacionado
con las diferentes tecnologías que se
emplean actualmente para convertir la
biomasa en combustible y estará en
capacidad de recomendar la tecnología
apropiada para cualquier tipo de
biomasa, considerando su composición
química y aspectos económicos, sociales
y ambientales.

PROGRAMA ACADÉMICO

PRODUCCIÓN DE BIOMASA.

La energía solar que
llega la biósfera (~3x1024
J/año) es captada y
convertida en biomasa
por los ecosistemas
terrestre y acuático con
una eficiencia del 0,1%
(~3x1021 J/año),
almacenándose en 200
Gt (peso seco) de
material vegetal por año
a expensas de la energía
solar, pues ~30 GJ
corresponde a la síntesis
de ~2 toneladas
biomasa (García y
Losada, 1983 citados
por Carrillo, 2004).

PROGRAMA ACADÉMICO

TIPO DE BIOMASA.

PROGRAMA ACADÉMICO

COMPOSICIÓN ELEMENTAL DE LA DE BIOMASA.

PROGRAMA ACADÉMICO

VÍAS DE CONVERSIÓN DE LA BIOMASA.

PROGRAMA ACADÉMICO

TIPOS DE PIRÓLISIS.

PROGRAMA ACADÉMICO

PRINCIPALES PROCESOS DE CONVERSIÓN.

PROGRAMA ACADÉMICO

EL BIOETANOL

El bioetanol se obtiene por fermentación de
medios azucarados hasta lograr un grado
alcohólico, después de fermentación, en
torno al 10%-15%, concentrándose por
destilación para la obtención del denominado
«alcohol hidratado» (4-5% de agua) o llegar
hasta el alcohol absoluto (99,4% min. de
pureza) tras un proceso específico de
deshidratación.

Esta última calidad es la necesaria si se
quiere utilizar el alcohol en mezclas con
gasolina en vehículos convencionales.

Fuente: Ballesteros, 1998

PROGRAMA ACADÉMICO

EL BIOETANOL

La sacarificación consiste en la hidrólisis de los polisacáridos para formar
azúcares. Los almidones, hemicelulosas y celulosas, se deben hidrolizar
y convertir en azúcares fermentables, mediante agentes químicos o
enzimáticos, antes de poderlos usar en la producción de etanol.

PROGRAMA ACADÉMICO

Se necesitan 2000 litros de agua/tonelada de azúcar a partir de la caña.
Se necesitan 40 litros de agua/litro de etanol a partir de caña.
En Colombia, se necesitan 100000 litros de agua/tonelada caña (200000).
1200 mm/año y 120 toneladas de caña/ha.

PROGRAMA ACADÉMICO
EL BIOETANOL

Colombia, 120 toneladas de caña/ha.
75 litros de etanol/tonelada de caña de azúcar.


PROGRAMA ACADÉMICO

EL BIOETANOL

1 Dólar = 2 Reales


PROGRAMA ACADÉMICO

EL BIOETANOL

11,5 litros de vinaza/litro de etanol (Bononi, 2009)
10 m3 de biogás/m3 de vinaza = 6m3 de GN (Bononi, 2009)


PROGRAMA ACADÉMICO

PRODUCCIÓN MUNDIAL Y PROYECCIONES BIOETANOL

PROGRAMA ACADÉMICO

PRODUCCIÓN NACIONAL DE BIOETANOL

PROGRAMA ACADÉMICO

NUEVOS PROYECTOS DE BIOETANOL

PROGRAMA ACADÉMICO

EL BIODIÉSEL

El biodiésel es un
combustible constituido
por ésteres metílicos o
etílicos de ácidos grasos
derivados de aceites de
origen vegetal o grasa
animal, que puede
reemplazar parcial o
totalmente al
combustible diésel
tradicional.

PROGRAMA ACADÉMICO
EL BIODIÉSEL

Se denomina biodiésel a los ésteres metílicos o etílicos de ácidos grasos derivados de aceites de
origen vegetal o grasa animal (Cuéllar, 2005).

El biodiésel es un combustible renovable, no tóxico, biodegradable, de muy bajo azufre y libre de
compuestos aromáticos, que puede reemplazar parcial ó totalmente al combustible diésel tradicional
(Vera, 2006).

PROGRAMA ACADÉMICO
EL BIODIÉSEL

La reacción, llamada de transesterificación, consiste químicamente en 3 reacciones
reversibles y consecutivas en las que el triglicérido (principal componente del aceite vegetal
o la grasa animal) es convertido consecutivamente en diglicérido, monoglicérido y glicerina
liberando un mol de éster metílico

PROGRAMA ACADÉMICO
EL BIODIÉSEL

Cacahuate, Palma africana, Girasol, Higuerilla, Soya

PROGRAMA ACADÉMICO

EL BIODIÉSEL


PROGRAMA ACADÉMICO

CONTAMINACIÓN DEL AGUA EN EL PROCESO DE BIODIÉSEL

PROGRAMA ACADÉMICO

PRODUCCIÓN MUNDIAL Y PROYECCIONES BIODIESEL

PROGRAMA ACADÉMICO

PRODUCCIÓN BIODIÉSEL EN COLOMBIA

PROGRAMA ACADÉMICO

PLANTAS EN PROCESO BIODIÉSEL EN COLOMBIA

PROGRAMA ACADÉMICO

EL BIOBUTANOL

Clostridium, Escherichia coli y Saccharomyces cerivisiae

PROGRAMA ACADÉMICO

EL BIOGÁS

Con el termino biogás se designa
a la mezcla de gases resultantes
de la descomposición de la
materia orgánica realizada por
acción bacteriana en condiciones
anaerobias.

PROGRAMA ACADÉMICO

EL BIOGÁS

PROGRAMA ACADÉMICO

ETAPAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

PROGRAMA ACADÉMICO

COMPARACIÓN DEL BIOGÁS Y OTROS COMBUSTIBLES

PROGRAMA ACADÉMICO

UNIDAD 3. ASPECTOS AGRONÓMICOS Y AMBIENTALES EN LA PRODUCCIÓN
DE BIOCOMBUSTIBLES

Al final de la unidad el estudiante adquirirá el
conocimiento relacionado con las condiciones
agroecológicas que requieren los principales
cultivos energéticos, los impactos ambientales
de los procesos agroindustriales involucrados
en la producción de los biocarburantes, el
cálculo de los balances energéticos del
proceso productivo y estará en capacidad de
proponer un biosistema integrado de energía.

PROGRAMA ACADÉMICO

1. Aspectos agroecológicos del cultivo de la caña de
azúcar
Cultivo Requerimientos Temperatura Suelos Preparación Labores del Plagas y Cosecha
hídricos terreno cultivo enfermedades
Caña de 85 a 100 mm Entre 30 y 34ºC. Franco- Descapotada, Control de arvenses. Enfermedades : Aplicación de
mensuales, o sea que arcillosos, Nivelada, surcada, Fertilización, Control madurantes, quema
azúcar en un período de 13 a profundos y siembra de la de plagas y Dentro de las programada, corte,
(Saccharum 14 meses requiere bien semilla. Con enfermedades. Con enfermedades más alce y transporte.
officinarum) entre 1100 y 1500 drenados. utilización de aplicación de importantes están:
mm agua. maquinaria agrícola agroquímicos carbón, causado por
Ustilago scitanimea y la
roya Puccinia
malanosephala.

Plagas:

Mosca pinta (Aeneolamia
postica) Barrenadores
(Diatraea sacharalis,
zeadiatraea ssp., Chilo
suppressalis), nematodos
Hoplolaimus spp,
Meloidogyne spp,
Pratylenchus spp,

PROGRAMA ACADÉMICO

2. Aspectos agroecológicos del cultivo de la
remolacha azucarera

Remolacha Requiere 700 mm Óptima entre 21 y Francos y Arado profundo, Muy exigente en el Plagas: Deshojado,
anuales de agua 25 ºC . sueltos, nivelada, control de arvenses, descoronado,
azucarera aproximadamente, profundos y surcada, siembra en Fertilización y gusanos alambre (Agriotes arranque y carga.
lineatus), gusanos blancos Estas operaciones
(Beta bien distribuidos, con buen de la semilla. Control de plagas y
(Anoxia villosa), cassida pueden hacerse
vulgaris) para suplir los drenaje para enfermedades. Para (Cassida vittata), pulguilla utilizando maquinaria
requerimientos del que haya un su control se utilizan de la remolacha agrícola, o manual,
cultivo. buen agroquímicos (Chaetocnema tibialis). con la utilización de
desarrollo de herramienta agrícola
la raíz. Enfermedades: o maquinaria
agrícola.
entre las más comunes se
encuentran: Cercospora
(cercóspora vitícola),
Oidio (Erysiphe betae) y
Roya (Uromyces viciae).

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3. Aspectos agroecológicos del cultivo del maíz

Maíz (Zea 1800 a 2400mm con 18 a 30ºC Suelos Manual o Control de arvenses Plagas: En la cosecha puede
una buena distribución fértiles, con mecanizada. En utilizarse maquinaria
mays) en todo el ciclo del textura ambos casos se época critica de Gusanos cogolleros y agrícola o puede
cultivo. Requiere de 3 y recomienda comedores e follaje
media, bien competencia los hacerse manual,
5 mm por día. Siendo realizar labranza (Spodopera sp, Heliothis
mayores los drenados y mínima, para primeros 30 días . zea ), Chizas (Phylophaga depende de la
requerimientos con proteger el suelo sp) entre otros. extensión, de las áreas
durante la etapa de contenidos de de la erosión en Fertilización, sembradas y a la
floración. materia zonas de ladera o Control de plagas y Enfermedades: topografía del terreno.
orgánica a la compactación enfermedades. Con
en terrenos Quemazón o tizón
superiores al aplicación de
planos. La siembra (Helminthosporium
4% se puede realizar agroquímicos. turcicum), mancha gris
manual o (Cercóspora spp), mancha
utilizando de asfalto (Phyllachora
maquinaria monographella y
agrícola. Coniotyrium), royas
(Puccinia polysora y
physopella zeae).

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4. Aspectos agroecológicos del cultivo del sorgo
Cultivo Requerimientos Temperatura Suelos Preparación Labores del Plagas y enfermedades Cosecha
hídricos terreno cultivo
La temperatura Requiere de Es muy simular a Control de Plagas. Se hace con
El requerimiento de debe estar por suelos fértiles, la preparación arvenses. La cosechadora
Sorgo agua varía entre 450 a encima de los 17 profundos con para la siembra época critica de Entre las más comunes están: mecánica o
600 mm, depende del de maíz o trigo. Gusano alambre (Melanotus
dulce ºC, situándose el buen drenaje competencia se manual
ciclo del híbrido y de sp., Agriotes sp., Dalopius sp),
(Sorghum las condiciones óptimo hacia los 32 de textura Puede hacerse presenta en los Gusanos blancos (Anoxia dependiendo del
ambientales de la ºC. media, sin manual o primeros 30 villosa), Gusanos grises área sembrada.
bicolor) zona. capas mecanizada; en días. (Agrotis segetum), Tipúlidos
endurecidas. ambos casos se (Tipulia oleracea) y Gusanos
recomienda La fertilización, cortadores (Spodoptera sp).
realizar labranza
el Control de
mínima, para Enfermedades.
proteger el suelo plagas y
de la enfermedades, Es afectado por numerosas
compactación se realiza con enfermedades causadas por
por el uso de la aplicación de bacterias y virus; que se
maquinaria. agroquímicos. manifiestan por pudriciones,
manchas, quemazón;
La siembra achaparramiento, clorosis,
también se mohos, pústulas, carbones,
puede realizar entre otros.
manual o
utilizando
maquinaria
agrícola.

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5. Aspectos agroecológicos del cultivo de la yuca
Cultivo Requerimientos Temperatura suelos Preparación Labores del cultivo Plagas y Cosecha
hídricos terreno enfermedades
Yuca para que haya un buen El rango de Necesita puede hacerse con cultivo debe permanecer Plagas. Se hace con
desarrollo de las temperatura suelos labranza limpio al menos los cosechadora
(Manihot plantas requiere una óptimo esta entre fértiles, de convencional, primeros 100 días El taladrador de tallos y mecánica o
precipitación anual de utilizando arados de ramas ( Coelostermus sp),
esculenta) 25-30º C, siempre textura franca después de sembrado en manual
1500 a 2000 mm bien disco y rastras Gusano de la hoja
distribuidos en todo el que haya a franca pesadas o labranza el campo. el control se (Erinnyis), acaros dependiendo el
año humedad arenosa, bien vertical, utilizando puede hacer manual y (Tetranychus urticae, área sembrada y
disponible y drenados y el arado de cincel cuando las áreas Mononychellus tanajoa), de la pendiente
suficiente en el con buen rígido o vibratorio. sembradas son muy Tetranychus cinnabarinus, del terreno.
período de contenido de El terreno se debe extensas, puede Mosca blanca
preparar por lo (Aleurotrachelus socialis),
crecimiento. materia utilizarse maquinaria
menos a 25-40 cm Piojos harinosos
orgánica. de profundidad agrícola o un herbicida (Phenacoccus herreni, P.
para obtener un químico selectivo al grenadensis y P.
suelo disgregado y cultivo manihoti), Trips
libre de terrones (Frankliniella williamsi y
que facilite el La fertilización, el Scirtothrips manihoti)
crecimiento Control de plagas y
horizontal y vertical Enfermedades.
enfermedades. Se
de las raíces
realiza con aplicación de Mancha parda de la hoja,
agroquímicos. Cercospora henninsgsii,
Mancha blanca de la hoja,
Cercospora caribae,
Ceniza o mildiu, Oidium
sp., Añublo pardo
fungoso, Cercospora
vicosae, Pudrición seca
del tallo y la raíz, Diplodia
manihotis, pudrición,
Xanthomonas manihotis.

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6. Aspectos agroecológicos del cultivo de la palma

Palma Entre 1.500 y 2.200 Requiere unas Los mejores Se hacen las Control de arvenses : Plagas. Se realiza manual,
mm de lluvia bien temperaturas suelos son los siguientes labores: El control se puede cuando se presenta
Africana distribuida en todo el mensuales de 25 a limosos, acondicionamiento hacer manual Gusano cabrito (Opsiphanes un cambio de
año. Con un promedio del suelo, trazado y cassina F.), Gusano túnel
(Elaeis 28 °C en profundos y cuando las plantas coloración de los
mensual de 150 mm y construcción de (Stenoma cecropia M.),
guineensis) una humedad relativa promedio. franco - drenajes para están pequeñas y en Gusano Monturita (Sibine frutos de violeta a
superior al 75%. limosos. Se evitar plantas adultas se spp.), Gusano canasta anaranjado y hay
deben evitar encharcamiento, hace el control con (Oiketicus kirbyi), Picudo de un
suelos con trazado de la un producto la palma (Rhynchophorus desprendimiento
texturas plantación o químico. palmarum). de
demarcación de
extrema s aproximadamente
parcelas, Hoyado, Enfermedades.
especialmente aplicación de Podas: se eliminan dos frutos por cada
arcillosos y enmiendas todas aquellas hojas Antracnosis(Colletotrichum kilogramo de
arenosos. orgánicas o que obstaculicen las spp), Botryodiplodia spp, racimo.
químicas y labores en el cultivo. Melanconium elaeidis.
establecimiento de
coberturas o de En la fertilización, se
cultivos asociados.
utilizan fertilizantes
orgánicos o
químicos, de
acuerdo a la
necesidad del
cultivo. El Control
de plagas y
enfermedades se
realiza con
aplicación de
agroquímicos.

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7. Aspectos agroecológicos del cultivo de la higuerilla
Cultivo Requerimientos temperatura suelos preparación labores del plagas y cosecha

Higuerilla Requiere de 700 a debe estar entre los ideales son Las labores en la Control de arvenses : Plagas. Se hace manual y
1200 mm de agua y 20-26°C para que los suelos preparación del el cultivo debe contempla las
(Ricinus una baja humedad terreno, son muy Gusano negro Proderica
haya un buen francos, de permanecer libre de siguientes labores:
communis) relativa. similares a las sp, Gusano soldado
desarrollo del textura media, malezas Recolección,
realizadas para el Spodoptera sp
cultivo. bien drenados, cultivo de la palma En la fertilización, se Mosca blanca Bemisia secado y
con buen africana, las cuales utilizan fertilizantes tabaci , Chinche verde desgrane.
contenido de consisten en orgánicos o químicos, Nezara viridula,
materia limpiar el terreno, de acuerdo a la Lorito verde Empoasca sp,
orgánica. realizar el trazado necesidad del cultivo. Bellotero Heliothis sp
y hoyado según Cogollero Spodoptera sp
las distancias de
siembra El Control de plagas y Enfermedades.
establecidas enfermedades. Se
,incorporación de realiza con aplicación Moho Ceniciento Botrytis
las enmiendas de agroquímicos. ricini), Marchitamiento De
orgánicas o Las Plantulas
químicas y por Phylophthora
último, la siembra colocasicae), Roya
del material (Melapsona Ricini).
vegetal.

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8. Aspectos agroecológicos del cultivo del piñón
Cultivo Requerimientos temperatura Suelos Preparación Labores del Plagas y Cosecha
Piñón Para su buen Su temperatura Se desarrolla Se utiliza labranza Control de arvenses Plagas. Se debe cosechar
desarrollo, requiere óptima oscila de forma mínima . aquellos frutos que
(Jatropha una precipitación anual Chinche del Piñón
entre los 18- 28 natural en El periodo crítico de muestran más del
curcas) de 300 hasta 1200 mm Se hace una Pachycoris torridus, Acaro
ºC. La suelos áridos o competencia está 50% de coloración
bien distribuidos. limpieza del Hialino
temperatura semiáridos, terreno, para luego entre los 90 y los Polyphagotarsonemus entre amarillo y
Puede soportar máxima que también crece realizar las labores 135 días después latus, Hormiga termita y café oscuro o negro.
periodos largos de soporta es de en suelos del trazado y del transplante. pulgones.
sequía. 34ºC. arenosos, con hoyado según las Se hace manual y
alta salinidad o distancias de Podas: Enfermedades. contempla las
siembra
incluso los arbustos se siguientes labores:
establecidas. Pudrición de raíces por
terrenos desarrollan con un Clitocybe tabescens, la Roya Recolección,
pedregosos, Se incorporan las tallo principal y con por Phakopsora despulpado y
pero su mejor enmiendas 2 ó 4 ramas, estas jatrophicola, el Mosaico secado y empaque.
desarrollo se orgánicas o deben podarse para Amarillo causado por virus,
presenta en químicas y por lograr un número y la Mancha Foliar
suelos fértiles, último, se realiza la de ramas bacteriana, por
siembra del Xanthomonas sp.
de textura productivas entre
material vegetal.
franca y con 24 y 36.
buen drenaje
natural En la fertilización y
en el Control de
plagas y
enfermedades, se
aplican
agroquímicos.

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9. Aspectos agroecológicos del cultivo de la soya
Soya Requiere entre 350 a El rango de Se desarrolla Se puede utilizar Control de Plagas. Se realiza cuando
650 mm de agua, bien temperatura bien en suelos labranza mínima arvenses. la defoliación por
(Glycine distribuidos en todo el (arado solo en los Pulgón (Aphi ssp.), Arañita
óptimo está entre fértiles, de secado es de 90 a
max) ciclo del cultivo. surcos donde se
El periodo crítico
roja (Tetranychus
los 20 y los 30º C, textura franca 95% y las vainas
siembra la semilla), bimaculatus), Trozadores y
siendo las y con buen de competencia se tengan una
labranza tierreros (Agrotis sp,
temperaturas más drenaje presenta en los coloración que
convencional (arado spodopteraf ugiperda),
primeros 45 días
altas las de toda la Barrenador del tallo varía entre
después de la
adecuadas. superficie), o (Elaspopalpus lignossellus), amarillo pálido a
emergencia de la
labranza cero Crisomélidos (Cerotoma spp, tonalidad marrón,
planta. se pueden
(siembra directa sin Diabrotica spp), Minadores
utilizar productos y los tallos y vainas
hacer arado). Esta (Liriomyza spp).
químicos o puede estén secos.
última se utiliza en
realizarse
suelos livianos o en Enfermedades.
mediante métodos
zonas con La cosecha se
mecánicos.
pendientes. Mancha marrón (Septoria realiza utilizando
glycines), Tizón de la hoja maquinaria
(Cercospora kikuchii), Mancha agrícola o también
En la fertilización y
ojo de rana (Cercospora
en el Control de puede hacerse
sojina), Mancha anillada
plagas y (Corynespora cassiicola), manual en áreas
enfermedades se Mancha foliar (Alternaria pequeñas.
aplican spp), Oidio (Microsphaera
agroquímicos. diffusa), Mildiu (Peronospora
manshurica), Roya de la soja
(Phakopsora pachyrhizi),
Tizón de la vaina y tallo
(Phomopsis sojae),
Antracnosis (Colletotrichum
truncatum), Pústula
bacteriana (Xanthomonas
campestris pv. glycines), Tizón
bacteriano (Pseudomonas
syringae pv. glycinea)

PROGRAMA ACADÉMICO

10. Aspectos agroecológicos del cultivo de las algas

Cultivo de algas

Luz solar, CO2 y agua Requieren menor área
Balsas, tubos o
para su cultivo
canales de escasa
profundidad

tienen una tasa de
crecimiento muy rápida El agua puede ser
y una alta eficiencia dulce o salada
fotosintética

PROGRAMA ACADÉMICO

10. Aspectos agroecológicos del cultivo de las algas


PROGRAMA ACADÉMICO

Ventajas de las algas


PROGRAMA ACADÉMICO

Inconvenientes de la producción a gran
escala de microalgas.

1. Altos costos de producción.
2. Baja eficiencia en la cosecha.
3. Pérdidas en el proceso productivo del
biodiésel.
4. Enfermedades y contaminación.
5. Cantidad y Calidad de agua.


PROGRAMA ACADÉMICO

Biodiésel de algas


PROGRAMA ACADÉMICO

Cultivo de las algas

Canales abiertos de 25 cm de profundidad (Guerrero, 2009)


PROGRAMA ACADÉMICO

Palma africana
2000 mm año (150 mm/mes)
20 toneladas/ha
22% de aceite
95% de rendimiento (en peso)
Densidad del biodiesel: 0,86 g/ml
1000000 litros de agua/tonelada de palma
20 litros de agua/litro de biodiésel
7% de aguas residuales

Algas
62 toneladas aceite/ha
95% de rendimiento (en peso)
Densidad del biodiesel: 0,86 g/ml
2000000 litros de agua/ha
20 litros de agua/litro de biodiésel
7% de aguas residuales

PROGRAMA ACADÉMICO

Biosistema Manejo Integral de la Energía

Fuente: Biosistemas Integrados, Desarrollo Humano y Desarrollo Sostenible: Interrelaciones, Impactos y Complejidades (2007).

PROGRAMA ACADÉMICO

Energía renovable a partir de los subproductos del café

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