Producción de biocombustibles en Costa Rica utilizando licuefacción hidrotérmica de biomasa: estimación preliminar de su potencial y huella de carbono
DOI:
https://doi.org/10.15359/ru.38-1.23Palabras clave:
biocombustibles, biomasa, huella de carbono, licuefacción hidrotérmica, residuosResumen
[Objetivo] Estimar el potencial de producción de biocombustibles a partir de la licuefacción hidrotérmica (LHT) de residuos biomásicos en Costa Rica y su respectiva huella de carbono. [Metodología] Se estimó el potencial de generación de residuos de biomasa que pueden ser aprovechados para la producción de biocombustibles, mediante el proceso de LHT, utilizando informes de diferentes instituciones como el Ministerio de Agricultura y Ganadería, la Cámara de Avicultores, Acueductos y Alcantarillados, entre otros. Posteriormente, mediante modelos matemáticos que predicen el rendimiento de biocrudo, según el tipo de biomasa utilizado, se estimó el potencial de la posible producción de biocrudo y su respectivo mejoramiento a biodiésel y sus coproductos (biogasolina y biobúnker). Estos datos se compararon con el consumo actual de combustibles en Costa Rica. Por último, se calculó la huella de carbono del proceso de producción de estos biocombustibles utilizando la norma ISO 14067. [Resultados] Se obtuvo que Costa Rica posee, bajo las suposiciones de este estudio, un potencial de producción de biocrudo, biodiésel, biogasolina y biobúnker de 1 383 299 ton/año, 635 788 ton/año, 295 336 ton/año y 70 140 ton/año, respectivamente. Así mismo, se estimó que las huellas de carbono asociadas a la producción de biodiésel, biogasolina y biobúnker son 14,57 gCO2eq/MJ, 13,88 gCO2eq/MJ y 13,33 gCO2eq/MJ, correspondientemente. [Conclusiones] Se concluyó, bajo las suposiciones de este estudio, que en Costa Rica existe un potencial de reemplazo de combustibles fósiles del 71 %, 43 % y 76 % para biodiésel, biogasolina y biobúnker, comparativamente. También, se estimó que, por medio de esta tecnología (LHT) se podría reducir un 18 %, 36 % y 6 % la huella de carbono al utilizar biodiésel, biogasolina y biobúnker, respectivamente, en lugar de sus correspondientes combustibles fósiles.
Referencias
Ahamed, T. S., Anto, S., Mathimani, T., Brindhadevi, K., & Pugazhendhi, A. (2021). Upgrading of bio-oil from thermochemical conversion of various biomass–Mechanism, challenges and opportunities. Fuel, 287, Article 119329. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119329
Aierzhati, A., Stablein, M. J., Wu, N. E., Kuo, C.-T., Si, B., Kang, X., & Zhang, Y. (2019). Experimental and model enhancement of food waste hydrothermal liquefaction with combined effects of biochemical composition and reaction conditions. Bioresource Technology, 284, 139-147. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.03.076
Baloch, H. A., Nizamuddin, S., Siddiqui, M. T. H., Riaz, S., Jatoi, A. S., Dumbre, D. K., Mubarak, N. M., Srinivasan, M. P., & Griffin, G. J. (2018). Recent advances in production and upgrading of bio-oil from biomass: A critical overview. Journal of Environmental Chemical Engineering, 6(4), 5101-5118. https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.07.050
Biller, P., & Ross, A. B. (2011). Potential yields and properties of oil from the hydrothermal liquefaction of microalgae with different biochemical content. Bioresource Technology, 102(1), 215-225. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.06.028
Bouillot, B. (2021). Choice of a thermodynamic model and simulation. In Introduction to thermodynamic methods for process engineering. https://www.emse.fr/~bouillot/poly/thermo_eng.pdf
Cao, L., Zhang, C., Chen, H., Tsang, D. C. W., Luo, G., Zhang, S., & Chen, J. (2017). Hydrothermal liquefaction of agricultural and forestry wastes: state-of-the-art review and future prospects. Bioresource Technology, 245, 1184-1193. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.08.196
Castro Vega, A. A. (2011). Estudio de la naturaleza química de biocrudos obtenidos mediante licuefacción hidrotérmica de biomasa lignocelulósica. Universidad Nacional de Colombia.
Chacón, L., Coto, O., & Flores, M. (2018). Actualización de la encuesta de biomasa como insumo para su incorporación en la matriz energética de Costa Rica. EMA Energía Medio Ambiente y Desarrollo SA
Cooney, G., Jamieson, M., Marriott, J., Bergerson, J., Brandt, A., & Skone, T. J. (2017). Updating the US life cycle GHG petroleum baseline to 2014 with projections to 2040 using open-source engineering-based models. Environmental Science & Technology, 51(2), 977-987. https://doi.org/10.1021/acs.est.6b02819
Crespo-Delgado, A. (2022). Obtención de biocrudo a partir de un alga invasora mediante licuefacción hidrotérmica. [(Tesis de Maestría)]. Universidad de Cádiz.
Déniel, M., Haarlemmer, G., Roubaud, A., Weiss-Hortala, E., & Fages, J. (2017). Modelling and predictive study of hydrothermal liquefaction: application to food processing residues. Waste and Biomass Valorization, 8(6), 2087-2107. https://doi.org/10.1007/s12649-016-9726-7
Dimitriadis, A., & Bezergianni, S. (2017). Hydrothermal liquefaction of various biomass and waste feedstocks for biocrude production: A state of the art review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 68, 113-125. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.09.120
Elgowainy, A., Han, J., Cai, H., Wang, M., Forman, G. S., & DiVita, V. B. (2014). Energy efficiency and greenhouse gas emission intensity of petroleum products at US refineries. Environmental Science & Technology, 48(13), 7612-7624. https://doi.org/10.1021/es5010347
Escalente-Castro, M. (2021). Evaluación de la producción del biocrudo obtenido de la licuefacción hidrotérmica de residuos de pinzote de banano, utilizando níquel soportado sobre sílica-alúmina e hidróxido de sodio como catalizadores [(Tesis de licenciatura)]. Universidad de Costa Rica.
Hansen, S., Mirkouei, A., & Díaz, L. A. (2020). A comprehensive state-of-technology review for upgrading bio-oil to renewable or blended hydrocarbon fuels. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 118, 109548. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109548
Hassan, S. S., Williams, G. A., & Jaiswal, A. K. (2018). Emerging technologies for the pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology, 262, 310-318. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.04.099
Hietala, D. C., Koss, C. K., Narwani, A., Lashaway, A. R., Godwin, C. M., Cardinale, B. J., & Savage, P. E. (2017). Influence of biodiversity, biochemical composition, and species identity on the quality of biomass and biocrude oil produced via hydrothermal liquefaction. Algal Research, 26, 203-214. https://doi.org/10.1016/j.algal.2017.07.020
Intergovernmental Panel on Climate Change. (2007). What is the Greenhouse Effect? IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change 2007. https://archive.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/faq-1-3.html .
Junta de Castilla y León. (n. d.). El recorrido de la energía en Castilla y León. https://energia.jcyl.es/web/es/biblioteca/productos-destilacion-petroleo-crudo.html.
Kumar, R., & Strezov, V. (2021). Thermochemical production of bio-oil: A review of downstream processing technologies for bio-oil upgrading, production of hydrogen and high value-added products. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 135, 110152. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110152
Leow, S., Witter, J. R., Vardon, D. R., Sharma, B. K., Guest, J. S., & Strathmann, T. J. (2015). Prediction of microalgae hydrothermal liquefaction products from feedstock biochemical composition. Green Chemistry, 17(6), 3584-3599. https://doi.org/10.1039/C5GC00574D
Li, Y., Leow, S., Fedders, A. C., Sharma, B. K., Guest, J. S., & Strathmann, T. J. (2017). Quantitative multiphase model for hydrothermal liquefaction of algal biomass. Green Chemistry, 19(4), 1163-1174. https://doi.org/10.1039/C6GC03294J
Lu, J., Liu, Z., Zhang, Y., & Savage, P. E. (2018). Synergistic and antagonistic interactions during hydrothermal liquefaction of soybean oil, soy protein, cellulose, xylose, and lignin. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 6(11), 14501-14509. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b03156
Martín Gil, J. (2009). El futuro de los biocombustibles: biorrefinerías integradas: Lección inagural del curso académico 2009-2010.
Matayeva, A., Basile, F., Cavani, F., Bianchi, D., & Chiaberge, S. (2019). Development of Upgraded Bio-Oil Via Liquefaction and Pyrolysis. Studies in Surface Science and Catalysis, 178, 231-256. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64127-4.00012-4
Ministerio de Ambiente y Energía de Costa Rica. (2015). VII Plan Nacional de Energía 2015-2030. https://minae.go.cr/recursos/2015/pdf/VII-PNE.pdf.
Ministerio del Medio Ambiente de Chile. (2021). Huella de carbono.
Naciones Unidas. (2019). II Informe Bienal de Actualización ante la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático. https://unfccc.int/sites/default/files/resource/IBA-2019.pdf
Palomino, A., Montenegro-Ruíz, L. C., & Godoy-Silva, R. D. (2019). Evaluation of yield-predictive models of biocrude from hydrothermal liquefaction of microalgae. Algal Research, 44, 101669. https://doi.org/10.1016/j.algal.2019.101669
Perkins, G., Batalha, N., Kumar, A., Bhaskar, T., & Konarova, M. (2019). Recent advances in liquefaction technologies for production of liquid hydrocarbon fuels from biomass and carbonaceous wastes. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 115, Article 109400. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109400
Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. (2012). Conversión de residuos agrícolas orgánicos en fuente de energía. Centro Internacional de Tecnología Ambiental.
Ramírez, J. A., Brown, R. J., & Rainey, T. J. (2015). A review of hydrothermal liquefaction bio-crude properties and prospects for upgrading to transportation fuels. Energies, 8(7), 6765-6794. https://doi.org/10.3390/en8076765
Ramos, P. M., & Gil, J. M. (2017). Biorrefinerías basadas en explotaciones agropecuarias y forestales. Departamento de Ciencias Agrarias y del Medio Ambiente, Universidad de Zaragoza.
Refinadora Costarricense de Petróleo. (2020). Comercialización y ventas. https://www.recope.go.cr/wp-content/uploads/2020/Memoria-2020/cadena-valor-comercializacion-ventas.html.
Sanna, A., & Abd Rahman, N. A. (2015). Conversion of Microalgae Bio-oil into Bio-diesel. In Algal Biorefineries (pp. 493-510). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-319-20200-6_16
Santamaría-Chinchilla, L. (2022). Producción de un biocrudo mediante licuefacción hidrotérmica usando residuos de broza de café como biomasa, pretratada mediante ozonólisis. [(Tesis de licenciatura)]. Universidad de Costa Rica.
Shakya, R., Adhikari, S., Mahadevan, R., Shanmugam, S. R., Nam, H., & Dempster, T. A. (2017). Influence of biochemical composition during hydrothermal liquefaction of algae on product yields and fuel properties. Bioresource Technology, 243, 1112-1120. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.07.046
Sheng, L., Wang, X., & Yang, X. (2018). Prediction model of biocrude yield and nitrogen heterocyclic compounds analysis by hydrothermal liquefaction of microalgae with model compounds. Bioresource Technology, 247, 14-20. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.08.011
Snowden-Swan, L. J., Zhu, Y., Jones, S. B., Elliott, D. C., Schmidt, A. J., Hallen, R. T., Billing, J. M., Hart, T. R., Fox, S. P., & Maupin, G. D. (2016). Hydrothermal liquefaction and upgrading of municipal wastewater treatment plant sludge: a preliminary techno-economic analysis, rev. 1. Pacific Northwest National Lab. (PNNL), Richland, WA (United States). https://doi.org/10.2172/1327165
Teri, G., Luo, L., & Savage, P. E. (2014). Hydrothermal treatment of protein, polysaccharide, and lipids alone and in mixtures. Energy & Fuels, 28(12), 7501-7509. https://doi.org/10.1021/ef501760d
Tews, I. J., Zhu, Y., Drennan, C., Elliott, D. C., Snowden-Swan, L. J., Onarheim, K., Solantausta, Y., & Beckman, D. (2014). Biomass direct liquefaction options. technoeconomic and life cycle assessment. Pacific Northwest National Lab. (PNNL). https://doi.org/10.2172/1184983
Ulate-Sancho, R. (2020). Evaluación del tratamiento por licuefacción hidrotérmica del rastrojo de piña para la obtención de un biocrudo. [(Tesis de licenciatura)]. Universidad de Costa Rica.
Wagner, J., Bransgrove, R., Beacham, T. A., Allen, M. J., Meixner, K., Drosg, B., Ting, V. P., & Chuck, C. J. (2016). Co-production of bio-oil and propylene through the hydrothermal liquefaction of polyhydroxybutyrate producing cyanobacteria. Bioresource Technology, 207, 166-174. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.01.114
Yang, J., Niu, H., Corscadden, K., & Astatkie, T. (2018). Hydrothermal liquefaction of biomass model components for product yield prediction and reaction pathways exploration. Applied Energy, 228, 1618-1628. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.06.142
Yu, J., Biller, P., Mamahkel, A., Klemmer, M., Becker, J., Glasius, M., & Iversen, B. B. (2017). Catalytic hydrotreatment of bio-crude produced from the hydrothermal liquefaction of aspen wood: a catalyst screening and parameter optimization study. Sustainable Energy & Fuels, 1(4), 832-841. https://doi.org/10.1039/C7SE00090A
Zhu, Z., Rosendahl, L., Toor, S. S., Yu, D., & Chen, G. (2015). Hydrothermal liquefaction of barley straw to bio-crude oil: Effects of reaction temperature and aqueous phase recirculation. Applied Energy, 137, 183-192. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.10.005
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