Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Los mejores documentos en venta realizados por estudiantes que han terminado sus estudios
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Descubre las mejores universidades de tu país según los usuarios de Docsity
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
La presente documento, realizado por estudiantes de la Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Iztapalapa, analiza los diferentes tipos de energías que se obtienen de procesos que transforman biomasa en energía sustentable a partir de microorganismos. Se explican conceptos básicos como qué es la biomasa y la bioenergía, así como los procesos de conversión de bioenergía a partir de biomasa y los microorganismos responsables de este proceso.
Qué aprenderás
Tipo: Apuntes
1 / 13
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
revelan como combustibles alternativos de uso comercial e industrial, que producidos bajo criterios de sustentabilidad pueden ofrecer importantes cantidades de energía renovable, con la ventaja de que sus emisiones de cambio climático son neutras (es decir, no contribuyen en forma neta a aumentar la cantidad de gases de invernadero que existen en la atmósfera).[ CITATION Isl10 \l 2058 ]
La bioenergía se define como la energía derivada u obtenida a partir de biomasa, la cual incluye organismos vivos y materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado. La bioenergía o energía de biomasa es un tipo de energía renovable que se produce a partir del aprovechamiento de la materia orgánica e industrial formada en algún proceso biológico o mecánico, generalmente de las sustancias que constituyen los seres vivos o sus restos y residuos. Sus formas más conocidas son: Biocombustibles: Biodiesel, Bioetanol y Biogás o Biomasa. Biocombustibles: son obtenidos a partir de biomasa vegetal o animal, renovables, que permiten reemplazar a combustibles fósiles obtenidos del petróleo. Para su obtención, pueden utilizarse especies de uso agrícola, tales como el maíz y la mandioca, o plantas oleaginosas como la soja, el girasol o las palmas. También pueden emplearse especies forestales como el eucalipto y los pinos. Biodiesel: es un biocombustible liquido alternativo, producido a partir de recursos renovables y domésticos tales como aceites vegetales o grasas animales de primera o segunda generación (sin o con uso previo). No contiene petróleo, es biodegradable, renovable y no toxico. Biomasa: es la primera fuente de energía que conoció la humanidad. La biomasa de la madera, residuos agrícolas y estiércol continúa siendo la fuente principal de energía y materia útil en países poco industrializados. La
biomasa como recurso energético, puede clasificarse en natural, residual y cultivos energéticos:
La biomasa es aquella materia orgánica de origen vegetal o animal, incluyendo los residuos y desechos orgánicos, susceptible de ser aprovechada energéticamente. Las plantas transforman la energía radiante del sol en energía química a través de la fotosíntesis, y parte de esta energía queda almacenada en forma de materia orgánica. En la actualidad se acepta como definición de biomasa la siguiente:
Quedan pues fuera de este concepto los combustibles fósiles y las materias orgánicas derivadas de éstos (los plásticos y la mayoría de los productos sintéticos) ya que, aunque aquellos tuvieron un origen biológico, su formación tuvo lugar en tiempos remotos. La biomasa es una energía renovable de origen solar a través de la fotosíntesis de los vegetales.
ecosistemas. Los residuos de origen antropogénico son los residuos orgánicos que se generan en el sistema económico y en la sociedad en general. Estos residuos se generan en grandes cantidades y están constituidos por desperdicios provenientes del estiércol de animales, desechos agrícolas, rastros municipales, basura orgánica, lodos de depuradoras, paja, bagazos de caña y agave, cascarilla de trigo y arroz, rastrojo de maíz, virutas y desechos de madera y papel, entre otros. ■ Plantaciones o cultivos agro-energéticos: inducidos por el ser humano con vistas a su utilización energética o como materias primas para otras industrias. Van desde plantaciones forestales de aprovechamiento rápido, pasando por plantaciones de palmeras, pastos de crecimiento rápido, y cultivos de caña de azúcar y de colza, entre otros. El empleo y la selección de plantas para producción de energía puede llevar consigo problemas comparables a los que se dan en la agricultura intensiva de alimentos, con el empleo de grandes cantidades de fertilizantes y plaguicidas nocivos para la naturaleza, lo cual exige el desarrollo y el uso de biofertilizantes y métodos biológicos para controlar las plagas. De no estar bien regulado el uso de suelo, puede llevar también a la deforestación y a la pérdida de biodiversidad; asimismo, de no establecerse las políticas públicas adecuadas en la repartición de la renta agrícola-energética, estos aprovechamientos pudieran no contribuir a mejorar la equidad en las zonas agrícolas. Aún más conciliadoras con la biodiversidad y la producción de alimentos resultan las plantaciones agroforestales y las de aprovechamiento múltiple, pequeñas y medianas, en las que los trabajadores del campo se pueden asociar para ser los dueños de la producción.[ CITATION Isl10 \l 2058 ]
Los procesos de conversión de la biomasa se clasifican generalmente en termoquímicos y bioquímicos. En la figura 1 se muestran los principales procesos de conversión de biomasa y sus productos energéticos biomasa
Procesos de conversión termoquímica: La conversión termoquímica de la biomasa es la tecnología más utilizada en la actualidad y los principales procesos aplicados para la producción de energía son: combustión, gasificación y pirólisis. La mayor parte de la energía de la biomasa es consumida de forma doméstica y por industrias relacionadas con la madera. Esto se lleva a cabo por combustión directa de la biomasa, para producir calor o vapor que impulsa una turbina o generador para producir electricidad. Los procesos de gasificación se utilizan para convertir la biomasa en un gas combustible o gas de síntesis que se utiliza para impulsar una turbina de gas de ciclo combinado de alta eficiencia o en la producción de biocombustibles líquidos. También, la biomasa es transformada en aceite por pirólisis, el cual es fácil de almacenar y transportar. Todos estos procesos de conversión termoquímica se detallan en las siguientes secciones. Combustión: ‘Combustión directa’ se refiere a la quema de biomasa en presencia de aire, esta combustión es usada comúnmente para convertir la energía química almacenada en la biomasa en calor, energía mecánica o electricidad. Es posible quemar
aceites y gas con una eficiencia de 95%. Los tres productos siempre se generan durante este proceso, pero las proporciones pueden variar ajustando los parámetros. En el caso de pirólisis rápida, la biomasa se calienta a 500 °C durante un segundo, con lo que se obtiene un rendimiento de productos de 75% de líquido, 12% de sólido y 13% de gas. Este tipo de proceso es de gran interés para la producción de combustibles líquidos, los cuales pueden almacenarse y transportarse fácilmente, para su posterior uso en la producción de energía y otros productos químicos. Procesos de conversión bioquímica : La biomasa puede transformarse en formas de energía más útiles mediante la diversificación de los procesos aplicados. Existen varios procesos bioquímicos de conversión de biomasa a energéticos que proporcionan ventajas ambientales y económicas, ya que se llevan a cabo bajo condiciones de reacción más suaves en comparación con los procesos termoquímicos. Los procesos bioquímicos más comunes son la hidrólisis enzimática, la fermentación. Hidrólisis enzimática Los procesos de conversión bioquímica basados en fermentación requieren la hidrólisis de celulosa y hemicelulosa contenidas en la biomasa para la obtención de azúcares fermentables. La hidrólisis enzimática con celulasas y hemicelulosas, en sinergia, ha sido bien estudiada y presenta la ventaja de tener altos rendimientos de conversión y sus condiciones de reacción son menos corrosivas y tóxicas en comparación con la hidrólisis ácida. Fermentación La fermentación consiste en el uso de microorganismos para convertir un sustrato fermentable en productos recuperables como biomasa, alcoholes y ácidos orgánicos. Las hexosas, principalmente glucosa, constituyen el sustrato más asimilable por los microorganismos, mientras que las pentosas (azúcares de hemicelulosa), glicerina y otros compuestos requieren de organismos específicos o modificados para llevar a cabo la conversión a etanol. Existen diversos microorganismos que pueden realizar la fermentación de azúcares
obtenidos de residuos orgánicos. El biocombustible mayormente producido por fermentación es el etanol, seguido de butanol y acetona. Durante la producción de etanol se utilizan principalmente levaduras que llevan a cabo la fermentación alcohólica, sin embargo, también se ha registrado el proceso de hidrólisis enzimática y fermentación por hongos filamentosos y bacterias. La mayoría de los estudios son a nivel de laboratorio y utilizan como sustrato biomasa proveniente de cultivos ricos en almidones. Transformación bacteriana La transformación bacteriana involucra la digestión anaerobia de material orgánico biodegradable en un intervalo de temperatura de 30 °C a 65 °C. El principal producto que se obtiene por este proceso es biogás, una mezcla de metano, dióxido de carbono y otras impurezas. Normalmente el biogás obtenido se purifica hasta obtener un gas con un contenido mayor a 97% de metano, el cual puede utilizarse como sustituto del gas natural. Otros productos que pueden obtenerse por fermentación bacteriana son acetona, butanol y etanol; para tal fin, la especie Clostridium acetobutylicum ha sido utilizada en numerosas investigaciones (Sasaki et al., 2014). Ahring y Westermann (2007) plantearon un diseño de biorrefinería en el cual se encuentran de manera secuencial la producción de etanol con levaduras y una segunda fermentación del residuo con bacterias para la producción de hidrógeno y metano. Microorganismos responsables de la bioenergía Como ya hemos visto en los puntos anteriores, los microrganismos que se utilizan dependen de los procesos, actividad metabólica y los sustratos que se utilicen, pero se engloban en especies de microorganismos: microalgas, bacterias, protozoos hongos y levaduras. Para ejemplificar expondremos algunos microorganismos para la elaboración de metano.
La microbiología y los procesos químicos son herramientas que se utilizadas para abordar problemáticas en la sociedad, como el cambio climático producido por la emisión de gases de efecto invernadero en consecuencia de la sobre población actual o la extracción y consumo de combustibles fósiles La bioenergía puede contribuir de manera importante a sustituir las fuentes de energía fósil y nuclear sin provocar aumento de contaminantes. Permite la eliminación de buena parte de los desechos orgánicos rurales y urbanos, y es la energía sustentable más fácil de almacenar La bioenergía es un nicho poco explorado y es necesario la participación y desarrollo de técnicas para maximizar su potencial energético para poder cubrir la demanda de una sociedad creciente. Bibliografía Anonimo, 2008. Bioplant. [En línea] Available at: https://bioplat.org/bioenergia-y-productos/ [Último acceso: 18 septiembre 2020]. colaboradores, L. C. C. y., 2015. scielo. [En línea] Available at: http://www.scielo.org.co/pdf/nova/v13n24/v13n24a06.pdf [Último acceso: 19 semptiembre 2020]. Islas Sampeiro , J. & Martínez Jiménez, A., 2010. Bioenergía. Ciencia, abril.61(30-39). Neydeli, A., 2018. Bioenergía a partir de residuos forestales y de madera.. Madera y Bosques , 24( especial, e2401877), pp. 1-14. RENOVETEC, 2013. Plantas de biomasa. [En línea] Available at: http://www.plantasdebiomasa.net/que-es-la-biomasa.html [Último acceso: 18 septiembre 2020].
