Identificación de etapas a optimizar en la gasificación de biomasa para producción de energía sostenible mediante la aplicación del análisis exergético de ciclo de vida (ELCA)

Abstract

El método de Análisis Exergético de Ciclo de Vida (ELCA) es implementado, de la cuna a la puerta, para evaluar el aprovechamiento de tallos de café proveniente del departamento de Caldas - Colombia, como combustible en un proceso de gasificación que utiliza tecnología de lecho fijo. Esta biomasa ha sido utilizada por generaciones como combustible en fogones de leña artesanales es distintas fincas cafeteras, práctica que se ha ido reemplazando paulatinamente debido a la naturaleza contaminante de los gases generados y los efectos nocivos evidenciados en la salud. El proceso de gasificación de la biomasa fue simulado en Aspen Plus® y en el cual, se obtuvo una composición del gas de síntesis acorde con resultados experimentales y teóricos hallados en la literatura y que incluye H2 (17,07%), CO (18,62%), CO2 (15,66%), CH4 (5,37%) y N2 (43,28%) con un poder calorífico de 6.119 kJ/Nm3. Por otra parte, el Análisis de Ciclo de Vida se llevó a cabo en el software Umberto® LCA cuyos resultados, junto al Análisis Exergético permitieron determinar, para una distancia de transporte de biomasa de 30 km, la etapa con menor eficiencia exergética, la generación de energía en el motor de combustión interna (21,404%), y una Demanda Acumulada de Exergía (CExD) para la etapa con mayor consumo de recursos de 196,3714 MJeq, correspondiente a la Generación eléctrica (gasificador y motor); una vez se alcanzan los 100 km, la etapa con mayor consumo recursos pasa a ser el transporte. (Texto tomado de la fuente)

The Exergetic Life Cycle Analysis (ELCA) method is implemented, from cradle to gate, to evaluate the use of coffee stems from the department of Caldas - Colombia, as fuel in a gasification process using fixed bed technology. This biomass has been used for generations as fuel in artisanal wood stoves in different coffee farms, a practice that has been gradually replaced due to the polluting nature of the gases generated and the harmful effects on health. The biomass gasification process was simulated in Aspen Plus® and the synthesis gas composition obtained was in accordance with experimental and theoretical results found in the literature, including H2 (17,07%), CO (18,62%), CO2 (15,66%), CH4 (5,37%) and N2 (43,28%) with a calorific value of 6.119 kJ/Nm3. In addition, the Life Cycle Analysis was carried out in Umberto® LCA software, whose results, combined with the Exergetic Analysis, allowed establishing, for a biomass transport distance of 30 km, the stage with the lowest exergy efficiency, the generation of energy in the internal combustion engine (21,404%), and a Cumulative Exergy Demand (CExD) for the stage with the highest resource consumption of 196,3714 MJeq, corresponding to electricity generation (gasifier and engine); once 100 km is reached, the stage with the highest resource consumption becomes transportation.