Análisis energético y ambiental de la producción de bio-etanol en México a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos Public Deposited
En el presente trabajo se evalúa el desempeño energético y ambiental del proceso de producción de bio-etanol a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU). Para el análisis energético se realizó un inventario del proceso y se determinó el consumo de energía de los equipos involucrados en las etapas de: disminución de partícula, explosión a vapor, fermentación y destilación. Para el análisis ambiental, inicialmente se realizó la simulación de los procesos en el software Aspen Plus. Una vez obtenidos los balances de materia y energía de los procesos, se evaluó el impacto ambiental utilizando el algoritmo de reducción de residuos (algoritmo WAR), con el cual, se puede determinar la amigabilidad ambiental de un proceso. Para el caso energético se utilizó la metodología de la Tasa de Retorno Energético, para evaluar la viabilidad energética del proceso de acuerdo a la relación del consumo de energía utilizada en la producción contra la energía obtenida por el bio-etanol. Como resultado de dichos análisis, se obtuvo una tasa de retorno energético (TRE) de 1.21 unidades de energía obtenida por unidad de energía invertida. A las condiciones planteadas, la TRE del proceso se encuentra entre el rango de los biocombustibles líquidos. Por otro lado, los impactos ambientales que se generan por el proceso de producción de bio-etanol son mínimos; el mayor impacto corresponde a la categoría de formación de smog tanto a nivel piloto como a nivel industrial. Se obtuvo un valor de 3.47x103 PIA/hr para la categoría de formación de smog a nivel industrial. Con los análisis realizados, el proceso resulta ambientalmente viable, sin embargo, el análisis energético no fue favorable, ya que requiere una TRE de ≥5 para ser considerado viable, no obstante si se llegara a producir bio-etanol a partir de la FORSU que se genera al año en México, se podría llegar a producir 1.4x106 m3 de bio-etanol al año. Además de ello, la relación del costo de la FORSU por litro de etanol obtenido ($5.4/L) es menor en comparación a otras materias primas como el maíz y la caña de azúcar. El bioproceso objeto de esta tesis puede ser mejorado, como por ejemplo: implementando fuentes de energía renovables (trituradores manuales, calentadores y destiladores solares). La producción de bio-etanol en México es un proceso que está en vías de desarrollo, por lo que todavía se pueden optimizar los rendimientos de producción y condiciones de operación de los equipos, principalmente, en la etapa de fermentación, por ejemplo, realizar una agitación intermitente en lugar de continua para disminuir el consumo energético.
This work evaluates the energy and environmental performance of the bioethanol production process from the organic fraction of municipal solid wastes (OFMSW). For the energy analysis, an inventory of the process was made and the energy consumption of the equipment involved in the stages of: particle reduction, steam explosion, fermentation and distillation was determined. For the environmental analysis, the processes were initially simulated in the Aspen Plus software. Once the material and energy balances of the processes were obtained, the environmental impact analysis was carried out using the waste reduction algorithm (WAR algorithm), which evaluates the environmental friendliness of a process. From the results obtained, the process obtained an Energy Return On Investment (EROI) of 1.21 units of energy obtained per unit of energy invested. The EROI of the process is between the range of liquid biofuels under the above conditions. On the other hand, the environmental impacts generated by the process are minimal and have greatest impact on category of smog formation and the pilot level as an industrial level. The value obtained in this category is 3.47x103 PIE/hr for industrial level, according to the analysis made the process is environmentally viable, however, the energy analysis was not favorable since it requires a EROI of ≥5 to be viable, however, if it comes to produce bio-ethanol from the OFMSW, which is generated every year in Mexico, can produce 1.4x106 m3 of bio-ethanol per year. In addition, the ratio of the cost of the OFMSW per liter of ethanol obtained ($5.4/L) is lower compared to other raw materials such as corn and sugarcane. The bioprocess object of this test can be improved, such as: implementing renewable energy sources (manual crushers, heaters and solar distillers). The production of bioethanol in Mexico is a process that is in the process of development, so that it is still possible to optimize the production yields and operating conditions of the equipment, mainly in the fermentation stage, for example, carrying out an intermittent agitation instead of continuing to decrease energy consumption.
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