Análisis tecno-económico de una planta industrial de producción de biodiésel a partir de microalgas

Abstract

El presente trabajo se fundamenta en la necesidad de buscar alternativas a los combustibles fósiles para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera. Para ello, se adoptan políticas energéticas que fomentan el uso de biocombustibles. En este caso, se lleva a cabo un estudio de viabilidad de una planta industrial de producción de biodiésel a partir de microalgas empleando una tecnología supercrítica, y partiendo de un proyecto realizado a escala piloto. A pesar de los estudios y de las diferentes tecnologías que se conocen para la obtención de biodiésel, no existe un único proceso que esté definido para tal fin. Si bien es cierto que los sistemas actuales presentan bajas productividades con una alta inversión en equipos y mantenimiento, su implantación queda justificada cuando se obtienen productos de alto valor. Con este estudio se pretende conseguir un proceso viable técnica y económicamente a escala industrial. Por un lado, se realiza un escalado técnico de los equipos de la planta a escala piloto, para conseguir una producción de 8400 toneladas anuales de biodiésel. En primer lugar, se realiza la extracción de lípidos de las microalgas para su posterior transformación en biodiésel, obteniéndose biomasa seca como subproducto. En segundo lugar, el biodiésel se obtiene mediante un proceso de transesterificación usando bioetanol en condiciones supercríticas. El proceso se realiza en dos etapas con recuperación intermedia, tanto de bioetanol, que se recirculará al proceso, como de glicerina, que se obtiene como subproducto. Por otro lado, se han aplicado criterios económicos para estudiar si la planta es económicamente viable. Se ha obtenido un precio de venta mínimo del biodiésel de 0,86 €/kg, para una TIR del 10%, mientras que los principales indicadores económicos basados en los flujos de caja, como son VAN, índice de rentabilidad y Pay-Back, se han hallado tomando como referencia un precio de venta de diésel de 1,103 €/kg y una tasa nominal anual de un 9%. Los resultados obtenidos indican que la planta es económicamente viable. Se han realizado diversos estudios de sensibilidad, en los cuales se ha comprobado la viabilidad de la planta mediante la modificación de varios factores. De esta forma, se demuestra que el factor más condicionante es el coste de la materia prima principal, las microalgas. Por último, se ha comparado la planta objeto de estudio con otra planta a escala industrial con una producción similar. El objetivo de esta comparativa ha sido determinar si los resultados obtenidos se aproximan a los valores que presenta este otro estudio que ha sido revisado por pares y publicado.

The present work is based on the necessity of searching for alternatives to fossil fuels in order to reduce greenhouse gases emissions into the atmosphere. Looking to promote this, energy policies are adopted to encourage the use of biofuels. In this case, a feasibility study of an industrial plant for the production of biodiesel from microalgae is carried out by a supercritical technology, starting from a project designed on a pilot scale. Despite the studies and the different technologies that are known to produce biodiesel, there has not been stated yet one common and generic process for this purpose. While it is true that today's systems have low productivitiesinvolving a high investment in equipment and maintenance, their implementation is justified as high-value products are obtained. This study aims to achieve a viable process both technical and economically on an industrial scale. On the one hand, starting from a pilot plant, process units are scaled-up to obtain a production of 8400 tons of biodiesel per year. First, the lipids are extracted from the microalgae for their subsequent transformation into biodiesel, and dry biomass is obtained as a by-product. Secondly, biodiesel is obtained through a transesterification process using bioethanol under supercritical conditions. The process is carried out in two stages with intermediate recovery of bioethanol, which isrecirculated to the process, and glycerin, which is obtained as a by-product. On the other hand, economic criteria have been applied to study whether the plant is economically profitable. A break-even price of biodiesel of 0,86 €/kg has been obtained, considering the IRR at 10%, while the main economic indicators based on cash flows have been studied: NPV, profitability index and Pay-Back, taking as reference a diesel selling price of 1.103 €/kg and a nominal annual rate of 9%. The obtained resultsindicate that the plant is economically profitable. A sensitivity analysis has been carried out, in which the viability of the plant has been verified by the change of different factors. This shows that the most critical factor is the cost of the main raw material, microalgae. Finally, the studied plant has been compared with another plant with a similar production. The objective of this comparison has been to determine ifthe obtained results are close to the values presented in the other study, which has been peer-reviewed and published.