Sistema y método para calcular emisiones GHG asociadas con la industria de bioproductos.

Sistema y método para calcular emisiones GHG asociadas con la industria de los bioproductos.

El método y sistema aquí descrito permite la medición de las emisiones GHG producidas durante la generación del bioproducto a partir de diferentes fuentes de material. El método comprende capturar, procesar y manipular diferentes parámetros y datos con relación a emisiones GHG asociadas con cada proceso único necesario para producir el bioproducto y el suministro de dicho bioproducto y/o el material fuente que va a ser transformado en dicho bioproducto, con el fin de generar un valor de emisiones GHG total por medio de la aplicación de las fórmulas a los datos aislados procesados y recogidos denominados como emisiones GHG de cada proceso.

DESCRIPCIÓN

SISTEMA Y MÉTODO PARA CALCULAR EMISIONES GHG ASOCIADAS CON LA INDUSTRIA DE BIOPRODUCTOS

Campo de la invención La invención descrita por la presente se relaciona con el campo de la 5 sostenibilidad y el control ambiental en procesos de producción de bioproductos.

El objeto de esta invención es un sistema y un método para calcular emisiones GHG asociadas con la industria de bioproductos.

Antecedentes Los bioproductos incluyen materiales de construcción, pulpa y papel, productos forestales, biocombustibles, bioenergéticos, etanol basado en celulosa y basado en almidón, adhesivo basados en bioproductos, bioquímicos, plásticos biodegradables, etc. Los bioproductos son sujetos activos de investigación y desarrollo, y estos esfuerzos se han desarrollado significativamente en la transición de siglo 20/21, impulsados principalmente por el impacto ambiental del uso del petróleo. Los bioproductos derivados de biorecursos pueden reemplazar la mayor parte de los combustibles, químicos, plásticos etc. que se derivan actualmente del petróleo. En un sentido más preciso es un sinónimo de biocombustible, que es combustible derivado de fuentes biológicas. En un sentido más amplio incluye biomasa, el material biológico utilizado como un biocombustible.

La biomasa es cualquier material orgánico que ha almacenado luz solar en la forma de energía química. Como combustible puede incluir madera, desperdicios de madera, paja, estiércol, caña de azúcar, y muchos otros subproductos a partir de una variedad de procesos biológicos.

Como ejemplo de bioproducto, los biocombustibles han llamado la atención de científicos y del público en general, influenciados por factores tales como el incremento de precios del petróleo, el incremento de la necesidad de seguridad energética, y la preocupación por las emisiones de gas de efecto invernadero de los combustibles fósiles. Los biocombustibles se utilizan entre otras cosas para la producción de ETBE (aditivo para gasolina) , o para mezcla directa con gasolina o diesel. Siendo fuentes de energía renovable, los biocombustibles reducen las emisiones de CO2, y contribuyen a la seguridad y diversificación del suministro de energía, a la vez que reducen la dependencia de los combustibles fósiles en el transporte y ayudan en el cumplimiento del protocolo de Kioto.

Los gases de efecto invernadero (algunas veces abreviados GHG) son gases en la atmósfera que absorben y emiten radiación dentro del rango infrarrojo térmico que es la causa fundamental del efecto invernadero. Los gases de invernadero principales en la atmósfera de la tierra son dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, entre otros.

Por lo tanto parece ser claro que se pueden utilizar bioproductos como alternativa para otros combustibles fósiles derivados, produciendo así menos GHG, pero es necesario saber cuánto GHG conlleva la producción de dicho bioproducto, con el fin de determinar si el uso del bioproducto en lugar de otros combustibles fósiles puede beneficiar la reducción de las emisiones que afectan el calentamiento global, por lo cual es necesario estar en capacidad de calcular exactamente un nivel de emisiones GHG asociado con el proceso completo de producir dicho bioproducto, siendo dicho nivel de emisiones de GHG derivado de las emisiones GHG relacionadas con cada proceso individual utilizado para la transformación de materias primas.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es un sistema y un método para calcular emisiones GHG asociadas con la industria de los bioproductos. Dicho método mide no solo las emisiones de GHG relacionadas con la producción propiamente dicha sino, tal como lo apreciaría el experto, se debe tener en cuenta la logística y el transporte para las materias primas, a saber material fuente; y el producto final, a saber bioproducto. Es importante mencionar que el objeto de la invención aplica para diferentes materiales fuente como: cereales (maíz, trigo, cebada, sorgo, millo...) , caña de azúcar, paja, cultivos energéticos, material forestal, residuos forestales, desperdicios orgánicos, alcohol de vino, residuos de pesca y acuicultura y cultivos de oleaginosas. El sistema de la invención utiliza datos recolectados de una pluralidad de sensores usados como medios de captura que se conectan a medios de transmisión de datos y se encuentran dispuestos a lo largo de la planta de producción de bioproductos. Dichos datos recolectados pueden comprender información, cifras y estadísticas con relación a las variables asociadas con emisiones GHG de cada elemento en donde se asigna al menos un sensor.

Los datos recolectados se envían luego a través de los medios de transmisión de datos a una base de datos accesible mediante un módulo de modelado de emisiones que puede comprender una unidad de proceso, pudiendo estar incorporada dicha unidad de proceso en el módulo de análisis y procesamiento o puede ser una unidad de proceso individual conectada a dicho módulo de procesamiento y análisis con el fin de trabajar en conjunto. Como el experto podrá reconocerlo, dicha unidad de proceso y módulo de modelado de emisiones necesita al menos medios de almacenamiento y memoria, pudiendo estas dos partes estar comprendidas en la unidad de proceso, compartiendo así el módulo de modelado de emisiones; adicionalmente la base de datos o las bases de datos se pueden almacenar en dichos medios de almacenamiento; pero los medios de almacenamiento pueden ser externos o aún medios de almacenamiento en red accesibles mediante la unidad de proceso y/o el módulo de modelado de emisiones.

Los datos recolectados se procesan con el fin de obtener factores de emisión individuales relacionados con cada actividad, tarea, proceso o elemento involucrado en la transformación del material fuente en bioproductos (que incluye transporte y logística, como se estableció anteriormente) . Los resultados de dicho procedimiento proporcionan factores de emisión individuales que se pueden almacenar en la base de datos para acciones adicionales o se pueden procesar directamente mediante el módulo de modelado de emisiones con el fin de obtener un valor total de emisiones GHG.

La unidad de proceso ejecuta las instrucciones necesarias para realizar todos los procesos necesarios para conseguir el método de la invención, que cubre al menos dos partes principales de la industria de los bioproductos. Dichas instrucciones se pueden incorporar como software almacenado en los medios de almacenamiento o directamente, quizás temporalmente, en la memoria del sistema, a la espera de ser llamado y ejecutado.

Dichas instrucciones permiten al sistema llevar a cabo el método de la invención, que comprende principalmente dos partes.

La primera parte cubre los procesos de producción de bioproductos involucrados en la producción de bioproductos propiamente dicha, llevados a cabo en la planta de producción, implicando esta primera parte la medición de las emisiones GHG relacionadas con:

-La generación de la propia energía consumida necesaria en las plantas de producción con el fin de llevar a cabo los procesos necesarios para transformar el material fuente en bioproducto siendo producida dicha energía en términos de electricidad (parcialmente autoconsumida y exportada) y vapor en CHP utilizando NG como combustible. También se consideran los gases de escape por su contenido de energía.

-Los procesos de conversión de bioproductos, junto con los procesos de producción necesarios para convertir el material fuente en bioproductos y su coproducto, en los procesos comunes se identifican como aquellos previos a la preparación del producto y el coproducto. Se enumeran como: molienda, maceración, cocción, licuefacción, fermentación, destilación, deshidratación, tratamiento en caldera, unidad de cogeneración, turbina a gas, turbina de vapor, preparación de materia prima, pretratamiento de biomasa, separación de sólidos/líquidos, gasificación, refrigeración, limpieza de gases, compresión, reacción de catálisis, hidrólisis enzimática, selexol, transesterificación, evaporación, mezcla, secado, extracción, desgomado, filtración, recuperación, refinación, purificación, clarificación, esterificación ácida, condensación, ventilación y rectificación.

Adicionalmente el método descrito por la presente también puede considerar procesos sobre coproductos de bioproductos cuando se asocian a aquellos procesos necesarios para obtener el coproducto de la producción de bioproducto en las condiciones de venta requeridas (como gránulos y con una humedad definida) . Dichos coproductos producidos junto con el bioproducto pueden ser productos de desperdicio puros, que resultan de obtener el bioproducto tal como...

1. Sistema (1) para calcular un nivel de emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) asociadas con la industria de bioproductos caracterizado porque comprende:

-al menos una unidad de proceso adaptada para ejecutar al menos instrucciones relacionadas con la determinación del nivel de emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) en la industria de bioproductos,

-medios de recolección de datos adaptados para recolectar y reportar al menos una primera variable relacionada con emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) generadas por medios de transporte (5) destinados a suministrar bioproductos y/o el material fuente que va a ser transformado en bioproducto,

-un sistema de ruta (6) asociado con los medios de transporte (5) , operativo para mostrar información que se relaciona con posibles rutas de transporte, y para permitir la selección de ruta, y, sobre la base de dicha información, la selección de ruta que se considera la ruta óptima de acuerdo con el presente criterio,

-una pluralidad se sensores (2) , dispuestos a lo largo de un lugar de producción (7) de bioproducto, adaptado para monitorear, recolectar y reportar al menos una segunda variable con relación a las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) generado a partir de la producción de bioproducto en dicho lugar de producción (7) de bioproducto,

-medios de transmisión de datos (3) adaptados para transmitir datos y conectados a la unidad de proceso y a la pluralidad de sensores (2) ,

-al menos una base de datos accesible mediante la unidad de proceso por medio de los medios de transmisión de datos (3) , y

-un módulo de modelado de emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) (4) conectado a la unidad de proceso y adaptado para procesar al menos la primera y segunda variables relacionadas con las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) , para calcular los datos de las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) asociadas con cada proceso con relación a la industria de bioproductos.

2. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la base de datos comprende:

! la segunda variable con relación a las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) generada de la producción de bioproductos en el lugar de producción (7) que se recolecta por la pluralidad de sensores (2) ubicados en el lugar de producción (7) , y

! la primera variable con relación a las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) generadas mediante medios de transporte (5) .

3. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la pluralidad de sensores (2) se adapta para monitorear y reportar datos seleccionados del grupo que consiste de índice de flujo, temperatura, presión, peso, humedad, consumo de flujo, energía exportada, material en partículas, composición de gas, energía producida, energía consumida, combustible de materia prima consumido, y flujo de desperdicios.

4. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los medios de recolección se conectan a al menos una fuente de datos que comprende datos relevantes con relación a emisiones asociadas con los medios de transporte (5) .

5. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 4, en donde los datos relevantes comprenden al menos uno de los siguientes:

! datos disponibles de las bases de datos y/o bibliografía que comprende información con relación a emisiones de los medios de transporte (5) , y

! datos relacionados con un uso directo de consumo de energía de los medios de transporte (5) .

6. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 1 en donde la unidad de proceso comprende:

-al menos un procesador adaptado para ejecutar las instrucciones relacionadas con la determinación del nivel de emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) en la industria de bioproductos, procesando al menos uno de los siguientes:

-los datos de las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) , y

-la primera y segunda variables relacionadas con las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) ,

-al menos una memoria conectada al procesador, y

-medios de almacenamiento adaptados para almacenar al menos las instrucciones ejecutadas mediante al menos un procesador.

7. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 1 en donde los medios de transmisión de datos (3) se seleccionan del grupo que consiste de: medios de comunicación cableados, medios de comunicación inalámbricos y medios de comunicación de campo cercano.

8. Sistema (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en donde el bioproducto comprende adicionalmente un coproducto de bioproducto.

9. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el coproducto de bioproducto se selecciona del grupo que consiste de: biocombustibles, biolíquidos, biogás, materia prima, energía eléctrica renovable, energía térmica renovable, bioplásticos, resinas y CO2.

10. Sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en donde el bioproducto es un biocombustible.

11. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 10 en donde el biocombustible es bioetanol.

12. Sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 10 en donde el biocombustible es biodiesel.

13. Sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en donde el bioproducto es un bioplástico.

14. Sistema (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 en donde el material fuente se selecciona del grupo que consiste de: cereales, caña de azúcar, paja, cultivos energéticos, material forestal, residuos forestales, desperdicio orgánico, alcohol de vino, residuos de pesca y acuicultura y cultivos de oleaginosas.

15. Sistema (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 caracterizado porque comprende adicionalmente una interfaz (6) a la unidad de proceso, adaptada para generar un informe del nivel de las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) .

16. Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en donde el sistema de ruta se adapta para permitir la selección de una ruta de acuerdo con las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) asociadas con unos medios de transporte que realizan dicha ruta.

17. Sistema (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 en donde los datos de las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) asociadas con la industria de bioproductos se selecciona del grupo que consiste de:

-un índice de emisión de distribución y transporte [TDER] con relación a las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) producidas por los medios de transporte (5) que resulta de procesar la primera variable con relación a las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) producidas por dichos medios de transporte (5) ,

-un factor de emisión [Factor de Emisión] que resulta de procesar la segunda variable con relación a las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) producidas por cada proceso asociado con la industria de bioproductos,

-el valor de los datos de actividad [Datos de Actividad] que resulta de procesar la variable con relación a las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) producidas por cada proceso asociado con la industria de bioproductos,

-un valor de emisión [Valor de Emisión] que resulta de procesar el factor de emisión junto con el valor de los datos de actividad, y

-un nivel de emisión [Nivel de Emisión] que resulta de sumar todos los valores de emisión y el índice de emisión de distribución y transporte [TDER].

18. Un método para calcular las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) asociadas con la industria de bioproductos utilizando el sistema (1) descrito en las reivindicaciones 1 a 17, comprendiendo el método:

-recuperar, por medio de y los medios de recolección de datos y de la pluralidad de sensores (2) respectivamente, la primera y segunda variables que impactan las emisiones del GHG (gas de efecto invernadero) ,

-enviar dichas primera y segunda variables que impactan las emisiones del GHG (gas de efecto invernadero) a la base de datos por medio de los medios de transmisión de datos (3) ,

-recuperar, por medio del módulo de modelado de las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) (4) , de la base de datos dichas primera y segunda variables que impactan las emisiones del GHG (gas de efecto invernadero) ,

-calcular, por medio del módulo de modelado de las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) (4) , el índice de emisión de distribución y transporte [TDER] con relación a las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) producidas por los medios de transporte (5) de la primera variable que impacta las emisiones del GHG (gas de efecto invernadero) recolectada por los medios de recolección de datos,

-calcular, por medio del módulo de modelado de las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) (4) , el valor de los datos de actividad la segunda variable que impacta las emisiones del GHG (gas de efecto invernadero) ,

-calcular, por medio del módulo de modelado de las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) (4) , el factor de emisión de la segunda variable que impacta las emisiones del GHG (gas de efecto invernadero) ,

-calcular, por medio del módulo de modelado de las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) (4) , el valor de emisión asociado con cada proceso utilizando la siguiente Fórmula:

Valor de Emisión= Factor de Emisión •Datos de Actividad, y

-calcular, por medio del módulo de modelado de las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) (4) , el nivel de emisión de GHG (gas de efecto invernadero) asociado con la industria de bioproductos, aplicando la siguiente Fórmula:

n n Emisiones = ∀ (Datos de actividadi.Factor de emisióni) + ∀ (TDERi) i=1 i=1

19. Método de acuerdo con la reivindicación 18 en donde la pluralidad de sensores (2) se adapta para monitorear, recolectar y reportar datos seleccionados del grupo que consiste de índice de flujo, peso, humedad, consumo de flujo, energía exportada, temperatura, presión, material en partículas, composición de gas, energía producida, energía consumida, combustible de materia prima consumido y flujo de desperdicios.

20. Método de acuerdo con la reivindicación 18 en donde el proceso relacionado con la industria de bioproductos se selecciona del grupo que consiste de: molienda, maceración, cocción, licuefacción, fermentación, destilación, deshidratación, tratamiento en caldera, unidad de cogeneración, 5 turbina a gas, turbina de vapor, preparación de materia prima, pretratamiento de biomasa, separación de sólidos/líquidos, gasificación, refrigeración, limpieza de gases, compresión, reacción de catálisis, hidrólisis enzimática, selexol, transesterificación, evaporación, mezcla, secado, extracción, desgomado, filtración, recuperación, refinación, purificación, clarificación, esterificación ácida, condensación, ventilación y rectificación.

21. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 20 en donde el bioproducto comprende adicionalmente un coproducto de bioproducto.

22. Método de acuerdo con la reivindicación 21, en donde el coproducto de

bioproducto se selecciona de la lista que consiste de: biocombustibles, biolíquidos, biogás, materia prima, energía eléctrica renovable, energía térmica renovable, bioplásticos, resinas y CO2.

23. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18, 21 o 22 en donde las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) se expresan 20 en g CO2eq/ MJ.

24. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 23 en donde el bioproducto es un biocombustible.

25. Método de acuerdo con la reivindicación 24 en donde el biocombustible es bioetanol.

26. Método de acuerdo con la reivindicación 24 en donde el biocombustible es biodiésel.

27. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 23 en donde el bioproducto es un bioplástico.

28. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 27 en donde el material fuente se selecciona del grupo que consiste de: cereales, caña de azúcar, paja, cultivos energéticos, material forestal, residuos forestales, desperdicio orgánico, alcohol de vino, residuos de pesca y acuicultura y cultivos de oleaginosas.

29. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 28 en donde la una segunda variable que impacta las emisiones del GHG (gas de efecto invernadero) utilizada para calcular el factor de emisión es diferente de la segunda variable que impacta las emisiones del GHG (gas de efecto invernadero) utilizada para calcular los datos de actividad.

30. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 29 en donde la segunda variable que impacta las emisiones del GHG (gas de efecto invernadero) utilizada para calcular el factor de emisión es igual a la segunda variable que impacta las emisiones del GHG (gas de efecto invernadero) utilizada para calcular los datos de actividad.

31. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 18 a 30, en donde la etapa para calcular, por medio del módulo de modelado de las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) (4) , el índice de emisión de distribución y transporte [TDER] con relación a las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) producidas por los medios de transporte (5) de la primera variable que impacta las emisiones del GHG (gas de efecto invernadero) recolectada por los medios de recolección de datos, se realiza sobre la base de la ruta seleccionada utilizando un sistema de ruta adaptada para permitir la selección de una ruta de acuerdo con las emisiones de GHG (gas de efecto invernadero) asociadas con los medios de transporte que realizan dicha ruta.