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Producción de Biogas como fuente de energía.

El biogás es el gas producido por la fermentación (digestión anaerobia) de materiales orgánicos en ausencia de oxígeno .

Este gas se produce espontáneamente (en pantanos , campos de arroz, grandes depósitos tropicales o presas hidroeléctricas, vertederos que contienen residuos de materia orgánica (animal, vegetal o bacteriana).

Se utiliza para la producción de calor, electricidad o biocombustible.

Éste puede capturarse directamente en vertederos o producirse en plantas de biogás.

El biogás es un gas combustible que se compone principalmente de metano (50 a 70%), dióxido de carbono (CO2) Y cantidades variables de vapor de agua y sulfuro de hidrógeno (H2S), e incluso otros compuestos contaminantes, generados especialmente en vertederos.

El contenido de estos elementos depende de la duración y la calidad del proceso de fermentación, el tipo de instalación y muchos de la naturaleza del material biodegradable utilizado.

El biogás se puede aprovechar para eliminar el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno, lo que da  como resultado el biometano, que se puede inyectar en el sistema de distribución de gas natural.

El proceso de refinación en biometano, tiene grandes avances a pesar de ser costoso.

La recuperación de biogás de vertedero es doblemente interesante porque el metano liberado a la atmósfera es un gas de efecto invernadero mucho más potente que el dióxido de carbono (CO2) producido por su combustión.

El biogás puede ser utilizado en combustión en un motor a gas o una pequeña turbina, para producir electricidad inyectada en la red.

De igual forma como suministro de planta termoeléctrica, planta de cemento, así también como combustible para vehículos a Gas Natural Comprimido, reemplazando el gas natural fósil en la red convencional.

¿Cómo producir energía a partir del biogás?

A nivel industrial, el biogás se produce a través del uso de las materias primas renovables de:

*Granjas de inyecciones animales.

*Desechos de industria agropecuaria o alimentaria que pueden ser utilizados como materia prima del proceso.

Este material se suministra a la planta transportados por maquinarias de carga hasta el depósito de almacenamiento.

El depósito cuenta con transportadores que trasladan la materia hasta el tanque mezclador.

Existe varias formas de deposición del material, bien sea por silos, tuberías u otro.

Esto dependerá de la compañía operadora.

Además de esta materia solida también debe usarse ingredientes líquidos, como purines, éstos son bombeados hasta el tanque de almacenamiento hasta que son usados.

Si se usan residuos industriales como subproductos de la industria alimentaria, se deben pasteurizar primero.

Es decir, procesar la materia calentándolas por más de 60 ºC durante una hora con la finalidad de eliminar las bacterias.

Para este proceso se utilizan intercambiadores de calor, y el agua caliente requerida para ello se consigue mediante el motor de cogeneración.

La bomba de sustrato transporta los materiales líquidos al tanque mezclador en cantidades requeridas según normativas de la planta y empresa especialista.

Así mismo, el material solido es llega al tanque mezclador.

El sistema de pesado que está instalado bajo el tanque mezclador controla y pesa de forma precisa la mezcla.

Por medio de un agitador todos los materiales se mezclan obteniendo un resultado homogéneo, proceso que se repite cada hora.

Este sustrato es bombeado al fermentador, pero antes de llegar al digestor pasa por un filtro cortador.

Que elimina cualquiera impureza que pueda afectar al proceso de fermentación.

La fermentación se proporciona en un digestor sellado, que asegura una atmósfera sin oxígeno.

Las bacterias al descomponer el material dan como resultado el biogás.

El tiempo para procesarlo es de aproximadamente de unos 60 a 70 días.

El fermentador tiene un eje que permite la recirculación del materias y posibles usos posteriores para humedecer nuevas mezclas.

De igual forma contienen tuberías de acero inoxidable que se encargan de mantener la temperatura adecuada.

El material fermentado es enviado a un tanque de almacenamiento hasta que puede ser usado como abono orgánico.

El biogás entra por unas tuberías donde se enfría y deshidrata.

Luego, pasa por el compresor que incrementa la presión del gas para ser utilizado en el motor de cogeneración.

En caso de producción excesiva de biogás puede quemarse con antorchas auxiliares.

El biogás finalmente se quema en el CHP que ha sido desarrollado para el uso con biogás.

De esta forma la electricidad generada se inyecta en un transformador a tensión de red permitiendo un consumo de la red pública.

Biogás doméstico:

El biogás doméstico proporciona una respuesta simple, eficiente y limpia, a la demanda de combustible para cocinar (incluso en la iluminación).

Por otra, a la valorización de los residuos orgánicos domésticos mediante la producción de un fertilizante orgánico de alto rendimiento.

El biogás domestico parte de la idea de darle a las bacterias un hábitat adecuado para sus procesos llamado biodigestor.

Así como una dieta diaria que consiste en desechos orgánicos: excrementos de animales o humanos, desechos de plantas, desechos de agro-alimentos.

Un biodigestor es un reservorio que contiene un medio de cultivo que produce biogás y un digestato (producto de la digestión de materia orgánica por bacterias).

El tiempo promedio de retención del material en el biodigestor está en el orden de 60 a 80 días.

La producción diaria de biogás depende no solamente de la naturaleza y la cantidad de sustrato disponible.

Sino que también de la temperatura del medio de cultivo. Una producción estable y satisfactoria oscila entre 20 y 30 ° C.

Ejemplo de producción de biogás según la naturaleza del sustrato:

  • Estiércol de cerdo: 35 litros por kg
  • Desperdicio de cocina: 140 litros por kg
  • Desperdicio de aceite de cocina: 900 litros por kg

Para una familia de 5, un biodigestor de 5 m3 es suficiente para producir biogás para cocinar la comida.

Este digestor debe ser alimentado todos los días con desechos orgánicos.

La eficiencia de una estufa de biogás es del 55%, 24% en un motor y 3% con una lámpara de gas.

En comparación, los paneles solares actuales tienen aproximadamente un rendimiento del 15%.

 Ventajas del uso del Biogás:

  • Reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y partículas finas a la atmósfera.
  • Así como de ciertos microbios en efluentes agrícolas (especialmente coliformes).
  • El riesgo de contaminación biológica u orgánica también se reduce en gran medida.
  • La fermentación disminuye el porcentaje de materia seca, para reducir el volumen a transportar y difundir;
  • También se puede inyectar en la red de gas natural después de la purificación.
  • Esta es la solución que ofrece la mejor eficiencia energética, si la red está lo suficientemente cerca del punto de producción.
  • Es una solución compatible con los operadores de redes, que están planeando gas verde incluso el 100% en 2050.

Biogás en el mercado español.

A nivel europeo, existen iniciativas destinadas a optimizar el proceso de producción y mejorar el control de generación de biogás.

A pesar de que muchos países de Europa tienen perspectivas muy positivas en lo que respecta a la producción de biogás, sorprende el lento crecimiento en España en la producción del biogás.

Aunque hay una gran cantidad de residuos agrícolas disponibles.

Hay dos razones por las cuales esta tecnología no ha logrado alcanzar la velocidad de desarrollo potencial.

El primero se refiere a la suspensión de las primas a las nuevas plantas a partir de fuentes renovables.

Lo cual, provocó que se ralentizara un gran número de plantas en construcción.

El segundo implica la necesidad de desarrollar legislación sobre estándares de calidad para la regulación del biogás.

Ésto, para permitir su uso mediante inyección de redes de gas natural, como en Alemania, Italia y Suecia.

Las asociaciones españolas de biogás defienden diversas medidas para apoyar al sector, por ejemplo:

*Los incentivos para la producción o la contabilidad de las emisiones de CO2 evitadas.

Conscientes del potencial del biogás, algunas empresas españolas como Endesa y Kern S & D están comenzando a ofrecer servicios en esta área.

PLANTAS DE BIOGÁS: COMPONENTES Y PUNTOS CRÍTICOS

Es bastante notorio que las plantas de biogás tengan unos diseños muy distintos, pero en conclusión mas facil se componen de las instauraciones de recepción de la biomasa, de los biodigestores o reactores donde es ahí que ocurre el proceso anaeróbico, de las estructuras de acumulamiento de biogás y del digestato, y de los equipos para la fabricacion de energía eléctrica o térmica

El biogás  Este bioenergético es una combinación de dióxido de carbono y metano. Es este empleado como combustible, posee un valor calorífico de 23 MJ/kg y tiene un potencial de calentamiento 25 veces mayor al dióxido de carbono (CO2).

Este modelo de energía renovable puede reemplazar a los combustibles fósiles y con él se puede cocinar, calentar y producir electricidad. Al igual también que el gas natural, el biogás nos permite fabricar electricidad a partir de motores de ignición interna enlazados a un generador.

Con un metro cúbico de biogás se puede:

  • Fabricar por lo menos 6 horas de luz, equivalente a un bombillo de 60 watts.
  • Poner a marchar a un refrigerador de 1 m3 de capacidad durante toda 1 hora.
  • Hacer marchar una incubadora de 1 m3 de capacidad durante media hora.
  • Hacer marchar un motor de 1 HP durante 2 horas exactas.

¿Qué son los biodigestores?

También dentro de este modelo de contenedores cerrados, herméticos e impermeables, se localiza la materia orgánica que nos permitirá fabricar biogás.

Se dice que muchas de las ventajas de estos sistemas son su escaso impacto en el ambiente, no requieren de tener que  utilizar a personal que sea altamente calificado y, asimismo, se consigue fertilizantes orgánicos que son reincorporados otra vez a la tierra.

Los países Alemania, China e India son varios de los países pioneros en incorporar este modelo de tecnología. También Latinoamérica, Brasil, Argentina, Uruguay y Bolivia ya ellos han demostrado avances importantes en su inclusión.

¿Cómo se construyen los biodigestores?

Este modelo de sistemas se pueden edificar con diferentes materiales acrílico fortificado con fibra de vidrio, hule o polietileno.

Los elementos en un reactor de las materias primas por ser digeridas, el contenedor de gas con los accesorios para salida de biogás, lo que es entrada o carga de materias orgánicas y la salida o descarga de materias orgánicas estabilizadas.

Hay distintos modelos de biodigestores; uno de estos son los sistemas de flujo discontinuo, semicontinuo y totalmente continuo.

Los biodigestores familiares de menor precio se emplean en varios países del Sureste asiático, de África y Latinoamérica. Son  también una alternativa energética eficaz y se aprovechan para cocinar o para fabricar electricidad.

¿Biogás y biometano, es lo mismo o no realmente?

El biometano se dice que es un gas proveniente de la purificación del biogás. La finalidad? El biogás se maximiza para que esté lo más cerca posible del llamado gas natural.

Esta es una energía renovable no fósil y se aprovecha como combustible o se inyecta en nuestra red de gas para la calefacción y cocina. El biometano igualmente se utiliza para fabricar electricidad pero, en esta ocasión, todavía no es muy rentable nada mas el 30% de eficiencia al transformar el gas en electricidad.

El biogás incluye 40 a 60% de metano más otros componentes como el agua, amoníaco, compuestos orgánicos volátiles o sulfuro de hidrógeno.

Este último nombrado hace que el biogás sea corrosivo y tóxico en caso de altos niveles. Es obligatorio un metodo de purificación para eliminar por completo el agua y el sulfuro de hidrógeno del biogás antes de la restauración, principalmente para evitar la rotura de los equipos de restauración motores y calderas.

El biogás generalmente se rescata en su lugar de fabricación , ya sea por ignición directa en una caldera o por cogeneración.

La fabricación de calor y electricidad. El módulo de cogeneración este consiste en un motor de gas que hace accionar un alternador para este fabricar electricidad, y un sistema de restauración de calor perdido por el bloque del motor y en los humos.

La cogeneración  también nos permite la valorización del 35 al 40% de la energía primaria del biogás en forma de electricidad, inclusive hasta el 85% del total, teniendo también en cuenta la restauración del calor fabricado por el módulo de cogeneración y las pérdidas de sistema.

 

  • Las calderas de combustión directa  : sin duda la parte más fácil de usar biogás, que se quema para la fabricación de calor en el lugar o se canaliza para su empleo final en forma de gas o calor.
  • Los motores de cogeneración de electricidad y calor  : este es el empleo de manera estándar de biogás en Francia, tiene buen rendimiento de fabricación de energía: cerca del 85%, con el 35% de la fabricación de electricidad y el 50% de la generación de calor.

Sin embargo, la restauración de calor sigue necesitando de la existencia de salidas cerca del lugar de generación del  biogás o limitadas en el momento.

  • Lo que son las turbinas de gas  : para las instauraciones con una gran capacidad de turbinas  instauradas, el biogás puede incinerarse en las turbinas de gas y así transformarse en electricidad; para diminutas energias, están disponibles “microturbinas”. La eficacia energética es baja de un30%, pero las turbinas necesitan relativamente menos cuidado que los motores.
  • La inyección en la red de gas natural  : el biogás se purifica y nutre luego designado biometano antes de ser este repartido en la red de gas natural y para los mismos empleamientos que este último como cocinar, calentar, o comprimido antes de ser usado como combustible para automóviles.

También la inyección de biometano está limitada por la tasa de consumo de gas natural de la red en verano  en los meses mayo-septiembre. El aprovechamiento de los proyectos puede verse afectados.

La elección del equipo

La elección del modo de restauración de potencia depende del contexto de fabricación de biogás , las condiciones de actividad, los sustratos tratados , etc. Es mejor irse por una solución de restauración donde el potencial energético del biogás se pueda emplear totalmente al máximo. Puede ser adecuado a una combinación de métodos de restauración, como electricidad e inyección.

 

 

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