Biogas injection into natural gas grid and use as vehicle fuel by upgrading it with a novel CO 2 capture and storage technology.

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1 Biogas injection into natural gas grid and use as vehicle fuel by upgrading it with a novel CO 2 capture and storage technology. Inyección de biogás a la red de gas natural y su uso como combustible para vehículos mediante la utilización de un sistema novedoso de captura de CO 2 y su tecnología de almacenamiento.

2 01 02 BACKGROUND AND AIMS ANTECEDENTES Y FINES OBJETIVE OBJETIVOS CONCEPT CONCEPTO 04. METHODOLOGY MÉTODO RESULTS RESULTADOS 06. PARTNERS SOCIOS

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4 01 BACKGROUND AND AIMS The reduction of 20% in the CO 2 emissions, raising the share of EU energy consumption produced from renewable resources to 20% and a 20% improvement in the EU s energy efficiency are the three key objectives of the European Commission`s energy policy for In order to achieve this aim the EU considers essential the development of renewable energies as a clear alternative to replace fossil fuels. For this purpose, the LIFEBIOGRID European project has been developed: a highly innovative energy project that combines biogas production with carbon capture and storage technology. The project demonstrates the concept called Carbon-negativebio-energy. Biogas, which is obtained from organic waste, is purified through a combination of biological and cryogenic technologies to obtain BIOMETHANE : a renewable energy similar to natural gas that can be used both as a non-pollutant fuel and also to be injected into the Spanish natural gas grid. 04

5 ANTECEDENTES Y FINES 01 Reducir un 20% las emisiones de CO 2, aumentar la participación de las energías renovables en un 20% y mejorar la eficiencia energética global en un 20% para el año 2020 constituyen los tres objetivos centrales de la política energética de la Comisión Europea. Para lograr estos fines, la Unión Europea considera esencial desarrollar las energías renovables como alternativa viable para sustituir los combustibles fósiles. Para este propósito, se ha desarrollado el proyecto europeo LIFEBIOGRID: un proyecto energético altamente innovador que combina producción de biogás con la captura y almacenamiento de Carbono (CCS). El proyecto demuestra el concepto de Carbon-negative-bioenergy. El biogas, que se obtiene de residuos orgánicos, es purificado a través de una combinación de tecnologías criogénicas y biológicas para obtener BIOMETANO : un gas de origen renovable similar al gas natural que puede ser utilizado como bio-carburante y también inyectado en la red de gas natural 05

6 02 OBJECTIVE The goal of this project is to demonstrate the feasibility of producing a renewable natural gas (biomethane) from biogas, coupling biogas production with an innovative biogas upgrading system. Biomethane is used as vehicle fuel and injected into the natural gas grid. This system is based on the combination of biological and cryogenic technologies to capture and storage the CO 2 in the biogas and to remove other contaminants (H2S, volatiles, moisture). This upgrading process is an alternative to the CO 2 capture technologies currently available which have substantial capital, operating and maintenance costs. The biomethane generated is used directly as vehicle fuel in a natural gas truck and it is also injected into the natural gas grid. 06

7 02 OBJETIVO El objetivo del proyecto es demostrar la viabilidad de la producción de gas natural renovable (biometano) a partir de biogás mediante un novedoso sistema de depuración que mejora su calidad. El biometano es usado como combustible vehicular y es inyectado en la red de gas natural. El sistema se basa en la combinación de tecnologías biológicas y criogénicas para la captura y el almacenamiento de CO2 del biogás y la eliminación de otros contaminantes (H2S, volátiles, humedad). El biometano generado se ha usado directamente como carburante en un camión de gas natural comprimido y ha sido también inyectado en la red de distribución de gas natural. 07

8 03 CONCEPT At an anaerobic digestion plant, located in Almazán, in the province of Soria in the centre of Spain, the LIFEBIOGRID project generates biogas from organic waste and pig manure transforming the organic matter in absence of oxygen. A powerful biofertiliser called digestate is also produced. BIOGAS Anaerobic Digestion Plant DIGESTATE CO 2 Cryogenic Biogas Upgrading System ALGAE BIOMASS Algae System BIOMETHANE Portable Injection System Fuelling Station VEHICLE FUEL Gasgrid Injection point CNG Truck Then, through a cryogenic process the biogas is purified in the Gastreament Power Package (GPP), capturing Carbon dioxide and completely eliminating all the pollutants from biogas. Once it is purified, a high quality biomethane and pure CO 2 are obtained. Pure CO 2 and digestate obtained from the previous anaerobic process are used as nutrients for the growth of algae in the so called Pilot Algae Plant (PAP). This process generates algae biomass with many applications such as codigestion substrate, thus increasing the performance of biogas production. Meanwhile, the biomethane obtained is compressed at 250 bar and stored in a fuelling station from which a compressed natural gas (CNG) lorry is filled, as well as a portable injection system fixed to the truck. This system also injects biomethane into the distribution natural gas network. The same compressed natural gas (CNG) truck runs on biomethane as fuel to fill its tank (50 m3n)and then tests it in order to verify that the gas obtained is an optimum fuel. It is actually a virtual station; this injection system allows it to transport 300 Normal cubic metres of biomethane to the Natural Gas Distribution Metering and Regulating Station (MRS), located in the town of Ólvega, 63 Km from Almazán. At this location the biomethane is injected into the natural gas grid. 08

9 03 CONCEPTO En una planta de digestión anaerobia, que se encuentra en Almazán, provincia de Soria en el centro de España, el proyecto LIFEBIOGRID genera biogás a partir de residuos orgánicos y purines de cerdo transformando la materia orgánica en ausencia de oxígeno. También se produce un bio-fertilizante llamado digestato. BIOGAS Planta de Digestión Anaeróbica DIGESTATO CO 2 sistema de limpieza de biogás criogénico BIOMASA ALGAL Sistemas de Algas BIOMETANO Sistema de Inyección Portatil Estación de Servicio VEHICLE FUEL Punto de Inyección a la Red de Gas natural Camión de CNG Entonces, a través de un proceso criogénico el biogás es purificado en el Gastreament Power Package (GPP), capturando el dióxido de carbono y eliminando por completo todos los contaminantes del biogás. Una vez es purificado, se obtienen un biometano alta calidad y CO 2 puro. El CO 2 puro y el digestato obtenido del proceso de digestión anaerobia se utilizan como nutrientes para el crecimiento de algas en la Planta de Algas Piloto (PAP). Este proceso genera biomasa algal con muchas aplicaciones tales como co-sustrato de la digestión, aumentando así el rendimiento de la producción de biogás. Mientras tanto, el biometano obtenido se comprime a 250 bar y se almacena en una estación de servicio a través de la cual se llena un camión de gas natural comprimido (GNC), así como un sistema portátil de inyección fijado al camión. Este sistema inyecta también biometano en la red de distribución de gas natural. El mismo camión de gas natural comprimido (GNC) utiliza biometano como combustible. A tal fin, se llena su depósito de combustible (50 Nm3 de capacidad) para verificar que el biometano obtenido es un carburante óptimo. Se trata en realidad de una estación virtual; este sistema de inyección permite el transporte de 300 metros cúbicos normales de biometano a la Estación de Regulación y Medida de gas natural (ERM), que se encuentra en la localidad de Ólvega, a 63 km de Almazán. En este lugar el biometano se inyecta en la red de distribución de gas natural. 09

10 METHODOLOGY METÓDO BIOGAS PRODUCTION PLANT/ PLANTA DE PRODUCCIÓN DE BIOGAS Biogas is generated in an anaerobic digestion plant, located in Almazán (Spain), which manages pig manure and other organic wastes. The anaerobic digestion is a biological process that transforms the organic matter in absence of oxygen, obtaining biogas and a bio-fertilizer, called digestate. The biogas flow used for the BIOGRID project is 10 m3n /h. El biogás es generado en una planta de digestión anaerobia, situada en Almazán (España), que gestiona purines de cerdo y otros residuos orgánicos. La digestión anaerobia es un proceso biológico que transforma la materia orgánica en ausencia de oxígeno, obteniendo biogás y un bio-fertilizante, llamado digestato. El flujo de biogás utilizado para el proyecto BIOGRID son 10 Nm3/h. 10

11 BIOGAS UPGRADING PLANT/ PLANTA DE DEPURACIÓN DE BIOGÁS Consists of the integration of two prototypes: Consta de la integración de dos prototipos: Pilot Algae Plant (PAP) where the pure CO 2 from the cryogenic system and the digestate produced in the anaerobic digestion process is used as nutrient for growing the algae. As by product, the process generates algae biomass with many applications such as co-digestion substrate. The Gastreatment Power Package (GPP) system is a cryogenic system that upgrades the biogas coming from the biogas production plant capturing the CO 2 and removing the rest of the contaminants. In this plant the biogas is chilled in four steps to obtain a high quality biomethane and pure CO 2 as by-product which feeds the algae system. Planta de Algas Piloto (PAP) donde el CO 2 puro del sistema criogénico y el digestato producido en el proceso de digestión anaerobia se usan como nutrientes para el crecimiento de algas. Como subproducto el proceso genera biomasa algal con muchas aplicaciones tales como sustrato de co-digestión. El sistema Gastreatment Power Package (GPP) es un sistema criogénico que depura el biogás proveniente de la planta de producción de biogás capturando el CO 2 y eliminando el resto de contaminantes. En esta planta el biogás es enfriado en cuatro etapas para obtener un biometano de alta calidad y CO 2 puro como subproducto que se alimenta al sistema de algas. FUELLING STATION/ESTACIÓN DE SERVICIO The biomethane obtained is compressed to 250 bar and stored in a fuelling station. The fuelling station consists on a natural gas compressor, a storage system capable of storing 545 m3n of biomethane at 250 bar and a dispenser for the fast filling of the vehicles. From this fuelling station a natural gas truck is refilled at 200 bar. El biometano obtenido se comprime a 250 bar y se almacena en una estación de servicio. La estación de servicio consiste en un compresor de gas natural, un sistema de almacenamiento capaz de almacenar 545 Nm3 de biometano a 250 bar y un dispensador para la carga rápida de vehículos. Desde esta estación de servicio se llena el camión de gas natural a 200 bar. 11

12 BIOMETHANE AS VEHICLE FUEL / BIOMETANO COMO COMBUSTIBLE VEHICULAR One Compressed Natural Gas (CNG) truck has been successfully tested with biomethane as fuel. Se ha probado con éxito un camión de gas natural comprimido (GNC) alimentado con biometano como combustible. 12

13 BIOMETHANE DISTRIBUTION/ DISTRIBUCIÓN DE BIOMETANO The biogas is upgraded to the specifications required by the legislation for adding it to the natural gas grid. The biomethane is also used to fill a portable injection system fixed to the truck in order to store and transport the biomethane to a point where it can be injected into the natural gas network. This concept is called the virtual station and the capacity of the injection system is 300 m3n of biomethane. The portable injection system is transported to a Regulating and Metering Station (RMS) located in the town of Ólvega (63 km away from Almazán) where the biomethane is injected in to the natural gas grid. The transport is done by the natural gas truck which uses biomethane as fuel. El biogás se depura a las especificaciones requeridas por la legislación para su inyección a la red de gas natural. El biometano también se utiliza para llenar un sistema portátil de inyección fijado al camión con el fin de almacenar y transportar el biometano a un punto en el que se puede inyectar en la red de gas natural. Este concepto se denomina estación virtual y la capacidad del sistema de inyección es de 300 Nm3 de biometano. El sistema de inyección portátil se transporta a una Estación de Regulación y Medida (ERM), ubicado en la localidad de Ólvega (a 63 km de Almazán), donde se inyecta el biometano en la red de gas natural. El transporte se realiza por el camión de gas natural que utiliza biometano como combustible. GIJÓN BILBAO SORIA ZARAGOZA ÓLVEGA ALMAZÁN BARCELONA MADRID 13

14 RESULTS RESULTADOS TECHNICAL RESULTS - We have been able to present the first vehicle in Spain that works on biomethane or renewable natural gas and also the first injection of biomethane into the Spanish natural gas distribution network. - We have proved the carbon-negative-bio-energy concept. - The feasibility of growing algae with CO 2 has been demonstrated and likewise digestate from the anaerobic digestion plant and the use of the algae biomass produced as substrate in the anaerobic digestion enhance biogas production. - The project proves the fact that we can produce alternative natural gas at a local level, thus helping to reduce foreign energy dependence or the dependency of other more pollutant sources of energy. - We have demonstrated the high grade of replication of this concept in other plants. - It is an effective alternative to other CO 2 capture and storage systems (CCS) that have higher operation and maintenance costs. 14

15 RESULTADOS TÉCNICOS - Hemos conseguido el primer vehículo en España que utiliza biometano o gas natural renovable como combustible y también la primera inyección de biometano en la red de distribución de gas natural española. - Hemos probado el concepto de carbon-negative-bio-energy - Se ha demostrado la viabilidad del cultivo de algas con el CO 2 y el digestato del proceso de digestión anaerobia y el uso de biomasa algal como sustrato en la digestión anaerobia para incrementar la producción de biogás. - El proyecto prueba el hecho de que se puede producir un gas natural alternativo de manera local, contribuyendo a la reducción de la dependencia energética del exterior o la dependencia de otras fuentes de energía más contaminantes. - Hemos demostrado el alto grado de replicación de este concepto en otras plantas. - Se trata de una alternativa eficaz a otros sistemas de captura y almacenamiento de CO 2 (CCS) que tienen mayores costes de operación y mantenimiento. 15

16 ENVIRONMENTAL ASSESSMENT / EVALUACIÓN AMBIENTAL The environmental assessment of the BIOGRID project has been carried out by using the Life cycle assessment (LCA), which follows the international regulations ISO14040 and ISO LCA have been done: LCA injection of biomethane into natural gas grid and LCA biomethane as transport fuel. La evaluación medioambiental del proyecto BIOGRID se ha realizado utilizando el Análisis del Ciclo de Vida (ACV), que si rige por las regulaciones internacionales ISO14040 e ISO Se han hecho 2 ACV: ACV de la inyección de biometano en la red de gas natural y ACV del biometano como combustible vehicular. LCA INJECTION OF BIOMETHANE INTO NATURAL GAS GRID / ACV DE LA INYECCIÓN DE BIOMETANO EN LA RED DE GAS NATURAL The results for the life cycle assessment (LCA) of the system confirmed the negative total impact of the BIOGRID process, in terms of the kg of CO 2 eq. The LCA has verified the carbon-negative-bio-energy concept of the project. Los resultados de la evaluación del ciclo de vida (ACV) del sistema confirmaron el impacto total negativo del proceso BIOGRID, en función de los kg de CO 2 equivalentes. El LCA ha comprobado el concepto de carbon-negative-bio-energy del proyecto. 16

17 The use of the biomethane obtained in the process represents 52% of environmental benefit comparing with fossil natural gas. El uso del biometano obtenido en el proceso representa el 52% de beneficio ambiental en comparación con el gas natural de origen fósil. LCA BIOMETHANE AS TRANSPORT FUEL/ ACV DEL BIOMETANO COMO COMBUSTIBLE VEHICULAR. The use of the biomethane as transport fuel has a positive environmental impact but the impact from the BIOGRID process represents 50% of environmental benefit comparing with other alternative fuels in terms of the kg eq of CO 2 per km. El uso del biometano como combustible vehicular tiene un impacto ambiental positivo, pero el impacto del proceso de BIOGRID representa el 50% del beneficio ambiental comparando el uso de biometano con el uso de otros combustibles alternativos, en términos de kg de CO 2 equivalentes por km. 17

18 ECONOMIC ASSESSMENT From an economic point of view, the developed system (10 m3n/h) in the BIOGRID project, as it is a prototype; it is not profitable at all. However, a larger Biogas Plant-size (500 m3n/h) and a closer proximity to the distribution natural gas network, they could make the system be profitable. Moreover, taking these considerations into account, some Biomethane Feed-in Tariff at least 17 /MWh will continue to be necessary to make the profitability of the system be interesting in order to attract potential investors, as described in the Business Case developed. EVALUACIÓN ECONÓMICA Bajo un punto de vista económico, el sistema desarrollado en el proyecto BIOGRID (10 Nm3/h), dado que es un prototipo, no es rentable en absoluto. Sin embargo, un mayor tamaño de Planta (500 Nm3/h) y una mayor cercanía a la red de distribución de gas natural podrían llegar a hacer rentable el sistema. Ahora bien, aunque tengamos en cuenta dichas consideraciones, unas primas a la producción de Biometano de al menos 17 /MWh seguirán siendo necesarias para hacer que dicha rentabilidad pueda ser interesante de cara a un potencial inversor, tal y como se describe en el modelo de negocio desarrollado. 18

19 PARTNERS SOCIOS The BIOGRID project is supported by prestigious companies in the energy sector: El proyecto BIOGRID se apoya en empresas de prestigio en el sector energético: EDP NATURGAS ENERGÍA: A leading energy group in the energy market in Spain. It is the project coordinator and is responsible for the testing of biomethane as fuel, as well as for the injection of biomethane into the natural gas grid. Un grupo energético líder en el mercado de la energía en España. Es el coordinador del proyecto y es responsable de las pruebas de biometano como combustible vehicular, así como de la inyección de biometano en la red de gas natural. BIOGAS FUEL CELL: A Small & Medium-size Spanish Enterprise responsible for the production of biogas from organic waste as well as for the testing of the algae system. Una PYME española responsable de la producción de biogás a partir de residuos orgánicos, así como de los ensayos del sistema de algas. GASTREATMENT SERVICES: A Small & Medium-size Dutch Enterprise in charge of biogas purification through cryogenic systems to produce biomethane. Una PYME holandesa encargada de la purificación del biogás a través de un sistema criogénico para la obtención de biometano. 19

20 CONTACT Dr. Angel María Gutiérrez EDP Naturgas Energía General Concha, Bilbao, Spain Tel With the contribution of the LIFE+ financial instrument from the European Union Con la contribución del instrumento financiero LIFE+ de la Unión Europea

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