PRODUCCIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DE BIOGAS

Transcripción

1 PRODUCCIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DE BIOGAS Dr. J. JESÚS PACHECO IBARRA jjpi15.pacheco@gmail.com jpacheco@umich.mx 1er Encuentro Regional de Energías Renovables Morelia, Mich., 9 y 10 de Septiembre de 2009

2 CONTENIDO INTRODUCCIÓN BIOMASA BIODIGESTORES BIOGAS PROCESO DE BIODIGESTIÓN ASPECTOS DEL DISEÑO DE BIODIGESTORES ACONDICIONAMIENTO DE BIOGAS USOS DEL BIOGAS

3 INTRODUCCIÓN LA SOCIEDAD ACTUAL DEMANDA Y UTILIZA GRANDES CANTIDADES DE ENERGÍA DESTINADAS A HACER FUNCIONAR LAS MÁQUINAS, TRANSPORTAR MERCANCÍAS Y PERSONAS, PRODUCIR LUZ, CALOR O REFRIGERACIÓN, ETC. EN UN PRINCIPIO, LOS COSTOS DEL CONSUMO DE LA ENERGÍA PRIMARIA, PRINCIPALMENTE COMBUSTIBLES DE ORIGEN FÓSIL, ERAN IRRELEVANTES APARENTEMENTE. SIN EMBARGO, HOY EN DÍA LA PREOCUPACIÓN POR LOS ALTOS COSTOS DEL CONSUMO ENERGÉTICO Y EL DAÑO SEVERO CON EL MEDIO AMBIENTE, NOS OBLIGA A RECAPACITAR Y BUSCAR OTRAS ALTERNATIVAS QUE AUNQUE NO SEAN AÚN ECONOMICAMENTE VIABLES, SI LO SON DESDE EL PUNTO DE VISTA AMBIENTAL, TALES ALTERNATIVAS SON LAS ENERGÍAS RENOVABLES.

4 (Mtoe) INTRODUCCIÓN Suministro mundial energía primaria : incremento del 81% FUENTE: IEA, KWES, 2002

5 INTRODUCCIÓN AÚN, EN EL 2000 SE CONSUMIO EL 79.5 % DE E. PRIMARIA FUENTE: IEA, KWES, 2002

6 Previsiones demanda mundial energía primaria INTRODUCCIÓN LA ORGANIZACIÓN PARA LA COOPERACIÓN Y EL DESARROLLO ECONÓMICO, AGRUPA A LOS PAÍSES MÁS AVANZADOS Y DESARROLLADOS DEL PLANETA IEA, WEO, 2000

7 INTRODUCCIÓN DEBIDO A LO ANTERIOR ES URGENTE DESARROLLAR NUEVAS ALTERNATIVAS ENERGÉTICAS, A GRAN ESCALA Y ECONOMICAMENTE VIABLES. EN ESTE SENTIDO, LAS ENERGIAS RENOVABLES, POR BIOMASA, PUEDEN LLEGAR A SATISFACER PARTE DE LOS REQUERIMIENTOS ENERGÉTICOS DE LA SOCIEDAD ACTUAL.

8 BIOMASA conjunto de materia orgánica renovable de origen vegetal, animal o procedente de la transformación natural o artificial de la misma. La energía de la biomasa corresponde entonces a toda aquella energía que puede obtenerse de ella, bien sea a través de su quema directa o su procesamiento para conseguir otro tipo de combustible.

9 BIOMASA (USOS) GASIFICACIÓN: ES LA TERMOCONVERSIÓN DE UN SÓLIDO EN UN GAS COMBUSTIBLE. Este gas se obtiene en el interior de un reactor especialmente diseñado, donde se provocan diversas reacciones químicas en cadena. Como resultado se obtiene un gas combustible de bajo poder calorífico entre 5000 Y 5800 KJ/Kg ( Kcal/Kg) con los siguientes componentes: La gasificación es teóricamente extrapolable a todo tipo de residuos que contengan carbono

10 BIOMASA (USOS) BIODIGESTION: Se lleva acabo través de procesos de fermentación anaeróbica en recipientes herméticos (en ausencia de oxigeno) llamados Reactores Anaeróbicos ó Biodigestor. Los reactores anaeróbicos, transforman la materia orgánica-biológica, en un gas combustible de elevada composición en metano, dejando como subproductos residuos inofensivos y de elevado poder nutritivo.

11 BIODIGESTORES Un biodigestor es un contenedor que produce biogás y abono natural a partir de la biomasa, principalmente excrementos (animales y humanos) y desechos vegetales. Se trata de un sistema sencillo y económico que recicla los residuos orgánicos convirtiéndolos en energía y fertilizantes para usos agrícolas, ideal para comunidades rurales y países en vías de desarrollo.

12 BIODIGESTORES Un aspecto muy importante es que los biodigestores cumplen una función ecológica como: Reciclar totalmente los desechos a un costo muy bajo Protección del suelo (al producir abonos de gran calidad) Protección del agua (al evitar verter residuos orgánicos) Protección del aire (al reducir las emisiones de CH 4 (metano), reduciéndose así el efecto invernadero) La reducción de la deforestación (al ser el biogás un combustible que posibilita la sustitución de la madera en el uso doméstico).

13 BIOGAS Es el producto principal de la digestión anaerobia. Componentes del Biogás Existen otros componentes en cantidades muy pequeñas conocidas como traza estos componentes son bencenos, toluenos y bisulfatos. Fuente: SEISA-CONAE, 2005

14 BIOGAS Diferentes gases Concentración CH vol % CO vol % H 2 O 2-7 vol % NH 3 < 50 ppm H 2 S 20 ppm-2 vol % N 2 < 2 vol % O 2 < 2 vol % H 2 < 1 vol % El metano, principal componente del biogás, es el gas que le confiere las características combustibles al mismo. El valor energético del biogás por lo tanto estará determinado por la concentración de metano: Alrededor de MJ/m3, comparado con MJ/m3 para el gas natural (Werner et al 1989).

15 PROCESO DE BIODIGESTIÓN La digestión anaerobia tiene lugar en tres etapas generales: 1) Los componentes de alto peso molecular, tales como las proteínas y los polisacáridos, son degradados en sustancias solubles de bajo peso molecular tales como aminoácidos y azúcares, esta etapa es a veces llamada "fase de licuefacción". 2) Los nutrientes orgánicos son convertidos en ácidos menos grasos en una fase de "fermentación ácida", la cual baja el ph del sistema, llamada etapa fermentativa o acidogénica. 3) En la fase de "fermentación de metano" o "metanogénica", los ácidos orgánicos son convertidos en metano, dióxido de carbono y una pequeña cantidad de hidrógeno.

16 PROCESO DE BIODIGESTIÓN

17 ASPECTOS DEL DISEÑO DE BIODIGESTORES El límite máximo de la concentración en sustancia seca del sub-estrato llega aproximadamente al 12 %. Trabajar con concentraciones superiores resulta prácticamente imposible debido a la dificultad del bombeo o a la formación de costras que imposibiliten la salida del biogás El límite mínimo de sustancia seca indicativamente debe ser al 2%. Evitando con esto el poco alimento de las bacterias Para efectuar el llenado del biodigestor se procura siempre que los sólidos dentro del digestor se encuentren entonces en el rango de 7 a 9%. Se recomienda mantener un PH alrededor de 7 Es muy importante que durante el proceso de llenado del biodigestor, a partir del nivel referido, se mantenga abierta la válvula de salida del gas, de manera que escape todo el aire contenido en su interior en la medida en que se va llenando hasta alcanzar su nivel máximo de agua.

18 ASPECTOS DEL DISEÑO DE BIODIGESTORES Se recomienda inocular el biodigestor en el arranque Uno de los factores más importantes en el funcionamiento dela digestión es la relación C/N. la cual se recomienda conservar en el rango de 30:1. Los alimentos principales de las bacterias anaeróbicas son el carbono (en la forma de carbohidratos) y el nitrógeno (en proteínas, nitratos, amoníaco, etc). El carbono se utiliza para obtener energía y el nitrógeno para la construcción de estructuras celulares. Las bacterias utilizan carbono con una rapidez de unas treinta veces mayor que su uso de nitrógeno. En cuanto a la temperatura, para que las bacterias digestivas trabajen con la mayor eficiencia, se recomienda una temperatura de 36 C. Se recomienda tener un sistema de agitación

19 ACONDICIONAMIENTO DE BIOGAS La presencia de ácido sulfhídrico (H 2 S) en el biogás, aun cuando puede ser inferior a 1%, resulta una dificultad cuando se trata de utilizar el biogás en motores, refrigeradores, calentadores u otros dispositivos metálicos que pueden ser afectados por este gas corrosivo. El ácido sulfhídrico puede ser removido o controlado utilizando trampillas que utilicen materiales ferrosos

20 ACONDICIONAMIENTO DE BIOGAS El ácido sulfhídrico (H 2 S) es un gas inflamable, incoloro con un olor característico a huevos podridos. Se le conoce comúnmente como ácido hidrosulfúrico o gas de alcantarilla. El ácido sulfhídrico es extremadamente nocivo para la salud, bastan ppm en el aire para causar un malestar agudo que lleva a la sofocación y la muerte por sobrexposición. El sistema más utilizado para su eliminación es hacer pasar el gas por un filtro que contiene hidróxido de hierro. El H 2 S del gas se combina con el hierro formando sulfuro de hierro. PPM de H 2 S en motores: 24-30

21 ACONDICIONAMIENTO DE BIOGAS ALGUNOS FABRICANTES RECOMIENDAN QUE LAS PPM DE H 2 S EN LOS MOTORES NO EXCEDA DE LAS PPM DE H 2 S ENCONTRADAS EN BIODIGESTORES QUE TRABAJAN CON EXCRETAS DE PUERCO OSCILAN ENTRE 350 O MÁS DEPENDIENDO DE LA BIOMASA UTILIZADA, LAS PPM DE H 2 S PUEDEN OSCILAR ENTRE 120 Y 400, LO CUAL HACE NECESARIO EL CONDICIONAMIENTO PARA SU USO EN MOTORES O CUALQUIER OTRA APLICACIÓN DONDE AL BIOGAS TENGA CONTACTO CON METALES.

22 USOS DEL BIOGAS En principio el biogás puede ser utilizado en cualquier equipo comercial diseñado para uso con gas natural. BIOGAS CO- GENERACIÓN QUEMADORES - ESTUFAS MOTORES ELECTRICIDAD CALOR ILUMINACIÓN POTENCIA MECÁNICA

23 USOS DEL BIOGAS VENTAJAS DEL USO DEL BIOGAS Ventajas energéticas: es una fuente de energía renovable, de uso eficiente (cogeneración) y de generación distribuida que fomenta el desarrollo rural y la valorización de los residuos. Ventajas ambientales: la reducción de gases de efecto invernadero, la descontaminación de los residuos y la reducción de la emisión de contaminantes al suelo, aire y agua. Ventajas agrícolas: El subproducto de la generación de biogás es un fertilizante natural. El lodo producido en el proceso genera un efluente rico en nutrientes como nitrógeno, fósforo, potasio o magnesio, que son aprovechados directamente por las plantas. Ventajas sociales: Permite el autoabastecimiento de energía, siendo ideal para el desarrollo de proyectos energéticos en comunidades rurales aisladas de los servicios de distribución eléctrica convencional

24 USOS DEL BIOGAS Un metro cúbico de biogás totalmente combustionado es suficiente para: Generar 1.25 kw/h de electricidad. Generar 6 horas de luz equivalente a un foco de 60 Watt. Poner a funcionar un refrigerador de 1 m 3 de capacidad durante 1 hr. Hacer funcionar una incubadora de 1 m 3 de capacidad durante 30 min. Hacer funcionar un motor de 1 HP durante 2 hrs. Además, Se estima que un 1 m 3 de biogás utilizado para cocinar evita la deforestación de ha de bosques con un promedio de 10 años de vida de los árboles, [Sasse 1989].

25 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION!!!!!!! PREGUNTAS O COMENTARIOS?