INVESTIGACIÓN EN EXTREMADURA SOBRE OBTENCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE PURINES Y RESIDUOS AGROINDUSTRIALES

Transcripción

1 INVESTIGACIÓN EN EXTREMADURA SOBRE OBTENCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE PURINES Y RESIDUOS AGROINDUSTRIALES Taller demostrativo sobre el aprovechamiento energético de purines en Extremadura Jerónimo González Cortés Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera Mérida, diciembre 2010

2 BIOCOMBUSTIBLES - ABASTECIMIENTO ENERGÉTICO - GASES DE EFECTO INVERNADERO - SECTOR CON GRAN POTENCIAL DE GENERACIÓN DE EMPLEO

3 BIOCOMBUSTIBLES - DESARROLLO SOSTENIBLE. - ENERGÍA RENOVABLE - GENERACIÓN DE RIQUEZA Y EMPLEO EN ZONAS RURALES.

4 BIOCOMBUSTIBLES INFORME EMPLEO VERDE EN UNA ECONOMÍA SOSTENIBLE: AÑO 2020: Reducir 20% GEI 20% energías renovables Estrategia UE: Crear economía competitiva, conectada y más respetuosa con medio ambiente. España: 20,6% del total de empleos verdes se concentra en las energías renovables.

5 TIPOS DE BIOCOMBUSTIBLES - SÓLIDOS. Biomasa lignocelulósica procedente de residuos agrícolas, forestales y agroindustriales. Calor y electricidad. - LÍQUIDOS. Bioetanol y biodiésel. Transporte. - BIOGÁS. Purines. Residuos ganaderos, de la industria agroalimentaria, biomasa húmeda. Calor, electricidad y transporte.

6 BIOMASA DIGESTIÓN ANAEROBIA Centro de Investigación Agraria Finca La orden-valdesequera

7 ÍNDICE Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 1.DIGESTIÓN ANAEROBIA 2.PARÁMETROS A CONTROLAR 3.MÉTODOS DE MEDIDA 4.PRODUCCIÓN DE BIOGÁS

8 DIGESTIÓN ANAEROBIA

9 Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 1. DIGESTIÓN ANAEROBIA Ausencia de oxígeno. Tres rangos de temperatura º C º C º C PSICRÓFILO MESOFÍLICO TERMOFÍLICO Composición de biogás producido: (CH 4 :50-70%; CO 2 :30-50%; H 2 S, H 2, NH 3, N 2 :1-5%) Diferentes diseños de digestión: continuos, discontinuos, semicontinuos, con/sin recirculación, de dos etapas, de dos fases, horizontales, verticales, etc.

10 Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 1. DIGESTIÓN ANAEROBIA ETAPAS:Hidrolítica, Acidogénica-Acetogénica y Metanogénica Fases de la fermentación anaerobia y poblaciones de microorganismos Fuente: GIRO

11 Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 1. DIGESTIÓN ANAEROBIA BIOGÁS (medida diaria de volumen y composición) Residuos agroindustriales y ganaderos (CO-SUSTRATOS) Tª: 39º C Agitación: 40 rpm O 2 : ausencia Toma de Muestras: Seguimiento del proceso PRETRATAMIENTO: Homogeneización, Molienda. DIGESTATO

12 PARÁMETROS A CONTROLAR

13 PARÁMETRO VALORES ACEPTABLES VALORES ÓPTIMOS Agitación Constante Constante Pretratamiento Sí Sí Potencial redox (mv) < -300 < -350 ph 0 6-8,3 7,2-7,6 Temperatura (º C) Sólidos totales (%) Sólidos volátiles (%) - - Alcalinidad (mg CaCO 3 /L) >1,5 >2 C/N 15-30: :1 DQO/N/P - 500:5:1 Nutrientes e inhibidores Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 2. PARÁMETROS A CONTROLAR INICIALES 16:1 excrementos animales

14 Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 2. PARÁMETROS A CONTROLAR NUTRIENTES/INHIBIDORES VALORES LÍMITE Alcalinos y alcalinotérreos (mol/l) 0,1 Níquel (mg/l) 0,1 Sulfuros (mg/l) 200 NUTRIENTES VALORES LÍMITE Nitrógeno (g/kg SV) Fósforo (g/kg SV) Hierro (g/kg SV) 5-15 Molibdeno (nm) 10 Selenio - Riboflavina - Vitamina B12 - Cobalto (nm) ppm Cuando los metanogénicos no están aclimatados

15 Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 2. PARÁMETROS A CONTROLAR DURANTE EL PROCESO PARÁMETROS VALORES ÓPTIMOS Agitación Constante Potencial redox (mv) < -350 ph 6 Temperatura (ºC) 35 Sólidos totales (%) En descenso Sólidos volátiles (%) En descenso Alcalinidad (mg CaCO 3 /L) >2 DQO (mg/l) En descenso Nutrientes e inhibidores Fase ácida (2 semanas) -200 mv Comienza metanogénesis

16 Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 2. PARÁMETROS A CONTROLAR INHIBIDORES VALORES LÍMITE Acidez volátil (g ac. Acético/L) 3 Nitrógeno amoniacal (g N-NH 4 /L) 1,5 Amonio (mg/l) 100 Fenoles - Organoclorados - Algunos antibióticos - Oxígeno (mg/l) 1 Metales pesados - Sulfatos (g/l) 5

17 MÉTODOS DE MEDIDA

18 Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 3. MÉTODOS DE MEDIDA PARÁMETROS MÉTODO FRECUENCIA Agitación (rpm) Mecánico Constante Pretratamiento Homogeneización Inicial Potencial redox (mv) Electrodo redox Semanalmente ph Electrodo ph Semanalmente Temperatura (ºC) Electrónico Constante Sólidos totales (%) APHA, AWWA, WPCF (1992) Semanalmente Sólidos volátiles (%) APHA, AWWA, WPCF (1992) Semanalmente Alcalinidad (mg CaCO 3 /L) APHA, AWWA, WPCF (1992) Semanalmente DQO (mg/l) APHA, AWWA, WPCF (1992) Semanalmente Volumen de biogás (ml) Desplazamiento de agua Diaria Acidez Volátil (g ac. Acético/L) APHA, AWWA, WPCF (1992) Inicial/Final C/N Analizador elemental Inicial Nitrógeno amoniacal (mg/l) APHA, AWWA, WPCF (1992) Inicial/Final CH 4 (%) Cromatografía de gases Diaria

19 Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 4. PRODUCCIÓN DE BIOGÁS Métodos de medida de biogás Volumen de biogás: Desplazamiento de agua en la probeta Composición de biogás Analizador elemental (comparado cromatografía de gases)

20 PRODUCCIÓN DE BIOGAS

21 Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 4. PRODUCCIÓN DE BIOGÁS Producción obtenida de diferentes digestiones Purín(99%) Purín (90%) DIGESTIONES + + Purín Glicerina (1%) Cebolla (10%) Volumen Biogás (L) Volumen Metano (L) Tiempo (Días)

22 Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 4. PRODUCCIÓN DE BIOGÁS Cinética del proceso CH4 (ml Fase estacionaria oc t 24-oc t 29-oc t 03-nov 08-nov 13-nov 18-nov 23-nov 28-nov 03-dic 08-dic Fase de crecimiento 3 Fase de muerte Días

23 Centro de Investigación Agraria Finca La Orden-Valdesequera 4. PRODUCCIÓN DE BIOGÁS Cinética del proceso 1: Fase de crecimiento exponencial dn dt = µ N 2: Fase estacionaria 3: Fase de muerte dn dt dn dt = 0 = k N N: nº células/volumen µ y k: Constantes (tiempo -1 )

24 CARACTERIZACIÓN DE LA BIOMASA Análisis Elemental. Análisis del contenido en metales mediante un ICP.

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26 BIOGÁS Alemania 2009 Prev Nº plantas biogás Capacidad eléctrica instalada (MW) Electricidad producida (TWh) Empleos Fuente: Asociación Europea de Biogás

27 Ventajas de utilizar purines y residuos agroindustriales Reducción volumen: 50-80% Producción fertilizantes orgánicos, cerrando ciclo nutrientes Reducción emisiones gases efecto invernadero

28 Potencial de biogás en la UE Para 2020: 25 Mtoe. 10% del gas natural consumido en Europa. 2030: Potencial de 60 Mtoe de biogás de cultivos energéticos Alemania. Hasta plantas de biogás y 4800 Mwel de recursos agrícolas

29 Plantas de biogás Austria: 294 plantas de biogás en Tamaño medio de 260 kwel. (estructura descentralizada). Suecia: Biometano combustible vehículos. En vehículos con biogás/gas natural. Alrededor del 25% de la producción de biogás es utilizado en vehículos

30 Plantas de biogás Alemania: Regulaciones en la primas, desarrollo tecnológico, diferentes tecnologías (fermantación seca), bonus cultivos energéticos y aprovechamiento del calor. Materias primas: cultivos energéticos (46%), residuos ganaderos (23-24%), subproductos agrícolas (15%).

31 Ejemplos de plantas de biogás Thomas Karle-Kupferzell. Superficie agraria: 100 ha. Sustratos: Estiércol vacuno, ensilado maíz y avena Digestores 2 x 600 m3. 1 motor de gas 320 kwel. Y 2 turbinas gas (130 kwel) Calor sobrante: invernadero secado digestato.

32 Ejemplos de plantas de biogás Geveke-Westerstede. Superficie agraria: 80 ha. Sustratos: Estiércol vacuno, ensilado maíz y ensilado hierba Digestores 2 x 1000 m3. Post-digestor 1000 m3 1 motor de gas 500 kwel. Y 2 turbinas gas (130 kwel) Temp. Operación 48ºC.

33 Ejemplos de plantas de biogás Biomassehof Langeman. Superficie agraria: ha. Digestor en nave: 7 x 500 m3. Fermentación seca 3 motores de gas 180 kwel. c/u Producción eléctrica 4050 MWh (7500 horas operación año). Calor sobrante secado madera

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