Potencial de la producción de biogás

Transcripción

1 Potencial de la producción de biogás Energía a partir de biomasa POTENCIAL TEÓRICO POTENCIAL DISPONIBLE POTENCIAL TÉCNICO POTENCIAL ECONÓMICO POTENCIAL IMPLEMENTABLE 1

2 Clasificación de los distintos tipos de biomasa disponibles Biomasa seca Forestal Agroindustria Desechos de plantaciones Desechos de poda y maleza Residuos de matadero Grasas y aceites Lodos PTA Residuos sólidos urbanos (RSU) Estiércol avícola Biomasa húmeda Residuo industrial líquido (RIL) Aguas residuales domésticas Estiércol vacuno Estiércol porcino Factores de conversión (materia orgánica seca) RILes 500 m3 biogás/ton DQO degradado 0,60 Desmal. y poda 270 m3 biogás/ton residuo 0,70 Cultivos de temp. Trigo 500 m3 biogás/ton materia orgánica 0,60 Maiz 700 m3 biogás/ton materia orgánica 0,60 Papa 700 m3 biogás/ton materia orgánica 0,60 Raps 200 m3 biogás/ton materia orgánica 0,60 Remolacha 500 m3 biogás/ton materia orgánica 0,60 Agroindustria Vitivinícola 700 m3 biogás/ton materia orgánica 0,62 Cervecera 700 m3 biogás/ton materia orgánica 0,63 Láctea 500 m3 biogás/ton materia orgánica 0,60 Conservera 510 m3 biogás/ton materia orgánica 0,60 Bebidas de infusión 330 m3 biogás/ton materia orgánica 0,60 Mataderos 430 m3 biogás/ton materia orgánica 0,65 RSU 850 m3 biogás/ton materia orgánica 0,50 Grasas 430 m3 biogás/ton materia orgánica 0,70 Estiércol vacuno 500 m3 biogás/ton DQO degradado 0,60 Trat. aner. ARU 480 m3 biogás/ton DQO degradado 0,63 Lodos PTA 550 m3 biogás/ton materia orgánica 0,62 Estiérol avícola 520 m3 biogás/ton DQO degradado 0,58 Estiércol porcino 480 m3 biogás/ton DQO degradado 0,62 2

3 Combustible 100% Gases ºC 20 30% Electricidad 30 40% Sistema de enfriamiento del motor T < 50ºC 5% T < 100ºC 20 30% 3

4 vapor Agua de alimentación Gases de escape Caldera recuperadora (10 bar) y economizador Electricidad Intercambiador de calor de placas radiador Agua 15ºC Eficiencia de conversión a energía eléctrica: 38% Poder calorífico del biogás promedio: 5750 kcal/m 3 Energía eléctrica a partir de biogás: 2.54 kwh/m 3 Energía térmica recuperada a partir de los gases de combustión: 1.38 kwh/m3 Energía por calentar agua de enfriamiento: 1.94 kwh/m 3 Energía total obtenible: 5.86 kwh/m 3 4

5 CÁLCULO DE GENERACIÓN A PARTIR DE BIOGÁS m3 biogás/año generados m3 biogás/año disponibles potencia instalada 2000 kwe eficiencia del motor 42% % 28% 28% rendimiento térmico 22% % 15% 15% contenido de metano 63% % 72% 72% Poder Cal metano 35,98 MJ/Nm3 35,98 35,98 9,99 kwh/nm3 9,99 9,99 Poder Cal biogás 6,30 kwh/nm4 7,20 7,20 hs de plena carga anual 7884 h/año En. Eléctrica cogenerada kwhe/año Generación térmica kwh/año consumo de biogás m3/año m3/h tasa de cambio costo motor 438 U$S/kWe costo motor U$S conexión a la red U$S costo digestor y equipos U$S costo de edificación U$S costo de conexión a red de vapor U$S costos planificación etc U$S costos de inversión U$S U$S/kWe matenimiento del motor 0,0107 U$S/kWe 0,0284 0, U$S/año mantenimiento de equipos U$S/año 24% % % costo personal operativo 8 U$S/h U$S/año 4% % % vida útil 15 años interés anual 10% % 10% 10% costo de capital U$S/año 72% % % costos operacionales U$S/año ,068 U$S/kWhe 0,419 0,324 1,37 $/kwhe 8,39 6,49 tarifa media 1,57 $/kwhe 5

6 Potencia instalada 2000 kw costo motor conexión a la red costo digestor y equipos costo de edificación costo de conexión a red de vapor costos planificación etc. costos anuales U$S/kWh + calor aprovechado mantenimiento personal costo de capital Potencia instalada 25 kw costo motor conexión a la red costo digestor y equipos costo de edificación costo de conexión a red de vapor costos planificación etc. costos anuales 0.42 U$S/kW + calor aprovechado mantenimiento personal costo de capital 6

7 Aprovechamiento energético en destilería de alcohol carburante a partir de caña (tomado de Van Haandel, 2004) Alcohol (1m 3 ) 40 DESTILERÍA 100 PLANTACIÓN DE CAÑA (0.2Há) vapor 24 Bagazo Vinaza 12 GENERADOR CALDERA 24 Alcohol (1m 3 ) 40 vapor Bagazo DESTILERÍA Vinaza MWh 1.0 MWh GENERADOR GENERADOR metano calor UASB SEDIMENTADOR CALDERA SECADOR calor PLANTACIÓN DE CAÑA (0.2Há) Nutrientes, alcalinidad 7

8 Alcohol (1m 3 ) vapor 40 Bagazo DESTILERÍA Vinaza MWh 0.5 MWh GENERADOR GENERADOR UASB SEDIMENTADOR calor metano metano CALDERA SECADOR DIGESTOR calor PLANTACIÓN DE CAÑA (0.2Há) Nutrientes, alcalinidad Análisis primario de costos (180 días de operación) Costos anuales Beneficio Anual Beneficio neto Item tamaño unidad costo/ Inversión costos costos costos venta de energía unidad financ. operat. totales (U$S30/MWh) UASB 25 m Generador d 21 kw vinaza 2700 Combustión 21 kw bagazo 5400 total por m3 alcohol

9 SCOD CONCENTRATION (mg/l) 08/10/2012 Ejemplo a escala real: Efluente de cervecería PARAMETRO UNIDAD Flujo m³/d DQO prom. DQO rango mg/l mg/l SS mg/l Temperatura O C ph COD influent COD effluent 5000 Carga: 17 tondqo/ d Dimensiones del reactor: V = 500 m 3, h = 25 m, d = 5 m Lodo producido: 0.6 ton materia seca (aerobico, más de 8 tons..) DAY NUMBER Efluente de cervecería: Beneficio Energético Energía recuperada: 17 ton DQO x 0.85 (eff) x 3820 kwh** x 40% CHP eff. = 22 MWh-e/d 1MW potencia No hay consumo de energía: Requerimiento promedio de energía para lodos activados: 1 kwh-e/kg DQO removido Ahorro: 17 ton DQO x 0.9 (eff.) = 15 MWh-e/d Beneficio energético total: = 37 MWh-e/d 2200 /d (con 0.06 /kwh) 9

10 Créditos de carbono Emisiones de CO 2 con la producción convencional de electricidad: Planta a Carbón : 0.86 ton CO 2 /MWh-e Planta a Gas Natural: 0.44 ton CO 2 /MWh-e Si se usa bio-ch 4 como combustible renovable se reducen las emisiones de CO 2 Efluente de cervecería: redución de emisiones de CO 2 Energía recuperada: 17 ton DQO x 0.85 (eff) x 3820 kwh** x 40% CHP eff. = 22 MWh-e/d 19 ton CO 2 reducción/d (coal) No se consume energía por: 17 ton DQO x 0.9 (eff.) = 15 MWh-e/d 13 ton CO 2 reducción/d (coal) Reducción total de emisiones de CO 2 : = 32 ton CO 2 /d 380 /d (a 20 /ton CO 2 ) /año 10

11 Tratamiento de efluentes de maltería OPCIÓN 1 LODOS ACTIVADOS UASB lodos lodos OPCIÓN 2 LODOS ACTIVADOS lodos Selección de un sistema de tratamiento de efluentes en base a: Aspectos económicos Aspectos energéticos Aspectos ambientales Etc.. IChemE (Institution of Chemical Engineerings, 2002) recomienda para la industria de procesos la utilización de las Sustainable Development Progress Metrics en base a indicadores AMBIENTALES ECONÓMICOS SOCIALES Para cada aplicación concreta deben seleccionarse los indicadores adecuados. 11

12 Indicadores ambientales ( Metrics ) Uso de recursos: Energía Materiales Agua Superficie ocupada Emisiones: Atmosféricas Al agua A la tierra Ítems adicionales Salud Impactos de contrucción Normativas Áreas protegidas Recursos no renovables otros Indicadores ambientales seleccionados Por su importancia especial los indicadores energéticos se consideran aparte Del uso de recursos el más importante es la superficie ocupada De las emisiones atmosféricas se generan gases de efecto invernadero, CH 4 en el caso anaerobio y CO 2 debido al consumo de combustibles fósiles para energía. Se miden en ton CO 2 equivalentes (el metano es 21 veces más que el CO 2 ) Las emisiones sólidas son el lodo de purga, que es necesario al menos llevar a un determinado contenido de humedad. 12

13 indicadores ambientales superficie (m2/(m3/d)) lodo (kgst/m3) CO2 (tco2/(10^3m3)) opción anaerobia-aerobia 2 opción aerobia Indicadores energéticos seleccionados Energía consumida, básicamente para la aireación de los sistemas aerobios Energía producida, básicamente por la generación de biogás como recurso energético Energía neta, del balance entre generación y consumo 13

14 indicadores energéticos energía gastada (kwh/m3) energía producida (kwh/m3) energía neta (kwh/m3) opción anaerobia-aerobia 2 opción aerobia Indicadores económicos seleccionados Por tratarse de un sistema de tratamiento de efluentes al final de cañería no se considera que existan beneficios o valor agregado en el sentido utilizado para producción de bienes. Costos de inversión: obra civil, construcciones auxiliares, equipos Costos de operación: Gasto de energía en aireadores Manejo y disposición final de lodos de purga (U$S 50/ton SST incluyendo transporte) Costo total (incluyendo amortización de la inversión a 10 años con un 5% de interés) 14

15 indicadores económicos costo de inversión (U$S/m3) costo de operación (U$S/m3) costo total (U$S/m3) opción anaerobia-aerobia 2 opción aerobia Conclusiones El estudio de sostenibilidad es una guía interesante a lo hora de seleccionar opciones de tratamiento. De acuerdo la herramienta utilizada (IChemE Sustainability Metrics) y a los indicadores seleccionados en este trabajo (ambientales, energéticos y económicos), el sistema anaerobio/aerobio resulta más sostenible que el sistema puramente aerobio, resultado todos los valores claramente favorables al primero. 15