Bioenergía para un desarrollo sustentable FIDEICOMISO DE RIESGO COMPARTIDO Fotografia cortesia Aqualimpia M. I. Abel Clemente Reyes. Ing. Ricardo Estradas Romero.
Perfíl de la AMBB. La Asociación Mexicana de Biomasa y Biogás, A.C. (AMBB) se fundó en 2006 como una respuesta a las necesidades del mercado mexicano para brindar a los usuarios finales una plataforma confiable de expertos en el manejo de biomasa y biogás, mediante personal técnico especializado en diferentes tecnologías aplicables en México. El objetivo principal de la AMBB es brindar asistencia técnica a los desarolladores de proyectos e integradores de soluciones para apoyar realistamente los procesos productivos que están sucediendo en México alrededor de la la biomasa y el biogás, sin limitación a que dichas aplicaciones tengan lugar en los sectores agricolas, industriales o de manejo de residuos, tanto en el caso de organizaciones privadas así como de entidades públicas, municipales, estatales o federales. La AMBB participa en diversos proyectos, en cualquiera de las siguientes etapas: - Diseño Conceptual y Estudios. - Ingenierías: Básica, de detalle, Integración, As Built. - Estudios de Riesgo, Impacto Ambiental, Selección de tecnologías y equipamento. - Transferencia e Inovación Tecnológica. - Supervisión y asistencia técnica para el diseño de instalaciones biogas. - Asistencia técnica en la interconexión y arranque de instalaciones de biogás. - Capacitación a usuarios finales. - Servicios de campo.
Conscientes de los efectos nocivos hacia el medio ambiente causados por una disposición inadecuada de los residuos, de la extracción del petróleo y gas así como de otros procesos industriales, apoyamos la implantación de tecnologías proclives a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera. Waste 14% Energy 61% Land use & silviculture 10% Industrial processes 9% Agriculture 6% Source: State of the climate in 2009. Proveemos soluciones con calidad y excelencia en beneficio del medio ambiente. Source: México, 4ª Comunicación Nacional ante CMNUCC, 2009.
Producción de Biogás. Biogás: Se produce de manera natural o inducida debido a la degradación biológica de la materia orgánica en ausencia de oxígeno Composición Típica: CH 4 45-65 % CO 2 50-35 % N 2 2-3 % H 2 S 1.5-2 % El Biogás puede ser utilizado como un combustible limpio o para la generación de electricidad. La recuperación y el uso del biogás pueden mitigar el cambio climático provocado por los gases de efecto invernadero. Poder Calorífico 21.5 MJ/m3 (6 kwh/m3) Límite de Explosión (% volumen de aire) 6-12 % Temperatura de ignición: 650-750 C Presión Critica 75-89 bar Temperatura crítica 82.5 C Densidad Normal 1.2 g/l Critica 320 g/l Densidad específica 0.94
Aplicaciones principales de biogás A) Industria Papelera. Ingenios. Producción de alimentos. Producción licorera. Producción orgánica. Rastros. B) Agricultura Bio-reactores para deshechos orgánicos en:.granjas lecheras, Granjas para ganado bobino, porcícola, aviar, etc. C) Procesamiento en rellenos sanitarios. Plantas para manejo de reiduos orgánicos. Plantas en rellenos sanitarios. Plantas para generación de electricidad con biogás. Mejoramiento de Biogás. D) Tratamiento de Agua Residual Tratamiento de lodos para la producción de biogás. Eficiencia energética. Tratamiento Anaeróbico. A) B) C) D)
Aportaciones típicas de biogás por sustrato. Estiércol vacuno líquido Estiércol porcino líquido Suero Flema de papa Estiércol vacuno sólido Estiércol porcino sólido Hoja de remolacha Piel de papa Estiércol de pollo Remolacha Residuos de cervecerias Desechos vegetales Silaje de pasto Silaje de maíz Centeno integral Grasas Residuos de alimentos Melasa Pan viejo Pastel de colza Residuos cocidos Grasas rancias 25 30 35 39 45 60 70 74 80 90 120 175 185 190 195 250 265 315 500 600 714 961 m 3 de biogás por Tonelada de substrato fresco
Potencial Teórico de Generación Eléctrica de la Biomasa en México Fuente SENER
Potencial Teórico de Generación Eléctrica de la Biomasa en México (Cont.) Fuente: SENER
Fuente: SENER Biomasa Típica de Aplicaciones Agrícolas.
Fuente SENER Biomasa Típica de Aplicaciones Agrícolas (Cont.).
Producción Típica de Biogás en Biodigestores Sarlo de México, S.A. de C.V. Fuente: ESISA/AMBB
Diagrama Típico de Plantas de Biodigestores en Mexico. Residuos co-substrato Almacenamien to de biogás Biogás Biogás M Tanque de mezclado M Trampa de condensado s Biogás Sitio de Mejorador de Suelos almacenamiento intermedio Trampa de Enfriador de gas condensados substrato Lavador de sulfuros Separación Unidad de calentamiento Aire Agua Toma de muestras Compresor Biodigestor Substrato completamente fermentado Patín de cogeneración
Subproductos típicos en plantas de Biogás. Toneladas/día Casos de estudio (A) 50 (B) 100 (C) 250 Producción de Biogás 3,565 5,952 15,840 m3/día Producción demetano 2,042 3,571 9,504 m3/día Potencia Eléctrica 252 440 1,171 kwele Potencia Térmica 467 817 2,175 kwtérmicos Producción de Electricidad 2,203,560 3,854,601 10,258,197 kwh/año Lodos secos 5,392 10,784 26,960 kg/día Lodos húmedos 70,016 140,031 350,078 kg/día Producción seca y húmeda 75,408 150,816 377,039 kg/día Requerimientos de espacio 2,800 4,200 8,058 m2 (A) 50 Ton/día (B) 100 Ton/día (C) 250 Ton/día 2800 m2 4200 m2 8058m2 Source: ESISA/Xebec/Aqualimpia
Diagrama Esquemático de Aplicaciones Típicas.
Purificación y enriquecimiento del biogás. Componente Concentración CH 4 ~ 60% CO 2 ~ 39 % N 2 + O 2 < 1% H 2 S H 2 O Siloxanos Procesos comerciales de Purificación y Enriquecimiento de Biogás: Proceso PSA (Pressure Swing Adsortion), Adsorción de contaminantes en camas activas. Proceso de Lavado a Contracorriente con Agua. Biogás Crudo 50 3,000 ppm Saturado Trazas Biometano Componente Concentración CH 4 ~ 98% CO 2 ~ 1 % N 2 + O 2 ~ 1% H 2 S H 2 O Siloxanos < 1 ppm < 1 ppm < 1 ppm
Purificación de biogás y concentración de Biometano. Desde el biogás crudo del Relleno Sanitario o Biodigestor hasta Biometano con 98% de pureza para aplicaciones como CNG, CNG, Gas Natural.
Gas Natural para estaciones de combustible. Una vez que el biogás es convertido en una fuente económica de energía renovable, resulta gas natural que puede ser empleado en aplicaciones CNG, GNV o industriales como calderas, generadores, etc.
Referencias de casos de éxito con biometano mediante PSA. Proyecto Localización Flujo m 3 N/hora Uso Final del Biometano Concentración Final de CH 4 C.L, Scenic View Michigan, EUA 225 Red de Gas Natural 98 % R.S, Rumpke Ohio, EUA 6,000 7,000 Red de Gas Natural 96 % G.L Windnau Suiza 200 Red de Gas Natural 96 % R.S. Bison Energy Iowa, EUA 17,000-19,000 Red de Gas Natural 97 % R.S. UNH New Hamp.EUA 9,000 10,000 Gas a turbinas 85 % R.S, STEP Suiza 225 Red de Gas Natural 96 %
Sep-03 Dic-03 Mar-04 Jun-04 Sep-04 Dic-04 Mar-05 Jun-05 Sep-05 Dic-05 Mar-06 Jun-06 Sep-06 Dic-06 Mar-07 Jun-07 Sep-07 Dic-07 Mar-08 Jun-08 Sep-08 Dic-08 Mar-09 Jun-09 Sep-09 MXP /Lt Economía alrededor del biometano. Precio de Venta Surtidor Diesel México vs. USA 13.00 12.00 11.00 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 Diesel USA Diesel México MXP/Lt Diesel USA Diesel México Ago- 09 $ 9.10 $ 7.93 Sep- 09 $ 9.15 $ 7.98 Fuentes: GAZEL. Diesel USA: http://tonto.eia.doe.gov/dnav/pet/hist/ddr001w.htm Diesel México: Datos históricos PEMEX Tasa de Cambio: Banxico Fix http://www.banxico.org.mx/tipcamb/tipcamihaction.do *Precios de venta publicados en páginas de referencia
USD/MMBTU Precio de referencia internacional. Gas natural (Canasta Reynosa) Vs. Gas LP (Mont Belvieu) 19.000 17.000 15.000 13.000 11.000 9.000 7.000 5.000 3.000 Gas LP - Mont Belvieu Gas Natural - Canasta Reynosa Ago-2009 Jun-2009 Abr-2009 Feb-2009 Dic-2008 Oct-2008 Ago-2008 Jun-2008 Abr-2008 Feb-2008 Dic-2007 Oct-2007 Ago-2007 Jun-2007 Abr-2007 Feb-2007 Dic-2006 Oct-2006 Ago-2006 USD/MMBTU Ago-09 Sep-09 Gas LP Mont Belvieu $9.677 $10.23 Gas Natural - Reynosa $3.263 $2.641 Fuentes: GAZEL Gas LP Mont Belvieu http://tonto.eia.doe.gov/dnav/pet/hist/rprousgd.htm Canasta Reynosa Precio establecido por la Comisión Reguladora de Energía (CRE) 20
USD/MMBTU Precio de referencia Sur de Texas. Gas natural (Canasta Reynosa) Vs. Gasolina (US Gulf Coast) 30.000 25.000 20.000 15.000 Gasolina US Gulf Coast 10.000 Gas Natural (Canasta Reynosa) 5.000 0.000 Sep-09 Jun-09 Mar-09 Dic-08 Sep-08 Jun-08 Mar-08 Dic-07 Sep-07 Jun-07 Mar-07 Dic-06 Sep-06 Jun-06 Mar-06 Dic-05 Sep-05 Jun-05 Mar-05 Dic-04 Sep-04 Jun-04 Mar-04 Dic-03 Sep-03 Jun-03 Mar-03 Dic-02 Sep-02 Jun-02 Mar-02 Dic-01 Sep-01 Jun-01 Mar-01 Dic-00 Sep-00 USD/MMBTU Ago-09 Sep-09 Gasolina US Gulf Coast $15.185 $15.340 Gas Natural - Reynosa $3.263 $2.641 Fuentes: GAZEL. US Gulf Coast http://tonto.eia.doe.gov/dnav/pet/hist/rruusgd.htm Canasta Reynosa Precio establecido por la Comisión Reguladora de Energía (CRE) 21
Caso de éxito de biometano a red de gas natural. 22
Aplicaciones de biogás y agua/vapor en calderas. FROM SOURCE TO DESTINATION AND BACK AGAIN Source Water Deaerator Steam Boiler Steam Water Boil Condensate Return Post EDI Treatm ent Pretreatment Process Ultrafiltratio n Nanofiltrati on Reverse Osmosis Fuente: CRANE Envi.
Principios de química básica para calderas industriales de agua. Boiler Feedwater Boiler Pressure (psig) 0-300 301-450 451-600 601-750 751-900 901-1000 1001-1500 1500-2000 Iron <0.100 <0.050 <0.030 <0.025 <0.020 <0.020 <0.010 <0.010 Copper (ppm) <0.050 <0.025 <0.020 <0.020 <0.015 <0.015 <0.010 <0.010 Total Hardness (ppm) <0.300 <0.300 <0.200 <0.200 <0.100 <0.015 0 0 Boiler Water Silica (ppm) <150 <90 <40 <30 <20 <8 <2 <1 Total Alkalinity <700 <600 <500 <400 <200 0 0 0 Specific Conductivity <7,000 <6,000 <5,000 <4,000 <3,000 <2,000 <150 <100 (µmhos/cm) Fuente: CRANE Envi. 24
Requerimientos típicos de calidad del agua y tratamientos asociados en calderas. Low Pressure Boilers (0-300 psig) T.S.S. 2 ppm Clarification; pressure filters, microfiltration Softening <2 ppm NaZ Softening, Lime softening TDS/Alk/SIO2 As req d Split-stream softener, Dealkalizer, Desilicizer, Reverse Osmosis Deaerator 7 PPB/.005 cc Chemical or Mechanical per liter Fuente: CRANE Envi. 25
Requerimientos típicos de calidad del agua y tratamientos asociados en calderas. Medium Pressure Boilers (300-600 psig) T.S.S <2 ppm Clarification; pressure filters, microfiltration Conductivity 5-15 µmhos Softening, Separate Bed Demineralizer (TDS, Alk, Silica), Reverse Osmosis Deaerator 7 PPB/.005 cc Mechanical per liter Fuente: CRANE Envi. 26
Requerimientos típicos de calidad del agua y tratamientos asociados en calderas. High Pressure Boilers (600 + psig) T.S.S. <2 ppm Clarification; pressure filters, microfiltration (ultrafiltration) Conductivity < 1 µmhos Mixed Bed Quality Water IX-Sep-Bed and Mixed Bed RO and Mixed Bed demineralizer Double Pass RO, RO/EDI Deaerator 7 PPB/.005 cc Mechanical per liter Fuente: CRANE Envi. 27
Impacto Económico y Ambiental al desarrollar el uso de biomasa. Fuente SENER
Impacto Económico y Ambiental al desarrollar el uso de biomasa. (Cont.) Source: SENER
Alianzas Estratégicas.
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