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Proyectos de biogás a pequeña y mediana escala:Energía limpia a partir de purines

Dr. Felipe Kaiser C.Director Ejecutivo

Bioquímica del proceso

I - Hidrólisis

II - Acidogénesis

III - Acetogénesis

IV - Metanogénesis

Polímeros

(proteinas, carbohidratos)

Monómeros

(azúcares, aminoácidos, peptidos)

enzimas hidrolíticas

(modified after http://www.uasb.org)

acetatoH2 + CO2

propionato, butiratoII II

II

III III

III

CH4 + CO2

IV IV

Tecnología de Biogás

Alimento

picado

molido

pasteurizado

Pre-tratamiento

Tratamientos y

usos del biogás

Digestión anaeróbica

Digestato

Fertilización

desulfurizacion

deshumidificación

Co-generación

Injección en red de gas

Estiercol + Purines

Fermentador Post-

Fermen.

Digestato


Datos bases en producción animal

sustrato Tipo ST SV de

ST

Biogas Metano Prod.

Electrica

proveniencia[%] [%]

[l Normgas/kg

SV][%] [kWh/t FM] N 2) P2O5 K2O

Gallinaza sin paja 45 75 500 65 351 18,4 14,3 13,5

Estiercol de caballo sin paja 28 75 300 55 111 - - -

Estiercol vacuno con restos de alimentos 8 80 370 55 42 3,5 1,7 6,3

Estiercol vacuno sin restos de alimentos 8 80 280 55 32 3,3 1,6 5,9

Estiercol vacuno - 25 80 450 55 158 4,0 3,2 8,8

Purin de cerdo - 6 80 400 60 37 3,6 2,5 2,4

Nachwachsende Rohstoffe

Grano de cereales (cnteno/ trigo) picado 87 98 700 53 1012 12,5 7,2 5,7

Hierba fresca 18 91 600 54 170 3,3 1,4 6,1

Hierba silo 25 88 560 54 213 4,0 2,2 8,9

centeno verde silo 25 88 590 54 224 3,9 2,3 9,0

patatas pure 22 94 730 52 251 2,5 1,3 5,8

maiz silo grano leche 22 95 570 52 198 2,3 1,5 4,2

maiz silo grano medio 30 96 600 52 288 2,8 1,8 4,3

maiz silo grano maduro 35 96 600 52 335 3,3 1,9 7,8

col forrajera - 11 88 700 52 113 1,2 0,6 4,6

hoja remolacha silo 18 80 600 54 149 3,2 1,0 7,7

hoja coliflor fresca 13 82 610 55 114 2,7 - -

paja de trigo picada 86 92 370 51 478 3,7 1,6 10,3

pasto sudan - 18 91 550 53 153 2,3 - -

remolacha fresca 23 92 700 51 242 1,8 0,8 2,2

Substrate aus der Weiterverarbeitung und organische Reststoffe

Pan - 65 97 760 53 813 9,2 3,7 3,9

vinaza frisch, unbehandelt 22 98 520 52 187 1,7 0,5 1,9

bagazo frisch oder abgepresst 24 96 530 59 231 7,0 3,7 0,3

residuo solido urbano siehe 3) 40 50 615 60 236 4,6 2,0 2,2

Erdnußkleie - 93 90 520 62 864 21,7 - -

garsas - 5 90 1.000 68 98 0,7 0,2 0,2

aceites de fritura - 95 87 1.000 68 1798 - - -

vinaza de trigo pord. De alcohol 6 94 640 59 68 2,5 0,7 0,6

cascara de trigo - 87 65 680 53 652 15,8 8,4 25,3

Glycerina - 100 99 850 50 1346 - - -

Residuo de patata de la produccion de

almidon 25 94 610 50 229 1,2 1,4 6,6

vinaza de patata prod. De alcohol 6 87 670 56 63 2,1 1,0 4,0

maltedo de cafe fresco 20 98 510 57 182 4,6

residuo de lecheria frisch 5 92 750 53 59 0,8 1,0 1,5

liuido ruminal - 15 84 480 55 106 1,9 2,0 1,0

Quark frisch 22 95 670 67 300 19,3 - -

prensado de raps 15% Restölgehalt 91 93 680 63 1160 37,7 24,8 16,4

residuos de

gastronomia mittlere fettgehalte 16 87 680 60 182 5,2 4,1 1,9

Nutrientes [kg/t FM]

Valores

Beneficios de la produccion de biogas

Fertilizacion

Retención hidráulica

(días)

NH4 / NH3-N

(kg/m3)

MS

(%)

Relación C/N pH

0 2,9 7,9 8 7,3

35 3,3 5,1 5 7,9

70 3,4 4,4 4 8,0

105 3,7 4,3 4 8,0

Digestato

No manage

Fermented

0

5

10

15

20

25

30

35

40

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75NH

3-N

-Em

iss

ion

in

% o

f th

e a

pp

lic

ate

d A

mm

on

ium

-N

h

Beneficios de la produccion de biogas

SO2

(kg/TJ)

NOx

(kg/TJ)

polvo

(kg/TJ)

CO2

(kg/TJ)

BaP c

(kg/TJ)

Petróleo 140 90 20 90 1

Gas natural 3 90 2 70 0

Carbón 300 150 20 100 3000

Madera, ind. a 100 64 100 130 130

Madera, priv. b 30 60 100 300 -

Paja de trigo 170 340 200 300 -

Biogás 3 50 3 50 0

1 m3 de biogás sustituye a 0,6 litros de petróleo, los cuales durante su combustión aumentan la concentración atmosférica de CO2 en 1,56 kg

Combustion de biogas

100 200 300 400 m3*t-1 600

25

36

Liquid cattle manure

Liquid swine manure

93

103

Fodder beets

Grass

155

171

195

202

Green maize, dough stage

Maize silage, dough stage, high-grain

Grass silage, first cut

Maize silage, waxy stage, high-grain

35

39

Potato mash, fresh

Whey

68

90

291

Potato peelings

Silage from sugar beet leafs

Brewer`s grain silage

220Food waste

400

469

486

552

600

657

Skimmed grease

Molasses

Waste bread

Canola cake, 15 % fat

Waste grease

Baking wastes

Producción de biogás a partir de diferentes sustratos

Sustratos

Fermentador

Fermentador

Residuos

liquidos

Sustratos

Digestato


• Sistema estacion de dosificacion

Vorratsbehälter

Fermenter

Wägezellen

Förderschnecke

Sistemas de alimentacion

Dosificador con sistema de tornillo sinfin



• Sistema carro dosificador

Vorratsbehälter

Fermenter

Wägezellen

Förderschnecken

Standrohr, 4-Kantprofil

Seilwinde

(Rundrohr)

Wasser

Tauchtasse

Edelstahlseilmit Kabel-

Tauchmotor-rührwerk

Bodenlager

Hebel zumschwenken

Deckel mitDichtung

Umlenkrolle für Seil

Güllestand

Seilumlenkung

Lagerung

schlaufen

Stromkabel

Sistemas de agitacion

Kugelgelenk mit Gummi-Faltenbalg


Lager undDichtung


Sistema de calefacción

Motor a biogas, 800 kWel.

Motor de mezcla(10% petróleo), 250 kWel.

Uso de biogás - motores

TCG 2016C

TCG 2020

TCG 2032

Uso de biogás - motores

Biodigestores agrícolas

LodosDigeridos

Motor de Co-generación

Substrato líquidop.e. Purines de vaca

Almacén de co-sustratos(opcional)

Pre-tratamiento

Digestor

Almacén de biogás

Contenedor de post-digestión

/ Almacén de lodos

Almacén de biogás(opcional)

Calor

Electricidad

Almacén de calor(opcional)

Biogás

Carga sólida o fibrosa(opcional)

I MANEJO DE SUBSTRATOS

II PRODUCCION DE BIOGAS

III UTILIZACION DEL BIOGAS

Calefacción del DigestorCalefacción Post-Digestor

(opcional)

LodosDigeridos




Pre-tratamiento

Digestor

Almacén de biogás


/ Almacén de lodos


Calor

Electricidad


Biogás





LodosDigeridos




Pre-tratamiento

Digestor

Almacén de biogás

Digestor

Almacén de biogás


/ Almacén de lodos



/ Almacén de lodos


Calor

Electricidad


Biogás





Calefacción del DigestorCalefacción Post-Digestor

(opcional)


380 KW

320 KW

500 KW


1024 KW

1063 KW

27

Proyectos de Biogás

- Pequeño y Mediano Agricultor -

Proyecto Biogás Pequeño Agricultor

• Sustratos:– 880 ton/a estiércol de vacuno (40 vacas)

– 60 ton/a maíz silo (1 ha)

– 25 ton/a silo ballica (1 ha)

• Energía– Biogas 37.136 m3/a

– Metano 20.015 m3/a

– Energía calórica 196.616 kWh

169.172.499 kcal

671 MMBTU

15.380 kg gas licuado

• Uso– Electricidad (10 kW) autoconsumo

– Térmico calefacción


Tamaño reactor 100 m3


Costos anualesInversión (depr. 10 años) -2.500.000Materia prima (1 ha maíz) -980.000Remuneraciones -1.200.000Subtotal -4.680.00Ahorro fertilizante +300.000TOTAL -4.380.000

ProducciónkWh/año a venta 75.750$/kWh (+30% de inversión) 77kg gas licuado 15.380$/kg gas licuado 285Costo mercado kg gas licuado 767


Proyecto en Talagante: 50 m3 de reactorCosto total: US$ 10.320.-

Proyecto Biogás Estanques de Polietileno

Caldera

Reactor 1 Reactor 2

Pre-mezcla

Residuo

Bomba

Sustitución

gas licuado


Sustitución gas licuadokg gas licuado 15.380$/kg gas licuado 272Costo mercado kg gas licuado 767

Energía eléctrica (+30% de inversión)kWh eléctrico 75.750kWh térmico 99.675= 340 MMBTU (15 US$/MMBTU) $ 2.550.000$/kWh 40

Proyecto Biogás Estanques de PolietilenoCostos anualesInversión (depr. 10 años) -2.000.000Materia prima (1 ha maíz) -980.000Remuneraciones -1.200.000Subtotal -4.680.000Ahorro fertilizante +300.000TOTAL -4.180.000

40



41



Porcinos

Madres Cerdos/año UA Purin Purin Planta Biogás Biogás Metano

(m3/año) (m3/día) (m3) (m3/año) (m3/año)

10 180 24 456 1 50 8.755 5.253

100 1.800 240 4.560 12 500 87.552 52.531

300 5.400 720 13.680 37 1.499 262.656 157.594

600 10.800 1.440 27.360 75 2.998 525.312 315.187

1.000 18.000 2.400 45.600 125 4.997 875.520 525.312

2.000 36.000 4.800 91.200 250 9.995 1.751.040 1.050.624

Porcinos

Madres Cerdos/año UA Energía brutakWh kcal MMBTU Kg gas licuado

10 180 24 52.321 45.018.142 179 4.093100 1.800 240 523.211 450.181.422 1.786 40.927300 5.400 720 1.569.632 1.350.544.265 5.357 122.782600 10.800 1.440 3.139.265 2.701.088.531 10.714 245.564

1.000 18.000 2.400 5.232.108 4.501.814.218 17.856 409.2742.000 36.000 4.800 10.464.215 9.003.628.435 35.712 818.548

42



Lecherías

UA Purin PurinPlanta Biogás Biogás Metano Energía bruta

(m3/año) (m3/día) (m3) (m3/año) (m3/año) kWh kcal MMBTU Kg gas licuado

10 190 1 21 4.256 2.554 25.434 21.883.819 87 1.990

100 1.900 5 208 42.560 25.536 254.339 218.838.191 868 19.895

300 5.700 16 625 127.680 76.608 763.016 656.514.573 2.604 59.686

500 9.500 26 1.041 212.800 127.680 1.271.693 1.094.190.956 4.340 99.476

1.000 19.000 52 2.082 425.600 255.360 2.543.386 2.188.381.911 8.680 198.953

1.500 28.500 78 3.123 638.400 383.040 3.815.078 3.282.572.867 13.020 298.429

43


Para plantas de biogás sobre 500 m3 de tamaño:

Inversión aprox.*:

1.500 US$/kW

80-95 US$/m3

Inversión aprox.*:

1.000 US$/kW

50-60 US$/m3

* Valor referencial basado en 1.000 kW

44



Porcinos

Madres Cerdos/año UA Estanque Est-Laguna Venta**

US$ US$ US$

10 180 24 32.550* - 2.678

100 1.800 240 195.300* - 26.784

300 5.400 720 238.584 198.820 80.351

600 10.800 1.440 397.640 318.112 160.703

1.000 18.000 2.400 530.187 397.640 267.838

2.000 36.000 4.800 795.280 530.187 535.675

* Estanque de polietileno **Venta de energía del biogás a 15 US$/MMBTU

LecheríasUA Estanque Est-Laguna Venta**

US$ US$ US$10 16.275* - 1.302

100 73.100* - 13.020300 115.978 96.649 39.060500 161.081 128.865 65.099

1.000 257.730 193.297 130.1991.500 289.946 231.957 195.298


Avda. Vitacura 9990 Of. 203Santiago de Chilefono/fax: [email protected]

Dr. Felipe KaiserDirector Ejecutivo

mailto:[email protected]

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