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ainia
VALORIZACIÓN ENERGÉTICA DE RESIDUOS GANADEROS Y BIENESTAR ANIMAL
“La producción de biogás a partir de residuos ganaderos”Andrés Pascualainia centro tecnológico
C.O.I.T.A.V.Valencia, 9 de noviembre de 2010
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centro tecnológico al servicio de la industria
Actividades de ainia en el ámbito del biogásI+D
ASISTENCIA TÉCNICA
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centro tecnológico al servicio de la industria
ANÁLISIS
FORMACIÓN
INFRAESTRUCTURAS PILOTO Y LABORATORIOS
![Page 4: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/4.jpg)
4/10
Resources & Facilities
BiotmethanationSemi-continuous Unit12 DIGESTERS 36 L
(UBIMET-C36) Biomethanation Batch Unit 54 DIGESTERS 2L
(UBIMET-B2)
Infraestructura de plantas piloto
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Contenidos.
1. Introducción. Situación actual del biogás.2. Ejemplos de plantas de biogás agroindustrial. 3. Potencial de biogás en España.4. Materias primas.5. Pretratamientos.6. Digestión anaerobia.7. Biogás. 8. Digestato.9. Caso práctico.10.Sostenibilidad.
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1. Introducción. Situación actual del biogás en España y la UE
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¿Qué es el biogás?
El biogás es un gas combustible compuesto principalmente de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), que se obtiene como resultado de la fermentación anaerobia (en ausencia de oxigeno) de materiales orgánicos biodegradables.
65% CH4 30% CO2 1-5% otros (H2, agua, NH3) <4.000 ppm H2S
Composición aproximada:
1 m3 biogás equivale a la energía de 0.65 m3 de gas natural y puede llegar a producir 2.1 kWh de energía
eléctrica renovable
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ainia
Tipos de biogás.
Vertedero Depuradoras FORSU ResiduosAgroindustriales
BIOGÁS
Caldera MotoGenerador Vehículos Redes de
Gas NaturalPilas de
CombustibleMicro
Turbinas
usos habituales usos emergentes
++
Digestores
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ainia
El biogás en la Unión Europea y en España.Producción según origen.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
ktep
2005 2946 902 8602006 2700 868 13312007 2905 887 2108
Vertedero Depuradoras (1) Digestores (2)Fuente:Barómetro BiogásEurObserv´er2007 y 2008
(1) Lodos de EDAR urbanas e industriales
(2) Digestores agroindustriales (plantas centralizadas o individuales) y de FORSU.
Total UE(25) 2007 = 5,901 ktep (kilotoneladas equivalente de petróleo)
Fuente:Barómetro BiogásEurObserv´er2007 y 2008
(1) Lodos de EDAR urbanas e industriales
(2) Digestores agroindustriales (plantas centralizadas o individuales) y de FORSU.
Total España 2007 = 330 ktep (kilotoneladas equivalente de petróleo)
0
50
100
150
200
250
300
ktep
2005 236 49 202006 251 49 202007 260 49 21
Vertedero Depuradoras (1) Digestores (2)
![Page 10: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/10.jpg)
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Alemania.
Fuente: Centro Alemán de Investigación de Biogás, Marzo 09. Jornadas Genera.
Fuente:
![Page 11: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/11.jpg)
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Dinamarca.
![Page 12: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/12.jpg)
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2. El biogás en España.
6%
79%
15%VertederoDepuradorasDigestores
2007 España
330 ktep
Evolución:
• Cambio de escenario con la subida de la tarifa del biogás en el RD 661/2007. • Dinamización del sector del biogás agroindustrial. Nuevas empresas y agrupaciones. Muchos proyectos en planificación.• Lento desarrollo: rentabilidad ajustada, trámites administrativos complejos, financiación, confianza (pocos digestores agroindustriales), etc.• Plan de Biodigestión de Purines. RD 949/2009.• PANER y LIBRO BLANCO BIOGAS (MARM).
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2. Ejemplos de plantas.
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Esquema procesos en planta de biogás agroind.
Pre-tratamientoMecánicoTérmicoBiológico
Co-digestión AnaerobiaDigestor/es
Biogás
Digestato
Depuración
Combustión En motor co-generación
Electricidad (+€)Calor (+€)
evacuación a red eléctrica
Calefacción, secado, … Real Decreto 661/2007
Separación S-L Almacenamiento
Aplicación como Enmienda o Abono
Sólido o Líquido (+€?)
Acondicionado
residuo1
residuo2
residuo3
residuoN
MEZCLAEQUILIBRADA!!!
(+€?)
Tratamiento del Digestato
Recuperación, reducción o eliminación de nutrientes.
(-€)
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El biogás en España.
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El biogás en España.
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El biogás en España.
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El biogás en España.
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Ejemplos de plantas individuales y centralizadas.
Centralizada
ND 1 digestor de 4.500 m3
-36.000 T/año de estiércol (50%)-32.400 T/año de residuos alimentarios (45%)-3.600 T/año de residuos orgánicos domésticos (5%)
Karpalund, Kristianstad
(Dinamarca)
Centralizada
16,3MW (5-8%
procedente del biogas )
2 digestores de 3.000 m3
-100.000 T/año de purín de cerdo de 70 granjas. -Lodos de matadero y subproductos producción biodiesel (<10%).
Juneda, Lérida
(España)
Individual1 motor de 380kWe
2 digestores en serie de 1.270
m3.
-11.500 m3/año de purín de cerdo (70%). -4.300 m3/año de residuos orgánicos agroindustriales de la zona (derivados de alcohol y aceites vegetales, lodos, residuos de frutas, cebolla y leche) (30%)
Vila-Sana, Lérida
(España)
TIPO DEPLANTA
POTENCIAINSTALADADIGESTORESMEZCLA DE RESIDUOSLUGAR
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ainia
Individual1 motor de 630kW
2 digestores principales de 1.527m3 y
2 secundarios de 2.661m3
-4.000 T/año purín-10.000 T/año residuos alimentarios
Bueren-Haden
(Alemania)
Individual2 motores de 1.416 kW
2 digestores x 5.500 m3 1 digestor secundario
2.500 m3
-100.000 T/año purín vacuno-30.000 T/año de maíz de ensilaje
Kaarssen
(Alemania)
IndividualMotor de 95 kW
1 digestor principal 75 m3 y un secundario de
35 m3
-1.970 m3/año de gallinaza-742 m3/año de purin de cerdo-614 m3/año lodos de industrias cárnicas y del pescado
Nistelrode
(Holanda)
Centralizada
2 motores de 2.1 MWe
2 digestores de 4.000 m3
-116.800 T/año purines, estiércol y gallinaza de 30 granjas (80%). -29.200 T/año residuos alimentarios de la zona (20%).
Holsworthy, Devon
(Reino Unido)
TIPO DE PLANTA
POTENCIA INSTALADA
DIGESTORESMEZCLA DE RESIDUOSLUGAR
Ejemplos de plantas individuales y centralizadas.
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3. Potencial de biogás en España.
![Page 22: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/22.jpg)
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Materias Primas Agroindustriales.
- Hoteles - Restaurantes- Catering- Super e hipermercados. - Mercados centrales.
Otros Residuos de la Cadena Alimentaria
- Biodiesel.- Bioetanol.- Biorefinerías.- Bioquímica.- Farmacéutica.- Papelera.
Otras industrias similares
- Conservas. - Zumos.- Cerveza y otras bebidas.- Lácteas.- Cárnicas.- Pescado.- Azucareras.- Almidón.- Ingredientes y aditivos.- EDARIsalimentarias.
- Granjas de porcino, vacuno y de aves.- Explotaciones agrícolas.- Cooperativas agrícolas.- Piscifactorías y acuicultura. - Cultivos energéticos.
Industria alimentaria
Agricultura, pesca y
ganadería
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ainia
Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Sp 1: Inventario de Materias Primas. Metodología.
Cálculo del potencial de producción de biogás en España.
POTENCIAL TOTAL
Potencial derivado de toda la materia prima que se genera.Cantidad de materia prima calculada por indicadores estadísticos y coeficientes. Resultados a nivel PROVINCIAL y COMARCAL.
POTENCIAL ACCESIBLE
Parte del POTENCIAL TOTAL que puede ser objeto de gestión (recogida, transporte, almacenamiento) de forma viable. Ejemplo de material NO accesible: deyecciones ganaderas de explotacionesextensivas.
POTENCIAL DISPONIBLE
Parte del POTENCIAL ACCESIBLE que queda, una vez descontados los usos alternativos. Ejemplo de usos alternativos: alimentación animal, compost, recuperación de compuestos activos, etc.
Coeficientes PB
Coef. Productividad de Biogás (PB) de cada materia prima. Datos obtenidos de forma experimental (ensayos batch realizados en PROBIOGAS) o bibliográfica. Se aplican PBs suponiendo operación en continuo (no máximo potencial) donde el % biodegradación es menor.
POTENCIALENERGÉTICO
Potencial de producción de biogás. Calculado a partir de las toneladas disponibles de las materias primas y sus correspondientes PBs. Resultados en forma de POTENCIAL ACCESIBLE Y DISPONIBLE. Resultados a Nivel COMARCAL Y PROVINCIAL.
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ainia
Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Mapa de Potencial DISPONIBLE Comarcal (GANADEROS).
P. Disponible: 41,2 mill T/año(84,3 % del P. Accesible)
1.130 ktep/año
![Page 25: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/25.jpg)
ainia
Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Mapa de Potencial DISPONIBLE Comarcal (CARNICOS).
P. Disponible: 2,2 mill T/año(68,0% del P. Accesible)
32 ktep/año
![Page 26: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/26.jpg)
ainia
P. Disponible: 1,9 mill T/año(61,9% del P. Accesible)
45 ktep/año
Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Mapa de Potencial DISPONIBLE Comarcal (LACTEOS).
![Page 27: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/27.jpg)
ainia
P. Disponible: 0,3 mill T/año(64,3% del P. Accesible)
15 ktep/año
Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Mapa de Potencial DISPONIBLE Comarcal (PESCADO).
![Page 28: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/28.jpg)
ainia
P. Disponible: 3,7 mill T/año(13,8% del P. Accesible)
215 ktep/año
Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Mapa de Potencial DISPONIBLE Comarcal (VEGETALES).
![Page 29: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/29.jpg)
ainia
Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Ejemplo de Ficha COMARCAL POTENCIAL (T/año) ACCESIBLE
![Page 30: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/30.jpg)
ainia
Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Ejemplo de Ficha COMARCAL POTENCIAL (T/año) ACCESIBLE
![Page 31: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/31.jpg)
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Factores para el desarrollo del biogás.
DESARROLLO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES
•Alta dependencia (80%).•Elevado precio petróleo. •Garantía suministro.•Contaminación asociada a fuentes fósiles.•Objetivo 20% en 2020.
PROBLEMÁTICA RESIDUOS ORGÁNICOS
•Reducción progresiva de su disposición en vertedero.•Incremento coste gestión.•Impacto ambiental. •Búsqueda alternativas.
RD 661/2006NUEVA TARIFA BIOGÁS
• Nuevas tarifas:0,13 €/kWhe (p<500kW)0,09 €/kWhe (p>500kW)•Garantía 15 años.•Mayor viabilidad económica
PROBLEMÁTICACAMBIO CLIMÁTICO
•Emisión de GEI.•Kioto. •RD 987/2008•Futuro valor en proyectos de ahorro neto de GEI.
![Page 32: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/32.jpg)
4. Materias primas.
![Page 33: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/33.jpg)
ainia
Principales características
• ST
• SV
• Nutrientes (relación C:N; nutrientes)
• Potencial de biogás
• Sustancias inhibidoras
• Materiales no deseables
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ainia
ST
(Pfeiffer, B., 2008)
![Page 35: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/35.jpg)
ainia
SV
No biodegradableResiduos de envases. Plásticos
No biodegradableResiduos de envases. Metales
No biodegradableEstiércol, purines, restos vegetales, etc.Arena, piedras
No biodegradableSalmueras o residuos salinos.Sales.
RegularRestos de producción vegetal, estiércol y purines, subproductos de la industria farmacéutica.
Pesticidas, antibióticos, detergentes
Buena1)Subproductos de origen animal o vegetal. Grasas
ExcelenteSubproductos animales, productos cárnicos, lácteos, o de la pesca, etc.
Proteínas
BuenaPaja triturada, hierba, pulpas y pieles de frutas y verduras, etc.
Celulosa
ExcelenteExcedentes de cereales, patatas, etc., subproductos de fábricas de snacks o de almidones, etc.
Almidón
ExcelenteRemolacha o caña de azúcar. Subproductos de una azucarera o fábrica de golosinas,
etc.
Azúcares
Biodegradabilidad anaerobia
Presente en Componente
1) Requiere mayores tiempos de retención
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ainia
Requerimientos proceso produccción biogás. C/N. Nutrientes
(adecuado crecimiento de los microorganismos)
(Pfeiffer, B., 2008)
(Flotats, X., 2008)
La ausencia de micronutrientes necesarios para el metabolismo de los microorganismos anaerobios (ej. Fe, Ni, Sr, Mo, etc.) puede causar una reducción significativa de su rendimiento
60-90Cebada, arróz, trigo
25Pieles de patata
16Fangos de depuración
35Residuos de frutas
25Residuos de cocina
2-8Residuos de matadero
15Gallinaza
15-24Purín de vacuno
18-20Purín de cerdo
Relación C:N
Sustrato
![Page 37: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/37.jpg)
ainia
Potencial Máximo de Biogás. PMB.
Fuente: lfl
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
•R•i•
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Paja
Paja
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sila
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ola
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zuca
rera
Co
rn-c
ob
-mix
Gra
sa d
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desn
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do
Gra
sa d
e f
lota
ció
n
Pro
du
cció
n d
e
bio
gás
[L/
kg
SV
]
Residuos ganaderos
Residuos matadero
Residuos vegetales ind. agroalimentaria
Residuos agrícolas Otros
![Page 38: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/38.jpg)
ainia
Inhibidores
Inhibidores presentes en el residuo antes de su digestión:
• Pesticidas, desinfectantes o antibióticos
Inhibidores que se forman durante la digestión:
• AGCL
• AGVs
• NH3
• H2 / H2S
![Page 39: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/39.jpg)
ainia
Materiales no deseables
Materiales no deseables y/o contaminantes:
• Paja entera
• Arena*
• Piedras*
• Cristal*
• Metales*
• Materiales plásticos*
Problemas de separación de fases por su sedimentación o flotación, espumas, daños en bombas, etc.
Se requiere separación previa a su entrada al digestor
* Materiales no biodegradables (inertes)
![Page 40: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/40.jpg)
ainia
Resumen de características sustratos agroindustriales
Características y producción de biogás de algunos residuos orgánicos agroindustriales
Residuo ST [%] SV
[% ST] C:N
Producción
de biogás
[m3·kg-1 SV]
Tiempo
de
retención
[días]
CH4
[%]
Sustancias
NO
deseables
Sustancias
inhibidoras
Problemas
frecuentes
Purín de
cerdo 3-81) 70-80 3-10 0,25-0,50 20-40 70-80
virutas de
madera,
cerdas,
arena,
cuerdas
antibióticos,
desinfectantes
espumas,
sedimentos
Estiércol 5-121) 75-85 6-202) 0,20-0,30 20-30 55-75
cerdas,
tierra, paja,
madera
antibióticos,
desinfectantes espumas
Gallinaza 10-301) 70-80 3-10 0,35-0,60 >30 60-80
piedras,
arena,
plumas,
NH4+,
antibióticos,
desinfectantes
inhibición
por NH4+ ,
espumas
Residuos de
frutas 15-20 75 35 0,25-0,50 8-20 ND
partes poco
biodegrada-
bles
AGV,
pesticidas acidificación
Restos de
alimentos 10 80 n.a. 0,50-0,60 10-20 70-80
huesos,
metales,
plásticos
AGV,
desinfectantes
acidificación
sedimentos,
mecánicos
Vinazas 1-5 80-95 4-10 0,35-0,55 3-10 55-75
partículas
poco
biodegrada-
bles
AGV acidificación
Paja 70 90 90 0,35-0,453) 10-503) ND arena -
espumas
Biodegrada-
bilidad
1)Según dilución; 2)Según presencia de paja; 3)Según picado; ND: no disponible Fuente: adaptado de Steffen, R., et al. (1998)
![Page 41: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/41.jpg)
5. Pretratamientos.
![Page 42: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/42.jpg)
ainia
Pretratamientos
• OBJETIVOS
• MEJORA DEL RDTO. DEL PROCESO QUE TIENE LUGAR A CONTINUACIÓN (DA)
• Aumento de la producción y calidad del biogás
• Reducción del THR
• Reducción de la materia orgánica al final del proceso
• Crear condiciones favorables para el desarrollo bacteriano
• REGLAMENTACIÓN SANITARIA• Higienización SPA
• CONSERVACIÓN DE SUSTRATOS • Suministro constante de materia prima o alimentación del digestor
(ensilado)
![Page 43: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/43.jpg)
ainia
Principales tipos pre-tratamientos
• Tipos de pretratamientos
• Mecánicos (trituración) residuos de materiales estructurales difíciles de degradar (celulosa, lignina, etc.) como residuos recolección cereales, etc.
• Térmicos (higienización) subproductos procesado industria cárnica, deyecciones ganaderas, lodos de industrias alimentarias, etc.
• Biológicos (adición de bacterias específicas/ensilado/tratamientos fúngicos/tratamientos enzimáticos) cereales, maíz, pratenses, etc.
• Otros.
![Page 44: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/44.jpg)
6. Digestión anaerobia.
![Page 45: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/45.jpg)
ainia
Fases de la digestión anaerobia
(H2S + CO2)
COMPUESTOS ORGÁNICOS COMPLEJOS (carbohidratos, proteínas, lípidos)
COMPUESTOS ORGÁNICOS SIMPLES(azúcares, aminoácidos, ácidos grasos)
ÁCIDOS GRASOS VOLÁTILES(acetato, propianato, butirato, etc)
METANO Y DIÓXIDO DE CARBONOCH4 + CO2
ACETATO (2 carbonos)CH3-COO-
Hidrógeno gas y dióxido de carbonoH2 + CO2
ACIDOGÉNESIS
HIDRÓLISIS
35 %
20 %
17 %
72 % 28 %
13 %
10 %
5 %
ACETOGÉNESIS
METANOGÉNESISSULFUROGÉNESIS
![Page 46: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/46.jpg)
ainia
Ventajas de la co-digestión anaerobia.
Aprovechar complementariedad química de los sustratos: mayor estabilidad y producción de biogás.
Integración de los procesos de valorización (compartir instalaciones de reciclaje).
Integración de metodologías de gestión de los sustratos.
Compensar estacionalidad en la disponibilidad de sustratos.
Ahorro de costes de inversión y mantenimiento.
![Page 47: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/47.jpg)
ainia
Sustratos agroalimentarios
?Otros requisitos: garantía de suministro, proximidad, coste o ingreso asociado a su uso, etc.
No contaminantes persistentes o patógenos (afecta al digerido)
No bactericidas ni inhibidores (afecta al proceso)
Co-digestiónpH/capacidad buffer adecuados
Co-digestiónContenido en nutrientes equilibrado
Co-digestión2-15% de materia seca (bombeo)
Biodegradabilidad
Residuos agroalimentarios
Requisito
Requisitos de los sustratos para producir biogás
![Page 48: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/48.jpg)
ainia
Sistemas de co-digestión anaerobia.
DISEÑO DEL PROCESO
HUMEDAD del SUSTRATO
HUMEDA
SECA
o
FLUJO
CONTINUO
DISCONTINUOo
RANGO de TEMPERATURA
MESOFILO
TERMÓFILOo
ETAPAS de FERMENTACIÓN
1 ETAPA
MULTI ETAPAo
![Page 49: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/49.jpg)
ainia
Configuraciones.
Estiércol + residuos líquidos
Tanque dePre-mezcla
Fermentador Post-Fermen.
Digestato
![Page 50: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/50.jpg)
ainia
Configuraciones.
Estiércol 8 % ST(ev. purines)
TanquePre-mezcla
Fermentador Post-Fermen.
Sustrato 30 % ST
bom
beo
Recirculado
5 % ST
13 % ST
(alternativa H2O)
Digestato
![Page 51: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/51.jpg)
ainia
Configuraciones.
Sustratos
Fermentador
Fermentador
Residuosliquidos
SustratosDigestado
![Page 52: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/52.jpg)
ainia
Componentes de una planta de biogás.
• Digestores– Bolsas
– Lagunas
– Mezcla Completa
– Flujo Pistón
• Gasómetros– Cubiertas o membranas
– Externos
• Sistemas de alimentación– Bombas
– Tornillos sinfín
– Suelos móviles
– Pistón
• Agitación– Sistemas “fuera-borda”
– Palas
• Calefacción– Interna
– Externa
• Sistemas de seguridad– Válvulas seguridad
– Antideflagración
– Antorcha
• Otros.– Desulfurización
– Recogida de sedimentos
![Page 53: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/53.jpg)
ainia
Digestores: mezcla completa.
• Condiciones homogéneas en todo el digestor.
• TRH calculado como V/Q.
• TRH = TR de los microorganismos.
• Posibilidad de recirculación para ajustar ST y para conservación de la población bacteriana.
• ST máx 12% (en el interior)
Agitador
Calefacción
Gasómetro
Aire
Trampa de condensados
Protección contra sobrepresiones
Biogás
Aprovechamiento energético
Sustrato
Digestato
Aislamiento Hormigón
![Page 54: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/54.jpg)
ainia
Digestores: mezcla completa.
![Page 55: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/55.jpg)
ainia
Digestores: flujo pistón.
Aire
Trampa de condensados
Protección contra sobrepresiones
Biogás
Aprovechamiento energético
Sustrato
Digestato
Aislamiento Hormigón
Calefacción
Agitador
Gasómetro
• Condiciones variables en cada sección transversal.
• Posibilidad de recirculación para ajustar ST y para conservación de la población bacteriana.
• ST máx 18% (en el interior)
![Page 56: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/56.jpg)
ainia
Digestores: flujo pistón.
![Page 57: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/57.jpg)
7. Biogás.
![Page 58: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/58.jpg)
ainia
El biogás: características generales
0,81,2Densidad, g/L
-40Agua, g/m3
1,50-8.000H2S, ppm
-30-50CO2, %
81-9250-70Metano, %
Gas naturalBiogás
• Biogás: biocombustible generado en la biometanización de materiales orgánicos.
• Componentes principales: metano y dióxido de carbono.
• Poder calorífico: depende de la concentración de metano (9,96 kWh/m3CH4)
![Page 59: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/59.jpg)
ainia
Necesidades de depuración
• Reformado catalítico para convertir
CH4 en H2
• CH4, CO2, H2O, CO, H2S, COS, NH3 y
halógenos contaminan la FC en
función del tipo.
Especificaciones del biogás para FCs
• PCI > 5 kWh/Nm3
• H2S < 0,05 %(v/v)/Nm3CH4
• NH3 < 30 mg/Nm3 CH4
• Humedad relativa < 80%
• Presión > 20 mbar ± 10%
Especificaciones del biogás como combustible motor
Acondicionado del biogás agroalimentario (50% CH4, 2-5%O2, 500 ppm H2S):
•Desulfuración
•Presurización
•Trampa de condensados
•Depuración (en caso de aprovechamientos distintos a co-generación)
• >96% CH4, <3% CO2, <1% O2
• <23 ppb H2S
• <32 ppb agua
Especificaciones del biogás para combustible de vehículos
Especificaciones del biogás para inyección en la red de gas natural
• >96% CH4, <0,5% O2
• <0,5 ppb H2S
• Punto de condensación bajo la Tsuelo
![Page 60: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/60.jpg)
ainia
Motores de cogeneración
• Ventajas– 40% rendimiento eléctrico– Gran gama comercial de equipos. – Instalaciones modulares disponibles.– Facilidad de vertido de energía a la red eléctrica.– Posibilidad de aprovechamiento térmico (gases de escape a
500ºC y agua caliente a 90ºC).
• Inconvenientes– > 40 % de CH4
– Sensible a la presencia de elementos corrosivos (H2S)– Coste de mantenimiento
![Page 61: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/61.jpg)
ainia
Motores de cogeneración
![Page 62: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/62.jpg)
8. Digestato.
![Page 63: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/63.jpg)
Balance de masas
Rendimiento
500 L biogás/kg SV
Agua800 kg
Mat. Org.180 kg
20 kg cenizas
1000 kg sustrato ST= 20%SV= 90 %ST
Agua800 kg
M.O.= 62 kg
20 kg cenizas
882 kg digestato
Biogás = 90 m3 = 118 kg
ST= 9,3 %SV= 75%ST
+
![Page 64: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/64.jpg)
ainia
Los digestatos y su aprovechamiento.
• Composición homogénea
• Reducción de olores
• Reducción de AGVs (fitotóxicos)
• N orgánico N amoniacal
• Reducción la materia orgánica degradable
• Facilidad en la separación de fases
• Se mantiene la concentración de nutrientes (NPK) de la alimentación
• NECESIDAD DE UN BUEN PLAN DE GESTIÓN DE DIGESTATOS PARA UN ADECUADO RECICLAJE DE LOS NUTRIENTES.
![Page 65: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/65.jpg)
Cambios en la composición del digestato
DM (%) Nitrogen Ammonium Phosphor Potassium Magnesium Calcium pH-value
Cattle liquid manure
Biogas digestate
Source: Saxony Regional Office for Agriculture FB LB, Jäkel
![Page 66: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/66.jpg)
ainia
Los digestatos y su aprovechamiento.
Digerido
2,42,53,63760400806-Purín de cerdo
8,83,24,0158554508025-Estiércol vacuno
5,91,63,33255280808sin restos de alimentosEstiércol vacuno
6,31,73,54255370808con restos de alimentosEstiércol vacuno
---111553007528sin pajaEstiércol de caballo
13,514,318,4351655007545sin pajaGallinaza
Residuos ganaderos
K2OP2O5N 1)[kWh/t FM][%][Nl SV][% ST][%]procedencia
Nutrientes [kg/t FM]Prod. EléctricaMetanoBiogásSVSTTipo,Sustrato
Fuente: KTBL-Arbeitsgruppe "Biogaserträge"1) Se han tenido en cuenta unas pérdidas de N del 28% por almacenamiento y aplicación
![Page 67: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/67.jpg)
ainia
Reducción de olores.
![Page 68: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/68.jpg)
Plan de gestión de digestatos
Es importante que las plantas de biogás dispongan de un plan de gestión de los digestatos adecuado a las
características de éstos, de la instalación y del entorno.
![Page 69: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/69.jpg)
9. Caso prático.
![Page 70: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/70.jpg)
ainia
El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Subproyecto 8: GRANJA SAN RAMÓN
• GRANJA SAN RAMÓN
• Actividad principal: Producción de leche.
• Nuevas instalaciones en Requena (Valencia).
• Explotación de 2.000 animales. Futura ampliación.
• Generación estiércol: 35.000 T /año.
• Objetivo medioambiental:
– Valorización del estiércol mediante la obtención de biogás y digestatos para su uso agrícola.
![Page 71: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/71.jpg)
ainia
El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Subproyecto 8: GRANJA SAN RAMÓN
Estiércol cubículos
Estiércol camas
500 m3 Fermentador flujo-pistón900 m3
Cargador 45 m3
Cosustratos
Quick-mix
Post-Digestor 2200 m3
Separador
Digestato
Fracción sólida digestato
(biofertilizantesólido)
Fracción líquida (biofertilizante
líquido)
Motor 500 kWBiogás
Energía eléctrica (venta)
Energía térmica (autoconsumo)
PRIMERA FASE(prevista ampliación)
![Page 72: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/72.jpg)
ainia
El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Subproyecto 8: GRANJA SAN RAMÓN
Animales en cama:recogida con pala y
almacenamiento previo en pilas
Animales en cubículos:arrobaderas canal depósito
500m3
![Page 73: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/73.jpg)
ainia
El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Subproyecto 8: GRANJA SAN RAMÓN
Cargador 45 m3 para materias primas sólidas.Introduce material al fermentador horizontal en
períodos de 15, 30 ó 60 minutos.
Quick-mixMezcla las materias primas sólidas con el estiércol recogido con arrobaderas y bombeado desde el tanque de acopio.
Rota-cutTriturador del material que pasa del primer
digestor al postdigestor.
![Page 74: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/74.jpg)
ainia
El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Subproyecto 8: GRANJA SAN RAMÓN
Vista del interior Vista exterior
Características básicasVolumen: 900 m3
Agitación: 1 rpmST en el interior: 17% (máx)
Instrumentación3 sensores de temperatura2 presostatos1 caudalímetro de gas
![Page 75: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/75.jpg)
ainia
El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Subproyecto 8: GRANJA SAN RAMÓN
Características básicasVolumen: 2200 m3
Agitación: 25 rpm
Vista del exterior
Vista del interior: cúpula
Vista del interior: agitador
Instrumentación2 sensores de temperatura1 presostato1 caudalímetro de gas
![Page 76: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/76.jpg)
ainia
El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Subproyecto 8: GRANJA SAN RAMÓN
Distribuidor Cuadro general Analizador de gases (CH4, O2, H2S, H2)
Calefacción
![Page 77: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/77.jpg)
ainia
El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Subproyecto 8: GRANJA SAN RAMÓN
Separador sólido-líquido
Balsa de almacenamiento de la fracción líquida
![Page 78: La producción de biogás a partir de residuos ganaderos](https://reader036.vdocuments.net/reader036/viewer/2022081717/5562f27ad8b42ad26c8b55d6/html5/thumbnails/78.jpg)
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El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Subproyecto 8: GRANJA SAN RAMÓN
Aprovechamiento del biogás
Motor Jenbacher 526 kW (499 kW)Rendimiento eléctrico 40,4%Pretratamiento:
- Desulfuración por aire en los digestores- Deshumidificación
Aprovechamiento E térmica camisa y gases de escape
Antorcha para quemado del gas en exceso.
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El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Subproyecto 8: GRANJA SAN RAMÓN
• CONCLUSIONES:
• Generación anual de energía equivalente a 850 toneladas equivalentes de petróleo.
• Generación de 4.000.000 kWhe / año (electricidad verde).
• Energía eléctrica equivalente para 1000 hogares aproximadamente.
• Reducción de emisiones de CO2.
• Reciclado de los digestatos en parcelas agrícolas próximas a la granja según plan de gestión a medida.
Iniciativa innovadora hacia la excelencia en la gestión medioambiental de nuestras actividades ganaderas
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10. Sostenibilidad.
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Sostenibilidad