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Proyectos de biogás a pequeña y mediana escala:<br />
Energía limpia a partir de purines<br />
Dr. Felipe Kaiser C.<br />
Director Ejecutivo
Bioquímica del proceso<br />
I - Hidrólisis<br />
Polímeros<br />
(proteinas, carbohidratos)<br />
enzimas hidrolíticas<br />
II - Acidogénesis<br />
Monómeros<br />
(azúcares, aminoácidos, peptidos)<br />
II<br />
III - Acetogénesis<br />
II<br />
propionato, butirato<br />
III<br />
III<br />
II<br />
H 2 + CO 2<br />
III<br />
acetato<br />
IV - Metanogénesis<br />
IV<br />
IV<br />
CH 4 + CO 2<br />
(modified after http://www.uasb.org)
Tecnología de Biogás<br />
Alimento<br />
Tratamientos y<br />
usos del biogás<br />
desulfurizacion<br />
Pre-tratamiento<br />
picado<br />
molido<br />
pasteurizado<br />
Digestión anaeróbica<br />
Digestato<br />
deshumidificación<br />
Co-generación<br />
Injección en red de gas<br />
Fertilización
Tecnología de Biogás
Tecnología de Biogás<br />
Fermentador<br />
Post-<br />
Fermen.<br />
Digestato<br />
Estiercol + Purines
Datos bases en producción animal<br />
sustrato Tipo ST SV de<br />
ST<br />
proveniencia<br />
[%] [%]<br />
Biogas Metano Prod.<br />
Electrica<br />
[l Normgas/kg<br />
SV]<br />
Valores<br />
Nutrientes<br />
[kg/t FM]<br />
[%] [kWh/t FM] N 2) P 2 O 5 K 2 O<br />
Gallinaza sin paja 45 75 500 65 351 18,4 14,3 13,5<br />
Estiercol de caballo sin paja 28 75 300 55 111 - - -<br />
Estiercol vacuno con restos de alimentos 8 80 370 55 42 3,5 1,7 6,3<br />
Estiercol vacuno sin restos de alimentos 8 80 280 55 32 3,3 1,6 5,9<br />
Estiercol vacuno - 25 80 450 55 158 4,0 3,2 8,8<br />
Purin de cerdo - 6 80 400 60 37 3,6 2,5 2,4<br />
Nachwachsende Rohstoffe<br />
Grano de cereales (cnteno/ trigo) picado 87 98 700 53 1012 12,5 7,2 5,7<br />
Hierba fresca 18 91 600 54 170 3,3 1,4 6,1<br />
Hierba silo 25 88 560 54 213 4,0 2,2 8,9<br />
centeno verde silo 25 88 590 54 224 3,9 2,3 9,0<br />
patatas pure 22 94 730 52 251 2,5 1,3 5,8<br />
maiz silo grano leche 22 95 570 52 198 2,3 1,5 4,2<br />
maiz silo grano medio 30 96 600 52 288 2,8 1,8 4,3<br />
maiz silo grano maduro 35 96 600 52 335 3,3 1,9 7,8<br />
col forrajera - 11 88 700 52 113 1,2 0,6 4,6<br />
hoja remolacha silo 18 80 600 54 149 3,2 1,0 7,7<br />
hoja coliflor fresca 13 82 610 55 114 2,7 - -<br />
paja de trigo picada 86 92 370 51 478 3,7 1,6 10,3<br />
pasto sudan - 18 91 550 53 153 2,3 - -
Beneficios de la produccion de biogas<br />
Fertilizacion<br />
Retención hidráulica NH 4 / NH 3 -N<br />
MS<br />
Relación C/N<br />
pH<br />
(días)<br />
(kg/m 3 )<br />
(%)<br />
0 2,9 7,9 8 7,3<br />
35 3,3 5,1 5 7,9<br />
70 3,4 4,4 4 8,0<br />
105 3,7 4,3 4 8,0
NH 3 -N-Emission in % of the applicated Ammonium-N<br />
Digestato<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
No manage<br />
Fermented<br />
0<br />
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 h 75
Beneficios de la produccion de biogas<br />
Combustion de biogas<br />
SO 2<br />
(kg/TJ)<br />
NOx<br />
(kg/TJ)<br />
polvo<br />
(kg/TJ)<br />
CO 2<br />
(kg/TJ)<br />
BaP c<br />
(kg/TJ)<br />
Petróleo 140 90 20 90 1<br />
Gas natural 3 90 2 70 0<br />
Carbón 300 150 20 100 3000<br />
Madera, ind. a 100 64 100 130 130<br />
Madera, priv. b 30 60 100 300 -<br />
Paja de trigo 170 340 200 300 -<br />
Biogás 3 50 3 50 0<br />
1 m 3 de biogás sustituye a 0,6 litros de petróleo, los cuales<br />
durante su combustión aumentan la concentración atmosférica de<br />
CO 2<br />
en 1,56 kg
Producción de biogás a partir de diferentes sustratos<br />
Baking wastes<br />
Waste grease<br />
Canola cake, 15 % fat<br />
Waste bread<br />
Molasses<br />
Skimmed grease<br />
Food waste<br />
Maize silage, waxy stage, high-grain<br />
Grass silage, first cut<br />
Maize silage, dough stage, high-grain<br />
Green maize, dough stage<br />
Brewer`s grain silage<br />
Grass<br />
Fodder beets<br />
Silage from sugar beet leafs<br />
Potato peelings<br />
Whey<br />
Potato mash, fresh<br />
Liquid swine manure<br />
Liquid cattle manure<br />
39<br />
35<br />
36<br />
25<br />
220<br />
202<br />
195<br />
171<br />
155<br />
291<br />
103<br />
93<br />
90<br />
68<br />
400<br />
486<br />
469<br />
552<br />
600<br />
657<br />
100 200 300 400 m 3 *t -1 600
Tecnología de Biogás<br />
Sustratos<br />
Digestato<br />
Fermentador<br />
Sustratos<br />
Residuos<br />
liquidos<br />
Fermentador
Sistemas de alimentacion<br />
• Sistema estacion de dosificacion<br />
Vorratsbehälter<br />
Wägezellen<br />
Förderschnecke<br />
Fermenter
Sistemas de alimentacion<br />
Dosificador con sistema de<br />
tornillo sinfin
Sistemas de alimentacion<br />
• Sistema carro dosificador<br />
Förderschnecken<br />
Fermenter<br />
Vorratsbehälter<br />
Wägezellen
Sistemas de agitacion<br />
Hebel zum<br />
schwenken<br />
Stromkabel<br />
Seilwinde<br />
Lagerung<br />
(Rundrohr)<br />
Deckel mit<br />
Dichtung<br />
Wasser<br />
Tauchtasse<br />
Standrohr, 4-Kantprofil<br />
Umlenkrolle für Seil<br />
Güllestand<br />
Seilumlenkung<br />
Edelstahlseil<br />
mit Kabelschlaufen<br />
Tauchmotorrührwerk<br />
Bodenlager
Kugelgelenk mit<br />
Gummi-Faltenbalg<br />
Sistemas de agitacion
Lager und<br />
Dichtung<br />
Sistemas de agitacion
Sistemas de agitacion
Sistemas de agitacion
Sistema de calefacción
Sistema de calefacción
Uso de biogás - motores<br />
Motor a biogas, 800 kW el.<br />
Motor de mezcla<br />
(10% petróleo), 250 kW el.
Uso de biogás - motores<br />
TCG 2016C<br />
TCG 2020<br />
TCG 2032
Biodigestores agrícolas<br />
Carga sólida o fibrosa<br />
(opcional)<br />
II PRODUCCION DE BIOGAS<br />
Almacén de biogás<br />
Biogás<br />
Almacén de biogás<br />
(opcional)<br />
Substrato líquido<br />
p.e. Purines de vaca<br />
Digestor<br />
Contenedor de<br />
post-digestión<br />
/ Almacén de lodos<br />
Lodos<br />
Digeridos<br />
Calefacción del Digestor<br />
Calefacción Post-Digestor<br />
(opcional)<br />
Almacén de<br />
co-sustratos<br />
(opcional)<br />
Pretratamiento<br />
Almacén de calor<br />
(opcional)<br />
Calor<br />
Motor de<br />
Co-generación<br />
Electricidad<br />
I MANEJO DE SUBSTRATOS<br />
III UTILIZACION DEL BIOGAS
Biodigestores agrícolas<br />
320 KW<br />
500 KW<br />
380 KW
Biodigestores agrícolas<br />
1024 KW<br />
1063 KW
Proyectos de Biogás<br />
- Pequeño y Mediano Agricultor -<br />
27
Proyecto Biogás Pequeño Agricultor<br />
• Sustratos:<br />
– 880 ton/a estiércol de vacuno (40 vacas)<br />
– 60 ton/a maíz silo (1 ha)<br />
– 25 ton/a silo ballica (1 ha)<br />
• Energía<br />
– Biogas 37.136 m 3 /a<br />
– Metano 20.015 m 3 /a<br />
– Energía calórica 196.616 kWh<br />
169.172.499 kcal<br />
671 MMBTU<br />
15.380 kg gas licuado<br />
• Uso<br />
– Electricidad (10 kW) autoconsumo<br />
– Térmico calefacción
Proyecto Biogás Pequeño Agricultor<br />
Tamaño reactor 100 m 3
Proyecto Biogás Pequeño Agricultor
Proyecto Biogás Pequeño Agricultor
Proyecto Biogás Pequeño Agricultor
Proyecto Biogás Pequeño Agricultor
Proyecto Biogás Pequeño Agricultor<br />
Costos anuales<br />
Inversión (depr. 10 años) -2.500.000<br />
Materia prima (1 ha maíz) -980.000<br />
Remuneraciones -1.200.000<br />
Subtotal -4.680.00<br />
Ahorro fertilizante +300.000<br />
TOTAL -4.380.000<br />
Producción<br />
kWh/año a venta 75.750<br />
$/kWh (+30% de inversión) 77<br />
kg gas licuado 15.380<br />
$/kg gas licuado 285<br />
Costo mercado kg gas licuado 767
Proyecto Biogás Pequeño Agricultor<br />
Proyecto en Talagante: 50 m 3 de reactor<br />
Costo total: US$ 10.320.-
Proyecto Biogás Estanques de Polietileno<br />
Residuo<br />
Reactor 1 Reactor 2<br />
Bomba<br />
Pre-mezcla<br />
Caldera
Proyecto Biogás Estanques de Polietileno
Proyecto Biogás Estanques de Polietileno<br />
Sustitución<br />
gas licuado
Proyecto Biogás Estanques de Polietileno<br />
Costos anuales<br />
Inversión (depr. 10 años) -2.000.000<br />
Materia prima (1 ha maíz) -980.000<br />
Remuneraciones -1.200.000<br />
Subtotal -4.680.000<br />
Ahorro fertilizante +300.000<br />
TOTAL -4.180.000<br />
Sustitución gas licuado<br />
kg gas licuado 15.380<br />
$/kg gas licuado 272<br />
Costo mercado kg gas licuado 767<br />
Energía eléctrica (+30% de inversión)<br />
kWh eléctrico 75.750<br />
kWh térmico 99.675<br />
= 340 MMBTU (15 US$/MMBTU) $ 2.550.000<br />
$/kWh 40
Proyectos de Biogás<br />
- Pequeño y Mediano Agricultor -<br />
40
Proyectos de Biogás<br />
- Pequeño y Mediano Agricultor -<br />
Porcinos<br />
Madres Cerdos/año UA Purin Purin Planta Biogás Biogás Metano<br />
(m 3 /año) (m 3 /día) (m 3 ) (m 3 /año) (m 3 /año)<br />
10 180 24 456 1 50 8.755 5.253<br />
100 1.800 240 4.560 12 500 87.552 52.531<br />
300 5.400 720 13.680 37 1.499 262.656 157.594<br />
600 10.800 1.440 27.360 75 2.998 525.312 315.187<br />
1.000 18.000 2.400 45.600 125 4.997 875.520 525.312<br />
2.000 36.000 4.800 91.200 250 9.995 1.751.040 1.050.624<br />
Porcinos<br />
Madres Cerdos/año UA Energía bruta<br />
kWh kcal MMBTU Kg gas licuado<br />
10 180 24 52.321 45.018.142 179 4.093<br />
100 1.800 240 523.211 450.181.422 1.786 40.927<br />
300 5.400 720 1.569.632 1.350.544.265 5.357 122.782<br />
600 10.800 1.440 3.139.265 2.701.088.531 10.714 245.564<br />
1.000 18.000 2.400 5.232.108 4.501.814.218 17.856 409.274<br />
2.000 36.000 4.800 10.464.215 9.003.628.435 35.712 818.548<br />
41
Proyectos de Biogás<br />
- Pequeño y Mediano Agricultor -<br />
Lecherías<br />
UA Purin Purin<br />
Planta<br />
Biogás Biogás Metano Energía bruta<br />
(m 3 /año) (m 3 /día) (m 3 ) (m 3 /año) (m 3 /año) kWh kcal MMBTU Kg gas licuado<br />
10 190 1 21 4.256 2.554 25.434 21.883.819 87 1.990<br />
100 1.900 5 208 42.560 25.536 254.339 218.838.191 868 19.895<br />
300 5.700 16 625 127.680 76.608 763.016 656.514.573 2.604 59.686<br />
500 9.500 26 1.041 212.800 127.680 1.271.693 1.094.190.956 4.340 99.476<br />
1.000 19.000 52 2.082 425.600 255.360 2.543.386 2.188.381.911 8.680 198.953<br />
1.500 28.500 78 3.123 638.400 383.040 3.815.078 3.282.572.867 13.020 298.429<br />
42
Proyectos de Biogás<br />
Para plantas de biogás sobre 500 m 3 de tamaño:<br />
Inversión aprox.*:<br />
1.500 US$/kW<br />
80-95 US$/m 3<br />
Inversión aprox.*:<br />
1.000 US$/kW<br />
50-60 US$/m 3<br />
* Valor referencial basado en 1.000 kW<br />
43
Proyectos de Biogás<br />
- Pequeño y Mediano Agricultor -<br />
Porcinos<br />
Madres Cerdos/año UA Estanque Est-Laguna Venta**<br />
US$ US$ US$<br />
10 180 24 32.550* - 2.678<br />
100 1.800 240 195.300* - 26.784<br />
300 5.400 720 238.584 198.820 80.351<br />
600 10.800 1.440 397.640 318.112 160.703<br />
1.000 18.000 2.400 530.187 397.640 267.838<br />
2.000 36.000 4.800 795.280 530.187 535.675<br />
Lecherías<br />
UA Estanque Est-Laguna Venta**<br />
US$ US$ US$<br />
10 16.275* - 1.302<br />
100 73.100* - 13.020<br />
300 115.978 96.649 39.060<br />
500 161.081 128.865 65.099<br />
1.000 257.730 193.297 130.199<br />
1.500 289.946 231.957 195.298<br />
* Estanque de polietileno **Venta de energía del biogás a 15 US$/MMBTU<br />
44
Proyectos de Biogás<br />
Dr. Felipe Kaiser<br />
Director Ejecutivo<br />
Avda. Vitacura 9990 Of. 203<br />
Santiago de Chile<br />
fono/fax: +56-2-2024859<br />
fkaiser@kaiserenergia.com<br />
www.kaiserenergia.com
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