La empresa Biogasnalia ha instalado una innovadora planta de biogás en el polígono industrial de Villalonquejar, Burgos, para mejorar sus procesos de gestión de residuos y reducir el consumo de gas natural.

La empresa, perteneciente al grupo Ecoalia, genera harina rica en proteína para alimentación animal procesando sangre en una transformación térmica que requiere altos consumos de vapor. Hasta la construcción de la planta de biogás, se abastecía con 2 calderas de vapor a gas natural de 1.600 kWt en total. Además, otras empresas del grupo gestionaban hasta 90 toneladas diarias de residuos orgánicos.

Por qué una planta de biogás

Una planta de biogás convierte en gas la materia contenido en los sustratos de entrada. Así, un material seco como el lodo residual de grasa de fritura industrial desaparece en su mayoría al convertirse en gas.

La reducción de volumen y la producción energética son las principales ventajas de la tecnología bioquímica anaerobia. A su vez, se genera un líquido, prácticamente agua, cuya gestión o incluso valorización como fertilizante es más sencilla.

Mejorar la gestión de los residuos y acabar con el consumo de gas natural fueron los objetivos que motivaron la construcción de esta planta de biogás.

La nueva planta ha sido entregada llave en mano por la empresa española AGF y ha supuesto un reto de ingeniería de procesos.

Retos técnicos

  • Por un lado, se requiere procesar correctamente todo el material disponible, variable en cantidad, tipo y composición a diario, dependiendo de la coyuntura de las industrias productoras. La eliminación del residuo es clave en este proyecto.
  • Por otra parte, la mezcla de materiales disponibles tiene un contenido en nitrógeno muy elevado, superior a 9 kg/m3 y una relación C/N muy baja, en torno a 8. Además, el contenido en grasas de muchos materiales es muy elevado, llevando a mezclas con concentraciones pico de hasta el 50% sms y sobre el 30% de media.
  • El control del autoconsumo eléctrico era otro aspecto importante, pues la planta de biogás debe compartir acometida eléctrica con la producción de harina de sangre de Biogasnalia, dejando una potencia eléctrica bastante limitada.
  • A todo lo anterior hay que añadir el escaso espacio disponible.

Alta producción

Se diseñó una planta de alta eficiencia de producción para llevar a cabo un proceso complejo, de etapas diferenciadas, y con un alto nivel de automatización pues el mismo personal atiende tanto a la producción de gas como de harina de sangre.

La transmisión de calor y los procesos de mezcla debían ser óptimos. Y, sin duda, lo más importante era el desarrollo de los procesos bioquímicos, químicos y físicos que permitieran procesar materiales complejos, sin menoscabo de una alta eficiencia de producción. A ello se destinó la investigación del laboratorio de AGF durante más de un año.

Otro problema añadido de esta planta y que no suele presentarse en la industria tradicional del biogás: controlar la combustión y derivar parte de la producción de vapor para generar agua caliente.

Normalmente se instala un grupo de cogeneración, lo que facilita mucho la labor de ingeniería, porque se conecta una tubería de gas, dos de agua caliente y unos cables, y el motor lo hace todo. Pero en este caso era necesario controlar la combustión -nivel de llama por encima del 95% de calidad- en tiempo real ante un quemador modulante, manteniendo presión y caudal de suministro, así como controlar la producción de agua caliente para calentar la planta consumiendo vapor.

El vapor se comparte con el proceso industrial de Biogasnalia, que es prioritario, por lo que el sistema de control de la planta debía ser capaz de calentarse con el calor residual, adaptándose a cada momento tanto la consigna como la actuación y manteniendo la combustión en quemadores al máximo.

Proceso en 2 etapas

La planta de biogás comenzó su puesta en marcha en la segunda mitad de septiembre del 2017. A menos de 2 semanas del inicio del llenado de la planta se realizó la primera prueba de combustión en caldera. Durante los siguientes 2 meses se ha alimentado la caldera con biogás en más de un 95% de su consumo.

Durante la puesta en marcha, AGF ha primado la producción de suficiente gas para alimentar la caldera, intentando mantener esta producción a pesar de los cambios de reacciones y proceso que ocurren en los tanques.

Se ha implementando un proceso de 2 etapas, con un reactor de fermentación (RF) previo, donde se realiza el proceso conocido como hidrólisis –en realidad una fermentación acética-; y 2 reactores de metanogénesis (RM), donde ocurren las 3 reacciones principales restantes para producir metano.

La planta procesa cada día una media de 65 toneladas de lodos; funciona satisfactoriamente en automático, y puede mantener la producción de biogás durante más de 10 días sin que la planta sea alimentada gracias al RF. Las únicas operaciones manuales son la descarga de material y la extracción de digerido.

Como demuestran los análisis realizados, en la actualidad se está trabajando sobre 9 kg/m3 de N en el material de entrada y un contenido en grasas sobre el 30%.

La eliminación de materia orgánica es superior al 85%, teniendo un lodo digerido final con un contenido en Materia Seca Orgánica del 1,5%, resultado de alimentar material con un contenido sobre el 20%. La eliminación de grasas está en torno al 90% en la planta.

El consumo eléctrico de la planta -uno de los principales costes de operación- se sitúa en el 7-9% de la energía equivalente producida, dependiendo del día y de las cantidades a procesar.

La planta trabaja actualmente con un solo RM activo, estando el segundo lleno de agua de pruebas y sin temperatura de proceso.

El lodo digerido se extrae a diario por cisterna una vez se ha estabilizado dentro de la planta para evitar la producción residual de biogás.

De no haber sido posible, hubiera sido necesario construir una balsa o un tanque final, como en otros proyectos, pero Biogasnalia dispone de la logística necesaria para hacer una extracción diaria.

Gestión del gas

La planta de biogás de AGF puede controlar perfectamente la producción de biogás. Se ha hecho un gran esfuerzo en la gestión de cúpulas, que pueden trabajar a nivel constante, lo que significa que la planta produce el gas que se consume, sin acumulación ni pérdida en las cúpulas.

El gas generado ha llegado a contener hasta un 79% de metano en el propio tanque, en función de la operación de la planta.

No es necesario ningún tratamiento para eliminar SH2 (sulfuro de hidrógeno) pues el proceso implementado por AGF no genera altas concentraciones de este compuesto en el gas, a pesar de estar degradando una alta carga de proteínas, principal fuente de azufre orgánico.

El contenido de SH2 en el gas quemado en caldera nunca ha superado las 180 ppm, con un valor medio de 35 ppm.

Dependiendo de la operación de la planta puede generarse biohidrógeno, que ha llegado a alcanzar en algunos tanques hasta el 25% en volumen.

De 500 a 1000 kWe

La planta dispone de un volumen útil de reacción de 2.600 m³. Usando la mitad, un solo tanque, para producir biogás, la instalación ha sido capaz de producir de manera constante un caudal de metano de unos 120 Nm³/h, lo que equivale a una producción de 500 kWe.

Por lo tanto, la planta podría producir hasta 1 MWe si se utilizaran activamente los 2 tanques. Las tecnologías tradicionales requieren unos 5.000 m³ de volumen útil para generar 500 kWe, sin contar con balsas finales o tanques de almacenamiento.

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Francisco Guzmán, ingeniero y fundador de la empresa AGF Ingeniería de Procesos

Leodegario López, de la empresa BiogasMaxx, suministradora de la tecnología de la planta

Leodegario López, de la empresa BiogasMaxx, comercial de la tecnología para América

Javier Cuenca, especialista en medio Ambiente y nuevas tecnologías en AGF Ingeniería y Procesos

Javier Cuenca, especialista en medio Ambiente y nuevas tecnologías en AGF Ingeniería y Procesos

Biogás de residuos, oportunidad de negocio

La industria del biogás se ha desarrollado a nivel internacional en mercados de producción primada, ya sea para la generación eléctrica, uso de calor o vertido de biometano a la red de Gas Natural, y con cultivos energéticos como principal fuente de materia prima. La realidad en España es distinta, pues ni tiene un marco primado equivalente al de otros países europeos, ni puede derivar producciones de cultivos, que son de regadío, para la producción de energía.

Los residuos orgánicos biodegradables suponen una gran fuente de materia prima para la producción de biogás. La concentración de las poblaciones ha conllevado la concentración de la producción de bienes consumibles, y esto ha creado nuevas necesidades de gestión de residuos.

Una planta de biogás puede solucionar este problema, concentrando y optimizando en una instalación industrial la solución natural a los residuos. Además, la gestión de residuos puede ser un negocio por sí mismo completando el ingreso por producción energética que, como se ha dicho, es muy bajo en España.

Pero hacer biogás con residuos presenta diferencias con respecto a utilizar cultivos energéticos. Los residuos varían tanto en composición como en disponibilidad; y aquéllos que pueden gestionarse cobrando suelen ser materiales sin otro valor, y tienen normalmente muchas grasas y nitrógeno; todo lo contrario a un cultivo energético.

Estos residuos son difíciles de gestionar correctamente si no reciben un tratamiento, pues las grasas son materiales estables que no se degradan y cuya aplicación a campo no es una solución aceptable ambientalmente. Además, lodos ricos en proteína suelen presentar otros problemas añadidos, como un fuerte olor.

Siempre habrá necesidades energéticas que cubrir y residuos que procesar. La industria del biogás puede tener un amplio desarrollo si supera el escalón de la rentabilidad, si amplía el rango de materiales a procesar, y si innova y desarrolla nuevas tecnologías. AGF está trabajando activamente en todas esas líneas.

Sobre AGF Ingeniería de Procesos
AGF desarrolla y participa en proyectos en España y Reino Unido. Realiza un gran esfuerzo e inversión en investigación y desarrollo, evaluando diferentes procesos en su laboratorio en el pequeño pueblo badajocense de La Lapa.

AGF diseña y construye la planta, la arranca y la entrega operativa, con formación del personal tras probar todos los elementos de la misma y cumplir los objetivos recogidos en contrato: 30 días seguidos de producción estable de la planta, con los protocolos diarios de trabajo establecidos y probados, y generando la potencia térmica acordada.

Javier Cuenca y Francisco Guzmán/AGF Ingeniería de Procesos

@JaviCTDc

@P2Gz

Publicado en BIE 38 – Invierno 2017-18

 

 

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