Plantas de biogás: producción flexible de energía renovable proveniente de biomasa

La tecnología de biogás hace uso de procesos naturales respetuosos con el medio ambiente

Objetivamente, se considera que el biogás es un producto derivado inflamable de la fermentación anaeróbica de la materia orgánica. Se trata de uno de los elementos más flexibles en la combinación de energías renovables. Puede almacenarse en forma de calor o electricidad para que la energía pueda utilizarse cuando se necesite. Su flexibilidad hace que el biogás sea un complemento perfecto para la energía solar o eólica, las cuales tienen niveles de fiabilidad muy variables y son difíciles de regular.

Vogelsang proporciona componentes fiables para la producción rentable de biogás. Desde la tecnología de bombeo a la maceración, la tecnología de desintegración y los sistemas de alimentación de materia sólida, Vogelsang ofrece un catálogo completo de tecnología de biogás para toda las necesidades de fermentación. Esta es la razón por la que nos consideramos los mejores socios en el sector del biogás. Junto con nuestros clientes, desarrollamos regularmente la tecnología para biogás y la adaptamos a los cambios continuos de la producción con el fin de ofrecer soluciones de máxima eficiencia. El analisis individual es un aspecto importante para todas las plantas de biogás. Es la única forma de optimizar al máximo cada planta.

Cuadro destacado

Haga uso de los conocimientos sobre biogás de Vogelsang en línea y fuera de línea

Aproveche la gran cantidad de años de experiencia en la producción de biogás que tenemos. Descubra las diversas aplicaciones en que se puede utilizar la tecnología de biogás de Vogelsang con nuestra aplicación Biogas. También podemos asesorarle individualmente sobre la mejor forma de optimizar la línea de digestores de la planta de biogás.

Situación internacional en el sector del biogás

En la actualidad, solo en Alemania hay aproximadamente 10 000 plantas de biogás (en función del método de recuento utilizado) que suministran energía a la población. En Europa hay alrededor de 17 000. El tamaño medio de las plantas de biogás es diferente para cada país en función del tipo de biomasa que se utiliza. Esto significa que en algunos países, se promueven especialmente las plantas de biogás pequeñas. En Alemania, son plantas de 75 kW que reciclan casi exclusivamente residuos agrícolas. Por otra parte, hay también plantas de gran tamaño que generan varios megavatios (mW). La materia prima es materia renovable reciclable, así como residuos orgánicos domésticos y residuos alimentarios.

Aplicaciones en las plantas de biogás

Las plantas de biogás se construyen para que proporcionen las condiciones óptimas para la producción de biogás. La biomasa se almacena en grandes contenedores (llamados “digestores”) en donde fermenta en ausencia de luz y oxígeno. Esta fermentación anaeróbica tiene lugar en cuatro etapas, durante las cuales las bacterias especializadas transforman la biomasa paso a paso, generando el biogás. Estos pasos (también llamados “fases”) son los siguientes:

  • Primer paso: hidrólisis (digestión de la materia prima)
  • Segundo paso: acidogénesis (acidificación)
  • Tercer paso: acidogénesis (formación de ácido acético)
  • Cuarto paso: metanogénesis (formación de metano)

El biogás en sí mismo está compuesto principalmente de metano y dióxido de carbono, aunque también tiene otros muchos gases como sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y amoníaco. Al final del proceso de fermentación, queda el residuo de fermentación digerido, que puede utilizarse en la agricultura como fertilizante. Esto completa el ciclo natural, sin que se utilice ningún otro producto derivado, el biogás es altamente sostenible.

La metáfora del biogás como una vaca de cemento

Teniendo en cuenta los pasos que hemos descrito antes, existe un enorme parecido con el sistema digestivo de una vaca, razón por la que, a veces, las plantas de biogás se conocen como “vacas de cemento”. Tanto en las plantas de biogás, como en el sistema digestivo de los rumiantes, las bacterias convierten la biomasa en energía. El proceso de las plantas modernas de biogás conocido como “preparación del sustrato” es equivalente a la masticación de la vaca. La hidrólisis se realiza en el primer estómago de la vaca (el rumen). La acidificación y formación de ácido acético se realiza a continuación en el omaso y el abomaso y la energía se genera (es decir, se absorbe en el cuerpo de la vaca) en el intestino grueso e intestino delgado, así como en el apéndice. Otro sorprendente parecido se encuentra en el material sólido de entrada (el sustrato). Muchos agricultores, al igual que al ganado vacuno, alimentan las plantas de biogás con materiales renovables, como ensilaje de maíz y ensilaje de pasto.

Los elementos de una planta de biogás

Los elementos principales más importantes de las plantas de biogás son los siguientes:

  • Sustrato/alimentador de materia sólida
  • Depósito del digestor
  • Mezcladores para su uso en los digestores
  • Almacenamiento de gas
  • Almacenamiento de residuos de fermentación para el material fermentado restante
  • El biogás se utiliza generalmente para las unidades de cogeneración o, de forma menos frecuente, para el procesamiento y almacenamiento de gas en la red

Una unidad de cogeneración es un motor de gas acoplado a un generador que genera electricidad (potencia) a partir de la energía del biogás. Los mezcladores son necesarios, porque solo ellos pueden crear las condiciones óptimas para la generación de biogás cuando el digestor se mezcla bien y de manera uniforme. El objetivo del alimentador de materia sólida es introducir la biomasa sólida en el digestor. En condiciones perfectas, esto se realiza con un bajo consumo energético y sin obstrucciones, independientemente del tipo de biomasa.

La materia sólida que puede utilizarse en plantas de biomasa depende de varios factores. Básicamente, el contenido orgánico debe ser muy denso, ya que es el único que puede transformarse en biogás. El periodo de retención debe coincidir con la cantidad de materia sólida utilizada. El periodo de retención es el periodo de tiempo medio que la biomasa permanece en el digestor hasta que sale. Si es demasiado breve, las bacterias no tienen tiempo suficiente para descomponer la materia sólida como sería necesario. En consecuencia, no realiza un pleno aprovechamiento de la energía que contiene la biomasa. Desde un punto de vista tecnológico, esto no representa un problema, pero tiene un impacto en la rentabilidad de la planta de biogás. Además, la materia prima con un potencial energético elevado deja de proporcionar de forma automática el mayor rendimiento económico. También es necesario calcular los costes de la materia prima y la energía real que proporciona. Finalmente, se debe solicitar el permiso oficial para la biomasa que se haya elegido.

Fermentación húmeda y fermentación seca: los dos tipos de fermentación

Las plantas de biogás normalmente se clasifican según diferentes aspectos. Por ejemplo, se diferencian entre el tipo de fermentación, húmeda frente a seca. Durante la fermentación húmeda, la materia sólida se mezcla con un líquido. Las suspensión orgánica resultante normalmente flota y se mueve mediante una bomba. Durante la fermentación seca, las biomasa apilable se introduce en un “digestor contenedor” o “digestor de almacenamiento” y, a continuación, se rocía con un líquido (el líquido de percolación). El líquido de percolación se filtra por la parte inferior, se recoge y vuelve a rociar en la parte superior de la biomasa. Este proceso facilita la fermentación y, en consecuencia, la producción de biogás. Este tipo de planta no se utiliza muy ampliamente, pero sirve principalmente para la fermentación de residuos orgánicos como restos de poda o residuos alimentarios domésticos.

Para las plantas de biogás y las de biometano lo más importante es lo que se produce

Otra distinción se realiza entre las plantas de biogás en comparación con las plantas de metano. Ambas plantas producen biogás. Para las plantas de biogás (que son las más frecuentes en Alemania), el biogás se procesa un poco y, a continuación, se transforma en electricidad y calor en una unidad de cogeneración ubicada a poca distancia. Las plantas de biometano procesan el biogás de forma tan exhaustiva que, al igual que el gas natural, está formado casi completamente de metano. A continuación, el biometano puede introducirse directamente en la red de gas natural en la que se transporta e inflama cuando se necesite generar energía.

Las plantas de gestión de residuos representan un uso responsable de los residuos orgánicos

Otra clasificación que normalmente se hace es la que diferencia en función de la biomasa utilizada. Diferencia entre plantas de cofermentación o plantas de residuos y plantas de materiales renovables. El término “planta de cofermentación” se retrotrae a la época del gran surgimiento del biogás en Alemania. Los agricultores crearon sistemas en los cuales generar y usar la energía que todavía se encontraba en el abono líquido en forma de biogás. No tardaron mucho en darse cuenta de que podían producir más biogás  si añadían también sustratos complementarios al abono líquido, como alimentos no consumidos, granos o residuos orgánicos. Esto hizo aparecer el término de planta de cofermentación para referirse a las plantas de biogás que fermentan los residuos industriales y agrícolas, como abono líquido y estiércol. Con el paso del tiempo, la proporción de plantas de biogás basadas en la agricultura que fermentaban residuos decreció abruptamente. En vez de ello, la mayoría de plantas industriales se construían para gestionar los residuos municipales, comerciales e industriales. Durante esta fase de desarrollo, el término “planta de residuos” se empezó a utilizar para las plantas de biogás en las que se fermentaban los residuos orgánicos.

Plantas de materia renovable: qué son y qué las hace diferentes

El término planta de materia renovable proviene de la época en que el Gobierno decidió promocionar la fermentación de materiales renovables, como cultivos energéticos en particular. Además de los residuos agrícolas, estas plantas de biogás pueden solo fermentar materia prima renovable. Los residuos agrícolas son normalmente estiércol y abono líquido. La materia renovable (cultivos energéticos) normalmente es:

  • El maíz y el ensilaje de hierba.
  • El ensilaje de planta entera
  • Cultivos como la patata y el nabo, etc., siempre y cuando no estén destinados para la producción de alimentos.

Este tipo de plantas se encuentra bastante generalizado en Alemania. Están sujetas a normas y subvenciones especiales según la Ley de Energías Renovables (EEG). Para muchas explotaciones agrícolas, proporcionan una fuente de ingresos razonablemente predecible y fiable.

Cuando todos esos puntos se tienen en cuenta, debe instalarse en la planta de biogás un alimentador de materia sólida para que pueda alimentar la biomasa de forma eficiente. Los residuos líquidos de la agricultura, como el abono y la glicerina, o los residuos de los interceptores de grasa, pueden normalmente bombearse al digestor mediante bombas. Debido a que esto a menudo significa residuos entre los que se encuentra la materia extraña, como piedras, piezas de metal e impurezas (p. ej., madera, correas, etc.), recomendamos usar maceradores y separadores de materia extraña para reducir el material a tamaños fáciles de trabajar.

Higiene

Cuando se utilizan materias primas que están sujetas a normativas higiénicas, debe realizarse una limpieza a fondo para garantizar que todos los parásitos, los virus o las bacterias, que contienen dichas materias, y que podrían representar un riesgo para el medio ambiente, se eliminan. Esto se aplica especialmente a los sustratos de origen animal, como los residuos de los mataderos y los residuos alimentarios. El procedimiento más frecuente implica el calentamiento de la materia prima hasta 70 °C como mínimo y durante una hora, y a continuación se macera hasta que alcanza un tamaño máximo de 12 mm. Los sistemas que han demostrado ser los mejores para esto son los maceradores basados en el contacto, combinados con bombas de desplazamiento positivo. Las bombas volumétricas de Vogelsang bombean a menudo la materia viscosa o abrasiva de forma segura y al mismo tiempo, el tamiz apanalado de 12 mm del macerador RotaCut garantiza que todos los elementos se reducen hasta alcanzar el tamaño máximo permitido. Se pueden instalar opciones especiales que garantizan que ninguna materia prima pasa por el macerador sin tratar.

Proceso de alimentación de biomasa no flotante

Las plantas de biogás se alimentan principalmente de materia sólida que no flota (también llamada sustrato). Los procesos de alimentación pueden diferenciarse a grandes rasgos en dos categorías: alimentación de materia sólida seca y alimentador de líquido. En la alimentación de materia sólida seca, la materia prima se coloca directamente en el digestor. La alimentación por tornillo sin fin, que transporta la materia sólida en dirección ascendente y la introduce en la suspensión orgánica, es el método que se usa más a menudo. Esta tecnología ofrece la principal ventaja del bajo coste de inversión necesaria. Sin embargo, los mezcladores deben remover la materia sólida en el interior del digestor, lo que tiene un elevado consumo energético. Además, esta tecnología no es la más adecuada para los sustratos que contengan fibras largas (como hierba, paja o residuos agrícolas como el estiércol).

Para la alimentación de líquido, primero se mezcla la biomasa con una suspensión líquida, el digerido o lo que se denomina materia en recirculación del digestor. A este proceso también se le llama machacado. El material machacado resultante se transporta a la zona de fermentación (lo que normalmente significa que se bombea). Las ventajas de este proceso son que la biomasa llega al digestor en forma líquida y mezclarlo consume mucha menos energía, ya que el contenido del digestor está bien mezclado en la suspensión orgánica. Si la materia sólida se procesa simultáneamente, al menor consumo energético va se le añade un aumento de la generación de gas. Esto también reduce significativamente el problema generalizado que representa la formación de capas en flotación.

De forma alternativa, hay sistemas de alimentación de líquido que, además de materia orgánica, pueden alimentar residuos orgánicos con propiedades extremadamente diferentes. Muchas plantas de biogás confían en dichos sistemas. La razón de ello es que, o bien quieren utilizar también cultivos como la patata o la remolacha además de la materia renovable tradicional, o bien porque la biomasa que utilizan tiene propiedades extremadamente fluctuantes (por ejemplo, residuos alimentarios o residuos orgánicos domésticos). Otras plantas de biogás trabajan de forma muy flexible porque compran la biomasa que está en ese momento disponible en el mercado a un coste inferior. Los sistemas como el PreMix han sido diseñados para esos tipos de plantas de biogás. Pueden utilizar muchos tipos de biomasa de forma fácil y fiable. Y si se trituran bien e introducen en el digestor, cumplen con los requisitos básicos de rentabilidad económica que dichas plantas de biogás se proponen.

Casos prácticos de aplicaciones para biogás

Caso práctico: Planta de biogás propiedad de Agrargesellschaft Gischau mbH, Kuhfelde

Problema: Bomba dañada a causa de cuerpos extraños, producción de gas insuficiente de la planta de biogás
Solución: RotaCut® 5000pro Compact XL de Vogelsang

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Caso práctico: Planta de biogás Hofmann, RotaCut con ACC

Problema: Capas flotantes gruesas y obstrucción del calentador externo
Solución: RotaCut® de Vogelsang con AutomaticCutControl (ACC®)

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Caso práctico: Planta de biogás Duderstadt, RotaCut pro

Problema: Alto consumo energético para mezclar el digestor de la planta de biogás Duderstadt
Solución: RotaCut® pro de Vogelsang

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Caso práctico: Bioenergie Bamberg GmbH & Co. KG, XRipper XRS136-105Q

Problema: Bombas dañadas a causa de la suciedad
Solución: XRipper XRS136-105Q

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Caso práctico: LEKABO, director general Bruno Leenen

Problema: Trituración de distintos tipos de fruta y verdura
Solución: XRipper XRL186-520QD en un diseño especial equipado con un gran árbol de llenado y mando

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Caso práctico: Planta de biogás Kotthoff, BioCrack

Problema: Materiales de entrada fibrosos, falta de eficiencia en la planta de biogás
Solución: Desintegración electrocinética con BioCrack de Vogelsang

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Caso práctico: Planta de biogás Hedeper, BioCrack

Problema: Producción de gas insuficiente de la planta de biogás
Solución: Unidad de desintegración electrocinética BioCrack® de Vogelsang

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Caso práctico: Proyecto de planta de biogás de WHG Anlagenbau GmbH & Co. KG, BioCrack

Problema: Potencial de gas residual en el depósito final abierto
Solución: Se ha reducido el potencial de gas residual y se han recirculado las cantidades con BioCrack

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