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Producción de Biogás
- Europa y potencial para Chile -
Dr. Felipe Kaiser C.
HBS Energía S.A.
Bioquímica del proceso
I Hydrolysis
II Fermentative
bacteria
III Acetogenic
bacteria
IV Methanogens
Biogenous polymers
(proteins, carbohydrates)
Monomers
(sugars, amino acids, peptides)
Hydrolytic enzymes
(modified after http://www.uasb.org)
AcetateH2 + CO2
Propionate, butyrateII II
II
III III
III
CH4 + CO2
IV IV
Tecnología de Biogás
Feedstocks
Crushing
Screening
Hygienization
Pre-treatment
Biogas treatment
and utilization
Anaerobic digestion
Digestate storage
Land spreading
Advanced treatment
Feeding into gas
distribution system
Use as fuel
Desulfurization
Dewatering
Heat and power generation
Feeding into grid
Estiercol + desechos liquidos
Fermentador Post-
Fermen.
Digestado
Tecnología de Biogás
Sustratos
Fermentador
Fermentador
Residuos
liquidos
Sustratos
Digestado
Tecnología de Biogás
• Sistema estacion de dosificacion
Vorratsbehälter
Fermenter
Wägezellen
Förderschnecke
Sistemas de alimentacion
Dosificador con sistema de tornillo sinfin
Sistemas de alimentacion
Sistemas de alimentacion
• 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
Sistemas de agitacion
Sistemas de agitacion
Lager undDichtung
Sistemas de agitacion
Sistemas de agitacion
Sistema de calefacción
Sistema de calefacción
Motor a biogas, 582 kWel.
Motor de mezcla(10% petróleo), 250 kWel.
Uso de biogás - motores
• Fermentador vertical
V = 350 m³
d = 10 m
Gasspeicher
(Folienhaube)
Luftzufuhr
Isolierung
mit Witterungsschutz
Überlauf
Betonbehälter
Gasentnahme
Fussbodenheizung Kondensatfalle
zur GasverwertungSubstrat-
einlass
Wandheizung
Überdruck-
sicherung
Propeller-
rührwerk
Fermenterdecke
(Holzkonstruktion)
Gasübertritt
Tecnología de Biogás
• Fermentador vertical
Tecnología de Biogás
• Fermentador horizontal
Foliengasspeicher
Isolierung mit Witterungsschutz
Überlauf
Betonbehälter
Gasentnahme
Überdrucksicherung
Trennschicht(Holzkonstruktion)
Dach
Kondensatfalle
Zur externenEntschwefelung
Haspelrührwerk Plattenheizung
Feststoffein-bringung
FlüssigeSubstrat-zugabe
Tecnología de Biogás
Tecnología de Biogás
• Fermentador horizontal
Biodigestores agrícolas
380 KW
320 KW
500 KW
Biodigestores agrícolas
1024 KW
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 biogas a partir de diferentes sustratos
• 1910: Primera planta de biogas para planta de tratamiento de aguas
• 1950s: alrededor de 50 biodigestores en Alemania, muchos de ellos cerrados por mal funcionamiento y por bajo precio del petróleo
• 1970s: Nueva ola por crisis del petróleo
• 1985: 75 biodigestores en Alemania. La mayoria para tratamiento de purines en la agricultura
• 1991/2000/2004: Comienzo del boom en la construcción de biodigestores agrícolas por nueva legislación.
Historia del Biogás en Alemania
Degression 2%Laufzeit 15 Jahre
Degression 1%Laufzeit 20 Jahre
Degression 1,5%Laufzeit 20 Jahre
0
5
10
15
20
25
1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
Ley de compra y venta (StrEG)
Ley de energíasrenovables (EEG)
Ley de energías renovables (EEG) Novelle (150 kW;o.KWK;o. Tec)
Ct/kWh
Novelle - EEGct/kWh cultivos KWK Tec
< 150 kW 11,5 + 6,0 + 2,0 + 2,0< 500 kW 9,9 + 6,0 + 2,0 + 2,0< 5 MW 8,9 + 4,0 + 2,0 + 2,0> 5 MW 8,9 - + 2,0 -
Legislación energética en Alemania
Precio fijo 20 años
Depreciación 1%
Precio fijo 20 años
Depreciación 1,5%
Legislación energética en Alemania
Germany 2030
• 11.8 mill. ha of arable land.
• Future biomass potentials in Germany for
energy crops are stipulated to be up to 2.0 mill.
ha or 17 % of the arable land.
• or 20 % of the primary energy net consumption.
• From this area can be derived and produced a
corresponding energy production of 40 % of the
fuels needed for transportation...
• 1 ha maize silage = 8.000 m3 CH4 = 70.000 km
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Fachverband
Biogas e.V.German Biogas Association • Asociación Alemana de Biogas • Société Allemande du Biogaz
Fachverband
Biogas e.V.German Biogas Association • Asociación Alemana de Biogas • Société Allemande du Biogaz
Biogás en Europa
Bioenergías a partir de cultivos agrícolas
Fuente: Plank 2006
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Biodiesel Bioethanol Biogas
Equ
ivale
nte
s d
e p
etr
óle
o / h
a
min
max
Desafío chileno
Fuente: CNE 01.04.08
• Capacidad instalada total de 12.664 MW (35 empresas generadoras)
• 325 MW corresponden a renovables no convencionales, equivalente a un 2,5%
• La nueva ley establece que para el 2010 un 5% de la matriz energética debe
corresponder a energía renovable no convencional (ERNC) y para el 2024 un 10%
• Tasa de crecimiento medio anual de generación bruta del orden de 6%:
• 2010 = total 15.083 MW => 754 MW ERNC
• 2024 = total 34.101 MW => 3.410 MW ERNC
• Hoy en día hay 34 proyectos de ERNC => potencia total de 648 MW.
• De esta cantidad total de proyectos sólo 3 están efectivamente en construcción
31
Potencial de biogás en Chile
Estudio no incluyó cultivos agrícolas !!!
32
Potencial de biogás en Chile
Superficie Total = 30.443.211 ha
3.100.281 ha
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Potencial de biogás en Chile
• Superficie disponible:
• cultivos anuales
• forrajeras permanentes
• praderas mejoradas
• en barbecho
• => 3.100.281 ha
• 10% de la sup. disponible = 310.028 ha
• Promedio: 2,5 kW de potencia eléctrica instalada por ha
• 775.070 kW => 775 MW
34
Potencial de biogás en Chile
• Estudio anterior 362
• Cultivos agrícolas 775
• TOTAL 1.137 MW
• 2024 = 3.410 MW ERNC33%
• Costo producción (planta de 1 MW) = 55 $/kWh
Beneficios de la producción de biogas
• Energía:
– Autoabastecimiento de energía eléctrica y térmica.
– Sustitución de gas natural.
• Biofertilizante
– El residuo de un biodigestor es un sustrato estable, ya que no contiene materia orgánica y contiene todos los minerales de los substratos con los cuales se ha alimentado el biodigestor.
• Medioambiente
– La producción de energía eléctrica a partir de biogás permite sustituir combustibles fósiles y por lo tanto se favorece en disminuir la concentración de gases efecto invernadero.
– Durante su producción es posible eliminar patógenos presentes en los estiércoles y en los residuos, evitando la contaminación de aguas subterráneas. Además al degradar la fase orgánica del sustrato fermentado, el residuo de un biodigestor no presenta olores al ser aplicado como fertilizante.
Beneficios de la producción de biogas
• Económicos:
– Autoabastecimiento y venta.
– Ahorro en fertilizante.
– Venta bonos CO2
• Por evitar emisiones de estanques o lagunas de almacenamiento de purines
• Sustitución de energía fosil
• Social
– El sistema de producción de biogás en la agricultura permite la descentralización de la producción eléctrica, pudiéndose producir en sectores rurales que hoy en día no cuentan con abastecimiento eléctrico.
– La producción de biogás en la agricultura permite ciclos cerrados productivos y por lo tanto contribuye al sistema de producción limpia y aumenta el grado de sustentabilidad de la agricultura.
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Producción de Biogás
- Europa y potencial para Chile -
Dr. Felipe KaiserHBS Energía S.A.Estoril 50, Of. 601, Las CondesSantiago – ChileTel: +56-2-2433412
Gracias por su atención