Planta modelo de biogás y compost en frigorifico bovino de 1600 animales

Estimados lectores y foristas, una vez mas agradezco la gentileza a Engormix por publicar esta documentación de alto valor cualitativo, realizado esta vez con la incondicional colaboración del Ing. Manuel Jiménez, dejando “las puertas abiertas” al debate técnico en el foro correspondiente

El proyecto de inversión a considerar, ha sido denominado por los autores como “Planta Modelo de Biogás y Compost con Cogeneración de Energía Eléctrica y Térmica en Frigorífico Bovino”.

El proyecto en su conjunto esta subdividido en tres Módulos de Producción:

Entre ellos existe una vital interdependencia de fundamental importancia en el aprovechamiento energético y para uso como fertilizante de los desechos generados en el frigorífico. La materia prima es de alto valor cualitativo y cuantitativo en la producción de biogás y de otros compuestos de valor agrícola.

La cogeneración de energía térmica y eléctrica, producto de el uso del BIOGAS, tiene una incidencia muy positiva en el medio ambiente, ya que evita la emisión de gases de efecto invernadero (GWG o GEI) al “quemar” el biogás obtenido, además de ahorrarlo al frigorífico. Este hecho jerarquiza más aun el aprovechamiento integral de la biomasa vacuna, objeto del estudio de factibilidad en cuestión.


ESTADO ACTUAL DE LA BIOMASA (DESECHOS VERDES) Y SU DIAGNOSIS

1) La faena promedio diaria del frigorífico es de 1600 animales, 1200 novillos terminados de 440 kg y el resto consumo, como resultado de la faena se generan x día 77.000 kg de desechos verdes y otros tantos de desechos rojos.

2) Los desechos verdes (excretas de corrales, limpieza de camiones, jaulas, limpieza de tripas, estómago de novillos, etc.) salen por un cañería y los desechos rojos salen por otra, de allí van a dos (2) piletones, desde cada piletón con bombas de sólido se vehiculiza el efluente para luego pasar por dos tamices, de allí con dos tolvas a camiones que lo depositan al fondo del predio dónde se posicionan las lagunas de fotografía Nº 11, esa mezcla tiene mucha temperatura, “se tuvo conocimiento de años pasados que en el predio de lagunas hubo un incendio y tardaron 5 días los bomberos para apagarlo, etc. todo un problema”. El desecho restante se lo trata para la cría de lombrices en forma precaria.
















3) El volumen diario de residuos es de 77.000 kg (desechos verdes: materia orgánica seca y materia inorgánica seca), según datos suministrados por la gerencia del frigorífico, la cantidad de desechos verdes diarios supera los 50 m3. El desecho no es solo excreta seca, sino además compuestos orgánicos llenos de bacterias de rumen extraídos de la panza del novillo durante la faena, de allí la alta temperatura del desecho obtenido.





ANALISIS DE LABORATORIO EN MUESTRAS DE BIOMASA (DESECHOS VERDES)

1) Resultado de análisis de laboratorio de materia fecal bovina (materia orgánica seca - 3 muestras)



2) Resultados de análisis de laboratorio de materia fecal bovina (Materia inorgánica seca -3 muestras).




DATOS CLIMATOLÓGICOS EN EL GRAN BUENOS AIRES.

EL INVIERNO EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES

Si bien, astronómicamente, en al año 2007 el invierno comienza el 21 de junio a las 15:06 HOA y se extiende hasta el 23 de septiembre a las 6:51 HOA, las condiciones climáticas propias de esta estación del año se presentan ya a comienzos de junio y perduran hasta fines de agosto. A partir de allí, los cambios que se producen en la circulación atmosférica hacen que el mes de septiembre presente características climáticas más propias de la primavera razón por la cual, en los análisis climáticos de este Servicio, este mes no es incluido en el invierno. Consecuentemente con lo expuesto, el período invernal ha sido definido por los meses de junio, julio y agosto.

En la extensa zona que abarca la Capital Federal y el Gran Buenos Aires, esta estación del año se caracteriza por tiempo frío moderado durante el día y noches, en general, muy frías.

Específicamente en la Ciudad de Buenos Aires, la temperatura media estacional normal (referida al período 1961-1990) es igual a 11.5ºC, oscilando los valores medios de los meses que definen esta estación del año entre 11,0°C (julio) y 12,3°C (agosto). En cuanto a los extremos térmicos, la temperatura más baja registrada durante el invierno, en el período 1906-2004, fue igual a 5,4°C bajo cero y tuvo lugar el 9 de julio de 1918, mientras que la temperatura más alta del mismo período alcanzó a 33,7°C el día 24 de agosto de 1996. Por otro lado, el invierno más cálido resultó ser el del año 1997 con una temperatura media de 13.3ºC, y el más frío fue el del año 1916, con 7.7ºC de temperatura media.

En cuanto a la humedad relativa, el invierno es la estación más húmeda del año. Los valores medios normales de este parámetro llegan a 79% en junio y julio, y bajan a 74% en agosto, pudiéndose observar inviernos con humedades superiores, del orden de 80% o más, lo que aumenta la sensación de incomodidad.

Con respecto a la precipitación media estacional, ésta totaliza 198.7 mm repartidos en 23 días, en promedio. Si bien los meses invernales son los menos lluviosos del año (62.6 mm en junio, 66.3 mm en julio y 69.8 mm en agosto, en promedio), en ellos pueden registrarse, excepcionalmente, totales mensuales de precipitación superiores a 200 mm, tal como ocurrió en agosto de 1922 (277.8 mm) y en julio de 1932 (212.1 mm). Contrariamente a lo expresado, los meses del invierno pueden presentarse, en forma inusual, particularmente secos, como ocurrió en agosto de 1886 y en julio de 1916, meses en los cuales no se produjeron lluvias. En cuanto al invierno más lluvioso, éste se registró en el año 1922 cuando cayeron 539.5 mm, y el más seco ocurrió en el año 1916, cuando se registraron tan solo 11.2 mm. Otro detalle digno de mencionar es que, en la actualidad, debido al gran crecimiento urbano, ya no se registran nevadas en la Ciudad de Buenos Aires. Este fenómeno se observó por última vez el 27 de julio de 1928, si bien la nevada más importante tuvo lugar con anterioridad, durante los días 22 y 23 de junio de 1918.

Estadísticamente, si se toman en cuenta los valores estacionales, el invierno más lluvioso fue el del año 1922, con 539,5 mm; el menos lluvioso ocurrió en 1916, con 11,2 mm; el más cálido tuvo lugar en 1997, con una temperatura media de 13,1ºC, y el más frío se registró en 1916, con una temperatura media de 7,7ºC.


LA PRIMAVERA EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES

Si bien este año, astronómicamente, la primavera comienza el 23 de septiembre a la 1:03 HOA y se extiende hasta el 21 de diciembre a las 21:22 HOA, las condiciones climáticas propias de esta estación del año se observan ya a comienzos de septiembre y perduran hasta los primeros días de diciembre. Por esta razón, en los análisis climáticos de este Servicio se considera como trimestre de primavera al formado por los meses de septiembre, octubre, y noviembre.

En la extensa zona que abarca la Capital Federal y el Gran Buenos Aires, esta estación del año se caracteriza por tiempo agradable durante el día, si bien las noches aún son frescas o frías. Específicamente en la Ciudad de Buenos Aires, la temperatura media estacional normal (referida al período 1961-1990) es igual a 17.3ºC, oscilando los valores medios de los meses que definen esta estación del año entre 14.4ºC (septiembre) y 20.3ºC (noviembre). La amplitud térmica diaria media es elevada (9ºC a 10ºC), debido al aumento marcado de las temperaturas máximas y a que las mínimas aún son relativamente bajas. En cuanto a los extremos térmicos, la temperatura más baja registrada durante la primavera, en el período 1906-2004, fue igual a 2.4ºC bajo cero y tuvo lugar el 14 de septiembre de 1925, mientras que la temperatura más alta del mismo período alcanzó a 36.8ºC el día 27 de noviembre de 1955.

Con respecto a la humedad relativa, la misma desciende paulatinamente durante esta estación. Los valores medios normales de este parámetro llegan a 70% en septiembre, 69% en octubre y 66% en noviembre. No obstante, ocasionalmente pueden presentarse primaveras más húmedas con valores medios de humedad relativa superiores al 75%, lo que puede generar sensación de incomodidad.

En lo que se refiere a la precipitación, la primavera es una estación muy lluviosa en Buenos Aires. Así, la media estacional totaliza 300.9 mm (73.3 mm en septiembre, 119.0 mm en octubre y 108.6 mm en noviembre) repartidos, en promedio, en 26 días con lluvia. Si bien los totales mensuales medios de precipitación en los meses primaverales son del orden de 100 mm, excepcionalmente se pueden registrar valores superiores a 300 mm, tal como ocurrió en octubre de 1967 (367.1 mm). Cabe destacar que el fenómeno de tormenta, asociado a ocasional caída de granizo, se presenta con una frecuencia de 13 días en la estación, en promedio. Contrariamente a lo expresado los meses de primavera pueden presentarse, en forma inusual, particularmente secos como ocurrió en septiembre de 1973 en el cual se registraron solamente 1.7 mm.

Históricamente, si se toman en cuenta los valores estacionales, la primavera más lluviosa fue la del año 1895 con 566.0 mm; la menos lluviosa ocurrió en 1863 con 79.0 mm; la más cálida tuvo lugar en 2002 con una temperatura media de 18.4ºC, y la más fría se registró en 1911 con una temperatura media de 14.6ºC.


EL VERANO EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES

Si bien, astronómicamente, el verano comienza el 21 de diciembre a las 21 horas 22 minutos y se extiende hasta el 20 de marzo a las 21 horas 7 minutos, las condiciones climáticas propias de esta estación del año se observan ya a mediados de diciembre y perduran hasta los primeros días de marzo. Por esta razón, en los análisis climáticos de este Servicio, se considera como trimestre de verano al formado por los meses de diciembre, enero y febrero.

En la extensa zona que abarca la Capital Federal y el Gran Buenos Aires, esta estación del año se caracteriza por radiación intensa y tiempo caluroso durante el día. Dado que el calor suele estar asociado a humedades elevadas debido a la proximidad del Río de la Plata, esta asociación suele dar lugar a “tiempo pesado”, lo cual genera una sensación de incomodidad en sus habitantes. En el período comprendido entre el 15 de diciembre y el 15 de febrero, suele presentarse el fenómeno de “ola de calor”. Durante el mismo, y por espacio de 2 a 8 días sucesivos, las temperaturas mínimas se elevan por encima de 23ºC, las máximas lo hacen por encima de 30ºC y la humedad relativa oscila entre 60% y 90%. Esta combinación de valores, de los tres parámetros meteorológicos anteriormente mencionados, es peligrosa para la salud pudiendo dar origen al “golpe de calor”. Sin embargo, debido al desarrollo de tormentas eléctricas y chaparrones seguidos por vientos secos del sudoeste que hacen descender las temperaturas y la humedad, esta situación no suele persistir más de una semana.

Específicamente en la Ciudad de Buenos Aires, la temperatura media estacional normal (referida al período 1961-1990) es igual a 23.6ºC, oscilando los valores medios de los meses, que definen esta estación del año, entre 23.0ºC (diciembre) y 24.5ºC (enero). La amplitud térmica diaria media es del orden de 10ºC. En cuanto a los extremos térmicos, la temperatura más baja registrada durante el verano, en el período 1906-2006, fue igual a 3.7ºC y tuvo lugar el 8 de diciembre de 1923, mientras que la temperatura más alta del mismo período alcanzó a 43.3ºC el día 29 de enero de 1957.

Con respecto a la humedad relativa, la misma asciende paulatinamente durante esta estación. Los valores medios normales de este parámetro llegan a 63% en diciembre, 64% en enero y 68% en febrero. No obstante, ocasionalmente pueden presentarse veranos más húmedos, con valores medios de humedad relativa superiores al 80%, aumentando la sensación de incomodidad.

Con relación a la precipitación, en Buenos Aires el verano es una estación muy lluviosa, donde la media estacional totaliza 341.6 mm (105.0 mm en diciembre, 119.0 mm en enero y 117.6 mm en febrero), repartidos en 26 días con lluvia, en promedio. Si bien los totales mensuales medios de precipitación en los meses estivales son del orden de 100 mm, excepcionalmente se pueden registrar valores superiores a 300 mm, tal como ocurrió en enero de 1953 (347.5 mm), en el de 2001 (337.5 mm) y en febrero de 2003 (403.3 mm).
Contrariamente a lo expresado, los meses de verano pueden presentarse, en forma inusual, particularmente secos tal como ocurrió en febrero de 1943 en el cual se registraron solo 0.7 mm.

En cuanto a los vientos prevalecientes, en esta estación del año predominan los del noreste (20%, en promedio), siendo su intensidad media del orden de 14 km/h.


EL OTOÑO EN LA CIUDAD DE BUENOS AIRES

Si bien, astronómicamente, en el año 2007 el otoño comienza el 20 de marzo a las 21:07 HOA y se extiende hasta el 21 de junio a las 15:06 HOA, las condiciones climáticas propias de esta estación del año se observan ya a principios de marzo y perduran hasta los primeros días de junio. Por esta razón, en los análisis climáticos de este Servicio se considera como trimestre de otoño al formado por los meses de marzo, abril y mayo.

En la extensa zona que abarca la Capital Federal y el Gran Buenos Aires, el comienzo de esta estación del año se caracteriza por tiempo algo caluroso al mediodía y en las primeras horas de la tarde, con mañanas y noches agradables o frescas; luego los días se tornan frescos con mañanas y noches frías.

Específicamente en la Ciudad de Buenos Aires, la temperatura media estacional normal (referida al período 1961-1990) es igual a 17.8ºC, oscilando los valores medios de los meses que definen esta estación del año entre 21.3ºC (marzo) y 14.4ºC (mayo). La amplitud térmica diaria media es del orden de 9ºC. En cuanto a los extremos térmicos, la temperatura más baja registrada durante el otoño, en el período 1906-2004, fue igual a -4.0ºC y tuvo lugar el 27 de mayo de 1907, mientras que la temperatura más alta del mismo período alcanzó a 37.9ºC el día 7 de marzo de 1952. Asimismo, los otoños más cálidos resultaron ser los de los años 1980 y 2001 donde la temperatura media alcanzó los 20.1ºC, mientras que el otoño más frío se observó en el año 1910, con 15.2ºC de temperatura media.


ESTRATIGRAFÍA DEL TERRENO

Según datos obtenidos por un reciente estudio de suelos realizado por el Ing., se constata la siguiente planilla geotécnica:




MODULO DE DESCARGA DE DESECHOS BOVINOS Y TRATAMIENTO DE BIOMASA

De acuerdo al espacio destinado al posicionamiento de la Planta propiamente dicha, se optó por la vehiculización de la biomasa (desechos verdes) a través del medio de transporte actual (camión) de carga, desde las tolvas de separación (Fot. N° 6) hasta posicionarlos en el cilindro mezclador de biomasa (sector sur en planimetría de planta de biogás – Graf. N° 3), es por ello que se demarca una zona de carga de biomasa en el área colindante a los biodigestores como figura en planimetría de planta correspondiente al Gráfico N°1.

A través de los datos suministrados serían 11 (once) los viajes que debe efectuar el camión acarreando 7 toneladas netas de desechos verdes a descargar por cada jornada laboral, en la banda horaria de 6:00 AM a 4:00 PM de lunes a viernes, razón por la cuál, en el dimensionamiento de los biodigestores se optó por considerar 77 toneladas diarias de biomasa.

Para el estudio de factibilidad de transporte de desechos a planta de biogás desde la zona de toboganes se analizaron alternativas de entubar, canalizar o vehiculizar la biomasa por cinta transportadora, pero a los fines prácticos se decidió optar por el camión como medio de transporte de desechos, siendo el mas adecuado en la actualidad, debido al sistema operativo de separación de efluentes rojos y verdes en zona de toboganes que condiciona el bombeo a caja mezcladora en zona de planta de biogás.

El recorrido estimado por cada viaje de ida desde los toboganes hasta el contenedor mezclador, es de 215 mts, es decir se carga los desechos verdes en tolva toboganes y se descarga en cilindro mezclador colindante a batería de biodigestores.

Como se observa en Gráfico Nº1, se indica el futuro recorrido diario del camión (que efectúa este trayecto 11 veces) cargado con 7 toneladas de desechos verdes, siendo de fundamental importancia la continuidad de carga en toboganes y descarga en el cilindro mezclador a los efectos de brindarle un constante suministro de biomasa, sin interrumpir el ciclo fermentativo de producción en los biodigestores correspondientes.





MODULO DE BIODIGESTIÓN CON TRATAMIENTO DE BIOMASA Y FANGOS DIGERIDOS

El predio seleccionado para el desarrollo del proyecto preliminar de la Planta Modelo de BIOGAS y COMPOST, como se observa en Gráfico Nº 2, contempla las distancias correspondientes respecto al frigorífico, a los efectos de mantener una total autonomía operativa de la instalación en su conjunto, la funcionalidad de los diferentes sectores productivos consienten las siguientes operaciones a saber:

El efectivo y continuo tratamiento de la biomasa con el consiguiente suministro diario de carga orgánica, dosificada y premezclada, vehiculizada a los biodigestores colocados en paralelo, las descargas del efluente digerido y su respectivo almacenamiento en laguna de oxidación, la separación sólido – líquido del lodo fermentado, el acopio del compost sólido y la fosa del líquido separado, a su vez se ha considerado la accesibilidad a cada sector en cuestión ya sea en el movimiento de los camiones atmosféricos para el retiro del abono líquido y su posterior uso en fertirriego, como el movimiento de los medios mecánicos para el embolsado del compost sólido y su posterior retiro a la venta cerrando el ciclo productivo. Se dispuso una casilla para los equipos necesarios en el tratamiento del gas y demás equipos auxiliares, ubicada en el margen inferior izquierdo del predio en cuestión, facilitando de esta forma la salida del biogás, para disponerlo a través de cañerías en la usina de cogeneración para su consumo diario.





Dimensionamiento de BIODIGESTORES y Lagunas de Oxidación

De acuerdo a los datos suministrados por personal competente del frigorífico bovino se adoptaron los siguientes parámetros de dimensionamiento relacionados con el proceso de biodigestión y sus productos derivados. Los parámetros adoptados son:

Tiempo Hidráulico de Retención (HRT): rango 30-45 días.
Materia Orgánica Seca del Sustrato: 14,80 % del volumen total de Materia Seca obtenido de 3 (tres) muestras en salida de Toboganes.
Temperaturas Medias Estacionales: Otoño -17.8°C, Invierno – 11.5°C, Primavera – 17.3 °C Verano -23,0°C.
Cantidad de desechos separados en Toboganes: 77 Toneladas/día.

Con los parámetros adoptados se optó por el proceso anaeróbico con reactor (Biodigestor) continuo completamente mezclado y agitado sin recirculación, del tipo WET, caracterizado por la igualación del tiempo de retención hidráulico y del tiempo de retención de los sólidos.

A su vez los resultados del dimensionamiento se complementaron con el tipo de suelo y profundidad estimada de napa freática, por consiguiente los valores obtenidos se resumen en lo siguiente:





Como se observa en Gráfico N°3, las partes componentes de la Planta Modelo de BIOGAS y COMPOST presentan una interdependencia operativa por la cuál el ciclo de producción es de régimen continuo contemplando una flexibilidad funcional en los días Sábados y Domingos de no operatividad en el centro de faena, por ende no produciendo en estos días la materia prima fresca y su consecuente suministro en zona de biodigestión.

Los biodigestores adoptados son del tipo enterrados, con geomembranas en su base inferior y mantas de PVC en cubierta superior, unidas por termosoldadura y ancladas a cordones perimetrales de Hormigón Armado, el volumen por unidad es de 300 m3 de biodigestión, conformado por una distribución en paralelo en cantidad 12 (doce), complementados los mismos por conductos de salidas de biogás en cubierta con los respectivos accesorios termosoldados de alta resistencia y durabilidad a los agentes atmosféricos.

A cada Biodigestor se le suministra una carga orgánica horaria distribuida a través de cañería en PVC instalada convenientemente, con el objetivo de mantener una velocidad constante de descarga en cada biodigestor.

El contenedor de dosificación y mezcla de biomasa colindante a los biodigestores se dimensionó con paredes en hormigón armado, con la suficiente rigidez perimetral no solo para soportar las presiones hidráulicas del “CALDO” en cuestión sino además a los eventuales choques de los vehículos de descarga de biomasa en tolva de cabecera correspondiente, en síntesis, cumple las funciones de recibir biomasa de la descarga de los camiones, mezclar mediante agitación mecánica y distribuir en forma proporcional a cada biodigestor el “CALDO” obtenido de la dosificación biomasa-agua realizada en forma continua en esta caja cilíndrica mezcladora.

La laguna de oxidación de lodos digeridos se compone de geomembranas desplegadas y termosoldadas convenientemente entre los taludes y fondo de la misma, logrando un contenedor natural impermeable a la percolación del lodo fermentado además de funcionar como stock de materia prima con alto poder fertilizante.

El proceso sucesivo de transformación del lodo digerido se compone, de una separación mecánica efectuada por una máquina, con tornillo sinfín de acero inoxidable montada en plataforma metálica a 2,00mt de altura aprox., por el cuál se bombea el lodo fermentado, el pasaje por el separador sólido – líquido permite acopiar el 5% (en peso de este), el compost sólido se dispone en zona de almacenamiento, compuesta por tres muros encadenados en U para luego ser embolsado y tratado, el resto del lodo separado se transforma en abono líquido que se almacena en laguna correspondiente, para luego ser extraído mediante camiones atmosféricos para su transporte y posterior uso en fertirriego.

La producción del biogás (70 % Metano y 30 % aprox. de Dióxido de Carbono) en el proceso de fermentación en los biodigestores, es extraído y dirigido mediante tubería en PVC a la casilla de compresión dónde el biogás, previo a su compresión se le extrae el anhídrido sulfuroso y la humedad. Una vez tratado convenientemente el fluido es comprimido y transportado mediante cañería de 2” a 3” de diámetro y a 4 kg/cm2 de presión para su uso en calderas o Cogeneración Eléctrica –Térmica en Sala Usina.(Gráfico N°4).


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Matriz Anual de Producción Energética en Planta de Biogás


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El cómputo de energías y productos derivados de la Fermentación Anaeróbica desarrollado en planilla anterior están supeditados a modificaciones posteriores de acuerdo a un análisis exhaustivo “in situ” de los volúmenes acordados y suministrados por autoridad competente del Centro de Faena. De todas formas, la evaluación de producción energética esta basada en las 77 toneladas diarias de desechos transportados y vertidos en área colindante a lagunas de depuración.

El objetivo del análisis es poder visualizar el potencial productivo de la planta en el año operativo de 260 días, no se consideraron los días Sábados y Domingos (por no realizarse faena), para luego comparar estos valores productivos con los actuales consumos energéticos del centro de faena y prever un futuro aprovechamiento de los recursos fermentados y transformados en el frigorífico propiamente dicho como así también el uso y comercialización de abonos sólidos y líquidos.


Matriz Anual de Consumos y Gastos Conferidos de Energía Eléctrica en Frigorífico.


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A los efectos de evaluar la incidencia de la energía eléctrica producida en cogeneración a través del volumen de biogás estimado en planta, se decidió computar el promedio anual de consumo de energía eléctrica de frigorífico como se muestra en planilla correspondiente, haciendo este promedio nos indica en forma simplificada el porcentaje de incidencia de producción de energía eléctrica en cogeneración a través de los desechos generados en el propio frigorífico, de esta forma si realizamos una simple operación matemática dividiendo la cantidad de kwh eléctricos anuales cogenerados y estimados por el promedio anual consumido en el frigorífico obtenemos el siguiente resultado:



La energía eléctrica generada a partir de los residuos de faena (cogeneración eléctrica) alcanzaría en forma aproximada el 15,89 % del promedio anual consumido de kwh de electricidad en el frigorífico.


Matriz Anual de Consumos y Gastos Conferidos de Energía Térmica en Frigorífico.


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Continuando con la evaluación de la incidencia de la producción energética de la Planta de Biogás en el consumo energético del centro de faena, nos pareció apropiado evaluar la cantidad anual de kwh térmicos generados a través de la combustión del biogás en la cogeneración, relacionando esta cantidad con el consumo anual de gas natural del frigorífico convirtiendo los m3 consumidos en kwh térmicos anuales suministrados al frigorífico desde Abril 2006 a Marzo 2007 inclusive.

Se aplicó un método simplificado de cálculo, pero que a los fines de estimar un porcentaje de incidencia las diferencias son mínimas. Se tomo la equivalencia de que 1 m3 de gas natural es igual a 10,80 kwh de energía térmica, a su vez para comparar los volúmenes energéticos anuales consumidos con los volúmenes energéticos cogenerados se necesita convertir los kwh térmicos anuales suministrados al frigorífico en forma de calor, este coeficiente de rendimiento adoptado en la conversión es de 0,80 veces los m3 de gas natural o kwh térmicos anuales suministrados al frigorífico (este coeficiente implícitamente tiene en cuenta cuanto del calor contenido en el combustible se aprovecha un vez quemado este).



Es decir que el porcentaje de energía térmica cogenerada a través de la fermentación de desechos alcanzaría en forma aproximada el 18,60 % del consumo anual de energía térmica del frigorífico considerando los valores suministrados entre Abril 2006 –Marzo 2007.


Alternativas de Uso de la Producción Anual de Biogás en el Frigorífico – Usos de la Producción de Biofertilizantes Sólidos y Líquidos


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En este apartado pondremos de manifiesto la mejor forma de emplear el BIOGAS producido.

Cada una de las alternativas tienen ventajas y desventajas, por ejemplo quemar el biogás directamente en una antorcha es la mas simple, pero no es la mas optima desde el punto de vista energético, y no debemos perder de vista “el objetivo”, que debe ser usar la energía de la forma mas eficiente y menos contaminante para el medio ambiente, ya que las decisiones tomadas solamente en función a parámetros económicos, son por llamarlas de alguna manera sutil extremadamente cortoplacistas, pues todo desecho que pongamos en este planeta, sin importar en que lugar geográfico lo hagamos, nos vuelve irremisiblemente


MODULO DE COGENERACION TÉRMICA Y ELECTRICA

Por lo mencionado se recomienda para este caso (Frigorífico Bovino) emplear la totalidad del biogás para producir cogeneración de energía eléctrica y térmica (como subproducto de la primera). Esto explicándolo de forma sencilla implica quemar la totalidad del biogás producido (el metano capturado) en un motor que mueve un alternador y recuperando el calor que este produce durante su funcionamiento para “volcarlo” en otros procesos que lo requieran. De esta forma quemamos el metano, producimos electricidad y calor, ahorrando por consiguiente en los consumos energéticos de planta (energía eléctrica y gas natural).

El sistema de cogeneración que se propone comprende un equipo que produce energía eléctrica y térmica al mismo tiempo, consiste en un equipamiento optimizado en su funcionamiento para lograr el máximo aprovechamiento del valor energético del combustible empleado. En fotografía Nº14 se muestra un equipo donde sumando la energía eléctrica y térmica producidas se tiene un rendimiento de más del 80%.



Analizando además la posibilidad de utilizar el lodo fermentado en el proceso post-biodigestión, se evaluó la factibilidad de realizar separación sólido – líquido del fango digerido en la Planta de Biogás con la consiguiente instalación de una Planta de Compost, como se muestra en Gráfico N°3, los volúmenes computados para este emprendimiento son por demás significativos, en realidad estos productos derivados de la fermentación se los puede desecar o deshidratar de alguna forma (Abono Sólido) para luego aplicar en el mejoramiento o enriquecimiento de los suelos de cultivo, también se lo puede comercializar directamente fraccionándolo (compost de lombriz, turba, tierra fértil). Por ultimo el volumen líquido obtenido en la separación se puede emplear para la aplicación en forma liquida en suelos de cultivo ya que es un excelente biofertilizante, el cual puede reemplazar a fertilizantes de origen industrial. Como se puede observar el ciclo de producción se cierra, todo sale de la tierra y puede volver a ella de la forma adecuada.



Resumiendo: según lo explicado anteriormente lograríamos un sistema que produce biogás a partir de residuos orgánicos. Esto ocurre dentro de un recinto cerrado, llamado biodigestor, que acumula el gas producido “BIOGAS”. Este biogás, esta compuesto de aproximadamente un 60-70% de CH4 (gas metano), el cual es combustible y se lo emplea en un motor de cogeneración. Este cogenerador, entrega energía eléctrica y térmica a nuestro sistema. Al emplear la electricidad generada por el alternador movido por el motor cogenerador, esta no se consume de la red; por otro lado entregamos calor a procesos que lo requieran por ejemplo en circuitos de calefacción o caldeo, precalentamiento de agua de caldera, etc., entre otras muchas posibilidades, por ende otra vez se reemplaza una energía, en este caso energía térmica que para nuestro emprendimiento en cuestión se evitaría de quemar gas natural de la red de provisión correspondiente.

Observando la matriz de “Alternativas de Uso de Producción Anual de Biogás en Planta – Frigorífico” se evaluaron las cuatro alternativas, explicadas anteriormente, en este caso valoradas y cuantificadas de acuerdo a los parámetros de dimensionamiento adoptados.

Las conclusiones son por demás elocuentes y confirman que la alternativa d) (Cogeneración de Energía Eléctrica y Térmica) establece el mayor aprovechamiento energético del BIOGAS producido.

A su vez es importante señalar que para cada alternativa analizada se cuantificó la cantidad de toneladas de dióxido de carbono (Bonos Verdes) que se evitan de emitir a la atmósfera, concepto de suma importancia en el impacto ambiental y cuya explicación sintética desarrollamos a continuación:


Creditos de CO₂(CERs)

Los denominados créditos de CO2 o bonos verdes, representan desde el punto de vista económico un atractivo adicional para el proyecto. Explicaremos en líneas generales de que se trata.

Los emprendimientos denominados de desarrollo limpio, son emprendimientos que respetan los acuerdos marco tales como KIOTO o MONTREAL entre otros, tienden a disminuir las emisiones de gas invernadero (GHG o GEI) producidas antropogénicamente. Por este hecho cuando el proyecto captura gases que producen efecto invernadero (como es el caso del metano CH₄) o emplea energías limpias como son los casos de la energía eléctrica de origen solar, eolica, hidráulica, entre otras, se esta dejando de producir CO₂ en las usinas eléctricas al no requerirle los kwh provistos estos desde una fuente limpia. Por este hecho, si el proyecto se presenta según las formas requeridas, se puede realizar la gestión a través de consultoras internacionales inscriptas con todas las acreditaciones necesaria a tal fin, para que monitoreen el emprendimiento y realicen la intermediación en la venta de los créditos de CO₂. Estos créditos se cobran durante el tiempo que funcione el proyecto (en realidad existen varias formas de efectuar el computo).



El esquema muestra claramente la idea esbozada mas arriba. A continuación vamos a explicar como se aplica esto en nuestro proyecto.

El metano que se produce y se libera a la atmósfera como resultado de las acciones humanas es un gas de efecto invernadero (GEI o GWG) 21 veces mas nocivo que el CO₂, es decir cada tonelada de CH4 que arrojamos a la atmósfera tiene el efecto de 21 toneladas de CO₂. El método de la biodigestion anaeróbica producida en los biodigestores, es un método de captura de este gas. Por otro lado este gas es combustible y por lo tanto una posible fuente de energía. El hecho de capturarlo y quemarlo ya esta evitando el efecto de ese gas, que de forma contraria se libera a la atmósfera. Ahora pensando desde el punto de vista energético, quemar el gas sin más es un despropósito. A este gas se lo puede emplear como fuente de energía para algún otro fin en que nos sea útil, por ejemplo en una caldera, de esta forma nos estamos deshaciendo del GEI, pero también lo usamos como combustible ahorrando $ (pesos) de la facturación de gas natural, además de generar bonos de CO₂ adicionales por no quemar esos m³ de gas natural que estamos ahorrando. De todas formas aquí no termina el proceso, ya que para nuestro emprendimiento si en lugar de usar el biogás para reemplazar parte del gas natural que se quema en una caldera lo empleamos en un grupo electrógeno de cogeneración nos estaremos deshaciendo del metano por un lado, por otro producimos energía eléctrica (que tiene mayor valor agregado que la térmica), la cual estaremos ahorrando, pero a su vez estaremos aprovechando el calor que genera el motor en los gases de escape y en el circuito de refrigeración enviando el mismo dónde nuestro sistema lo requiera, aprovechando al máximo la energía contenida en el metano capturado.

Resumiendo obtenemos “los bonos de carbono debido la quema del combustible, los bonos de carbono debidos al gas natural no quemado por el aprovechamiento de la cogeneración y los bonos de carbono por la energía eléctrica no consumida en la red”, por lo cual esta energía no se la debe generar además de no emitir C02 en la central de origen.


Valoración Económica de Productos Derivados del Biogás y Lodos Fermentados.


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Valoración Económica Anual Estimada de Costos Operativos en Planta de Biogás y Planta de Compost.


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Inversión Inicial Estimada en Planta de Biogás y Planta de Compost.


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