Biodigestor
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Claves del un Biodigestor
- Tecnología consolidada en el mundo, y en desarrollo en Chile.
- El propósito principal es ambiental y sanitario, debido a que los biodigestores tratan residuos.
- Se diseña a medida, según el tipo y cantidad de residuos orgánicos.
- La operación necesita personal capacitado.
- Debe acogerse al nuevo Reglamento de Seguridad de Instalaciones de Biogás.
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Aplicaciones
- Autoconsumo de energía térmica para agua caliente sanitaria, cocción, calefacción y calor de proceso, entre otros.
- Inyección de biometano a red de gas natural.
- Combustible vehicular.
- Autoconsumo de energía eléctrica y cogeneración (mediana y gran escala).
- Dar acceso a energía eléctrica en zonas aisladas.
- Posibilidad de vender los excedentes de electricidad generada a la red de distribución.
El biogás es un gas combustible que proviene de la descomposición de desechos orgánicos gracias al trabajo de bacterias. Como resultado de la descomposición, se produce gas metano, que corresponde químicamente al mismo combustible que conocemos comercialmente como gas natural y un fertilizante orgánico llamado digestato. Todo este proceso ocurre en ausencia de oxígeno, generalmente en un equipo llamado reactor, biodigestor o digestor anaeróbico.
Los desechos o residuos orgánicos que sirven para producir biogás pueden ser de todo tipo, como estiércoles de animales, purines, basura orgánica vegetal y animal de mercados, mataderos, lodos de plantas de tratamiento de aguas servidas domiciliarias, residuos de cocina y procesos de transformación alimentaria (suero de leche, industria vitivinícola, cervecera, etc.).
Los compontes principales del biogás son metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), con presencia menor de otros gases como nitrógeno, oxígeno, ácido sulfhídrico y otros. Mientras mayor sea la cantidad de metano, mayor será el poder calorífico o el potencial energético del biogás.
El metano es un Gas de Efecto Invernadero (GEI) que tiene una alta incidencia en el calentamiento global (23 veces mayor al de una molécula de dióxido de carbono). Por lo tanto capturar y utilizar directamente el biogás para cocinar, calefaccionar o generar electricidad contribuye a mitigar el efecto invernadero derivado de la descomposición de los residuos.
El biogás se puede combustionar para generar electricidad y calor, o se puede purificar en un mayor grado para obtener biometano, un gas similar al gas natural y que tiene las mismas aplicaciones. El biometano se puede inyectar en las redes de distribución de gas o se puede comprimir para ser usado como biocombustible en vehículos de transporte.
Un biodigestor es un contenedor en el cual se produce la degradación anaeróbica de la materia orgánica, conocido también como digestor, reactor o fermentador.
Tipos de biodigestores
Figura: Esquema de una planta de biogás.
Fuente: Ministerio de Energía y GIZ, 2012.
Los principales componentes de una planta de biogás son:
- Sistema de manejo de sustratos, que incluye los sistemas de recepción y almacenamiento, y los sistemas para alimentar al biodigestor.
- Biodigestor o reactor, es el componente principal de la planta, existiendo diversos tipos y configuraciones posibles que van desde una simple laguna cubierta hasta reactores con sistemas de calefacción, agitación del sustrato y almacenamiento del biogás producido.
- Almacenamiento de biogás o gasómetro, el cual puede ser integrado al reactor o externo.
- Utilización del biogás, el cual incluye el sistema de purificación del biogás para eliminar componentes indeseados como el ácido sulfhídrico, y el sistema de aprovechamiento energético que puede ser una caldera, un motor o una turbina.
- Sistema de almacenamiento del digestato, el cual es utilizado generalmente como abono, por sus propiedades fertilizantes y/o de mejorador de suelos.
Hay muchas configuraciones posibles de biodigestores, pero las más frecuentes en Chile son las siguientes:
Biodigestor de Mezcla Completa
Figura: Esquema de reactor de mezcla completa.
Fuente: Ministerio de Energía y GIZ, 2012.
Los biodigestores de mezcla completa son los más utilizados para residuos orgánicos en la agroindustria. Son por lo general estanques circulares herméticos de acero u hormigón armado, en los que el sustrato es mezclado de manera regular, no violenta, mediante agitadores. Se utilizan para sustratos bombeables con contenido de sólidos medios/bajos como purines y aguas residuales de alto contenido orgánico.
Biodigestor de Flujo Pistón
Figura: Esquema de flujo pistón.
Fuente: Ministerio de Energía y GIZ, 2012.
Los biodigestores de flujo pistón son los que se utilizan para sustratos con contenido de sólidos medios a medios/altos, como estiércoles de porcino y bovino, residuos agroindustriales con alto contenido de fibra y la fracción orgánica de residuos sólidos domiciliarios. Son por lo general estanques horizontales de concreto, con cubiertas dobles o sencillas de geomembrana para acumular el biogás. Se denominan de flujo pistón, pues el sustrato que ingresa es empujado en forma de pistón o tapón por el sustrato que va ingresando posteriormente.
Biodigestor de Laguna Cubierta
Figura: Esquema de sistema de laguna cubierta.
Fuente: Ministerio de Energía y GIZ, 2012.
Los biodigestores de laguna cubierta son los más simples, utilizados generalmente para purines de la industria bovina. Son lagunas o piscinas profundas impermeabilizadas y recubiertas de forma hermética con geomembrana de diferentes plásticos, y no utilizan ni calefacción ni agitación.
Rellenos Sanitarios y Plantas de Tratamiento de Aguas Servidas
También es común la generación de biogás en rellenos sanitarios (instalaciones de disposición de residuos domiciliarios), donde la digestión anaeróbica ocurre naturalmente y en plantas de tratamiento de aguas servidas, donde es posible generar biogás a partir de la digestión anaeróbica de los lodos de tratamiento de las aguas.
Aspectos técnicos y económicos
Diseño
Para el diseño de una planta de biogás debe tenerse en cuenta fundamentalmente el tipo de sustrato disponible y sus cantidades, así como su producción a lo largo del año y variación estacional.
En general, mientras más uniforme y homogéneo sea el tipo de sustrato empleado, mayor será la seguridad en la estabilidad del proceso. Por otra parte, el tipo de sustrato determinará el tipo de equipamiento que deberá tener la planta de biogás (por ejemplo, unidad alimentadora de material fibroso, estanque de mezcla, etc.). Además, con la finalidad de mitigar la emisión de olores producto de la degradación de la biomasa no digerida, se recomienda un diseño y operación de la planta que garantice tiempos de residencia largos, mayores de 30 días, a fin de obtener un alto grado de abatimiento de la materia orgánica y, por ende, de estabilización del digestato.
Para mayor información, descargar la Guía de planificación para proyectos de biogás en Chile aquí.
Costos
Es difícil hacer una generalización respecto de los costos de inversión y operación de una planta de biogás, porque va a depender principalmente:
- Del objetivo principal para el cual se construye la planta (tratamiento de Riles para cumplir con la normativa ambiental, versus producción de energía para venta o autoconsumo);
- Del contenido de materia orgánica del sustrato disponible; y
- Del energético consumido en la actividad donde se emplaza, en caso que el biogás se use para autoconsumo de energía, entre otros factores.
Estos proyectos muestran economías de escala muy marcadas, así, para plantas de tamaños iguales o superiores a 1 MW los valores de inversión inicial fluctúan en torno a los USD 5000 a USD 7000/ kWe, los que pueden llegar a ser del doble o más en el caso de plantas menores a los 100 kWe.
Las posibles fuentes de ingresos (venta o ahorros generados por autoconsumo) asociados a un proyecto de biogás, corresponden a:
- Ingresos por venta de excedentes de energía eléctrica y potencia eléctrica.
- Ahorro por uso de energía térmica y/o eléctrica (sustitución de otros combustibles).
- Ahorro por tratamiento y disposición de residuos.
Una planta de biogás representa costos de operación más elevados que otras tecnologías renovables como la fotovoltaica o la micro hidro, debido a que se trata de procesos biológicos que requieren de un perfil de operario más especializado. Por otro lado, dependiendo de la tecnología empleada, estas plantas pueden llegar a requerir labores de mantención que impliquen limpieza de reactores, reemplazo de membranas, de filtros y otros.
Registro de Plantas de Biogás
El registro de plantas de Biogás es una base de datos que es elaborada y actualizada por la Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC), de acuerdo a la Ley Nº 20.999, de 2017, que modificó el Decreto con Fuerza de Ley Nº 1, de 1978, del Ministerio de Minería. Esta ley señala que es la SEC el organismo responsable de establecer y mantener un registro de inscripción de las instalaciones que sirvan para la producción, importación, refinación, transporte, distribución, almacenamiento, abastecimiento, regasificación o comercialización de biogás. Sin perjuicio de lo anterior, el Ministerio de Energía pone a disposición el mencionado registro de plantas de biogás.
Es importante mencionar que la Resolución Exenta Nº 22.337, de fecha 7 de febrero de 2018, de la SEC, establece el Procedimiento para el Registro y Cierre de Plantas de Biogás. Dicha resolución indica que “El propietario de la planta de biogás, por medio de un instalador de gas clase 4, en adelante “declarante”, podrá iniciar el trámite de registro de una planta de Biogás en cualquier oficina de la Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC).”
En caso de tener observaciones al registro, o identifica una planta de biogás que no está incorporada, por favor enviar correo electrónico a knavarrete@minenergia.cl
Descargar el Registro Plantas de Biogás marzo 2020
Ejemplos de proyectos en Chile
Acá van los proyectos
Normativa de seguridad
Inscripción de Instalaciones de Biogás
Todas las personas (natural o jurídica) que produzcan, importen, refinen, distribuyan, transporten, almacenen, abastezcan o comercialicen biogás deben registrarse ante la Superintendencia de Electricidad y Combustibles.
Par mayor información ir a la sección de biogás de la Superintendencia de Electricidad y Combustibles aquí.
Reglamento de seguridad en las plantas de biogás en Chile
El Reglamento de biogás (Decreto N° 119/2016 Ministerio de Energía) entró en vigencia el 2 de agosto de 2017. Establece los requisitos mínimos de seguridad para el desarrollo de plantas de biogás en forma segura para las personas y las cosas, regulando las etapas de diseño, construcción, operación, mantenimiento, inspección y término definitivo de operaciones, como también las obligaciones de las personas naturales y jurídicas que intervienen en dichas actividades.
Para más información:
Proyecto Biogás Lechero
El Ministerio de Energía lidera el proyecto, financiado por el GEF, denominado “Promoviendo el desarrollo de la energía a biogás en pequeñas y medianas agroindustrias seleccionadas” con el apoyo de Organización de Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial (ONUDI).
El proyecto tiene por objetivo reducir las emisiones de gases de efecto invernadero promoviendo la inversión y el desarrollo del mercado de tecnologías de energía a biogás en PYMES del sector lechero, al mismo tiempo aumentar el conocimiento de estas tecnologías y el rol que pueden tener en el abastecimiento de energía limpia y segura a largo plazo. En este marco, se está evaluando la factibilidad de desarrollar proyectos de biogás con los purines de los animales de las lecherías medianas de las regiones de Los Ríos y de Los Lagos.
Para más información ingrese a la página web del Proyecto Biogás Lechero aquí.
Artículo del proyecto Biogás Lechero para la Asociación Alemana de Biogás En revista Biogas Journal, Otoño 2017. Descargue aquí.
Proyecto Biogás en la Industria Porcina
El “Programa de Transformación Tecnológica Energética y Ambiental para el Segmento Pyme de la industria porcina” es liderado por la Agencia de Cambio Climático y Sustentabilidad (ACCS) con recursos transferidos por CORFO. Tiene por objetivo acercar a las Pymes del sector porcino a las mejores alternativas técnicas y económicas para el tratamiento de residuos, poniendo especial énfasis en la tecnología de digestión anaeróbica, para solucionar sus problemas ambientales permitiéndoles generar energía a partir del biogás.
El proyecto se inició en enero del 2017, y está evaluando la factibilidad de desarrollar proyectos de biogás con los purines de cerdo en planteles entre las regiones de Valparaíso y de La Araucanía.
El proyecto está siendo implementando por ACCS en conjunto con ASPROCER (Asociación de Productores de Cerdos), la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso y la Universidad Técnica Federico Santa María. El Ministerio de Energía participa en este proyecto como miembro del Comité Asesor, junto a representantes del Servicio Agrícola y Ganadero, Ministerio de Salud, y Ministerio de Medio Ambiente.
Materiales y Herramientas
Buscador de Normas de Bioenergía
A continuación podrá ingresar al Buscador de Normas de Bioenergía, elaborado por el Ministerio de Energía.
El Buscador contiene una sistematización del marco legal actualmente vigente para la bioenergía, abordándola desde el punto de vista de la regulación del combustible, de las tecnologías de generación, de los sistemas de transporte y distribución u otros aspectos tales como el tratamiento tributario. Incorpora:
- Marco legal aplicable al Biogás, Biometano y subproductos
- Marco legal aplicable a la biomasa
- Marco legal aplicable a biocombustibles líquidos (etanol y biodiesel)
Nota: El buscador no incorpora el marco legal relativo a la tramitación ambiental de los proyectos.
