Bolsa de Subproductos de la Región Central de Santa Fe Jornada de Técnicas Bolsa de Subproductos de la Región Central de Santa Fe Rafaela – 03/09/2009 Experiencias en Alemania Instituto Ingenería Rural - Castelar Dr. Steffen Gruber Estimados Damas y caballeros. Hoy es un día muy importante para mi. Porque es mi primera presentación en Argentina. Soy de Hamburgo, una ciudad en el norte de Alemania y estoy en Argentina ahora desde hace cuatro meses. Trabajo en el equipo de Jorge Hilbert, que es el Coordinador del programa nacional de bioenergia del INTA. Por eso estoy trabajando en el contexto de bioenergia, una de mis especialidades es la producción de biogas y mas profunda el desarrollo de proyectos de biogas en el ambiente de producción agrícola. Como ustedes ven, estoy trabajando para el INTA y en el mismo tiempo por una organización que se llama CIM. Es una subsidiaria de la GTZ, que es una empresa del gobierno Alemán que trabaja en todos los temas tecnológicos, como la producción de energía, especial con el tema de bioenergia.

Resumen de la situación de biogas en Alemania La producción de biogas en el mundo es una fuente de energía antigua. En muchos países hay plantas de biogas instaladas, como las plantas formas hindús o asiáticas. l Desde hace unas décadas tenemos en Alemania una ley para la producción y la transmisión de la electricidad en la red pública. Hoy en día se llama la “ley para las energías renovables, que tiene una versión actualizada en 2004 y 2009 (en comparación es como las leyes argentinas 26093 y 26190 o el apoyo a cargo de la licitacion pública nacional e internacional de la empresa gobernial Enarsa, N° EE 001/2009).” En caso de la producción de biogas, esta ley regula el precio de la energía producida, según la biomasa que se tome (ej. maíz de forraje, estiércol, etc.) y que tecnología esta implementada. Las empresas energéticas compran la energía a ese precio fijo. Cuando esta ley se puso en función, el número de proyectos implementados en Alemania aumentó muy rápido. FOLIE LESEN

Números de plantas de biogas en Alemania Hoy en día en Alemania hay más de 4.000 plantas de biogas que se alimentan en base de productos agropecuarios. Entre el año 2000 y 2006 tuvieron en Alemania un boom de biogas extraordinario. En 2005 mas o menos 1000 plantas estaban instaladas. Hoy en dia, las 4000 plantas tienen una capacidad total de 1300 (mill trescientos) MW (mega vatios). Que significa en promedio 325 (trescientos veinte y cinco) kW (kilo vatios). Esa es la potencia eléctrica. Con una eficiencia de mas o menos 40 (cuarenta) por ciento, que significa que la potencia de la producción de biogas es mas de 800 kilo vatios de gas en cada planta. Casi todas las plantas tratan el biogas a través de maquinas especializadas para la combustión de biogas. Las maquinas producen dos productos, el primero es la electricidad y el segundo es la calidad para calentar agua por calefacciones. Fuente: www.fnr.de

Desarrollo de proyecto Etapas de planificaciones de un proyecto 1. Ideas, Evaluación de acceso a las biomasas 2. Cálculo energético y de las masas, estudio de la factibilidad 3. Primer cálculo de sensibilidad de financiamiento 4. Selección de concepto de que tecnología y de la empresa constructora Desarrollo de proyecto 5. Planificaciones & ingenieria final 6. Evaluación de sistema de financiamiento Un proyecto de Biogas tiene unas desafíos complejos. Normalmente un proyecto de bioags tiene 10 (diez) etapas en total, que se juntan en cuatro pilares. Las primeras cinco etapas son las planificacones incluyen los calculos energeticos y el calculo del camino de la masas. Muy importante es la disponibilidad de la biomasa, su cantidad y su calidad. Todos los calculos en la biomasa y al final los costos de la producción y de la inversión y la produccion de biogas especifica. Cuanto temos resultados suficientes de las primero cinco etapas, necesitamos la luz verde, que es un acceso de capital para la inversion. En Alemania casi todas las inversiones de plantas son con participacion de los institutos de creditos y bancos. Y la inversion solo esta activada, si todos los etapas del 1 (uno) al 5 (cinco) estan tan positivos y los contratos son firmados (la compra de superfice, la compra del equipo para construir la planta, etecetera... ) Los numeros siete y ocho son las etapas de la construccion y llevar a cabo lo planificado. Despues del final de la obra empienza la etapa de carga el digestor y despues unos 10 a 40 (cuarenta) dias la produccion de biogas. Un ciclo de desarollo de un proyecto dura en Alemania para las etapas del 1 al 5 mas de seis meses. La duracion del construccion depende de la tecnologia que queremos implementar y el porcentaje del trabajo propio para la construccion. Normalmente dura de 4 a 8 meses. Los primeros tres a seis meses de la produccion necesitamos ajustar y aumentar la produccion de biogas. Y por su puesto tambien --- ahora nosotros somos productores de energía, y necesitamos un tiempo de adaptacion a ese ambiente a nuestro manejo de la granja. 7. Construcción de la planta 8. Final de obra 9. Carga y arranque del digestor 10. Aumento y estabilización de la producción de biogas

Los dos lados de todos los proyectos Oferta / potencial Demanda / consumo

Componentes y partes de una planta de biogas 3 1 2 4 Eso es un producto de las etapas 1 al 5 de las etapas de desarrollo de un proyecto. Area uno: la zona de alimentacion del proceso con materia prima, como residuos de la produccion agropercuaria o plantas energeticas (NaWaRo - Nachwachsende Rohstoffe) Tenemos Schlempe: Orujo / Vinaza Guelle: Abono semiliquidos, estiercoles sin / con paja, purines Otros: grasas, glicerina de la produccion de biodiesel y otras masas organicas de varias fuentes Area dos: La fermentacion, que es la digestion de materia prima a través de bacterias (bacterias acetógenas, bacterias metanógenas) y el deposito de biogas. Area tres: es el tratamiento del gas, primero la etapa para limpiar el gas y de la deshidratacion, y despues de la produccion de energia como agua caliente y electricidad La ultima area es el tratamiento de residuos, que son fertilizantes con una calidad mejor de estircoles y abonos que nosotros usamos para la alimentacion de proceso en la area uno.

Volumen de bio-digestores Volumen de biomasa cargando por tiempo Como planificamos I: Tiempo retención hidráulica Tiempo de la Retención Hidráulica (TRH): es la duración de digestión de una porción de biomasa en el digestor. En un sistema batch es simple: en un día se cargan y cuando la biomasa permanerse 50 días en el digestor, el TRH son 50 dias. Pero en los sistemas continuados (como las lagunas) la relación tiene mas importancia. El TRH tiene normalmente 25 hasta 45 días. TRH = Volumen de bio-digestores Volumen de biomasa cargando por tiempo m3 7

Como planificamos II: Velocidad de carga volumétrica La concentración de alimentos orgánicos en respecto de volumen del biodigstor en total, es la Velocidad de Carga Volumétrica (VCV). Con valores bajos las bacterias morirán de hambre y la producción de gas baja enormemente. Cuando la VCV esta más alto, las bacterias no pueden fermentar todo la “comida” (masa orgánica) y el proceso esta situada en una sobrealimentación. También la producción de gas baja y el proceso puede voltear. Hay sistemas continuados industriales con una VCV de 4 o mas, pero necesitan un control del proceso automático y una muy buena estabilidad del proceso en respecto de la temperatura, del valor pH, y de la homogeneidad, cualidad y cantidad de la masa prima. VCV = Masa seca diaria * Concentración de partes orgánicos en la masa seca Volumen de bio-digestor Kg d * m3

Como planificamos III: Tiempo de Retención Hidráulica Cuando una porción de la masa primera entra el biodigestor a través de mla camar de carga y el caño de carga el proceso de la fermentación empieza rápido. Por que las bacterias a dentro del digestor tienen actividad. La cuota diaria de digestión de una unidad de biomasa no es igual mientras la duración de la fermentación por ese porción de biomasa. La función de la cualidad de la digestión esta la cantidad de producción de biogas por tiempo. La producción aumenta en los primeros días y esta mostrando un pico después unos días (5-10 días), después la producción se baja rápido. Hasta una unidad de biomasa no muestra mas producción de biogas dura 30 hasta 100 días. Diferentes biomasas (a, b, c) muestran diferentes curvas de TRH y el TRH también depende de la condiciones de la fermentación. En procesos continuidados ocurre un estado optimo cuando la biomasa necesita a salir del biodigestor y una porción esta renovando. Fuente: www.fnr.de

Como planificamos IV: Tiempo de Retención Hidráulica Ese diagrama muestra la cantidad de la produccion del biogas. La axis horizontal es la duracion de la digestion en dias y la axis vertical es la produccion del biogas en metros cubicos. Cuando una porción de la masa primera (como un Kilo o una tonelada de estiércol) entra al biodigestor a través del caño de carga el proceso de la fermentación de ese porción empieza rápido. Por que las bacterias a dentro del digestor tienen actividad. La cuota diaria de digestión de una unidad de biomasa no es igual durante la fermentación para ese porción de la biomasa. El resultado de la calidad de la digestión es la cantidad de la producción de biogas por tiempo. La producción se aumenta en los primeros días y esta mostrando un pico después unos días (5-10 días), después de esa etapa la producción baja rápido y termina despues de 60 a 100 dias Diferentes biomasas (a, b, c) muestran diferentes curvas de TRH y la curva (el TRH) también depende de la condiciones de la fermentación. En procesos continuados ocurre un estado optimo cuando la biomasa necesita salir del biodigestor y una porción esta renovanda. Fuente: www.fnr.de

Capacidad de la producción de efluentes Sustrato Materia seca (%) Materia seca, organica (%) m3 de biogas / t sustrato MS m3 de biogas / t sustrato Mso CH4- % abonos de vacas lecheras 8 – 11 75 – 82 20 – 30 200 – 500 60 abonos de cerdos aprox. 7 75 – 86 20 – 35 300 – 700 60 – 70 Estiércol de vacas lecheras aprox. 25 68 – 76 40 – 50 210 – 300 Estiércol de cerdos 20 – 25 75 – 80 55 – 65 270 – 450 Estiércol de gallinas ponedoras aprox.32 63 – 80 70 – 90 250 – 450 Fuente: www.fnr.de

Corte transversal de un digestor grande (2500 m3) A veces, los digestores grandes tienen un gasómetro a dentro del digestor, abajo del techo. Tenemos la calefacción para estabilizar el proceso en una temperatura de 36 Grados Tenemos el sistema de mezclar, la biomasa, el digestor esta lleno y el techo con las bolsas para almacenar el biogas – el gasómetro. La capacidad volumétrica del gasómetro no es mas de un día del consumo de consumidores.

Digestores con una capacidad más de 2.500 m3 Eso es una vista adentro de un digestor. Falta el techo, pero hay la tablado para cubrir el digestor con un folio de plastico. Y es el digestor con techo. Una vista adentro. Tenemos un sistema de mesclar la biomasa para estabilisar la actividad de las bacterias (ahora no hay biomasa, pero la construccion esta terminada y esta listo para cargar la primera vez). Esas cucharas rotan en un eje. Que esta estabilisada con dos patas en forma de un triangulo. Tenemos un sistema de calefaccion, que esta trabajando en base de agua caliente. Y el techo, con el deposito de gas, con un pilar para estabilisar. Adentro del techo esta el tablado de madera, como vivimos en la foto antes. Fuente: www.weltec-biopower.de

Vista adentro de un digestor y agitadores Ahora el digestor esta lleno. Estamos en un nivel de seis metros arriba del terreno. Seis metros multiplicado con el superficie del digestor, son mas de 2.500 (dos mil quinientos) metros cúbicos lleno con biomasa! Esa biomasa es una mescla de estiércoles de vacas y silage de maíz Y por su puesto con bacterias activas por la producción de metano. Tenemos la zona en que el biogas cambio los medios: de liquido a la atmosfera gaseoso. En esa zona hay una cubierta con azufres , que es extremamente agresivo para el cemento de muros. Por que pintamos esa zona con una pintura especial. – ZWEITES FOTO – Aquí están las burbujas de biogas cuando salen de la biomasa. -DRITTES BILD- Son las máquinas para mezclar la biomasa activa para evitar un sedimento de biomasa mas estructurada (que significa el porcentaje de masa seca) en el piso y una capa flotante arriba de la biomasa.

Camino de biogas y composición típica del biogas Tenemos caños de biogas y de biomasa de acero, cuando esos están sobre la superficie, cuando están subterráneo son de plástico. Aquí es un caño de transporte de la biomasa y un caño de transporte del biogas. A la derecha, esta el contenedor de la maquina, para consumir el biogas y de la producción de la energía eléctrica y de la energía térmica. El biogas es una mescla de metano, dióxido de carbono y otros gases. Por eso una eliminación de azufres y del agua es muy necesario. Porque esos componentes rompen los consumidores (calefacciones o motores / generadores de electricidad) y causan una emisión tóxica. Tiene una temperatura entre 20 (veinte) y 50 (cincuenta) *C - grados y una presión de 20-100 mbar cuando sale del digestor.

Concentracion, porcentaje Metano ( CH4) 50 – 75 % Componentes Concentracion, porcentaje Metano ( CH4) 50 – 75 % Dioxido de carbono (CO2) 25 – 45 % Agua (H2O) 2 – 7 Vol. %, (a 20-40 °C) Acido sulfhidrico 20-20.000 ppm Nitrógeno (N2) < 2 Vol.-% Oxigeno (O2) Hídrogeno (H2) < 1 Vol. -% Fuente: www.FNR.de

Establos nuevos en construccion Granjas de cerdos Establos nuevos en construccion

Sistema adentro de establos, lugares con necesidades de calefacciones con agua caliente en base de biogas

Planta de biogas Marcos Paz Establos de cerdos Lagunas viejas de excrementos Deposito de soja Lugar de la nueva planta de biogas Lugar de nuevas lagunas de residuos 1 2 4 5 3 Fuente: google, www.biometanodelsur.com.ar

Planta de biogas Marcos Paz 250 m3 volumen 250 m3 volumen 1750 m3 volumen Fuente: www.biometanodelsur.com.ar

Un tambo industrial 360 vacas en ordeñe (promedio en la ARG 200 vacas, Grupo electrogeno con 48 kW

Tambo como ejemplo en la RA

Laguna de abonos – la producción de BIOGAS es facil

Muchas gracias por su atención. Para mayor información por favor contáctenos vía email: SGRUBER@CNIA.INTA.GOV.AR