MPB 2. DISEÑO DE UN PRODUCTO INDUSTRIAL. Estudio de Mercado y Objetivos de diseño.

Introducción diseño industrial.

En la introducción al proyecto de la MiniPlanta de Biogás (MPB), que se realizó en una entrada previa en este blog, ya se argumentó la motivación del desarrollo de una planta de biogás para gestionar descentralizadamente residuos orgánicos y del proyecto que se ha montado entorno a ella.

La presente entrada se centra en el estudio de mercado y de alternativas actuales, y en la propia concepción del producto y en los objetivos de diseño del mismo.

El diseño de la MPB es, básicamente, el diseño de un nuevo producto. En la actualidad, los proyectos industriales de planta de biogás obligan a un diseño individual y detallado, en el que cada proyecto requiere un gran esfuerzo de ingeniería. En cambio, la MPB puede concebirse como un producto, ya que puede ser reproducida siguiendo el mismo diseño, y puede aspirar a tener un amplio mercado con ligeras modificaciones.

Pero diseñar una MiniPlanta de Biogás (MPB) plantea muchas dudas iniciales, la primera es la propia definición del producto. Definir el producto por el equipo de diseño sólo puede llevarse a cabo después de evaluar distintos modelos de negocio y tras un estudio de la situación actual del mercado y de los productos existentes en el mismo.

Se considera que la MiniPlanta de Biogás (MPB) debe ser una planta industrial escalada a procesar cantidades de residuos en el entorno de 1 a 3 toneladas diarias. Pequeños productores de residuos cuya gestión sea costosa, responsables de la gestión de basura orgánica en países desarrollados o en vías de desarrollo, o consumidores de energía cara pueden obtener una rentabilidad económica y medioambiental de una instalación de estas características. Por supuesto, estas instalaciones deben procesar esta cantidad de material de entrada de forma estable y con un alto grado de automatización. Todas las instalaciones diseñadas para un orden de magnitud inferior a 1 t/d no son consideradas Mini Plantas sino Micro Plantas de Biogás, y estarían en un concepto diferente, el de la producción doméstica de biogás.

Situación actual del mercado. Análisis de productos similares.

Tras desarrollar detalladamente los modelos de negocio que acotaban la solución a nivel de inversión posible, se realizó un estudio de mercado comparativo de las plantas de baja potencia o MiniPlantas de biogás existentes actualmente en el mercado europeo. En este estudio no se tuvieron en cuenta aquellas instalaciones que no sean comparables, como instalaciones domésticas para producir gas o plantas de proyectos de investigación de empresas y universidades, que no están listas para salir a mercado.

La primera impresión que ofrece este mercado es que se trata de un mercado por despegar. Parece que no termina de desarrollarse en Europa la producción descentralizada de biogás a pesar de que hay varias empresas intentando este modelo de negocio en varios de los principales países europeos. Alguno de estos modelos son adaptaciones de diseños industriales a pequeña escala, mientras que otros tienen diseños más arriesgados.

Ejemplo de MiniPlanta de Biogás simulando una planta industrial de biogás a pequeña escala.

Es destacable que la mayoría de las empresas que ofrecen estas instalaciones a pequeña escala NO ofrecen plantas industriales de biogás. Es posible que deficiencias de diseño o de operación, la falta de producción estable de estas instalaciones o su coste de inversión sean factores que estén dificultando acercar esta actividad a su máximo desarrollo.

La inmensa mayoría de las plantas disponibles se centran en diseños para granjas, restos de grandes comedores o rechazos de supermercados, así como en el uso del biogás para la producción eléctrica, aunque en las últimas semanas han salido noticias relativas a proyectos similares al concepto de biogasinera que AGF PROCESOS BIOGAS SL pretende desarrollar, y que explicó previamente en la entrada MPB1. En aquellos casos en los que se asocia una planta de enriquecimiento en la instalación de biogás, de nuevo se trata de una adaptación a pequeña escala de un proceso industrial, por lo que es costoso. Los sistemas de separación por membranas o de absorción disponibles a pequeña escala necesitan trabajar a presión o a altas temperaturas, lo que incrementa el coste de inversión considerablemente.

Un sustrato al que estas plantas parecen no estar siendo orientadas es al pequeño productor de residuo orgánico industrial o a la fracción orgánica del residuo doméstico. En otras entradas de este blog se hicieron estimaciones del potencial energético de la fracción orgánica de la basura doméstica, siendo éste un sustrato que, en su inmensa mayoría, aún está yendo a vertedero, siendo ésta una pésima gestión ambiental y una pérdida de recursos.

La mayoría de las soluciones son desarrolladas total o parcialmente en contenedores marítimos (sea containers, ISO container), evitando obra en lugar de ubicación y consiguiendo entregar la parte de la planta más compleja en cuanto a equipos e instalaciones probadas de taller. En algunos casos se necesita la construcción de un reactor para producir biogás en su ubicación final o está incorporado en los propios contenedores. Esta solución en contenedor parece la óptima y AGF PROCESOS BIOGAS SL la utiliza frecuentemente en las instalaciones industriales.

Un elemento que destacar es que todas las plantas actuales necesitan almacenar el gas generado, por lo que tienen que disponer de algún tipo de gasómetro, ya sea con material flexible (cúpulas o bolsa), por campana de agua o incluso destinando a esta función un contenedor marítimo para líquidos.

Todos los diseños se configuran en varios contenedores, normalmente separados, que contienen distintos elementos o equipos, por lo que se  requiere la conexión mediante tuberías externas de los distintos elementos internos de los contenedores. Esto obliga a realizar una instalación en campo con elementos externos: tuberías, válvulas e instrumentación, entre otros. Estos elementos hacen poco elegante el diseño de toda la instalación y obliga a realizar trabajos en la ubicación final del elemento. Esto se agrava en aquellos diseños donde los contenedores están físicamente separados entre sí, como ocurre con los contenedores donde se consume el biogás.

Pero con bastante seguridad se puede afirmar que el mayor factor limitante de estas plantas es el volumen de reacción. La mayoría de las plantas actuales de baja potencia no disponen de un elevado volumen de reacción, ya que están limitadas al volumen disponible en contenedores marítimos; y las que tienen un elevado volumen es porque requieren algún tipo de construcción en la ubicación final de la planta. Exceptuando los últimos casos, que son aquellos modelos donde se construye un reactor circular externo, no se dispone de mucho más de unos 20 m3 de volumen útil, por lo que no se podrá generar más de 10-20 Nm3 de biogás al día de forma estable. Apretar el proceso de la planta puede llevar a problemas de funcionamiento, como espumas, baja producción, fallo en la microbiología o un gas sucio y de baja riqueza.

Las plantas industriales de biogás trabajan en un rango medio de producción relativa de 0,5 – 1 Nm3 biogás por m3 de reactor al día (Nm3b·m-3R·d-1). Estas plantas industriales disponen de sistemas de agitación y calefacción, y sería razonable pensar que tienen un funcionamiento y un rendimiento mejor que plantas diseñadas con los mismos parámetros pero que no disponen, por ejemplo, de una agitación equivalente.

Por ello, es muy complicado que estas instalaciones puedan mantener de manera estable una producción alta de biogás y un caudal de entrada elevado. Alimentar a diario una tonelada de materia orgánica conlleva probablemente el fallo del proceso y el colapso de la planta, incluso si se consiguiera trabajar con producciones relativas superiores a las mencionadas (1,5 – 2).

Considerando una producción media a esa tonelada alimentada, la producción de biogás debería superar a diario los 50 Nm3, por lo que difícilmente estas plantas pueden alcanzar una producción estable, ya que no disponen volumen para ello usando tecnología tradicional. Si no se genera todo el gas posible, el contenido en sólidos biodegradables en el lodo será elevado, y se corre el riesgo de problemas asociados a un proceso parcial, como espumas o un gas muy sucio. Por los motivos previos, todas estas instalaciones necesitan filtros de carbón externos o incluso incorporan separadores de sólidos para dar salida a la biomasa no biodegrada y poder usarla para compost. Gran parte de estos sólidos deben pertenecer aún a fracciones biodegradables que la planta no ha sido capaz de convertir a gas, por lo que no se ha generado la cantidad máxima de energía, lo que posiblemente dificultará convertir el gas en un ingreso o ahorro económico que rentabilice la planta.

Una vez revisada la situación del mercado, se pueden definir los objetivos específicos del diseño de la MPB de AGF.

Objetivos de Diseño.

Después de valorar lo disponible en el mercado y de estudiar distintos casos de estudio y de negocio, se fijan los siguientes objetivos de diseño. Estos objetivos buscan desarrollar un modelo de planta que supla todas las carencias de las plantas actuales previamente contempladas.

  1. Aplicar un proceso de alta eficiencia industrial a una planta de pequeña escala. Conseguir producciones relativas de biogás superiores a 5 Nm3bm-3R·d-1.

Se diseña la planta para poder desarrollar procesos de alta eficiencia y mayor complejidad que permitan que la producción de gas por unidad de volumen sea similar a la alcanzada a escala industrial por AGF PROCESOS BIOAGS SL. Esto permite que la cantidad de material procesada en la planta y el gas generado sean muy superiores a sus equivalentes con el mismo volumen de reacción.

Este aspecto es fundamental para conseguir rentabilizar la planta. Para ello, será fundamental el control de la operación de la planta, tratándola como si de una planta industrial se tratase.

  1. Estabilidad de producción.

Realizar un diseño de ingeniería robusto y fiable, que genere una producción de biogás estable. A nivel operativo esto debe traducirse en una planta con funcionamiento automatizado exceptuando la alimentación de materia prima y labores generales de mantenimiento.

La planta debe producir biogás de forma estable y controlada a pesar de enfrentar diversos cambios en la alimentación. Es muy posible que por logística haya plantas donde no se pueda alimentar diariamente, sino una vez cada varios días o incluso una vez a la semana. Esto no debe ser problema para la planta de biogás, que debe mantener el control de la producción de gas en todo momento y la estabilidad de las distintas reacciones.

Esta puede ser una gran limitación a la hora de localizar potenciales proyectos. Depender de una alimentación continua para tener una producción de gas estable reduce considerablemente las posibilidades de encajar el proyecto a nivel operativo en muchas ubicaciones.

Como puede comprenderse, este es otro apartado fundamental para rentabilizar la planta, que no haya problemas de producción por cambios de composición en los materiales de entrada o por un incremento puntual de carga orgánica y se genere un biogás que pueda ser valorizado económicamente.

  1. Tener un coste de inversión contenido.

Alcanzar este punto está muy relacionado con un diseño de ingeniería óptimo de la instalación. Los posibles modelos de negocio están muy limitados en cuanto a rentabilidad y sólo se podrá expandir esta actividad si se tiene un coste de inversión que justifique el riesgo y que permita rentabilizar la inversión en aquellos casos donde se cumpla la existencia de residuos y un uso justificado del biogás generado.

El coste de inversión debe evaluarse en función principalmente del uso que se le vaya a dar al gas generado, ya que cada uso requiere una inversión u otra.

  1. Ingeniería Óptima.

El diseño de ingeniería deber ser tan bueno como sea posible, cuidando al máximo cualquier detalle, incluso los que no se ven. Se han necesitado años de investigación y de desarrollo para el diseño de algunas partes de la planta MPB.

El diseño realizado se basa en los siguientes aspectos:

  • Diseño minimalista, amistoso y afable. Se busca que la planta sea lo más sencilla posible a nivel visual, sin ningún tipo de tuberías u otros elementos externos. Busca ser accesible, no ser excesivamente compleja. Normalmente las plantas de biogás no son algo cotidiano o agradable, en muchos casos todo lo contrario, tanto por diseño como por actividad u operación inadecuada. Hay que expandir el conocimiento social del biogás y eso sólo puede realizarse si se asocia a instalaciones alejadas de problemas, rentables y que no sean tan impactante como los tradicionales reactores circulares de hormigón con las cúpulas flexibles.
  • Cuidar los Detalles, sobre todo aquellos que puedan ser críticos. Todas las piezas y partes del diseño han sido evaluadas en detalle, sobre todo aquellas ocultas pero que pueden provocar un fallo futuro de la planta por reactividad química. Se ha trabajado todo con los materiales de mayor calidad posible, utilizando tuberías de acero inoxidable de forma externa o interna. No hay ninguna tubería de plástico o de hierro. Como detalle se considera también que la planta pueda quedar recogida completamente dentro del propio contenedor, sin tener que instalar o añadir elementos externos en la ubicación final. De esta manera, tras su alimentación, se podrá cerrar completamente tras recoger todos los elementos externos.
  • Alimentación. Sistema sencillo y flexible. La planta necesita un sistema de alimentación que sea versátil y que pueda adaptarse en función de las necesidades. La planta debe ser capaz de admitir residuos pastosos, líquidos o sólidos, y disponer de una zona de separación de inertes. También se debe poder adaptar a una alimentación más industrial, realizada por pala cargadora o cinta, como la que se tendría si se procesa el residuo de algún proceso industrial continuo. El diseño de la primera versión del sistema de alimentación ha sido uno los aspectos que más recursos ha consumido.
  • Capacidad de ampliación añadiendo procesos adjuntos. Se busca disponer de espacio suficiente para añadidos y mejoras posteriores, como procesos de higienización o esterilización. Esto puede permitir ampliar la planta en caso de que sea de interés económico. AGF PROCESOS BIOGAS SL ha entregado la primera planta de esterilización de cadáveres de cerdo SANDACH C2 por Método 1 de España. Esta tecnología ya está probada y puede integrarse en la MPB. Se ampliará la información sobre la planta de esterilización en futuras entradas de este blog.
  • Equipos de primera calidad, similares a los de una planta industrial. Para tener una planta de funcionamiento fiable se debe disponer de equipos de primera calidad. Por eso, la MPB debe disponer de las mismas capacidades que una planta industrial tanto a nivel de equipos, válvulas, tuberías e instrumentación. Por lo tanto, el diseño buscará dotar a la planta de todas las capacidades que tiene una planta industrial, para que no haya un severo efecto de cambio de escala.
  • La planta debe funcionar sin almacenar gas. El gas debe producirse a medida que se consume, sin necesidad de almacenar el gas producido en un periodo donde el consumo es inferior a la producción. Ahorrar en la inversión necesaria para el almacén de gas -en caso de que se consiga- es fundamental para que el coste de inversión y la huella de la planta esté contenida. Además, los almacenes de gas son elementos peligrosos en cualquier instalación. Este aspecto supone uno de los principales retos de la planta.
  • No usar plásticos. En las plantas existentes se suele instalar gran parte de las tuberías, tanto externas como internas, en materiales plásticos. Esto no supone una reducción de coste efectiva sobre la instalación con materiales más nobles, ya que el abaratamiento sobre metro lineal se ve compensado por el elevado coste de los accesorios; y además supone la posibilidad de desmontaje y cambio, lo que le da a todo el diseño un aspecto de provisionalidad que no se considera deseable. Las tuberías plásticas también incitan a modificar y cambiar las instalaciones, algo que se considera alejado de un proceso definitivo y una instalación de calidad. Por esto, todas las tuberías de la MPB están realizadas en inoxidable de calidad. La instalación de tuberías de alta calidad permite trabajar con fluidos sobrecalentados y asegura el correcto funcionamiento de la planta.
  • No tener elementos añadidos en la ubicación final. Independientemente de mejoras que se quieran llevar a cabo en la ubicación final, las necesidades del emplazamiento no deben ser superiores a una solera y al suministro de servicios necesarios (agua y/o electricidad) y evacuación de la energía si procede, ya sea en forma de gas, o transformada en electricidad y/o fluido térmico.
  • Capacidad de envío marítimo. Debido a que se considera la MPB de un producto de especial interés para países en vías de desarrollo, todo el diseño está realizado para su posible envío por transporte marítimo a cualquier puerto y su entrega posterior a cualquier parte del mundo.
  • Fácil montaje en campo. Al no necesitar instalaciones externas y llevar todos los elementos probados desde taller, no son necesarios trabajos complejos de conexión y puesta en marcha de la planta. Lo que debería permitir el arranque rápido de la planta, tan pronto se reciba en destino, se conecte y se tenga operativa evitando problemas de conexión en campo y con la mayor brevedad posible.
  • Marcado CE de la instalación. Debido a que no hay necesidad de un complejo montaje en destino, y que todo va diseñado y montado desde taller, se puede suministrar la MPB con un marcado CE y una evaluación HAZOP de cumplimiento de todos los requisitos legales a nivel de seguridad.
  • Que pueda ser producido en serie también debe abaratar los costes de inversión. Se busca disponer de 6 modelos de planta combinando distintos sistemas de alimentación y distintos usos del gas. Si el diseño no tiene que adaptarse, se podrá industrializar su montaje y tener un coste de inversión cada vez controlado.
  • Diseño que pueda ser patentado o protegido intelectualmente. Se busca un diseño de un proceso o producto lo suficientemente novedoso como para poder proceder a su protección intelectual e industrial por parte de AGF PROCESOS BIOGAS SL como desarrollador de este.
  1. Bajo coste de operación.

El coste de operación está muy relacionado con el diseño. Las estimaciones realizadas durante el diseño se consideran dentro de un rango asequible, aunque se tendrán que estudiar en el primer prototipo. Los costes laborales pueden suponer la mayor carga para la planta, por lo que se diseña con un alto grado de automatización, siendo labor del operario únicamente la alimentación de la planta, el resto funciona en automático y está controlado en remoto por el equipo del Centro de Operaciones (COP) de AGF.

AGF PROCESOS BIOGAS SL ofrecerá el servicio de operación en remoto de la planta. La entrega de la planta es el comienzo de la verdadera relación entre las partes, ya que AGF no quiere que el promotor quede abandonado a su suerte con una instalación que no controla, y a la que está obligado a dedicar tiempo y esfuerzo.

  1. Nuevos usos del gas. Producción de gas renovable.

La planta MPB tiene diversos usos posibles como instalación generadora de energía renovable. Es capaz de generar energía eléctrica y/o térmica, pero también puede ser capaz de producir gas renovable como vector energético para un uso posterior. Debido al estado actual del sector, donde todas las instalaciones están destinadas en su mayoría a la producción de energía eléctrica, se decide intentar dar un salto tecnológico y se intentará desarrollar el caso más complejo: producir biometano.

Para ello se ha desarrollado la planta de enriquecimiento, la PE 3 BM10, que combinada con la MPB dará el producto comercial de la MP2B, Mini Planta de Biogás y Biometano.

Producir energía eléctrica o calor es algo superado, sencillo, y es un uso válido que puede tener un mercado amplio. Hacer un proceso de separación de gases a baja presión y en una instalación de bajo coste sí es un reto tecnológico. El desarrollar la MiniPlanta de biogás con una planta de biometano sí es un gran salto adelante dentro del sector. Esta planta de separación de gases no espera llegar a valores de concentración de biometano para su uso en la red de gas natural, sino para su uso vehicular o su distribución a un punto de consumo cercano.

El proceso que se llevará a cabo en esta instalación es novedoso, y busca el punto de mayor separación de solubilidad entre los distintos gases a separar. El diseño de esta planta de enriquecimiento PE3 BM10 se ha llevado a cabo buscando no superar un coste de inversión determinado, por lo que no se podía trabajar a presiones moderadas ni altas.

El funcionamiento de esta planta de enriquecimiento y del proceso que lleva a cabo será uno de los principales objetos de estudio de la planta piloto, en esta primera versión construida. Si se consigue que la MPB cumpla con los principales requisitos de diseño previamente recogidos, se podrá poner en el mercado una planta de biogás que pueda contribuir a relanzar el sector de la gestión de pequeñas producciones de residuos orgánicos, ya que será capaz generar un vector energético que se pueda valorizar al mayor precio posible y en su totalidad.

Por ello, se decide no instalar un grupo de cogeneración para producción eléctrica, y dedicar el espacio y la inversión a la versión prototipo de la PE3 BM10, la planta de enriquecimiento a baja presión.

 Estado del proyecto. 

Una vez se han fijado los objetivos, se debe llevar a cabo el proceso de desarrollo de ingeniería y la ejecución del proyecto. AGF PROCESOS BIOGAS SL tiene las capacidades necesarias para poder desarrollar este producto hasta su salida a mercado y su comercialización posterior. El proceso de diseño y todo el montaje de la planta serán desarrollados en las próximas entradas de este blog.

A la fecha de la publicación, la planta MP2B está a un 70% de montaje. Se espera poder enviar la planta a su ubicación final durante la segunda quincena de abril.

Mientras tanto, en la parcela donde se va a llevar a cabo este proyecto se están realizando las obras necesarias para poder recibir la planta. Se espera poder comenzar la puesta en marcha antes de finalizar abril.

Obras para la solera donde se ubicará la MPB en su destino en los terrenos de AGF. Finales febrero 2020.

BIOGASNALIA alcanza una producción de 1MWe durante una prueba de rendimiento para evaluar potenciales inversiones

Introducción.

Durante años ha triunfado la opinión generalizada de que la industria del biogás solo es rentable con ayudas públicas, pero está ocurriendo lo mismo que con las energías eólica y fotovoltaica: el avance tecnológico hace rentable esta industria sin primas. El desarrollo de las distintas tecnologías está permitiendo que la energía renovable sea eficiente y rentable por sí misma, pudiendo competir en un mercado libre con las energías tradicionales no renovables.

Realizar esta afirmación sobre el biogás no es solo el resultado de una investigación de laboratorio, sino la conclusión de la vida de una planta industrial tras dos largos años de funcionamiento. La planta de biogás de BIOGASNALIA lleva en funcionamiento desde septiembre de 2017. Durante todo este tiempo ha funcionado de forma continua sin incidentes de mención y permitiendo que BIOGASNALIA sea una isla energética, obteniendo del biogás el suministro de todo el consumo térmico de sus calderas y el consumo eléctrico de las instalaciones y de la propia planta de biogás. Es una demostración de cómo una planta de biogás puede ser estable y producir controladamente en un escenario de cambio continuo de alimentación, tanto en composición como en cantidad, dependiente de la coyuntura de la gestión de residuos.

Se puede decir, por lo tanto, que la planta de biogás ha permitido a BIOGASNALIA ser, junto con L´OREAL, una de las dos empresas del P.I. Villalonquéjar que desarrollan su actividad en isla energética con fuentes renovables.

Durante todo este periodo la planta ha funcionado muy lejos de su potencial máximo, utilizando únicamente uno de los dos reactores metanogénicos (RM) disponibles a una carga muy inferior a la de diseño. Este hecho viene derivado de que en ese punto de funcionamiento la producción de gas era suficiente para alimentar todo su consumo y quemar en antorcha 24 horas diarias. En otra entrada de este blog, publicada en febrero de 2019, se explica en detalle el punto de funcionamiento normal, con una potencia de 500 kWe equivalentes. La producción de 125 Nm3/h de CH4, con sólo la mitad del volumen de la planta en uso, supuso un logro en términos de eficiencia, como se explica en la entrada citada.

Por lo tanto, la principal conclusión es que la planta está trabajando lejos de su máximo de producción de gas y de procesamiento de materia prima. Este hecho ha provocado la búsqueda de nuevos negocios alternativos que aprovechen y valoricen el potencial máximo de la planta.

Objetivo de la prueba de rendimiento.

Por lo anterior, y de cara a evaluar potenciales proyectos basados en llevar la planta a su producción potencial máxima, se ha procedido a la realización de una prueba de producción de la planta, similar a los Performance Test de la industria de procesos. El objetivo de la prueba de rendimiento es mostrar la capacidad máxima de producción de la planta. Esta prueba de rendimiento se engloba dentro de las negociaciones que se están llevando a cabo para la conversión de la planta de biogás en una planta de biometano, debido al interés actual de disponer de gas renovable y poder suplir las demandas de este producto, principalmente para su uso vehicular. Esa ampliación se realizaría mediante la instalación de una planta de separación de gases y enriquecimiento de la corriente de metano, que procesase todo el biogás generado en la planta actual trabajando a carga máxima. Superar con éxito la prueba de funcionamiento es condición necesaria para poder acometer la inversión.

La limitación principal para esta prueba es la cantidad de residuos de entrada de acuerdo con la licencia de actividad en vigor, por lo que se ha trabajado con un único reactor RM con el fin de cuantificar el valor máximo de producción de gas de cada reactor. Terminado de llenar y activar el segundo RM, no se ha utilizado en la prueba por haber alcanzado la planta el máximo de toneladas que puede procesar de acuerdo a su licencia actual.

Para cuantificar correctamente los resultados de la prueba, se ha incrementado la instrumentación de la planta, instalando un segundo caudalímetro, con objeto de tener una menor incertidumbre en las medidas de caudal de gas y poder realizar un balance correcto entre los distintos puntos de consumo. Actualmente se consume gas en dos calderas, un grupo electrógeno y una antorcha de alivio. Para la prueba se ha mantenido una caldera para abastecer de vapor a BIOGASNALIA trabajando a demanda (siempre superior al 90% de potencia) y se ha puesto la segunda caldera al 100%, liberando todo el vapor producido. Liberar el vapor genera un elevado nivel de ruido, lo que hace que la prueba tenga que limitarse temporalmente a unas semanas de funcionamiento. El consumo de ambas calderas es de 1,8 MWt y el del grupo electrógeno tiene una media de 130 kWe. De esta manera se asegura un consumo de biogás en torno a 1 MW eléctrico equivalente (MWe eq) sin contar el posible consumo de la antorcha. En términos de caudal de metano se necesitan unos 240Nm3/h para poder mantener esta producción de energía.

La planta es controlada en remoto por AGF y atendida por personal de BIOGASNALIA. Es AGF la responsable de controlar todos los procesos automatizados de la planta, siendo la producción de gas el principal de estos. AGF es la operadora de las plantas que construye con el objetivo de hacer realidad los escenarios contemplados en los estudios de ingeniería básica. AGF tiene la responsabilidad, durante la etapa de operación, de poner en prácticas las licencias tecnológicas aportadas al proyecto y utilizadas durante las distintas fases de diseño. Esta operación es la que permite que los distintos casos de estudios contemplados acaben siendo una realidad.

Resultados.

Durante las últimas semanas se está produciendo de manera estable un caudal medio superior a los 200Nm3/h de metano, con periodos superiores a 250Nm3/h cuando el consumo lo permite y una media entorno a 230Nm3/h. La producción de gas es controlada completamente por AGF y su sistema de control, por lo que se ha trabajado adecuando el caudal producido con el caudal consumido, no habiendo alcanzado la planta aún su punto máximo de producción en esta prueba por reactor.

Esto significa una producción relativa volumétrica superior a 9 Nm3/m3R·d. La producción de biogás relativa volumétrica ha sido muy elevada durante los años previos, alcanzando valores de más de 5 Nmde biogás por mde reactor al día. La producción relativa volumétrica no es un parámetro ampliamente empleado en la industria del biogás, pero es muy útil para comprender la eficiencia de una planta. Esta producción relativa cuantifica el volumen de gas producido en base diaria por unidad de volumen de reacción para generarlo. Tiene distintas implicaciones, tanto desde el punto de vista bioquímico como fluidodinámico o de diseño, entre otras. Las producciones relativas en la industria tradicional del biogás se encuentran entre 0,5 y 1,5 Nm3/m3R·d.

Cuanto mayor sea esta producción relativa, mayor cantidad de material se puede procesar por unidad de volumen y menos volumen de planta es necesario para producir un determinado caudal de gas.

A modo de ejemplo se pueden resumir distintas plantas o proyectos donde AGF ha participado, mostrando los valores de producción relativa volumétrica de estos proyectos:

PROYECTO RM / Digestor, m3 Tanque Final, m3 Potencia, MWe eq. Eficiencia,

Nm3/m3d

WK Q.1000.1

Inverness, Escocia

4500 m3. Digestor. 7200 m3. Útiles. Cubiertos y con calefacción. 1 MWe. 500 Nm3/h

2 CHP x 500 kWe.

Digestor 2.67

Útil 1,02

Tx Q.499.1

Lincoln, Inglaterra

2513 m3 3927 m3 útiles. 499kWe. 250 Nm3/h Digestor 2.38

Útil 0,93

URBILIZA RENOVABLES

Zaragoza Planta 1 etapa

5000 m3

2 x 2500 m3

3200 m3. No útiles. 500 kWe 250Nm3/h

2 CHP x 250 kWe

1.2
 
Las plantas diseñadas y arrancadas en Reino Unido tenían un parámetro de producción relativa volumétrica muy avanzado para su época (diseñadas a principios de 2015 y arrancadas en la primera mitad del 2016), pero que se veía en la práctica desvirtuado por la presencia de unos grandes almacenes finales activos y útiles, donde se generaba descontroladamente gran parte de la producción de gas de la planta.

Por lo tanto, se puede afirmar que la planta de BIOGASNALIA  ha demostrado una producción de 1MWe eq y una potencia máxima posible de 1,5-2MWe eq en caso de uso de los dos reactores metanogénicos (RM) disponibles.

Durante toda la prueba la composición del gas fue estable y con un contenido en azufre inferior a 100 ppm, a pesar de estar introduciendo en la planta residuos con un alto contenido en proteínas. El caudal de biogás se mantuvo constante sobre los 300-350 Nm3/h.

Conclusiones.

La planta de biogás ha demostrado ser de una potencia equivalente de 1MWe. El potencial máximo de producción de la planta podrá se superior a 1,5 MWe en caso de usar todo el volumen de reacción disponible.

Se puede concluir que es un éxito de la industria del biogás haber podido llegar a estos niveles de producción, un incremento aproximado de 10 veces los parámetros estándares de la industria. Es la demostración industrial de una planta con un funcionamiento estable y una capacidad de producción a una escala completamente diferente con respecto al mercado y la tecnología tradicional.

La rentabilidad de este sector debe venir provocada por una optimización de la tecnología en la que se basa. La tecnología de AGF, desarrollada en España, es fruto de un mercado sin primas, y donde se ha tenido que evolucionar a nivel de conocimiento y desarrollo para poder llegar a una industria más eficiente que haga rentable este sector en las condiciones actuales.

BIOGASNALIA es un ejemplo de planta estable y rentable, con dos años de historial de producción que lo demuestra. Otro caso de rentabilidad es la planta de URBILIZA RENOVABLES, en Remolinos, Zaragoza; operada por AGF desde el 2014. Aún diseñada con tecnología de una etapa, con una producción relativa volumétrica inferior a 1,5 Nm3/m3R·d, es una empresa rentable por su adecuada gestión técnica y por los servicios prestados como punto de gestión de residuos orgánicos.

AGF espera que, con estos avances, junto con el desarrollo de tecnología de enriquecimiento propia, se pueda demostrar que la industria del biogás y la del biometano son actividades económicamente rentables, además de extremadamente positivas ambientalmente. A su vez, el problema ambiental y social derivado de la producción de residuos orgánicos motiva incrementos notables del coste de una gestión adecuada, dando el justo valor a las industrias que posibilitan esta gestión, fundamentalmente el biogás en sus distintos usos.

Se puede concluir afirmando que, definitivamente, el biogás es una actividad económica rentable. La prueba de rendimiento que se ha llevado a cabo debe contribuir a su demostración, habiendo convertido durante unas semanas a BIOGASNALIA en una planta de 1 MW eléctrico equivalente.

Participación de Francisco Guzmán en Ideas For

En Diciembre de 2017 se celebró en Badajoz uno de los eventos que la asociación Ideas For realiza a nivel nacional. Se invitó a Francisco Guzmán, socio Fundador de AGF, a participar con una charla para compartir su experiencia empresarial y proponer ideas de negocio para Badajoz. Francisco Guzmán habló sobre los comienzos de AGF, su evolución y algunas de las ideas a desarrollar a medio plazo.
En los minutos que duró la exposición, Francisco Guzmán transmitió a los asistentes las inquietudes que le llevaron en 2007 a visualizar su propia empresa de biogás. Comentó los retos en los inicios, las decisiones, buenas y malas, además de las experiencias profesionales que llevaron a la creación de AGF Ingeniería de Procesos.

 

Queremos agradecer desde AGF a la organización de Ideas For por la invitación a participar en este evento. Tenemos que pedirles disculpas por la calidad del vídeo y algunos cortes que se producen, ya que se grabó desde un teléfono movil.

BIOENGAS primer premio de INGENIA BUSINESS de ENAGAS

El proyecto BIOENGAS ha sido el ganador de la edición del año 2018 de INGENIA BUSINESS, un concurso interno de creación de empresas que lleva a cabo ENAGAS. El fin de este concurso es promover entre los empleados la creación de nuevas empresas participadas por ENAGAS. El objetivo de BIOENGAS es la producción de gas renovable mediante la promoción de proyectos para la producción de biometano en España.

NOTICIA COMPLETA EN EL ECONOMISTA

AGF quiere felicitar públicamente a nuestros compañeros de BIOENGAS por haber conseguido este primer premio que competía contra otras 48 propuestas de negocio y por el buen trabajo realizado estos meses pasados. La final se celebró el pasado día 11 de julio en Madrid, y tanto en la final como en la semifinal estuvo presente Francisco Guzmán Guzmán en representación de AGF.

AGF participa en el proyecto BIOENGAS desde su inicio, a partir de los correspondientes contratos marco y de confidencialidad; siendo la empresa que aporta la tecnología y los modelos de negocio, que están siendo optimizados, para poder desarrollar la construcción de plantas de biogás y expandir en España el mercado del biometano.

Queda mucho por trabajar pero este primer paso es de una especial importancia, tanto por el reconocimiento de la tecnología de AGF como por el respaldo que puede suponer contar con la colaboración de una empresa como ENAGAS. El potencial de producción de biometano de España está por explotar, y con la asociación ENAGAS–AGF mediante BIOENGAS esperamos poder incrementar considerablemente la producción de gas renovable en los próximos años.

¡Felicidades a los compañeros de BIOENGAS y a seguir trabajando duro!

AGF está construyendo la primera planta de biometano comprimido de España

Desde el pasado mes de agosto del 2017 AGF ha comenzado la construcción de la planta de biogás de BIOMETAGAS LA GALERA, en el T.M. de La Galera, provincia de Tarragona.

La historia de este proyecto es larga y difícil. El diseño actual es la readaptación de una licencia del año 2011 de una planta de biogás para producir 500 kWe. El proyecto inicial estaba pensado para el vertido de electricidad en Régimen Especial, por lo que se ha tenido que adaptar toda la idea de negocio, desde los materiales de entrada hasta el uso del gas. La tecnología de AGF la ha adaptado para poder producir al menos 375 Nm3/h de metano, caudal de gas que se corresponde a una potencia eléctrica equivalente de 1,5 MW. Esto significa que, como mínimo, AGF está obligado a triplicar la eficiencia de producción del proyecto inicial.

La planta procesará en el entorno de las 100-120 toneladas diarias de residuos orgánicos de distinta procedencia, pero lo realmente revolucionario de esta planta es el uso del gas. BIOMETAGÁS LA GALERA espera ser uno de los primeros productores de biometano comprimido de España, proyectando generar unas 3.000 toneladas anuales de este combustible renovable. El biometano que se producirá en esta planta no viene de biogás de vertedero ni de una EDAR, sino de la producción controlada de energía gestionando residuos orgánicos; lo que puede abrir un nuevo concepto de negocio y hacer el biogás un negocio rentable sin primas.

AGF ha diseñado la planta de biogás para desarrollar este proyecto, siendo ésta su primera planta de alta potencia (superior a 1 MWe). A su vez también va a suministrar su tecnología de plantas de Nitrificación Des.Nitrificación (N.DN) para reducir el contenido en nitrógeno amoniacal de los purines que entren en la planta de biogás.

AGF está concluyendo su diseño de planta de separación de gases, para conseguir enriquecer el biogás a biometano separando el CO2. AGF ha desarrollado tanto la tecnología de separación por membranas como por absorción sin reacción química, y será esta última la que se construya e instale en La Galera en su primera fase de ejecución.

Para dar salida al gas, AGF también va a suministrar el centro de compresión a alta presión para el transporte del gas comprimido. Este proceso de compresión debe funcionar coordinado con el propio enriquecimiento, pues comprimirá el gas que se esté generando en la planta de enriquecimiento en tiempo real. Es un problema complejo, diferente a comprimir de un gasoducto o de grandes depósitos, pues el gas de entrada se está generando en tiempo real. Esto obliga a que ambas unidades funcionen en perfecta coordinación.

El estado actual de las obras es avanzado, habiendo ejecutado AGF ya más del 60% de la obra civil proyectada. En los próximos meses se comenzará con la instalación de equipos, tuberías, cableado, etc.

Los promotores de este proyecto, que son un colectivo numeroso e importante de personas emprendedoras, creen firmemente en poder hacer el biogás rentable sin primas y esperan poder demostrarlo en esta planta. Se estima que se podrá comenzar con el arranque para el primer trimestre del año próximo.

BIOGASNALIA

En el último número de FuturENVIRO, Diciembre-Enero, aparece un artículo sobre la planta de  biogás de BIOGASNALIA diseñada, construida y operada por AGF. La revista, especializada en dar información sobre proyectos relacionados con agua, residuos, bioenergía y medioambiente en general; dedica un reportaje de cinco páginas a la planta ubicada en Burgos. Este reportaje recoge información del funcionamiento y operación de la planta un vez finalizado el proceso de puesta en marcha y arranque. Aparece de manera resumida una descripción general de la planta, de los usos del gas, los retos técnicos que supuso y los resultados de la tecnología de AGF.

En el artículo se destaca la potencia máxima de la planta -en el entorno de 1MWe– conseguida con un volumen de reacción considerablemente reducido. Esto hace que la planta tenga ese aspecto compacto, y acerca su rentabilidad a valores positivos compitiendo con el gas natural a precios de gasoducto. Otra  información de la que se hace eco es la producción de biohidrógeno que ha habido en la planta por procesos desarrollados por AGF, que se ha puesto en práctica y certificado durante el arranque de la planta.

La revista también recoge la calidad del gas, que tiene un contenido en metano elevado y una concentración de SH2 inferior a 100 ppm sin necesidad de ningún tratamiento para ello.

En la actualidad la planta opera de manera estable, con sólo uno de los dos Reactores de Metanogénesis en uso, y produce suficiente gas para alimentar las calderas y mantener la antorcha encendida una media de 24h diarias. Por ello, tanto AGF como BIOGASNALIA están estudiando nuevas formas de utilizar el biogás actual sobrante, principalmente autoconsumo eléctrico; y en poder poner en uso el segundo tanque, lo que requiere planteamientos de mayor envergadura para darle nuevos usos a la energía potencialmente producible.

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AGF entrega con éxito la Planta de Biogás de BIOGASNALIA

El día de ayer ambas partes dieron por concluido el contrato de construcción y arranque de la planta de biogás que AGF ha construido en formato Llave en Mano para la empresa BIOGASNALIA, en sus instalaciones del P.I. de Villalonquéjar, en Burgos, España. El contrato firmado entre ambas empresas comprendía el diseño, construcción y arranque de una planta de biogás compacta de AGF. Se acordó contractualmente que la planta de biogás se debía entregar cumpliendo unos requisitos de producción de biogás y de estabilidad del proceso. Este cumplimiento era condición necesaria para desbloquear el último pago del proyecto, que suponía una cuantía económica de importancia.

Estos hitos han sido superados con creces por la planta de biogás, que ha demostrado tener un potencial de producción de biogás muy elevado. Por eso se ha dado por cumplido el contrato y ahora comienza la etapa de operación normal, en la que BIOGASNALIA será el responsable de la operación de la planta y AGF del seguimiento y control de la misma

 

Puesta en Marcha del proceso.

El equipo de AGF había participado en muchos arranques de plantas industriales de biogás en Reino Unido, pero esta era la primera vez que certificaba y arrancaba una planta diseñada íntegramente por AGF.

El arranque de la planta de biogás ha durado unos 60 días. Tras la primera semana, centrada en el llenado de un volumen de inóculo, se generó biogás mediante una estrategia de arranque específicamente desarrollada por AGF en su laboratorio de La Lapa, Badajoz. Al disponer de gas, las pruebas de combustión y control de combustión se llevaron a cabo los días 10 y 11. Desde el día 12 de la entrada a planta del primer camión no se ha dejado de suministrar gas a una de las calderas.

Los 50 días restantes se ha producido biogás de manera estable por encima de los requerimientos contractuales, generando más del 130% de la energía térmica requerida por el proceso industrial que lleva a cabo BIOGASNALIA. Sólo se ha precisado gas natural de manera muy puntual, no llegando a 24h de consumo acumulado en todo este periodo de tiempo.

La composición del biogás ha ido fluctuando, con picos en contenido en metano de hasta el 79%; y con niveles de azufre siempre contenidos por debajo de 200 ppm sin ningún tipo de tratamiento. La planta también ha generado hidrógeno de composición variable que ha enriquecido el PCI del biogás. Ahora se trabaja en reducir esos niveles de hidrógeno y conseguir controlar completamente la reacción de b-oxidación.

Durante estos últimos 50 días se han arrancado selectivamente las distintas reacciones tanto en el RF (Reactor de Fermentación) como en uno de los dos RM (Reactor Metanogénico), consiguiendo unos resultados muy notorios tanto a nivel de proceso como de producción.

Cabe destacar que la planta ha estado trabajando durante 40 días con las siguientes condiciones:

  • Concentración de nitrógeno de entrada a planta superior a 8 kg/m3 (8.000 mg/L).
  • Alimentación con muy baja relación carbono nitrógeno (C/N), inferior a 10.
  • Concentración de lípidos en material de entrada del 30% s.m.s. con valores picos de hasta el 45%.
  • Concentración de Ácidos Grasos de Cadena Larga (AGCL), fenol, p-cresol y otros aromáticos muy superiores a niveles considerados límites para el umbral de toxicidad.

 

Explicación del distribuidor de calor de la planta de biogás

 

Arranque, pruebas y sintonización de lazos de control.

La combustión del gas y el uso del calor en esta planta eran tareas mucho más complejas en comparación con una planta de biogás tradicional. Cuando se tiene un grupo de cogeneración es muy sencillo a nivel de ingeniería. Se conecta una tubería de gas al motor y dos de agua caliente, se cablea fuerza y datos y ya está, ya funciona. El motor de cogeneración adecúa el gas, controla la combustión -mezcla, presión, caudal- y genera el agua caliente para la calefacción de la planta.

En este caso era bastante más complejo. El control de la combustión era responsabilidad de AGF, que debía suministrar un caudal y una presión constante de un gas con unos mínimos de calidad -CH4, SH2 y humedad- a una tubería que alimentaba un quemador modulante. Este quemador dispone de un controlador propio y modula en función del consumo y de la presión alcanzada en la caldera, por lo que acelera y reduce su consumo automáticamente. Estas fluctuaciones deben ser asumidas por el sistema de impulsión para que la combustión sea constante en cuanto a presión de la línea y caudal. Si la presión sube o cae el quemador se para por fallo en el suministro, con un rango de presiones bastante estrecho.

 

Caldera e intercambiador de calor en funcionamiento

 

Este sistema se ha solucionado con un controlador PI por retroalimentación que actúa 24 horas diarias.

Con la calefacción pasa algo parecido. Del vapor generado se deriva el caudal que no consuma el proceso de BIOGASNALIA a un cambiador de calor de carcasa y tubos para calentar el circuito de agua que se emplea para el control de la temperatura en la planta. Para esta aplicación se instaló una lógica de control centrada sobre un controlador PID que regula la potencia de dicho cambiador.

El diseño y operación, tanto del control de la combustión como del aprovechamiento de calor, ha funcionado notablemente, sin presentar ningún problema de control o inestabilidad.

El sistema de alimentación de la planta, con trituración y separación de inertes incorporada, ha demostrado un funcionamiento favorable, sin problemas; así como el sistema de bombeo, permitiendo que las operaciones se realicen con rapidez y que la planta sólo suponga una carga de trabajo para el operario en tareas de limpieza y durante la carga o descarga de material a la planta.

La alimentación de la planta es un proceso que genera bastante olores, para ello se ha instalado un sistema de tratamiento de olores que evita la emisión de estos fuera de la nave. También ha sido probado satisfactoriamente.

Pantalla del SCADA de la planta de biogás de BIOGASNALIA. Una Concentración de metano superior al 77% con 33 ppm de SH2

 

El alto grado de automatización de la planta permite que la producción de biogás se haya adecuado al consumo, y ha reducido el proceso de producción de biogás a una reacción bioquímica de una hora de duración. Por ello, la planta tiene un control bastante certero de los niveles de cúpulas, gestionando la producción de gas a las necesidades puntuales. El sistema de control de AGF puede conseguir estabilidad en cúpulas, haciendo que la planta produzca continuamente la misma cantidad de gas que está siendo consumida.

Por operativa y logística, la planta debe adaptar la operación a la alimentación diaria, que varía en función de la coyuntura diaria de la producción y gestión de los lodos. Dado el rendimiento de producción, que de media ha estado durante el arranque sobre 750 Nm3 de biogás por tonelada de MSo, sobra bastante más gas del consumo de las calderas de BIOGASNALIA. Esto ha llevado en las últimas semanas a estar aliviando gas en antorcha durante 24 h al día a pesar de estar, al mismo tiempo, produciendo vapor al 100% de capacidad de la caldera. Por ello, ahora que comienza el periodo de operación normal, se están buscando nuevas aplicaciones al gas para rentabilizar la energía.

El consumo eléctrico de la planta de biogás ha sido uno de los objetos de control durante el arranque. Procesando unas 80 toneladas diarias de material, es consumo eléctrico es de unos 850 kWhe de media. Reducir más este coste es uno de los objetivos que se plantean ahora durante la operación normal de la planta. A modo de comparativa, en plantas de 1 MWe en Reino Unido se ha estabilizado la producción con un consumo eléctrico diario de unos 4.000 kWhe.

 

Principales conclusiones

Durante el arranque se ha conseguido producir de manera estable, utilizando sólo uno de los dos RM (980m3 útiles), una potencia del entorno de los 500 kWe equivalentes. Y esto se ha conseguido con dicho RM trabajando al 60% de su carga nominal.

Por ello AGF puede decir que ha conseguido escalar parcialmente sus resultados de laboratorio. Si hay materiales disponibles y uso de gas, este modelo de planta de AGF tiene una potencia del entorno de 1 MW eléctrico equivalente, lo que acerca a la realidad el objetivo de AGF: hacer el biogás rentable sin primas.

Más información:

Planta de Biogás Compacta de Media Potencia de BIOGASNALIA

AGF en EXPOBIOMASA 2017


El pasado martes día 27 de septiembre Fernando Selva, encargado de promoción, desarrollo de proyectos y administrador de AGF Ingeniería de Procesos, participó en las charlas sobre biogás en el marco de EXPOBIOMASA 2017. Con la intervención El futuro del biometano: Biometagás la Galera, Fernando Selva presentó la labor de AGF dentro del sector del biogás nacional e internacional. Explicó de manera resumida y en términos de potencia e inversión la planta de biogás que actualmente estamos arrancando en Burgos. Comentó también todo nuestro trabajo en equipos y unidades de procesos prefabricados que diseñamos, vendemos e instalamos en nuestras plantas. Pero la mayor atención estuvo en la planta de biogás que actualmente está en construcción en la provincia de Tarragona, cuya entrega está estimada a finales de 2018.

La planta de Biometagás La Galera está diseñada para procesar más de 120 t/día de residuos orgánicos industriales biodegradables. Tendrá potencias equivalentes superiores a 1,5MWe y el objetivo es la venta directa del biogás. Esta planta contará con elementos anexos como una planta de Nitrificación DesNitrificación (N.DN), planta de enriquecimiento de biogás a biometano, unidad de higienización/esterilización, sistemas de compresión, sistemas de inyección a tubería de suministro, etc.

La jornada acabó con una mesa redonda donde participó Francisco Guzmán, gerente de AGF. Los distintos ponentes contestaron a la preguntas que se realizaron desde los asistentes y la organización del evento.

Queríamos aprovechar para agradecer a la organización de EXPOBIOMASA su invitación a participar en este evento referente de las energías renovables.

Compartimos un artículo resumen de la jornada, del periodista Javier Rico:

Biogás EXPOBIOMASA 2017

AGF en Andaluces por España

Hace unas semanas estuvo un equipo de Canal Sur Televisión entrevistando al ingeniero de AGF Julio Martínez para el programa Andaluces por España. Estuvieron grabando varias tomas desde nuestra oficina en Burgos y durante la construcción de una Planta de  Biogás de Nueva Generación.
En el vídeo tanto Julio Martínez como Francisco Guzmán, director general de AGF Ingeniería de Procesos, participan y explican de manera breve algunos aspectos de la empresa y una Planta de Biogás de Nueva Generación.