MPB 3. PUESTA EN MARCHA. PRIMEROS RESULTADOS.

PUESTA EN MARCHA MPB.

AGF viene actualizando e informando en las distintas entradas del blog sobre el desarrollo del proyecto de gestión descentralizada de residuos y producción de biogás mediante la creación de un producto comercial, la MPB. Todo el desarrollo de esta Mini Planta de Biogás MPB y la planificación inicial del proyecto se ha visto afectado por el COVID 19 y sus consecuencias. No se ha podido concluir hasta junio lo que estaba planificado para finales de marzo. Esto ha obligado a modificar el plan inicial y se ha realizado la puesta en marcha de la planta y las pruebas durante al mes de junio. A comienzos de este mes se pudo concluir el montaje en taller de la planta MPB y se envió a la planta de biogás de BIOGASNALIA, en el polígono industrial de Villalonquéjar, en Burgos, para proceder a su puesta en marcha y sus pruebas de funcionamiento.

Una vez ubicada en su destino, el equipo de AGF procedió a certificar la operatividad de la instalación e instalar el programa de control, y se hizo la puesta en marcha hasta tenerla completamente operativa y lista para la primera carga. La planta MPB dispone de las mismas capacidades y procesos que una planta industrial con el diseño y la tecnología de AGF. Eso hace de ella un complejo sistema de arrancar y operar, independientemente del tamaño y los volúmenes de reacción de ésta. Escalar una planta industrial a un tamaño tan pequeño sin perder funcionalidades es una tarea compleja, y requiere de bastante tiempo de prueba a largo plazo de la planta para poder asegurar que se ha conseguido completamente.

La planta fue cargada con lodo activo de la planta de biogás y se pudo consumir el propio biogás generado por este lodo para el arranque de todo el sistema de calefacción. Por lo tanto, no ha sido necesaria ninguna fuente externa de energía para este arranque. El consumo eléctrico de la MPB se ha tomado de la propia producción de la planta de biogás industrial, que mantiene a la parcela en total isla energética, tanto eléctrica como térmica. Este modelo de MPB no tiene instalado ningún equipo de producción eléctrica, aunque está preparada para su instalación en un futuro si se considera oportuno.

Desde este llenado de inóculo, la MPB lleva las dos últimas semanas produciendo gas y ha sido alimentada con residuo orgánico recogido de distintos colaboradores. Se ha procedido a hacer una recogida en distintas empresas, hoteles, bares y restaurantes para poder realizar una simulación de la alimentación normal de la planta. Esta basura, tras una separación previa, era alimentada a la planta, que la procesaba de acuerdo con el programa de control.

El objetivo de esta recogida era también cuantificar la cantidad disponible de basura orgánica, la calidad de esta y su grado de separación en origen. Durante esta recogida se ha conseguido alimentar una mezcla de materia orgánica con un gran potencial de producción de biogás.

Estas cargas de alimentación han servido para probar y evaluar todo el sistema de alimentación de residuos orgánicos de la planta, que ha procesado sin problema cientos de kilos diarios de residuos biodegradables de toda naturaleza que han sido convertidos a biogás.

Ejemplo de basura orgánica separada que ha sido alimentada a la MPB durante la puesta en marcha de la planta.

CONCLUSIONES DE LA MPB.

Tras estas semanas de puesta en marcha y funcionamiento, se puede anunciar que la planta ha alcanzado los siguientes objetivos.

  • Control de producción de biogás. La planta ha estado produciendo biogás controladamente, sin necesidad de ningún tipo de almacén de gas. Se han probado con éxito hasta tres estrategias distintas de control de este proceso de producción a demanda, siendo cada una de ellas apropiadas para distintos funcionamientos de la planta y usos del gas. El caudal de gas de la planta ha sido constante en el valor deseado y ha sido medido por los dos caudalímetros que se han instalado en la MPB.
  • Funcionamiento automático de la planta. La planta ha operado durante una semana con todas las funciones principales de la misma en automático, lo que supone una demostración de funcionamiento esta planta que ha permitido evaluar la verdadera necesidad de mano de obra de esta instalación.
  • Producciones relativas similares o superiores a la de la planta industrial. La MPB ha producido con una media de eficiencia volumétrica (Nmb3mR-3·d-1) similar a la planta industrial, estando durante momentos puntuales por encima de esta eficiencia de producción. Esto es una prueba del prometedor futuro que el escalado inverso de la tecnología de AGF puede tener.
  • Control de temperaturas. La planta es capaz de mantener un nivel de control elevado sobre las temperaturas de proceso, con un diseño de calefacción similar al de las plantas industriales de AGF. Este es un grave problema de las plantas industriales, donde no se tiene un control efectivo de las temperaturas y potentes gradientes térmicos dentro de los grandes volúmenes de reacción.
  • Autoconsumo de biogás. Todo el biogás generado ha sido consumido en la antorcha de seguridad de la planta excepto el gas que ha demandado la caldera para mantener las temperaturas de proceso, que ha sido una pequeña fracción del total producido. En esta unidad no hay ningún uso final del biogás por el momento, de ahí que haya sido quemado en la antorcha.

La planta MPB ha sido diseñada para ser una instalación autónoma para poder procesar residuo orgánico sin necesidad de ningún elemento más. Desde el punto de vista del gas, se puede emplear para producir electricidad y/o calor, siendo la producción de biometano el mayor reto posible a pequeña escala.

Para afrontar este reto, AGF ha diseñado una planta de separación de gases para producción de biometano a bajo coste.

PRUEBAS PLANTA DE ENRIQUECIMIENTO.

La MPB se ha diseñado integrando una planta de enriquecimiento a baja presión, la MP2B. La idea es utilizar esta planta cuando el potencial uso del gas requiera la generación de biometano, y dependerá de cada proyecto. Por lo tanto, una Mini Planta de Biogás (MPB) que integre el proceso de enriquecimiento se denomina MP2B (Mini Planta de Biogás y Biometano) independientemente del uso final del gas.

Si la MPB comercialmente debe entrar en un precio asequible y rentable, la MP2B debe cumplir con estos requisitos también, por lo que la planta de enriquecimiento no debe suponer un gran sobrecoste de inversión y, principalmente, de operación. Por ello no se ha considerado adecuado ningún tipo de enriquecimiento que requiera una elevada presión de gas y la planta de enriquecimiento ha sido diseñada buscando el óptimo de separación por solubilidad en agua de los gases trabajando a baja presión.

Producción de gas. Caudalímetro. Se puede comprobar como el caudal de gas producido en la planta ha sido constante, demostrando la producción controlada del biogás.

Es un proceso novedoso que funciona integrado con la MPB. El control de esta planta es complejo, alcanzándose sistemas que difícilmente pueden ser regulados por controladores PID en respuesta transitoria, y que requieren la sintonización de compensadores por su gran efecto de bola de nieve. Finalmente se ha instalado una primera versión del sistema de control, que ha servido para probar la planta de enriquecimiento utilizando el caudal de gas constante de la planta MPB.

La planta de enriquecimiento ha sido probada durante días procesando un caudal constante de biogás generado en la MPB. En la imagen anterior puede verse el efecto de la planta de enriquecimiento en los caudales de la planta, siendo la medición de la línea azul la lectura de caudal del biometano generado en la planta de enriquecimiento y la línea naranja el biogás producido por la planta MPB.

Composición media del biometano generado, se han alcanzado mayores concentraciones de metano.

Por lo tanto, se ha podido evaluar su rendimiento como proceso de separación de gases. Se han alcanzado distintos puntos de funcionamiento válidos, siendo posible obtener un gas con un contenido en metano superior al 90% en fracción molar. El gas más estable obtenido ha tenido una composición como la mostrada, manteniendo prácticamente constante durante horas estos valores. El máximo de metano conseguido ha sido del 95%, lo que supone un resultado muy prometedor, al ser una primera aproximación a la operación de esta planta y disponer de ella para la optimización del proceso.

Como ya se ha comentado, en la planta MP2B el gas producido -ya sea biogás o biometano- se ha empleado para producción de agua caliente para autoconsumo de la propia planta. El resto del biogás ha sido enviado a antorcha, donde se puede comprobar visualmente la variación de la riqueza del gas quemado, siendo la combustión del gas enriquecido cercana a la combustión de gas natural.

Antorcha de alivio de la planta quemando biogás.

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Antorcha quemando biometano.

Será necesario mayor experiencia a largo plazo para hacer de esta planta un producto comercial, pero las expectativas son prometedoras. Es un primer paso en el camino de disponer de un producto comercial que pueda hacer rentable y posible la gestión descentralizada de residuos y la producción de gas renovable.

Este es uno de los grandes retos que la industria del biogás tiene por delante, y AGF está determinada a hacer su aportación en este sentido como desarrollador de productos novedosos basados en procesos propios.

Detalle de la planta de enriquecimiento a baja presión PE 3 BM10.

Ya está disponible la sección de web de la Mini Planta de Biogás MPB