Calculadora de codigestión
Estime la producción de metano, biogás, energía y la potencia de cogeneración (CHP) de una mezcla de sustratos. El potencial de metano (BMP) procede de una base de datos de 270 sustratos y 1.866 registros de publicaciones; la materia seca y los parámetros de la planta son supuestos explícitos que puede modificar.
El modelo es aditivo: no tiene en cuenta las sinergias ni la inhibición en la codigestión (p. ej. por amoníaco), el tiempo de retención ni la temperatura del proceso. El resultado es una estimación preliminar, no un proyecto de planta.
Calculadora
Parámetros de la plantalos valores por defecto son supuestos: modifíquelos según su proyecto
Supuesto: 85 %. La parte del potencial del ensayo de laboratorio que se obtiene en un digestor continuo (tiempo de retención, degradación incompleta).
Supuesto: 53 %. Normalmente, de un 50 a un 60 % según la composición de la alimentación; se utiliza solo para convertir el metano en biogás.
Supuesto: 40 %. Compruebe la ficha técnica de la unidad.
Supuesto: 43 %. Calor útil recuperado de la refrigeración del motor y de los gases de escape.
Supuesto: 8000 h. Se utiliza para la potencia eléctrica y la capacidad de una planta de biometano.
Todos los digestores, sin el depósito de digestato. Necesario para el OLR y el TRH; suponemos una densidad de la alimentación de 1 t/m³.
Influye en los umbrales de C/N y en la evaluación del riesgo de amoníaco.
Influye en la evaluación de la materia seca de la alimentación.
Añada un sustrato e introduzca la masa para ver el resultado. También puede .
Cómo calculamos
Para cada componente, la calculadora determina la carga de sólidos volátiles (SV): masa × materia seca × proporción de SV en la materia seca. La carga multiplicada por el BMP da la cantidad teórica de metano: el BMP se expresa en m³ de CH₄ por tonelada de SV (numéricamente igual a NmL CH₄/g SV en las publicaciones). La suma de todos los componentes se multiplica por la proporción del potencial aprovechada.
- CH₄ [Nm³/año] = Σ masa × MS × SV × BMP × proporción del potencial aprovechada
- biogás [Nm³/año] = CH₄ ÷ proporción de CH₄ del biogás; los caudales horarios son promedios sobre 8760 h
- energía del metano [MWh/año] = CH₄ × 9,97 kWh/Nm³ (poder calorífico inferior del metano en condiciones normales) ÷ 1000
- potencia eléctrica [kWₑ] = energía × rendimiento eléctrico ÷ tiempo de funcionamiento; calor = energía × rendimiento térmico
- equivalente en biometano [Nm³/h] = CH₄ ÷ 0,97 ÷ tiempo de funcionamiento: biometano con un 97 % de CH₄, sin pérdidas de metano en la purificación (upgrading)
- OLR [kg SV/(m³·d)] = carga diaria de SV ÷ volumen activo; TRH [d] = volumen activo ÷ volumen diario de alimentación (densidad 1 t/m³)
- C/N de la mezcla = Σ SV ÷ Σ (SV ÷ C/N): la media armónica ponderada por los SV (la media aritmética sobrestima la relación C/N); se calcula cuando los componentes con una relación C/N en la base de datos representan al menos el 90 % de los SV
El rango de incertidumbre junto al resultado típico es el mismo cálculo con el BMP publicado más bajo y más alto de cada componente (sin cambios para un componente con su propio valor de BMP). La dispersión se debe a las diferencias de variedades, fecha de cosecha, preparación de la muestra y metodología del ensayo; la describimos en las páginas de los sustratos y en la metodología BMP.
La materia seca y los sólidos volátiles modifican considerablemente el resultado y difieren entre explotaciones y lotes de materia prima. Si la base de datos contiene una composición típica del sustrato, la calculadora la inserta con una indicación (rango y fuente); de lo contrario, los campos están vacíos y deben rellenarse, idealmente con los resultados de un análisis de laboratorio de su propio material.
Lo que el modelo no tiene en cuenta
- las sinergias y antagonismos en la codigestión: una mezcla puede rendir mejor o peor que la suma de sus componentes;
- la inhibición del proceso, incluida la causada por el amoníaco (sustratos ricos en proteína, gallinaza), el sulfuro de hidrógeno y los ácidos grasos;
- la cinética de degradación con un tiempo de retención, una temperatura y una mezcla determinados, y las pérdidas durante el almacenamiento del ensilado;
- el autoconsumo de electricidad y calor de la planta y la disponibilidad de la unidad de cogeneración (CHP).
Evaluación del proceso
Independientemente del rendimiento, la calculadora evalúa el riesgo para el proceso: comprueba las proporciones de sustratos con características particulares (p. ej. ricos en grasa, fácilmente degradables, sin capacidad tampón), los límites de dosis de las descripciones de los sustratos, el OLR, el TRH, la materia seca de la alimentación y la relación C/N según reglas con umbrales de la bibliografía (incluida la guía de la FNR, la IEA Bioenergy Task 37 y estudios sobre la codigestión de grasas y glicerol). El resultado es un estado: mezcla estable, requiere seguimiento o alto riesgo de fallo del proceso, con una explicación, las fuentes y una propuesta para reducir las dosis («Ajustar las dosis a los límites»). La evaluación no modifica el rendimiento calculado: no añadimos «bonificaciones por sinergia» ni penalizaciones.
Las decisiones de inversión requieren ensayos BMP propios con muestras representativas, un análisis de composición y un proyecto del proceso.
Ejemplo resuelto
Una mezcla de 10.000 t/año de ensilado de maíz y 20.000 t/año de purín de bovino, con BMP = medias ponderadas de nuestra base de datos. La materia seca y los sólidos volátiles son valores ilustrativos, no datos de una planta concreta. Parámetros por defecto: 85 % del potencial BMP aprovechado, 53 % de CH₄ en el biogás, rendimiento de la cogeneración (CHP) 40 % eléctrico / 43 % térmico, 8000 horas de funcionamiento.
| Sustrato | Masa t/año | MS % | SV % MS | BMP m³ CH₄/t SV | Carga de SV t/año | CH₄ Nm³/año |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Maize silage (whole crop) | 10.000 | 33 | 95 | 341,0 | 3.135 | 908.680 |
| Cattle slurry | 20.000 | 8 | 80 | 236,3 | 1.280 | 257.094 |
En total, 1.165.774 Nm³ de CH₄ al año (en promedio 133,1 Nm³/h), es decir, 251,1 Nm³/h de biogás con un 53 % de CH₄. La energía química del metano es de 11.623 MWh/año, lo que, con un rendimiento del 40 % y 8000 horas de funcionamiento, equivale a una unidad de cogeneración de unos 581 kWₑ (4.649 MWh de electricidad y 4.998 MWh de calor al año) o a unos 150 Nm³/h de biometano. El ensilado aporta el 78 % del metano aunque solo representa un tercio de la masa de alimentación.
La materia seca de la alimentación es del 16,3 %, por debajo del 30 % que la guía «Leitfaden Biogas» de la FNR considera el máximo para una mezcla de digestión húmeda. El contenido del digestor tiene menos materia seca que la alimentación porque parte de la materia orgánica se convierte en biogás.
Preguntas sobre la calculadora
¿Cómo se calcula la producción de biogás de una mezcla de sustratos?
Para cada sustrato, la masa de alimentación se multiplica por su contenido de materia seca (MS), la proporción de sólidos volátiles (SV) y el potencial de metano BMP. La suma de todos los componentes se corrige según la proporción del potencial aprovechada en la planta y la producción de biogás se obtiene dividiendo la cantidad de metano por la proporción de CH₄ del biogás.
¿De dónde proceden los valores BMP de la calculadora?
De la base de datos de FeedstockData: para cada sustrato reunimos resultados de ensayos BMP procedentes de publicaciones revisadas por pares y de bases de datos. Por defecto, la calculadora utiliza la media ponderada y, para evaluar la incertidumbre, el resultado publicado más bajo y más alto. Cada sustrato tiene una página con una tabla de registros y una bibliografía.
¿Por qué el resultado de la calculadora difiere de la producción de mi planta de biogás?
La calculadora es un modelo aditivo: supone que cada componente rinde tanto metano como se deduce de su BMP, con independencia de los demás. No tiene en cuenta los efectos de sinergia o inhibición (p. ej. por amoníaco o ácidos grasos), el tiempo de retención, la temperatura, la mezcla ni las pérdidas de almacenamiento. Es una estimación preliminar, no un proyecto de planta.
¿Qué significa la proporción del potencial BMP aprovechada?
El BMP es el rendimiento máximo de metano de un ensayo de laboratorio que suele durar varias decenas de días. En una planta continua, parte de la materia orgánica sale del digestor sin degradarse, por lo que se supone que solo se obtiene una parte del potencial. El 85 % por defecto es un supuesto que debe modificarse, no un valor medido.
¿Cómo calcula la calculadora la potencia eléctrica de la cogeneración (CHP)?
Multiplica la energía química del metano (9,97 kWh por 1 Nm³ de CH₄) por el rendimiento eléctrico de la unidad y divide el resultado por el tiempo de funcionamiento anual. Con el 40 % y las 8000 h por defecto, 1 millón de Nm³ de CH₄ al año equivale a una potencia de unos 500 kWₑ.
¿Qué son el OLR y el TRH?
El OLR (carga orgánica volumétrica) es la cantidad de sólidos volátiles alimentada al día por 1 m³ de volumen activo, en kg SV/(m³·d). El TRH (tiempo de retención hidráulica) es el tiempo medio que la alimentación permanece en el digestor, en días. La calculadora los obtiene una vez indicado el volumen activo, suponiendo una densidad de la alimentación de 1 t/m³.
Atlas de sustratos y datos BMP Artículos sobre los ensayos BMP