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  • I Renewable Gas Trade Fair
    First technology trade fair aimed at promoting business opportunities
    among companies linked to BIOGAS, BIOMETHANE
    and other RENEWABLE GASES
    21, 22 and 23 de September 2021
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    Fair of Valladolid, Spain
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Pretratamiento de la biomasa por cavitación para optimizar la obtención de biogás

Soldo Cavitators ha desarrollado BioBANG®, una tecnología para el pretratamiento de biomasa en plantas de biogás basada en un proceso de cavitación controlada. 

La tecnología permite poner a disposición de la flora bacteriana presente en el interior del digestor un porcentaje mayor de sustancia orgánica fácilmente atacable y digestible para aumentar la cantidad de biogás producido por unidad de biomasa cargada y acelerar los tiempos de retención en el interior de los digestores.

La mayoría de las biomasas no leñosas son una buena materia prima que se puede utilizar en procesos de digestión anaeróbica para la producción de biogás. Sin embargo, algunas biomasas deben ser pretratadas antes de ser insertadas en los digestores para que una óptima digestión anaeróbica. 

El sistema BioBANG® mezcla, homogeneiza, emulsiona, desintegra, concentra, disuelve, diluye, hidrata, pasteuriza y esteriliza la biomasa, intensificando los procesos de las plantas de digestión anaeróbica con ahorros en tiempo y costos en el tratamiento de todas las biomasas, incluso las de bajo coste.

Cómo aprovechar el fenómeno de la cavitación

La cavitación hidrodinámica es un fenómeno de formación, crecimiento e implosión de burbujas de vapor en un líquido a temperaturas por debajo del punto de ebullición. 

DESTACADO: BioBANG® permite controlar el fenómeno físico de la cavitación, que actúa sin acciones mecánicas directas, sobre la biomasa.

Las burbujas de vapor durante la fase de colapso generan microambientes extremadamente reactivos, "puntos calientes", caracterizados por temperaturas muy altas, intensas ondas de presión y chorros hidráulicos que, propagándose en la masa del producto, transfieren tres efectos físicos: reducción de partículas, homogeneización y fricción molecular. 

Las tecnologías basadas en la cavitación hidrodinámica han demostrado ser muy competitivas, capaces de incrementar significativamente los rendimientos de los procesos de producción de biogás tanto operando como una sola unidad como integrados con otras tecnologías; además, permiten incrementar los rendimientos globales de los procesos en los que se utilizan y son escalables. 

Estas tecnologías se adhieren a los principios de los “green and sustainable extraction methods of natural products”. 

La geometría del cavitador BioBANG® permite transferir esta energía física sobre todo el volumen de producto tratado en un solo paso dando lugar a un alto nivel de desintegración de la biomasa, que puede homogeneizarse mejor en el fluido, aumentando su biodegradabilidad y reduciendo significativamente la viscosidad del producto dentro de los digestores, y aumentando también el rendimiento y la concentración de sólidos totales.

Cómo funciona en plantas de biogás y biometano

El tratamiento con BioBANG® puede realizarse de dos formas:
1.    Pretratamiento (grueso) en la línea de alimentación para cargar la biomasa en la planta. Tiene la función de facilitar el trasvase de biomasa al digestor.
2.    Pretratamiento del proceso. Permite interceptar la fracción de biomasa que resiste la fase de remojo dentro de los tanques de hidrólisis o digestores (la imbibición conecta la biomasa con las bacterias anaeróbicas).

Del análisis de las instalaciones se desprende que la mejor solución (adoptada por el 99 % de los clientes) es el uso en recirculación en el digestor. 

En recirculación, BioBANG® puede trabajar con mucha menos potencia y más eficiencia, evitando competir con el proceso de digestión anaeróbica.
BioBANG® actúa sobre la fracción de biomasa que, resistiendo la digestión anaeróbica, tiende a flotar en la superficie del digestor, creando costras superficiales y capas flotantes y reduciendo la eficiencia y rendimiento de la planta. 

En un solo paso, BioBANG® garantiza que esta fracción (10-20 %) que no participaría en el proceso de producción anaeróbica se ponga inmediatamente a disposición como el resto del material.

La cavitación hidrodinámica tiene importantes efectos positivos en el aspecto hidráulico: con BioBANG® en recirculación la biomasa no necesita ningún tipo de dilución, ya que la cavitación hidrodinámica implica una disminución de la viscosidad. 
La energía utilizada para aumentar la eficiencia de la planta se recupera por completo a partir de la reducción del consumo de energía de mezclado y bombeo.

Beneficios de instalar BioBANG®

Los fabricantes de plantas de biogás o biometano pueden adaptar mejor la instalación a la dieta del cliente reduciendo los costes de diseño y construcción. La mayor digestibilidad de las fibras aportada por el cavitador permite ahorros en el diseño del 5 % al 20 % (sobre el costo total del proyecto); por otra parte, la reducción de la viscosidad del producto garantiza ahorro de energía en los agitadores y sistemas de bombeo del 30 % al 60 %. Y, por último, al reducirse el tiempo de retención de biomasa y optimizar el volumen de los digestores hasta un 20% se logran ahorros económicos en los costes de construcción de los tanques.

Los operadores de plantas de biogás y biometano consiguen aumentar el rendimiento de la planta, mejorar la miscibilidad y ahorrar biomasa. La reducción del líquido a favor del sólido aumenta la concentración en los digestores del 2 al 6 %; se optimizan los tiempos de retención y recuperación de la eficiencia de la planta del 10 al 20 %. El progresivo menor uso de agitadores reduce el autoconsumo de mezcla del 30 al 60%. Y, finalmente, se produce una reducción paulatina de la nutrición e integración de la dieta hasta en un 100 % con biomasa económica, lo que supone un ahorro en el coste de la dieta.


Ensayos de eficacia en diversas biomasas

BioBANG®, en colaboración con centros de investigación y desarrollo en biomasa, ha realizado ensayos de cavitación sobre distintas materias primas, como paja, lodos de depuradora o biomasa herbácea.

En cuanto a la paja, se logra un 50 % de la biomasa con dimensiones inferiores a 0,1 mm. La producción de biogás aumentó en aproximadamente un 26 % el vigésimo sexto día. 

En lodos de depuradora se logra que un 95% tenga dimensiones inferiores a 0,1 mm.  Al cuarto día se alcanza la velocidad máxima de producción de biogás: 22 Nm3 CH4/SV/día frente a 10 Nm3 CH4 / SV / día a partir de paja sin tratar. La producción de biogás aumentó después de cuatro semanas en un 30 % más que la paja sin tratar.

También son visibles resultados importantes en la biomasa procedente de pastizales permanentes. El porcentaje con dimensiones inferiores de 0,1 mm aumentó del 18 % al 75 % después del tratamiento con cavitación, y el pico de producción de biogás después de cuatro semanas aumentó en aproximadamente un 30 %.

Rentabilidad económica del sistema

Dependiendo del tipo de planta de biogás y de las necesidades del operador, se puede suministrar únicamente el cavitador o el sistema completo, compuesto por cavitador más maceradora, bomba volumétrica, inversor, cuadro eléctrico, PLC, caudalímetros y sensores de presión IN/OUT. Por otra parte, el rango de caudales disponible oscila entre 0,5 y 100 m3/h.

El coste varía en función del caudal y del producto elegidos: el cavitador tiene un precio entre 15.000 y 110.000 €, mientras que el coste del sistema completo se sitúa entre los 80.000 y 350.000 €. Los costes de mantenimiento anuales de todo el sistema rondan los 2.300 € y nunca superan los 3.000 €. 

Gracias a las mejoras aportadas por BioBANG® en alimentación, rendimiento, concentración, mezcla y bombeo es posible amortizar la inversión en un año aproximadamente.

El motor eléctrico que alimenta la cavitación está en modo inversor, lo que le permite seleccionar la intensidad del tratamiento de cavitación en función de la tasa de energía configurada (kW/m3). 

La tarifa de energía a establecer para el tratamiento depende de las necesidades u objetivos del cliente, de cuánta eficiencia quiere recuperar en su sistema y de la energía que puede estar disponible para el tratamiento. Lo más destacable de la planta es el control automático de su tasa de energía en función de los niveles de viscosidad en el digestor. Normalmente se trabaja con tarifas energéticas entre 3 y 12 kW/m3.

Instalaciones de éxito en Europa

Hasta la fecha, se han instalado 168 unidades BioBANG® en plantas de biogás y biometano de toda Europa: Italia, Alemania, Francia, Reino Unido, Suiza, Dinamarca y Polonia. 

Broadley Energy- Farm Renewables (Funtington, Reino Unido). Procesa el estiércol de una granja de 50.000 cabezas de porcino, ensilado de paja y maíz. Gracias al sistema de cavitación ha logrado solucionar el problema que representa el volumen de paja mezclado en el estiércol de cerdo, rompiendo la fibra contenida en la paja. 

Tras 6 meses en operación, BioBANG® ha mejorado la viscosidad del sustrato dentro de los digestores hasta en un 40% permitiendo reducir la cantidad de materia prima, de ensilado de maíz (de 30 a 25 ton/día) y de estiércol de cerdo con paja (de 70 a 50 ton/día). La cantidad de paja se mantuvo en 15 ton/día, pero su rendimiento aumentó en un 15%. Gracias a todo esto, la producción diaria aumentó de 13.740 a 15.800 kWh/d.

Malcom McAllister, propietario y presidente de Farm Renewables Group: “El primer beneficio que notamos fue una gran reducción de la viscosidad en los digestores. Sin embargo, la principal ventaja es que la producción de gas de la paja aumentó hasta en un 15% con el pretratamiento de cavitación proporcionado por BioBANG”.

ABO Kraft & Wärme (Ramstein, Alemania). Procesa estiércol de vaca y caballo, ensilado de maíz y triticale, ensilado de hierba y excrementos. La planta produce 900 Nm3/h de biogás con un aporte diario de 90 toneladas de estas materias primas. 

La instalación de BioBANG® ha mejorado la hidráulica de la planta, el tiempo de trabajo de los sistemas de agitación y bombeo en los digestores y, sobre todo, ha permitido optimizar el uso efectivo de las biomasas más difíciles y planificar una dieta diaria más económica gracias a la posibilidad de integrar una mayor cantidad de fibra. 

La planta de Ramstein es uno de los mejores ejemplos de uso de las máquinas de cavitación en Alemania y Europa.

Finca CAZZOLA (Salizzone, Italia). Procesa ensilado de maíz y residuos de ganado en sus dos plantas de biogás de 1 MW cada una. 
En 2018, se instaló BioBANG® en transferencia desde el fermentador principal al tanque de hidrólisis. Seis meses después se había logrado disminuir la viscosidad en un 50 % en el tanque de hidrólisis y en un 25 % en el post-fermentador. 

La reducción de viscosidad en el tanque de hidrólisis ha permitido insertar biomasa con mayor contenido de fibra, lo que constituía el problema crítico de la planta, y ahorrar 26 ton/día de ensilado de maíz, la biomasa más cara de la dieta diaria, con lo que el cliente ahorra alrededor de 300 € al día respecto a la dieta anterior (de 2100 a 1800 €/día). El coste de producción de biogás se ha reducido de 0,42 a 0,36 €/ Nm³/h (700 € por día). 

El objetivo de Finca Cazzola ahora es reducir cada vez más la cantidad de ensilado de maíz, hasta reemplazarlo por completo por estiércol y cultivos agrícolas, más baratos, y acceder a incentivos para depurar el biogás a biometano.

Reims (Francia). Se trata de una planta de biometano con una producción de 700 Nm3/h, compuesta por 2 digestores principales y un post-digestor. El cliente decidió instalar el sistema de cavitación tras un ensayo en el que se comprobó que la muestra de producto al 17% de materia seca tratada con BioBANG® tenía una viscosidad significativamente inferior en comparación con el producto original al 12% de materia seca.

Esto significaba poder optimizar los volúmenes de la planta sin incrementar el autoconsumo resultante de la mezcla.

Fuente: Vincenzo Grimaldi - AVEBIOM

Spanish Biomass Association