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Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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ÍNDICE
Pág.
1. Antecedentes…………………………………………………………………….…4
2. Definición del proyecto……………………………………………………………8
3. Justificación………………………………………………………………….….…9
4. Objetivos………………………………………………………………….………10
5. Materiales y Métodos………………………………………………………...…...10
5.1 Obtención de la biomasa microalgal a nivel laboratorio……………………10
5.2 Extracción de lípidos……………………………………………………......12
5.3 Medio de cultivo…………………………………………………………....14
5.4 Pruebas en microcosmos…………………………………………………....16
5.5 Análisis Cromatógrafico……………………………………………………18
5.6 Determinación de Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV)…………………...21
6. Resultados…………………………………………………………………….......23
6.1 Experimentos en laboratorio…………………………………………….…23
6.2 Balances de materia y energía………………………………………….….32
6.3 Síntesis del proceso de producción de biogás……………………………..36
6.4 Diseño y optimización del proceso………………………………………..38
6.4.1 Materia prima……………………………………………………….38
6.4.2 Producción y almacenamiento de biogás…………………………...41
6.5 Producción de energía……………………………………………………..59
6.6 Distribución de la planta…………………………………………………...64
6.7 Estudio de mercado y distribución de la planta……………………………68
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
3
6.8 Evaluación económica……………………………………………………..74
7. Seguridad…………………………………………………………………………85
8. Conclusiones……………………………………………………………………...88
9. Referencias………………………………………………………………………..89
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
4
1. Antecedentes
Las posibilidades de uso de microalgas son muy diversas. La biomasa de las algas se puede
emplear con fines energéticos, en cuyo caso la digestión anaerobia para la producción de
biogás con alto contenido de metano parece ser un proceso adecuado, ya que permite la
utilización de la materia orgánica (biomasa residual de microalgas) rica en proteínas, lípidos
y carbohidratos que son aprovechados y desintegrados en cadenas más cortas por medio de la
digestión.
Dado lo anterior, se refleja la importancia de determinar la composición elemental de las
microalgas, que a su vez permita tener y/o determinar una aproximación teórica sobre el
potencial de transformación de éstas en biogás y posteriormente la eficiencia de
transformación en metano.
En la Tabla 1, se presenta la composición de la biomasa de microalgas para varias especies,
en cuanto a la composición bioquímica principalmente representada como proteínas, lípidos
y carbohidratos.
Tabla 1. Composición de la biomasa algal, tomado de Angelidaki y Sanders, 2004
Especie Proteínas (%) Lípidos (%) Carbohidratos (%)
Chlorella vulgaris 51-58 14-22 12-17
Spirulina máxima 60-71 6-7 13-16
Spirulina platensis 46-63 4-9 8-14
Scenedesmus
obliquus
50-56 12-14 10-17
En la Tabla 2, se muestra la composición elemental para los principales componentes de las
microalgas, tales como proteínas, lípidos y carbohidratos.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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Tabla 2. Composición elemental de las microalgas
Macronutrientes Composición
Proteínas C6H13.1ON0.6
Lípidos C57H104O6
Carbohidratos (C6H10O5)n
Con el uso de la ecuación (1) se puede hacer una estimación del metano generado con
respecto a la composición elemental como se muestra a continuación:
𝐶𝑎𝐻𝑏𝑂𝑐𝑁𝑑 + (4𝑎 − 𝑏 − 2𝑐 + 3𝑑
4) 𝐻2 →
(4𝑎 + 𝑏 − 2𝑐 − 3𝑑
8) 𝐶𝐻4 + (
4𝑎 − 𝑏 + 2𝑐 + 3𝑑
8) 𝐶𝑂2 + 𝑑𝑁𝐻3 (1)
Considerando la composición elemental reportada por Angelidaki y Sanders, 2004 la fórmula
para la biomasa puede escribirse como:
𝐶𝑂0.48𝐻1.83𝑁0.11𝑃0.01
Por otro lado, el rendimiento específico de metano se expresa en L de CH4 por gramos de
Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV), de tal manera que se puede calcular como:
𝐵0 =4𝑎 + 𝑏 − 2𝑐 − 3𝑑
12𝑎 + 𝑏 + 16𝑐 + 14𝑑∗ 𝑉𝑚
Donde Vm se refiere al volumen molar del metano y 𝐵0 es el rendimiento específico.
En la tabla 3, se resumen las condiciones experimentales y su correspondiente conversión de
metano. Esto demuestra que el rendimiento de metano varía entre 0.09 y 0.45 LgSSV-1
dependiendo de la especie y las condiciones de operación.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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Tabla 3. Experimentos con digestión anaerobia de especies de microalgas:
características del sustrato, producción de metano y condiciones del proceso
(Sialve et al., 2009)
Especies
T
(°C)
TRH
(días)
Tasa de
carga
(gSSVL-1d-
1)
Producción de
CH4
(L CH4 gSSV-1)
CH4
(%vol)
Referencias
Chlorella-
Scenedesmus
35-50 3-30 1.44-2.89 0.17-0.32 62-64 (Golueke et
al.,1957)
Spirulina 35 28 0.91 0.31-0.32
Chorella vulgaris 28-31 64 - 0.31-0.35 68-75 (Sánchez y
Travieso, 1993)
Spirulina maxima 35 33 0.97 0.26 68-72 (Samson y
LeDuy, 1982)
Spirulina maxima 15-52 5-40 20-100 0.25-0.34 46-76 (Samson y
LeDuy, 1986)
Chorella-
Scenedesmus
35 10 2-6 0.09-0.136 69 (Yen and Brune,
2007)
Los estudios relativos a la digestión anaerobia con biomasa algal como sustrato son escasos
en comparación con otros sustratos orgánicos, de donde se pueden distinguir dos enfoques de
las algas unicelulares. Ya sea que se trate de una biomasa microlagal con gran variedad de
especies que puede obtenerse del tratamiento de aguas (Chen, 1987; Chen y Oswald, 1998;
Yen y Brune, 2007), o la biomasa que se cultiva a nivel laboratorio (Asinari San Marzano et
al, 1982; Samson y LeDuy, 1982, 1986, Chen 1987; Sánchez y Travieso, 1993; Muñoz et al,
2005).
Si bien la digestión anaerobia de biomasa residual de microlagas se perfila como una
alternativa favorable para el aprovechamiento de esta materia orgánica, este proceso debe
constar de una serie de etapas tales como: hidrólisis, acetogénesis, acidogénesis y
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metanogénesis, en donde la última etapa (metanogénesis) funge como la etapa medular del
proceso, por lo que se torna importante el favorecerla para poder obtener una alta producción
de metano. A continuación se mencionan algunas de esas condiciones.
Un aumento en la temperatura favorece más la metanogénesis y en consecuencia mejora la
producción de metano aunada a la reducción de sólidos volátiles (Samson y LeDuy, 1986).
Para el caso de la biomasa residual algal, un aumento de la temperatura mejora la tasa de
biodegradabilidad de algas de un 5 a 10%; sin embargo, las temperaturas mesófilas (rango de
temperatura de ~35°C) parecen ser las condiciones óptimas de operación (Chen, 1987).
Otros aspectos importantes son los tiempos de retención hidráulico y de sólidos (TRH y TRS)
que son parámetros clave en los procesos de digestión anaerobia; ya que deben ser lo
suficientemente altos (medidos en días) para permitir que la población activa permanezca en
el reactor, especialmente los organismos metanogénicos, y no limitar la hidrólisis, que
generalmente es el paso que restringe la conversión global de sustratos complejos a metano.
Cuando se opera el proceso a una carga baja y el TRH es alto, el rendimiento de metano
(LCH4/gSSV) será constante y máximo. Por el contrario, cuando la carga es alta o el tiempo
de retención hidráulico es mínimo se presenta, una disminución del rendimiento.
Para una conversión eficiente de la materia orgánica, las carga óptima y los tiempos de
retención hidráulica deben elegirse en función de la composición de las algas que se utilizarán
como sustrato.
El contenido de metano en el biogás que se produce por digestión anaerobia oscila en un rango
de 60% a 75% para la mayor parte de estudios, todo dependiendo de la especie y las
condiciones de funcionamiento. Esto revela que la biomasa residual de microalgas después de
ser sometida al proceso de producción de biodiesel, cuenta aún con un alto contenido de
materia orgánica que aporta un potencial para convertirse en metano. Para el caso del pH, que
regula la liberación de CO2, se sugiere mantenerlo en un valor cercano a la neutralidad ya que
un pH alto influye en la calidad del biogás.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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Dado que las microalgas no contienen aminoácidos azufrados (Becker, 1988), su digestión
libera una menor cantidad de sulfuro de hidrógeno comparada con otros tipos de sustratos
orgánicos. Sin embargo, existe la posibilidad de la presencia de amoníaco en el biogás, según
lo detectado por Gouleke et al. (1957), debido al alto contenido de proteínas en las microalgas
lo cual debe recibir una atención especial.
2. Definición del proyecto
El presente proyecto plantea el uso de la biomasa residual de microalgas proveniente del
proceso de producción de biodiesel de una biorefinería, para la producción de biogás mediante
digestión anaerobia, la cuantificación y valoración de biogás obtenido, así como el
aprovechamiento del metano contenido en éste y su uso como fuente alternativa de energía.
Se propone un proceso alternativo a los procesos convencionales de elaboración de
biocombustibles (en este caso el biodiesel a partir de algas) en el cual se aprovecha la biomasa
residual formada y se genera energía a partir de la misma. Lo anterior se alinea a la necesidad
de desarrollar mecanismos eficientes para la producción de combustibles renovables
alternativos, y a su vez capaces de disminuir ó evitar las emisiones de gases de efecto
invernadero como es el caso del CO2. En este sentido, la producción y aprovechamiento de
biogás contribuirá con la generación de energía eléctrica y a su vez las algas proveerán un
medio ideal para la captura de dióxido de carbono. Sabiendo que en promedio el metano tiene
un valor energético de 10KWh/m3biogás y que el dióxido de carbono no lo tiene, por tanto el
contenido energético del biogás se debe directamente al metano. Por lo tanto si el biogás
alcanza una composición de 60% de metano es posible producir 8.5KWh/m3metano a partir del
biogás. Una ventaja adicional es el hecho de que no se comprometen las tierras de cultivo para
la producción de biocombustibles, como en el caso de producción de biodiesel a partir de
aceites de plantas o etanol, ya que tanto los digestores como los cultivos de algas se pueden
realizar sin tierras destinadas a la generación de alimentos para consumo humano.
Considerando este esquema, los biocombustibles producidos de esta manera no compiten los
suelos destinados a la producción de los alimentos lo cual es una ventaja.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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3. Justificación
En la actualidad, la falta de recursos que provean energía sostenible pone en peligro la
supervivencia de la economía mundial cada vez más globalizada. Con la fuerte dependencia
hacia los combustibles fósiles que son recursos limitados, es necesario el desarrollo de
alternativas renovables para competir con las opciones convencionales de energía.
La utilización de los procesos anaerobios provee una perspectiva interesante, ya que no sólo
se podrían alcanzar resultados positivos en la mejora del ambiente, sino reducirse además las
emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Si bien la tecnología de la digestión anaerobia
es muy conocida, su aplicación en el ámbito local, regional y nacional no ha sido aprovechada.
Los aspectos mencionados requieren el estudio de las variables que intervienen en este
proceso. Con esa finalidad se propone ensayar de forma experimental la degradación de
biomasa algal por medio del proceso de digestión anaerobia. La utilización de los residuos a
través de la producción de biogás es relevante ya que confiere al desecho orgánico una
revaloración al usarlo como fuente de energía.
El presente proyecto busca demostrar la viabilidad técnico–económica del aprovechamiento
de la energía presente en los residuos de biomasa microalgal generada en la producción de
biodiesel a través de la generación de biogás y su posterior transformación de energía eléctrica.
Lo anterior tratará de proveer los suministros energéticos necesarios durante la producción
de biodiesel en la biorefinería y a su vez reducir globalmente los costos de producción, para
que este biocombustible pueda ser competitivo frente al diesel de petróleo.
Hipótesis del trabajo
La degradación anaerobia de la biomasa residual algal permitirá producir energía a partir del
biogás obtenido, así como el aprovechamiento de la biomasa residual de algas posterior a la
extracción de aceites para la elaboración de biocombustibles.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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4. Objetivos
General:
Estudiar el potencial de producción de biogás a partir de productos residuales de la producción
de biodiesel para contribuir favorablemente al balance energético y económico del proceso
global de obtención de biodiesel a partir de microalgas.
Particulares:
Determinar la composición de la biomasa microalgal residual
Determinación de la actividad metanogénica de lodos con capacidad de utilizar la
biomasa microalgal
Caracterización de la producción de biogás en un reactor anaerobio
Análisis de la contribución energética del proceso metanogénico a la producción de
biodiesel a partir de biomasa microalgal
La cadena de proceso que se analiza se refiere a un sistema hipotético basado en la
extrapolación de los estudios realizados a escala de laboratorio.
5. Materiales y Métodos
5.1 Obtención de la biomasa microalgal a nivel laboratorio
La obtención de la biomasa microalgal se realizó de la manera siguiente:
1. Se extrajeron 10L del fotoreactor de producción de microalgas (ubicado en la azotea
del edificio W, UAM-I); misma cantidad que se sustituyó con medio mineral (ver
Sección 5.3).
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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Figura 1. Fotoreactor de de producción de microalgal
2. Se depositó el líquido tomado del fotoreactor en contenedores de plástico especiales
para utilizar en el centrifugado.
Figura 2. Centrifuga Rotina 380
3. Se centrifugó 5min a 4000rpm, hasta terminar con los 10L.
4. El contenido del fondo de los recipientes de centrifugado (biomasa) se colocó en una
charola de aluminio (biomasa húmeda) y se llevó a secar a la estufa Riossa H-41 a
100°C ± 10°C para retirar el contenido de humedad (durando un tiempo aproximado
de 3 días).
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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Figura 3. Estufa Riossa H-41
5. Se instaló el equipo para la extracción de aceites y de esta manera obtener la biomasa
residual pre-tratada. El proceso de extracción utilizado fue el método de Extracción
por Soxhlet (extracción por solvente).
Figura 4. Equipo Soxhlet
5.2 Extracción de lípidos
Método de Soxhlet
El equipo de extracción consiste en tres partes: el refrigerante, el extractor propiamente
dicho, que posee un sifón que acciona automáticamente e intermitente y, el recipiente
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colector, donde se recibe o deposita el aceite. Es una extracción semicontinua con un
disolvente orgánico (hexano). En este método el disolvente se calienta, se volatiliza y
condensa goteando sobre la muestra microalgal la cual queda sumergida en el disolvente.
Posteriormente éste es sifoneado al matraz de calentamiento para empezar de nuevo el
proceso. El proceso se repite de 6 a 8 horas en forma automática e intermitente y así la
muestra es sometida constantemente a la acción del solvente. El contenido de grasa se
cuantifica por diferencia de peso.
El cartucho con la muestra se retira del extractor y se deja secar toda una noche en una
campana de extracción con el fin de evaporar el solvente y secar la biomasa microalgal.
La biomasa seca es molida y reservada para su uso posterior.
Figura 5. Esquema de extracción de Soxhlet
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Recuperación de solvente (hexano)
El colector (figura 5) pasa a un rotavapor operado a una temperatura de 70°C ± 5°C para
evaporar el solvente y así separarlo del aceite microalgal.
Figura 6. Recuperación de hexano
El rotavapor utilizado para la recuperación del solvente hexano es un Yamato Water Bath
BM100.
5.3 Medio de cultivo .
A continuación se enumeran los principales procesos a seguir en una planta para la
producción de la biomasa microalgal la cual se lleva a cabo en tres pasos que son los
siguientes:
Colector de
solvente Aceite
microalgal
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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1. Cultivo de microalgas.
2. Recuperación o concentrado de microalgas (decantación natural y
centrifugación).
3. Extracción lipídica.
Los requisitos básicos para el crecimiento de las microalgas son energía solar, agua, dióxido
de carbono y nutrientes inorgánicos, el cultivo de microalgas a gran escala es teóricamente
simple comparado con otros microorganismos. A largo plazo el cultivo de microalgas necesita
controlar parámetros ambientales (temperatura, pH, luz, alimentación de CO2, etc.). Los
sistemas de cultivo cerrado ofrecen mayor flexibilidad en la elección del organismo y la
técnica de cultivo continuo aplicado a dichos sistemas permite un mejor control de
crecimiento.
Tabla4. Composición del medio de cultivo
Medio de cultivo BG11
NaNO3 1.5 g L-1
Metales traza A5+Co K2HPO4.3H2O 0.04 g L-1
MgSO4.7H2O 0.075 g L-1 H3BO3 2.86 g
EDTA disódico de
magnesio
0.001 g L-1 MnCl2·4H2O 1.81 g
CaCl2.2H2O 0.036 g L-1 ZnSO4·7H2O 0.222 g
Ácido cítrico 0.006 g L-1 NaMoO4·2H2O 0.39 g
Citrato de amonio férrico 0.006 g L-1 CuSO4·5H2O 0.079 g
Na2CO3 0.02 g L-1 Co(NO3)2·6H2O 49.4 mg
Metales traza A5+Co 1 mL
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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5.4 Pruebas en microcosmos
A continuación se describe la metodología para la preparación de pruebas en microcosmos y
la cuantificación del metano producido, utilizando un lodo con alta actividad metanogénica.
1. El volumen total de la botella serológica es de 125ml, se prepararon las muestras en
un volumen de 50ml del volumen total, de los cuales 15ml eran de lodo metanogénico
441.5 mg/L de SSV para los lodos UAM-I y 752.4mg/L de SSV para lodos de “La
Costeña” y los 35ml restantes eran de medio con sustrato (ver Sección 5.3, medio
mineral para pruebas en microcosmos para acetato -como control- y biomasa residual).
2. Las pruebas se hicieron por duplicado y se tuvieron también dos controles con su
duplicado.
3. Se efectuó solamente un cambio de atmósfera para mantener el experimento en
condiciones anaerobias que fue el día que se montaron las pruebas.
Las pruebas de microcosmos montadas, fueron sometidas a un cambio de atmósfera
que permitió desplazar al aire contenido en el headspace de la botella y así tener las
condiciones anaerobias apropiadas para el proceso de digestión. El cambio consistió
en la inyección de Nitrógeno (N2) y Dióxido de carbono (CO2) durante un minuto de
tal manera para desplazar el aire contenido por medio de otra jeringa conectada a una
manguera y tener una atmosfera de N2 y CO2 manteniendo una atmósfera libre de
Oxígeno (O2).
Figura 7. Sistema de cambio de atmósfera
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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4. Se realizó la cuantificación de metano periódicamente en las botellas durante dos
semanas siendo el día martes y viernes de cada semana los días de muestreo
5. Las variables que se midieron fueron:
a) Concentración de metano por cromatografía de gases CG-FID
b) La producción de biogás, éste se cuantificó utilizando la cantidad de volumen
desplazado en cada botella.
b) pH. En cada botella se midió éste valor
c) Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV). En cada botella se realizó cuantificación de
los sólidos suspendidos volátiles, mismos que se compararon con los medidos del lodo
inicial (ver Sección 5.6).
6. Las pruebas de microcosmos para este experimento fueron sacrificables por lo que se
necesitaron un total de 4 botellas por sustrato y 2 controles bióticos con su respectivo
duplicado, siendo un total de 20 pruebas.
Figura 8. Sistema de microcosmos
Las pruebas anteriormente mencionadas se prepararon para probar el efecto de algunas
variables como: temperatura y agitación, además se varió el tipo de lodo y estos experimentos
para dos sustratos a la vez, con acetato y con biomasa microalgal como fuente de carbono;
utilizando como referencia de comparación el acetato, puesto que favorece la última etapa de
la digestión anaerobia (metanogénesis) que es propia de nuestro mayor interés.
Punto de muestreo
Lodo
metanogénico
Botella serológica
Medio
mineral
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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5.5 Análisis cromatográfico
Para llevar a cabo la medición de metano contenido en el biogás producido durante las pruebas
de microcosmos, se empleo un cromatógrafo de gases Agilent 6890N versión N.04.08 que
permitió cuantificar el metano que se produjo a las diferentes condiciones de operación de
estos, así como también con los diferentes lodos metanogénicos y sustratos empleados.
Como en toda experimentación, se requiere una serie de metodologías que nos lleven a obtener
y dar tratamiento a resultado sobre esta, por lo que en el caso particular de este proyecto,
cromatografía de gases es solo una de esas metodologías. A continuación se presenta una
breve descripción de este método.
Una vez que se pretende comenzar a trabajar con el cromatógrafo de gases, se debe poner
atención en abrir el gas acarreador (comúnmente Helio) y checar que haya presión, ya que sin
esto no se puede comenzar a trabajar. El cromatógrafo está constituido principalmente por tres
partes fundamentales:
Puertos de inyección
Columna (parte interna) contenida dentro de un horno
Detector
El equipo empleado está compuesto por dos inyectores compuestos por dos detectores:
Un detector TCD (inferior) de conductividad térmica que sirve para gases
permanentes, CO2 y CH4 básicamente y
Otro detector FID (superior) de ionización de flamas que sirve para gases volátiles
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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Figura 9. Inyectores del cromatógrafo
de gases Agilent 6890
Por otra parte, dependiendo de lo que se desee medir, el cromatógrafo tiene condiciones de
operación específicas, por lo que es necesario definir y/o hacer un método propio de trabajo
que permita trabajar a las condiciones de temperatura y presión necesarias de lo que se desee
medir. Después es necesario encender la flama para que los detectores funcionen por lo que
se necesita aire e hidrógeno. La relación de ambas sustancias es diez a uno, 30 ml de H2 por
300 ml de aire, relación que se encuentra ya dada como una relación de presiones en el
cromatógrafo.
Es importante poner atención en la demanda de presión mínima para que el cromatógrafo
pueda funcionar ya que de lo contrario no arrancara las mediciones. El equipo empleado tiene
sensores electrónicos de presión que detectan alguna perturbación en el sistema en caso de no
se darse la presión mínima requerida. Es de suma importancia poner atención en tener abierto
el gas acarreador ya que de lo contrario el equipo marcara error en la presión del sistema y
por consecuencia el aparato tampoco funcionara.
El cromatógrafo se conforma también por dos columnas:
Una columna empacada (del inyector TCD), que por ser empacada, permite tener un
mayor diámetro y una menor longitud.
Y otra columna capilar (del inyector FID) del diámetro de un cabello
aproximadamente con una longitud de 30 m.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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Acorde al detector donde se inyecte la muestra, el gas pasa por la columna correspondiente
donde se separan los compuestos de la mezcla de gases o componente puro (según sea al caso)
en función de su peso molecular hasta que pasan por el detector, donde:
En el TCD se mide la conductividad térmica del compuesto que se desea medir y
En el FID de ionización simplemente ioniza el compuesto
El cromatógrafo básicamente separa compuestos, da una huella digital de estos que no es más
que el tiempo de retención y después pasa la información como una señal de integración para
poder traducir el área bajo la curva. Para poder hacer esta traducción se emplea una curva de
calibración que posteriormente se correlaciona a una determinada concentración de metano.
El funcionamiento básico del método consiste en dar inicio (start) para correr la prueba y
después del tiempo de retención se observa un pico, se detiene la corrida (stop) y el programa
automáticamente detiene el proceso detectando el o los picos e integrándolos de tal manera
que se presentan datos del tiempo de retención así como también el área bajo la curva del pico
de la muestra inyectada. Una vez extraídos los datos de las áreas se introducen a una curva de
calibración que permite correlacionar el área obtenida a una cierta concentración de metano.
Particularmente la concentración estará dada en unidades de g/m3 y es importante mencionar
que el volumen con el que se construye la curva de calibración debe ser el el mismo que se va
a inyectar de los experimentos (muestras) ya que las áreas son proporcionales al volumen de
inyección.
Nota: normalmente cuando se trabaja con muestras provenientes de reactores se emplean
temperaturas por arriba de 110°C en el inyector, esto por seguridad, debido a que regularmente
este tipo de muestras proviene con un contenido de agua, o bien húmedas, por lo que se usan
temperaturas por arriba de los 100°C para que el agua se volatilice y no condense dentro del
sistema.
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Figura 10. Cromatógrafo de gases Agilent 6890N versión N.04.08
5.6 Determinación de Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV)
La cuantificación de los sólidos suspendidos volátiles (SSV) depende de los sólidos
suspendidos totales (SST) y de los sólidos suspendidos fijos (SSF), como se muestra en la
siguiente ecuación:
𝑆𝑆𝑇 = 𝑆𝑆𝐹 + 𝑆𝑆𝑉
Donde al despejar los SSV podemos encontrar su valor para cada el tipo de lodo
metanogénico, quedando de la siguiente manera:
𝑆𝑆𝑉 = 𝑆𝑆𝑇 − 𝑆𝑆𝐹
El procedimiento que se siguió fue el siguiente:
1. Se recolecto una muestra de 5ml del lodo seleccionado para las pruebas.
2. Se tomo el peso de la charola vacía, después se depositaron los 5ml de lodo y se peso
nuevamente.
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3. Una vez pesada la charola con su contenido, se introdujo en una estufa Riossa H-41 a
100°C ± 10°C por el lapso de 1 hora, al término de este tiempo se saco la muestra de
la estufa, se dejo enfriar y se peso de nuevo; este peso corresponde a la cantidad de
sólidos suspendidos totales.
4. Nuevamente se introdujo la muestra de los sólidos de lodos en una mufla Thermo
scientific FB1415M a 550°C ± 50°C por 30 minutos, al término de este tiempo se
dejó enfriar la muestra y se peso nuevamente, la cantidad pesada corresponde al peso
de los sólidos fijos.
Figura 11. Mufla Thermo scientific FB1415M
Los datos de SSV para cada muestra se requiere reportar en mg/ml donde la cantidad obtenida
en mg, de la cuantificación se divide entre el volumen operacional que es de 50ml.
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Figura 12,13. Balanza
Ohaus EP214C
para pesar los sólidos,
muestras de los SSV
después de calcinar
6. Resultados
6.1 Experimentos en laboratorio
Estudio en microcosmos
La producción de biogás a partir de biomasa residual de microlagas, considera 2 etapas
experimentales fundamentales:
-La primera etapa fue la obtención de materia prima que se basa principalmente en el cultivo
de la microalga y extracción de aceites antes de someterla al proceso de digestión anaerobia.
Lo anterior se lleva a cabo por medio del método de extracción de aceites por solvente
conocido como método Soxhlet (ver Sección 5.1), el cual presenta una alta recuperación y
tiene repercusiones favorables sobre el rendimiento y producción de metano.
-Las pruebas en microcosmos (ver Sección 5.4) fue la segunda etapa experimental esencial
del proyecto y tuvo por objetivo la cuantificación de producción de metano con la finalidad
de ver si se podía producir en un reactor anaerobio de 10 litros. La cuantificación de biogás
se realizó por dos semanas continuas; las variables determinadas en estos experimentos fueron
la concentración de metano por medio de cromatografía de gases bajo las condiciones
programadas en el software del cromatógrafo Agilent 6890N, cuyas especificaciones y
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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condiciones se muestran en la Sección 5.5, la medición de pH y sólidos suspendidos volátiles
(SSV) de cada botella también formaron parte de las variables de medición (ver Sección 5.6).
La variación de temperatura y agitación así como el tipo de lodo metanogénico fueron
parámetros de operación para los experimentos de microcosmos. Cabe mencionar que los
sustratos empleados fueron la biomasa residual de microlagas y acetato de sodio anhidro, este
último se usó como punto de referencia y comparación con la biomasa residual, ya que
favorece directamente la etapa de metanogénesis de la digestión anaerobia.
Las fuentes de los lodos metanogénicos fueron la planta piloto de tratamiento de aguas
residuales ubicada en el campus Iztapalapa de la Universidad Autónoma Metropolitana
(UAM-I) y de la planta industrial de la empresa “La Costeña”.
En lo que respecta a los resultados de la experimentación, esto conforme a las mediciones
periódicas de metano (CH4) se obtuvo lo siguiente:
Variación de temperatura con agitación y haciendo la comparación de sustratos,
biomasa residual y acetato.
Figura 14. Producción de CH4 con lodos de la UAM-I. Experimentos con botellas sin
agitación a temperatura ambiente
0
10
20
30
0 5 10 15
CH
4 (
mm
ole
s L-1
)
Tiempo (dias)
Lodo UAM-I sin agitación
Acetato Biomasa Microalgal
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
25
Figura 15. Producción de CH4 con lodos de la UAM-I. Experimentos con botellas
agitadas y a una temperatura de 30°C
De acuerdo, a lo que se presentó con anterioridad, la producción de metano tanto para acetato
de sodio anhidro como para la biomasa residual de microalgas tienen valores de producción
muy cercanos aunque es mayor la producción en condiciones de agitación y temperatura de
30°C, así que se decidió trabajar bajo estas condiciones los siguientes experimentos:
Variación del tipo de lodo en condiciones mesofílicas con agitación para ambos
sustratos (acetato de sodio y biomasa residual de microlagas).
Lo que se presenta a continuación, corresponde a las mismas condiciones mesofílicas con
agitación (100rpm) pero con la diferencia del tipo de lodo metanogénico y usando ambos
sustratos como fuentes de carbono.
0
20
40
0 5 10 15C
H4
(mm
ole
s L-1
)
Tiempo (dias)
Lodo UAMI con agitación y Temperatura
Acetato Biomasa Microalgal
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15
CH
4 (
mm
ole
s/L)
Tiempo (dias)
COSTEÑA vs UAMI con acetato
ACETATO UAMI ACETATO COSTEÑA
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
26
Figura 16. Pruebas con acetato
En el gráfico anterior se puede apreciar la producción de metano a partir de acetato. La
producción de metano no presenta cambios significativos por el empleo de un tipo de lodo o
el otro cuando se utiliza acetato, obteniendo un promedio para ambos lodos, de
aproximadamente de 24 mmoles/L.
Figura 17. Pruebas con biomasa microalgal
En la figura 17 se puede observar una diferencia en la producción de metano (CH4) cuando se
usa la biomasa de microalgas, la producción con lodos de “La Costeña” es un 50% del valor
obtenido con los lodos de la UAM-I.
De acuerdo a la cantidad de acetato empleada, teóricamente se esperaría una producción de
metano de 44.9 g, de los cuales experimentalmente se obtuvieron 40.46 g (obtenido de los
datos de la figura 17) que representa un 91.2 % con respecto al valor teórico. Para el caso de
la biomasa residual de microlagas, el valor teórico, con base a la composición elemental de la
biomasa microalgal, era de 33.16 g de metano, y experimentalmente la producción fue de 17.7
g, lo que representa un 43.7 % de la producción total de metano esperada.
En lo que concierne a los lodos metanogénicos de la planta “La Costeña” se obtuvo una
recuperación del 77% con respecto al acetato agregado, mientras que con relación al cálculo
inicial con la biomasa residual solo se recuperó el 28 % del carbono agregado inicialmente.
0
5
10
15
20
0 2 4 6 8 10 12 14
CH
4 (
mm
ole
s/L)
Tiempo (dias)
COSTEÑA vs UAMI con BIOMASA
BIOMASA UAMI BIOMASA COSTEÑA
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
27
Con los rendimientos específicos de producción de metano empleando lodos metanogénicos
de la planta de tratamiento de aguas residuales de la UAM-I se obtuvo un rendimiento de
producción de 0.14 LCH4/g SSV para acetato y 0.06 LCH4/g SSV para la biomasa residual
algal. Mientras que para los lodos de “La Costeña” los rendimientos fueron de 0.067 LCH4/g
SSV, un 47% del rendimiento con los lodos de la UAM-I para acetato y 0.015 LCH4/g SSV
para biomasa residual algal, sólo un 25% de lo que se produjo con los lodos de la UAM-I.
Reactor anaerobio de flujo ascendente (UASB)
Existen diferentes tipos de reactores para el proceso de digestión anaerobia. Uno de los más
utilizados es el reactor de lecho de lodos de flujo ascendente (UASB, por sus siglas en ingles:
Upflow Anaerobic Sludge Blanket) debido a sus grandes ventajas, entre las que se encuentran
el soporte de altas cargas de materia orgánica (aproximadamente de 12 Kg DQO/m3 día)
(Caldera, 2005), bajo requerimiento de energía, no requieren medio de soporte, su
construcción es simple y es aplicable a escala laboratorio y planta piloto.
El reactor opera con flujo ascendente, lo cual permite tener cierta selectividad sobre los
microorganismos presentes favoreciendo la formación de un lodo con buenas propiedades de
floculación y sedimentación dando como resultado un lecho de lodos en la parte inferior del
reactor y en la parte superior del reactor existe un sistema para la captación del biogás
formado, el cual evita la salida de los sólidos suspendidos en el efluente y favorece la
evacuación del biogás.
El efluente residual se introduce en la base del reactor y atraviesa el lecho de lodos; durante
el trayecto la materia orgánica entra en contacto con los microorganismos y se efectúa la
degradación de ésta produciéndose el biogás. (Ramírez, 1992).
nivel del
líquido
salida del
líquido
separador
del gas
salida del
gas
líquido
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
28
Figura 18. Reactor anaerobio de lecho de
lodos de flujo ascendente (UASB)
Parámetros: ambientales y operacionales del digestor anaerobio (UASB)
Dentro de los parámetros de operación tenemos dos tipos:
a).- Los ambientales que hacen referencia a las condiciones que deben mantenerse o
asegurarse para que el desarrollo de la digestión anaerobia sea el óptimo, tales como:
El pH debe mantenerse cercano a la neutralidad (pH=7)
Disponibilidad de nutrientes tales como el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y
algunos minerales como fósforo y potasio con valores adecuados que permitan y
aseguren el crecimiento de los microorganismos
Mantener la concentración de sustancias tóxicas e inhibidoras en los rangos más bajos
posibles. Como el del sodio (3.5-5.5 mg/l), potasio (2.5-4.5mg/l),calcio (2.5-4.5 mg/l)
y magnesio (1-1.5 mg/l), también una elevada concentración de Nitrógeno y amóniaco
destruyen las bacteria metanogénicas.(Hilbert, H., Instituto de Ingeniería Rural) y
b).- Los de operación, los cuales se toman en cuenta para poder tener las mejores condiciones
de trabajo del reactor:
Temperatura, el sistema puede operarse a temperatura ambiente y bajo condiciones
mesofílicas (temperaturas en un rango de los 35°C) o termofílicas (temperaturas en un
rango de los 55°C). Es importante mencionar que las tasas de crecimiento y reacción
aumentan conforme lo hacen los rangos de temperatura, pero también la sensibilidad
de algunos inhibidores, como el amoniaco, mientras que en el rango mesofílico se
aseguran tasas superiores de destrucción de patógenos.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
29
Agitación. Este parámetro operacional es función del tipo de reactor, ya que de esto
depende que exista una mejor transferencia de sustrato a cada población o agregados
de bacterias.
Tiempo de retención. Este no es más que el tiempo medio de permanencia del sustrato
en el reactor, sometido a la acción de los microorganismos.
Velocidad de carga orgánica (OLR, siglas en inglés). Es la cantidad de materia
orgánica introducida por unidad de volumen y tiempo. Valores bajos implican baja
concentración en el sustrato y/o elevado tiempo de retención. El incremento en la OLR
implica una reducción en la producción de gas por unidad de materia orgánica
introducida, por lo que es necesario encontrar un valor óptimo, técnico y económico
para cada instalación u residuo a tratar.
Reactor de 10L
Antes de inocular el reactor de 10L fue preciso determinar si los lodos seleccionados eran
capaces de degradar la materia orgánica presente para producir biogás, para ello se realizaron
pruebas de degradación en microcosmos (aproximadamente dos semanas), tanto para acetato
como para biomasa residual microalgal como única fuente de carbono.
El propósito de esta parte del trabajo experimental fue demostrar la producción de biogás con
biomasa residual algal, utilizando el lodo que presentará mayor actividad metanogénica, para
inocular el reactor a nivel laboratorio (UASB) para su posterior cuantificación del metano en
el biogás.
Con base en los balances teóricos mostrados en la parte de antecedentes para la composición
en específica de la microalga con la cantidad utilizada de acetato se esperaría obtener 44.9
g de metano, de los cuáles al realizar la experimentación sólo se produjeron 40.46g, con lo
cual se concluye que la recuperación de metano para nuestra referencia fue de 91.2% con las
primeras pruebas con lodos de la UAM-I. Para las mismas condiciones cambiando
únicamente el sustrato (biomasa residual algal), se esperaba una producción de 33.16g de
metano y solamente se produjeron 14.7g, es decir, sólo se recuperó el 43.7% de la producción
de metano esperada.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
30
En cuanto a los lodos de “La Costeña” se obtuvo una recuperación de metano del 77% con
respecto al acetato agregado, y con relación al cálculo inicial con la biomasa residual sólo se
recuperó 28% del carbono agregado inicialmente, con lo anterior podemos concluir que el
tipo de lodo utilizado es una determinante importante en la producción de metano.
Finalmente se calcularon los rendimientos específicos de producción de metano para el uso
de ambos lodos, teniendo como resultado para los lodos de de la UAM-I, se obtuvieron 0.14
LCH4/g SSV para acetato y 0.06 LCH4/g SSV para biomasa, para los lodos de La Costeña
un rendimiento de 0.067 LCH4/g SSV, un 47% del rendimiento con los lodos de la UAM-I
para acetato y 0.015 LCH4/g SSV para biomasa residual algal, sólo un 25% de lo que se
produjo con los lodos de la UAM-I.
La selección del lodo para su uso en el reactor de 10L es el de la Planta de Tratamiento de
Aguas de la UAM-I, bajo condiciones mesofílicas y agitación constante, las pruebas en el
reactor se harán para ambos sustratos (acetato y biomasa residual algal), recordando que el
tiempo de operación será de una semana aproximadamente para llevar a cabo la cuantificación
de metano en el reactor, la descripción del reactor en operación es la siguiente:
La forma de operación del reactor consistió en un flujo ascendente que permite la formación
de un lodo metanogénico con buenas propiedades de floculación y sedimentación, dando
como resultado un lecho de lodos en la parte inferior del reactor con medio mineral que
contiene al sustrato a digerir, particularmente acetato de sodio anhídrico y biomasa algal. En
la parte superior del reactor se instaló un sistema de captación de biogás, conformado por una
campana conectada a una bolsa especial para captación de gases. La campana evita la salida
de los sólidos suspendidos en el medio y favorece la salida del gas hacia la bolsa.
Al inicio de la experimentación con el reactor, se mantuvieron condiciones fundamentales
para el desarrollo de un proceso de digestión anaerobia óptimo. Dentro de estas condiciones
ambientales se encuentra el pH que debe mantenerse en rangos muy cercanos a la neutralidad
(pH=7) y así evitar acidificación durante el proceso. Se mantuvo la disponibilidad de
nutrientes tales como carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno que permitan y aseguren el
crecimiento y la actividad de los microorganismos.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
31
En lo que respecta a los parámetros operacionales del reactor, se controló la temperatura,
manteniendo condición mesofílica (31-32°C) durante todo el proceso. Por otro lado se
mantuvo agitación constante por medio de un sistema de recirculación de medio mineral que
permite que el reactor se comporte como un reactor semi-continuo de tanque agitado
propiciando una mejor transferencia de sustrato al consorcio de microorganismos, el flujo de
recirculación empleado es de 0.047ml/s mediante el uso de una bomba peristáltica. Finalmente
el tiempo de retención osciló entre los 6 y 8 días, en este tiempo se tiene el punto máximo de
consumo, hasta que finalmente la producción de biogás se estabiliza y decrece después de que
el sustrato fue consumido por los microorganismos; este reactor inoculado opera inicialmente
como un lote alimentado.
Los resultados de la operación del reactor en cuanto a cantidad de sólidos suspendidos
volátiles son:
Tabla 5. Datos de operación del reactor
Volumen total 10L
Volumen de lodos 2L
SSV 1206.93g
El reactor en funcionamiento con acetato como sustrato, se mantuvo en operación durante tres
meses, dando los siguientes resultados:
Tabla 6. Cantidad de metano obtenido del digestor anaerobio
Volumen de biogás (ml) % Metano
2320 94
5215 43.3
1600 6.8
480 2.04
El promedio de metano obtenido en el biogás, durante el período de operación de tres meses
fue del 48%.
6.2 Balances de materia y energía
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
32
Los balances son la base fundamentales, para determinar la eficiencia del proceso y de esta
manera establecer los parámetros de diseño de la planta generadora de biogás, además de
permitir:
Evaluar la cantidad de biomasa que se debe emplear para cumplir con los objetivos del
mercado a nivel industrial, la energía gastada en la planta generadora de biogás
Especificar las condiciones de operación (entrada y salida) y la escala del proceso
Con estos datos se puede cotizar, dimensionar o diseñar cada etapa del proceso de generación
de biogás.
Los balances se escriben a partir de los flujos de masa y energía por unidad de tiempo a través
de un volumen de control, de la forma:
a) Régimen permanente sin generación de calor: E = S
b) Régimen dependiente del tiempo sin generación de calor: E = S + A
c) Régimen transciente con generación de calor: E + G = S + A
Donde E:entrada, S:salida, A:acumulación y G:generación.
Cada una de estas cantidades son flujos de masa o energía por unidad de tiempo; en el caso
de masa, se puede escribir para la masa total, o bien para la masa de una de las especies
constituyentes de la mezcla.
La figura 19 presenta la cantidad necesaria de biomasa residual algal para generar 2.5MWh
(siendo este dato la base de cálculo para los balances) por día para cubrir el déficit energético
de la zona norte del país. Teniendo un total de 11.9 tonelada de biomasa residual algal anual
necesarias para cubrir ese déficit, dato tomado del análisis de mercado.
Para establecer los balances de materia y energía, primeramente se define la base de cálculo,
que en este caso es la siguiente:
11.9 Ton /Año
Biomasa residual
612.75 m3
Biogás
294.12 m3 CH4
generado
48 % del biogás
es CH4
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
33
Figura 19. Esquema para la base de cálculo
Balance de materia
A continuación se muestra el balance de materia, especificando el balance de carbono para
saber la cantidad de biomasa residual algal que debe de suministrarse diariamente a cada
reactor donde se llevará a cabo el proceso de digestión anaerobia, del cual se derivará la
generación del biogás que se convertirá en energía eléctrica mediante el proceso de
combustión de este biogás.
Producción de
microalgas
14.4 m3
TR= 7 días
Recuperación
de microalgas
Extracción
lipídica Transterificación
Digestión
anaerobia
Purificación
de biogás
Combustión
CH4
Agua + Nutrientes
21.108 m3 CH4 96%
11.107Kg de C
3.274 m3 de CO2
0.893Kg de C
24.382 m3 Biogás
12Kg de C
32.7Kg Biomasa microalgal
seca
11.743Kg de C
Glicerol
2.657Kg de C
3.3Kg lípidos 3.6Kg microalga
seca
14.4Kg de C
40.725Kg CO2
11.107Kg de C
Luz (80,000 luxes)
Agua + Nutrientes
Alcohol
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
34
Figura 20. Balance de materia
Este balance considera desde el cultivo de la microalga, el proceso de extracción de aceites y
finalmente el proceso de generación de biogás (que es interés en este proyecto), teniendo como
base el ingreso de 32.7 kg de biomasa residual algal al proceso de digestión anaerobia de los
cuales se generan 24.382m3 de biogás, el cuál es purificado para un mejor aprovechamiento,
de la mezcla de biogás se logra separar 96% en metano (CH4) que es llevado a combustión
para su posterior conversión en energía eléctrica, y el 4% restante es CO2, que es llevado al
cultivo de microalgas para ser aprovechado en el crecimiento de las mismas.
Balance de energía
La parte del estudio de mercado y la ubicación de la planta, muestran la demanda energética
que se plantea satisfacer con la producción de biogás siendo esta de 2.5MWh/día, por lo que
el balance de consumo de energía del proceso de producción de biogás se muestra de la
siguiente manera:
Transformador
Cultivo de
microalgas
Extracción
lipídica
Transterificación
Digestión
anerobia
Recuperación de
CO2
Recuperación de
H2S
Medidor de biogás Compresor
Tanques de
almacenamiento
Generadores de
energía
Se generan
805.8L/día de
biogás
22 KWh /día
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
35
Figura 21. Balance de energía. En rojo se encuentran las etapas de consumo de energía del
proceso y de azul, las etapas generadoras de energía
Los valores en color rojo representan el consumo de energía de los equipos empleados en cada
etapa marcada, y los de color azul representan la generación de energía eléctrica diaria de la
planta generadora de biogás que son los 2500KWh/día y son generados a partir de 805.8L de
biogás que produce en la digestión anaerobia; existe un consumo de 512KWh/día, es decir,
una tercera parte de lo que se produce de energía es utilizado en la planta para el proceso de
producción de biogás.
Con esta información, se puede diseñar cada uno de los equipos del proceso de generación de
biogás a partir de la biomasa residual algal.
6.3 Síntesis del proceso de producción de biogás
El biogás, estacompuesto principalmente de metano y dióxido de carbono. Este se produce
durante la digestión anaerobia de la materia orgánica en presencia de bacterias metanogénicas.
El metano contenido de este biogás, puede ser convertidor en energía eléctrica mediante
turbinas generadoras de combustión a gas y todas las aplicaciones posibles. Las microalgas
casi no contienen lignina y celulosa, por lo que favorece la estabilidad y la alta eficiencia de
conversión, por lo tanto la digestión anaerobia demuestra por lo tanto ser un buen proceso
para la producción de biogás (Vergara, 2008).
El proceso global para la producción de biogás a partir de biomasa microalgal comienza con
la obtención o recuperación de la biomasa residual, la cual proviene de una planta productora
de biodiesel que a su vez utiliza el CO2 producido por una planta generadora de energía
eléctrica. La biomasa residual se mezcla con una corriente de medio mineral antes de entrar
al digestor y así tener una suspensión que facilite la alimentación adecuada al reactor donde
se llevará a cabo el proceso de digestión tal que permita la bio-conversión de la biomasa a
2500 KWh /día
300 KWh /día 120 KWh /día
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
36
biogás, el metano presente en el biogás (posterior a su limpieza), se envía a un generador de
energía con el cual se logra convertir el metano en electricidad; el diagrama que representa
este proceso se muestra a continuación:
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
38
Un porcentaje de la electricidad generada se utilizará para autoconsumo tanto en la planta de
producción de biodiesel como para la generación de biogás, en los procesos del cultivo de las
algas, deshidratación, extracción de los lípidos, etc. El dióxido de carbono presente en el
biogás es recirculado para su procesamiento en el cultivo de microalgas y así dar nuevas
ventajas al proceso como la depuración del biogás. Además, la biomasa residual del digestor
anaerobio puede utilizarse para la elaboración de fertilizantes y/o alimentos de origen animal
(Sialve, 2009). Con lo cual se busca la obtención de energía renovable y sostenible. Sin
embargo, la integración del sistema de producción de biodiesel con la producción de metano
a partir de microalgas apenas comienza a ser reportada en la literatura.
La etapa de diseño y escalamiento del sistema de producción de biogás a partir de biomasa
residual algal, tiene como objetivo analizar el sistema integrado de producción de biodiesel
con producción de metano a través de la digestión anaerobia, con la finalidad de mejorar la
economía y los factores de sostenibilidad del biodiesel microalgal.
6.4 Diseño de equipos y optimización del proceso
A continuación se presenta el diseño de los equipos que intervienen en cada etapa de operación
de la planta de generación de biogás a partir de la biomasa residual algal proveniente del
proceso de producción de biodiesel: la primera etapa comienza con la materia prima de nuestro
proceso que es la biomasa residual obtenida después de la extracción de aceites para la
producción de biodiesel. La segunda etapa es la digestión anerobia; donde se lleva a cabo la
generación de biogás que contiene metano, de nuestro interés y finalmente la tercera etapa es
la de generación de energía eléctrica, donde se lleva a cabo la transformación del metano
contenido en el biogás en energía eléctrica pasando por un generador y posteriormente por un
transformador. A continuación se muestra el diseño de los equipos que intervienen en cada
etapa del proceso de producción de biogás, como fue mencionado anteriormente.
6.4.1 Materia prima
Fig
ura
22.
Dia
gra
ma
de
pro
ducc
ión d
e bio
gás
a p
arti
r de
bio
mas
a re
sidual
alg
al, p
roven
iente
del
pro
ceso
de
pro
ducc
ión d
e bio
die
sel
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
39
El cultivo de microalgas permite la obtención de diversos productos con fines energéticos,
tales como: biodiesel, bioetanol y biomasa. Los requisitos básicos para el crecimiento de las
microalgas son energía solar, agua, dióxido de carbono y nutrientes inorgánicos, el cultivo de
microalgas a gran escala es teóricamente simple comparado con otros microorganismos. A
corto, mediano y largo plazo el cultivo de microalgas necesita controlar parámetros
ambientales (temperatura, pH, luz, alimentación de CO2, etc.).
Los sistemas de cultivo cerrado ofrecen mayor flexibilidad en la elección del organismo y la
técnica de cultivo continuo aplicado a dichos sistemas permite un mejor control de
crecimiento. Por otro lado, deben considerarse tres importantes problemas técnicos en el
desarrollo de sistemas comerciales para el cultivo masivo de microalgas:
• La construcción de un sistema de cultivo adecuado. En el cual su diseño refleja la necesidad
de equilibrar las necesidades biológicas de las microalgas con las características físicas del
sistema.
• Los contaminantes pueden reducir la calidad y el rendimiento global del producto de las
microalgas.
• Para encontrar el método más adecuado para la separación de la biomasa microalgal del
medio, las técnicas más fiables, son generalmente las más caras.
De acuerdo con Chisti (2007), el cultivo de microalgas en canales abiertos es más adecuado
para la producción de microalgas que en fotobiorreactores, incluso si la tasa de crecimiento
de las microalgas es menor en los estanques abiertos que en fotobiorreactores. En realidad, la
relación de energía neta para la biomasa total es mayor en estanques que en fotobiorreactores
de placa plana (Jorquera et al. 2009). Además, el costo de los fotobiorreactores es mayor que
el costo de los estanques de pistas de rodadura abiertas (Del Campo et al., 2007). En
consecuencia, el cultivo se realiza en 8 estanques abiertos de 48m2 (10m de largo y 4.8m de
ancho) de superficie útil y con una profundidad de 30cm. El tiempo de cultivo es de 7 días.
El área del estanque y las paredes internas están cubiertas con un revestimiento de PVC y
acrílico.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
40
El CO2 es suministrado de dos maneras: una a través de la fijación del CO2, en un sistema de
membranas que se disuelve en agua, y como gas comprimido inyectado en los estanques. Los
tubos de PVC llevan las corrientes líquidas y gaseosas a los estanques. Las microalgas
capturan 90% del CO2 inyectado (Sheehan et al., 1998). El costo de la energía de la inyección
se evalúa en 22,2 Wh por Kg de CO2 (Kadam, 2002). La cantidad de CO2 que se debe inyectar
al sistema es de 50 ml CO2/min y 5L aire/ min para un tanque de 34.5 litros.
La recolección de la biomasa
La recolección de la biomasa se realiza en dos pasos. El primero, una decantación natural, y
el segundo, una concentración de las algas por centrifugación.
Sedimentación natural
Gran cantidad de procedimientos han sido hechos por la descripción del proceso de
sedimentación pasiva, sobre la base de los datos recogidos por los autores en la escala de
laboratorio en fotobioreactores. Los datos experimentales mostraron buenas propiedades de
sedimentación de Scenedesmus obliquus, que es el género al que pertenece la microalga con
la que se trabajó en este proyecto. Posteriormente el desbordamiento se recircula hacia los
estanques de micoalgas.
Tal eficiencia de cosecha requiere bombear 14.4𝑚3
𝑑í𝑎 de cultivo, lo que significa un consumo
de energía eléctrica de 0.716𝐾𝑊ℎ
𝑑í𝑎 para el bombeo.
Etapa de centrifugación
La centrifugación se realiza a través del espiral de la tecnología de placas de Evodos (2010).
De acuerdo a los detalles de construcción, con densidad de 7𝑘𝑔
𝑚3, la energía necesaria con el
fin de obtener una pasta de algas con 30% de materia seca es 1𝑀𝐽
𝑘𝑔 . Suponemos que con una
tasa de carga de 10𝑘𝑔
𝑚3, el consumo de energía para obtener una pasta de algas el 5% de materia
seca en el flujo de salida es igual a 0.15𝑀𝐽
𝑘𝑔 . Este consumo de energía tiene en cuenta la
energía necesaria para la inyección de las microalgas en los digestores anaerobios. La
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
41
alimentación a los dispositivos de centrifugación es de 3𝑚3
ℎ, por lo tanto 1 máquina es
suficiente para el tratamiento de los 14.4𝑚3
𝑑í𝑎.
Con los datos de producción necesarios de biomasa, se decidio seleccionar los estanques
abiertos para la producción de microalgas, donde estos se diseñan de tal manera que en el
interior de ellos sea posible hacer circular agua y nutrientes constantemente alrededor y
conjuntamente con las microalgas. De tal manera las microalgas se mantienen suspendidas en
el agua y, con frecuencia, son traídas a la superficie. Es decir, el agua y los nutrientes para las
microalgas son suministrados constantemente. El agua que contiene algas es enviada al otro
lado del estanque. Además algunas ventajas de estos estanques abiertos son los bajos costos
de instalación y mantenimiento.
La biomasa residual algal que es la materia prima del proceso de producción de biogás es
obtenida del proceso de producción de biodiesel, pero para tener esta materia prima la
biorefinería que rige la producción del biocombustible, solicita la contribución con la parte de
extracción de aceites y obtención de biomasa residual, por lo que en el análisis económico se
incluirá la parte de extracción de aceites.
6.4.2 Producción y almacenamiento de biogás
A continuación se presenta el desarrollo sobre el dimensionamiento del digestor anaerobio a
emplear para el proceso de digestión anaerobia de biomasa residual de microalgas.
Inicialmente se muestra el dimensionamiento del reactor, así como todos los criterios de
escalamiento y los factores que influyen en un escalamiento de este tipo. Posteriormente se
encuentra la estimación de costos para los reactores anaerobios que se emplearán en la planta,
es preciso recalcar que esta sección se divide en dos partes que permiten reflejar un costo
general del equipo por medio de una cotización y después se hace referencia a la construcción
del digestor incluyendo una ingeniería de detalle más específica. Por último se localiza el
análisis de riesgos correspondiente al equipo.
Como se planteó en la parte experimental de este trabajo, existen diferentes tipos de reactores
para el proceso de digestión anaerobia. Uno de los más empleados con tal fin, es el reactor de
lecho de lodos de flujo ascendente (UASB, por sus siglas en inglés: Upflow Anaerobic Sludge
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
42
Blanket) debido a sus amplias ventajas tales como un bajo requerimiento de energía, no
requiere soporte para la retención de la biomasa, su construcción es simple y es aplicable a
escala laboratorio y piloto.
Dimensionamiento del reactor anaerobio
En esta parte se presentan los parámetros y factores que se tomaron en cuenta para el
escalamiento del reactor anaerobio que será destinado para el proceso de digestión anaerobia
de biomasa residual de microalgas. Partiendo de una base de cálculo de 2500𝐾𝑊ℎ
𝑑í𝑎, que es el
déficit energético que se pretende atacar en la zona norte del país, es decir, la energía por
generar y suministrar y también tomando en cuenta factores obtenidos a partir de resultados
experimentales y de la literatura tales como:
La capacidad de transformación de metano en energía, que son 8.5𝐾𝑊ℎ
𝑚3 CH4.
El metano requerido para satisfacer el déficit energético de 2500𝐾𝑊ℎ
𝑑í𝑎 que son 294.12
m3.
El porcentaje de metano contenido en el biogás de microalgas, que es del 48%.
Y el biogás producido de forma experimental, 612.75 m3.
Se trabajó inicialmente en la determinación de la cantidad de biomasa residual de microalgas
procedente del proceso de producción de biodiesel, necesaria para poder cumplir con el déficit
energético anteriormente mencionado. Por otro lado es preciso y necesario retomar datos de
las pruebas experimentales de microcosmos que contribuyan a la obtención de la cantidad de
biomasa de microalgas.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
43
Los factores tomados en cuenta son los siguientes:
Tabla 7. Datos tomados de las pruebas de microcosmos como criterios de escalamiento
Factores tomados en cuenta de las pruebas de microcosmos
Volumen total (ml) 125
Volumen de operación (ml) 50
Concentración de carbono en biomasa microalgal (g/L) 3.85
Cantidad de carbono en biomasa microalgal cada 125 ml (g) 0.19
Metano producido, CH4 (ml) 39.2
Cantidad de sólidos suspendidos volátiles, SSV (g) 2.97
g de microalga procesada/g SSV 0.064848
g de microalga procesada/Kg de SSV 64.85
Tasa específica de producción de metano (mmoles CH4/día) 0.15
Tomando como referencia la tasa específica de producción de metano (0.15mmoles CH4/día)
mostrada en la tabla 7, se calculo la tasa específica de producción de metano:
1.597 𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝐶𝐻4
𝑔 𝑆𝑆𝑉. 𝑑í𝑎
Realizando un cálculo para determinar los requerimientos de m3CH4/día que satisfagan la base
de cálculo energética que se muestra al inicio de esta parte y relacionándolo con la tasa
especifica de producción de metano, el metano requerido para abarcar el déficit energético y
el porcentaje de metano contenido en el biogás obtenido experimentalmente, se obtuvo un
volumen de 805.80𝐿
𝑑í𝑎 lo que arroja un requerimiento de 504.32 kg de SSV. Posteriormente
la relación directamente proporcional de los 𝑔 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑎𝑙𝑔𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎
𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑆𝑆𝑉 y los kg de SSV obtenidos
con anterioridad da como resultado un requerimiento diario de 32.704 kg de biomasa algal
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
44
para cubrir la demanda energética de 2500𝐾𝑊ℎ
𝑑í𝑎 . Lo anterior se resume en un procesamiento
anual de 11.93 toneladas de biomasa residual de microalgas procedente de la producción de
biodiesel.
Una vez que se han determinado las cantidades necesarias de biomasa microalgal para cumplir
con el requerimiento energético de la zona norte del país, y como se ha planteado en las partes
anteriores de este proyecto terminal, la parte medular del proceso global de producción biogás
partir de biomasa residual de microlagas, es la digestión anaerobia, por lo que el uso de un
reactor anaerobio (digestor anaerobio) es de suma relevancia e importancia para el proceso.
Independientemente de las pruebas realizadas en microcosmos, se tuvo la oportunidad de
operar un reactor tipo UASB del cual se da una breve descripción en la parte introductoria de
este segmento, y de donde se extrajeron datos relevantes que condujeran a un escalamiento
más preciso con base a las dimensiones del reactor empleado.
El reactor tiene un volumen total de 10 L con un volumen de operación de 10 L, compuesto
de 8L de medio mineral con sustrato y 2L de lodos metanogénicos. Físicamente el reactor está
compuesto por una campana superior que tiene como función direccionar el biogás producido,
permitiendo solo el paso del gas e impidiendo el paso de líquidos y sólidos hacia la bolsa
Tedlar que se encarga de la recepción y captación del biogás. El reactor cuenta con una
chaqueta que permite tener control sobre la temperatura de operación que en el caso particular
de este proyecto, fue operado en condiciones de temperatura mesofílicas, es decir, en un rango
de temperatura que oscila en los 35°C, también cuenta con un sistema de recirculación que le
da la flexibilidad de operar como un reactor por lote alimentado que fue la forma en que se
operó durante toda la etapa experimental y por otro lado con la recirculación activada que da
como resultado el comportamiento de un reactor semicontinuo de tanque agitado. El reactor
tiene una altura 1.32 m de altura y un diámetro de 40 cm. El tiempo de residencia fue de 15
días con una producción máxima de biogás de 6000 ml (6 L) con un rendimiento de metano
del 48%.
Mediante una relación directamente proporcional entre la cantidad de sólidos suspendidos
volátiles (SSV) necesarios para el requerimiento de metano (805.80 L/día) que satisface el
déficit energético que se atacará (2500 KWh/día) y el volumen total del reactor e
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
45
indirectamente proporcional a la cantidad de SSV contenidos en el reactor (1206.93 g SSV)
se determina un volumen de reactor de 4178.55 L equivalente a 4.178 m3, con un diámetro de
1.38 m y una altura de 2.76 m cada uno de los que se vayan a emplear.
Ya que se determinó la dimensión necesaria de un reactor anaerobio, es preciso definir que se
necesitan mínimo 16 reactores de 4.18 m3 de tal forma de que se pueda poner en
funcionamiento uno diariamente y de esta manera cumplir con los 15 días del tiempo de
residencia necesarios para una producción optima de biogás que permita satisfacer los 805.80
L/día que se pretenden producir, el décimo sexto digestor, tiene la función de arrancar
nuevamente el proceso y poder tener un día de reserva para mantenimiento de cada uno de los
digestores. Lo anterior permite tener un proceso continuo de producción de biogás.
Estimación de costos, Reactor anaerobio
Partiendo de la referencia sobre producción de biogás a partir de desechos agrícolas y
ganaderos, la construcción de biodigestores para poder hacer un aprovechamiento integral y
benéfico de estos residuos resulta en una inversión alta por lo que da como resultado una
limitante debido al bajo ingreso de los pequeños granjeros y campesinos de zonas rurales.
Lo anterior sugiere la necesidad de construir biodigestores de materiales flexibles, baratos y
que por supuesto sean materiales de alta disponibilidad en el país que se pretende construir.
El uso de polietileno en América Latina, Asia y África es muy común para una infinidad de
productos y el empleo de este en la construcción de biodigestores no es la excepción, esto
debido a su alta disponibilidad en el mercado mexicano, su fácil manejo, su flexibilidad, su
bajo costo. Para el caso particular de la producción de biogás de microalagas y con base en el
volumen de 4.187 m3 que se requieren para los biodigestores, se decidió emplear biodigestores
prefabricados “Rotoplas” de 7000 litros, con un sobredimensionamiento de más de 30%. Estos
biodigestores cuentan con una forma cilíndrica que permite mayor eficiencia al contemplar
dispositivos de entrada y salida, así como un nivel de operación y mantenimiento mínimo.
Los biodigestores “Rotoplas” están compuestos por un exterior, tapa click, conexiones
termofusionables de polietileno de entrada, salida, expulsión de sólidos y venteo, válvula para
expulsión de lodos, filtro interno de polietileno y material filtrante (PET cortado).
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
46
A continuación se muestra un diagrama de las partes que conforma el Biodigestor Rotoplas.
Figura 23. Diagrama representativo de un Biodigestor Rotoplas
Dentro de las ventajas que tiene el emplear este tipo de biodigestores prefabricados,
encontramos que eliminan el costo de limpieza cada dos años, no requieren mantenimiento ya
que únicamente con el simple hecho de abrir una llave el biodigestor se desazolva, no
contamina los mantos freáticos ni el medio ambiente, cumple con la norma NOM006-CNA-
1997, está fabricado con plásticos de alta tecnología que aseguran una duración de más de 35
años, tiene garantía de 5 años y reafirma la disminución significativa de costos de
mantenimiento e instalación. En otra parte, por la geometría que presentan en la parte superior
con ángulo de inclinación, toman la forma de una campana que puede fungir como la campana
Lodos activados
Tubería de alimentación
de suspensión de
biomasa residual de
microalgas
Acceso de limpieza y
desobstrucción de lodos
Válvula de extracción de lodos
Tapa click
Tubería de salida de medio
mineral y sólidos no digeridos
Cámara de digestión
Filtro de polietileno empacado
con filtros de PET cortado.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
47
que llevan por default los reactores UASB, ya que permite la separación y descarga adecuadas
del biogás en cada reactor, sirve como una clase de barrera para expansiones de los lodos
dentro del digestor y previene el lavado del lodo que fluctúa dentro de la cámara de digestión.
Si bien no todo puede ser tan favorable, algunas desventajas serían que se tendrían que hacer
algunas adaptaciones como un sellado hermético en la tapa click del digestor además de una
adaptación para tubería de polietileno que permita la conducción del biogás producido, éste
también con un sellado hermético que evite fugas. Algunas otras adaptaciones son la
cancelación de la tubería de salida de líquidos y sólidos como medio mineral y sólidos no
digeridos, ya que por esa parte podrían presentarse fugas no deseadas que daría como resultado
una despresurización del biogás contenido en el headspace o campana del reactor y por ende
el gas no subiría ni se conduciría por la tubería de polietileno hacia los tanques de
almacenamiento, mientras que otra adaptación sería un sellado hermético en el acceso de
limpieza y desobstrucción de lodos independientemente de la tapa con la que ya cuenta el
digestor.
Las especificaciones generales del Biodigestor Rotoplas son las siguientes:
Tabla 8. Especificaciones generales del Biodigestor Rotoplas
Especificaciones generales del Biodigestor
Rotoplas
Capacidad 7000 litros
Atura máxima 2.65 m
Diámetro máximo 2.4 m
Así, para poder tener una idea más clara sobre las dimensiones del biodigestor prefabricado,
a continuación se muestran las dimensiones y especificaciones más a detalle para un reactor
anaerobio prefabricado de este tipo.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
48
Figura 24. Diagrama de dimensiones del Biodigestor Rotoplas de 7000 litros
Tabla 9. Especificaciones a detalle del Biodigestor Rotoplas (Dimensiones)
Dimensiones del Biodigestor Rotoplas de 7000 litros
(A) Altura máxima 2.60 m
(B) Diámetro total 2.40 m
(C) Diámetro de la base 0.25 m
(D) Ángulo de inclinación en la base 45 grados
(E) Diámetro interno del digestor 18 plg
(F) Tubería de entrada de suspensión algal 4 plg
(G) Altura de tubería de entrada a base 2.38 m
(H) Tubería de salida de medio mineral y
sólidos no digeridos
2 plg
(I) Altura de tubería de salida a base 2.27 m
(J) Válvula de extracción de lodos activados 2 plg
(K) Altura de válvula de extracción a base 1.87 m
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
49
Por medio de una cotización del Biodigestor Autolimpiable “Rotoplas” con la empresa Acero
Yes S.A. de C.V., el costo por cada unidad de 7000 litros de capacidad es de $35, 200.00
pesos M.N. al mes de agosto de 2012; lo que arroja un costo de $563, 200.00 pesos M.N. por
los dieciséis biodigestores necesarios para la planta de producción de biogás. Tomando el tipo
de cambio del peso con respecto al dólar al mes de agosto del 2012 (santander.com.mx) se
tiene que $1 USD=$13.18 pesos M.N. lo que arroja por resultado un costo en dólares de
$2,670.71 USD por cada unidad y un costo total de $42, 731.36 USD por los 16 biodigestores.
El costo de instalación de un biodigestor corresponde a un aproximado de $2, 000.00 pesos
M.N. por cada unidad incluyendo mano de obra, excavación, tubería de alimentación y
tubería de salida. Lo anterior arroja un costo de instalación total de $ 32, 000.00 pesos M.N.
por los 16 digestores que contempla el sistema de producción de biogás. Al tipo de cambio de
$1 USD=$13.18 pesos M.N. (año 2012), el costo unitario de instalación en USD sería de
$151.74 USD y el total de instalación sería de $2, 427.92 USD.
En la siguiente tabla se presenta un resumen detallado de los costos del sistema de
biodigestores destinados a la degradación de biomasa de microalgas para la producción de
metano.
Tabla 10. Tabla de estimación de costos para el sistema de producción de biogás de
microlagas
Costos de adquisición e instalación del sistema de Biodigestores Rotoplas de 7000 litros
Unidad Cantidad Costo unitario
($M.N.)
Costo por las
16 unidades
($M.N.)
Costo de
instalación/
unidad
($M.N.)
Costo de
instalación/16
digestores ($M.N.)
Costo total del
sistema de
producción de
biogás ($M.N.)
Costo total del
sistema de
producción de
biogás
($USD)
Biodigestores
Rotoplas de
7000 litros
16
$32, 500.00
$563, 200.00
$2, 000.00
$32, 000.00
$595, 200
$45, 159.33
Para fines de mantenimiento, el digestor es auto-limpiable ya que con el simple hecho de abrir
la válvula de extracción de lodos, el lodo alojado en el fondo del digestor sale por gravedad,
en caso de que se observe que el lodo sale con dificultad, se hurga con un palo de escaba en
el tapón de limpieza y a lo largo de esta misma tubería. Para la limpieza del filtro es
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
50
recomendable limpiarlo echando agua con una manguera después de una desobstrucción y de
haber extraído lodos.
La ingeniería de detalle de un proyecto se caracteriza por una definición que refleja y
contabiliza los pormenores de los materiales, mano de obra, equipos de proceso, etc., del
proyecto con una planificación estructurada y detallada para la ejecución del mismo. En el
caso particular del biodigestor es necesario incluir materiales que son ajenos a la
prefabricación ya que este requiere de más accesorios tales como más válvulas, materiales de
conducción de biogás, sellos herméticos, tuberías adicionales de polietileno, etc., y que
necesitan ser implementados al tiempo en que se instalen cada uno de los biodigestores.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
51
A continuación se presenta una tabla que muestra la ingeniería de detalle por biodigestor con
los respectivos costos unitarios y globales de cada material.
Tabla 11. Tabla de ingeniería de detalle que muestra estimación de costos de materiales por
Biodigestor Rotoplas de 7000 litros
Materiales y presupuesto estimado para Biodigestores Rotoplas de 7000 litros (en
pesos M.N. y USD al siguiente tipo de cambio $1 USD=$13.18 pesos M.N.) (Costos en
agosto de 2012 en la Ciudad de México D.F.)
Unidad Unidades por
biodigestor
Precio
unitario
Costo por biodigestor
Pesos
($M.N.)
Dólares
($USD)
Con
du
cció
n d
e b
iogás
Tuberia de
PVC de 2”
2.5 m 22.40 56 4.25
Válvula de
bola de
plástico 2”
1 84 84 6.37
Flanges 2”
de plástico
2 58.8 117.6 8.92
Tee PVC 2” 1 84 84 6.37
B
iod
iges
tor
Tuberia de
PVC de 4”
2.5 m 39.2 98 7.44
Válvula de
bola de
plástico 4”
1 126 126 9.56
Flanges 4”
de plástico
2 91 182 13.8
Tee PVC 4” 1 140 140 10.62
Total: 887.6 63.33
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
52
Análisis de riesgos del reactor anaerobio
Tomando en cuenta que el mayor riesgo del biogás es principalmente su flamabilidad y
explosividad al combinarse con el oxígeno contenido en aire. Por otro lado la mezcla de gases
que contiene el biogás es de alta peligrosidad si el metano contenido presenta concentraciones
entre el 5 y 15%. También el biogás está compuesto por CO2 que en una concentración mayor
al 18% tiene repercusiones con efectos asfixiantes, mientras que el H2S un compuesto de alta
toxicidad y que en concentraciones mayores a 50 mg/m3 es mortal. Los dos últimos gases que
se mencionan son más pesados que el aire, por lo que implica el riesgo de acumulación en
zonas bajas de recintos cerrados.
El peligro de asfixia o toxicidad que representa el biogás generado por un digestor anaerobio,
puede resolverse mediante ventilación natural, detectores de gas y con los procedimientos y
precauciones adecuadas al momento de operar en el recinto o zona de riesgo, es también
necesario contar con equipos adecuados de emergencia tales como detectores portátiles y
equipos automáticos de respiración.
La purificación del biogás está en función del uso final que se le dé y se debe conseguir la
eliminación de compuestos indeseables como el CO2 y H2S, mientras que por otro lado se
debe captar el biogás generado. En el caso particular de este proyecto, el CO2 que se produce
durante el proceso de digestión de biomasa de microalgas, será separado mediante membranas
de separación y recirculado a los sistemas de cultivo de microlgas, mientras que en el caso del
H2S se tiene la intención de inyectarlo a un sistema de biofiltración que permita la fijación y
degradación de este compuesto tóxico.
Diseño y estimación de costos, tanque de medio mineral
Un paso posterior a la obtención de la materia prima, es el tanque que contiene el medio
mineral con el que se mezclará la biomasa (obtenida del proceso de extracción de aceites) para
transportar esta mezcla a cada digestor donde se llevará a cabo el proceso de degradación para
la generación de biogás.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
53
Este tanque debe estar diseñado para abastecer la demanda de los 16 reactores anaerobios que
se proponen con anterioridad, por lo que debe ser de un volumen igual a 35m3, que podrá
almacenar el contenido de mezcla (medio y sustrato microalgal) de una semana, el material
de este tanque de Carbon Steel & API y es un tanque vertical, con una tapadera en forma de
cono.
El costo de este tanque de medio es de $18,300 USD; está cotización fue realizada mediante
el software Equipment Cost Estimates, así como su costo de instalación de $200 USD que
corresponde a la instalación del equipo y la instalación de la tubería.
Eliminación de CO2
Es necesario enriquecer el biogás para la generación de energía y el compuesto que sigue en
mayor porcentaje (después del CH4) es el CO2, y una manera de separarlo del biogás es
mediante unas membranas de separación.
Las membranas de separación de gases se basan en la diferente interacción que cada uno de
los componentes de una mezcla gaseosa tienen con el material de la membrana, de modo que
uno de estos componentes pueda permear el material más rápido que el resto de componentes;
de este modo se logra una separación selectiva de uno de los gases.
Actualmente, la separación de CO2 mediante membranas es una tecnología en desarrollo con
un elevado potencial debido a que presenta una importante reducción del consumo de energía
asociado a la captura de CO2 (Endesa, 2012).
Los sistemas de membranas funcionan bajo el principio de permeabilidad selectiva, en la cual
ciertos gases atraviesan la membrana más fácilmente que otros; el diseño de la unidad debe
estar basado en la minimización de pérdidas de gases de hidrocarburos, para lo cual la unidad
de membranas debe ser de dos o más etapas o pasos de separación, con la recirculación de
corrientes de gas permeable y uno o más tipos de membranas. La unidad deberá contar con un
sistema de instrumentación y control para una operación segura y adecuada de la misma.
La corriente final del gas permeado con alta concentración de CO2 se debe enviar al sistema
de cultivo de microalgas para su aprovechamiento integral (IMP, 2012).
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
54
Costo de membranas de separación de CO2
El capital de este sistema de separación corresponde básicamente al costo del sistema de
membranas y de la torre de desorción, la principal característica de los módulos de membranas
es la relación lineal de los costos de los módulos y el área de la membrana.
Las membranas de separación de CO2, tienen un costo de $20,000 USD y la instalación tiene
un costo de $3,000 USD.
Figura 25. Equipo de separación de CO2 por medio de membranas
Figura 26. Esquema de la separación de CO2 con membranas de gases
Membranas
Biogás proveniente del proceso de
digestión anaerobia Biogás con 2-3% CO2
CO2
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
55
Sistema de eliminación de H2S, Biofiltración
Con el fin de eliminar el porcentaje de H2S (contenido en el biogás de 0% a 3%) en el biogás
se emplean sistemas de filtro con sustancias como cal viva o apagada, limadura de hierro o
ciertos tipos de tierras conocidas como limonitas, las cuales son ricas en sustancias ferrosas.
Otra alternativa para la remoción de H2S consiste en biofiltros, corresponde a uno de los
sistemas de tratamiento más utilizado debido a sus bajos costos de operación, al bajo costo del
material del medio filtrante y a los bajos consumos de agua, además de poseer una alta
eficiencia en la eliminación de distintos contaminantes, en particular el H2S. Dentro de sus
desventajas se encuentra el poco control frente a los fenómenos de reacción, la dificultad de
control de pH ya que se trata con contaminantes que generan productos ácidos, el
taponamiento generado por el exceso de biomasa y los grandes requisitos de espacio.
Los biofiltros consisten en una columna que contiene un material de empaque de elevada
porosidad cuya función es dar soporte y en algunos casos servir como fuente de nutrientes a
los microorganismos. Los microorganismos se encuentran formando parte de una capa que
rodea al material filtrante denominada biopelícula.
A medida que el gas atraviesa el lecho poroso, los contaminantes solubles son transferidos a
los microorganismos debido a la existencia de un gradiente de concentración generado entre
la fase gas y la biopelícula. Una vez en la biopelícula, los contaminantes son degradados por
la biomasa activa, que los utiliza para su metabolismo como fuente de nutrientes y/o energía.
Los ácidos que son generados degradarán rápidamente al medio orgánico, por lo que este debe
ser reemplazado al poco tiempo de operación. Debido a lo anterior, el medio filtrante debe
tener una buena capacidad buffer con la finalidad que pueda consumir el ácido generado y no
inhibir a la actividad bacteriana.
Costo del sistema de eliminación de H2S, Biofiltración
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
56
El sistema de biofiltración tiene un costo de equipo de 8,508.50 euros que equivale a
$10,674.18 USD y con un costo de instalación del equipo de 3,072.00 euros que es un
equivalente a $3,853.92 USD, esta cotización fue realizada en la empresa Burés, cotización
de biofiltro de H2S.
Figura 27. Reactor de biofiltración
Medidor de biogás
Para asegurar una calidad de biogás a la entrada del generador es necesario instalar un
medidor de biogás el cual determinará el porcentaje de metano (CH4), ácido sulfhídrico (H2S)
y dióxido de carbono (CO2).
El BIOGAS 5000, es un analizador de biogás para vertederos de R.S.U., compostaje y
sistemas digestores de biomasa, inmisiones, etc., pantalla en castellano. Esta unidad incluye
la medición de O2, CO2, CH4 (%vol & L.E.L.), (Opc. H2S), alarmas, presiones atmosférica y
relativa permitiendo introducir, automática o manualmente, los valores de la temperatura.
Permite la obtención de producción y extracción de gases (biogás). Las especificaciones de
este medidor se muestran a continuación:
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
57
Versiones con seguridad intrínseca ATEX
BM500D0-000
Analizador de Gas por Infra-rojos, gama de 0 – 100 %
O2 = 0 – 25 % CO2 = 0 – 100 % CH4 = 0 – 100 %
Los aparatos se suministran completos con cargador
de baterías, tubo de muestreo, filtro de humedad
y manual en español
Figura 28. Medidor de biogás, BIOGAS 5000
Costo de medidor de biogás
El costo de este medidor de biogás es de 6,450 euros (equivalente a $1.367 USD), que
equivalen a $8,091.73 USD, el valor de instalación del medidor es de 1,200 euros un
equivalente a $1505.44 USD, estas cotizaciones se realizaron con la empresa FONOTEST
SL., INSTRUMENTACIÓN Y ESTUDIOS DEL MEDIO AMBIENTE.
Almacenamiento de biogás
Posterior a la purificación del biogás, es requerido almacenar este biogás en tanques previo al
proceso de generación de energía eléctrica, por ello se necesita comprimir el biogás para su
posterior almacenamiento, el dimensionamiento del compresor y de los tanques de almacén
para el biogás se muestra a continuación:
Compresor de gas
Existe una gran gama de compresores aptos para la compresión de gas metano, especialmente
la desarrollada y realizada para instalaciones exteriores con un rango de temperaturas
ambiente de -30°C a 45°C, el compresor VG (WP), Versión estándar/outdoor/2.2-300KW,
tiene como características:
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
58
Acoplamiento directo
Velocidad constante
Cabina inoxidable
Caudales de hasta 2500Nm3/h
Presiones entre 3 y 15 bar
Figura 29. Compresor VG (WP), Versión estándar/outdoor/2.2/300KW
Este compresor es utilizado en la aplicación combinada de microturbinas alimentadas con gas
metano, para instalaciones de producción de energía eléctrica y cogeneración distribuida.
Costos de compresor
El costo del compresor VG(WP), empleado para el biogás enriquecido de metano es de
$40,000 USD, esta cotización fue realizada con la empresa adicopm, advanced air & gas
solutions y el costo de instalación solicitado en la misma empresa fue de $1,500 USD.
Tanques de almacenamiento
Los tanques de almacenaje del biogás son tanques de presión ASME/API 650, tiene las
siguientes especificaciones:
Tanque de presión con capacidad 45/50/100CBM
Presión hasta 265 bar
Tanque horizontal de forma elíptica
Estándar ASME/CE/PED
Figura 30. Tanque de presión ASME/API 650
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
59
Estos tanques tienen un suministro de 150 m3 por semana, en el almacenamiento son
requeridos cuatro tanques de almacenamiento de biogás para su posterior conversión ene
energía eléctrica.
Costo de tanques de almacenamiento
El costo de cada tanque de almacenamiento es de $1,000 USD para los cuatro tanques
solicitados da un valor de $4,000 USD y el costo por la instalación de cada tanque es de $200
USD, dando un total de $800 USD para la instalación de los cuatro tanques.
6.5 Producción de energía
La producción de electricidad a partir de fuentes renovables está regulada desde 1980, aunque
es hasta 1994 cuando se menciona la biomasa como tal para la producción de electricidad.
El uso que se le puede darse al biogás puede ser:
o Combustión directa
o Combustión de motores estacionarios o automotores
o Generación de energía eléctrica
o Generación de calor para producir vapor
Abordando el tema de la venta de energía eléctrica y la cogeneración (producción de
electricidad y calor o frío) procedente del biogás generado a partir de la biomasa residual, el
avance tecnológico producido tanto en la maquinaria de cosecha y manejo de la biomasa, así
como en los procedimientos de transformación, se crea la disponibilidad de equipos y
tecnologías fiables, que permitan la realización de proyectos de producción eléctrica con
aprovechamiento del calor residual, ya sea en un proceso industrial, o para otros usos como la
climatización de edificios, etc. (IDEA, 2007).
Si se trata de líquidos (aceites de pirólisis, biodiesel, etc.) o gaseosa (biogás o gas de síntesis),
además de calderas, se pueden emplear tanto motores de combustión interna alternativos
(MCIA) como turbinas de gas. En estos casos, la potencia varía en un rango muy amplio,
desde pocos kW hasta grandes cantidades Mega Watts. Las microturbinas de gas MCIAs
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
60
especialmente diseñadas para biogás, o motores Stirling integrados en calderas con biomasa,
permiten generar electricidad además de calor, en unos rangos de potencial lo suficientemente
pequeños para que se puedan utilizar en edificios u otros sistemas consumidores, de forma
técnica y económicamente viable.
Los sistemas de generación eléctrica con biomasa y/o biogás deben alcanzar unos niveles
mínimos de eficiencia para su generación bruta de energía eléctrica. Es decir, para ser
incluidos en el régimen especial y beneficiarse de la retribución, las plantas de biomasa deben
alcanzar los rendimientos eléctricos mínimos siguiente:
Hasta 5MW: 18%
De 5 a 10MW: 20%
De 10 a 20MW: 22%
De 10 a 50MW: 24%
El biogás (compuesto principalmente de metano y dióxido de carbono) producido durante la
digestión anaerobia de la materia orgánica en presencia de bacterias metanogénicas se puede
convertir en celdas de combustible de electricidad, combustible líquido y otras aplicaciones
posibles.
El biogás tiene un poder calorífico medio de aproximadamente 4500𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑚3 , se puede emplear
en motores de combustión interna, turbinas de gas, y celdas de combustible.
Existen en el mundo alrededor de 1,152 plantas que suman una capacidad de generación de
3,929MW y generan en promedio 3.1 m3/ton/año de biogás. De estas, 1,152 plantas, 734 están
en Europa y 354 en U.S.A, 15 en Canadá, 19 en Asia, 18 en Australia, 8 en Sudamérica y 4
en África. Las plantas en Europa en promedio tienen una capacidad instalada de 1.73MW por
planta, en tanto que en U.S.A es de 6.7, lo cual indica que las plantas de U.S.A son muy
grandes comparadas con Europa.
En México existe una planta de 7.4MW instalada en el relleno sanitario del Salinas Victoria
en la zona conurbada de Monterrey, la cual está instalada en una celda que contiene 7 millones
de toneladas de basura municipal. La energía generada es enviada por la red eléctrica de
Comisión Federal de Electricidad (CFE) hasta la zona metropolitana de Monterrey para ser
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
61
usada en alumbrado público, bombeo de agua y el transporte colectivo de la ciudad (Arvizu,
2012).
Para la generación de energía eléctrica se ubicó un generador de tipo combustión interna de
biogás natural continuo, el cual cuenta con una capacidad de 40kW y una conexión de 120/240
V, 60 Hz, trifásico, delta en serie de 4 hilos. Los amperios máximos por fase son de 120 y
máxima capacidad monofásica de 23kW. El consumo de biogás a máxima carga es de 29m3/h
y requiere un porcentaje mínimo de 55%.
La eficiencia del generador se calculó tomando en cuenta tres parámetros: consumo de biogás
(m3), energía eléctrica generada (kWh) y metano presente en el biogás (%CH4). Los mismos
que se midieron durante un período de 15 días, en los que se produjeron 612.75m3, con un
porcentaje de metano del 48% (275.74m3).
Para satisfacer el déficit energético de 2500KWh/día se requiere de una producción de 294.12
m3.
Con base en los datos anteriores, se obtiene experimentalmente el 93% de producción de
biogás para cubrir la demanda energética esperada, con lo cual se debe operar el generador
por 9.5hrs diarias que es a su máxima capacidad de operación.
Se busca operar el sistema de generadores a un 75% de su capacidad, para reducir las horas
de operación de 9.5 a 8 hrs; para ello se implementa un sistema de limpieza de CO2 y H2S del
biogás, esto con el fin de enriquecer el metano de las corrientes del biogás y así conseguir una
mejor operación del generador. Además se propone el uso de tres generadores, dos estarán en
operación continua intercalándose semanalmente y del tercero se hará uso en casa de
mantenimiento a los dos primeros generadores.
La eficiencia del generador se calculó usando tres variables interrelacionadas; de acuerdo con
la combustión del metano se calculó en kcal/m3.
𝐶𝐻4 + 𝑂2 → 𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂 + 212𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙
1mol=22.4L y 1m3=1000L
1m3=44.64mol
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
62
(212kcal/mol)(44.64mol/m3)=9464kcal/m3
El porcentaje promedio de metano es de 48% (obtenido experimentalmente), por lo tanto, se
obtuvo que el poder calorífico del biogás es de:
(9464kcal/m3)(48%)=4542.72kcal/m3
A partir de estos datos, se calculó la eficiencia energética de la planta, tomando en cuenta el
promedio de consumo de gas 31.9m3, y multiplicando por el poder calorífico:
1kcal=0.001163 kWh
1kcal=4.186 kJ
Entonces la eficiencia energética de la planta obtenida fue de:
E1= (4542.72kcal/m3)(31.9m3)=(1.45x105kcal)(0.001163kWh/kcal)=168kWh
E1=(4542.72kcal/m3)(31.9m3)=(1.45x105kcal)(4.186kJ/kcal)=6x105 kJ
La principal limitante encontrada en la implementación del sistema de generación de energía
eléctrica fue la cantidad de biogás disponible diariamente. Esta generación fue
aproximadamente de 294.12m3. Esta es menor a la cantidad demandada para el
funcionamiento del generador en un turno de 8hrs, lo que corresponde a una demanda total de
320m3.
La principal medida tomada para lograr un flujo de biogás suficiente para el funcionamiento
del generador fue el incremento de la capacidad de almacenamiento de biogás, contando con
una capacidad de almacenamiento de 391m3, lo cual garantiza el almacenamiento del biogás
en las horas en las que no se enciende el generador, otra de las medidas tomadas fue el operar
el generador sólo 5 días a la semana, y de esta manera garantizar el almacenamiento del biogás
que se genera durante el fin de semana.
Costos de generador y transformador
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
63
El costo de un generador de tipo combustión interna de biogás natural continuo, el cual cuenta
con una capacidad de 40kW y una conexión de 120/240 V, el costo final de los tres
generadores es entonces $52,200 USD. El costo de instalación de cada generador es de $2,000
USD, por los tres sería un costo de $6,000 USD. Además se requiere de un trasformador que
regule el voltaje para enviar la electricidad a las líneas de media tensión que conducirán esta
energía de nueva cuenta a la Termoeléctrica de Topolobampo, en Sinaloa; el costo
correspondiente a un transformado tipo estación 300KVAS, trifásico, 2300-220/127V es de
$38,000 USD, cotización realizada con la empresa Tecnología Eléctrica de Baja California,
sólo es requerido un transformador que operará en función de la operación de cada generador,
su costo de instalación es de $3,500 USD; la cotización de instalación del generador como del
transformador fueron realizadas con personal de la Comisión Federal de Electricidad.
En cuanto a seguridad las exigencias del fabricante indicaron se debe mantener una
concentración máxima aceptable de 240ppm de ácido sulfhídrico en el biogás dentro del
generador. Así como la presencia de agua en el generador podría activar la alarma de
seguridad, por lo que se recomienda colocar un sensor de humedad en el biogás antes de entrar
al generador.
Figura 31. Transformador Figura 32. Generadores de energía eléctrica
6.6 Distribución de la planta
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
64
A continuación se muestra el plano de la planta generadora de biogás, así como la distribución
de cada sección que son: Cultivo de microalgas, Producción y almacenamiento de biogás y
Producción de energía.
Figura 33. Plano de la planta generadora de biogás con
biomasa residual microalgal
Con base en el esquema anterior se presentan los equipos de cada sección juntos con las
características y criterios de diseño; así como la cantidad y costos que permitirán realizar
posteriormente la evaluación económica.
1-Estanques de cultivo
2-Tanque de sedimentación
3-Centrifugado
4-Filtrado
5-Secado
6-Extractor
7-Tanques de recuperación de solvente
7’-Biorefinería
8-Tanque de medio
9-Reactores de digestión anaerobia
10-Membranas de separación de CO2
11-Sistema de Biofiltración
12-Medidor de biogás
13- Compresor
14-Tanques de almacenamiento de biogás
15-Generadores de energía y transformador
Central termoeléctrica de
CFE-Topolobampo
15
8
10
CULTIVO DE MICROALGAS
PRODUCCIÓN DE BIOGÁS ALMACENAMIENTO
GENERACIÓN
DE ENERGÍA
9
11
12
14
13
7
6
5
1 2 3
4
10
7’
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
65
-Reactores de digestión anaerobia
-Medidor de biogás (Odalock)
Criterios Característica
Se requieren el
empleo de
digestores para
llevar a cabo la
producción de
biogás mediante
la degradación
de la biomasa
-Capacidad de 7000 litros
-Altura máxima 2.65m
-Diámetro máximo 2.4m
-Diámetro de la base
0.25m
-Ángulo de inclinación en
la base 45 grados
-Diámetro interno del
digestor 18plg
Criterios Característica
Contenido de
humedad, la
cantidad de CO2 y
H2S contenidas en el
biogás
-Analizador de gas por
Infra-rojos, gama de 0-
100%, con bomba de
aspiración integrada
O2 = 0-25%
CO2 = 0-100%
CH4 = 0-100%
Sonda de H2S hasta
5000ppm Tiene
además una salida de 4-
20 mA por cada canal de
gas. Acondicionamiento
de la muestra incluido,
relés configurables por el
usuario, pantalla
iluminada, armario
resistente a la intemperie
(IP54).
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
66
-Limpiador de CO2
-Limpiador de H2S
Criterios Característica
-El biogás requerido debe
estar enriquecido en CH4
para ello es necesario
eliminar la cantidad de
CO2 presente, este será
aprovechado en la parte
del cultivo de las
microalgas para el
crecimiento de las mismas
Membranas separadoras de
CO2, la unidad de
membranas cuenta con un
sistema de instrumentación y
control de operación, la
separación es dada por
diferencia de pesos
moleculares siendo la del
CO2 el de mayor peso en
comparación con el CH4.
Criterios Característica
Además de que es
necesario eliminarlo para
enriquecer el CH4 del
biogás, por requerimientos
de seguridad en los
generadores, no debe
contener más de 24ppm
por m2, entonces el
contenido de H2S en el
biogás debe ser lo mínimo
posible
Columna que contiene un
material de empaque de
elevada porosidad cuya
función es dar soporte, a
medida que el gas a traviesa
el lecho poroso se lleva a
cabo el proceso de
biofiltración para separa el
H2S contenido en el biogás
que oscila entre un 0% a
3%.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
67
-Compresor
-Tanques de almacenamiento
-Generadores de energía
Criterios Característica
Para el almacenamiento
del biogás, una vez
enriquecido con metano
(CH4), se requiere tener en
fase líquida en los tanques
de almacenamiento, por
ello es requerido un
compresor que pasará el
biogás de forma gaseosa a
fase líquida para su
almacenaje
Compresor VG(WP)
Versión
estándar/outdoor/2.2-
300KW contiene:
-Acoplamiento directo
-Velocidad constante
-Cabina inoxidable
-Caudales de hasta
2500Nm3/h -Presiones
entre 3 y 15 bar
Criterios Característica
Con la obtención del biogás
proveniente de la digestión
anaerobia debe ser
almacenado para su posterior
uso en la generación de
energía eléctrica por ello es
necesario almacenar este
biogás en tanques especiales
para gas.
Tanque de presión con:
-Capacidad 45/50/100CBM
-Presión hasta 265 bar
-Tanque horizontal en forma
elíptica
-Estándar ASME/CE/PED
Criterios Característica
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
68
6.7 Estudio de mercado y ubicación de la planta
El modelo energético mundial basado en la utilización de combustibles fósiles está en crisis.
Los problemas derivados de su uso sin control han repercutido en un impacto ambiental
negativo con un efecto desfavorable sobre las emisiones CO2 y el consecuente, calentamiento
global, también sobre la inestabilidad de los precios, aunado al agotamiento progresivo de las
reservas y los conflictos geopolíticos. En los últimos años, todo lo anterior ha provocado una
carrera por la búsqueda de fuentes de energía alterna y renovable que permitan disminuir la
dependencia del petróleo.
En este sentido, la energía eólica, junto con la energía solar, con su vertiente térmica,
termoeléctrica y fotovoltáica han registrado continuos y prometedores avances en los últimos
años y por ello están llamadas a liderar esta nueva fase energética. Sin embargo, aunado a lo
anterior se encuentran los biocombustibles y dentro de estos específicamente se encuentra el
biodiesel producido a partir de aceites de microalgas.
Un número significativo de empresas nacionales e intermediarios están inmersas en el
desarrollo de estas tecnologías y ya se planea la aparición de las primeras centrales de
producción de biodiesel en masa entre los años 2010 y 2012 (Sitio Solar, 2008).
Actualmente la producción de biodiesel de microalgas aún no es viable económicamente, ya
que cuesta más que los combustibles convencionales. El precio estimado del biodiesel de
Los sistemas de generación
eléctrica con biogás alcanza
los niveles mínimos de
eficiencia para la generación
bruta de energía eléctrica
Generador tipo combustión
interna de biogás natural, con
una capacidad de 40kW y una
conexión de 120/240 V, 60 Hz,
trifásico, delta en serie de 4
hilos; los amperios máximos
son de 120 y capacidad
monofásica de 23kW; el
consumo de biogás requiere un
porcentaje mínimo de 55% de
CH4.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
69
microalgas es de USD $2.80 por litro aproximadamente, mientras que el diesel de petróleo es
de USD $0.48 por litro (Chisti, 2007).
Las investigaciones para la obtención de biocombustibles a partir de las algas no son nuevas,
no obstante, en los últimos años se le ha estado prestando mayor atención. De acuerdo a Gao
y Mckinley 1993 las microalgas tienen una mayor productividad de aceites que las plantas
terrestres. Esto se debe a que las microalgas tienen la capacidad para generar un contenido de
aceite mucho más alto de hasta un 80% del peso total en seco de la biomasa, en comparación
con sólo el 5% en el caso del aceite de palma (Chisti, 2007). Además de que los cultivos de
microalgas no utilizan tierras de cultivo. Uno de los principales usos de las algas es con fines
alimenticios, aunque se pueden obtener una gran variedad de productos. Además por medio
de la bioconversión y transformación de la biomasa residual puede obtenerse energía calórica,
productos de fertilizantes de gran calidad ó biogás, este último mediante la digestión
anaerobia.
Actualmente existe una demanda creciente de energía en México, sobre todo en la región
Noreste del país energética con un 15% anual por encima del 6.8% que es el promedio
nacional (El Mexicano, 2011). Estas cifras ayudan a determinar claramente los sitios donde
existe la necesidad de generación de energías, de tal manera que existe la necesidad del
desarrollo de nuevas alternativas de plantas generadoras de energía, lo cual hace que el
proyecto de generación de biogás a partir de la biomasa residual microalgal tenga potencial.
El Director de la Comisión Reguladora de Energía (CRE), en el IX Foro de energía Fronteriza
México-Estados Unidos, indicó que se siguen buscando alternativas para garantizar el
suministro de energía. Por lo que en el año 2012 México importó alrededor de 2.5 mega watts
de energía por día; de ahí la necesidad de incrementar la producción de gas natural.
Además se otorgaron 27 permisos para importar energía a diversas industrias, 22 en Baja
California, 4 en Sonora y 1 en Durango.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
70
De esta manera, para la selección de la zona donde se localiza la planta generadora de biogás,
se requiere seguir algunos criterios, los cuales se detallan a continuación:
Tabla 12. Criterios de selección para la ubicación de la planta
CRITERIOS JUSTIFICACIÓN SELECCIÓN
Ubicación de la materia
prima
La materia prima a
utilizar son las
microalgas que están
compuestas por
proteínas, carbohidratos,
ácidos nucleicos y ácidos
grasos; éstas son capaces
de crecer en un amplio
rango de condiciones por
las que es fácil establecer
su ubicación: sobre
sustrato artificial como
madera o botellas de
plástico, en lagunas,
ciénegas, pantanos, lagos
de agua dulce o salina,
sobre rocas, etc.
Lugares donde haya
suficiente:
Irradiación solar, fuentes
de agua de mar y agua
dulce, disponibilidad de
electricidad , fuente de
dióxido de carbono,
rango de temperaturas
adecuadas y dispositivos
a utilizar para su
crecimiento (estanques ó
bioreactores)
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
71
Demanda
Para el año 2004 la
utilización de energía a
partir de biomasa
muestra el 11% de la
demanda total mundial.
En México para el año
2000 se registró que la
demanda de energía es
del 8% del total mundial.
En un futuro se prevé que
la demanda de la
utilización de biogás
como fuente de energía
aumentará a un 17% de
la energía total en
México.
Transporte
La recolección y el
transporte de biomasa
(en caso de ser
necesario) dan como
resultado el incremento
en el uso de vehículos, y
en consecuencia, en
mayores emisiones de
gases contaminantes en
la atmósfera junto con un
mayor uso y desgaste del
sistema carretero.
La reducción de las
distancias entre los
centros de producción de
la biomasa y las plantas
de procesamiento
minimizaría los impactos
que dificultan el
transporte.
Impacto ambiental
El uso de bioenergía para
desplazar a los
combustibles fósiles es la
reducción en la emisión
de gases de efecto
invernadero (GEI)
Reducción de las
emisiones locales, mejor
aprovechamiento de los
recursos limitados,
mejorar la biodiversidad
y la protección del
hábitat natural y de los
paisajes.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
72
Aspecto social
Mejoramiento de calidad
de vida, disminución de
contaminantes nocivos
para la salud humana.
Oportunidades locales de
empleo, satisfacción por
el dominio de la
comunidad y cohesión
social principalmente en
comunidades rurales.
En la siguiente tabla se presenta una ponderación de las zonas del país propicias para la
ubicación de la planta generadora de biogás, calificando con 10 a la zona más favorecida, y
así en forma decreciente en cada zona; y en la tabla de evaluación se muestra que la zona
Norte del país es la más favorecida para la producción de este combustible
Tabla 13. Evaluación potencial de las posibles zonas de ubicación de la planta
Zona Noroeste Zona Noreste y Centro Zona Sur
Ponderación Factores Calificación Ponderación Calificación Ponderación Calificación Ponderación
1
30%
Materia
prima-
algas
9
2.7
7
2.1
9
2.7
2
25%
Materia
prima-
CO2
10
2.5
7
1.75
7
1.75
3 40% Demanda
de energía
8 3.2 9 3.6 7 2.8
4
5%
Servicios
y
Transporte
8
0.4
9
0.45
7
0.35
Total 8.8 7.9 7.6
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
73
El siguiente mapa muestra las zonas que se consideraron para la evaluación potencial,
considerando los criterios pertinentes para la factibilidad de materia prima, la demanda
energética, servicios y transporte, el impacto ambiental y social.
Figura 34. Zonas de posible ubicación de la planta
Fuente .INEGI, 2011
Con base a la calificación de los criterios anteriores, se seleccionó el estado de Sinaloa, un
territorio cercano a la Central Termoeléctrica de Topolobampo cuya ubicación geográfica es
al Noroeste del país, en la Costa del Océano Pacífico, a solo 200 millas de la entrada del Golfo
de California, ubicado en las coordenadas: 25°36’00’’ latitud norte y 109°04’00’’ longitud
Oeste.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
74
La imagen vía satélite del terreno se muestra a continuación:
A B
Figura 35 A y B. Vista del terreno donde se pretende ubicar la planta generadora de biogás
a partir de biomasa residual algal
Para considerar las dimensiones de la planta generadora de biogás, es necesario realizar una
etapa experimental, la cual se lleva a cabo a nivel laboratorio y a escala piloto; con la finalidad
de determinar de la actividad metanogénica de lodos con capacidad de utilizar la biomasa
microalgal, cuantificar la cantidad de metano en el biogás producido a partir de la biomasa
residual y caracterizar la producción de biogás en un reactor UASB. Esta información es
fundamental para poder realizar el escalamiento de la plata de biogás.
6.8 Evaluación económica
Como resultado de los balances de materia y energía, dimensionando y determinando el costo
de los equipos; así como de los costos de operación a partir de los materiales y servicios
requeridos, se está en condiciones de realizar una evaluación económica global del proceso;
que es la etapa final de toda la secuencia de análisis de rentabilidad de un proyecto. Para ello
se consideran algunas medidas simples de rentabilidad, que permitan estimar rápidamente los
beneficios económicos. Para ayudar a esto, se deben responder las siguientes preguntas:
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
75
-¿Cuánto cuesta producir biogás generado de un proceso de digestión anaerobia a partir de
biomasa residual algal?
-¿Cómo medimos la Rentabilidad del Proceso?
Para responder las preguntas anteriores se debe estimar el costo de construcción y operación
del proceso; luego de conocer el costo capital en equipos, y las necesidades de servicios y
materia prima, se necesita una estrategia sistemática para evaluar la rentabilidad global del
proceso.
En primer lugar se definen algunos términos, como los costos asociados al proceso que pueden
dividirse en:
Costos fijos: Inversión directa y gastos fijos y de administración asociados con dicha
inversión; en este rubro en particular interesa aquí el Costo de Inversión de Capital al
comienzo del proyecto.
Costos variables: Materia prima, servicios, y otros costos que dependen de la operación del
proceso; en particular interesa el Costo de Fabricación que constituye una expensa continua
dada sobre una base anual.
Inversión inicial
Representa todos los desembolsos realizados al comienzo de la vida de la planta. Incluye los
costos de construcción y puesta en marcha del proceso, luego la Inversión Total de Capital
está dada por el Capital Fijo y el Capital del Trabajo.
El Capital Fijo representa el costo de construcción de la parte física del proceso, y se clasifica
a su vez como: capital de fabricación, que es el modulo de costo simple de equipos así como
25% de contingencia; capital asociado a fabricación, construcción, servicios, tierra.
El Capital de Trabajo representa los fondos requeridos para operar la planta, debido a los
retardos en los ingresos por ventas y para mantenimiento de inventarios; su costo varía de
acuerdo a distintos autores, pero un valor de 10-20% del Costo de Inversión Total (fijo y
trabajo) resulta adecuado, generalmente se adoptan algunos valores estándar:
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
76
-Inventario de Materia Prima y Producto
-Insumos de proceso
-Cuentas a cobrar= 1 mes de costo de fabricación de la producción = 10-20% de la inversión
total con depreciación
Como una forma simple de estimarlo, Douglas (1988) sugiere:
Capital de trabajo = 0.15 (Inversión Total) = 0.194 (Inversión Fija)
Costos de Fabricación
Incluyen los desembolsos directamente relacionados con la operación diaria de la planta, así
como desembolsos indirectos como impuestos, seguros, depreciación, una clasificación de
Costos de Fabricación es la siguiente:
1. Materia Prima: Alimentada de forma continua
2. Desembolsos directos: Incluye mano de obra, supervisión, salarios (20% de manos de
obra y supervisión), servicios (agua, electricidad, vapor), mantenimiento, suministros
(2% de la inversión fija) y regalías
3. Desembolsos indirectos: Incluye depreciación (8% por año), impuestos locales y
seguros (3% por año)
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
77
Para los tanques de cultivo, se consideran los costos del medio de cultivo necesario para
llevarse a cabo el proceso de digestión anaerobia, como se puede observar en la siguiente
tabla:
Tabla14. Costo del medio de cultivo
Compuesto Pedido mínimo
(Toneladas)
Costo por Tonelada
(US)
NaNO3 20 $460-500
K2HPO4.3H2O 20 $1000-1200
MgSO4.7H2O 22 $80-110
EDTA disódico de
magnesio
1 $2900-3300
CaCl2.2H2O 25 $190-350
Ácido cítrico 10 $750-800
Na2CO3 20 $200-230
H3BO3 10 $800-1450
MnCl2·4H2O 1 $900-1100
ZnSO4·7H2O 25 $750-950
CuSO4·5H2O 5 $1750-1960
Co(NO3)2·6H2O 1 $1100-1400
Total (US) $10880-13350
De acuerdo con Chisti (2007) , el cultivo de microalgas en canales abiertos es más adecuada
para la producción de microalgas que en fotobiorreactores, incluso si la tasa de crecimiento
de las microalgas es menor en los estanques abiertos que en fotobiorreactores. En realidad, la
relación de energía neta para la biomasa total es mayor en estanques de rodadura que en
fotobiorreactores de placa plana ( Jorquera et al. 2009 ). Además, el costo económico de los
fotobiorreactores es mayor que el costo de pistas de rodadura abiertas ( Del Campo et al., 2007
). En consecuencia, el cultivo se realiza en 8 estanques abiertos de rodadura de 48m2 (10m de
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
78
largo y 4.8m de ancho) de superficie útil y 40cm de profundidad, con un TR de 7 días. Los
estanques están hechos de Placas de Polietileno de alta densidad, se eligió este material por
ser anticorrosivo, firme y resistente para aplicaciones en ambientes secos y húmedos.
Características del material:
• Excelente resistencia a los químicos corrosivos.
• Muy Fuerte, para múltiples usos.
• No absorbe humedad.
• Excelente resistencia al impacto.
• Termoformable, termodoblable, soldable y atornillable. Fácil de manejar y construir.
Cada estanque cuenta con una regleta expresada en galones y litro que permite conocer su
volumen de llenado de una forma aproximada.
Los 8 estanques de polietileno instalados con conexiones de PVC y dos bombas para trasladar
las microalgas hacia los estanques de sedimentación tienen un costo aproximado de US
$17550 basado en el precio del dólar del día 24 de agosto de 2012.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
79
Figura 37. Proceso de transporte de la materia prima al reactor
El CO2 es suministrado por dos maneras: como CO2 recuperado de la purificación que se
disuelve en agua, y como gas comprimido inyectado en los estanques. Los tubos de PVC
llevan las corrientes líquidas y gaseosas a los estanques. Se supone que las microalgas
capturan 90% del gas CO2 inyectado ( Sheehan et al., 1998 ). El costo de la energía de la
inyección se evalúa en 22,2 Wh por kg de CO2 ( Kadam, 2002 ).
Recuperación de microalgas
La recolección de la biomasa se realiza en dos pasos. En primer lugar una decantación natural,
y luego una segunda concentración de las microalgas por centrifugación.
Sedimentación natural
Tal eficiencia de cosecha requiere bombear día
m3
4.14 de cultivo, lo que significa un consumo
de energía eléctrica de día
kWh716.0 para el bombeo.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
80
El costo aproximado de dos estanques de sedimentación con dos bombas e instalación es de
US $4684 vasado en el precio del dólar del día 24 de agosto de 2012.
Etapa de filtrado.
De acuerdo a los detalles de construcción, con una de carga de 3
7m
kg, la energía necesaria con
el fin de obtener una pasta de algas con 30% de materia seca es kg
MJ1 . La velocidad de carga
de los dispositivos de filtrado es de h
m3
3 , por lo tanto 1 máquina es necesaria para el
tratamiento de los día
m3
4.14 .
Tipo de filtro: Mesa
Área del filtrador: 48 2m
Material: acero al carbón
Presión: atmosférica
Finalmente, en cuanto a la materia prima, el costo del filtro basado en el precio del dólar del
día 24 de agosto de 2012 US $307900
El costo hasta este proceso asciende a US $343484 para la obtención de la materia prima.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
81
A continuación se muestra el costo de los equipos más importantes que intervienen en el
proceso de generación de biogás a partir de la biomasa residual algal. Las cotizaciones de
estos equipos se mencionaron en la Sección 6.6, para el año en curso 2012.
Tabla 15. Costos de equipos de la planta generadora de biogás
Unidad Cantidad Costo por unidad
(USD)
Costo final (USD)
Tanque de medio 1 $18,300 $18,300
Biodigestor 16 $2,465.9 $42,731.36
Membranas de
separación de CO2
1 $20,000 $20,000
Biofiltración de H2S 1 $10,674.18 $10,674.18
Medidor de biogás 1 $8,091.73 $8,091.73
Compresor 1 $40,000 $40,000
Tanque de
almacenamiento de
biogás
4
$1,000 $4,000
Generadores de energía 3 $17,400 $52,200
Transformador 1 $38,000 $38,000
Equipo para extracción 1 $230,000 $230,000
Total: $463,997.27
Puesto que se toma en cuenta la parte del proceso de extracción en cuanto al solvente empleado
y proceso de recuperación es tomado en cuenta en el costo de equipo de la planta generadora
de biogás como se muestra en la tabla 15.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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Capital de mano de obra
Este capital es referido al personal que se necesita para operar el equipo y dar mantenimiento
a la planta, este costo se incluye en el capital de trabajo y el personal necesario se muestra a
continuación:
Tabla 16. Costos de mano de obra
Puesto Personal por
turno
Salario
mínimo
Salario anual
(USD)
Ingeniero de planta 1 10 $16,137.17
Ingeniero de seguridad 1 8 $12,909.74
Operador 4 6 $38,729.22
Electricista 1 5 $8,068.58
Personal de mantenimiento 4 4 $25,819.48
Ayudante general 3 2 $9,682.30
Total de salario anual: $111,346.49
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
83
Capital de inversión
Con la aproximación del total de los costos de los equipos de la planta productora de biogás,
se determinan las cifras correspondientes al capital fijo y al capital de trabajo, como se muestra
en la siguiente tabla:
Tabla 17. Capital de inversión
Costos directos Monto
(USD)
Costo de equipo $463,997.27
Costo de instalación de equipo $17,281.84
Costo de instalación eléctrica $5,500
Costos directos fuera de sitio
Terreno $2,000,000
Edificios $200,000
Mobiliario $900,000
Costos indirectos
Gastos de construcción $300,000
Gastos de contingencia $50,000
Total de capital fijo: $1,000,000
Capital de trabajo y mano de
obra:
$111,346.49
Capital Total de inversión: $5,048,125.6
El proyecto requiere entonces de una inversión aproximada de $ 5,048,125.6 USD
Los costos directos fuera de sitios fueron estimados con base en los costos del estado, tomados
los datos de sinaloa.puertos.galeón.com
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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Factibilidad del proyecto
A continuación se mencionan algunas medidas simples de rentabilidad que permiten evaluar
la viabilidad de un proyecto.
Se define entonces:
FAI (Flujos Antes de Impuestos) = Costos Fijos + Costos Variables + Ingresos
Flujo Gravable = FAI + depreciación (representa pérdidas-es negativa)
Impuestos = Ingreso Gravable * 35% Tasa de impuestos (representa pérdidas-es negativa)
FDI (Flujos Después de Impuestos) = FAI + Impuestos
Tomando en cuenta la inflación:
FAI c/inf = FAI s/inf * (1+inflación)n n: años
FDI corrientes = FAI c/inf + Impuestos
FDI constantes = FDI corrientes / (1+ tasa de inflación)n n: años
Considerando las definiciones anteriores y de los costos se pueden estimar las medidas
siguientes que determinarán la rentabilidad de toda la planta generadora de biogás a partir de
biomasa residual algal, estas medidas son:
TIIE (Tasa Interbancaria de Equilibrio) = 4.79 (Banxico, Agosto 2012)
TREMA (Tasa de rendimiento Mínima Atractiva) = TIIE + Puntos de riesgo (20-30)
TIR (Tasa Interna de Retorno)
Para la factibilidad del proyecto debe cumplir alguno de los siguientes casos:
TIR > TREMA el proyecto es factible
TIR < TREMA el proyecto no es factible
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
85
Considerando los puntos anteriores aplicados a la planta generadora de biogás a partir de
biomasa residual algal, se tienen los siguientes elementos para el cálculo de rentabilidad:
Tabla 18. Análisis económico
Año Producción (ton) Inversiones Ingreso
gravable
Impuestos FDI
corrientes
FDI
constantes
0 0 5048125.6 - - - -5048125.6
1 11.9 0 1270720 -444752 715472 496856
2 11.9 0 1389837 -486443 876280 422589
3 11.9 0 1561365 -546478 1107843 371014
4 11.9 0 1808366 -632928 1441294 335199
5 11.9 0 2164046 -757416 1921463 310327
6 11.9 0 2676227 -936679 2612906 293055
7 11.9 0 3413767 -1194818 3608585 281060
8 11.9 0 4475824 -1566538 5042362 272731
9 11.9 0 6005187 -2101815 7107002 266946
10 11.9 0 8207469 -2872614 10080083 262929
Tomando en cuenta una TIIE de 4.79 (Banxico,2012) y un porcentaje de riesgo de 30%, se
obtiene el valor de TREMA = 34.79; mientras que la TIR presenta un valor de 38%, que
representa por definición ser un proyecto rentable, recuperando la inversión en 5 años.
7. Seguridad
Cultivo de microalgas para la producción de biomasa
Los estanques se diseñan de tal manera que dentro de ellos sea posible hacer circular agua y
nutrientes constantemente, alrededor y conjuntamente con las microalgas. De tal manera que
las microalgas se mantienen suspendidas en el agua y, con frecuencia regular, son traídas a la
superficie; es decir, el agua y los nutrientes para las microalgas son suministrados
constantemente, el agua que contiene algas es recibida al otro lado del estanque, es necesario
un sistema de cosecha para separar el agua de las algas que contienen aceite natural.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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La habilidad de los cultivos de microalgas para utilizar altos volúmenes de dióxido de carbono
es grande de tal manera que, el desarrollo de esta tecnología fue motivado con la idea de
mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero, haciendo pasar el CO2 proveniente de
procesos industriales y de generación de energía eléctrica mediante cultivo de microalgas. Por
lo anteriormente mencionado se observa que en los estanques el riesgo que podría correrse
sería por fuga del agua, originado por el desgaste del material del estanque, cuyo material sería
de cemento que tiene un tiempo de desgaste del orden de años. En el caso del sedimentador,
ocurriría un caso similar al de los estanques sólo que en caso de fuga se tendría pérdida no
sólo del medio mineral contenido, sino pérdida de microalgas.
El secado de la biomasa es al sol, lo cual no representa un riesgo en la parte de la obtención
de la biomasa residual.
En la parte de extracción el riesgo causado por un derrame de solvente, tratándose de hexano
para la recuperación de aceites, pues se trata de un reactivo altamente inflamable, irritante,
nocivo y peligroso para el ambiente; en caso de incendio, puede originar vapores pesados en
el aire; son posibles mezclas explosivas con el aire a temperaturas normales.
Análisis de riesgos del reactor anaerobio
Es preciso tomar en cuenta que el mayor riesgo del biogás es principalmente su flamabilidad
y explosividad al combinarse con el oxígeno contenido en aire y por otro lado la mezcla de
gases que contiene el biogás es de alta peligrosidad si el metano contenido presenta
concentraciones entre el 5 y 15%. También el biogás está compuesto por CO2 que en una
concentración mayor al 18% tiene repercusiones con efectos asfixiantes, mientras que el H2S
un compuesto de alta toxicidad y que en concentraciones mayores a 50 mg/m3 es mortal. Los
dos últimos gases que se mencionan son más pesados que el aire, por lo que implica el riesgo
de acumulación en zonas bajas de recintos cerrados.
El peligro de asfixia o toxicidad que representa el biogás generado por un digestor anaerobio,
puede resolverse mediante ventilación natural, detectores de gas y con los procedimientos y
precauciones adecuadas al momento de operar en el recinto o zona de riesgo, es también
necesario contar con equipos adecuados de emergencia tales como detectores portátiles y
equipos automáticos de respiración.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
87
La purificación del biogás está en función del uso final que se le dé y se debe conseguir la
eliminación de compuestos indeseables como el CO2 y H2S, mientras que por otro lado se
debe captar el biogás generado. En el caso particular de este proyecto, el CO2 que se produce
durante el proceso de digestión de biomasa de microalgas, será separado y recirculado a los
sistemas de cultivo de microlgas, mientras que en el H2S se tiene la intención de inyectarlo a
un sistema de biofiltración que permita la fijación y degradación de este compuesto tóxico.
Generador de energía
Los riesgos que pueden existir en la producción de energía, están relacionados con la
electricidad, tomando en cuenta las siguientes probabilidades:
-Choque eléctrico por contacto con elementos en tensión (contacto eléctrico directo), o con
masas puestas accidentalmente en tensión (contacto eléctrico indirecto).
-Quemaduras por choque eléctrico, o por arco eléctrico.
-Caídas o golpes como consecuencia de choque o arco eléctrico.
-Incendios o explosiones originados por la electricidad.
La corriente eléctrica puede causar efectos inmediatos como quemaduras, calambres o
fibrilación, y efectos tardíos como trastornos mentales. Además puede causar efectos
indirectos como caídas, golpes o cortes.
Los principales factores que influyen en el riesgo eléctrico son:
-La intensidad de corriente eléctrica.
-La duración del contacto eléctrico.
-La impedancia del contacto eléctrico, que depende fundamentalmente de la humedad, la
superficie de contacto y la tensión y la frecuencia de la tensión aplicada.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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8. Conclusiones
En el caso de algunos efluentes como lo son derivados de los compuestos agroindustriales
existen suficientes datos para el diseño de una planta de tratamiento anaeróbico pero, para
algunos otros como el uso de microalgas es necesario hacer ensayos de digestibilidad en el
laboratorio aunque nunca se pueda simular totalmente las condiciones de escala real
(Madigan,2003). Aún así la producción a nivel laboratorio muestra buenos resultados pues
para un tiempo de operación de 15 días la cantidad metano (CH4) contenida en el biogás fue
del 48%, así se pudo escalar el proceso a nivel piloto y el diseño de los equipos a nivel
industrial.
Finalmente en el análisis económico se puede concluir que el diseño de la planta generadora
de biogás, así como la aportación con el proceso de extracción de aceites de la refinería son
rentables puesto que el valor del TIR = 38% y el valor de la TREMA = 34.79, y puesto que el
valor del TIR> TREMA, para ser un proceso rentable, cumple con dicha solicitud.
Esto indica además que la recuperación de la inversión inicial de $5048125.6 USD será al
término del tercer año de producción de la planta.
Biomasa Microalgal para la Generación de Biogás
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