Construir y medir su pequena instalacion de biogas con biodigestor en discontinua

instalacion biogas acabada

Autor : Yann Gressier @permagicien – Residente Low-Tech

22/06/2022

Porque construir un biodigestor

Antes de leer este artículo, que trata más del lado práctico de cómo construir, medir y analizar su propio biodigestor y hacer su instalacion de biogas, un poco de teoría del funcionamiento de un biodigestor aquí :

https://climate.selectra.com/es/reciclaje/metanizacion

Fotos de la fabricacion mas a bajo !

Contexto para construir un biodigestor, producir biogas

La idea de desmitificar las energías y permitir que las personas se den cuenta de que, en definitiva, su producción está al alcance de todos, nos ha encaminado hacia la metanización doméstica. Las low-tech son tecnologías basadas en los 4 principios: útiles, accesibles, sostenibles, al alcance de todos. 

Entre un catálogo de low-tech probados y probados (horno solar, olla noruega, juego de pedales multifunción, etc.), la aparente inaccesibilidad de producir el propio gas para cocinar y calentarse uno mismo -o al menos para aumentar nuestra independencia- nos pareció un gran desafío y un principio rector para la residencia Low-Tech.

Además, el contexto de guerra entre Rusia y Ucrania, que provocó un aumento del precio de la energía, y por tanto del gas, fue un motivo más para avanzar hacia la autonomía gasista : construir su biodigestor y producir su biogas

Finalmente, las inmediaciones de Agüera, y más en general de Asturias, son propicias para la metanización por la presencia de un gran número de explotaciones con vacas lecheras o de carne. Su estiércol, considerado por algunos como desecho, es un verdadero recurso para nosotros.

A lo largo de todo el ciclo de vida, las emisiones de gases de efecto invernadero del biometano son mucho más bajas que las del gas natural fósil (en Francia: 23,4 gCO2/kWh LCV para biometano frente a 227 gCO2/kWh LCV para gas natural), y esto mediante la integración de los energía de los equipos, el consumo de energía debido a la maquinaria agrícola, incluido el transporte de materia orgánica. Del mismo modo, las emisiones asociadas a la producción de electricidad también se consideran muy inferiores a las de origen fósil (11 gCO2/kWh frente a 443 a 1050 gCO2/kWh del gas y del carbón respectivamente). Así, el biogás o la electricidad producida a partir del biogás se puede clasificar como como fuente de energía renovable con menor impacto sobre el cambio climático

Fuentes : 

http://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/ressource/chiffres-energie-methanisation.xml

Apuestas & objectivos de construir el bio digestor

A corto plazo : dimensionar, construir sur biodigestor, experimentar y verificar el material, el proceso y nuestra receta. tener un biodigestor para demostraciones, festivales, volontariados, cursos.

Medio plazo: autoabastecerse de gas para cocinar sin contar los periodos de voluntariado.

Largo plazo conseguir la autonomía de gas para todo el centro de formación durante todo el año.

Fin de junio para tener una primera retroalimentación sobre nuestra producción: cantidad de gas producido, qué optimizar y cómo. Medida de la eficiencia energética de nuestro sistema.

A finales de septiembre, para el festival Low-Tech, diseñando un sistema de 1000 L : construir y producir con este biodigestor de methano.

En 2023 será autosuficiente en gas: cocinar para unas veinte personas, es decir, el equivalente a 25 kWh/día (excluyendo el horno, que eventualmente será reemplazado por un horno de pan y un horno solar).

Para lograr estos objetivos, iremos incrementando el volumen del tanque paulatinamente paso a paso después de habernos asegurado que el sistema de menor escala opere de manera controlada. Principio de la permacultura: empezar pequeño.

El contacto mantenido con la organización de formación Picojoule también es de gran ayuda en las etapas importantes de la producción de biogás.

huevo cocinado biogas

Observacion de la producion de biogas en Espana

Las estaciones de digestión anaerobia enumeradas son esencialmente grandes instalaciones que no se incluyen en el enfoque de baja tecnología (porque no son accesibles para todos).

En España

“En España hay 146 instalaciones de biogás, de las cuales 129 estuvieron en funcionamiento en el atípico 2020, con una producción energética de 2,74 TWh. De las plantas operativas, 46 están asociadas a vertederos, 34 a estaciones de depuración de aguas residuales, 13 al sector agropecuario, siete al sector del papel y el resto al sector químico, el alimentario y otros. Solo una instalación, en Madrid, convierte el biogás en biometano -con las mismas propiedades que el gas fósil- y lo inyecta en la red de gasoductos.

Comparado con el restaurante de Europa, dado que hay cerca de 19.000 instalaciones y 725 inyectan biometano a la red gasista, el biogás ha experimentado un desarrollo modesto en España. Sin embargo, el país tendrá un gran potencial y cuenta con industrias de gran tamaño en el sector agropecuario, en el agroalimentario y en el manejo de residuos, que pueden activar el mercado rápidamente.

Gracias a la aplicación de este medio, la Hoja de Ruta estimó que la producción de biogás en 2030 podría multiplicar por 3,8 la registrada el año pasado hasta superar los 10,4 TWh, en línea con lo establecido en el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima ( PNIEC) 2021-2030, la Estrategia a Largo Plazo Para una Economía Española Moderna, Competitiva y Climáticamente Neutra en 2050, y concordante con la Ley 7/2021, de 20 de mayo, de cambio climático y transición energética.

Según las previsiones, el 45% de la producción de biogás en 2030 se consumirá directamente, en usos térmicos o eléctricos, sobrio todo en la industria, pero el 55% restante se transformará en biometano para su uso en movilidad pesada -por ejemplo , en flotadores municipales de limpieza o recogida de residuos- o se podría inyectar en la red si es rentable económicamente hacerlo: alrededor del 1% del gas que se consuma en 2030 por esta vía debería tener origen renovable, desplazando con ello el gas de origen fósil.

El uso en el transporte, por otro lado, facilitará cumplir el objetivo del PNIEC de alcanzar una cuota de energía renovable del 28% en 2030, así como los hitos europeos de penetración de biocombustibles avanzados en los carburadores, que deberán llegar al 3,5 % de la total ese mismo año.

Además de las emisiones de efecto invierno, la consecución del objetivo planteado en la Hoja de Ruta para 2030 permitirá alcanzar una reducción considerable: 2,1 millones de toneladas de CO2 equivalente cada año. Asimismo, la producción de biogás contribuirá a evitar las fugas de metano a la atmósfera, un gas que presenta un potencial de efecto invernadero muy superior al del CO2.”

Fuentes: https://www.lamoncloa.gob.es/serviciosdeprensa/notasprensa/transicion-ecologica/Paginas/2021/150721-biogas.aspx

https://www.elconfidencial.com/medioambiente/energia/2022-04-05 /espana-quiere-cuadruplicar-su-produccion-de-biogas_3403119/

Observamos que los objetivos marcados por la UE y por el gobierno español están desfasados ​​con la emergencia climática. Estamos convencidos que la solución será a nivel local y ya.

“Francisco Repullo, presidente de la Asociación Española de Biogás (AEBIG) ha señalado que estos objetos son “sus metas muy ambiciosas, porque supone alcanzar el 3,5%, cuando en Europa se apuesta por el 10%” del transporte con biocarburantes. “Teniendo en cuenta lo poco que está desarrollado este sector en España, el 3.5% es plantar un objetivo muy muy bajo”, añade, y más teniendo en cuenta lo poco que está desarrollado este sector en España, por detrás de Francia, en mayor potencial para el desarrollo del biometano.

Repullo dijo a Planeta A que la Hoja de Ruta ha recogido las alegaciones del sector y expone unas medidas adecuadas, pero le falta concreción, porque no tienen un calendario de ejecución ni un plan operativo. “Los inversores no pueden vivir pensando en qué se va a hacer, tienen que saber cuándo”, añade. En estos momentos, “hay una demande estos tremenda de biometano, nos piden de Europa y no podemos satisfacer”, aseveró.”

Metodos y materiales para construir su biodigestor

Explicacion para construir su biodigestor

A continuación se incluye una lista no exhaustiva de los materiales necesarios para construir su biodigestor…

Parte de la compresión : 

  • tubos de cobre diámetro 14mm
  • T y codos de cobre
  • Manómetro de 2-16 bares
  • Valvula gas de latón
  • Conexiones latón-cobre
  • Tubo de presión con conexión para bombona de gas para rellenar la botella
  • Compresor frigorífico 
  • Interruptor ATEX estanque
compression biogas

Parte del bidon del biodigestor :

  • Mangueras de agua transparentes y reforzadas diámetro 10mm
  • Y o T de latón
  • Atravesador de mampara de latón
  • Boquillas de gas
  • Tubo interior de neumático de carretilla o de bicicleta
  • Bidón de recuperación de 120 L
  • Válvula de gas de PVC Presión
  • Tubos transparentes y conector extraíble de 3 piezas diámetro 10mm
  • Accesorios de presión de PVC – latón
  • Codos de presión de PVC
  • Adaptadores
Deposito fabricado biogas

Caja y aislamiento :

  • Bidón de 200 L (de hierro aquí)
  • Arena fina
  • Bisagras
  • Pintura de imprimación y acabado metalizado, negra mate
  • Madera (albura de castaño), tornillería…
  • Paja
  • Tela bajo techo para lluvia
  • valla de corral
  • Grapadora, grapas
caja biodigestor

Digestor :

Empecé cuidando la parte del digestor: lavado de la barrica recuperada de 120L, perforación del tapa, instalación del mamparo con el tubo interior a cada lado y teflón en la rosca. Luego fue necesario definir el lugar del digestor para deducir las longitudes de las tuberías. Conectar los tubos a los ramales (T o Y) sin olvidar deslizar las abrazaderas delanteras. El montaje de los racores macho se debe realizar forzándolos: es una buena señal. Si es demasiado fácil, el riesgo de fuga se multiplica.

Montar el manómetro, poner agua en él y comenzar la graduación desde 0 a partir del nivel del agua, bajando: 1 cm = 1 mbar. Dejar actuar de 20 a 30 cm de longitud.

Montar el filtro con la tubería de presión de PVC, preparar las superficies a montar lijando y desengrasando, no dude en poner mucho pegamento de presión de PVC, porque una fuga a este nivel es difícil de rellenar. Si la fuga es de este nivel: limpiar, pulir, desengrasar y sellar el exterior con silicona. No dude en poner mucho teflón (unas 10 vueltas) en los racores, utilice juntas de goma en lugar de las de cartón, porque estas últimas se dañan si se aprietan demasiado.

Pruebas de estanqueidad del digestor :

Comprobar la estanqueidad del sistema abriendo las válvulas del interior del sistema y tapando la entrada (digestor) y la salida (tapón de tubería). Ponemos aire en todo el sistema ya sea a mano con una bomba de bicicleta (lleva tiempo), o en el compresor con la conexión adecuada. Una vez que se pone la presión en el sistema, observe el manómetro. La altura de la izquierda debe ser menor que la de la derecha (sobrepresión relativa a la presión atmosférica). Si el agua sube, hay fuga, enjabonar los accesorios-conexiones y observar la formación de burbujas. Una vez reparadas las fugas, vuelva a presionar y marque el nivel del agua, vuelva 1 hora más tarde para ver si el nivel sigue en la marca.

Compresor :

Soldar preparando cuidadosamente las superficies soldadas: lijar bien los 2 lados del montaje con la lona de esmeril poner una buena capa de oxidante (fundente) y poner bien el estaño en la parte macho antes de montar el racor. Ensambla todo una vez que las partes estén preparadas y avanza la soldadura sobre la marcha. 

Pruebas de estanqueidad del compresor :

Coger una bombona de gas vacía y llenarla con el compresor hasta que alcance los 10 bares aproximadamente. Observe una disminución de la presión en el manómetro y proceda como prueba el digestor con agua jabonosa y reanude la soldadura si es necesario. Observar la evolución de la presión durante varias horas. Si nada se mueve, conéctelo al digestor y haga una prueba final.

Relleno y receta : 

  • 60 kg de estiércol de vaca, densidad de aproximadamente 0,6 medido (muy carbónico con la paja)
  • 7 kg de recortes frescos para nitrógeno
  • 3,5 kg de aceite de cocina usado filtrado

= 70 kg de material para un volumen de aproximadamente 100 L, en un 120L recipiente

Mezclar todo antes de llenar el tanque (idealmente en una mezcladora de cemento, de lo contrario con un tenedor en una carretilla) la receta por debajo del nivel del agua (garantizar condiciones anaeróbicas).

Puntos de atención:

  • lavar a fondo los accesorios, roscados, tubos, cámara de aire , etc. porque el polvo puede causar una fuga
  • Prepare bien la superficie y pegue sin vergüenza las 2 superficies de las partes de PVC
  • Si su digestor está afuera y no está aislado, las variaciones en la temperatura ambiente podrían mover el nivel, de hecho el aire se expande para tomar más espacio cuando se calienta, por lo que si el tanque sube de temperatura, la presión en el interior aumentará, y por lo tanto el nivel el agua a la izquierda del manómetro bajará, y viceversa: la llegada de las nubes y la caída de la T°C bajarán la presión en el sistema.
  • Soldadura: optar por soldadura fuerte, aunque la débil (con estaño, más accesible) puede funcionar porque la presión será en nuestro caso de 15min cada semana.
  • Mezcla la receta antes de ponerla en un recipiente en una carretilla o una hormigonera porque después es imposible mezclar sin meter las manos
  • Piensa en el aislamiento antes de llenar el recipiente sino es más difícil moverlo porque pesa cien kilos
  • Procede agrandar los inyectores con un gas que contiene metano, así que no la primera tanda, y poco a poco: 0,25 mm por 0,25 mm.

Resultados de la producion de biogas

Graph producion biogas

Semana 1: al final de la semana, observamos un globo que se infla aproximadamente a ⅓ de su volumen (aproximadamente 70L).

Semana 2: aumento en la velocidad de producción, después de 7 días, en 2 días la producción ha aumentado de 100L a 200 L aproximadamente. Primera compresión y pruebas con estufa de gas e inyector de Ø1,5mm (Picojoule recomienda Ø2mm para este tamaño de boquilla de Ø8cm. Sin llama después de la prueba del gas producido en una estufa. 

Semana 3: 2ª compresión y 1ª llama obtenida modificando los ajustes por venir

Semana 4+: Llama perfecta, tenemos entre 45 y 60 min de llama con una botella de gas de 26 L a 7 bares de presión, cada 4 a 5 días.

Analisis de los resultados

Semana 1: sin aislamiento, con inercia producida por arena y tiempo nublado (10° por la noche, 15-20°C durante el día sin sol durante la primera semana), además de un tiempo de inicio de producción de 1 a 2 semanas, parece normal haber producido poco gas, que además debe estar compuesto principalmente por CO2.

Semana 2: inicio de la producción, esto puede explicarse por un clima favorable: sol todo el día, T° de 25°C durante varios días, sin llama pero es normal porque el inicio de la producción de biogás se compone esencialmente de CO2, un gas no inflamable.Estamos impacientes esperando el próximo lote…

Semana 3: al final de la semana 2ª compresión, 1ª llama quitando el inyector, pruebas por venir para definir el diámetro ideal del inyector y la entrada de aire para tener una llama hermosa. Cocción del primer huevo, tiempo estimado de gas: 1 hora de cocción en una cocina de gas de aproximadamente 1 kW.

Semana 4+: tenemos un cyclo stable de producion de 4-7j que depende mucho de la meteo que hace. La llama es perfecta, azul, sin naranja que podria senalar una mezcla de gaz/aire mal proporcionado.

El volumen teórico de producción de biogás (60% metano 40% CO2) se calculó según nuestra receta de 220 L durante 6 días, con alrededor de 35 L/día de producción. Sin embargo, el primer tanque de 220 L tardó 8 días en llenarse por completo, lo que puede explicarse por el proceso más lento al inicio de la metanización (desarrollo de microorganismos metanizadores). El segundo globo después de 5 días también está medio lleno. Si la producción no despega, habría que abrir y hacer un test de pH para comprobar que el digestato no se ha acidificado por culpa de los 35 kg de aceite.

Huevo cocinado

Conclusión, continuación y recomendaciones para construir su biodigestor

Continuidad es avanzar hacia más estabilidad y T°C más altas. Alcance 30°C +- 5°C permanentemente, no más almacenamiento de gas para ahorrar tiempo necesario para el mantenimiento, para refinar el aislamiento y la receta. 

Los próximos pasos: 

  • Conecte un calentador de agua solar a un serpentín en la arena entre el recipiente y el tanque.
  • Tener un grifo para poder tomar digestato para pruebas de pH
  • Configurar un sistema de mezcla: borboteador, mezclador mecánico, etc.
  • Instalar el 2º tanque de almacenamiento de gas en paralelo (+220L)
  • Reproducir el sistema perfeccionado en la escala de 1 m^3 para ir hacia la autonomía en el gas para cocinar.

Costos :

  • Formación : 500€
  • Material de fontanería, canalizaciones : 100€.
  • Compresión : 300€.
  • Recuperación depósito 120 L : 0€
  • Total : 900€ 

Proximo modelo de 1000 L para 2h de llama cada dia : 200€ como ya tenemos el conocimiento y la compresion. Solo hay 150€ de fontaneria y 50e de deposito de segunda mano.

Fuentes para construir su biodigestor

Fotos de la fabricacion del biodigestor para hacer biogas

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