wha costa rica project team setiembre , 2013

Generación de energía eléctrica a partir de desechos orgánicos utilizando el sistema de biodigestión

Solar-Termofílico.

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WHA Costa Rica Project TeamSetiembre, 2013

Biosystems & Agricultural Engineering, Michigan State UniversityEscuela de Ingeniería Agrícola y Biosistemas, Universidad de Costa Rica

AGENDA

EL CONCEPTO SOLAR-BIO

OBJETIVOS DEL PROYECTO

1. Optimizar la poblacion

microbiana anaeróbica

termofílica local

2. Implementar el sistema de generación

eléctrica solar-bio

3. Evaluar el comportamiento

técnico y económico

4. Establecer un programa de

divulgación del proyecto

La energía solar

From: http://www.global-greenhouse-warming.com/solar.html

•Teóricamente: 1.76 x 105 TW incide sobre la Tierra, Practical: 600 TW

•Es la fuente de energía más limpia en la Tierra.

•La energía solar que llega a la tierra es abundante.

Ventajas

•No es consistente.

•Es una fuente difusa.

•Es difícil de colectar, convertir y almacenar.

Desventajas

Central America


Algunos residuos agrícolas en Cost Rica

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RESIDUOS CANTIDADES TOTALES (TM SECA/AÑO) 2012*

PRÁCTICAS DE TRATAMIENTO/USO

Excreta G lechero 1.614.837 Compostaje, biogas,

Excreta G. Porcino 78.220 Fertilización, biogas, alimento animal

Banano 27.479 (pinzote)

33.326 (banano rechazo)

No es utilizado

Café 52.036 (pulp)

19.513(mucílago)

25.195 (husk)

Pulpa: compostaje

Mucilago: fertilizante, biogas

Cascarilla; combustión

Caña de azúcar 500.719 Bagazo

301.738 (cachaza)

301.738 (melaza)

Generación eléctrica / energía mecánica

Piña 815.826 (rastrojo)

1.603 (corona)

No es utilizado

* Coto, O. (2013)


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•Integrando la utilización de los residuos con las tecnologías solar y biológica se creará un novedoso sistema autosuficiente de generación de energía para operación a pequeña y mediana escala.

EL CONCEPTO

Fertilizantes

Reducción GEI

Excretas animales

Otros desechos organicos

BioenergíaEnergía

Solar

Disgestión Anaeróbica

Post-tratamiento

Agua limpia

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Beneficios del sistema

integrado

Superar las desventajas de cada tecnología

Flujo de energía inestable para la

generación (energía solar)

La baja eficiencia de la digestión anaeróbica

mesófila

Mayor necesidad de energía de la digestión

aeróbica termofílica

Proporcionar energía a comunidades rurales y

pequeña-mediana agroindustria

Utilización de la energía solar y su

almacenamiento

Mejora de la eficiencia de la digestión

anaerobia

El biogas como una forma novedosa de

almacenamiento bioquímico de la

energía solar.

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DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA

Post-treatment

Solar unit

Power unit

bioreactor

OBJETIVO 1

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Objetivo 1. Optimización de la población microbiana anaeróbica termofílica local.

Montaje experimental en laboratorio

AD se realizó para la TRM de 20 días tanto a 35 y 50 ° C. Las proporciones de estiércol y los residuos de alimentos se fijaron a 100:0, 90:10, 80:20 (w / w). La carga total de sólidos fue del 5%. Dos gramo de lodo anaeróbico por gramo de ST en la mezcla de digestión inicial fue inoculado. El pH de cada digestor se ajustó a 7 en la mezcla de digestión de puesta en marcha y después se ajustó a diario después de que la digestión comenzó hasta que el pH se estabilizó en 6.5-7. El pH de la carga de alimentación se ajustó en 7-8 antes de introducirlo en los digestores. El biogás se midió utilizando un contador de gas de desplazamiento de agua.

1 L bioreactores anaeróbicos Cámara anaeróbica para alimentación y muestreo

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Población microbiana en el digestor anaeróbico

GT 454 FLX sequencer

Primers for PCR amplification 16S rRNA gene:Universal bacterial primers 357f (5’-CCTACGGGAGGCAGCAG-3’) and 926r (5’-CCGTCAATTCMTTTRAGT-3’)

Primers for 454 sequencing:Human Microbiome Project (HMP) primers targeting the V3-V5 region of 16S rRNA gene

Readings from the sequencer

Abundances of bacterial community

Cultures under 35C Cultures under 50C


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Produccion de Biogas en sustratos mezclados

En la relación de 80:20, la producción de biogás se incrementa un 37% a 50 °C en comparación con 35 °C.

El cultivo termófilo fue el que mejor funcionó en América Central.


OBJETIVO 2

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Objective 2. Diseño e implementación del sistema de generación eléctrica solar-bio con mezcla de sustratos

•Dieciocho paneles solares de 2x1 m con estructura de soporte•Un biodigestor anaeróbicco de 20 m3 con una bolsa de gas de 60 m3 •Dos generadores eléctricos de 10 KVA cada uno•Cuatro celdas de humedales/filtros de arena de 144 m2 cada uno

Principal

es componentes

Localizado en la Estación Experimental Fabio Baudrit Moreno, UCR

Solar-bio-reactor

Wetland/sandfilters

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Solar-bioreactor

Paneles solares Generadores

Bolsa de almacenamiento de gas Quemador


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Sandfilter/wetland

Filtro de arena Humedal vertical

Humedal 1 Humedal 2


OBJETIVO 3

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Objective 3. Evaluación técnica y económica

Aproximadamente un 40% de incremento en la producción de gas

Balance de masa

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Balance de masa para el sistema Solar-bio sobre 1,000 kg de mezcla estiércol y gallinaza

Mixture of feedstocks:Total amount: 1,000 kg/dayTotal solid: 10% COD: 90 g/kg

Thermophilic CSTRReaction temp.: 50°CRetention time: 15 daysCOD reduction: 50%Total solid reduction:40%

Biogas production from anaerobic treatmentMethane: 18,000 L/day

Liquid effluentAmount: 595 kg/dayTotal solid: 10 g/kg effluentCOD: 45 g/kg effluent

Generator

Solid residue accumulated from the CSTRAmount: 360 kg/day wet solidDry matter: 15%

Boiler

To wetland

BioenergyAmount: 684 MJ/day


Generación de 66 kWh de electricidad por día

Balance de energía

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Energía generada sobre la base de 1,000 kg de mezcla de influente por día

Salida de aproximadamente un 150% más de energía neta (máximo) generada por el sistema solar – bioenergía; con el sistema en las condiciones óptimas.

Energía neta máxima generada diariamente


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Condición original

Efluente del bidigestor

Agua de la primera celda

de postratamiento

Agua de la segunda celda

de postratamiento

Desecho orgánico

Agua reciclada

Digestor anaeróbico

Filtro de arena

Hemedal vertical

Reciclaje del agua


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Analisis Económico del sistema propuesto (en desarrollo)

Periodo recuperación inversión (años)Solo bioreactor 9

Sistema solar-bioreactor sin humedales 7

Sistema solar-bioreactor con humedales 10

Generación de electricidad (Tarifa residencial)

*: La temperatura del reactor es de 50°C. El costo de capital de un reactor solar-bio de 22 m3 es de $ 30.000. el costo de capital para un tratamiento de 200 m2 humedal es de $ 15.000. La generación de electricidad es de 66 kWh / día. El costo de la electricidad es de $ 0.17 para Tarifa Residencial y de $ 0.26 para Tarifa General..

Periodo recuperación inversión (años)Solo bioreactor 6Sistema solar-bioreactor sin humedales 4.5Sistema solar-bioreactor con humedales 7

Generación de electricidad (Tarifa General)


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UNIDAD PORTATIL

Unidad portatil de 500 L Incluye: un reactor de 500 L , un panel solar de 2x1 m y un tanque de agua de 150 L


OBJETIVO 4

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•1 taller (miembros del equipo de Costa Rica, Panamá, Nicaragua asistió) se ha celebrado en la MSU a finales de 2011•1 conferencia seminario se ha celebrado en la UCR en marzo, 2012•Una reunión con el sector industrial y la universidad se llevó a cabo durante la visita de mayo a Nicaragua (2012)•2 UCR estudiantes universitarios hicieron prácticas en MSU en 2012•Una unidad digestor demostración a pequeña escala se ha fabricado en la UNAN-León (Nicaragua).•Un grupo de 13 estudiantes, tanto de MSU y UCR visitará la planta piloto en la estación Fabio Baudrit como parte de un estudio multi-institucional en el extranjero programa ofrecido por MSU y URC

Objective 4. Establecimiento de

un programa de divulgación en Centroamérica

Study abroadFabio Baudrit station, 2013

The first project conferenceCosta Rica, 2012

Visiting UNAN-LeonNicaragua, 2012

Equipo del proyecto.Universidad Estatal de MichiganDr. Wei LiaoDr. Dana Kirk, Dr. Ajit Srivastava, Dr. Dawn Reinhold

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA.Lorena Uribe Lorio, MScDra Lidieth Uribe Lorio, Ing Daniel Baudrit Ruiz, MSc. Ing. Jose Alberto Miranda Chavarria MBA.Ing. Jose Francisco Aguilar Pereira MSc

Financial SupportsThe U.S. Department of State;

MUCHAS GRACIAS

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