Tras el gran auge del biogás en Alemania hasta 2011, la producción de energía a partir de materias primas renovables no parece interesar a nadie. El número de plantas se ha estancado en torno a las 9.000, mientras que durante el apogeo de la tecnología respetuosa con el medio ambiente entraron en funcionamiento unos 1.500 biorreactores en tan sólo un año. La reducción de las subvenciones es la razón del cambio de rumbo y, sobre todo, los cambios en las ayudas introducidos por la modificación de la Ley alemana de Energías Renovables (EEG) de 2014, que ahora sólo prevé un apoyo máximo para las instalaciones de hasta 75 kW. Esta oferta se dirige a los agricultores que sólo reciclan sus propios residuos, a diferencia de las empresas de plantas de biogás puramente comerciales. Sin embargo, la eficiencia es cuestionable cuando se trata de estas pequeñas cantidades de energía, ya que los biorreactores necesitan algo de energía y calor. Para aumentar la eficiencia en esta área y hacer viables las plantas pequeñas, se aconseja el uso de tecnología especial: alimentación de la pulpa mediante sistemas especiales de maceración y transporte. Esto permite reducir el uso de sustrato hasta en un 15% y el consumo de energía en más de un 50%.
El elemento central de la producción de biogás es la fermentación de la biomasa por medio de bacterias de fermentación especializadas. Cuanto mejor funcionen, mayor será el rendimiento de gas, lo que significa que el concepto de planta debe ser diseñado para crear el hábitat ideal para los auxiliares microbianos. En la medida de lo posible, esto incluye una buena pre-maceración de los sustratos para crear más áreas de contacto para la fermentación, una mezcla completa del sustrato para asegurar la distribución completa de las bacterias y un control constante de la temperatura del fermentador. Sin embargo, la mezcla habitual de biomasa de ensilado, esquejes de plantas, componentes secos como excrementos de pollo y estiércol ofrece una base bastante pobre para ello: la composición no homogénea no sólo limita la fermentación, sino que también dificulta la alimentación del fermentador. Por lo tanto, a menudo se utilizan transportadores de tornillo sinfín. Éstos pueden transportar cualquier tipo de material, pero también son susceptibles a las averías, engorrosos y sucios.
Transporte suave del sustrato de fermentación
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La alimentación con pulpa representa una alternativa a esto. Consiste en homogeneizar el sustrato, mezclarlo e inocularlo con bacterias de fermentación antes del fermentador. Esto produce una mezcla que fluye bien y puede ser fácilmente transportada a través de una tubería, permitiendo un mayor rendimiento con menores costos. NETZSCH Pumpen & Systeme GmbH ha desarrollado la bomba mezcladora NEMO® B.Max® especialmente para esta aplicación. Esto se basa en la probada tecnología de la bomba de cavidad progresiva, en la que un rotor helicoidal gira en un estator que se adapta geométricamente a ella. En el proceso, se abren cámaras de transporte con la misma forma, en las que el medio se transporta suavemente desde la entrada hasta el lado de descarga, independientemente de su consistencia. Esto también tiene la ventaja para el sector del biogás de poder manejar fácilmente diversas composiciones de sustratos. Además, este proceso apenas implica pulsaciones o fuerzas de cizallamiento, por lo que las fases del medio no se separan y las bacterias que contiene tampoco se dañan.
Los microorganismos se añaden al sustrato a través de sustancias recirculadas del fermentador. De esta manera se aumenta la fluidez del medio y al mismo tiempo se inicia el proceso de fermentación en la bomba. La biomasa necesaria para ello se introduce a través de una amplia tolva de alimentación rectangular que, gracias a su forma cónica, evita que se atasque. En el caso de sustratos especialmente grumosos, fibrosos y con un alto contenido de materia seca, también se puede incorporar un rompe-puentes aBP® que evita que se formen puentes en los flancos mediante ruedas giratorias.
El de la homogeneización en la bomba ahorra energía y sustrato
El material cae de la tolva a la cámara de mezcla, el elemento central de la bomba B.Max®. En este caso, un transportador de tornillo en la barra de acoplamiento asegura una mezcla completa de los diversos componentes del sustrato, mientras se transporta a la zona de bombeo real. Este proceso se apoya en un tubo de alimentación óptimamente posicionado a través del cual el estiércol o las sustancias recirculadas se alimentan en direcciones opuestas, lo que aumenta la eficacia de la mezcla, así como en el paso y la segmentación especiales del tornillo mezclador. Su diseño especial transporta más medio a la bomba de cavidad progresiva que el que ésta puede transportar, produciendo así un reflujo controlado que asegura turbulencias adicionales. Estas tres propiedades – tornillo mezclador, alimentación de fluido en direcciones opuestas y reflujo – permiten producir una pulpa de sustrato homogénea y fermentable en la bomba, lo que ofrece a las bacterias de fermentación un entorno de trabajo adecuado. Al mismo tiempo, esta tecnología permite prescindir de una tina de macerado separada y permite el transporte de la biomasa a través de distancias y pendientes más largas, lo que permite una mayor flexibilidad en el diseño de la planta.
Esto se aplica especialmente al alimentar el fermentador, ya que el transporte a través de un tubo permite la alimentación en la zona inferior de la fosa séptica. Esto produce un movimiento muy significativo en el sustrato de fermentación, lo que a su vez mejora la convección natural y minimiza la formación de capas de escoria. En combinación con el sustrato, que de todos modos es pulposo, significa que se necesita un uso menos frecuente de la unidad de agitación y que hay una mejor circulación de calor a través de todo el fermentador. Un productor bávaro de bioenergía pudo reducir sus tiempos de funcionamiento de la unidad agitadora en un 40 por ciento y el uso de sustrato en un ocho por ciento con el mismo rendimiento. En general, los expertos de NETZSCH cuentan con un requerimiento de agitación que es menos de la mitad de alto que un sistema de alimentación seca, lo que se refleja en costos de energía significativamente más bajos, y en un ahorro de biomasa de alrededor del 15 por ciento – dos factores vitales para la eficiencia de la planta de biogás.
Para mantener bajos los costes de mantenimiento, la bomba B.Max® tiene un diseño muy robusto y está específicamente adaptada a la aplicación, por ejemplo, mediante una tolva de alimentación recubierta o endurecida. Una selección adecuada de materiales para el rotor y el estator también garantiza una vida útil lo más larga posible. Además, la bomba tiene unas aberturas de inspección de gran tamaño, lo que significa que no es necesario desmontarla para ningún trabajo de limpieza o inspección, y puede equiparse con sistemas de protección contra el funcionamiento en seco y contra sobrepresión si es necesario. Esto permite transportar hasta 70 m³/h de sustrato a una presión de hasta 48 bar y puede regularse libremente a través de la velocidad. El diseño es para presiones tan altas, mientras que los medios normalmente sólo se transportan entre 1 y 3 bares, lo que aumenta aún más la vida útil.
Pre-maceración de materiales difíciles
Para una mayor seguridad de funcionamiento, especialmente cuando se trata de reciclar materiales básicos muy gruesos, es aconsejable conectar un triturador antes de la bomba. Esto permite eliminar impurezas tales como piedras y cortar los restos de plantas con fibras largas antes de que puedan causar daños o atascos. Los tiempos de parada, que no sólo empeoran el rendimiento, sino que también pueden hacer que el sustrato del fermentador se vuelque en casos extremos, pueden evitarse de forma fiable. NETZSCH desarrolló para ello el macerador de placas de corte M-Ovas®, que consta de un cabezal de cuchilla con cuchillas de metal duro y un borde de acero endurecido que puede utilizarse en ambos lados.
La unidad de corte rígido con mecanismo de corte autoajustable alcanza una alta eficiencia de corte, con capacidad para procesar hasta 300 m³ por hora con un contenido de materia seca de hasta el doce por ciento. En el proceso, un volante de inercia integrado reduce la potencia de accionamiento necesaria y, por lo tanto, ahorra energía. Al mismo tiempo, el diseño rígido permite una menor distancia entre el borde y la placa de corte, lo que reduce el desgaste. Para cualquier trabajo de limpieza o mantenimiento que pueda surgir, la amplia cubierta de la carcasa con la unidad de corte integrada se puede desmontar fácilmente con la ayuda de puntales de gas. Si se espera que haya medios muy poco homogéneos o cuyo tamaño o consistencia fluctúa mucho, también se puede instalar un macerador de dos ejes. De este modo, incluso se puede manipular madera o plástico con los ejes de los cuchillos girando en direcciones opuestas.
Robusta bomba de lóbulos rotativos para caudales elevados
Además de la preparación y alimentación del sustrato, NETZSCH también ofrece soluciones para otras aplicaciones involucradas en la producción de biogás. La bomba de lóbulos rotativos TORNADO® T.Envi® fue creada, por ejemplo, para tareas que implican altos volúmenes de transporte, como el vaciado de barriles de estiércol o la agitación de sustratos. Gracias a su gran cámara de transporte y a su amplio paso libre de bolas, es en gran medida inmune a las obstrucciones y puede transportar hasta 1.000 m³/h, dependiendo del modelo. En este caso, el diseño T2 ofrece la mejor relación espacio/rendimiento, ya que en este caso el motor se monta con brida por encima de la cámara de transporte y una transmisión sincronizada por correa transmite el par a los ejes. Esto significa que la bomba compacta cabe también en los espacios más estrechos. Además, esta versión de accionamiento se caracteriza por ser extremadamente robusta y de fácil mantenimiento: la correa no necesita lubricación, es resistente a los fallos de funcionamiento y puede sustituirse muy fácilmente en caso necesario.
En general, estos diferentes sistemas adaptados a la producción de biogás permiten una eficiencia de la planta muy alta, al mismo tiempo que garantizan bajos costes y poco esfuerzo. Para los agricultores, a los que se dirigen especialmente las actuales subvenciones a las pequeñas plantas, esto les ofrece una oportunidad real de utilizar sus residuos operativos de forma sensata y de producir a partir de ellos energía respetuosa con el medio ambiente. En particular, la alimentación con pulpa promete un rápido retorno de la inversión, de modo que los biorreactores a menor escala pueden volver a convertirse en una opción rentable para la agricultura alemana y, por lo tanto, apoyar el cambio a las energías renovables a largo plazo.
