Cogeneració a partir de residus

Cogeneració

La generació d’energia elèctrica es pot dur a terme mitjançant una gran varietat de processos.

En la majoria d’aquests processos trobem una dinamo o alternador que són moguts per un motor tèrmic o una turbina.

En qualsevol dels diferents tipus de centrals emprades per a energia elèctrica és necessari:

• Planta de tractament d’aigües (PTA): amb la qual netejar d’impureses l’aigua que s’ha d’utilitzar per transformar-la en vapor
• Planta de tractament d’efluents (PTE): que permeti tractar els efluents que s’obtenen després del procés de generar energia elèctrica.

En generar l’energia elèctrica no s’aprofita tot la calor del vapor. Aquesta energia tèrmica “sobrant” pot ser emesa a l’atmosfera, amb la qual cosa es perd i no s’aprofita tot el seu potencial, o pot ser reaprofitada.

Aquí és on entren en escena les diferents tècniques de cogeneració.

La cogeneració consisteix en la producció simultània, i aprofitament, de dos o més tipus d’energies diferents; normalment, energia elèctrica i energia tèrmica (calor).

A diferència del procés convencional de producció d’electricitat en centrals tèrmiques, en què es produeix una gran quantitat de calor que no s’aprofita i que es allibera al medi ambient, en els sistemes de cogeneració, implícitament, la planta de producció d’energia està a prop del lloc de consum de la mateixa.

La possibilitat d’utilitzar un residu com a matèria primera per a un procés de producció d’energia és molt atractiva tant des del punt de vista econòmic com des de l’ambiental. Econòmicament, perquè es transforma un residu (que porta associat un cost de gestió) en energia (que implica un ingrés econòmic). I ambientalment, perquè és una via per reduir la quantitat de residus generats.

Les tecnologies de cogeneració permeten assolir uns rendiments del 85%, si sumem el vapor amb què es genera electricitat i la calor residual que es reaprofita, cosa que afavoreix l’obtenció d’elevats índexs d’estalvi energètic sense alterar el procés productiu.

Les diferents tecnologies utilitzades en la PTA i en la PTE tenen necessitats tèrmics importants, que poden ser cobertes mitjançant les plantes de cogeneració.

La clau és aprofitar els gasos d’escapament i l’energia tèrmica procedents dels circuits de refrigeració dels motors, aprofitant-los per aportar l’energia calorífica necessària per a diferents equips com els evaporadors al buit, els cristalitzadors o les plantes d’osmosi inversa.

D’aquesta manera, s’aconsegueix millorar l’eficiència amb intercanviadors per escalfar el líquid abans d’entrar a l’evaporador, aprofitant la calor latent de condensació dels vapors.

Instal·lacions per allotjar cogeneració

Així doncs, les instal·lacions idònies per allotjar un procés de cogeneració hauran, d’una banda, de produir un residu que sigui combustible o pugui ser transformat en un combustible. I per l’altra banda, hauran de tenir demanda d’energia tèrmica i energia elèctrica. Aquests requisits es compleixen fàcilment en:

1. Plantes de Tractament d’Aigües Residuals per procés biològic (Urbanes i Industrials): Els fangs generats, a través d’un procés de digestió anaeròbia, són transformats en biogàs (diòxid de carboni i metà) i fangs estabilitzats, els quals tenen aplicació agrícola com a fertilitzants. El biogàs, depenent de la riquesa relativa en metà que posseeixi, té un major o menor poder calorífic, que en qualsevol cas pot ser utilitzat en un procés de cogeneració. A les plantes de tractament d’aigües residuals, l’energia tèrmica produïda en el procés de cogeneració es pot utilitzar per mantenir constant la temperatura del digestor anaerobi (a 36 º C) i per escalfar prèviament els fangs digerits abans del procés de deshidratació, i conseqüentment augmentar l’eficàcia d’aquesta operació.
2. Explotacions agrícoles i/o ramaderes (amb producció de residus biodegradables sotmesos a tractament de digestió anaeròbia): reduint la quantitat de residus i generant una considerable quantitat de biogàs. En aquest tipus d’explotacions, la calor que es desprèn en la cogeneració es pot utilitzar per mantenir a una temperatura confortable les naus on es troben els animals, per mantenir controlada la temperatura als hivernacles i per disminuir la sequedat del residu sòlid final preescalfant-lo prèviament a la deshidratació.
3. Abocadors de residus sòlids urbans (RSU): les condicions en què es troben els residus i la seva naturalesa orgànica produeixen un procés natural de biometanització en què es genera biogàs. Als abocadors de RSU, l’energia tèrmica excedent de la cogeneració pot ser de gran utilitat en el procés de tractament dels lixiviats generats, concretament, per reduir la humitat del residu final, fins i tot fins a assecar-lo, mitjançant un procés de concentració-evaporació.

Tecnologies de Cogeneració

Per transformar el biogàs en energia elèctrica i energia tèrmica existeixen dues tecnologies alternatives:

• Motors de Combustió
• Microturbines

Tinguent en compte les característiques principals d’ambdues tecnologies podem disposar d’un comparatiu general d’ambdues:

• Concentració mínima de Metà (CH4): Els motors de combustió només són vàlids quan la concentració de metà en el biogàs és superior al 40%. Les microturbines poden operar amb una riquesa de metà del 30% (35% en l’arrencada).
• Eficàcia Elèctrica i Tèrmica: Els motors de combustió tenen una eficàcia elèctrica del 35-40% i una eficàcia tèrmica del 35-40%, mentre que en les microturbines l’eficiència elèctrica és del 25-30% i la tèrmica del 55-60%. Considerant l’eficiència global (la suma de l’eficiència elèctrica i de l’eficiència tèrmica), les microturbines presenten millors resultats que els motors de combustió.
• Manteniment i rodaments: les microturbines només tenen una part mòbil i són lubricades per aire, mentre que els motors de combustió són molt més complexos a nivell mecànic i precisen d’oli per a la seva lubricació. Això fa que el manteniment necessari de les microturbines sigui molt baix mentre que els motors necessiten d’atenció constant.
• Emissions: els motors de combustió generen major quantitat tant de monòxid de carboni com d’òxids de nitrogen.

En el cas dels motors, la calor excedent s’obté de dues fonts diferents: del circuit de refrigeració i dels gasos de combustió, mentre que, en el cas de les microturbines, l’energia tèrmica s’obté d’una única corrent, aprofitant l’alta temperatura dels gasos de combustió.

Tant en el cas dels motors de combustió com en el de les microturbines, el biogàs ha de ser netejat abans d’entrar en contacte amb aquests equips. En ambdós casos s’han d’eliminar del biogàs els siloxans, els quals s’adsorbeixen en un filtre de carbó actiu. En el cas dels motors de combustió, a més, també s’ha d’eliminar del biogàs el sulfurs d’hidrogen (H2S), el qual és un àcid molt corrosiu.

Conclusions

Així doncs, mitjançant un procés de cogeneració es pot reduir la quantitat de residu generat alhora que es produeix energia elèctrica, que es pot autoconsumir o vendre a través de la xarxa general, i energia tèrmica, que es pot utilitzar tant dins del propi procés, com per reduir la humitat del residu final mitjançant tècniques d’evaporació-concentració.

Tant per la reducció de la quantitat de residu com per la producció d’energia, el procés de cogeneració és completament viable econòmicament i el període de retorn de la inversió sol ser relativament curt.