Cogeneración a partir de residuos

Cogeneración

La generación de energía eléctrica se puede llevar a cabo mediante una gran variedad de procesos.

En la mayoría de estos procesos encontramos una dinamo o alternador que son movidos por un motor térmico o una turbina.

En cualquiera de los distintos tipos de centrales empleadas para energía eléctrica es necesario:

• Planta de tratamiento de aguas (PTA): con la que limpiar de impurezas el agua que se ha de utilizar para transformarla en vapor
• Planta de tratamiento de efluentes (PTE): que permita tratar los efluentes que se obtienen tras el proceso de generar energía eléctrica.

Al generar la energía eléctrica no se aprovecha todo el calor del vapor. Esta energía térmica “sobrante” puede ser emitida a la atmósfera, con lo que se pierde y no se aprovecha todo su potencial, o puede ser reaprovechada.

Aquí es donde entran en escena las diferentes técnicas de cogeneración.

La cogeneración consiste en la producción simultánea, y aprovechamiento, de dos o más tipos de energías diferentes; normalmente, energía eléctrica y energía térmica (calor).

A diferencia del proceso convencional de producción de electricidad en centrales térmicas, en el que se produce una gran cantidad de calor que no se aprovecha y que se libera al medio ambiente, en los sistemas de cogeneración, implícitamente, la planta de producción de energía está cerca del lugar de consumo de la misma.

La posibilidad de utilizar un residuo como materia prima para un proceso de producción de energía es muy atractiva tanto desde el punto de vista económico como desde el ambiental. Económicamente, porque se transforma un residuo (que lleva asociado un coste de gestión) en energía (que implica un ingreso económico). Y ambientalmente, porque es una vía de reducir la cantidad de residuos generados.

Las tecnologías de cogeneración permiten alcanzar unos rendimientos del 85%, si sumamos el vapor con el que se genera electricidad y el calor residual que se reaprovecha, lo que favorece a la obtención de elevados índices de ahorro energéticos sin alterar el proceso productivo.

Las diferentes tecnologías utilizadas en la PTA y en la PTE tienen necesidades térmicas importantes, que pueden ser cubiertas mediante las plantas de cogeneración.

La clave es aprovechar los gases de escape y la energía térmica procedentes de los circuitos de refrigeración de los motores, aprovechándolos para aportar la energía calorífica necesaria para diferentes equipos como los evaporadores al vacío, los cristalizadores o las plantas de ósmosis inversa.

De esta forma, se consigue mejorar la eficiencia con intercambiadores para calentar el líquido antes de entrar al evaporador, aprovechando el calor latente de condensación de los vapores.

Instalaciones para albergar cogeneración

Así pues, las instalaciones idóneas para albergar un proceso de cogeneración deberán, por un lado, producir un residuo que sea combustible o pueda ser transformado en un combustible. Y por el otro lado, deberán tener demanda de energía térmica y energía eléctrica. Estos requisitos se cumplen fácilmente en:

1. Plantas Tratamiento de Aguas Residuales por proceso biológico (Urbanas e Industriales): Los lodos generados, a través de un proceso de digestión anaerobia, son transformados en biogás (dióxido de carbono y metano) y lodos estabilizados, los cuales tienen aplicación agrícola como fertilizantes. El biogás, dependiendo de la riqueza relativa en metano que posea, tiene un mayor o menor poder calorífico, que en cualquier caso puede ser utilizado en un proceso de cogeneración.En las plantas de tratamiento de aguas residuales, la energía térmica producida en el proceso de cogeneración se puede utilizar para mantener constante la temperatura del digestor anaerobio (a 36 º C) y para calentar previamente los lodos digeridos antes del proceso de deshidratación, y consecuentemente aumentar la eficacia de esta operación.
2. Explotaciones agrícolas y/o ganaderas (con producción de residuos biodegradables sometidos a tratamiento de digestión anaerobia): reduciendo la cantidad de residuos y generando una considerable cantidad de biogás.En este tipo de explotaciones, el calor que se desprende en la cogeneración se puede utilizar para mantener a una temperatura confortable las naves en las que se encuentran los animales, para mantener controlada la temperatura en los invernaderos y para disminuir la sequedad del residuo sólido final precalentándolo previamente a la deshidratación.
3. Vertederos de residuos sólidos urbanos (RSU): las condiciones en las que se encuentran los residuos y su naturaleza orgánica producen un proceso natural de biometanización en el que se genera biogás.En los vertederos de RSU, la energía térmica excedente de la cogeneración puede ser de gran utilidad en el proceso de tratamiento de los lixiviados generados, concretamente, para reducir la humedad del residuo final, incluso hasta llegar a secarlo, mediante un proceso de concentración-evaporación.

Tecnologías de Cogeneración

Para transformar el biogás en energía eléctrica y energía térmica existen dos tecnologías alternativas:

• Motores de Combustión
• Microturbinas

Teniendo en cuenta las características principales de ambas tecnologías podemos disponer de un comparativo general de ambas:

• Concentración mínima de Metano (CH4): Los motores de combustión sólo son válidos cuando la concentración de metano en el biogás es superior al 40%. Las microturbinas pueden operar con una riqueza de metano del 30% (35% en el arranque).
• Eficacia Eléctrica y Térmica: Los motores de combustión tienen una eficacia eléctrica del 35-40% y una eficacia térmica del 35-40%, mientras que en las microturbinas la eficiencia eléctrica es del 25-30% y la térmica del 55-60%. Considerando la eficiencia global (la suma de la eficiencia eléctrica y de la eficiencia térmica), las microturbinas presentan mejores resultados que los motores de combustión.
• Mantenimiento y rodamientos: las microturbinas sólo tienen una parte móvil y son lubricadas por aire, mientras que los motores de combustión son mucho más complejos a nivel mecánico y precisan de aceite para su lubricación. Esto hace que el mantenimiento necesario de las microturbinas sea muy bajo mientras que los motores necesitan de atención constante.
• Emisiones: los motores de combustión generan mayor cantidad tanto de monóxido de carbono como de óxidos de nitrógeno.

En el caso de los motores, el calor excedente se obtiene de dos fuentes diferentes: del circuito de refrigeración y de los gases de combustión, mientras que, en el caso de las microturbinas, la energía térmica se obtiene de una única corriente, aprovechando la alta temperatura de los gases de combustión.

Tanto en el caso de los motores de combustión como en el de las microturbinas, el biogás debe ser limpiado antes de entrar en contacto con estos equipos. En ambos casos se deben eliminar del biogás los siloxanos, los cuales se adsorben en un filtro de carbón activo. En el caso de los motores de combustión, además, también se debe eliminar del biogás el sulfuro de hidrógeno (H2S), el cual es un ácido muy corrosivo.

Conclusiones

Así pues, mediante un proceso de cogeneración se puede reducir la cantidad de residuo generado a la vez que se produce energía eléctrica, que se puede autoconsumir o vender a través de la red general, y energía térmica, que se puede utilizar tanto dentro del propio proceso, como para reducir la humedad del residuo final mediante técnicas de evaporación-concentración.

Tanto por la reducción de la cantidad de residuo como por la producción de energía, el proceso de cogeneración es completamente viable económicamente y el período de retorno de la inversión suele ser relativamente corto.