Estimación del Potencial Eléctrico del Biogás Obtenido de Biomasa Residual Bovina y Porcina en ZNI de Colombia (2017)
Esta investigación presenta una visión integrada sobre el proceso completo de producción de biogás a partir de residuos pecuarios y su posterior conversión a electricidad. Además, busca de manera general estimar el potencial máximo del residuo (Pr), el teórico aprovechable (Pteo) y el técnico (eléctrico - Ptec) del biogás que es producido por la digestión anaerobia (DA) de biomasa residual bovina y porcina. El análisis está orientado principalmente a las zonas no interconectadas (ZNI) de Colombia, donde la disponibilidad de residuos y las necesidades de abastecimiento eléctrico hacen necesario buscar alternativas energéticas sostenibles. La producción de biogás es estimada usando el Anaerobic Digestion Model No 1 (ADM1). Mientras que los potenciales energéticos son calculados teniendo en cuenta los parámetros operacionales de las tecnologías involucradas en el proceso de conversión de biogás-electricidad. Estas tecnologías de conversión incluyen celdas de combustible (CC), turbinas de gas (TG) y motores de combustión interna (MCI), las cuales son analizadas a partir de una revisión de la literatura y la aplicación de diferentes modelos matemáticos. Todos los modelos son implementados e integrados en un entorno de simulación desarrollado en MATLAB/Simulink®, con el fin de facilitar y agilizar su uso. Adicionalmente, se formula una metodología que permite estimar el Pr, el Pteo y el Ptec, y al mismo tiempo, identificar las ZNI de Colombia donde los sistemas de generación de energía eléctrica a partir de biogás (SGEB) tienen mejores perspectivas para su implementación. Esta metodología también es capaz de determinar la cantidad de residuo necesario para abastecer una demanda eléctrica específica. Para presentar la funcionalidad de la metodología propuesta y los modelos implementados, se simularon dos posibles escenarios de aplicación en las ZNI, uno para la biomasa residual bovina y el otro para la biomasa residual porcina. El potencial máximo del biogás generado por la descomposición anaerobia del 100% de los residuos bovinos y porcinos de todas las ZNI es superior a los 32000 y 600 GJ/día, respectivamente. A su vez, el potencial teórico estimado, tomando en cuenta un factor de recuperación de la biomasa residual del 12,5%, está alrededor de 3800 GJ/día para el residuo bovino y 81 GJ/día para el residuo porcino. Entre tanto, para determinar el potencial eléctrico se consideraron eficiencias de conversión biogás-electricidad del 40, 30 y 50 % en módulos de conversión basados en MCI, TG y CC respectivamente. Para la tecnología con menor eficiencia (TG) el potencial técnico fue de 320,83 MWh/día para la industria bovina y 6,83 MWh/día para la industria porcina. Si se asume un consumo promedio por usuario de 5,06 kWh, los residuos bovinos de todas las ZNI podrían abastecer 63400 hogares y los residuos porcinos 1348 hogares.