Estimación del Potencial Eléctrico del Biogás Obtenido de Biomasa Residual Bovina y Porcina en ZNI de Colombia

Esta investigacion presenta una vision integrada sobre el proceso completo de produccion de biogas a partir de residuos pecuarios y su posterior conversion a electricidad. Ademas, busca de manera general estimar el potencial maximo del residuo (Pr), el teorico aprovechable (Pteo) y el tecnico (electrico - Ptec) del biogas que es producido por la digestion anaerobia (DA) de biomasa residual bovina y porcina. El analisis esta orientado principalmente a las zonas no interconectadas (ZNI) de Colombia, donde la disponibilidad de residuos y las necesidades de abastecimiento electrico hacen necesario buscar alternativas energeticas sostenibles. La produccion de biogas es estimada usando el Anaerobic Digestion Model No 1 (ADM1). Mientras que los potenciales energeticos son calculados teniendo en cuenta los parametros operacionales de las tecnologias involucradas en el proceso de conversion de biogas-electricidad. Estas tecnologias de conversion incluyen celdas de combustible (CC), turbinas de gas (TG) y motores de combustion interna (MCI), las cuales son analizadas a partir de una revision de la literatura y la aplicacion de diferentes modelos matematicos. Todos los modelos son implementados e integrados en un entorno de simulacion desarrollado en MATLAB/Simulink®, con el fin de facilitar y agilizar su uso. Adicionalmente, se formula una metodologia que permite estimar el Pr, el Pteo y el Ptec, y al mismo tiempo, identificar las ZNI de Colombia donde los sistemas de generacion de energia electrica a partir de biogas (SGEB) tienen mejores perspectivas para su implementacion. Esta metodologia tambien es capaz de determinar la cantidad de residuo necesario para abastecer una demanda electrica especifica. Para presentar la funcionalidad de la metodologia propuesta y los modelos implementados, se simularon dos posibles escenarios de aplicacion en las ZNI, uno para la biomasa residual bovina y el otro para la biomasa residual porcina. El potencial maximo del biogas generado por la descomposicion anaerobia del 100% de los residuos bovinos y porcinos de todas las ZNI es superior a los 32000 y 600 GJ/dia, respectivamente. A su vez, el potencial teorico estimado, tomando en cuenta un factor de recuperacion de la biomasa residual del 12,5%, esta alrededor de 3800 GJ/dia para el residuo bovino y 81 GJ/dia para el residuo porcino. Entre tanto, para determinar el potencial electrico se consideraron eficiencias de conversion biogas-electricidad del 40, 30 y 50 % en modulos de conversion basados en MCI, TG y CC respectivamente. Para la tecnologia con menor eficiencia (TG) el potencial tecnico fue de 320,83 MWh/dia para la industria bovina y 6,83 MWh/dia para la industria porcina. Si se asume un consumo promedio por usuario de 5,06 kWh, los residuos bovinos de todas las ZNI podrian abastecer 63400 hogares y los residuos porcinos 1348 hogares.