Diseño y construcción de dos digestores anaeróbicos en el altiplano andino peruano

Durante el periodo noviembre 2005 - abril 2006 se desarrolló una investigación para adaptar la tecnología de la digestión anaeróbica a las condiciones de la zona alta de la sierra peruana. La expectativa es de aprovechar de manera eficiente los residuos producidos por la actividad pecuaria, que representa la principal actividad económica de la zona. El uso actual de los excrementos animales es como combustible doméstico (bosta) para la cocción de alimentos. Esta práctica presenta consecuencias que pueden considerarse negativas: el esfuerzo y el tiempo necesarios a la recolección y preparación del combustible; el ambiente insalubre que se crea en los hogares al quemar la biomasa de manera ineficiente en estufas rudimentales; el progresivo empobrecimiento del suelo a causa de la continua remoción de nutrientes y materia orgánica. La conversión anaeróbica de los excrementos animales representa la posibilidad de producir energía limpia (biogás) y recircular los nutrientes (biol) al mismo tiempo, con ahorro de trabajo por parte de los usuarios. Algunas características dificultan la transferencia tecnológica. La temperatura media anual de la zona (8º-10º C) impide de hecho la producción de biogás en un digestor no calentado. La economía de subsistencia de la mayoría de los pobladores limita el coste inicial del digestor. La solución propuesta en este trabajo consiste en la construcción de un digestor tubular de polietileno (PTD) calentado mediante invernadero. El PTD es el digestor rural con el menor coste de instalación, el invernadero permite aprovechar la elevada radiación solar de la zona. Se realizaron dos digestores de tamaño familiar y se observó su funcionamiento durante dos meses. La producción de gas (0.18 m3 biogás/m3 digestor/día) es comparable con experiencias análogas en otras partes del mundo. Con este valor de productividad la instalación podría ser económicamente beneficiosa en el caso el biogás sustituya al GPL como combustible doméstico (payback 2 años y 8 meses). En los casos de sustitución de la bosta el análisis económico no sirve, y la eventual difusión sería guiada por las elecciones de la comunidad. El diseño presenta pero posibilidades de mejoramiento que deben ser investigadas: durada de los materiales, mejor eficiencia del invernadero, optimización de los parámetros de digestión, eficiencia del quemador. También hay que investigar usos alternativos del biol (crianza peces y algas) y aumentar la integración del sistema agrícola. Este documento quiere servir como base para este ulterior desarrollo, y entonces se presentan también algunas informaciones generales sobre los argumentos precedentes. Durante la investigación se preparó un manual para la instalación del PTD que se presenta en los anexos

Diseño y construcción de dos digestores anaeróbicos en el altiplano andino peruano

Durante el periodo noviembre 2005 - abril 2006 se desarrolló una investigación para adaptar la tecnología de la digestión anaeróbica a las condiciones de la zona alta de la sierra peruana. La expectativa es de aprovechar de manera eficiente los residuos producidos por la actividad pecuaria, que representa la principal actividad económica de la zona. El uso actual de los excrementos animales es como combustible doméstico (bosta) para la cocción de alimentos. Esta práctica presenta consecuencias que pueden considerarse negativas: el esfuerzo y el tiempo necesarios a la recolección y preparación del combustible; el ambiente insalubre que se crea en los hogares al quemar la biomasa de manera ineficiente en estufas rudimentales; el progresivo empobrecimiento del suelo a causa de la continua remoción de nutrientes y materia orgánica. La conversión anaeróbica de los excrementos animales representa la posibilidad de producir energía limpia (biogás) y recircular los nutrientes (biol) al mismo tiempo, con ahorro de trabajo por parte de los usuarios. Algunas características dificultan la transferencia tecnológica. La temperatura media anual de la zona (8º-10º C) impide de hecho la producción de biogás en un digestor no calentado. La economía de subsistencia de la mayoría de los pobladores limita el coste inicial del digestor. La solución propuesta en este trabajo consiste en la construcción de un digestor tubular de polietileno (PTD) calentado mediante invernadero. El PTD es el digestor rural con el menor coste de instalación, el invernadero permite aprovechar la elevada radiación solar de la zona. Se realizaron dos digestores de tamaño familiar y se observó su funcionamiento durante dos meses. La producción de gas (0.18 m3 biogás/m3 digestor/día) es comparable con experiencias análogas en otras partes del mundo. Con este valor de productividad la instalación podría ser económicamente beneficiosa en el caso el biogás sustituya al GPL como combustible doméstico (payback 2 años y 8 meses). En los casos de sustitución de la bosta el análisis económico no sirve, y la eventual difusión sería guiada por las elecciones de la comunidad. El diseño presenta pero posibilidades de mejoramiento que deben ser investigadas: durada de los materiales, mejor eficiencia del invernadero, optimización de los parámetros de digestión, eficiencia del quemador. También hay que investigar usos alternativos del biol (crianza peces y algas) y aumentar la integración del sistema agrícola. Este documento quiere servir como base para este ulterior desarrollo, y entonces se presentan también algunas informaciones generales sobre los argumentos precedentes. Durante la investigación se preparó un manual para la instalación del PTD que se presenta en los anexos

Modification and experimental calibration of ADM1 for modelling the anaerobic digestion of solid wastes in demand driven applications

This thesis is an exploration into the modelling of anaerobic digestion (AD) with a focus on its integration into a microgrid for rural electrification. The work investigated the improvement of Anaerobic Digestion Model No 1 (ADM1) in order to better describe the kinetics of biogas production in an AD system with particular focus on substrate characterisation, codigestion and the mechanisms of inhibition. The resulting model was used to investigate the possible role of AD in microgrid systems. A novel biochemical and kinetic fractionation method was developed in order to fully characterise any substrate and produce the required input parameters into the a modified version of ADM1. The method uses a combination of analytical and digestion batch tests and was applied to food waste, green waste, pig manure and oat processing residues. The fractionation method was validated using measurements from semi-continuous laboratory scale digesters, operated with varying substrate combinations and loading rates. The model was able to suitably predict the methane production rate and the typical off-line measurements in AD systems, except during periods of high organic loading rate where biochemical inhibition became an important phenomenon. Possible inhibiting mechanisms were investigated by model based analysis of the experimental data characterised by inhibition, and a possible inhibition mechanism was proposed and integrated in the ADM1 model. Microgrid modelling software HOMER was used alongside the updated version of ADM1 in order to perform a benchmark of various operational and control strategies for the demand-driven operation of an AD system integrated in a microgrid. Different biogas demand profiles were considered. In the case of a biogas demand profile with low variability it was found that simple operational strategies could be used, with limited required biogas storage buffer and without causing process instabilities. With more variable demand profiles, an expert control system was needed in order to reduce the biogas storage requirements and guarantee process stability

Producción de biogás a partir de residuos organicos en biodigestores de bajo coste

PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE RESIDUOS ORGANICOS EN BIODIGESTORES DE BAJO COSTE Ivet Ferrer*, Enrica Uggetti**, Davide Poggio***, Enric Velo**** Grup de Recerca en Cooperació i Desenvolupament Humà C. Jordi Girona, 31 08034 - Barcelona, Spain Phone: +34 93 401 64 63 Pàgina web: http://www.upc.edu/grecdh [email protected] *, [email protected]**, [email protected]***, [email protected]**** Palabras clave: Digestión anaerobia; Biodigestor; Biogás; Energía; Fertilizante. RESUMEN La digestión anaerobia, o biodigestión, es una tecnología ampliamente difundida a escala familiar en países como China, India o Nepal. En estos sistemas los residuos orgánicos son convertidos en productos aprovechables como el biogás y el biol. En los proyectos piloto que se presentan, ubicados en Perú, hasta la fecha se han implementado alrededor de 20 biodigestores familiares, en comunidades rurales de la zona de Cusco y de Cajamarca. La mayoría se encuentran a 3000-4000 m.s.n.m, y la temperatura dentro del biodigestor oscila entre 10-23 ºC gracias a la implementación de invernaderos que permiten amortiguar las oscilaciones térmicas día-noche. Los biodigestores producen aproximadamente 0.2 m 3 biogas m -3 biodigestor día -1 , dentro del rango psicrofílico, que con biodigestores de 5 m 3 es suficiente para cocinar 3-4 h diarias, sustituyendo los combustibles tradicionales. El coste de construcción de los biodigestores (40 €/ m 3 ) seria asumible, al menos parcialmente, por familias campesinas. A nivel financiero, la instalación es más viable cuando el biogás sustituye un combustible con valor de mercado como el gas propano, resultando en un payback de 2 años y 8 meses; o bien cuando permite elaborar productos con valor añadido (quesos, yogures, mermeladas, etc.). Por otro lado, la eficacia del sistema también podría aumentar mediante la integración del biodigestor en la granja, conectándolo con la letrina y usando el biol como fertilizante para los cultivos. Estas aproximaciones son objeto de trabajos futuros. INTRODUCCIÓN Biodigestores familiares de bajo coste La digestión anaerobia, o biodigestión, es una tecnología que permite mejorar el aprovechamiento energético tradicional de la biomasa, tanto desde el punto de vista medioambiental, como social y económico [1]. Al mismo tiempo, permite una gestiónPostprint (published version

A techno-economic assessment of implementing power-to-gas systems based on biomethanation in an operating waste water treatment plant

The aim of the present study is to assess the techno-economic viability of integrating biomethanation into power to gas systems in a real waste water treatment plant (WWTP). The research is the first attempt to assess the viability of several scenarios based on the biomethanation technology that include both in- and ex-situ biomethanation as well as utilisation of on-site renewable electricity and grid electricity in a transient mode.Five scenarios were designed and evaluated and the calculated LCOE lies between 127.8 and 159.8 £/MWh. The consideration of existing policy mechanisms and revenues from by-products reduces the LCOEs to 31.4–68.1 £/MWh. The execution of a sensitivity analysis exposed that the electricity price and the electrolyser cost are the main cost contributors in all the scenarios. Future techno-economic advances along with imposing appropriate policy incentives can create the proper framework for two scenarios to generate profits. The study concludes that current and future power to gas application should focus on utilising on-site generated electricity

Biomethane production using an integrated anaerobic digestion, gasification and CO2 biomethanation process in a real waste water treatment plant: A techno-economic assessment

The biomethanation of CO2 from anaerobic digestion within the power to gas concept has recently emerged as a promising technology to upgrade biogas, to decarbonise the domestic and industrial heat sector, provide long term energy storage and deliver grid balancing services. In addition, the utilisation of the digestate, through a process such as gasification, offers a circular economy approach and has the potential to enhance the deployment of power to gas systems. To this direction, the study focuses on exploring the techno-economic feasibility of coupling biomethanation with digestate gasification for the wastewater industry. The study constitutes the first endeavour to assess the viability of such an integrated energy system. Four different scenarios have been designed and assessed. The energy efficiency of the concepts lies between 26.5% and 35.5% while the minimum selling price (MSP) of biomethane is in the range of 135–183 £/MWh. The implementation of appropriate policy mechanisms and the inclusion of by-products revenues reduces the MSPs by approximately 32%–42%. The conduction of a typical sensitivity analysis has identified the electricity price as the prime cost driver and this is followed by the cost of the electrolyser or the gasification plant depending on the scenario. Finally, a 2030 analysis, that incorporates projected techno-economic advances, has been carried out and revealed that under certain circumstances profits can be generated

Remineralizing effect of a zinc-hydroxyapatite toothpaste on enamel erosion caused by soft drinks : ultrastructural analysis

The aim of the present in vitro study was to evaluate the protective effects of a zinc-hydroxyapatite toothpaste on repairing enamel erosion produced by a soft drink (Coca-Cola) compared to toothpastes with and without fluoride using Scanning Electron Microscopy (SEM). Fifty specimens were assigned to 5 groups of 10 specimens each. (Group 1: no erosive challenge, no toothpaste treatment, group 2: erosive challenge, no toothpaste treatment, 3: erosive challenge, toothpaste without fluoride, group 4: erosive challenge, fluoride toothpaste treatment, group 5: erosive challenge, zinc-hydroxyapatite toothpaste treatment). Repeated erosive challenges were provided by immersing bovine enamel specimens (10 per group) in a soft drink for 2 min (6mL, room temperature) at 0, 8, 24 and 32 h. After each erosive challenge, the toothpastes were applied neat onto the surface of specimens for 3 min without brushing and removed with distilled water. Between treatments the specimens were kept in artificial saliva. The surface of each specimen was imaged by SEM. Statistically significant differences were found between the samples used as control and those immersed in Coca-Cola (group 1 and 2): indeed among all groups the highest grade of damage was found in group 2. Instead the lowest grade was recorded in the samples of group 5 (Zinc hydroxyapatite toothpaste). The results of this study confirmed the potential benefit the Zn-HAP technology could provide in protecting enamel from erosive acid challenges. The treatment of erosively challenged enamel with Zn-Hap toothpaste showed a clear protective effect

Resin infiltrant for non-cavitated caries lesions: evaluation of color stability

The objective of this in vitro study was to evaluate the over time color stability of one resin infiltrant (Icon) upon exposure to staining solutions (coffee and wine) compared with one nano-hybrid sealant (Grandio Seal), one transparent fissure sealant with fluoride (Control Seal) and one nanofilled composite (Filtek Supreme XTE). All materials were polymerized according to manufacturers’ instructions into silicon rings (height 1 mm; internal diameter 6 mm; external diameter 8 mm) to obtain specimens identical in size. The specimens were immersed in staining solutions at room temperature over a 28-day test period. The control samples have not been subjected to the staining process. A colorimetric evaluation according to the CIE L*a*b* system was performed by a blind trained operator at 7, 14, 21, 28 days of the staining process. Shapiro Wilk test and Kruskal Wallis ANOVA were applied to assess significant differences among different materials. Means were compared with Scheffe’s multiple-comparison test at the 0.05 level of significance. In the case of all materials, immersion in solutions resulted in clinically perceivable color changes after 1 week (∆E 0.05). Color coordinate CIE b* varied similarly for all materials tested (P > 0.05). Immersion in coffee or red wine resulted in clinically perceivable color changes for all materials tested. Icon showed the highest color variations both after 1 week and 1 month. Icon can fix the initial esthetic problem associated with white spot lesions, but the resin may become more discolored than other materials over time

Resonant driving of a single photon emitter embedded in a mechanical oscillator

Coupling a microscopic mechanical resonator to a nanoscale quantum system enables control of the mechanical resonator via the quantum system and vice-versa. The coupling is usually achieved through functionalization of the mechanical resonator, but this results in additional mass and dissipation channels. An alternative is an intrinsic coupling based on strain. Here we employ a monolithic semiconductor system: the nanoscale quantum system is a semiconductor quantum dot (QD) located inside a nanowire. We demonstrate the resonant optical driving of the QD transition in such a structure. The noise spectrum of the resonance fluorescence signal, recorded in the single-photon counting regime, reveals a coupling to mechanical modes of different types. We measure a sensitivity to displacement of 65 fm/root Hz limited by charge noise in the device. Finally, we use thermal excitation of the different modes to determine the location of the QD within the trumpet, and calculate the contribution of the Brownian motion to the dephasing of the emitter