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DIGESTER 2.0: Optimización del proceso de digestión anaerobia en la generación de biogás
Nombre organización: Norvento

Nombre que sea.

Otras organizaciones participantes

EnergyLab.

Universidad de Miño.

CESGA.

Fuente de financiación:

Comisión Europea Horizonte 2020.

Tipo de problema / sector: Energía.

Aplicación: Simulación.

Empresa:

NORVENTO es una empresa enfocada a la promoción y desarrollo de instalaciones de producción energética basadas en energías renovables (eólica, solar y biomasa), así como a la fabricación de turbinas eólicas. NORVENTO ha tenido presencia en el sector del biogás desde 2010 y actualmente posee y gestiona dos plantas de biogás en Galicia (España). ENERGYLAB es un centro de tecnología español privado sin ánimo de lucro especializado en eficiencia energética y sostenibilidad, incluyendo la investigación en temas relacionados con el biogás. La Universidad de Miño participó en el desarrollo del modelo computacional y la simulación. CESGA es el centro de computación, sistemas de comunicación de altas prestaciones y servicios avanzados para Galicia.

Reto:

La digestión anaerobia es el proceso por el cual microorganismos degradan materia orgánica en ausencia de oxígeno, produciendo biogás rico en metano que puede ser utilizado en la generación de energía. Industrialmente este proceso tiene lugar en grandes tanques denominados digestores anaeróbicos. La motivación principal de este experimento es demostrar que es posible lograr un balance energético óptimo entre consumo y producción de energía en digestores anaeróbicos a pequeña escala. La aplicación de modelos computacionales para simular digestores y para ayudar en el diseño y optimización del balance energético es un posible recurso para el desarrollo de digestores avanzados.

Solución:

Antes de este experimento no había un modelo integrado para el diseño de digestores anaeróbicos que considerase el flujo y los aspectos biológicos y que fuese capaz de aprovechar sistemas de computación de altas prestaciones (HPC). En el marco del experimento Digester 2.0 se desarrolló una nueva solución de código abierto que sí permite la simulación de flujo (dinámica de flujo) y de aspectos biológicos de un digestor anaeróbico. Debido a la escala del proceso (digestor anaeróbico de 300 m³ y partículas de en torno a 0,01 cm³), la solución numérica de este doble problema es muy compleja. Se necesitan highly refined meshes, lo que resulta en grandes tiempos de computación. En consecuencia, la solución requiere capacidades HPC para lograr resultados un tiempo razonable.

Beneficio:

Las herramientas de diseño y optimización desarrolladas permiten a NORVENTO reducir el volumen y coste de los digestores anaeróbicos industriales, aumentando en número y calidad del biogás producido y reduciendo el consumo energético (necesario para los procesos de mezclado y calefacción). Como resultado, las centrales eléctricas basadas en energías renovables de NORVENTO pueden aumentar su producción eléctrica y térmica.
Para NORVENTO, una reducción del coste en la inversión y mantenimiento, como un resultado directo de digestores de tamaño reducido, mejorará y respaldará un negocio rentable y sostenible, además de permitir nuevas líneas de negocio, como la implementación de digestores in situ en explotaciones ganaderas.
ENERGYLAB obtuvo un valioso conocimiento de en dinámica de fluidos, HPC y modelos de simulación. Potencialmente, podrán ofrecer nuevos servicios enfocados hacia la eficiencia energética y basados en las herramientas de simulación HPC desarrolladas.
La Universidad de Miño desarrolló el simulation solver en OpenFOAM y adquirió conocimientos valiosos en un área completamente nueva para ellos: la simulación de procesos relacionados con reacciones químicas. El conocimiento obtenido y las herramientas desarrolladas podrían ser relevantes para otras aplicaciones industriales, como por ejemplo en el campo del procesamiento de polímeros, en el que la Universidad de Miño ya cuenta con gran experiencia.
Beneficios:
1. Un 5% de aumento en la producción térmica y eléctrica para las plantas productoras de biogás de NORVENTO.
2. Digestores más eficientes que contribuirán a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.
3. Nuevos servicios estratégicos en el catálogo de servicios de ENERGYLAB, y un crecimiento esperado en ventas totales del 30%. El crecimiento en la facturación del centro sin ánimo de lucro ENERGYLAB resultará en la contratación de más personal.

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