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BIOGÁS |
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Es una fuente de energía renovable, cuyo fundamento
es el gas producto de la descomposición anaeróbica de materia orgánica. El biogás
es una mezcla de gases originada por la descomposición microbiana de sustancias
orgánicas en ausencia de aire. El biogás se genera en forma espontánea a partir
de la fermentación anaeróbica de la materia orgánica, constituye un proceso
vital dentro del ciclo de la materia orgánica en la naturaleza.
El gas que se obtiene es el metano o gas de los
pantanos y sirve como fuente térmica y para generar electricidad. Los microbios
que producen el gas metano no soportan ni el oxigeno ni la luz.
En resumen, es el resultado de la descomposición de
la materia orgánica reduciéndola fundamentalmente a Metano y Dióxido de Carbono
a través de un complejo sistema microbiológico.
Está compuesto por un 50% - 70% de metano, CH4
y un 30%-50% de dióxido de carbono, CO2,
conteniendo pequeñas cantidades de nitrógeno, N2, sulfuro de
hidrógeno, H2S, vapor de agua, amoníaco, NH3, hidrógeno,
H2, pudiendo existir otros compuestos azufrados como mercaptanos y
silanos, sulfuro de carbonilo, disulfuro de carbono. En casos puntuales hemos
detectado la presencia de trazas de compuestos orgánicos, hidrocarburos
superiores al metano como, propano, butanos, esto es muy variable y dependerá
de múltiples factores.
|
Gas |
porcentaje |
|
Metano |
50
– 70 |
|
Anhídrido
carbónico |
30
– 50 |
|
Nitrógeno |
0.5
– 3 |
|
Acido
sulfhídrico |
0.1
– 2 |
|
Vapor de agua |
saturado |
Es un poco más liviano que el aire, posee una
temperatura de inflamación de
El biogás puede ser utilizado como cualquier otro
combustible, tanto para la cocción de alimentos, en sustitución de la leña, el
queroseno, el gas licuado, etc., como para el alumbrado, mediante lámparas
adaptadas al biogás. Mezclas de biogás con aire, en una relación
Con un contenido de metano mucho menor de 50 %, el
biogás deja de ser inflamable.
A partir de la composición química mencionada nos
encontremos con biogás cuyo Poder Calorífico Superior (PCS) en promedio es de
4.600 Kcal./m3 lo que permite generar entre 1,3-1,6 Kwh., lo cual equivale a
medio litro de petróleo, aproximadamente. El contenido de energía de
Las primeras menciones sobre biogás se remontan al
año 1.600, identificado por varios científicos como un gas proveniente de la
descomposición de la materia orgánica, siendo chinos e hindú los precursores de
los digestores hoy conocidos como biodigestores, que son los distintos sistemas
diseñados para la producción de biogás.
En el año 1890 se construye el primer biodigestor a
escala real en
Tras las guerras mundiales comienza a difundirse en
Europa las llamadas fábricas productoras de biogás cuyo producto se empleaba en
tractores y automóviles de la época.
En todo el mundo se difunden los denominados
tanques Imhoff para el tratamiento de aguas cloacales colectivas. El gas
producido se lo utilizó para el funcionamiento de las propias plantas, en
vehículos municipales y en algunas ciudades se utilizó en la red de gas
comunal.
Esta difusión se ve interrumpida por el fácil
acceso a los combustibles fósiles y en la crisis energética de la década del 70
se reinicia con gran ímpetu la investigación y extensión en todo el mundo
incluyendo la mayoría de los países latinoamericanos.
Las últimos 25 años han sido muy importantes en
cuanto a descubrimientos sobre el funcionamiento del proceso microbiológico y
bioquímico gracias al nuevo equipamiento de laboratorio que permitió el estudio
de los microorganismos intervinientes en condiciones anaeróbicas (ausencia de
oxígeno).
Estos progresos en la comprensión del proceso
microbiológico han estado acompañados por importantes logros de la
investigación aplicada obteniéndose grandes avances en el campo tecnológico.
APLICACIONES
DEL BIOGÁS
El gas tal cual sale del digestor debe ser acondicionado
a fin de asegurar un permanente y buen funcionamiento de los equipos que se
alimentan de él.
A pesar de que alguno de estos acondicionamientos
no son necesarios en todos los casos, otros como el drenaje del agua de
condensación debería realizarse siempre.
En principio el biogás puede ser utilizado en
cualquier tipo de equipo comercial para uso de gas natural, por ejemplo en
aplicaciones como: cogeneración, quemadores, estufas, infrarrojos, iluminación,
motores, generación de electricidad, calor, potencia mecánica…
El biogás puede ser utilizado en motores de
combustión interna. El gas obtenido por fermentación tiene un octanaje que
oscila entre 100 y 110 lo cual lo hace muy adecuado para su uso en motores de
alta relación volumétrica de compresión, por otro lado una desventaja es su
baja velocidad de encendido.
APROVECHAMIENTO
DE LOS EFLUENTES
Existen amplias evidencias del incremento en la
producción de distintas especies provocada por la aplicación de efluentes al
suelo, no obstante esto dependerá de sistemas biológicos muy complejos como
son: el material orgánico de carga, el digestor, el suelo y finalmente el
cultivo.
Debido a su acelerada descomposición el efluente
brinda rápidamente nutrientes disponibles. Los ácidos húmicos presentes en este
material contribuyen a mejorar la estructura del suelo y su porosidad
aumentando al mismo tiempo la capacidad de intercambio. La cantidad de humus
estable duplica generalmente al que se consigue mediante la utilización de
estiércoles incrementando al mismo tiempo en forma significativa la actividad
biológica del suelo.
El elevado contenido de nitrógeno en forma de
amonio (NH4+) presente en los efluentes ayuda a evitar la
pérdida por lavado y lixiviación del nitrógeno del suelo al igual que las
pérdidas por volatilización producidas por los procesos de desnitrificación
biológica.
El efluente de los digestores tiene otras
aplicaciones entre las cuales merecen mencionarse: la alimentación de animales
en raciones balanceadas, como sustrato para el crecimiento de algas y peces en
estanque cerrados.
Tratamiento de
líquidos cloacales:
El tratamiento realizado mediante sistemas
anaeróbicos solos o combinados con tratamientos aeróbicos es una técnica muy
difundida en todo el mundo desde hace más de 50 años.
Para tener una idea de su importancia, el gas
generado poré esta técnica en Europa alcanzaba en el año 1975 un total de casi 250 millones de m3 anuales de biogás. En
2.055 se ha multiplicado por 100 la producción, y sigue aumentando
Recientes progresos en equipos de cogeneración han
permitido una más eficiente utilización del gas generado y los continuos
avances en las técnicas de fermentación aseguran un sostenido desarrollo en
este campo.
Es importante tener en cuenta que la incorporación
de esta tecnología obliga a un estricto control en cuanto a tipo de productos
que se vierten en los sistemas cloacales urbanos. En caso de ser vertidos aquí
los desechos industriales estos deben ser tratados previamente para no crear
graves problemas de funcionamiento en los reactores anaeróbicos.
Plantas de
tratamiento de desechos industriales:
Estos reactores anaeróbicos son de enormes
dimensiones (más de
En los últimos años han tenido una importante
evolución habiendo superado una primera etapa a nivel piloto, en Europa y China
se encuentran actualmente siendo difundidas para determinados fines en
combinación con tratamientos aeróbicos convencionales.
Aplicación en
el área rural:
La aplicación del biogás en el área rural ha sido
muy importante, en este caso la tecnología desarrollada ha buscado realizar
digestores de fácil uso, mínimo costo y mantenimiento, aunque sus rendimientos
son bajos, sus objetivos son dar energía, sanidad y fertilizantes orgánicos a
los agricultores especialmente de zonas marginales y difícil acceso a las
fuentes convencionales de energía.
Rellenos
sanitarios:
El vertedero o relleno sanitario es una práctica
muy difundida en el mundo para eliminar las enormes cantidades de desperdicios
generados en las grandes ciudades.
Hoy en día existen modernas instalaciones con
técnicas de extracción de y purificación del gas metano generado.
La composición de estos gases puede ser determinada
en forma precisa lo permite cuantificar los gases captados y emitidos a la
atmósfera, necesario para la implementación de proyectos de bonos de carbono.
Este gas al no ser captado y tratado genera graves
problemas, entre los cuales figura el ambiental, por muerte de la vegetación
que se encuentra en las adyacentes, contaminación de napas, presencia de gases
tóxicos, malos olores que molestan a los residentes y la acumulación de gases
provocando mezclas explosivas.
En el Relleno Sanitario se realiza un
tratamiento anaeróbico diferente a los sistemas biodigestores que estaremos
mencionando, en muchos casos debido a los grandes volúmenes manejados; se hacen
excavaciones las cuales serán rellenadas generalmente con residuos urbanos, en
su mayoría sólidos, y de los cuales no se obtendrá ningún efluente tratado,
solo quedará la porción de sólidos que no se pudo degradar y el lixiviado.
ACONDICIONAMIENTO DEL BIOGÁS
AGUA
El biogás que sale del digestor está saturado de
vapor de agua, a medida que se enfría el vapor se condensa en las cañerías y si
no se lo evacua adecuadamente pueden bloquearse los conductos con agua.
Por esta razón las cañerías de distribución deben
ser instaladas con trampas de agua donde ésta se almacena y se extrae.
CO2
El dióxido de carbono es un gas inerte es decir que
no tiene ningún poder calorífico y debe ser calentado en la combustión. Su
eliminación no es aconsejable salvo en los casos de almacenaje del biogás a
altas presiones debido a que sería inútil gastar energía de compresión y
volumen de almacenaje de alto costo en un gas que no dar ningún beneficio
adicional.
Se utilizan varios sistemas entre los cuales los
más difundidos son los que emplean su disolución en agua a presión y otros que
usan mezclas químicas de gran complejidad.
H2S
Es muy importante hacer un seguimiento de la
concentración de ácido sulfhídrico, este es tóxico, en concentraciones de 2000
ppm es mortal en un corto lapso de exposición, por otra parte es muy corrosivo,
combinado con el agua da como resultado ácido sulfhídrico que potencia su poder
corrosivo sobre las partes vitales de algunas instalaciones. El sistema más
utilizado para su eliminación es hacer pasar el gas por un filtro que contiene
hidróxido de hierro. El H2S del gas se combina con el hierro
formando sulfuro de hierro según. Esta reacción es reversible y el hidróxido de
hierro puede ser regenerado exponiendo el sulfuro al aire con cuidado debido a
que la reacción es exotérmica.
PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN LA PRODUCCIÓN DE GAS
La actividad metabólica involucrada en el proceso
metanogénico puede ser afectada por diversos factores.
Entre los factores más importantes se encuentran,
el tipo de sustrato (nutrientes disponibles), la concentración del sustrato; la
temperatura del sustrato; la carga volumétrica; el tiempo de retención
hidráulico; el nivel de acidez (pH); la relación carbono/nitrógeno; el agregado
de inoculantes; el grado de mezclado, agitación; y la presencia de compuestos
inhibidores del proceso.
Tipo de materia prima:
Las materias primas fermentables puede ser:
excrementos de animales y humanos, aguas cloacales o residuales orgánicas de
las industrias químicas o derivadas por ejemplo de la producción de alcohol,
alimentos en general, biomasa a partir de restos de cosechas y basuras de
diferentes tipos.
El proceso microbiológico no sólo requiere de
fuentes de carbono y nitrógenos sino que también deben estar presentes en un
cierto equilibrio sales minerales (azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio,
hierro, manganeso, molibdeno, zinc, cobalto, selenio, tungsteno, níquel y otros
menores)
Normalmente las sustancias orgánicas como
estiércoles y lodos cloacales presentan estos elementos en proporciones
adecuadas.
Otras sustancias con alto contenido de lignina no
son directamente aprovechables y por lo tanto deben someterse a tratamientos
previos (cortado, macerado, comportado) a fin de liberar las sustancias
factibles de ser transformadas.
Queremos destacar en lo atinente a estiércoles animales,
que el volumen producido y su degradación dependerán fundamentalmente del tipo
de animal, peso, alimentación y del manejo que de los mismos. Aunque son muy
variables podemos citar algunos valores:
|
ESPECIE |
PESO
VIVO |
Kg
ESTIÉRCOL/día |
l/kg.
S.V. |
%
CH4 |
|
Cerdos |
50 |
4,5-6 |
340-550 |
65-70 |
|
Vacunos |
400 |
25-40 |
90-310 |
65 |
|
Equinos |
450 |
12-16 |
200-300 |
65 |
|
Ovinos |
45 |
2,5 |
90-310 |
63 |
|
Aves |
1.5 |
|
310-620 |
60 |
|
Caprinos |
40 |
1,5 |
110-290 |
-- |
La presencia en determinadas
concentraciones de metales pesados, antibióticos y detergentes pueden inhibir e
incluso interrumpir el proceso fermentativo. Ácidos volátiles en
concentraciones superiores a 2000 ppm para la fermentación mesofílica y de 3600
para la termofílica inhibirá la digestión, como así una elevada concentración
de Nitrógeno y Amoníaco pueden destruir las bacterias metanogénicas.
|
INHIBIDORES CONCENTRACIÓN
INHIBIDORA |
|
|
SO4 |
5.000
ppm |
|
Nitrato (Según contenido de N2) |
|
|
Cromo |
200
mg/ml |
|
CN (Después de aclimatación de las bacterias) |
25
mg/ml |
|
Sodio |
3.500-5.500
mg/ml |
|
Calcio |
2.500-4.500
mg/ml |
|
NaCl |
40.000
ppm |
|
Cobre |
100
mg/ml |
|
Níquel |
200-500
mg/ml |
|
Mg |
1.000-1.500
mg/ml |
|
Detergente sintético |
20-40
mg/ml |
|
Potasio |
2.500-4.500
mg/ml |
|
|
|
El biogás, que posee un gran valor energético,
puede transformarse en electricidad o calor con ayuda de centrales termoeléctricas
en bloque. La electricidad producida sirve para alimentar la red pública o se
utiliza para el autoconsumo. Hay que tener en cuenta que al subir el precio de
la energía, también incrementará cada vez más el aprovechamiento directo del
biogás en las calderas.
El biogás tiene aprovechamientos térmicos y
eléctricos a partir del tratamiento de cuatro tipos de residuos biodegradables,
entre los que destacan los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) de los vertederos y
los residuos industriales de empresas cerveceras, azucareras, alcoholeras,
lácteas y otras.
Los otros dos recursos, los procedentes de las
Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) y los residuos ganaderos
tienen aprovechamientos dispares. Los primeros se están implantando con éxito,
mientras que los segundos sufren la competencia de las plantas de secado que
emplean gas natural en el proceso de depuración.
EMISON es actualmente referente en instalaciones de
captación y valorización de biogás de vertedero, donde ha realizado desde los
años 80 multitud de trabajos tanto en proyectos de plantas de este tipo, como
obras parciales y proyectos llaves en mano. Sus plantas abarcan desde pequeñas
instalaciones para quemar caudales residuales de vertederos hasta completas
plantas para vertederos de gran tamaño. Actualmente están en funcionamiento más
50 plantas ejecutadas por EMISON,
con un caudal de más de 30.000 m3/h.
Es de destacar que esta empresa ha desarrollado su
propia tecnología, de la que es totalmente propietaria, desde los programas de
control y supervisión hasta la antorchas de alta temperatura. También tiene una
amplia experiencia en estudios de campo, así como en contratos de mantenimiento
y gestión de instalaciones de valorización energética a partir de biogás.
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