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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 biogas
se genera en forma espontánea a partir de la fermentación anaeróbica de la
materia orgánica, constituyendo un proceso vital dentro del ciclo de la materia
orgánica en la naturaleza. Los microbios que producen el gas metano no soportan
ni el oxigeno ni la luz.
En
resumen, es 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.
Las primeras menciones sobre
biogás se remontan al 1.600 identificados por varios científicos como un gas
proveniente de la descomposición de la materia orgánica, siendo chinos e hindús
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 la India y ya en 1896 en Exeter,
Inglaterra, las lámparas de alumbrado público eran alimentadas por el gas
recolectado de los digestores que fermentaban los lodos cloacales de la ciudad.
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 lo llegó a inyectar 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.
Durante los años de la segunda
guerra mundial comienza la difusión de los biodigestores a nivel rural tanto en
Europa como en China e India que se transforman en líderes en la materia.
Las últimos 25 años han sido
muy importantes en cuanto a descubrimientos sobre el funcionamiento del proceso
microbiológico y bioquímico gracias al 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.
COMPOSICIÓN
|
Gases |
Desechos
agrícolas |
Lodos
cloacales |
Desechos
industriales |
Vertederos |
|
Metano
|
30-80% |
40-80% |
40-80% |
45-65% |
|
CO2 |
30-50% |
20-50% |
30-50% |
30-55% |
|
Vapor
de agua |
Saturación |
Saturación |
Saturación |
Saturación |
|
H2S |
100-7000 ppm |
0-1000 ppm |
0-1000 ppm |
0-500 ppm |
|
Hidrógeno
|
0-2 % |
0-5% |
0-2% |
0-1% |
|
Amoníaco |
0-1% |
0-1% |
0-1% |
0-1% |
|
Nitrógeno
|
0-15% |
0-3% |
0-1% |
0-30% |
|
Oxígeno
|
0-1% |
0-1% |
0-1% |
0-5% |
|
Orgánicos |
Trazas |
Trazas |
0-5 ppm |
10 ppm |
Es
un poco más liviano que el aire, posee una temperatura de inflamación de
APLICACIONES DEL BIOGÁS
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
El
biogás tiene un 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
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 deberá 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-infrarrojo,
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.
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 biogas
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,
es tóxico y en concentraciones de 2.000 ppm es mortal en un corto lapso de
exposición. Por otra parte es muy corrosivo y combinado con el agua 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
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.
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.
Cuando
tratamos estiércoles animales el volumen producido y su degradación dependerán
fundamentalmente del tipo de animal, peso, alimentación y del manejo que de los
mismos
|
ESPECIE |
PESO VIVO |
Kg ESTIERCOL/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 |
-- |
INHIBIDORES DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS:
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 2.000 ppm para la fermentación mesofílica y de
3.600 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 |
|
NaCl |
40.000
ppm |
|
Nitrato
(Según contenido de N2) |
0,05
mg/ml |
|
Cobre |
100 mg/ml |
|
Cromo |
200 mg/ml |
|
Níquel |
200-500
mg/ml |
|
CN |
25 mg/ml |
|
Detergente
sintético |
20-40
mg/ml |
|
Sodio |
3.500-5.500
mg/ml |
|
Potasio |
2.500-4.500
mg/ml |
|
Calcio |
2.500-4.500
mg/ml |
|
Mg |
1.000-1.500
mg/ml |
APROVECHAMIENTO DE LOS EFLUENTES
Existen amplias evidencias del
incremento en la producción de distintas especies provocada por la aplicación de
efluentes de metanización 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 por esta técnica en Europa alcanzaba en el año
2.000 un total de casi 600 millones de
m3 anuales de biogás.
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 1.000 m3 de capacidad), trabajan
a temperaturas mesofílicas (20 ºC a 40 ºC), o termofílicas (más de 40 ºC), poseen
sofisticados sistemas de control y están generalmente conectados a equipos de
cogeneración que brindan como productos finales; calor, electricidad y un
efluente sólido de alto contenido proteico, para usarse como fertilizante o
alimento de animales.
En los últimos años han tenido
una importante evolución siendo difundidas para determinados fines en
combinación con tratamientos aeróbicos convencionales.
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.
El vertedero 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.
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
aguas, presencia de gases tóxicos, malos olores que molestan a los residentes y
la acumulación de gases provocando mezclas explosivas.
En el vertedero 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.
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 50.000
m3/h.
Es
de destacar que 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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