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BIOGÁS
* VERTEDEROS * PRODUCCIÓN DE
BIOGÁS * TRATAMIENTOS DEL
BIOGÁS * SECADO * ELIMINACIÓN
DE SULFHÍDRICO * FILTROS DE ACERO
* BIOFILTROS * PROPIEDADES DEL SULFHÍDRICO * ELIMINACIÓN DE SILOXANOS * ANTORCHAS
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,
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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