Mecanismos de la produccion de biogás

Ramiro Antonio Alfaro Méndez

BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

El biogás como energía renovable, tanto en términos de producción energética como por lo que al cuidado medioambiental se refiere, despierta actualmente un creciente interés en todo el mundo.

Este hecho se acentúa con especial intensidad si nos referimos a la producción de biogás a partir de la descomposición de residuos orgánicos en vertederos, lo cual supone una significativa generación de electricidad y calor, al mismo tiempo que se reduce el llamado efecto invernadero.

A comienzos de 1866, un alumno de Pasteur, Bechamp, fue uno de los primeros en demostrar concluyentemente que la formación de metano es un proceso biológico.

En 1875 Popoff agregó, por primera vez, materiales celulósicos a los Iodos fluviales (fangos) con fines de fermentación y pudo producir hidrógeno y metano.

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.

En 1901, Schengon, describió más detalladamente las características morfológicas de las metanobacterias y surgió un concepto relativamente claro de su capacidad de conversión.

En 1916, Omelianskii aisló por primera vez un linaje de metanobacterias.

Es una fermentación microbiana en ausencia de oxígeno que da lugar a una mezcla de gases (principalmente metano y dióxido de carbono), conocida como "biogas" y a una suspensión acuosa o "lodo" que contiene los componentes difíciles de degradar y los minerales inicialmente presentes en la biomasa.

Se llama biogas a la mezcla constituida por metano (CH4) en una proporción que oscila entre un 50% a un 70% y dióxido de carbono (CO2), conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como

hidrógeno (H2),

nitrógeno (N2),

oxígeno (O2) y

sulfuro de hidrógeno ( H2S).

TEMPERATURA

ACIDEZ

CONTENIDO EN SÓLIDOS

NUTRIENTES

TÓXICOS

Son muy sensibles al oxígeno y a

los óxidos.

Sólo pueden usar como sustrato

los compuestos orgánicos e

inorgánicos más sencillos.

Crecen con bastante lentitud.

cuando el contenido de oxígeno,

en el sustrato de fermentación

llega a 0.8 ml., se retardará su

crecimiento.

a)Según la forma de alimentación:

Fermentación continúa.

Fermentación semicontinua.

Fermentación por lotes.

b) Según la temperatura para la producción de biogás.

Fermentación Termofílica.

Fermentación Mesofilica.

Fermentación a temperatura ambiente.

c) Según las etapas de fermentación

Fermentación en una sola etapa.

Fermentación en dos etapas y más.

Residuos de cosechas.

Residuos de origen animal.

Residuos de origen humano.

Residuos agroindustriales.

Mantillo forestal.

Plantas acuáticas.

ESPECIE PESO VIVO kg ESTIERCOL/día l/kg.S.V. %CH4

Cerdos

Vacunos

Equinos

Ovinos

50

400

450

45

4,5 - 6

25 -40

12 - 16

2,5

340 - 550

90 - 310

200 - 300

90 - 310

65 - 70

65

65

63

FUENTE: Instituto de Ingeniería Rural I.N.T.A.

TIPO DE RECURSO Y TECNOLOGÍA PARA LA OBTENCIÓN DE BIOGÁS.

Materia Prima Tecnología (a) Escala

(m3/año)

Costos de

inversión

(US) (b)

Costo unitario

(US/MW) (c)

Productos

obtenidos

Costo producto

(US/MWh) (b)

Estiércol y orina Biodigestores de

geomembrana de PVC 24 100 ND Biogás ND

Estiércol y orina Biodigestores de

polietileno de invernadero 24 33 ND Biogás ND

Estiércol Biodigestor semi-

industrial 24,638 (18MW) 51,750 2,875

Biogás

Vapor

Electricidad

49

266

Estiércol y residuos de

maíz

Biodigestor semi-

industrial 53,271 (36 MW) 66,825 1,856

Biogás

Vapor

Electricidad

16

202

Estiércol y residuos de

alimentos

Biodigestor semi-

industrial 72,158 (50 MW) 146,925 2,939

Biogás

Vapor

Electricidad

15

266

Fuente: Red Mexicana de Bioenergía, "La bioenergía como catalizador de desarrollo

sustentable", (2006).

SE DIVIDE EN CINCO FASES

1.Ajuste inicial.

Esta primera fase de descomposición microbiana de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos se realiza bajo condiciones aerobias, mientras se ejecutan las operaciones necesarias para introducir la materia orgánica en un medio que posea condiciones anaerobias.

2.Fase de transición.

Se caracteriza esta fase por el paulatino descenso de las condiciones aerobias, presencia de oxígeno, hasta su completa desaparición, comenzando la etapa anaerobia.

3.Fase ácida.

En esta fase se acelera la actividad microbiana iniciada en la fase anterior con la producción de cantidades significativas de ácidos orgánicos y pequeñas cantidades de gas de hidrógeno

4. Fase de fermentación del metano.

Esta fase, dominada por microorganismos que comienzan a desarrollarse hacia el final de la fase ácida, estrictamente anaerobios y denominados metanogénicos, se caracteriza por la conversión del ácido acético y el gas de hidrógeno, producidos por los formadores de ácidos en la fase ácida, en CH4 y C02.

5. Fase de maduración.

Esta fase, mucho menos activa en cuanto a la generación de gases se refiere, viene caracterizada por una disminución de la humedad y la conversión del material biodegradable que anteriormente no estaban disponibles.

RECOLECCIÓN Y ACARREO DEL ESTIERCOL

.

Conexión de la boca de drenaje total del biodigestor a un tubo de PVC de 4”, fijado en el fondo de la caja de descarga

Después de asegurar la manga con una faja de cámara de llanta, se la asegura con una abrazadera que luego se cubrirá con otra faja.

A partir del día en que se alcance la máxima producción de biogás con la mezcla estiércol-agua cargada en el biodigestor al inicio; el cual se estima en clima cálido en 30 días y en clima frío en 50 días; se deberá alimentar diariamente el biodigestor.

Asumiendo un tiempo de retención hidráulico de 45 días, calculamos la cantidad de mezcla estiércol-agua que se debe alimentar diariamente al biodigestor a partir del día 46:

9 m3 / 45 días = 0.2 m3/día = 200 L/día = 1 cilindro/día

La mezcla estiércol-agua (1:5) se preparará como ya se ha indicado para cargar el biodigestor.

CARGA DEL BIODIGESTOR

Cartucho hecho con tubo de PVC de 2” y reducciones de 2“ a 1/2”, relleno con esponja de fierro; cuya finalidad es eliminar el H2S, de manera que la corriente de biogás no tenga olor a desagüe.

“T” para regular la

presión de biogás

en todo el sistema

de producción.

La rama de la “T”

está sumergida

10 cm en el agua

de la botella.

9.El balón de almacenamiento del biogás se colocará en un altillo sobre la poza del biodigestor. De aquí se conducirá el biogás mediante tubería de PVC de ½” hasta la sala de elaboración de productos.

13 m3

12 m de largo X 1.27

m de diámetro

1ml de grosor

Gasómetro 1.57 m3

(5cm presión = 4:20

ESTIERCOL + AGUA +

RESIDUOS DE COCINA

+ EFLUENTES DEL BAÑO

+

BIOGAS

EFLUENTE

BIOSOL

BIOL

Producción de energía (calor, luz, electricidad) ; Transformación de desechos orgánicos en fertilizante de alta

calidad; Mejoramiento de las condiciones higiénicas a través de la

reducción de patógenos, huevos de gusanos y moscas; Reducción en la cantidad de trabajo relacionado con la

recolección de leña para cocinar (principalmente llevado a cabo por mujeres);

Ventajas ambientales a través de la protección del suelo, del agua, del aire y la vegetación leñosa, reducción de la deforestación

Beneficios micro-económicos a través de la sustitución de energía y fertilizantes, del aumento en los ingresos y del aumento en la producción agrícola-ganadera;

Beneficios macro-económicos a través de la generación descentralizada de energía, reducción en los costos de importación y protección ambiental.

DESVENTAJAS

PODER DE INVERSION DEL GANADERO

COSTUMBRE DE ASISTENCIALISMO

FALTA DE UN PROYECTO EXCLUSIVO EN BIODIGESTORES.

VENTAJAS

CLIMA

POLÍTICA DE GOBIERNO REGIONAL

NECESIDAD DE FERTILIZACIÓN DE PASTOS DE CORTE

CULTIVO DE CAFÉ Y CACAO CON TENDENCIA A PRODUCCIÓN ORGÁNICA

CULTIVO DE ARROZ

La digestión anaeróbica es un proceso biológico en el que la materia orgánica, en ausencia de oxígeno, y mediante la acción de un grupo de bacterias específicas, se descompone en productos gaseosos o “biogás” (CH4, CO2, H2, H2S, etc.), y en digestato, que es una mezcla de productos minerales (N, P, K, Ca, etc.) y compuestos de difícil degradación.

La digestión anaerobia puede aplicarse, entre otros, a residuos ganaderos, agrícolas, así como a los residuos de las industrias de transformación de dichos productos. Entre los residuos se pueden citar purines, estiércol, residuos agrícolas o excedentes de cosechas, etc.

Esta tecnología contribuye sustancialmente a la conservación y el desarrollo.