Origen, composición, usos y producción de biogás.


Con el término biogás se define la  mezcla de gases constituida  básicamente  por CH4  y  CO2 que se  obtiene como producto final de la digestión anaeróbica de compuestos orgánicos. La digestión anaeróbica  es uno de los tratamientos biológicos más antiguos,  empleándose por primera vez hace más de un siglo.

Las reacciones que tienen lugar en este proceso se agrupan en  las siguientes etapas:

– Hidrólisis: En esta etapa, las sustancias orgánicas de elevado peso molecular, lípidos, proteínas e  hidratos de carbono, son descompuestas por la acción de un grupo de bacterias hidrolíticas anaeróbicas.  De esta forma, los carbohidratos se convierten en azúcares simples; las grasas en ácidos grasos y glicerol; y las proteínas en polipéptidos y aminoácidos.

– Fermentación o acidogénesis: Esta etapa se efectúa por la acción de las bacterias acidogénicas que  convierten los productos solubles de la etapa de hidrólisis  en ácidos orgánicos de cadena corta, CO2  e  H2.  Los azúcares,  aminoácidos y ácidos grasos  se transforman en ácidos orgánicos (ácido acético, propiónico,  valérico, butírico, etanol, etc.) de acuerdo con las reacciones siguientes:

C6H12O6 + 2 H2O        2 CH3COOH  +  4 H2 + 2 CO2

C6H12O6            CH3CH2CH2COOH  +  2 H2 +  2 CO2

C6H12O6 + 2 H2O            2 CH3CH2COOH  +  2 H2 O

– Acetogénesis y  homoacetogénesis: Los alcoholes, ácidos grasos y compuestos  aromáticos obtenidos en la etapa anterior se degradan produciendo ácido acético, CO2 e   H2, por un grupo de bacterias que aportan, aproximadamente, el 54 % del hidrógeno que se utilizará en la formación de metano. En la homoacetogénesis ocurre, igualmente, la formación de ácido acético, pero a partir de hidrógeno y dióxido de carbono.

– Metanogénesis: En esta etapa, estrictamente anaeróbica, las bacterias metanogénicas  producen metano a partir de los productos orgánicos obtenidos en  las etapas anteriores. La formación de metano puede tener lugar por dos vías diferentes: la ruptura de las moléculas de ácido acético para generar CO2  y  metano, o la reducción del CO2 con H2, tal como se muestra en las siguientes reacciones:

CH3COOH         CH4  +   CO2

CO2  + 4 H2        CH4  +  2 H2O

La composición y las características del biogás dependen de la naturaleza de la materia prima digerida, así como de la tecnología  utilizada.  Los residuos que se emplean como material de partida para la obtención del biogás son los siguientes: residuos agrícolas y ganaderos, la fracción orgánica de los residuos  sólidos urbanos (RSU), residuos industriales biodegradables generados en las industrias cervecera,  azucarera, alcoholera, láctea, etc., y lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR).

Los RSU pueden emplearse para producir biogás de dos maneras, a través de la desgasificación de vertederos o bien mediante la digestión anaeróbica desarrollada en biorreactores. En la actualidad, la utilización energética del biogás generado a partir de los lodos de EDAR ha alcanzado un importante grado de desarrollo.

La producción de biogás a partir de cada substrato  varía en función del contenido de su carga orgánica y de la biodegradabilidad de la misma. En general, los residuos orgánicos industriales y la fracción orgánica de los RSU presentan altos potenciales de producción. Sin embargo, los residuos ganaderos y los lodos de EDAR presentan menores potenciales debido  a su relativamente bajo contenido  de materia orgánica y baja biodegradabilidad.

Las aplicaciones energéticas del biogás pueden ser térmicas o eléctricas,  en función de su grado de pureza.  El biogás más impuro se emplea como combustible  en  equipos comerciales diseñados para gas natural o propano, como cocinas de gas, calentadores, lámparas, estufas, refrigeradores, etc., y  éste ha sido el uso que tradicionalmente se le ha dado.  No obstante, no cabe duda  de que  el uso  más interesante que tiene el biogás en estos momentos es para la generación  de electricidad y la cogeneración, producción conjunta de calor y electricidad. El biogás con un grado medio de pureza, se puede utilizar en motores de combustión interna (motores  de ciclo Otto  -gasolina- y motores diesel) y turbinas de gas.

Los motores de ciclo Otto pueden funcionar solamente con  biogás, aunque necesitan de  otros  combustibles en el momento del arrancado.  Los motores de ciclo diesel  constan de un sistema mixto de  biogás y diesel que permite utilizar distintas proporciones de ambos combustibles. Sin embargo, los motores  de combustión interna tienen como desventaja principal  las elevadas concentraciones  de NOx y CO  que emiten a la atmósfera.

Entre las turbinas de gas cabe destacar las microturbinas que,  conceptualmente, son turbinas  de un tamaño muy reducido  (~ 30 kW). Un rasgo significativo que las caracteriza respecto a otros motores es que se adaptan mucho mejor a las características del biogás, pudiendo trabajar con contenidos elevados de H2S  y concentraciones bajas de CH4. Además, tienen una emisión baja de NOx a la atmósfera y un bajo coste de mantenimiento, aunque la eficiencia energética es menor que en el caso de los motores de combustión interna.

En la actualidad, las pilas de combustible son una tecnología prometedora para la producción de energía eléctrica y cogeneración a partir de biogás debido su bajo impacto ambiental, su menor consumo y el elevado rendimiento que presentan. Precisan de un biogás con un grado de pureza medio-alto, en función del tipo de dispositivo de que se trate.

En los últimos años está suscitando sumo interés la combinación de sistemas híbridos  de pila de combustible y turbina de gas o vapor (especialmente turbina de gas)  puesto que consiguen aumentar significativamente la eficiencia energética  global de los sistemas.

 

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