Biogás: una alternativa ecológica para la producción de energía

Transcripción

[Ide@s CONCYTEG 7
(85): Julio, 2012]
ISSN: 2007-2716
Como citar: Gutiérrez García, G de J., I. Moncada Fernández, M.M.
Meza Montenegro, A. Félix Fuentes, J. de J. Balderas Cortés y P.
Gortáres Moroyoqui (2012), “Biogás: una alternativa ecológica para la
producción de energía”, Ide@s CONCYTEG, 7 (85), pp. 881-894.
Biogás: una alternativa
ecológica para la
producción de energía
Guadalupe de Jesús Gutiérrez García1
Iram Mondaca Fernández2
María Mercedes Meza Montenegro3
Anacleto Félix Fuentes4
José de Jesús Balderas Cortés5
Pablo Gortáres Moroyoqui6
Resumen
La actividad mundial depende del petróleo, y la escasez de éste ha provocado conflictos sociales y
económicos de gran magnitud. Como alternativa energética surgen los biocombustibles para la reducción
del consumo del petróleo y derivados y de esta manera contribuir al desarrollo sustentable. El biogás es el
producto de una fermentación anaerobia de la materia orgánica, el cual ha sido sometido a un proceso de
purificación para elevar la calidad de éste como biocombustible. En México ya existen plantas de biogás
funcionando.
Palabras clave: desarrollo sustentable, biogás, fermentación anaeróbica.
Summary
Global activity relies on petroleum and the limited quantity of it has led social and economical conflicts at
big scale. Biofuels appear as an alternative energy to reduce consumption of petroleum and its derivatives
and contribute to sustainable development. Biogas is the product of anaerobic fermentation of organic
1
Ingeniera Agrónoma Biotecnóloga por el Instituto Tecnológico de Sonora. Correo electrónico:
[email protected]. Áreas de interés: biocombustibles.
2
Doctor en Agricultura y Biosistemas por la Universidad de Arizona (Ph. D.). Adscrito al Instituto
Tecnológico de Sonora como Profesor-Investigador, Correo electrónico: [email protected] o
[email protected].
3
Doctora en Ciencias por el Instituto Tecnológico de Sonora. Adscrita al Instituto Tecnológico de Sonora
como Profesora-Investigadora. Correo electrónico: [email protected].
4
Maestro en Ingeniería por el Instituto Tecnológico de Sonora. Adscrito al Instituto Tecnológico de
Sonora como Profesor-Investigador. Correo electrónico: [email protected].
5
Doctor en Ciencias por el Instituto Tecnológico de Sonora. Adscrito al Instituto Tecnológico de Sonora
como Profesor-Investigador. Correo electrónico: [email protected].
6
Doctor en Ciencias (Ph. D.) en Suelos y Agua y Ciencias Ambientales por la Universidad de Arizona.
Adscrito al Instituto Tecnológico de Sonora como Profesor-Investigador. Correo electrónico:
[email protected].
881
[Ide@s CONCYTEG 7 (85): Julio, 2012]
matter, which has been subjected to a purification process to raise its quality in its use as a biofuel. In
Mexico are biogas plants that are already in operation.
Keywords: sustaintable development, biogas, anaerobic fermentation.
Introducción
C
laude Bernard dijo: "En ciencia,
Y para lograr dicho desarrollo es necesario
lo importante es modificar y
mejorar
cambiar las propias ideas a
actualmente
las
tecnologías
para
la
empleadas
producción
de
medida que la ciencia progresa". Este es un
satisfactores, buscando la manera de reducir
pensamiento bastante sabio y aplicable
la contaminación generada por los mismos
dados los problemas energéticos actuales
y el aprovechamiento de éstos al máximo.
ocasionados por la escasez del petróleo y el
Para ayudar a alcanzar la sustentabilidad se
inminente incremento del costo asociado
creó el Protocolo de Kioto (firmado por
con el mismo.
varios países), cuyo objetivo principal es
disminuir la concentración de gases de
Hoy en día, la mayoría de la maquinaria
efecto
invernadero
en
la
atmósfera
usada comúnmente funciona con derivados
mediante el uso de tecnologías limpias,
del petróleo. En todo el mundo hay una
como lo es el consumo de biocombustibles.
intensa y masiva explotación de fuentes de
este combustible fósil. Lo anterior ha
Los biocombustibles más usados son
impulsado la investigación y desarrollo de
biodiésel, bioetanol, biogás y madera. Entre
tecnologías enfocadas a la obtención de
las fuentes de los biocombustibles están la
energías alternativas y renovables como son
biomasa proveniente de cultivos como caña
los biocombustibles, provocando un cambio
de azúcar, maíz, sorgo y yuca, que son para
radical en la conciencia energética mundial
producir etanol, y los aceites provenientes
(Honty et al., 2008).
de palma africana, soya, higuerilla, jatrofa y
otras plantas para producir biodiésel (IICA,
la
2007). Otras fuentes son los residuos
Conferencia de las Naciones Unidas sobre
sólidos agropecuarios y municipales. Las
el Medio Ambiente y el Desarrollo (1992),
aguas residuales municipales e industriales
se define como:
durante su tratamiento también pueden
El
desarrollo
sustentable,
según
“satisfacer las necesidades de las
generaciones presentes sin comprometer
las posibilidades de las del futuro para
atender sus propias necesidades”
generar gases como biocombustibles.
Resulta sumamente importante realizar
investigación
en
el
campo
de
los
882
Guadalupe de Jesús Gutiérrez García, Iram Mondaca Fernández, María Mercedes Meza Montenegro,
Anacleto Félix Fuentes, José de Jesús Balderas Cortés, Pablo Gortáres Moroyoqui
biocombustibles
para
obtener
mejores
digestión anaerobia en la cual las bacterias
rendimientos y calidad en cuanto a su
involucradas
producción,
obteniendo el biogás (Kepler, 2009).
reduciendo
a
su
vez
la
degraden
dicha
materia
contaminación ambiental cuando se utilizan
Esta
La producción de biogás ayuda a reducir las
investigación debe originar el desarrollo de
emisiones de CH4 a la atmósfera, el cual es
tecnologías, así como la transferencia de las
21 veces más dañino que el CO2 como gas
mismas al sector privado, social y público.
de invernadero, la transacción de estas
De manera particular, en Sonora generan
emisiones se transforman en contratos de
para uso propio el biogás en las granjas
compra-venta en los cuales la parte
Santa Fe/Sacramento (Hermosillo), Las
interesada le paga a otra por la reducción de
Palomas
estas emisiones de gases para mitigar el
residuos
(Navojoa),
como
materia
(Cajeme)
entre
y
otras.
prima.
Granja
Esta
Lolita
revisión
cambio climático (Escalera et al., 2010).
pretende informar acerca de los beneficios
del uso del biogás como biocombustible y
A continuación se presenta un cuadro de
su proceso de producción a grandes rasgos.
valores de reducción de CO2 obtenidos en
un estudio realizado en el estado de Sonora
El biogás se compone aproximadamente de
gracias al funcionamiento de plantas de
55% metano (CH4) y 45% dióxido de
biogás durante un periodo aproximado de
carbono, además de otros contaminantes en
cuatro años:
trazas. Se genera a partir de reacciones de
biodegradación de la materia orgánica de
forma natural o artificial en dispositivos
específicos (Gutiérrez Vera, 2001).
El biogás puede ser generado a partir de
desechos agrícolas (de una granja por
ejemplo), por lo que la materia prima para
su producción se encuentra disponible todas
las temporadas del año, además de que no
se necesitan campos de cultivo o espacios
esencialmente grandes para su producción,
no representando riesgo en cuanto a la
sustitución espacial de campos para el
cultivo de alimentos. Para la conversión de
la biomasa en biogás es necesaria una
Cuadro 1. Emisiones reducidas y periodo de
tiempo en que se han producido
Estado
Periodo
Ton co2
reducido
(RCEs)
Sonora
1 Junio 2005 – 31
5,984
Diciembre 2005
1 Enero 2006 – 31
19,586
Mayo 2006
1 Junio 2006 – 31
19,615
Octubre 2006
1 Noviembre 2006
43,433
– 30 Septiembre
2007
1 Octubre 2007 –
20,179
31 Marzo 2008
Abril 2008 – 31
43,663
Marzo 2009
1 Abril 2009 – 31
23,027
Octubre 2009
175,487
Total
Fuente: elaboración propia.
*RCEs: Reducciones Certificadas de Emisiones.
Fuente: Escalera et al (2010)
883
utilizando limadura de hierro en filtros
Descripción del proceso
(Fernández y Montalvo, 1998).
En la producción de biogás ocurre una
degradación
de
materia
orgánica
vía
anaerobia por determinadas bacterias. Ésta
Etapas del proceso
se realiza de manera anóxica, ya que las
bacterias
encargadas
de
realizar
este
proceso son estrictamente anaeróbicas y por
En este proceso de digestión anaerobia se
identifican cuatro etapas:
lo tanto sólo podrán sobrevivir en ausencia
1. Hidrólisis: los polímeros complejos
total de oxígeno atmosférico (Hilbert,
son degradados a moléculas simples,
2003).
como las proteínas a aminoácidos y
los polisacáridos a monosacáridos
La materia prima a introducir en el proceso
(Carrillo,
2003),
por
parte
está constituida por subproductos agrícolas,
bacterias
hidrolíticas,
alimentarios o de cualquier tipo que
segregan enzimas para la conversión
contengan humedad y sean fácilmente
de dichos compuestos complejos para
putrescibles; dependiendo del tipo de
volverlos solubles.
las
de
cuales
materia prima, esto ocurre más rápido o
2. Acidogénesis: en esta etapa de la
lento (Carillo, 2003). Hay un gran número
fermentación se obtienen diversos
de bacterias que están implicadas en la
ácidos orgánicos (Carrillo, 2003).
digestión anaerobia incluyendo bacterias
Los productos obtenidos en la fase de
generadoras de ácido acético y metano.
hidrólisis son convertidos a ácidos
Estas bacterias se alimentan de la materia
grasos de bajo peso molecular como
prima y la hacen experimentar diversos
el ácido acético, fórmico, propiónico
procesos que la convierten a moléculas
e incluso dióxido de carbono, entre
intermedias incluyendo los azúcares, el
otros
hidrógeno y el ácido acético, para ser
fermentación de los azucares se da de
finalmente convertidas a biogás (Smil,
manera muy diversa, dependiendo
1997).
del
(Díaz
et
al.,
microorganismo
metabólica
que
2009).
y
la
ocurra.
La
ruta
Los
Al final del proceso de producción de
principales
microorganismos
biogás normalmente se produce también
asociados con la fermentación de la
sulfuro de hidrógeno (H2S), el cual es un
glucosa
compuesto altamente tóxico y corrosivo,
Clostridium, que convierten glucosa
por lo que se utilizan diversas técnicas para
en ácido butírico, acético, dióxido de
la remoción de éste. El más empleado es
carbono e hidrógeno (Ortega, 2006).
son
los
del
género
884
3. Acetogénesis: se produce acetato,
distintos
biodigestores
dióxido de carbono e Hidrógeno
Methanobacterium,
(Carrillo, 2003). En esta etapa las
Methanospirillum,
moléculas
Methanobrevibacter
provenientes
de
la
acidogénesis son captadas por los
microorganismos
acetógenos
para
son:
(Gropelli,
2008).
• Bacterias
metanogénicas
emplearlas en la producción de
acetoclásticas:
acetato,
hidrolizan el acetato, oxidando el
dióxido
de
carbono
e
son
aquellas
que
hidrógeno (Schlegel y Zaborosch,
grupo
1993).
carbónico (CO2), reduciendo el grupo
carbonilo
a
anhidrido
4. Metanogénesis: usando el acetato,
metilo a metano (CH4). Se estima que
dióxido de carbono e hidrógeno se
aproximadamente el 70 % del metano
produce metano (Carrillo, 2003).
producido
procede
de
la
“descarboxilación del ácido acético”,
Las bacterias metanógenas son un tipo de
con
microorganismos
acetoclásticas (Gropelli, 2008).
reductores
de
CO2
bacterias
metanogénicas
pertenecientes al grupo de arqueobacterias
anaerobias estrictas que emplean el H2
A continuación se presenta un cuadro con
como donador de electrones. Existen por lo
las condiciones óptimas de desarrollo para
menos 10 sustratos que se convierten en
los microorganismos implicados en la
metano por la acción de uno u otro
producción de biogás:
metanógeno. Por ejemplo formiato, acetato,
metanol,
metilmercaptano,
metilamina
(Ferry, 1992).
De acuerdo a los sustratos que pueden
transformar las bacterias se clasifican en:
• Bacterias
Metanogénicas
Hidrogenofílicas: son aquellas que
utilizan el hidrógeno (H2) para
reducir el anhídrido carbónico (CO2),
y así producir metano (CH4). Los
tipos más frecuentes aislados de
885
Cuadro 2. Comparación de las necesidades de hábitat de bacterias implicadas en la producción de
biogás
Parámetros
Bacterias hidrolíticas y
Bacterias
acidogénicas
metanogénicas
Tiempo de reproducción
Temperatura óptima
De 3 horas a 3 días
30 a 65°C variable
6-14 días
37°C o 55°C
Valor pH
Mínimo hasta 3,5 y máximo
7,8
Cerca de 7-8
Vitalidad
Robusta,
resisten
perturbaciones
en
la
temperatura y el valor pH
Sensibilidad aerobia
Trabajan también ante la
introducción de oxígeno
cuando se produce en la
carga del depósito de
hidrólisis
Poca
Cantidad de metano 0-30 %
Muy sensibles frente
a
cualquier
perturbación en el
valor pH y la
temperatura
Mueren
con
el
contacto con el
oxígeno
Producción de biogás
Alta
Cantidad de metano
>50%
Fuente: Kepler (2009)
Digestores
Los reactores comúnmente empleados para
Figura.1. Digestor tipo bolsa
la producción de biogás deben cumplir con
ciertas características como proveer una
atmósfera anóxica, tener una sálida para el
gas y, de preferencia, un separador del
ácido sulfhídrico incorporado. Existe una
amplia
variedad
de
diseño
para
los
digestores. La selección de este debe
adecuarse al tipo de proceso y las etapas en
que
se
pretenda
dividirlo.
Los
Fuente: Carrillo (2003).
más
comúnmente empleados son:
• El digestor de tipo bolsa, muy
empleado en regiones tropicales y el
digestor de contacto anaerobio, el
cual maneja grandes cantidades de
materia prima.
886
Figura2. Digestor de contacto anaerobio
• Otro tipo de reactores son los de
cúpula fija y móvil, que por la
sencillez de los materiales para su
construcción son recomendables para
granjas
que
pretendan
producir
biogás
para
autoconsumo.
Por
último, existen los biodigestores de
sistema
lagunar,
que
son
muy
utilizados en granjas avícolas.
• Otro tipo de reactor empleado es el
UASB (Upflow Anaerobic Sludge
Blanket)
o
RAFA
Figura 4. Reactor de cúpula fija
(Reactor
Anaerobio de Flujo Ascendente y
Mantos de Lodos), el cual permite
tratar efluentes de la agroindustria, de
al mismo tiempo que de aguas
residuales de baja y alta carga
orgánica de naturaleza soluble y
compleja
(Hulshoff
y
Lettinga,
1984).
Fuente: López (2008).
Figura3. Reactor UASB
Figura 5. Reactor de cúpula móvil
Fuente: López (2008).
Fuente: Marchaim (1992).
887
Las materias primas para la producción de
biogás/kg DQO o DBO y difieren según la
biogás incluyen dentro de una amplia visión
materia orgánica, la concentración de
las excretas animales y humanas, aguas
sólidos volátiles, la relación carga/volumen
residuales orgánicas de las industrias, restos
del digestor, el tiempo de retención de los
de cosechas y basuras de diferentes tipos; la
residuos dentro del digestor y el diseño del
materia prima no sólo requiere de fuentes
mismo (Carillo, 2003).
de carbono y nitrógeno sino que también
deben estar presentes en un cierto equilibrio
Es de suma importancia conocer también la
sales minerales. Usualmente los estiércoles
composición del biogás que obtendremos
y lodos cloacales presentan estos elementos
como
en proporciones adecuadas (Hilbert, 2003).
dependiendo del sustrato que utilicemos. El
Los volúmenes de gas suelen expresarse
siguiente
3
3
3
como m biogás/m digestor o como m
resultado
de
la
cuadro
expone
Metano
Dióxido de Carbono
Agua
Hidrógeno
Sulfuro de hidrógeno
dicha
composición:
Cuadro 3. Rendimiento de la materia prima empleada
Desechos agrícolas
Lodos cloacales
Desechos
industriales
50-80%
50-80%
50-70%
20-50%
20-50%
30-50%
Saturado
Saturado
Saturado
0-2%
0-5%
0-2%
100-700ppm
0-1%
0-8%
Componente
fermentación
Relleno sanitario
45-65%
34-55%
Saturado
0-1%
0,5-100ppm
a) Tiempo de residencia en el digestor.
Para comprobar a nivel laboratorio la tasa
El tiempo de residencia es referido a
de
los sustratos y da idea de la velocidad
degradación
y
la
velocidad
de
transformación biológica es necesario que
del
sean tomadas muestras de sustrato de
degradación de la materia orgánica
digestión, obteniendo una relación de la
(Kepler, 2009).
tasa
de
degradación y
velocidad
de
proceso
b) Demanda
en
Química
de
Oxígeno
(DQO).
de la concentración de ácido acético,
determina la cantidad de materia
propiónico y materia orgánica sin degradar
prima que será oxidada, es empleada
en los muestreos (Kepler, 2009).
como medida indirecta de la cantidad
Algunos otros parámetros que deben ser
analizados durante el proceso son:
importante
de
transformación biológica, medidas a partir
de
Es
cuestión
sustrato
ya
que
transformable
(Taiganides, 1980).
c) Demanda
Biológica
de
Oxígeno
(DBO). Es el consumo de oxígeno en
888
mg/L de la suspensión. Tanto la
f) pH. Si durante la fase de hidrólisis,
DQO
son
acidificación y acetogénesis el pH
contenido
de
cae por debajo de 6.3 como resultado
materia orgánica en la suspensión a
de la sobre-existencia de ácidos
degradar, pero la DBO es la más
grasos volátiles (AGV), la población
representativa de la degradabilidad
de
de la misma (Hernández, 1988).
experimentará una reducción, ya que
DBO
como
proporcionales
la
al
d) Relación C:N de la materia prima.
Aunque
prácticamente
toda
la
bacterias
metanogénicas
son altamente sensibles a los cambios
de pH, además habrá una cantidad
materia orgánica es capaz de producir
mayor
biogás, la cantidad y calidad del
transformados
biogás producido dependerá de la
bacterias metanogénicas tendrán más
composición de la materia prima
sustrato del que son capaces de
utilizada. El carbono y el nitrógeno
metabolizar (Carillo, 2003).
son
las
fuentes
principales
de
de
AGV
g) Temperatura.
en
que
serán
acetato y
La
velocidad
las
de
bacterias
degradación depende en gran parte de
formadoras de metano; el carbono es
la temperatura, ya que a mayores
la fuente de energía y el nitrógeno
temperaturas el tiempo de retención
contribuye a la formación de nuevas
requerido para obtener una buena
células. Una relación C:N de 16:1 es
producción de gas es menor.
alimentación
óptima
en
de
el
las
proceso
para
la
h) Porcentaje
de
sólidos.
producción de biogás y fermentación
Experimentalmente se ha demostrado
estable de excretas de animales. La
que una carga que contenga entre 7 y
relación máxima para obtener una
9% de sólidos totales es óptima para
buena producción de biogás no debe
la digestión. Para calcular el volumen
superar la relación 30:1 (Taiganides,
de agua que debe ser mezclado con la
1980).
materia
e) Requerimientos
requerimientos
energéticos.
energéticos
Los
varían
prima
es
indispensable
conocer la humedad de dicha materia
prima (Carrillo, 2003).
entre una planta a pequeña y una gran
escala; la pequeña planta necesita
más energía eléctrica por tonelada de
materia
ya
que
tiene
Rendimiento del proceso
pocas
posibilidades de utilizar el calor
En el proceso de producción de biogás, los
generado durante la fermentación
factores que intervienen como variables son
como energía (Carrillo, 2003).
los mismos que intervienen y determinan el
889
rendimiento del mismo; sin embargo, el
El poder calorífico de un combustible por
tipo de materia prima con que se cargue el
unidad de masa o volumen es importante ya
reactor y la cantidad de la misma interviene
que da idea del rendimiento que éste tendrá
de manera más directa en el rendimiento del
al ser usado. A continuación se presenta un
proceso. A continuación se indica la
cuadro que muestra el poder calorífico de
alimentación óptima dependiendo de la
diferentes combustibles en comparación
materia prima y su producción proporcional
con el biogás.
de biogás.
Cuadro 4. Carga del reactor y su producción
de biogás
Materia Prima
Kg/día
Producción
Mezcla de materia 1,0
3,5
prima
m3biogás/día
Pasto seco
1,6
5,6
Paja de maíz seca
1,2
4,3
Cascarilla de arroz 1,6
5,6
seca
Camalote seco
5,3
18,6
Camalote húmedo
106
372
Estiércol de cerdos
13
44
Estiércol de gallinas
16
56
Estiércol de vacunos 28
98
(25°C)
Fuente: Prasad (1974)
Cuadro 5. Comparación entre el poder calorífico del biogás con el de otros combustibles
Poder calorífico Kcal/Kg
Equivalentes a
Combustible
Poder calorífico
1000m3 de biogás
Kcal/m3
Biogás
5,335
---------------------1,000m3
Gas natural
9,185
---------------------581 m3
Metano
8,847
---------------------603 m3
Propano
22,052
---------------------242 m3
Butano
28,588
---------------------187 m3
Electricidad
860Kcal/KW-hr
---------------------6,203 m3
Carbón
---------------------6,870
776Kg
Petróleo
---------------------11,375
470Kg
Aceite combustible
---------------------10,138
526Kg
Fuente: López (2008)
En cuanto a la combustión, un metro cúbico
atmósfera (Kumar et al., 2000). El valor
de biogás representa un equivalente de 5,96
neto en calorías de un metro cúbico de
kW. Por cada kW de energía producido por
biogás equivale a la energía emitida por la
biogás en lugar de diésel, por ejemplo, se
combustión de 0,55 litros de diésel (Sasse,
reduce 0,34 kg de CO2 emitidos a la
1988). El rendimiento de biogás a partir de
890
la fermentación del estiércol es de 0,187
mismo lugar donde se genera. Puede ser
m3/kg a 15°C y 0,374 m3/kg a 27°C
transformado
(Carrillo, 2003).
eléctrica, térmica o en una combinación de
en
energía
mecánica,
las anteriores. El uso del biogás puede
La tasa calorífica del biogás es de 12,000
realizarse
Btu/kWh en motores de combustión interna
combustible (Red Biogás, 2009)
según
su
calidad
como
y 8,500 Btu/kWh en turbinas de ciclo
combinado. Un equipo de cogeneración
Para que un biogás sea de calidad debe
Totem-Fiat
tener la siguiente composición: (Señer,
(motor
térmico,
generador
asíncrono, sistema de refrigeración externo)
2005)
consume 8 m3/h de biogás y produce 13 kW
• Metano (CH4): 50-80%
eléctricos y 32,000 kcal/h.
• Dióxido de Carbono (CO2): 20-50%
• Otros (H2, H20, NH3): 1-5%
Es importante mencionar que un metro
• H2S, generalmente <4 000ppm
cúbico de biogás es suficiente para:
• Poder
• Generar 1,25 kw/h de electricidad
calorífico:
5
000-6
000
3
kWh/m
• Generar 6 horas de luz equivalente a
un bombillo de 60 watts
• Poner a funcionar un refrigerador de
3
1 m de capacidad durante 1 hora
Métodos para estimar la
generación de biogás
• Hacer funcionar una incubadora de 1
m3 de capacidad durante 30 minutos
• Hacer funcionar un motor de 1 HP
El cálculo a continuación se hace con base a
la
cantidad
de
sólidos
volátiles
biodegradables (SVB) contenidos en la
durante dos horas (López, 2008).
mezcla (lo que realmente se degrada). El
cálculo se realiza tomando en cuenta las
Calidad requerida del biogás
para su uso como combustible
El biogás puede ser utilizado como
combustible,
reemplazando
a
los
combustibles fósiles. Un biogás de buena
calidad es aquel con alto contenido de
metano y bajos niveles de CO2 y de
nitrógeno. Dependiendo de su calidad,
podrá ser utilizado y/o transformado en el
siguientes condiciones:
Cuadro 6. Condiciones para el cálculo del
biogás producido por fermentación
Dato
Cálculo
Tiempo de retención Según bibliografía se
de sólidos (días)=TRS obtienen
las
producciones de biogás
más altas a los 25 días,
así que se utiliza esa
cantidad como promedio
Sólidos totales (Kg)= Es la masa seca de la
ST
mezcla
Sólidos
volátiles SV=(0,93)*(ST)
(Kg)=SV
Sólidos
volátiles SVB=(0,70)*(SV)
891
Dato
biodegradables
(Kg)=SVB
Eficiencia esperada de
la conversión de SVB
Producción de biogás
por Kg de SVB (m3)=
Vbiogás
Composición
del
biogás
para un producto determinado es la
Cálculo
siguiente:
95%
0,625 a1,0 m3/kg de SV
y su promedio es 0,8125
m3/kg de SV
%CH4= 60%
%CO2=40%
Fuente: Díaz et al. (2009)
MMax=VCH4 /S org. Total
Donde:
VCH4 es el volumen de metano generado,
mientras que S org. Total es la cantidad de
Uno de los parámetros que permite evaluar
la generación de metano a partir del proceso
materia orgánica total utilizada en todo el
proceso (Díaz et al., 2009)
de fermentación de la materia orgánica es la
productividad de metano o productividad
metanogénica
(Weiland,
2010).
Este
parámetro se define como la cantidad de
metano generado por unidad de tiempo al
respecto de la materia dispuesta en el
reactor. La expresión matemática que
permite calcular la productividad de metano
Costos asociados a la operación
Los costos que se deberán considerar han
sido clasificados en el siguiente cuadro
teniendo en cuenta todos los pasos desde la
recolección del sustrato hasta la utilización
de los productos.
de un residuo orgánico específico en un
tiempo determinado es la siguiente:
PCH4= VCH4 /Vreactor*t
Donde:
VCH4 es el volumen de metano generado.
Vreactor es el volumen de materia dispuesta
en el recinto fermentador.
t es el tiempo considerado (Díaz et al.,
2009).
La producción de metano tiene un límite
Cuadro 7. Costos asociados con la operación
Costos
Desglose
Costos asociados a la Diseño e instalación,
operación
materiales,
mantenimiento, mano de
obra.
Costos públicos
Instalaciones y asistencia
técnica.
Costos de la materia Mano de obra, equipo de
prima
transporte, materia prima
(si se compra).
Costos del empleo Mano de obra, equipo de
del efluente
transporte,
almacenamiento,
transporte hasta el lugar
de su uso.
Costos de utilización Almacenamiento,
del biogás
distribución, adaptación
de equipos, purificación.
que depende fundamentalmente de la
naturaleza de la materia dispuesta en el
Fuente: Hilbert (2003)
sistema digestor. La fórmula que permite
Los mayores costos asociados con la
estimar la máxima generación de metano
operación son los derivados de la asistencia
técnica, ya que los digestores comúnmente
892
se encuentran en áreas rurales, por lo que
es una tecnología madura, ecológica y un
dicha asistencia debe ser a distancia,
negocio viable a gran escala para regiones
generando costos de transporte y otros. Este
agrícolas
tipo de costos podrían ser soportados por
biodegradables por metanogénesis.
e
industrias
con
desechos
organismos estatales o empresas privadas
que
obtengan
producción
y
algún
beneficio
explotación
del
de la
Lo
más
importante
actualmente
es
biogás
garantizar la sustentabilidad del planeta y la
existencia sus recursos para generaciones
(Hilbert, 2003).
futuras, por lo que la ciencia y tecnología
Entre otras ventajas de la producción y uso
en ramas específicas deben enfocarse
del
el
principalmente en resolver problemáticas
aprovechamiento de residuos agrícolas y la
ambientales y sociales como los problemas
consecuente descontaminación de tierras,
de contaminación, disposición de residuos y
ya que la materia orgánica que era
generación de energía limpia.
biogás
se
encuentran
desechada en éstas es aprovechada para la
producción de este biocombustible.
Bibliografía
Conclusión
En
años
anteriores
se
han
venido
implementando tecnologías y desarrollando
investigación enfocada en asegurar un
desarrollo sustentable, parte de esto es el
desarrollo de los biocombustibles. De
manera
particular
el
biogás
es
una
alternativa ecológica viable para ser usado
como combustible, ya que la materia prima
para su producción son desechos orgánicos,
lo que ayudaría a la resolución de la
disposición de residuos y otros problemas
actuales de contaminación.
El biogás es una excelente alternativa para
el uso de tecnologías enfocadas a la
sustentabilidad del medio ambiente, ya que
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894

Biogás: una alternativa ecológica para la producción de energía

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