Biogás

¿Qué son?

¿QUÉ ES EL BIOGÁS?

El biogás es una mezcla conformada principalmente por CH4 (50%-70%) y CO2 (25%-40%), que se genera por el proceso biológico de biodigestión anaerobia, que consta de una serie de reacciones bioquímicas en la que residuos orgánicos son degradados o consumidos por un conjunto de microorganismos.

  • La acción de los microorganismos produce calor, mismo que se usa para mantener el proceso en su temperatura ideal (35 C). En el proceso también se generan efluentes líquidos y sólidos que pueden ser utilizados como fertilizante orgánico.

Tecnologías

TECNOLOGÍAS

Biodigestores para sustratos agropecuarios:

  • Son depósitos donde se lleva a cabo la biodigestión de biomasa en ausencia de oxígeno. Las materias primas son: excrementos (purín y estiércol) de cerdo y de res, residuos de las cosechas, lodos de estaciones depuradoras de agua, entre otros. Los digestores varían su tamaño en un rango desde 1 a 10 m3 para pequeñas granjas hasta más de 1,000 m3 para grandes instalaciones (Boyle et al., 2004).
  • También existen biodigestores lagunares, que se utilizan ampliamente en granjas. En un digestor bien manejado se pueden producir de 200 a 400 m3 de biogás por tonelada de materia fresca (tMF), aunque este valor varía mucho de acuerdo con la naturaleza de la materia prima digerida. En Europa se ha probado con múltiples

desechos en el mismo digestor (codigestión). La unidad que se utiliza comúnmente es la "unidad ganadera", que equivale a 500 kg de peso vivo del animal y permite comparar los rendimientos de biogás de distintos tipos de animales. Una unidad ganadera produce entre 400 y 500 m3 de biogás al año.

Rellenos sanitarios

  • En este caso el biodigestor es el relleno en sí, donde la extracción del biogás se lleva a cabo mediante la perforación de pozos verticales. El biogás es conducido mediante una red superficial de tuberías.
  • La digestión es más lenta que en los biodigestores agropecuarios y pueden requerirse semanas o hasta años para su degradación completa. Los rendimientos (en toda la vida del relleno) varían de acuerdo a la composición de los desechos, pero teóricamente está en el rango de 150-300 m3 de biogás/t de desecho (Boyle et al., 2004). El gas generado se utiliza para la producción de electricidad por medio de motores de combustión interna y con turbinas de gas.

Modelos BIODIGESTORES

MODELOS DE BIODIGESTORES

Se pueden distinguir tres tipos de modelos según el tipo de alimentación:

CONTINUO:

  • Son cargados y vaciados frecuentemente. Se vacían automáticamente cuando el material cargado ha sido digerido y posteriormente es rellenado con nuevo material. Estas plantas son adecuadas para hogares rurales, donde se necesita disponibilidad de materia prima y una rutina diaria para recargarlos. La producción de gas es constante y mayor que en las plantas discontinuas. Actualmente, casi todas las plantas de biogás industriales o de grandes producciones operan de modo continuo.

SEMICONTINUO:

  • Son utilizados para operar dos materias primas con diferentes tiempos de digestión, por ejemplo, estiércol y paja. La paja se digiere lentamente y es alimentada en el digestor pocas veces al año, como es el caso de una planta discontinua, mientras que el estiércol es agregado y removido frecuentemente, como en el caso del digestor continuo.

DISCONTINUO:

  • Se llenan y vacían por completo después de un tiempo de retención fija, calculado en función del tipo de materia prima y su capacidad de producción de gas (cuando el material cargado ya no genera biogás, entonces se rellena nuevamente). Se usa cuando la disponibilidad de materia orgánica es limitada o intermitente. La desventaja respecto al tipo de planta continuo es que la producción de gas es intermitente.

Problemas y Soluciones

PROBLEMAS Y SOLUCIONES

La biodigestión es una alternativa para disminuir o eliminar flujos de materia orgánica proveniente de establos, granjas y residencias humanas hacia los cuerpos de agua, evitando problemas sanitarios y de contaminación. También representa oportunidades de ahorro económico para los productores agropecuarios, ya que se pueden utilizar los efluentes sólidos y líquidos de la digestión como fertilizantes. Si el biogás se utiliza como energético, se generan calor y electricidad evitando el uso de combustibles fósiles y los costos correspondientes. Además crea empleos, ya que se estima que por cada TWh se generan 560 puestos de trabajo (Lovrencec, 2010).

  • El uso de biogás en cogeneración mitiga emisiones de GEI en comparación con las referencias fósiles. Para la generación eléctrica mitiga 80% de las del carbón y 20% del gas natural; para la generación de calor mitiga 60% con respecto al gas natural y 40% con el petróleo (Schubert et al., 2009).El costo de generación de electricidad con biogás a partir de residuos agropecuarios se encuentra en el rango de 252-396 USD/kWh (Chum et al., 2011). Situación mundial Las mayores aplicaciones del biogás se han dado en China, India y Europa. China desarrolló un programa que inició en los años setenta con un resultado de más de 7 millones de digestores, aunque sufrió de varias fallas (Boyle et al., 2004). Una iniciativa posterior con mejor tecnología e infraestructura logró la instalación y operación exitosa de 5 millones de biodigestores domésticos hasta mediados de

los años noventa. En India se instalaron 2.8 millones de biodigestores y se identificó un potencial para instalar 12 millones más (Boyle et al., 2004). En Europa en 2010 se tenía una capacidad instalada de 2,300 MWel en plantas de biogás, mismo que se espera aumente en 1,700 MWel en los próximos cinco años (Ecoprog/Fraunhofer UMSICHT, 2010).

  • Situación en México La SENER considera que existe un potencial de 3,000 MW para generación de energía eléctrica con biogás proveniente de la recuperación y aprovechamiento del metano a partir de residuos animales, residuos sólidos urbanos (RSU) y tratamiento de aguas negras (SENER, 2010). En 2010 existían en México, 721 biodigestores, de los cuales 367 en operación y 354 en construcción (FIRCO, 2011). De éstos, 563 biodigestores son financiados bajo el esquema del Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL), 154 con apoyo del Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO) y 4 biodigestores a través de la Iniciativa Metano a Mercados. El 8% de las granjas porcícolas cuentan con biodigestores, de los cuales el 20% dispone de motogeneradores con 70% en funcionamiento. La potencia total instalada es de 5.7 MWel. Para el aprovechamiento de biogás obtenido a partir de rellenos sanitarios, una de las experiencias más importantes en México es la de Bioenergía de Nuevo León, la primera a nivel nacional. El sistema está compuesto de 7 motogeneradores de 1 MW cada uno. La planta fue diseñada de manera modular para permitir futuras adiciones de capacidad.

Glosario y Definiciones

BIOGÁS

  • El biogás es un producto de la descomposición anaerobia de la materia orgánica. Es generado por una serie de reacciones en distintas etapas de degradación, relacionadas con la actividad de un consorcio microbiano de diversas bacterias y arqueas (productoras de metano). Está compuesto principalmente por dióxido de carbono y metano.