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Lo básico para entender el biogás
Biogás: gas combustible que se forma a partir de la descomposición de materia orgánica (biomasa). El compuesto que le da su valor energético es el metano, CH4, el cual representa entre un 50 y un 75% del gas. Casi todo lo demás corresponde a dióxido de carbono (CO2), pero suele tener otros compuestos, los cuales actúan como impurezas y puede ser necesario retirarlos, dependiendo del uso final.
El biogás se produce en ausencia de oxígeno, por la acción de distintos tipos de bacterias, proceso que se conoce como digestión anaeróbica.
Las fuentes de biomasa para dar origen al biogás son muy versátiles: lodos de plantas de tratamiento de aguas servidas (PTAS); los residuos sólidos urbanos (RSU) de rellenos sanitarios y vertederos; estiércoles, purines y riles de la actividad pecuaria; los restos de la actividad agrícola o industrial, y las plantaciones energéticas. Estos materiales se suelen llamar sustrato orgánico.
PRODUCTOS, SUBPRODUCTOS, USOS Y BENEFICIOS DEL BIOGÁS
El biogás se utiliza en calderas, para producir calor, como combustible para vehículos en el transporte, en motores o turbinas para generar electricidad, purificado para introducirlo en redes de gas natural, o como material base para la síntesis de metanol, un producto de alto valor agregado.
Un subproducto importante es el digestato (o “lodo digerido”), material líquido o sólido que queda al terminar el proceso. Contiene nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y otros elementos. Se emplea como fertilizante y mejorador del suelo.
Figura 1. Valor energético: un m3 de biogás con un 60% de metano y un 40% de CO2 equivale a 0,7 litros de gasolina; 2,4 kW-hora de electricidad; 0,6 m3 de gas natural o 1,3 kg de madera.
Para hacerse una idea básica de la productividad del biogás, la figura 5 muestra un ejemplo a partir de un estudio de caso en el que se aprecia que el estiércol de 10 bovinos permite generar el equivalente a 4 balones de gas licuado de 15 kilos al mes, y fertilizar 300 m2 a razón de 160 unidades de nitrógeno/ha.
Figura 2. Estudio de caso tomado de María Teresa Varnero, 2012: Manual de Biogás (MINENERGIA / PNUD / FAO / GEF). Estimación de biogás y bioabonos en una explotación agropecuaria que dispone de 10 bovinos.
Volumen diario: 100 kg de estiércol + 100 litros de agua = 200 litros.
Tiempo de retención: 200 litros * 40 días.
Volumen del digestor (litros diarios * número de días): 8.000 litros = 8 m3
Un impacto ambiental positivo del tratamiento anaeróbico en la producción de biogás es evitar la emisión descontrolada de metano, uno de los gases con mayor efecto invernadero. Por otra parte, al reemplazar combustibles fósiles el biogás evita el aumento de la concentración de CO2 que estos provocan en la atmósfera. La digestión anaerobia, además, disminuye la emisión de malos olores.
PLANTAS DE BIOGÁS: COMPONENTES Y PUNTOS CRÍTICOS
Las plantas de biogás tienen diseños muy diversos, pero en términos simplificados se componen de las instalaciones de recepción de la biomasa, de los biodigestores o reactores donde ocurre el proceso anaeróbico, de las estructuras de almacenamiento de biogás y del digestato, y de los equipos para la generación de energía eléctrica o térmica (figura 6).
Figura 3. Esquema simplificado de una planta de cogeneración.
Fuente: Proyecto Energías Renovables no Convencionales (MINENERGÍA/GIZ, 2012).
El tipo y tamaño de los sistemas es enormemente versátil. Desde el aprovechamiento del estiércol de una vaca para calentar la leche de terneros, como ocurre en el centro de INIA Humán, en Los Ángeles, hasta plantas generadoras de 4 MW o más. Los sistemas mayores son poco comunes en el sector agropecuario o agroindustrial, porque significan desafíos logísticos y de operación relacionados con el abastecimiento de biomasa. En los campos alemanes, donde su uso se encuentra muy extendido, la inmensa mayoría de las plantas se encuentra entre 150 kW y 1 MW.
Cuando se trata conjuntamente sustratos orgánicos de distintos orígenes, como serían por ejemplo los purines de un plantel pecuario y los desechos vegetales de una planta conservera, se habla de codigestión.
El término cogeneración se refiere a la producción tanto de energía térmica como eléctrica a partir del mismo combustible. Se habla de trigeneración cuando se obtiene frío a partir de la energía térmica recuperada en procesos de cogeneración.
Los puntos críticos en el proceso de generación de biogás se relacionan con la concentración de oxígeno, la temperatura, el control del pH o nivel de acidez, y la proporción de nutrientes presentes en el sustrato (C:N:P:S), entre otros factores.
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