Debido al alto volumen de desechos generados, en los últimos años la utilización de residuos para la producción del biogás, como recurso renovable, ha adquirido un elevado peso específico en gran parte de Europa, donde se exige cada vez más el desarrollo de tratamientos para la gestión de los mismos.
Esto, en buscar de evitar los perjuicios ambientales que se ocasionan a causa de lixiviados producidos por la fermentación de los residuos, que pueden generar afecciones sobre los acuíferos y cauces cercanos a los núcleos de almacenaje de los residuos, así como el volumen de vertedero (y superficie de suelo) necesario para establecer los desechos.
Asimismo, la utilización de residuos para la producción del biogás también se procura evitar las emisiones a la atmósfera por parte de las reacciones naturales que se obtienen por la fermentación de los residuos y, además, las molestias de la población a causa de olores, entre otros.
El biogás es un combustible que se puede generar de forma natural por la descomposición de la materia orgánica en ambientes anaeróbicos por la acción de microorganismos. El biogás está compuesto principalmente de CH4 (50-70%), y en menor proporción de CO2, N2, H2, SH2.
La utilización de residuos para la producción del biogás, por descomposición anaeróbica, es un modo considerado útil para tratar residuos biodegradables, ya que produce un combustible además de generar un efluente que puede aplicarse como abono genérico en la agricultura.
Existen tres vías principalmente para la utilización de residuos para la producción del biogás, y estas son:
- Producción de Biogás en Vertederos. El biogás producido procede básicamente de residuos urbanos.
- Producción de Biogás en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales. El biogás en los EDAR se genera por el propio proceso de tratamiento de las aguas residuales y por lo lodos de depuradora.
- Digestores o Plantas de Biogás.
La utilización de residuos para la producción del biogás en las plantas, se lleva a cabo mediante la utilización de diferentes tipos de residuos, como, por ejemplo:
- Residuos procedentes de granjas: Purines de cerdo y vaca, estiércoles, gallinaza.
- Residuos agrícolas: Restos agrícolas procedentes de cultivos de maíz, cereales.
- Residuos de la industria alimentaria.
- Residuos de mataderos.
- Residuos pesqueros.
- Residuos de plantas de biocombustible.
- Lodos de depuradora.
- La fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos.
¿Cómo se produce el biogás?
Una vez que se han añadido los residuos, o mezclas de residuos al fermentador, estos se remueven continuamente con el fin de homogenizar la mezcla. Asimismo, los fermentadores disponen de unos calentadores en su perímetro que mantienen la mezcla a unos 40º C, lo que facilita la formación de metano.
Luego, durante este proceso de utilización de residuos para la producción del biogás, toda la mezcla se mantiene durante unos 60 días en el interior del fermentador y el gas que se va generando, que es una mezcla de metano (60%) y el resto (40%) formado por vapor de agua, CO2, H2S y H2, se extrae por la parte superior del depósito (digestor).
Una vez que se ha explotado al máximo la mezcla, se transfiere todo el contenido a otro deposito donde se des-gasifica la mezcla durante otros 60 días. El producto restante es un abono de alta calidad.
Al gas que sale del biodigestor, se le aplica un proceso de “lavado” y se le extrae el vapor de agua y el ácido sulfhídrico, pues resultan problemáticos para la posterior utilización del biogás. El vapor de agua se extrae mediante un método de condensación y, por otra parte, el ácido sulfhídrico se elimina pasando el gas por una planta de desulfuración.
Para terminar de limpiarlo, el producto se somete a un proceso de lavado y secado, y el gas resultante, ya limpio de impurezas, se pasa a través de un compresor que lo prepara para la posterior combustión. El biogás tiene como promedio un poder calorífico entre 18,8 y 23,4 mega julio (unidad) por metro cúbico (MJ/m³).
Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores, caldera (calefacción u otros sistemas de combustión a gas), debidamente adaptados para tal efecto.
Con el Biogás procedente del proceso de lavado (eliminación de H2s y vapor de agua) se puede producir biometano para inyectarlo directamente a la red de distribución de gas o bien ser utilizado como combustible para vehículos. Para tal uso, se le debe extraer el CO2 al biogás para tener una concentración CH4 superior al 96%.
Como fuente de energía renovable, la utilización de residuos para la producción del biogás ofrece varias ventajas tecnológicas, ecológicas y económicas, como la energía se puede generar los 365 días del año, en todo momento del día y de la noche. Como resultado de esta disponibilidad, el biogás juega un papel importante en la combinación de energía renovable del agua, el sol y el viento.
Además de ayudar a lograr los objetivos de protección climática, el biogás ayuda a reducir la dependencia de las importaciones de energía y la generación de energía descentralizada también garantiza un desarrollo local sostenible.
Importancia de la medición del biogás
Los principales parámetros a analizar para poder determinar las características del biogás son, además del metano, el CO2, el ácido sulfhídrico (H2S), el oxígeno (O2) y en menor medida el hidrógeno (H2).
La concentración de metano en el biogás es un indicador de la eficiencia del proceso de digestión anaeróbica. La capacidad de monitorear los cambios en los niveles de metano permite una gestión más precisa de la biomasa. También se puede usar para identificar problemas tales como cambios en el proceso de fermentación de pH o temperatura.
Comprender el contenido de CH4 es claramente importante en la etapa de salida también, porque afecta el valor energético del biogás y la consiguiente eficiencia de la cogeneración. Los motores CHP están diseñados para operar dentro de rangos específicos de concentración de CH4, por lo que el monitoreo es importante para prevenir daños o al menos reducir los costos de mantenimiento.
La presencia del H2S depende de los residuos utilizados y del proceso de digestión anaeróbica. La importancia de su monitorización es principalmente por:
- El olor: El desagradable olor del sulfuro de hidrógeno (el clásico olor a huevos podridos) es detectable a concentraciones muy bajas. Por tanto, en los lugares de generación de biogás es muy importante sobre todo cuando están cerca de los centros de población.
- La toxicidad: Las concentraciones atmosféricas de H2S por encima de 200 ppm pueden ser fatales, por lo que el monitoreo puede ser una parte importante de la protección del personal del sitio.
- Corrosividad: La detección de H2S en la salida de biogás, es altamente importante ya que en su estado natural, incluso a bajos niveles de concentración, el sulfuro de hidrógeno puede causar corrosión en todas las partes de la infraestructura del biodigestor y CHP.
Otros compuestos que son interesantes medir y que también aportan información sobre la utilización de residuos para la producción del biogás son la medición H2 (reconocimiento temprano del proceso de fermentación) y la medición de CO (reconocimiento temprano de fuego subterráneo de vertederos).
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