Bioenergia

BIOENERGÍA

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES:

Son aquellas que se producen o llegan en forma continua a la tierra y que a escalas de tiempo real parecen ser inagotables: energía hidráulica, energía solar, energía eólica, energía de biomasa, energía mareomotriz.

FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES:

Son aquellas que se encuentran en forma limitada en nuestro planeta y se agotan a medida que se les consume: el carbón, el petróleo, el gas natural, la energía geotérmica, la energía nuclear.

PRODUCCIÓN DE BIOGAS:

1. CONSIDERAQIONES GENERALES:

• El biogás se le define como una mezcla de gases, cuya composición varía de acuerdo a los detalles de su producción, la que procede de la digestión anaerobia de los excrementos de animales presenta la siguiente composición: CH4 , 50-70%; CO2 , 30-50%; H2S , 1%; H2 , 2%.

• Entre las propiedades físicas que presenta, se tiene: capacidad de quemarse con llama azul, sin originar olores con una generación de calor de combustión equivalente a 21,5 MJ m-3 (573 BTU por pie cúbico o 5135 kcal m-3 ).

• Para su producción se emplean los biodigestores.

• El biodigestor es un sistema natural que aprovecha la digestión anaerobia (en ausencia de oxígeno) de las bacterias que ya habitan en el estíercol, para transformar este en biogás y fertilizante.

• El biodigestor es un recipiente en el cual para la fermentación debe presentar un 10-15% de su volumen total como espacio vacío para el almacenamiento del gas.

• En los biodigestores para iniciar la fermentación se debe colocar una adecuada población de bacterias (inóculo) formadoras de ácidos y de metano, para asegurar una rápida formación de biogás, a este proceso se le conoce como sembrado del digestor y para tal efecto se puede emplear lodos activados provenientes de desagües, barro podrido, estiércol u otra materia orgánica podrida en pozos, líquido ruminal (se consigue en los camales), y bioabonos procedentes de digestores en funcionamiento. El volumen del inóculo es del 10% del volumen total a cargar en el digestor.

• El proceso fermentativo se inicia en condiciones químicas y ambientales favorables incubando al biodigestor cargado con materiales orgánicos y agua que se descomponen por acción microbiana para producir a lo largo del proceso grandes burbujas que fuerzan su salida hacia la superficie donde se acumula el gas, terminando el proceso después de semanas o meses.

• En el biodigestor sucede la digestión anaerobia, de polímeros naturales y en ausencia de compuestos inorgánicos, en tres etapas: 1) hidrólisis y fermentación: en la que la materia orgánica es descompuesta por bacterias hidrolíticas anaerobias que hidrolizan las moléculas solubles en agua, como grasas, proteínas y carbohidratos, y las transforman en monómeros y compuestos simples solubles; 2) acetogénesis y deshidrogenación, donde los alcoholes, ácidos grasos y compuestos aromáticos se degradan produciendo ácido acético, CO2 e hidrógeno que son los substratos de las bacterias metanogénicas; 3) metanogénica en la que se produce metano a partir de CO2 e hidrógeno, a partir de la actividad de las bacterias metanogénicas.

• Los microorganismos que en forma secuencial intervienen en el proceso son: 1) bacterias hidrolíticas y fermentadoras; 2) bacterias acetogénicas obligadas reductoras de protones de hidrógeno (sintróficas); 3) bacterias sulfato reductoras (sintróficas facultativas) consumidoras de hidrógeno; 4) bacterias homoacetogénicas; 5) bacterias metanogénicas; 6) bacterias disnitrificantes.

• Las condiciones óptimas para que las bacterias completen su ciclo biológico en la digestión anaerobia son: 1) Temperatura, para bacterias mesófilas de 15 a 45 ºC con óptimo de 35ºC, para bacterias termófilas de 35 a 60ºC con óptimo de 55ºC; 2) Hermetismo, el tanque de fermentación debe estar completamente cerrado; 3) Presión, la presión subatmosférica de 6 cm de agua dentro del biodigestor es considerado la óptima; 4) Tiempo de retención es el tiempo promedio en que la materia orgánica es degradada por los microorganismos, se ha observado que a un corto tiempo de retención se produce mayor cantidad de biogás, pero un residuo de baja calidad fertilizante por haber sido parcialmente digerido, pero para tiempos largos de retención se obtiene un rendimiento bajo de biogás pero con un efluente(residuo) más degradado y con excelentes características como fuente de nutrimentos; 5) Relación de C/N, la relación óptima de carbono nitrógeno es de 30:1, cuando la relación es muy estrecha (10:1) hay pérdida de nitrógeno asimilable, lo cual reduce la calidad del material digerido, si la relación es muy amplia (40:1) se inhibe el crecimiento debido a falta de nitrógeno; 6) Porcentaje de sólidos, el óptimo en la mezcla a digerir es de 7 a 9 y se consigue al diluir el material orgánico con agua; la concentración de los sólidos totales debe ser de 8 -10% según otros autores ; 7) pH, en biodigestores operados con estiércol de bovino los óptimos de operación oscilan entre 6,7 y 7,5 con límites de 6,5 a 8,0; la reacción de la materia cruda debe ser neutra a ligeramente alcalina; 8) Agitación, importante para establecer un mejor contacto del substrato con las bacterias.

• Entre los factores que afectan la producción de biogás, además de los mencionados, están también:

1) Nivel de carga: se calcula como la materia seca total (MS) o materia orgánica (MO) que es cargada o vertida diariamente por metro cúbico de volumen de digestor. La materia orgánica o sólidos volátiles se refiere a la parte de la MS o sólidos totales (ST), que se volatilizan durante la incineración a temperaturas superior a 500ºC. Los SV contienen componentes orgánicos, los que teóricamente deben ser convertidos a metano. Los residuales de animales pueden tener un contenido de MS mayor del 10%. Según los requerimientos operacionales para un reactor anaerobio, el contenido de MS no debe exceder el 10% en la mayoría de los casos, por eso, los residuales de granja se deben diluir antes de ser tratados.

2) Eficiencia de producción de biogás: se determina expresando generalmente el volumen de biogás producido por unidad de peso de MS o SV. La fermentación de biogás requiere un cierto rango de concentración de MS que es muy amplio, usualmente desde el 1% al 30%. La concentración óptima depende de la temperatura. En china la concentración óptima es de 6% en el verano a temperatura entre 25-27ºC y entre 10 y 12% en

...