Proceso químico industrial del biogás

Proceso químico industrial del biogás

Ignacio Cerda, Leandro Diaz

Información

Curso: Química

Profesor: Dr. Hugo Valdés

Fecha entrega: 05/10/18

Resumen

El objetivo de este trabajo es describir la producción de biogás y profundizar en la digestión anaeróbica, el cual es un proceso que puede ser utilizado como un método para recuperar energía y nutrientes contenidos en la fracción biodegradable de la materia orgánica. La biomasa utilizada para la producción de biogás se conoce con el nombre de Residuos Sólidos Orgánicos. El proceso está mediado por la acción de un grupo de bacterias específicas, que, en ausencia de oxígeno, transforman la materia orgánica en una mezcla de gases, fundamentalmente CH4  y CO2, conocida como biogás y en un residuo denominado digestato, que es una mezcla de productos minerales y compuestos de difícil degradación. El proceso de digestión anaeróbica para la generación de biogás se realiza normalmente en estanques herméticos, denominados reactores, y presenta beneficios económicos y ambientales como consecuencia de la descomposición de los sustratos orgánicos, y la consecuente producción de energía.

1. Introducción

Cuando a finales del siglo XVIII el físico italiano Alessandro Volta identificó por primera vez el metano (CH4 ) como el gas inflamable en las burbujas que emergían de los pantanos, no se pudo imaginar la importancia que este gas podría llegar a tener para la sociedad humana en los siglos venideros. El metano alcanzó una especial importancia durante la segunda guerra mundial debido a la escasez de combustibles. Con el fin de la guerra y la fácil disponibilidad de combustibles fósiles, la mayoría de las instalaciones fueron cesando en su funcionamiento. En los países industrializados la historia de la tecnología de biodigestión se ha desarrollado más bien por motivaciones medioambientales que puramente energéticas, constituyendo un método clásico de estabilización de lodos activos de las plantas de tratamiento de aguas residuales domiciliarias. En la actualidad, el biogás se utiliza en todo el mundo como una fuente de combustible tanto a nivel industrial como doméstico. Su explotación ha contribuido a impulsar el desarrollo económico sostenido y ha proporcionado una fuente energética renovable alternativa al carbón y el petróleo.

La industria del biogás resalta entre otras por ser una fuente de energía renovable no convencional, amigable con el medio ambiente, ya que su proceso de producción consiste a grandes rasgos en tomar residuos producidos por otras industrias y convertirlo en energía, la cual se puede ocupar en distintos procesos: calor o electricidad, motores y turbinas de maquinarias, en celdas de combustibles y también para automóviles, purificando y añadiendo aditivos se puede ocupar en una red de gas natural.

El biogás es un gas combustible producto de la descomposición de la materia orgánica en ausencia de oxígeno, es decir, anaeróbica. Este proceso se conoce como digestión anaeróbica y es realizado por distintos tipos de bacterias. El biogás producido por la degradación de la biomasa está compuesto fundamentalmente por metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). También contiene otra serie de compuestos que se comportan como impurezas y que hacen necesario su retiro dependiendo del uso que se le quiera dar al biogás. El valor energético del biogás depende directamente del contenido de metano que varía entre 50% y 75% de la totalidad del gas producido.

La actividad agropecuaria y el manejo adecuado de residuos rurales pueden contribuir significativamente a la producción y conversión de residuos animales y vegetales (biomasa) en distintas formas de energía. El biogás generado puede ser capturado y usado como combustible y/o electricidad. De esta forma el impacto generado por la digestión anaeróbica es tremendamente valioso y significativo para el medio ambiente por tratar la problemática de, ¿qué hacemos con nuestros residuos?. Además de ser un método de tratamiento que permite disminuir la cantidad de materia orgánica contaminante, estabilizando y a su vez produce energía en el proceso (biogás)

                                                         Ilustración 1. Proceso del biogás.

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                                            Fuente: https://glwenergy.com/what-is-a-biogas-digester/

1. Descripción del proceso

El biogás es un gas combustible generador de energía semejante al gas natural, pero difiere de este ya que el gas natural es 100% metano, el biogás al ser producido mediante una digestión anaeróbica, que es la degradación a nivel bacteriano de biomasa, contiene otros gases como el dióxido de carbono y azufre, teniendo que ser purificado dependiendo de la utilidad que se le quiera dar al combustible.  

   La digestión anaeróbica es un proceso biológico complejo y degradativo en el cual parte de los materiales orgánicos son convertidos en biogás, utilizando este proceso es posible convertir una gran cantidad, residuos vegetales, estiércoles, efluentes de la industria alimentaria y fermentativa, de la industria papelera y de algunas industrias químicas, en subproductos útiles.

El proceso anaeróbico se clasifica como fermentación anaeróbica, en la cual la materia orgánica es catalizada en ausencia de un aceptor de electrones externo mediante microorganismos anaeróbicos a través de reacciones de oxidación-reducción bajo condiciones específicas. El producto generado durante el proceso acepta los electrones liberados durante la descomposición de la materia orgánica, por lo tanto, la materia orgánica actúa como dador y receptor de electrones. Los principales productos de este proceso son el biogás que es una mezcla gaseosa formada principalmente de metano pero también contiene ciertas impurezas, el metano es el compuesto fundamental que le da el valor energético al gas, cuando este tiene un contenido de metano mayor al 45% del total, el gas es inflamable. Y también por otro lado se produce un bioabono (digestato), que consiste en un efluente estabilizado con menor contenido orgánico al de la materia prima, gran parte de este sustrato se ha mineralizado, por lo que aumenta su contenido de nitrógeno amoniacal y disminuye su nitrógeno orgánico.

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