¿QUÉ ES EL BIOGAS?
- El biogás es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismo y otros factores, en ausencia de oxígeno (esto es, en un ambiente anaeróbico).
- La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado útil para tratar residuos biodegradables, ya que produce un combustible de valor además de generar un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo o abono genérico.
- El Biogas está compuesto principalmente por Gas Metano (CH4), Dióxido de Carbono (CO2), y pequeñas proporciones de ácido Sulfhídrico.
¿QUÉ ES UN BIODIGESTOR?
- Un biodigestor es un sistema natural que aprovecha la digestión anaerobia (en ausencia de oxígeno) de las bacterias que ya habitan en el estiércol, o en otros residuos orgánicos para transformarlos en biogás y fertilizante.
- El biogás generado en grandes cantidades puede ser empleado como combustible para alimentar un generador que produzca electricidad.
- El fertilizante biológico, inicialmente se ha considerado un producto secundario, pero actualmente se está considerando de la misma importancia, o mayor que el biogás, ya que provee al campo de un fertilizante natural que mejora mucho el rendimiento de las cosechas.
Biodigestor de membrana en forma de laguna (está inflado por el gas que se está generando)
ADAPTACIÓN DE LOS BIODIGESTORES
- Los biodigestores deben ser diseñados de acuerdo con su finalidad, la disposición de ganado y tipo, y la temperatura a la que van a trabajar. Un biodigestor puede ser diseñado para eliminar todo el estiércol producido en una granja de cerdos, o bien como herramienta de saneamiento básico en hoteles, hospitales, fábricas, etc. El fertilizante líquido obtenido es muy preciado, y un biodigestor diseñado para tal fin ha de permitir que la materia prima esté más tiempo en el interior de la cámara hermética, así como reducir la mezcla con agua a 1:3.
- Es importante un buen dimensionamiento para que no quede chico, y pueda procesar el total de los desechos correctamente. De esta manera, se maximiza la cantidad de biogás generado, y se tiene un buen resultado en la reducción de contaminantes y olores.
- El resultado es una mezcla constituida por metano (CH4) en una proporción que oscila entre un 40% y un 70%, y dióxido de carbono (CO2), conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno (H2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2) y sulfuro de hidrógeno ( H2S).1 El biogás tiene como promedio un poder calorífico entre 18,8 y 23,4 megajulios por m³.
El gas Metano es el que se utiliza para la generación de energía.
- Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas o moto-generadores a gas, en hornos, estufas, secadores, calderas u otros sistemas de combustión a gas, debidamente adaptados para tal efecto
- El dimensionamiento adecuado del biodigestor es un elemento muy importante, así como el control de la alcalinidad o acidez y la relación de Carbono-Nitrógeno para mantener el ambiente óptimo para que las bacterias generen la mayor cantidad de gas.
- Junto con el biodigestor, se debe construir una laguna secundaria que capte los efluentes resultantes del biodigestor, con una capacidad igual al volumen de agua saliente del sistema, con objeto de aumentar el tiempo de retención del flujo del efluente para su tratamiento adicional que permita el mejoramiento de su calidad.
Laguna receptora de residuos del biodigestor
BIO-REACTORES
La temperatura ambiente trabaja un biodigestor, indica el tiempo de retención necesario para que las bacterias puedan digerir la materia. En temperaturas de 30 °C se requieren unos 10 días; a 20 °C unos 25 días y en una temperatura de 10 °C, se requieren 55 días de tiempo de retención. Es por esto, que para una misma cantidad de materia prima entrante se requiere un volumen cinco veces menor para el digestor en una temperatura de 30 °C que en una temperatura de 10 °C.
Los bio-reactores se construyen de manera vertical, y optimizan el proceso producción de biogás controlando constantemente el PH (manteniéndolo en valores de 6.5 a 7.5) para evitar que se pudra la biomasa; la temperatura (manteniéndola en una temperatura mayor a 20 °C , preferentemente entre 30 y 35 °C) para que las bacterias que generan el biogás trabajen de mejor manera y se reproduzcan eficientemente; estar constantemente agitando para que las bacterias actúen el la totalidad de la biomasa, de tal manera que el tiempo de digestión es menor que el que tardaría en un biodigestor de membrana en donde no se monitorean ni controlan de manera automática estas condiciones. Al hacer el proceso más eficiente, es necesaria una menor área para construir un bio-reactor adecuado para procesar la biomasa.
Bio-reactores
En las empresas que se puede generar una gran cantidad de biogás, pero no se cuenta con la disponibilidad de un área lo suficientemente grande para procesar todos los desechos adecuadamente y generar biogás con un biodigestor de membrana en forma de laguna, es posible utilizar un bio-reactor.
En las granjas de cerdos, por ley tienen que instalar biodigestores para el tratamiento de los residuos, como se recoge todos los días, es ideal para la generación del gas metano con los biodigestores y generación de electricidad utilizando ese gas en un motor especial para biogás. (El motor debe de estar diseñado especialmente para utilizar biogás, y no “adaptado”, pues la eficiencia de un motor “adaptado” es aproximadamente un 30 % menor a la de un motor diseñado específicamente para biogás.
Granja de cerdos
Principalmente, en el caso de los establos, es necesario tener un separador de sólidos antes de entrar al biodigestor para evitar que el biodigestor se llene de fibra, En el caso de los cerdos, no es tan necesario por tener una alimentación diferente.
Separador de sólidos
Fosa para recepción de biofertilizante líquido
Acuulación de sólidos (Desechos sólidos separados)
SISTEMAS DE AGITACIÓN
Es importante contar con sistemas de agitación que prevengan la sedimentación y acumulación de sólidos, el taponamiento de tuberías, así como para garantizar perfiles de temperatura constantes dentro del biodigestor, y una eficiente interacción entre microorganismos y el sustrato.
ELIMINACIÓN DEL ÁCIDO SULFHÍDRICO Y VAPOR DE AGUA
En aquellos sistemas que realicen el aprovechamiento del biogás para generar energía eléctrica o térmica, se deberá instalar un filtro para la retención del ácido sulfhídrico, debido a que éste ácido es precursor de ácido sulfúrico, mismo que corroe las partes metálicas y acorta el tiempo de vida útil de los equipos. Si no se elimina, la vida de los motores se reduce drásticamente.
Hay sistemas biológicos que eliminan el ácido sulfhídrico de forma automática. Son un poco más caros, pero más seguros. También se puede eliminar por medio de filtros químicos. Sin embargo, con estos filtros se tiene el riesgo de que si no se tiene el cuidado de cambiarlos a tiempo, no se elimine el ácido sulfhídrico y dañe el motor.
También se debe de eliminar el agua contenida en el biogás, para mejorar la eficiencia del motor.
GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA CON BIO-GAS
El bio-gas generado en bio-digestores o bio-reactores se puede aprovechar para generar energía eléctrica utilizando un Motor-Generador especialmente diseñado para trabajar con Bio-gas.
APLICACIONES
Granjas de Cerdos
Dependiendo de la cantidad de biogás generado, se puede generar hasta el total de la energía eléctrica que se consume en una granja de cerdos, e inclusive la energía necesaria para una procesadora de alimentos, ó vender la energía que se genere de más. Las granjas de cerdos, por la forma en que recolectan diariamente el estiércol, a base de chorro de agua, son muy eficientes para la producción de biogás.
Granja de cerdos
Establos lecheros
En establos grandes, en los que se recoge constantemente el estiércol en las banquetas que están junto a los comederos y en el área de ordeña, también se puede generar mucho biogás, generando toda la energía eléctrica que utilizan y produciendo excedentes que pueden vender, así como Certificados de Energía Limpia (CEL´s)
Establo
En los establos que no se tiene un sistema eficiente de recolección del estiércol, no es rentable la generación de energía porque no se produciría la cantidad suficiente de Biogas.
En estos casos, es necesario también contar con un separador de sólidos antes del biodigestor, además de un agitador, pues de otra forma, el biodigestor se saturaría de materia orgánica, y se taparán las tuberías.
Fábrica de quesos.
En donde el suero de la leche, y otros desechos orgánicos se lleva a un biodigestor, el cual genera bio-gas (Gas metano), el cual se utiliza para generar electricidad con el co-generador, y el calor producido se utiliza para calentar el agua que se utiliza en el proceso de fabricación del queso.
Rastros
En donde la sangre y los desechos se llevan a un bio-digestor para generar bio-gas (Gas Metano), y ese bio-gas se utiliza para generar electricidad, y el calor generado por el motor se utiliza para precalentar el agua de la caldera que se utiliza para pelar los cerdos o los pollos.
Fábricas de Tequila o Mezcal:
En el proceso de fabricación del tequila o mezcal, se producen desechos líquidos del tequila conocidos como vinaza. Por cada litro producido se generan entre 10 y 12 litros de vinazas.
Las vinazas o residuos líquidos resultantes del proceso de elaboración del tequila contienen desechos orgánicos, como restos de agave, alcoholes de la destilación, microfibras de agave que se pueden aprovechar utilizando biodigestores para generar bio-gas, y generar electricidad con ese biogás, así como cogenerar para calentar el agua que se necesita para el proceso de destilación.
En las fábricas de mezcal o tequila que trabajan durante todo el año, se puede producir mucho biogás.
biogás.
Para que un biodigestor funcione correctamente en este tipo de empresas, es necesario que se produzca durante todo el año, pues si se para la producción en alguna temporada, as bacterias que producen el metano morirán por la falta de alimentación. En los casos que no sea viable un biodigestor para la generación de biogás, se puede utilizar gas natural para co-generar electricidad y agua caliente, siendo también muy rentable.
Fábrica procesadora de jugos o conservas de alimentos:
En las fábricas de jugos o conservas de alimentos, se tiene una gran cantidad de aguas residuales y lodos de desechos, que se pueden procesar en un biodigestor o en un bioreactor para producir biogás y co-generar energía eléctrica y agua caliente o vapor de agua.
Estas empresas utilizan grandes cantidades tanto de energía eléctrica como de agua caliente o vapor, por lo que un proyecto de co-generación es muy viable.
OPTIMIZACIÓN DE PTAR (PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES).
En muchas de las plantas en las que se puede generar biogás, por lo general tienen una PTAR (Planta de Tratamiento de Aguas Residuales). Es muy común que estas plantas estén sobre-saturadas.
Una muy buena opción para resolver este problema, es poner bio-digestores ó bio-reactores antes de la PTAR. De esta manera, se puede generar biogás, generar energía eléctrica y cogenerar agua caliente, y a mismo tiempo tratar las aguas residuales de la planta, permitiendo cumplir con las normas y quitando la mayor parte de la carga a la PTAR.
Motor de generación eléctrica con Bio-gas