Escrito por Tendenzias

Biogás – El Gas Combustible Alternativo

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 microorganismos y otros factores, en ausencia de oxígeno (esto es, en un ambiente anaeróbico). Este gas se ha venido llamando gas de los pantanos, puesto que en ellos se produce una biodegradación de residuos vegetales semejante a la descrita.

biogas-energia-renovable

Biogás – El Gas Combustible Alternativo | Cómo se Produce

El biogás se produce como resultado de someter al estiércol, o a cualquier otro deshecho orgánico, a la acción de bacterias anaeróbicas (que viven en ausencia de aire) en un proceso llamado biodigestión. Este proceso se llevan a cabo en los llamados biodigestores en los cuales se mezcla el material orgánico junto con agua y en los que, en un ambiente con temperaturas adecuadas de entre 20 y 30 grados (temperatura idónea para la proliferación de bacterias), se produce la reacción que produce el Biogás.

biogas-esquema-produccion

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.

Tipo de Materia Prima para Producir Biogas

La materia prima necesaria para poder producir Biogas, es materia orgánica que puede provenir tanto de desechos de la agricultura, como de estiércolo, desechos municipales (aguas negras), desperdicios de comida, etc. Todo tipo de materiales biodegradables, de origen orgánico que puedan fermentar tas la acción de las bacterias.

biogas-residuos-solidos-urbanos

Residuos Sólidos Urbanos, listos para llevar a la planta de transformación

El resultado es una mezcla constituida por metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno (H2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2) y sulfuro de hidrógeno (H2S).

Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores, calderas u otros sistemas de combustión a gas, debidamente adaptados para ese uso.

biogas-proceso-bio-gas

Cuando el gas se procesa para obtener biogás natural concentrado y comprimido (BNCC), puede ser utilizado para inyectarse en la red de gas natural o usarse para el funcionamiento de vehículos a motor.

Nuevas tecnologías exploran la incorporación de las microalgas de crecimiento rápido como materia prima.

biogas-microalgas

Una incorporación muy interesante, tanto tecnológicamente como económicamente, ya que otros proyectos que utilizan para la obtención de biocombustibles materias primas alimentarias, contribuyen a aumentar su precio, mientras que las microalgas de crecimiento rápido viven en aguas residuales, materia de desecho que no tiene ningún valor económico. 

Producción de Biogas por medio de Algas

Producción de Biogas por medio de Algas

Gracias a estos organismos fotosintéticos, los residuos de las estaciones depuradoras podrán ser transformados en biomasa (las microalgas) que, a su vez, permitirá producir biogás. 

Biogás – El Gas Combustible Alternativo | Beneficios para el medio ambiente

Sabemos que el metano es uno de los componentes que contribuyen a la degradación de la capa de ozono. Gracias a la tecnología para poder obterner los Biocombustibles y en este caso al biogás, podemos transformar el metano que proviene de la materia orgánica en descomposición, en energía limpia, e incluso con los residuos de éstas, podemos realizar abonos y fertilizantes naturales. Nada se desperdicia.

Las explotaciones ganaderas actuales, sean del tamaño que sean, provocan un negativo impacto ambiental. Por un lado consumen una importante cantidad de energía a la vez que, sobretodo, generan grandes volúmenes de un residuo, como es el estiércol, que contamina el aire y el agua. Afortunadamente existe un procedimiento capaz de reducir en gran medida, o incluso de forma total, el impacto ambiental provocado por el estiércol.

loadInifniteAdd(infinite_adv_1);
biogas-estiércol

Con este procedimiento podemos aprovechar los residuos provocados por el ganado como son las deyecciones (excrementos), tan contaminantes de acuíferos y tan costosos de tratar, convirtiéndolo en un excelente recurso energético y limpio como es el biogás.

Esto a la vez de solucionar el problema de la contaminación del estiércol, evita el uso de fuentes de energías fósiles y de su negativo impacto en el medioambiente. Como subproducto, obtenemos un limo que además resulta ser un excelente fetilizante natural. Debido a las claras ventajas que aporta la producción de biogás en las explotaciones agroganaderas es por lo que instalaciones para producir biogás están siendo cada vez más aplicadas en en muchos países del mundo.

Producción de combustibles

La producción de combustibles es uno de los grandes beneficios del proceso de la biodigestión en el sector agroganadero, ya que supone la conversión de un desecho abundante, muy localizado y de difícil tratamiento, como son los excrementos animales o los deshechos agrarios, en un recurso energético de gran utilidad práctica.

El biogás se puede usar de forma similar al que se hace de los gases de origen fósil (gas natural, gas propano etc.), es decir se puede quemar en la cocina, usar en vehículos como combustible, etc.

biogas-esquema-biogas

La energía producida por este combustible, puede ser vendida aprovechando posibles primas que puedan otorgar los gobiernos por la producción de energía limpia o utilizarla de manera directa para autoabastecer las necesidades energéticas de la propia explotación (permitiendo además la venta del excedente).

Producción de fertilizantes

Como residuo de la biodigestión se obtiene un lodo (limo) que es un excelente fertilizante para las plantas. Este fertilizante, puede ser usado de forma inmediata, ya que a diferencia del estiércol no requiere ser “curado”. (El proceso de “curado” se ha realizado en el biodigestor).

loadInifniteAdd(infinite_adv_2);
biogas-biofertilizante

La producción de grandes cantidades de fertilizante de alta calidad supone una excelente opción de negocio adicional para las granjas. Este fertilizante es además natural y biológico lo que contribuye a la expansión de practicas agrícolas más naturales.

Tratamiento de residuos

La biodigestión del estiércol evita que se este sea vertido o almacenado de forma inadecuada. Evitando que por efecto de la lluvia, las bacterias fecales y otros contaminantes, se filtren al subsuelo y puedan alcanzar acuíferos o ríos, contaminándolos, siendo esta una de las causas más frecuentes de la contaminación de los ríos.

biogas-granja

Instalación Planta de Biogás en Alemania

La biodigestión genera un residuo inodoro y estabilizado, que no atrae a las moscas ni a otros animales como ratones o ratas y que, como se vio anteriormente, puede ser usado como fertilizante.

Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. contaminantes y Co2

Al tratarse el estiércol dentro de los biodigestores, de forma controlada, evitamos que el gas metano se libere a la atmósfera. El metano liberado en la atmósfera es un gas con capacidad de provocar un efecto invernadero 21 veces dusperior al del CO2.

biogas-biocombustible

En los biodigestores, el metano se capta y almacena y al quemarse, libera la energía útil y también CO2, un gas con mucha menor capacidad de efecto invernadero. El CO2 emitido en los procesos de producción y consumo del biogás, es el mismo que la planta, que sirvió de alimento al ganado, capto de la atmósfera en el momento de su desarrollo. Por ello la concentración media de CO2 en la atmósfera no varia por esta causa y este proceso no contribuye al calentamiento global.

loadInifniteAdd(infinite_adv_3);

Biogás – El Gas Combustible Alternativo | Potencial Energético

La conversión biológica de los residuos sólidos para fines energéticos viene ganando importancia cada día, una vez que los residuos urbanos pasaron a ser considerados una fuente de energía alternativa.

La conversión energética de esos gases puede ser presentada como una solución para el gran volumen de residuos producidos, ya que reduce el potencial tóxico de emisiones de metano al mismo tiempo en el que producen energía eléctrica añadiendo, de esta forma, ganancia ambiental y reducción de costos.

El dimensionamiento de un proyecto de aprovechamiento de biogás en los rellenos sanitarios para la generación de energía eléctrica debe considerar el hecho de que la producción de biogás sea viable a lo largo del tiempo, buscando así una maximización de la producción de energía y del uso del biogás.

La factibilidad de proyectos para el aprovechamiento del biogás en los rellenos sanitarios depende de estimar, con una certidumbre razonable, tanto la producción diaria como la producción acumulativa de CH4, metano, en el largo plazo. Tales valores son usualmente calculados con expresiones matemáticas que consideran 100% de conversión.

biogas-biodigestores

Los estudios de estimación de generación de biogás han cobrado fuerza debido al aumento de la demanda energética y al gran problema que representan los residuos sólidos urbanos (RSU), los cuales en muchas ocasiones, se depositan sin un manejo apropiado, con los consiguientes problemas que producen como son la contaminación del aire, el suelo y el agua, con un elevado riesgo para la salud de la población. Además la contribución al efecto invernadero del CH4, uno de los gases presentes en el biogás que se genera, es 21 veces más potente respecto al CO2.

Por lo expuesto anteriormente, la estimación de las dimensiones de biogás en los sitios de disposición final ha sido fuertemente analizada por diversos investigadores en todo el mundo, con fines de extracción y utilización como fuente renovable de energía y mitigación de emisiones de gases de efecto invernadero.

loadInifniteAdd(infinite_adv_4);

Vamos a cuantificar el potencial de generación de energía eléctrica proveniente del gas metano oriundo de los Residuos Sólidos Urbanos de los municipios Belas, Cacuaco y Viana de la provincia de Luandaen Angola.

Metodología de Cálculo

Las metodologías de cálculo de generación de metano más utilizadas son las presentadas por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (USEPA), Banco Mundial eIPCC. Son ecuaciones que tienen en común el hecho de ser ecuaciones cinéticas de primer orden y considerar los mismos parámetros de entrada:

  • Masa de residuos que ingresa al relleno sanitario anualmente
  • Tiempo de actividad del relleno o tiempo después de cerrado
  • Tasa de generación de metano (k)
  • Potencial de generación de metano (L0)

En este contexto, la metodología para el cálculo de la emisión de metano aquí presentada, sigue la metodología de cálculo de la USEPA.

La selección de esta metodología se debió a la sencillez para la aplicación y a la deseada confiabilidad en los resultados, además es un modelo específicamente recomendado para rellenos sanitarios aún en la fase de proyecto, pues aún no se sabe realmente cual será el flujo anual de residuos.

biogas-planta-produccion

Del estudio desarrollado sobre la Potencialidad energética de los Residuos Sólidos Urbanos en tres Municipios de la provincia de Luanda puede concluirse que:

  1. El Municipio de Viana con relación a los Municipios de Belas y Cacuaco tiene una generación mayor de RSU, mientras tanto los municipios de Viana y Belas con relación a Cacuaco presentan mayores tasas de residuos colectados.
  2. La cantidad de gas metano tiende a crecer proporcionalmente a la deposición de los RSU en el relleno sanitario. Sin embargo, cuando cesa esta deposición, la cantidad de metano tiende a disminuir gradualmente.
  3. A potencia energética disponible anualmente disminuye de manera exponencial después de la clausura del relleno sanitario, porque a la medida que el biogás es generado, la cantidad de materia en descomposición que permanece en el local disminuye.
  4. Después de ejecutar el modelo de estimativa del metano capturado, se concluye que en el año 2037 (año de cierre o clausura del relleno) el flujo de biogás de relleno llega al nivel máximo y posee la máxima Potencia disponible.
  5. Los cálculos realizados permiten no solo evaluar el potencial energético del relleno, sino también evaluar, de cierta forma, el impacto ambiental causado.
  6. A medida que aumenta las tasas de colecta de RSU el flujo de metano aumenta, aumentando también el potencial generado.

Como conclusión, se obtiene que con un metro cúbico (1 m³) de biogás se puede: 

loadInifniteAdd(infinite_adv_5);
  • Generar 6 horas de luz, equivalente a una bombilla de 60 Vatios.
  • Poner a funcionar un refrigerador de 1 m³ de capacidad durante 1 hora.
  • Hacer funcionar una incubadora de 1 m³ de capacidad durante 30 minutos.
  • Hacer funcionar un motor de 1 HP durante 2 horas.

Biogás – El Gas Combustible Alternativo | Plantas de Biogas

biogas-planta-como-producen-biogas

Los residuos se reciben en un estanque y son homogeneizados en un mezclador antes de ingresar al digestor o fermentador.

En el digestor se produce una agitación continua y se mantienen a una temperatura y presión determinadas, para poder optimizar la digestión anaeróbica de la materia orgánica y maximizar la producción de biogás y el porcentaje de metano contenido en éste.

Dependiendo de las condiciones del biogás, éste es captado y tratado, principalmente eliminando el H2O y H2S (sulfuro de hidrógeno). Con él se alimenta un motor de combustión interna con un generador de electricidad, la cual es inyectada a la red.

Mediante el desacoplamiento del calor en los sistemas de gases de escape y refrigeración del motor de combustión, se logra una producción de energía térmica que se utiliza para mantener la temperatura de los biodigestores y para alimentar diversos procesos industriales.

En un relleno sanitario, el biogás se produce naturalmente como subproducto del tratamiento y descomposición de los residuos. Para poder captarlo es necesario instalar un conjunto de tuberías en puntos específicos que permitan acceder a las distintas capas del relleno. Estas tuberías transportan el biogás directamente a la estación de compresión y tratamiento del gas, de acuerdo sea la necesidad, para finalmente inyectarlo a un motor de combustión interna y generar energía eléctrica y térmica.

Qué son los biodigestores

Los biodigestores son un tipo de contenedores cerrados, herméticos e impermeables, donde se coloca la materia orgánica que permitirá generar biogás.

loadInifniteAdd(infinite_adv_6);

Algunas de las ventajas de estos sistemas son su bajo impacto ambiental, no requieren emplear a personal altamente calificado y, además, se obtiene fertilizantes orgánicos que son reincorporados a la tierra.

Alemania, China e India son alguno de los países pioneros en introducir este tipo de tecnología. En Latinoamérica, Brasil, Argentina, Uruguay y Bolivia han demostrado avances significativos en su inclusión.

Biodigestor

Biodigestor

Biogás – El Gas Combustible Alternativo | Biometano

El biometano puede producirse a partir de la depuración del biogás generado por digestión anaerobia, o bien a partir del lavado del gas de síntesis generado en la gasificación de la biomasa, siendo 100% renovable. También se incluye el metano del proceso Power-to-Gas, cuando la energía eléctrica utilizada se ha generado a partir de fuentes renovables y el hidrógeno se convierte biológicamente en metano en el digestor, conjuntamente con el C02.

Ônibus movido por biometano

Ônibus movido por biometano

El gas biometano se deriva de biogas que ha sufrido un proceso de modernización, refinación y purificación, trayendo la concentración de metano CH4 a sobrepasar el 98%. 

loadInifniteAdd(infinite_adv_7);

Para poder inyectar el biogás en la red de gas natural o emplearlo como combustible para vehículos debe ser depurado, lo que significa quitarle el dióxido de carbono por lo que se incrementa el porcentaje de metano, normalmente por encima del 96%, de forma que cumpla los estándares de calidad del gas natural.

biogas-biometano-distancias-recorridas-biometano

Distancias recorridas por un coche utilizando distintos Biocombustibles

Debido a que la composición química y el poder energético del biometano son muy parecidas al del gas natural, puede utilizarse igualmente que aquel y con los mismos fines:

  • Inyección en la red de gas y ser usado como sustituto del gas natural mezclándolo en cualquier proporción.
  • Combustible para vehículos

Biogás – El Gas Combustible Alternativo | Biometano Sostenible

Lo más importante es que para la producción de biometano a través de la digestión anaeróbica, puede utilizarse una gran cantidad y variedad de materias primas, variando sus características medioambientales que son notablemente mejores que en el caso de fuentes fósiles de energía.

biogas-biometano-produccion

Además, debería tenerse en cuenta al calcular la sostenibilidad del biometano, la reducción de emisiones debido a la valorización como fertilizante del digestato. Cuando se utilizan digestatos como fertilizantes orgánicos para cultivos y mejora del suelo, se ahorran los costes de producción de fertilizantes minerales y se evitan las emisiones de dicha producción. Pueden ahorrarse hasta 13 kg CO2 equivalente por tonelada, cuando los fertilizantes minerales se sustituyen por digestatos.

La producción de biometano se realiza en 15 países europeos y es inyectado en la red de gas natural en la mayoría de ellos. En Europa hay en total más de 200 plantas depuradoras.

loadInifniteAdd(infinite_adv_8);
biogas-biometano-planta-biometano

Plana de Biometano

El biometano producido es casi en su totalidad  inyectado a las redes de gas natural y utilizado para generar electricidad y calor (CHP), pero se está haciendo cada vez mas popular su uso como combustible para transporte. En Suecia el uso de biometano como combustible ya ha superado al CNG (Gas Natural Comprimido) con una participación de mercado del 57%, y en Alemania su participación se duplicó en un solo año (2012) del 6% a más del 15%.

Dispensador de Biogas

Dispensador de Biogas

Biogás – El Gas Combustible Alternativo | Potencial del Biometano

Actualmente la producción total de biogás en Europa se corresponde con aproximadamente el equivalente a 14 billones de m³ de gas natural. El volumen de producción prevista de biogás en los PANER para 2020, es de unos 28 billones de m³ equivalentes de gas natural.

La EBA (European Biogas Association) estima que se generarán unos volúmenes de biogás sustancialmente mayores en 2020, sin ningún impacto negativo en las tierras de cultivo para la producción de alimentos y piensos. De hecho, la rotación de cultivos y el reciclaje de nutrientes y materia orgánica mediante digestatos, mejora incluso la productividad global de las granjas.

Protección de la tierra

Protección de la tierra

loadInifniteAdd(infinite_adv_9);

El consumo de gas natural como combustible para vehículos está en unos niveles actualmente de 2 a 3 billones de m³. La NGVA (Natural & bio Gas Vehicle Association) prevé un incremento de esta cifra a 10 a 15 billones de m³ en 2020 (alcanzando una participación de mercado del 5% en el sector del transporte).

Si en 2020 únicamente se depurase entre un 3,5% a un 5,4% de biogás a calidad de carburante, estos volúmenes serían suficientes para alcanzar una cuota renovable de mercado del 10% en el consumo de combustibles CNG/LNG (Gas natural comprimido/Gas natural licuado) para vehículos, o un 0,5% de participación en el mercado del consumo total de energía en el transporte.

Biogás – El Gas Combustible Alternativo | Ventajas y Desventajas del Biometano

El biometano es un combustible comercialmente viable, con la condición de que esté exento de impuestos y/o se le garanticen otros incentivos fiscales ya que puede apoyarse en las infraestructuras existentes para el gas natural, la tecnología para su depuración está madura y ha sido probada.

Desarrollo de un campo de Avena en el que se ha utilizado Digestato como fertilizante

Desarrollo de un campo de Avena en el que se ha utilizado Digestato como fertilizante

El gas verde proporciona varias ventajas en Europa como son, el contribuir a los objetivos climáticos europeos reduciendo las emisiones de CO2 equivalente, mejorando la calidad del aire  al sustituir los combustibles fósiles se reducen masivamente partículas (<PM10) y emisiones de NOx, anticipándose a la seguridad de suministro e independencia energética europea de terceros e inestables, países.

biogas-biometano-digestato

Digestato, fertilizante

loadInifniteAdd(infinite_adv_10);

Además, el uso del digestato como fertilizante cierra el ciclo nutritivo en ecosistemas regionales y evita las emisiones de CO2 que serían liberadas debido a la producción de fertilizantes minerales.

La producción de biogás y biometano genera además empleos verdes en zonas agrícolas. Por otra parte, el biometano es el combustible energéticamente más eficiente, siendo ahora ya el primer biocombustible de segunda generación ampliamente disponible. Podríamos decir, para resumir que las ventajas del biometano son las siguientes:

  • Energía renovable
  • Reduce la dependencia de las importaciones
  • La sostenibilidad del medio ambiente
  • Un circuito cerrado, vuelve al medio ambiente como digestato
  • Su flexibilidad
  • No necesita la creación de nuevas infraestructuras, sirven las mismas que se utilizan para el gas natual
  • El desarrollo de la economía local

Biogás – El Gas Combustible Alternativo | Galería de Imágenes

Biogás – El Gas Combustible Alternativo | Vídeo Explicativo

Biogás – El Gas Combustible Alternativo | Enlaces de Interés

ElBlogVerde.com

Newsletter
Lo más interesante
Top 6
artículos
Síguenos