La producción
de biogás en las granjas ha sido siempre un tópico de interés para los
granjeros, con registros históricos de producción de biogás desde hace años. En
los sistemas de producción de ganado modernos, los beneficios de producir
biogás incluyen:
·
Provisión de energías renovables suplementarias.
·
Reducción del olor.
·
Reducción de emisiones de gases de efecto
invernadero.
·
Control de patógenos.
·
Bioestabilización de residuos.
¿Qué es el biogás?
El biogás es
un subproducto de la descomposición de la materia orgánica. La materia orgánica
puede ser de distintos materiales, pero en la granja, a menudo comprende
estiércol animal u otros residuos agrícolas.
El componente más importante en biogás es
metano, un gas inflamable que se usa en hornos, para cocinar, o incluso en
motores de combustión. Sin embargo, el biogás también contiene dióxido de
carbono y pequeñas cantidades de hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, nitrógeno y
vapor de agua.
¿Qué es un digestor?
Un digestor
es un recipiente sellado o contenedor en el que ocurre digestión anaeróbica de
materia orgánica. Las bacterias alimentan al estiércol, y en el proceso se
libera biogás como subproducto. Este producto se denomina digestión anaeróbica,
y el recipiente o contenedor sellado se denominan digestores anaeróbicos. La
digestión anaeróbica también ocurre en zonas anaeróbicas de pantanos y lagunas
de aguas residuales.
Conforme el
precio de la energía se incrementa, la mayoría de los granjeros están pensando
en usar digestión anaeróbica como una forma de generar calor y electricidad
suplementaria. Los digestores son una tecnología popular en áreas rurales del
mundo en desarrollo, donde la electricidad y los hidrocarburos son costosos.
¿Cómo trabaja un digestor?
Físicamente,
los digestores pueden trabajar de diferentes formas y tamaños, variando de una
simple laguna en tierra a complejas estructuras de acero y hormigón. La mayoría
de los digestores son tanques de hormigón con cobertura de plástico pesado.
¿Cómo trabaja un digestor?
La biomasa
fresca entra en el digestor y se enriquece con bacterias anaeróbicas. Este
ambiente conductor proporciona un ambiente conductivo para microbios
anaeróbicos que digieren la biomasa, dando como resultado sólidos digeridos, líquidos y biogás. En general,
la digestión anaeróbica es un proceso vivo, que requiere condiciones favorables
(temperatura, contenido de humedad, exclusión de oxígeno, y pH) y un suministro
de alimento continuo para florecer.
¿Qué entra en un digestor?
El estiércol
del ganado es el material más popular para la digestión anaeróbica en la
granja, pero casi cualquier tipo de materia orgánica puede digerirse,
incluyendo residuos alimenticios, residuos forestales, residuos de procesado de
animales y cultivos de campo.
Problemas en el digestor
Probablemente
el mayor problema en un digestor ocurre cuando el pH del digestor cae demasiado
bajo. En general, las bacterias que forman ácidos crecen mucho más rápidamente
que las bacterias formando metano. Esto puede reducir el pH a un nivel no favorable
para las bacterias que forman metano, e inhibirse la actividad de metanogenes.
Esto puede provocar el fallo del digestor anaeróbico en un proceso llamado
souring. En la mayoría de los casos, sin embargo, el pH se auto-regula, pero a
veces se usan bicarbonatos para mantener un pH consistente. El rango de pH
óptimo está entre 6,8 y 8,5. Volver a activar un digestor que ha sufrido
souring no es una tarea fácil.
Típicamente debe abrirse el digestor, escavar el material, rellenar y
volver a poner en marcha el digestor. Se trata de una tarea costosa y
desagradable que debe eludirse en lo que sea posible.
Hay también
riesgos al tratar con biogás, incluyendo explosión, asfixia, enfermedad, o
envenenamiento con sulfuro de hidrógeno.
¿Cómo se usa el biogás?
El biogás se
genera en un proceso de digestión anaeróbico y se obtiene un combustible
renovable. Hay muchos tipos de uso para
este combustible, incluyendo uso en motor, generación de electricidad, sistemas
de calefacción y agua caliente, e incluso refrigeración.
Si bien las
grandes granjas utilizan el biogás para calentar y obtener energía eléctrica,
es valioso considerar todas las opciones antes de decidir la trayectoria a
seguir, incluyendo la venta directa de biogás a otros compradores.
El biogás
producido a partir de estiércol animal contiene entre un 55 y un 65 % de metano
(CH4), 30 al 45 % de dióxido de carbono (CO2), trazas de
sulfuro de hidrógeno (H2S) e hidrógeno (H2), y fracciones
de vapor de agua. Para la digestión anaeróbica de lodos o procesos de
vertederos, pueden encontrarse trazas de siloxanos en el biogás. Estos
siloxanos principalmente se originan de compuestos que contienen silicio usados
en varios materiales industriales o frecuentemente añadidos a los productos de
consumo tales como detergentes y productos de cuidado personal. En este
apartado no hablamos de la limpieza de biogás de siloxanos.
El biogás es
alrededor de un 20 % más ligero que el aire y tiene una temperatura de ignición
en el rango de 650 a 750 ºC. Es un gas sin olor y sin color que se quema con
una llama azul clara similar a la del gas natural. Sin embargo, el biogás tiene
un valor calorífico de 20 – 26 MJ/m3 (537 – 700 Btu/ft3) comparada con el valor
calorífico del gas natural de calidad comercial de 39 MJ/m3 (1028 Btu/ft3).
El biogás
puede potencialmente usarse en muchos tipos de equipos, incluyendo:
·
Motor de combustión interna (pistón) –
generación de energía eléctrica, energía del eje.
·
Motor de turbina de gas (grande) – generación de
energía eléctrica, energía en el eje.
·
Motor de microturbinas – generación de energía
eléctrica.
·
Motor térmico Stirling – generación de energía
eléctrica
·
Sistemas de calderas (vapor).
·
Sistemas de agua caliente. Calentadores de
procesos (Hornos).
·
Calentadores de aire o del espacio.
·
Refrigeración a gas.
·
Refrigeración por absorción.
·
Calor y potencia combinados.
Producción de calor o vapor
El uso más
directo del biogás es para energía térmica. En áreas donde los combustibles son
escasos, los pequeños sistemas de biogás proporcionan energía térmica para
cocinar y calentar agua.
Los
quemadores convencionales pueden ajustarse fácilmente para biogás simplemente
cambiando el ratio aire-a-gas. La demanda por calidad del biogás en los
quemadores e lenta, requiriendo solamente una presión de gas de 8 a 25 mbar y
manteniendo los niveles de H2S por debajo de 100 ppm para alcanzar un punto de
rocío de 150 ºC.
Generación de calor y energía eléctrica combinados (CHP)
Los sistemas
de potencia y calor usan tanto la capacidad para producir potencia como el
inevitable calor residual. Algunos sistemas CHP producen principalmente calor,
y la energía eléctrica es secundaria (bottoming cycle). Otros sistemas CHP
producen principalmente energía eléctrica y el calor se usa para calentar agua
de proceso (toppling cycle). En
cualquier caso, la eficiencia combinada de potencia y calor da mucha mayor
eficiencia que usar el biogás para producir sólo potencia eléctrica o calor y
da mucha mayor eficiencia que usar el biogás para producir solamente potencia o
calor. Sin embargo, los motores de combustión interna son más comúnmente usados
en las aplicaciones CHP. El uso de biogás en estos sistemas requiere la
retirada de H2S (por debajo de 100 ppm) y vapor de agua.
Las células
de combustible se consideran las plantas de potencia a pequeña escala del
futuro para la producción de potencia y calor con eficiencias excediendo 60 % y
bajas emisiones.
Ver 2ª PARTE
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