Continuamos
con los artículos en los que explicamos el aprovechamiento de los residuos para
producir energía vamos a centrarnos estar vez en comprender las posibilidades
del biogás según su composición.
Tabla 1. Características generales
del biogás
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Composición
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55-70 %
metano (CH4)
30 – 45 %
dióxido de carbono (CO2)
Trazas de
otros gases
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Contenido de
energía
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6,0 – 6,5 kWhm-3
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Equivalente en combustible
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0,60 – 0,65 L petróleo/m3
biogás
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Límites de explosión
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6-12 % biogás en aire
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Temperatura de ignición
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650-750 ºC (con el contenido de metano
mencionado arriba)
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Presión crítica
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75-89 bar
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Temperatura crítica
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-82,5 ºC
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Densidad normal
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1,2 kgm-3
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Olor
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Huevos podridos (el olor del biogás
desulfurizado es apenas observable)
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Masa molar
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16043 kgkmol-1
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Tabla 2. Características del metano
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Temperatura
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Presión (bar)
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Densidad (kgL-1)
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Punto crítico
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-82,59 ºC
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(190,56 K)
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45,98
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0,162
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Punto de vaporización a 1,013 bar
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-161,52 ºC
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(111,63 K)
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0,4226
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Punto triple
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-182,47 ºC
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(90,68 K)
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0,117
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Composición detallada de los componentes del biogás
En la
siguiente tabla vemos las características generales de los componentes de gas
típico y su impacto en la calidad del gas.
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Componente
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Contenido
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Efecto
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CO2
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25 – 50 % volumen
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-
Disminuye el
valor calorífico.
-
Incrementa el
número de metano y las propiedades anti-choque de los motores.
-
Origina
corrosión (ácido carbónico en caja concentración) si el gas está húmedo.
-
Daña células de
combustible alcalinas.
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H2S
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0-0,5 % volumen
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-
Efectos
corrosivos en equipos y sistemas de tuberías (corrosión de tensión); muchos
fabricantes de motores establecen un límite superior de 0,05 por % en
volumen.
-
Emisiones de SO2
después de los quemadores o emisiones de H2S con combustión
imperfecta – límite superior 0,1 por % en volumen
-
Avería los
catalizadores.
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NH3
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0-0,05 % volumen
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-
Emisiones de
NOx después de los quemadores dañan las células de combustible.
-
Incrementa las
propiedades antidetonantes de los motores.
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Vapor de agua
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1-5 % volumen
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-
Causa corrosión
del equipo y sistemas de tuberías.
-
El condensado
daña instrumentos.
-
Riesgo de
congelación de sistemas de tuberías y boquillas.
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Polvo
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>5µm
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-
Bloquea boquillas y células de combustibles
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N2
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0-5 % volumen
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-
Disminuye el
poder calorífico.
-
Incrementa las
propiedades antidetonantes de los motores.
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Siloxanos
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0-50 mg m-3
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-
Actúa como un
abrasivo y daña motores.
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Una
combinación de biomasa y co-sustratos ayuda a disminuir el contenido de CO2
producido durante el proceso de fermentación.
Metano y dióxido de carbono
La
composición del gas (refiriéndose principalmente al ratio de dióxido de carbono
a metano) puede controlarse parcialmente. Depende de los siguientes factores:
- La adición de compuestos con hidrocarburos de largas cadenas, por ejemplo materiales ricos en grasas, pueden ayudar a mejorar la calidad del gas, probado que las cantidades son razonables y no demasiado grandes para evitar acidez.
- Generalmente, la descomposición anaeróbica de la biomasa mejora con el tiempo de exposición. Hacia el fin del tiempo de residencia el contenido de metano se incrementa desproporcionadamente, especialmente tan pronto como el proceso de hidrólisis de liberación de CO2 se activa
- El proceso de fermentación tiene lugar mucho más rápidamente y uniformemente si el material en el biorreactor está bien y se activa homogéneamente. El tiempo de exposición puede ser más corto.
- Si el sustrato está encerrado en estructuras de lignina, el tipo de desintegración del sustrato llega a ser importante.
- Un mayor contenido de líquido en el biorreactor da como resultado una mayor concentración de CO2 disuelto en el agua, reduciendo el nivel de CO2 en la fase de gas.
- Cuanto más sube la temperatura durante el proceso de fermentación menor es la concentración del CO2 disuelto en el agua. Puede influir la calidad del gas de una forma positiva si el material del fondo del reactor se elimina porque el CO2 es descargado.
- La interrupción en el suministro de energía debe evitarse para una hidrólisis completa del material. Es importante que el material para descarga esté completamente descompuesto.
- El sustrato tiene que estar bien preparado para acelerar e intensificar la descomposición.
Nitrógeno y oxígeno
En general,
el biogás contiene nitrógeno y oxígeno en un ratio de 4:1. Ambos componentes
del aire se introducen cuando se introduce la ventilación para retirar el
sulfuro. Pequeñas cantidades de aire pueden infiltrarse si las tuberías de gas
no son completamente estancas.
Monóxido de carbono
La cantidad
de monóxido de carbono está por debajo del límite de detección de 0,2 % en
volumen.
Amoniaco
La
concentración de amoniaco es usualmente muy baja en el biogás (<0,2 mgm-3
de biogás).
Sulfuro de hidrógeno
El contenido
de sulfuro de hidrógeno en el gas de los humos depende del proceso y tipo de
residuo. Sin un paso de desulfuración, la concentración de H2S a menudo
excedería un 0,2 % por volumen. Si se
fermenta un sustrato viscoso, el contenido de H2S a menudo excederá un 0,2 % en
volumen. Si se fermenta un sustrato viscoso, el contenido de H2S es
más bajo que cuando se usa un sustrato líquido. Es más bajo con bio residuos
comparativamente a otros residuos, estiércol líquido y co-sustratos agrícolas.
El contenido
de sulfuro de hidrógeno en el biogás está sujeto a una variación inexplicable a
lo largo del día. Para mantener los niveles lo más bajos posible el biogás
usualmente es desulfurizado mientras está todavía en el biorreactor.
Este paso
intermedio puede ayudar a reducir su contenido por debajo de 70 mgm-3
cuando se usan co-sustratos o por debajo de 310 mgm-3 en plantas que
usan estiércol líquido puro para fermentación. Pero incluso con desulfurización
el contenido de H2S en el biogás es relativamente alto.
Cloro, flúor, mercaptano
La
concentración de cloro, flúor y mercaptano tiene usualmente un límite de
detección de 0,1 mgm-3. Los hidrocarburos de halógenos están presentes en aguas
residuales y gases de vertederos.
BTX, PAK, etc
La
concentración de benceno, tolueno, etilbenceno, xileno, y cumeno (BTX) están
siempre por debajo del límite de detección de 1 mgm-3, con pocas
excepciones en el caso del tolueno. Un valor de tolueno más alto (7,4 mgm-3)
puede resultar si co-fermentan residuos especiales.
La
concentración de PAH (hidrocarburos aromáticos policíclicos) puede exceder el
límite de tección de 0,01 µgm-3 a veces, pero siempre sólo ligeramente, hasta
un máximo de 0,03 µg/m3.
Siloxanos
Varios
compuestos de silicio, los siloxanos, forman un grupo separado de materiales
presentes en biogás. Los siloxanos pueden encontrarse particularmente en
cosméticos, detergentes, tintas de impresión, y materiales de construcción.
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