TÍTULO: BIOGÁS

Resumen

Se realizo una investigación documental acerca de la producción y los beneficios del biogás,

utilizando como un problema general las heces de los animales del campo y la resolución del

mismo llevando a cabo la reurilizacion de la materia fecal para obtener un recurso de uso diario

como es el gas y la aplicación de conceptos físicos de la materia como es la transformación de

estos gases en energía calorífica.

Marco teórico

Fermentación anaeróbica

La fermentación anaeróbica es un proceso natural que ocurre en forma espontánea en la

naturaleza y forma parte del ciclo biológico. De esta forma podemos encontrar el denominado

"gas de loa pantanos" que brota en aguas estancadas, el gas natural metano) de los yacimientos

petrolíferos así como el gas producido en el tracto digestivo de los rumiantes como los bovinos.

En todos estos procesos intervienen las denominadas bacterias metanogénicas.

Las primeras menciones sobre biogás se remontan al 1.600 identificados por varios científicos

como un gas proveniente de la descomposición de la materia orgánica.

En el año 1890 se construye el primer biodigestor a escala real en la India y ya en 1896 en Exeter,

Inglaterra, las lámparas de alumbrado público eran alimentadas por el gas recolectado de los

digestores que fermentaban los lodos cloacales de la ciudad.

Tras las guerras mundiales comienza a difundirse en Europa las llamadas fábricas productoras de

biogás cuyo producto se empleaba en tractores y automóviles de la época. En todo el mundo se

difunden los denominados tanques Imhoff para el tratamiento de aguas cloacales colectivas. El

gas producido se lo utilizó para el funcionamiento de las propias plantas, en vehículos municipales

y en algunas ciudades se lo llegó a inyectar en la red de gas comunal.

Durante los años de la segunda guerra mundial comienza la difusión de los biodigestores a nivel

rural tanto en Europa como en China e India que se transforman en líderes en la materia.

Esta difusión se ve interrumpida por el fácil acceso a los combustibles fósiles y recién en la crisis

energética de la década del 70 se reinicia con gran ímpetu la investigación y extensión en todo el

mundo incluyendo la mayoría de los países latinoamericanos.

Los últimos 20 años han sido fructíferos en cuanto a descubrimientos sobre el funcionamiento del

proceso microbiológico y bioquímico gracias al nuevo material de laboratorio que permitió el

estudio de los microorganismos intervinientes en condiciones anaeróbicas (ausencia de oxígeno).

Estos progresos en la comprensión del proceso microbiológico han estado acompañados por

importantes logros de la investigación aplicada obteniéndose grandes avances en el campo

tecnológico.

Los países generadores de tecnología más importantes en la actualidad son: China, India,

Holanda, Francia, Gran Bretaña, Suiza, Italia, EE.UU., Filipinas y Alemania.

A lo largo de los años transcurridos, la tecnología de la digestión anaeróbica se fue

especializando abarcando actualmente muy diferentes campos de aplicación con objetivos muy

diferentes.

Problema.

Por las emisiones de dióxido de carbono. Contaminación: las vacas son peores que los

autos

El sector ganadero es uno de los principales responsables del efecto invernadero en el mundo.

También afectaría al suelo y los recursos hídricos.

La ganadería es también una de las principales causas de de la degradación del suelo y de los recursos hídricos. |

Foto: CEDOC

El sector ganadero es uno de los principales responsables del efecto invernadero en el mundo y

resulta más nocivo que el sector del transporte

"El sector ganadero genera más gases de efecto invernadero, los cuales al ser medidos en su

equivalente en dióxido de carbono (CO2) son más altos que los del sector del transporte",

La ganadería no sólo amenaza al medio ambiente sino que también es una de las principales

causas de la degradación del suelo y de los recursos hídricos.

El estiércol del ganado es responsable de buena parte de la emisión de los gases de efecto

invernadero.

El sector ganadero es responsable del 9 por ciento del CO2 procedente de las actividades

humanas, pero produce un porcentaje mucho más elevado de los gases de efecto invernadero

más perjudiciales. Genera el 65 por ciento del oxido nitroso de origen humano, que tiene 296

veces el Potencial de Calentamiento Global del CO2. La mayor parte de este gas procede del

estiércol.

El aumento del consumo de carne y de productos lácteos es, en última instancia, lo que termina

afectando gravemente al medio ambiente.

Henning Steinfeld, subdirección de Información Ganadera y Análisis y Política.

El coste medioambiental por cada unidad de producción pecuaria tiene que reducirse a la mitad,

tan sólo para impedir que la situación empeore.

El sector ganadero es el medio de subsistencia para 1.300 millones de personas en el mundo y

supone el 40 por ciento de la producción agrícola mundial.

Para muchos campesinos pobres en los países en desarrollo, el ganado es también una fuente de

energía como fuerza de tiro y una fuente esencial de fertilizante orgánico para las cosechas.

El poder del metano:

Pese a que el metano dura menos que el CO2 en la tropósfera (12 años contra 100 años), su capacidad de absorber calor es 24 veces mayor que el CO2. Si sube la temperatura del planeta,

los casquetes polares liberarán 10 mil billones de toneladas de metano, intensificando el efecto invernadero.

Pese a que la descomposición del metano produce CO2, el saldo a favor es positivo: por 20 moléculas de metano que se descomponen se libera sólo una molécula de CO2. El punto está en mantener bajos los niveles de metano. Sin embargo, silenciosamente, hay otra fuente natural que actúa. Se trata de las masas de hielo, que están liberando poco a poco metano.

En estos hielos eternos y casquetes polares este gas está fijado en forma de hidratos de metano. Se estima que almacenan unos 10 mil billones de toneladas. Con las condiciones de temperaturas actuales emiten sólo 5 millones de toneladas anuales.

Sin embargo, si la temperatura sigue aumentando (aunque sea levemente), empezarán a derretirse estas grandiosas masas de hielo y, simultáneamente, serán ellas mismas las que comenzarán a descomponer los hidratos de metano atrapados durante las glaciaciones. Para entonces la magnitud de esta fuente irá en ascenso. La temperatura se elevará más, se emitirá más gas metano y así sucesivamente, sumado a las demás fuentes de metano.

Objetivos:

Dar un uso productivo a los desechos orgánicos del ganado.

Dar a conocer un método para evitar la contaminación con gases y el deterioro de la

atmósfera a causa de éstos.

Analizar ventajas y las desventajas del uso del biogás como fuente de energía en las

industrias, y en los hogares.

Hipótesis:

La materia orgánica al descomponerse (bajo determinadas condiciones) libera energía en forma

de biogas el cual posee mayores ventajas. Este biogas será demostrado a partir de la

combustibilidad del metano

Desarrollo:

Dicho gas fue descubierto en 1667 y en 1808 Humprey Davy inició la experimentación con él.

Para 1884 Pasteur y Gayón reportaron que la fermentación de estiércol producía un gas que

podía utilizarse para calentar e iluminar. Por lo que a partir de 1896 el biogás fue usado en el

alumbrado de una calle de Exeter, Inglaterra, siendo esta su primera aplicación importante.

Características:

¿Qué es el biogás?

El Biogás es una mezcla de gases compuesta principalmente por Metano (CH4) y Bióxido de

Carbono (CO2), que se obtiene de la fermentación de la materia orgánica debido a la ausencia de

aire y la acción de un grupo de microorganismos anaerobios.

De manera natural se produce en pantanos y/o en cuerpos de agua ricos en materia orgánica la

cual está expuesta a la acción digestiva de microorganismos. Pero también los tiraderos de

basura o rellenos sanitarios pueden ser fuentes para producirlo.

Se llama biogas a la mezcla constituida por metano CH4 en una proporción que oscila entre un

50% a un 70% y dióxido de carbono conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como

hidrógeno, nitrógeno y sulfuro de hidrógeno. Sus características han sido resumidas en el

CARACTERISTICAS CH4 CO2 H2-H2S OTROS BIOGAS

60/40

Proporciones % Volumen 55-70 27-44 1 3 100

Valor Calórico MJ/m3 35,8 - 10,8 22 21,5

Valor Calórico kCal/m3 8600 - 2581 5258 5140

Ignición % en aire 5-15 - - - 6-12

Temp. ignición en ºC 650-750 - - - 650-750

Presión crítica en Mpa 4,7 7,5 1,2 8,9 7,5-8,9

g/l 0,7 1,9 0,08 - 1,2

Densidad relativa 0,55 2,5 0,07 1,2 0,83

Inflamabilidad Vol. en % aire 5-15 - - - 6-12

Producción de biogas

La producción de biogás a partir del estiércol tiene como primer propósito coadyuvar a la

reducción de gases que provocan el efecto invernadero del planeta, pero también es una

alternativa que permite obtener energía para cubrir las necesidades de granjas pecuarias y

resolver problemas como la disposición final de desechos, malos olores, fauna nociva,

transmisión de enfermedades y contaminación de mantos freáticos. Además de que se puede

obtener composta a partir de los lodos residuales y cobrar un porcentaje por la venta de bonos de

Carbono.

El sector pecuario en México tiene un enorme potencial para ayudar a resolver los problemas

mundiales causados por los gases de efecto invernadero (GEI). Tiene 12 millones de animales en

el sector porcino, cinco millones en el lechero y 367 millones en el avícola, que generan una

cantidad abundante de desechos que podrían ser aprovechados para la generación de biogás.

Tan solo por mencionar un ejemplo, en Guanajuato hay cerca de un millón de cerdos y 800 mil

vacas cuyo excremento puede generar aproximadamente 300 millones de litros de biogás por día,

reducir en forma drástica la contaminación del río Lerma y aumentar los ingresos de los

porcicultores y dueños de establos

Sin embargo, dicha tecnología que apenas empieza a florecer en nuestro país. En algunas

granjas de Sonora, Jalisco, Guanajuato, Nuevo León y Coahuila se genera Biogás y se aprovecha

únicamente para obtener bonos de carbono mediante su quema, pero tienen otras alternativas

adicionales de desarrollo.

En el Estado de México, por ejemplo, se construirá un biodigestor dentro de un rastro donde la

materia orgánica que se utilizará para producir biogás será sangre y vísceras de animales

sacrificados.

El biogás tiene un poder calorífico equivalente al 70 por ciento del gas natural, por lo cual su

principal aplicación es como energético para cocinar, iluminar, generar calor, operar maquinaria,

bombear agua, generar energía eléctrica, etc.

Para la obtención del biogás se requiere un biodigestor, el cual es un depósito hecho en el suelo

que se tapa con un material flexible con capacidad para contener los gases, como el caso del

plástico. El cual requiere de un tubo alimentador, un tubo para la salida del gas y una válvula de

seguridad, ya que no debe existir ninguna fuga.

Dicho biodigestor debe ser alimentado con una mezcla de estiércol sea de cerdo, de vaca o de

gallina, incluso humano, a la cual se le agrega una porción de agua procurando que los sólidos de

la mezcla ocupen el 9 o 10 por ciento.

Imagen Agropecuaria, Juan Frías Hernández, investigador del Departamento de Ingeniería Ambiental del Instituto de Ciencias

Agrícolas de la Universidad de Guanajuato.

Existen biodigestores para procesar el estiércol de 800 vacas que produce biogás para generar

cerca de 80 Kw/día; cantidad que abastece el 90 por ciento de la electricidad de la propia granja y

reduce el gasto del consumo de energía eléctrica de 110 mil pesos a cerca de 8 mil pesos por

mes.

El costo de un biodigestor de estas dimensiones es de aproximadamente 4 millones de pesos,

mismo que se puede amortizar en tres años y medio, obteniendo posteriormente ahorros

considerables de dinero.

El Instituto de Ciencias Agrícolas de la Universidad de Guanajuato tiene un programa de

divulgación y capacitación a productores para construir pequeños biodigestores de autoconsumo

para una familia del medio rural. De esta manera se han instalado ya cerca de 50 en diferentes

comunidades rurales cercanas a la Institución. Existen biodigestores pequeños para un hogar

típico del medio rural (5 personas), que con el estiércol de 4 puercos o de una vaca pueden

producir suficiente gas para cocinar y calentarse. Este sistema puede llegar a costar entre 3 mil y

5 mil pesos.

El mercado de bonos de Carbono

Con la firma del Protocolo de Kioto, los países industrializados se comprometieron a reducir sus

emisiones de Carbono a los niveles que se tenían en 1990 –menos del 5 u 8 por ciento- en un

periodo comprendido entre 2008 y 2012.

Muchos de ellos al no querer reducir las emisiones directamente en su país por la afectación de

su producción industrial, han decidido invertir en las granjas de productores pecuarios de los

países subdesarrollados a través de empresas especializadas, para alcanzar su compromiso

ambiental de desarrollo limpio y obtener Certificados de Reducción de Emisiones (CRE) a partir

del pago de bonos de Carbono.

El pago se realiza por tonelada de CO2 que se dejó de emitir al medio ambiente por acciones

como la quema de biogás, el mantenimiento de bosques (captura y secuestro de CO2),

actividades de reforestación entre otras. Cada tonelada de metano que se quema equivale a 21

toneladas de CO2 y una de Bióxido de Nitrógeno a 210 toneladas de CO2.

En general las empresas que se dedican a la aplicación de los proyectos y la venta de bonos de

Carbono se quedan con el 90 por ciento de la venta de Carbono y le dan el 10 por ciento restante

al productor que facilita la granja.

Cuando se empieza a producir biogás, una empresa certificada ante la ONU verifica cada año que

el volumen que indica el medidor sea el correcto.

Los bonos de Carbono ya se encuentran en las bolsas de valores de varios países y su precio

está sujeto a diferentes factores. El precio se cotiza en 14 dólares por tonelada y se estima que

en 2010 podría aumentar a 70 dólares.

En nuestro país bajo el esquema de cogeneración se han logrado impulsar 100 proyectos de éste

tipo en el estado de Sonora y otros 80 en la región del Bajío, incluido Jalisco. Pero la tendencia va

en aumento.

Factores que afectan la producción de gas

La actividad metabólica involucrada en el proceso metanogénico se ve afectada por diversos

factores. Debido a que cada grupo de bacterias intervinientes en las distintas etapas del proceso

responde en forma diferencial a esos cambios no es posible dar valores cualitativos sobre el

grado que afecta cada uno de ellos a la producción de gas en forma precisa.

Entre los factores más importantes a tenerse en cuenta se desarrollarán los siguientes:

tipo de sustrato (nutrientes disponibles)

temperatura del sustrato; la carga volumétrica

tiempo de retención hidráulico

nivel de acidez (pH)

relación Carbono/Nitrógeno

concentración del sustrato; el agregado de inoculantes

grado de mezclado

presencia de compuestos inhibidores del proceso.

Tipo de materia prima

Las materias primas fermentables incluyen dentro de un amplio espectro a los excrementos

animales y humanos, aguas residuales orgánicas de las industrias (producción de alcohol,

procesado de frutas, verduras, lácteos, carnes, alimenticias en general), restos de cosechas y

basuras de diferentes tipos, como los efluentes de determinadas industrias químicas.

El proceso microbiológico no solo requiere de fuentes de carbono y nitrógeno sino que también

deben estar presentes en un cierto equilibrio sales minerales (azufre, fósforo, potasio, calcio,

magnesio, hierro, manganeso, molibdeno, zinc, cobalto, selenio, tungsteno, níquel y otros

menores).

Normalmente las sustancias orgánicas como los estiércoles y lodos cloacales presentan estos

elementos en proporciones adecuadas. Sin embargo en la digestión de ciertos desechos

industriales puede presentarse el caso de ser necesaria la adición de los compuestos

enumerados o bien un post tratamiento aeróbico

Las sustancias con alto contenido de lignina no son directamente aprovechables y por lo tanto

deben someterse a tratamientos previos (cortado, macerado, compostado) a fin de liberar las

sustancias factibles de ser transformadas de las incrustaciones de lignina.

En lo atinente a estiércoles animales la degradación de cada uno de ellos dependerá

fundamentalmente del tipo de animal y la alimentación que hayan recibido los mismos.

Los valores tanto de producción como de rendimiento en gas de los estiércoles presentan

grandes diferencias. Esto es debido al sinnúmero de factores intervinientes que hacen muy difícil

la comparación de resultados.

Como norma se deberá tomar en cuenta que a raíz de estar trabajando en un medio biológico

sólo los promedios estadísticos de una serie prolongada de mediciones serán confiables siempre

y cuando figuren las condiciones en las cuales fueron realizadas las pruebas.

En cuanto al volumen de estiércol producido por las distintas especies animales son variables de

acuerdo fundamentalmente al peso y al tipo de alimentación y manejo de los mismos. Cuando se

encare un proyecto específico se recomienda realizar una serie de mediciones en el lugar donde

se emplazará el digestor.

A modo ilustrativo se expone a continuación un cuadro indicativo sobre cantidades de estiércol

producido por distintos tipos de animales y el rendimiento en gas de los mismos tomando como

referencia el kilogramo de sólidos volátiles.

ESPECIE PESO VIVO kg

ESTIERCOL/día

l/kg.S.V. %CH4

Cerdos 50 4,5 - 6 340 - 550 65 - 70

Vacunos 400 25 -40 90 - 310 65

Equinos 450 12 - 16 200 - 300 65

Ovinos 45 2,5 90 - 310 63

Aves 1.5 0,06 310 - 620 60

Caprinos 40 1,5 110 - 290 -

Temperatura del sustrato

Para que se inicie el proceso se necesita una temperatura mínima de 4º a 5º C y no se debe

sobrepasar una máxima de alrededor de 70ºC . Se realiza generalmente una diferenciación en

tres rangos de temperatura de acuerdo al tipo de bacterias que predominan en cada una de ellas

BACTERIAS RANGO DE TEMPERATURAS SENSIBILIDAD

Psiccrofílicas menos de 20ºC ± 2ºC/hora

Mesofílicas entre 20ºC y 40ºC ± 1ºC/hora

Termofílicas más de 40ºC ± 0,5ºC/hora

La actividad biológica y por lo tanto la producción de gas aumenta con la temperatura. Al mismo

tiempo se deberá tener en cuenta que al no generar calor el proceso la temperatura deberá ser

lograda y mantenida mediante energía exterior. El cuidado en el mantenimiento también debe

extremarse a medida que aumentamos la temperatura, dada la mayor sensibilidad que presentan

las bacterias termofílicas a las pequeñas variaciones térmicas.

Todas estas consideraciones deben ser evaluadas antes de escoger un determinado rango de

temperaturas para el funcionamiento de un digestor ya que a pesar de incrementarse la eficiencia

y producción de gas paralelamente aumentará los costos de instalación y la complejidad de la

misma.

Los digestores que trabajan a temperaturas meso y termofílicas poseen generalmente sistemas

de calefacción, aislamiento y control los cuales son obviados en digestores rurales económicos

que trabajan a bajas temperaturas.

La temperatura está íntimamente relacionada con los tiempos que debe permanecer la biomasa

dentro del digestor para completar su degradación (Tiempo de retención Hidráulica, TRH). A

medida que se aumenta la temperatura disminuyen los tiempos de retención y en consecuencia

se necesitará un menor volumen de reactor para digerir una misma cantidad de biomasa.

Velocidad de carga volumétrica

Con este término se designa al volumen de sustrato orgánico cargado diariamente al digestor.

Este valor tiene una relación de tipo inversa con el tiempo de retención, dado que a medida que

se incrementa la carga volumétrica disminuye el tiempo de retención.

Existen diferentes formas de expresar este parámetro siendo los más usuales los siguientes: kg

de material/día; kg de materia seca/día; kg de sólidos volátiles/día todos expresados por metro

cúbico de digestor.

Las cantidades de sólidos y sólidos volátiles se extraen afectando a las cantidades en Kg. de

material cargado con los porcentajes de sólidos o sólidos volátiles que se obtiene por análisis.

(Porcentaje de sólidos sometiendo al sustrato a desecación, 105ºC hasta peso constante y

extrayendo el siguiente coeficiente: (peso húmedo - peso seco)/peso húmedo. El porcentaje de

sólidos volátiles se obtiene sometiendo la muestra seca a la mufla, 560ºC durante tres horas y

extrayendo el siguiente coeficiente:

Un factor importante a tener en cuenta en este parámetro es la dilución utilizada, debido a que

una misma cantidad de material biodegradable podrá ser cargado con diferentes volúmenes de

agua.

Tiempos de retención

Este parámetro sólo puede ser claramente definido en los “sistemas discontinuos o batch” donde

el T.R. coincide con el tiempo de permanencia del sustrato dentro del digestor.

En los digestores continuos y semicontinuos el tiempo de retención se define como el valor en

días del cociente entre el volumen del digestor y el volumen de carga diaria.

De acuerdo al diseño del reactor, el mezclado y la forma de extracción de los efluentes pueden

existir variables diferencias entre los tiempos de retención de líquidos y sólidos debido a lo cual

suelen determinarse ambos valores.

El T.R. está íntimamente ligado con dos factores: el tipo de sustrato y la temperatura del mismo.

La selección de una mayor temperatura implicará una disminución en los tiempos de retención

requeridos y consecuentemente serán menores los volúmenes de reactor necesarios para digerir

un determinado volumen de material.

La relación costo beneficio es el factor que finalmente determinará la optimización entre la

temperatura y el T.R., ya varían los volúmenes, los sistemas paralelos de control, la calefacción y

la eficiencia.

Con relación al tipo de sustrato, generalmente los materiales con mayor proporción de carbono

retenido en moléculas resistentes como la celulosa demandará mayores tiempos de retención

para ser totalmente digeridos. En la FIGURA 4 podemos observar como se distribuye en función

al tiempo de retención la producción diaria de gas para materiales con distintas proporciones de

celulosa.

A modo de ejemplo se dan valores indicativos de tiempos de retención usualmente más utilizados

en la digestión de estiércoles a temperatura mesofílica.

El límite mínimo de los T.R. está dado por la tasa de reproducción de las bacterias metanogénicas

debido a que la continua salida de efluente del digestor extrae una determinada cantidad de

bacterias que se encuentran en el líquido. Esta extracción debe ser compensada por la

multiplicación de las bacterias que pertenecen dentro del reactor.

MATERIA PRIMA T.R.H.

Estiércol vacuno líquido 20 - 30 días

Estiércol porcino líquido 15 - 25 días

Estiércol aviar líquido 20 - 40 días

Por esta razón en los últimos años se han buscado diseños de cámaras de digestión que

procuran lograr grandes superficies internas sobre las cuales se depositan como una película las

bacterias u otros sistemas que logran retener a las metanogénicas pudiéndose lograr de este

modo T.R. menores (ver 2.4., Filtro anaeróbico y U.A.S.B., respectivamente).

Valor de acidez (pH)

Una vez estabilizado el proceso fermentativo el pH se mantiene en valores que oscilan entre 7 y

8,5. Debido a los efectos buffer que producen los compuestos bicarbonato-dióxido de carbono

(CO 2 -HCO 3 ) y Amonio -Amoníaco (NH 4 -NH 3 ) el proceso en sí mismo tiene capacidad de

regular diferencias en el pH del material de entrada.

Las desviaciones de los valores normales es indicativo de un fuerte deterioro del equilibrio entre

las bacterias de la faz ácida y la metanogénica provocado por severas fluctuaciones en alguno de

los parámetros que gobiernan el proceso.

Contenido de sólidos

La movilidad de las bacterias metanogénicas dentro del sustrato se ve crecientemente limitada a

medida que se aumenta el contenido de sólidos y por lo tanto puede verse afectada la eficiencia y

producción de gas. Por otro lado podemos encontrar en la literatura datos de producciones de gas

importantes logradas en rellenos sanitarios con un alto contenido de sólidos.

En este punto tampoco existen reglas fijas; mediciones realizadas utilizando mezclas de

estiércoles animales en agua han determinado que para digestores continuos el porcentaje de

sólidos óptimo oscila entre el 8% y el 12%.

Inclusión de inoculantes

El crecimiento bacteriano dentro de los digestores sigue desde su arranque la curva típica

graficada en la siguiente figura.

En la figura pueden distinguirse claramente tres etapas: La de arranque (I), la de estabilización (II)

y la de declinación (III).

La primera etapa puede ser acortada mediante la inclusión de un determinado porcentaje de

material de otro digestor rico en bacterias que se encuentran en plena actividad. Esto es

particularmente importante en los digestores discontinuos que deben ser arrancados

frecuentemente.

Al llegarse en forma más rápida a la estabilización puede incrementarse la producción de gas por

kg. de estiércol.

Los dos factores a tener en cuenta en la inoculación de un digestor es la proporción en que se

agrega y la edad del mismo. Cuanto mayor sea la proporción y menor la edad mayor será la

eficacia.

Agitación - mezclado

Los objetivos buscados con la agitación son: remoción de los metabolitos producidos por las

bacterias metanógenas, mezclado del sustrato fresco con la población bacteriana, evitar la

formación de costra que se forma dentro del digestor, uniformar la densidad bacteriana y evitar la

formación de espacios “muertos” sin actividad biológica.

En la selección del sistema, frecuencia e intensidad de la agitación se deberán realizar las

siguientes consideraciones: El proceso fermentativo involucra un equilibrio simbiótico entre varios

tipos de bacterias. La ruptura de ese equilibrio en el cuál el metabolito de un grupo específico

servirá de alimento para el siguiente implicará una mema en la actividad biológica y por ende una

reducción en la producción de gas.

Como conclusión en la elección de un determinado sistema se tendrá siempre presente tanto los

objetivos buscados como el prejuicio que puede causar una agitación excesiva debiéndose

Ventajas del Biogas

Pricipios acerca de la recuperación de los residuos agrícola ganaderos mediante el proceso de

biodigestión. (es decir en ausencia de oxigeno).

Ventajas que se obtienen con la recuperación de los residuos. Podemos resumir este apartado

diciendo que fundamentalmente se obtienen tres ventajas en la recuperación de los residuos por

el proceso de biofermentación.

buscar un punto medio óptimo.

Existen varios mecanismos de agitación utilizados desde los más simples que consisten en un

batido manual o el provocado por la entrada y salida de los líquidos hasta sofisticados equipos

que involucran agitadores a hélice, recirculadores de sustrato e inyectores de gas.

Inhibidores

La presencia de metales pesados, antibióticos y detergentes en determinadas concentraciones

pueden inhibir e incluso interrumpir el proceso fermentativo.

Cuando es demasiado alta la concentración de ácidos volátiles (más de 2.000 ppm para la

fermentación mesofílica y de 3.600 ppm para la termofílica se inhibirá la digestión. También una

elevada concentración de Nitrógeno y Amoníaco destruyen las bacterias metanogénicas.

INHIBIDORES CONCENTRACION

INHIBIDORA

SO4 5.000 ppm

NaCl 40.000 ppm

Nitrato (según contenido de Nitrógeno) 0,05 mg/ml

Cu 100 mg/l

Cr 200 mg/l

Ni 200-500 mg/l

CN (Después que se han domesticado las bacterias metanogénicas

a 2-10 mg/ml).

25 mg/l

ABS (Detergente sintético) 20-40 mg/l

Na 3.500-5.500 mg/l

K 2.500-4.500 mg/l

Ca 2.500-4.500 mg/l

Mg 1.000-1.500 mg/l

En el cuadro se dan valores de concentraciones de ciertos inhibidores comunes. Valores que se

deben tomar como orientativos, puesto que las bacterias intervinientes pueden con el tiempo

adaptarse a condiciones que en un principio las afectaba marcadamente.

Resultados:

1) Recuperación energética inmediata y como consecuencia económica.

2) Depuración ambiental y ecológica.

3) Fertilizantes de gran calidad.

Considerando la primera ventaja tenemos la producción de "Biogas o metano" cuyo poder

calorífico aproximado es de 6000 Kcal/Nm3 siempre dependiendo de la relación CH4/CO2.

La producción de Biogas; puede variar según las características del residuo sometido a proceso,

pero para un estiércol de conejo podemos decir que es posible aprovechar de 100 a 130 m3 de

gas por tonelada de estiércol, las diferencias en la producción son debidas al contenido de fibra

en el pienso utilizado como alimentación de los animales.

La consecuencia inmediata de esta recuperación es que el Biogas o metano; es un excelente

combustible y puede utilizarse directamente en todos los aparatos que consumen gas, ya sean

aparatos domésticos o industriales, aunque en algunos casos es preciso adoptar ciertas

modificaciones.

También se puede usar como carburante en los motores de explosión, previa adaptación y

reglaje, incluso en algunos casos no es necesario este reglaje pues a motor caliente es posible

pasar del combustible gasolina a metano directamente, anulando el conducto de la gasolina y

acoplando a este el del gas metano, solamente es necesario que podamos regular la entrada de

aire a voluntad para conseguir la proporción de la mezcla aire/gas metano.

En el apartado de la aplicación a los motores de explosión podemos decir que las posibilidades

son todas; al poderse utilizar para la producción de energía eléctrica por grupos electrógenos

acoplados a motores térmicos.

La utilización inmediata en los aparatos domésticos tales como: lámparas de gas, cocinas,

hornos, estufas, frigoríficos, calentadores de agua, calefacción etc. Nos obliga ha pensar que es

necesario este aprovechamiento residual, ya que como apuntábamos al principio la consecuencia

económica esta a la vista, pudiendo llegar en muchos casos al autoabastecimiento de la

explotación agrícola ganadera.

Como dato orientativo podemos decir que 1m3 de gas metano equivale a 0,7 litros de gasolina; de

la misma forma para generadores de cierta potencia,1m3 de gas puede generar del orden de 1,8

a 1,9 Kw/h.

La segunda ventaja que hemos considerado también como fundamental es la depuración

ambiental y ecológica. De todos es sabido que los residuos ganaderos y los estiércoles provocan

graves problemas sanitarios y ecológicos, aumenta el numero de insectos que son portadores de

virus y enfermedades contagiosas, se contaminan ríos, y manantiales, y no digamos los malos

olores que provocan en el entorno. . De esta manera llegamos a la conclusión de que es mas fácil

y rentable evitar la contaminación sea cual sea su origen que pagar las elevadas facturas que nos

presentan sus consecuencias; Las ventajas están bien claras.

La tercera ventaja importante que hemos considerado es que como resultado final de esta

fermentación anaeróbica obtenemos un compost o abono de excelentes cualidades, ya que se

han mejorado de forma notable los porcentajes de nitrógeno orgánico, fósforo y potasio.

Este compost así obtenido presenta un aspecto de mantillo, incluso si llegáramos a una

fermentación total, el aspecto es casi terroso, de tal forma que los terrenos así abonados con este

producto lo asimilan rápidamente, Por lo tanto tenemos aquí una extraordinaria fuente de

alimentación de cualquier tipo de terreno que sin duda nos aumentará la producción de todo tipo

de cultivos.

Usos del biogás

En principio el biogás puede ser utilizado en cualquier equipo comercial diseñado para uso con

gas natural. El gráfico que se encuentra a continuación resume las posibles aplicaciones.

Más adelante se volverá sobre este tema cuando se traten las distintas aplicaciones en detalle.

Principios de la combustión

El biogás mezclado con aire puede ser quemado en un amplio espectro de artefactos

descomponiéndose principalmente en CO2 y H2O. La combustión completa sin el exceso de aire y

con oxígeno puro, puede ser representada por las siguientes ecuaciones químicas:

CH4 + 2O2 CO2 + 2 H2O

H2S + 3/2 O2 SO2 + H2O

CO2 CO2

El requerimiento de aire mínimo sería del 21% pero esta cifra debe ser aumentada para lograr una

buena combustión.

La relación aire-gas puede ser ajustada aumentando la presión del aire, incrementando la

apertura de la válvula dosificadora de gas (el biogás requiere de una apertura 2 a 3 veces mayor a

la utilizada por el metano puro y modificando la geometría del paso de aire desde el exterior).

Debido al contenido de dióxido de carbono, el biogás tiene una velocidad de propagación de la

llama lenta, 43 cm/seg y por lo tanto la llama tiende a escaparse de los quemadores.

La presión para un correcto uso del gas oscila entre los 7 y los 20 mbar. Se debe tener especial

cuidado en este aspecto debido a que se deberán calcular las pérdidas de presión de salida del

gasómetro (adicionándole contrapesos en el caso de gasómetros flotantes).

Diferentes aplicaciones del biogás

En el cuadro se han listado los principales artefactos que utilizan biogás juntamente a su consumo

medio y su eficiencia.

ARTEFACTO CONSUMO RENDIMIENTO (%)

Quemador de cocina 300 - 600 l/h 50 - 60

Lámpara a mantilla (60W) 120 - 170 l/h 30 - 50

Heladera de 100 L -30 - 75 l/h 20 - 30

Motor a gas 0,5 m 3 /kWh o Hph 25 - 30

quemador de 10 kW 2 m 3 /h 80 - 90

Infrarrojo de 200 W 30 l/h 95 - 99

Co generador 1 kW elect.

0,5 m/kwh

2kW térmica

hasta 90

Las cocinas y calentadores son fácilmente modificables, agrandando el paso del gas de los

quemadores. La amplia disponibilidad de este tipo de equipos hace promisoria e interesante su

utilización a gran escala.

Las lámparas a gas tienen una muy baja eficiencia y el ambiente donde se las utilice debe estar

adecuadamente ventilado para disipar el calor que generan.

Las heladeras domésticas constituyen un interesante campo de aplicación directo del biogás

debido a que tienen un consumo parejo y distribuido a lo largo de las 24 horas del día lo cual

minimiza la necesidad de almacenaje del gas. Estos equipos funcionan bajo el principio de la

absorción (generalmente de ciclo amoníaco refrigerante - agua absorbente). Recientemente se

han desarrollado equipos para el enfriamiento de leche y/u otros productos agrícolas lo que abre

un importante campo de aplicación directa y rentable del mismo.

Los quemadores infrarrojos comúnmente utilizados en la calefacción de ambientes

(especialmente en criadores y parideras) presentan como ventaja su alta eficiencia lo cual

minimiza el consumo de gas para un determinado requerimiento térmico.

El biogás puede ser utilizado en motores de combustión interna tanto a gasolina como diesel. El

gas obtenido por fermentación tiene un octanaje que oscila entre 100 y 110 lo cual lo hace muy

adecuado para su uso en motores de alta relación volumétrica de compresión, por otro lado una

desventaja es su baja velocidad de encendido.

En los motores de Ciclo Otto el carburador convencional es reemplazado por un mezclador de

gases. Estos motores son arrancados con nafta y luego siguen funcionando con un 100% de

biogás con una merma del la potencia máxima del 20% al 30%.

A los motores de Ciclo Diesel se les agrega un mezclador de gases con un sistema de control

manteniendo el sistema de inyección convencional. De esta manera estos motores pueden

funcionar con distintas proporciones de biogás diesel y pueden convertirse fácil y rápidamente de

un combustible a otro lo cual los hace muy confiables. El gasoil no puede ser reemplazado en los

motores funcionando a campo del 85% al 90%, debido a que la autonomía conseguida menor

comparada con la original.

La proporción de H 2 S en el biogás causa deterioros en las válvulas de admisión y de escape de

determinados motores obligando a un cambio más frecuente de los aceites lubricantes. El grado

de deterioro en los motores varía considerablemente y los resultados obtenidos

experimentalmente suelen ser contradictorios.

Los motores a biogás tienen amplio espectro de aplicación siendo los más usuales el bombeo de

agua, el picado de raciones y el funcionamiento de ordeñadoras en el área rural. El otro uso muy

generalizado es su empleo para activar generadores de electricidad.

Un párrafo aparte merecen los sistemas de cogeneración. Dichos sistemas buscan la mayor

eficiencia en el aprovechamiento de la energía contenida en el biogás.

En estos casos la potencia mecánica provista por el eje del motor es aprovechada para generar

electricidad a través d un generador. Simultáneamente y por medio de una serie de

intercambiadores de calor ubicados en los sistemas de refrigeración (agua y aceite) del motor y en

la salida de los gases de escape, se recupera la energía térmica liberada en la combustión

interna. De este modo se logra un mejor aprovechamiento de la energía.

La difusión de estos sistemas estará condicionada por la rentabilidad final. Sin embargo

representa la utilización más racional del biogás ya que se obtiene una forma de energía

extremadamente dúctil como la electricidad al mismo tiempo que una fuente de calor muy

necesaria para la calefacción de digestores en zonas frías.

El uso vehicular del biogás es posible y en la realidad se ha empleado desde hace bastante

tiempo. Sin embargo su difusión está limitada por una serie de problemas:

A fin de permitir una autonomía razonable el gas por su volumen debe ser almacenado en

contenedores cilíndricos de alta presión ( 200 a 300 bar.); este tipo de almacenamiento

implica que el mismo deba ser purificado antes de su compresión.

La conversión de los motores es cara (instalación similar a la del GNC) y el peso de los

cilindros disminuye la capacidad de carga de los vehículos.

Por último la falta de una adecuada red de abastecimiento y la energía involucrada en la

compresión a gran escala de este tipo de uso.

Discusión de resultados

El Biogás se proyecta hacia una producción y uso cada vez mayor debido a su bajo costo; a los

precios cada vez más elevados del petróleo y a que es una energía "limpia", es decir, que no

contribuye al calentamiento global. Por lo que enfatiza que “dicha tecnología debe considerarse

dentro de la reforma energética tan necesaria para el país”.

Conclusiones

Existen posibilidades reales de conseguir importantes ahorros de energía en el conjunto de actividades de las explotaciones agrícola ganaderas simplemente evitando el despilfarro de sus propios recursos, partiendo de los residuos que se producen in-situ, por lo tanto es necesario que cuando se piensa en una explotación ganadera sea del tipo que sea; se ha de diseñar correctamente para satisfacer las necesidades energéticas que previamente se han calculado;

En cuanto a la generación de energía por el proceso de indigestión podríamos afirmar que es la única solución ventajosa y se caracteriza por los siguientes aspectos:

a) es un recurso renovable ya que todos los días se producen residuos.

b) es una fuente importante de energía ya que en función del tipo de residuo y de su contenido en fibra se pueden conseguir desde 50m3 a 200m3 por tonelada de residuo.

c) ayuda a la conservación de la naturaleza evitando vertidos contaminantes malos olores y algunas infecciones derivadas de las picaduras de insectos.

d) proporciona al terreno los elementos nutrientes necesarios y fácilmente asimilables.

d) para las áreas rurales puede constituir un factor primordial por tener la oportunidad de producir in-situ la energía que demandan.

Las explotaciones agrícola ganaderas que por sus características de lejanía y diseminación territorial necesitan energía para realizar las labores primordiales, pueden y deben generar su propia energía y no tienen porque depender exclusivamente de la energía fósil o de las costosas redes de distribución eléctrica, que además constituyen un gasto sistemático y permanente.

Si analizamos las circunstancias actuales con las constantes subidas de precios de todos los productos derivados del petróleo y teniendo en cuenta que cada día las reservas disminuyen, llegará un momento y no lejano que nos quedaremos sin este tipo de energía; mientras estamos desperdiciando las energías que no se pueden extinguir en el tiempo, puesto que son renovables y además las podemos controlar a voluntad, por esta razón tenemos que ponernos a trabajar todos para conseguir nuestro propio autoabastecimiento y no castigar mas este planeta en el que vivimos, porque me da la sensación de que ya se esta cansando y esta empezando a protestar.

Lo mejor para evitar mas contaminación es seguir este método, pues como se dijo las vacas son

muy contaminantes y aunque son un recurso alimenticio, podemos utilizar su excremento para

producir una nueva forma de energía.

Referencias

1.-Sasson, Albert; Las biotecnologías: desafíos y promesas; de: UNESCO, Col: Sextante 2; 1984;

París; Cap. “Producción de energía por los microorganismos a partir de la biomasa, bioenergía”

2.-Espinosa,G Hilbert,J. Bogliani M. (1983) Biogás energñia y biofertilización Publicación INTA

4103. Serie agricultura y mecanización.

3.-Hilbert J.A (1992) Manual para la producción de biogás 70 pp.

4.-Botero, R.; Preston, T. 1987. Biodigestor de bajo costo para la producción de combustible y

fertilizantes a partir de excretas. Cali, CO. 30 p.

5.-Davis, M.L.; Masten, S.J. 2005. Ingeniería y ciencias ambientales. Trad. V. González y Pozo;

S.A.D. Reyes; J.L Blanco; C. Magallanes. McGraw-Hill. México, DF, MX. 750 p.

Mesografía

http://www.familia.cl/animales/vacas_contaminacion/vacas.htm

http://www.textoscientificos.com/energia/biogas/usos