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En la historia del ingenio humano, muchas invenciones y tecnologías se inspiran en fenómenos naturales. Los trenes más rápidos y eficientes del mundo —los Shinkansen de Japón— se mueven a más de 300 kilómetros por hora. Para eliminar las explosiones sónicas que produce tal velocidad, los diseñadores aerodinamizaron los trenes para que se asemejaran al pico alargado del martín pescador, ya que esta ave vuela y nada con muy poca salpicadura. De manera similar, quienes diseñan turbinas eólicas del siglo XXI utilizan las aletas de las ballenas como modelos: estos mamíferos, aunque poco agraciados en tierra, son los nadadores, saltadores y buceadores más elegantes de los mares debido a la naturaleza serrada de sus aletas. La descomposición de material orgánico ocurre en la naturaleza todo el tiempo. Siempre que la flora muerta, la fauna, las hojas caídas, los recortes de césped abandonados, el estiércol del ganado, los residuos de alimentos y las aguas residuales quedan aislados del oxígeno —como en un vertedero o un montón de compost—, estas sustancias están sujetas a la digestión anaeróbica. Descompuesta por formaciones bacterianas, esta materia desintegrada libera gas metano (CH₄) y dióxido de carbono (CO₂). Reconociendo el valor económico y ambiental de aprovechar el metano para obtener energía, los científicos desarrollaron máquinas para replicar y acelerar la digestión anaeróbica. A estas se les llama a veces biodigestores.
La digestión anaeróbica pasa por cuatro etapas hasta llegar al metano. HIDRÓLISIS — la materia orgánica consiste en polímeros, cuyos enlaces químicos son descompuestos por las bacterias para formar azúcares simples, aminoácidos y ácidos grasos. ACIDOGÉNESIS — los subproductos de la hidrólisis son descompuestos aún más por bacterias fermentativas. Los productos finales de la acidogénesis son ácidos grasos volátiles, amoníaco, CO₂ y sulfuro de hidrógeno. ACETOGÉNESIS — los compuestos se descomponen aún más para liberar ácido acético, así como CO₂ e hidrógeno. METANOGÉNESIS — los restos de las reacciones precedentes se convierten en metano, dióxido de carbono y agua. Juntos, componen lo que se conoce como biogás. El biogás a menudo se procesa después de la producción para eliminar contaminantes y otras sustancias químicas que impedirían su rendimiento.
Un biodigestor, o ecodigestor, es un tanque que no permite la entrada de oxígeno (O₂). Hace lo que la naturaleza hace con el estiércol, el compost, etc., excepto que esos materiales —o sustrato— experimentan una privación inmediata de O₂, incitando reacciones químicas en el biodigestor. Primero, el sustrato es recibido y recolectado, después de lo cual puede someterse a un pretratamiento para facilitar el proceso. Una vez asegurada dentro del propio digestor, la materia orgánica pasa por las cuatro etapas mencionadas anteriormente. Cuando los microorganismos han hecho su trabajo, el biogás se separa del digestato, es decir, la materia sólida que queda.
Dado que el biogás se utiliza para generar electricidad, por un lado, y también para combustible vehicular y calefacción, existen diferentes esquemas para su producción anaeróbica. Biodigestores de laguna anaeróbica cubierta — la materia orgánica se asienta en una gran piscina cerrada cubierta con una lona flexible. Biodigestores de flujo de pistón — funcionan mejor cuando el sustrato, por ejemplo, estiércol de vaca, se raspa de rejillas del suelo, como en una instalación lechera. Biodigestores de mezcla completa — a menudo un tanque elevado, cerrado y calentado con un sistema hidráulico para la mezcla de gases, asentado sobre una base de hormigón. Reactores de manto inducido — operan bajo el principio de digestión de lodos. Se forma un manto de sedimento que mantiene las bacterias necesarias para la digestión anaeróbica.
La digestión anaeróbica separa el biogás del sustrato, dejando algo llamado digestato. Esto puede ser más fibroso o más parecido a un lodo —como mucho digestato agrícola. Con mayor frecuencia, se aplica como fertilizante, como acondicionador del suelo, con buenos resultados. El digestato también es un componente de ciertos compuestos plásticos, así como lecho para el ganado. No necesitan ser grandes — los sistemas de biodigestores a pequeña escala sirven a hogares, restaurantes y pequeñas granjas, demostrando que los beneficios de la digestión anaeróbica son accesibles a todas las escalas.
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