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A medida que países, culturas y economías buscan alejarse de los combustibles fósiles en favor de fuentes de energía con un impacto atmosférico más benigno, disponen de una amplia gama de opciones para elegir. Paneles solares, turbinas eólicas, presas hidroeléctricas y unidades geotérmicas salpican los diversos paisajes, reflejando un cambio de mentalidad sobre cómo se produce la energía. Sin embargo, otro fenómeno natural está ocupando un lugar central entre los actores de las energías renovables: el biogás. Surgiendo de la descomposición sin oxígeno de sustancias orgánicas, el biogás está demostrando ser un sustituto fiable de los combustibles fósiles. Reconociendo este desarrollo, los científicos continúan trabajando en la sistematización de su producción.
El biogás puede surgir de aguas residuales y alcantarillado; estiércol de vaca y cerdo; residuos de alimentos y basura; ramas de árboles muertas y animales forestales muertos; y una multitud de otros materiales orgánicos. Es esencial que esta materia se descomponga sin suministro de oxígeno. Así, el biogás se crea consistentemente en circunstancias naturales: bajo una pila de hojas caídas o dentro de un montón de recortes de césped, por ejemplo, o en un pantano o en la esquina de un granero. Ya sea producido espontáneamente o por diseño, el biogás consiste principalmente, aunque no exclusivamente, en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). El metano es clave para su capacidad energética. Además, el biogás contiene pequeños porcentajes de agua, nitrógeno, sulfuro de hidrógeno y otros compuestos orgánicos volátiles. De hecho, el biogás crudo tiene una composición química muy similar al gas natural extraído de depósitos minerales, sin las emisiones de gases de efecto invernadero. Aunque minúsculos dentro del contenido general, estos componentes menores pueden dañar la salud pública, los tanques, las tuberías y la eficiencia general del biogás. La naturaleza no puede eliminarlos, pero las personas sí.
Utilizando el estiércol porcino como material orgánico modelo —a veces llamado sustrato o materia prima—, el primer paso es suministrar a un digestor anaeróbico, o reactor de biogás, una cantidad adecuada de estiércol para producir la cantidad necesaria de biogás. El estiércol de cerdo es ideal, ya que se almacena en forma de purín, impidiendo que el oxígeno se infiltre. Añadir agua también ayuda a diluir el contenido de amoníaco; el amoníaco puede suprimir la producción de metano. Precalentar el estiércol (a 95 grados F o más) también puede acelerar el proceso de digestión. La materia prima entra al digestor a través de una entrada. Dentro del propio tanque de digestión, un agitador comienza a rotar para distribuir más uniformemente los microorganismos por todo el sustrato. Investigadores de extensión de la Universidad Estatal de Pensilvania concluyen que el sustrato de estiércol de cerdo requiere de siete a diez días de retención en el digestor para permitir la máxima producción de biogás. Una vez que la digestión sigue su curso, el biogás se recolecta para un tratamiento posterior. El sustrato, ahora llamado digestato o efluente, puede servir como un fertilizante altamente nutritivo, material para camas de animales o componentes de productos manufacturados.
La eliminación de compuestos químicos tóxicos y corrosivos del biogás tiene muchas variantes. En un sistema de biogás agrícola, el flujo de gas pasa a través de trozos de hierro o lana de acero. En otras instalaciones, por ejemplo, plantas de tratamiento de agua, se pueden emplear membranas más sofisticadas. Alternativamente, el flujo de gas puede pasar a través de una solución de amina que absorbe los compuestos extraños o ser adsorbido por un sólido tratado químicamente como el carbón activado. El tipo y la extensión de la limpieza dependen del propósito del biogás. El biometano, para combustible de vehículos, requiere el refinamiento más exhaustivo.
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