Recientemente, durante mis clases de master, en la asignatura dedicada a las Técnicas Avanzadas de Depuración, he estado estudiando el proceso de digestión anaeróbica y las perspectivas de futuro de este proceso para la producción de energía. Me pareció muy interesante, pues precisamente uno de los grandes problemas de la gestión de residuos son las deyecciones de ganado, así como los restos agrícolas, que cada vez más suponen un problema de contaminación. Esta técnica de tratamiento de estos "residuos" podría, en un futuro, resolver dicho problema, proporcionando además una fuente de energía rentable y sostenible. Veamos de que trata.
La digestión anaeróbica es el proceso en el cual microorganismos descomponen material biodegradable en ausencia de oxígeno. Este proceso genera diversos gases, entre los cuales el dióxido de carbono y el metano son los más abundantes. Existen reactores llamados biodigestores en donde se aprovecha esta liberacion de gases para luego ser usados como fuente de energía. La intensidad y duración del proceso anaeróbico varían dependiendo de diversos factores, entre los que se destacan la temperatura y el pH del material biodegradado. A continuación se muestra en la Figura 1 un esquema que simplifica el proceso de digestión anaerobia.
Figura 1. Esquema que simplifica el proceso de digestión anaerobia (Fuente: Agencia de Residuos de Catalunya)
La digestión anaeróbica (DA) es un proceso complejo que puede ser resumido en cuatro etapas:
En la primera, se debe hidrolizar los compuestos de mayor peso molecular, tanto los disueltos como los no disueltos, por medio de enzimas (por ejemplo, amilasas y proteasas). En especial, se digieren polímeros, como polisacáridos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, formándose los correspondientes oligómeros y monómeros (azúcares, alcoholes, ácidos grasos, glicerol, polipéptidos, aminoácidos, bases púricas, y compuestos aromáticos).
La segunda etapa la llevan a cabo bacterias acidogénicas que transforman estos oligómeros y monómeros a ácidos grasos volátiles (principalmente los ácidos: propiónico, butírico y valérico).
Las bacterias acetogénicas en la tercera etapa transforman los ácidos grasos volátiles (AGV) en ácido acético (también acetato, formiato,...).
En la última etapa, las bacterias metanogénicas acetoclastas transforman las sustancias anteriores en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). Participan también las bacterias hidrogenotróficas, que mantienen el equilibrio del hidrógeno (H2) en el medio, utilizándolo para reducir el CO2 a CH4.
PERSPECTIVAS DE FUTURO
Actualmente, se ha observado un rápido crecimiento en la investigación y el desarrollo en el sector del biogás y se espera que por sí solo pueda satisfacer el 25% del objetivo de consumo de energía renovable en el futuro (Sun et al., 2015). Hoy en día, se utiliza en todo el mundo como una fuente de combustible tanto a nivel industrial como doméstico. Su explotación ha contribuido a impulsar un desarrollo económico sostenido y ha proporcionado una fuente alternativa energética renovable frente al uso del carbón y el petróleo.
El biogás es un gas combustible que se forma a partir de la digestión anaeróbica de materia orgánica (biomasa), y es una mezcla de metano (35–75%), dióxido de carbono (25–65%), hidrógeno (1–5%), junto con cantidades menores de vapor de agua, amoníaco, sulfuro de hidrógeno y haluros. El metano, que es su componente principal, es una valiosa fuente de energía renovable, pero también un gas de efecto invernadero nocivo si se emite a la atmósfera. Sin embargo, el metano, mejorado a partir del biogás, puede usarse para la producción de calor y electricidad o como biocombustible para vehículos, influyendo así en la reducción de las emisiones ambientales y el uso de combustibles fósiles.
En países en desarrollo, el biogás se suele utilizar principalmente para calentar y cocinar. Sin embargo, los países desarrollados, se centran en la producción de biogás industrial comercial y agrícola a gran escala, destinándose su uso a una gran variedad de causas, pudiendo utilizarse en generación de electricidad con CHP o celdas de combustible, en la multigeneración de calor, vapor, electricidad y enfriamiento en la industria, en la inyección del biogás previamente purificado en redes de gas, en el transporte de combustible y en la producción de productos químicos, en aplicaciones de almacenamiento de energía, como combustible para vehículos en el transporte, o como material base para la síntesis de metanol, un producto de alto valor agregado.
Figura 2. FTratamientos para diferentes aplicaciones del biogás (Fuente: TFM D. Josué Cabrera Delgado )
Para aumentar el alcance de la utilización del biogás, los procesos de conversión y mejora de este se van a volver esenciales. Por ello, dado que el biogás es una mezcla de gases, para aprovechar el potencial de cada uno, se requerirán enfoques innovadores y eficientes que permitan rentabilizar el sistema del biogás para además poder adaptarse a diversas aplicaciones.
Técnicas de Aprovechamiento
Existen diferentes métodos de aprovechamiento del biogás, pero he decidido mencionar unicamente los más importantes y los que mayor perspectiva de futuro tienen. A continuación se muestran las conclusiones que he deducido de mi exploración bibliografica respecto a los diferentes métodos:
El uso directo del biogás producido por digestión anaerobia como combustible para pilas de óxido sólido (SOFC) es una alternativa muy prometedora para obtener de forma simultánea energía eléctrica y térmica, tanto a pequeña escala (viviendas residenciales) como a gran escala (plantas EDAR), presentando eficiencias eléctricas y térmicas netas aceptables, además de defender el concepto de tecnologías de “emisión cero” dentro de las instalaciones basadas en pilas de combustible.
Las microturbinas alimentadas con biogás generado en un digestor anaerobio son viables técnicamente para satisfacer un pequeño porcentaje de energía eléctrica en una EDAR urbana, siempre que haya un suministro alternativo de energía eléctrica ya que el biogás no permite abastecer toda la demanda. Por el contrario, la demanda de energía térmica estaría casi cubierta. Todo ello se produciría a menor potencia, reduciendo las emisiones de CO2 y residuos radiactivos, respecto a la utilización de fuentes de energía convencionales.
El uso de biogás como combustible para vehículos en motores de combustión interna es una gran alternativa dado que alcanza unas cotas de rendimiento aceptables a la vez que reduce las emisiones de gases de efecto invernadero presentándose como una elección eficaz y sostenible.
Finalmente, me gustaría destacar que es importante que los estudios del futuro se centren en métodos de aprovechamiento rentables del porcentaje de biogás. Pues una gran cantidad se suele perder en los procesos de estos sistemas. Y también en evaluar a largo plazo la efectividad y rentabilidad económica de los procesos de cogeneración que se llevan a cabo en algunas situaciones tanto a escala industrial como a escala residencial.
REFERENCIAS
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