BIOGÁS

Marcos Collazo Sanmartín

Definición de biogás Con el termino biogás se designa a la mezcla de gases resultantes de la descomposición de la materia orgánica realizada por acción bacteriana en condiciones anaerobias.

Producción de biogás z

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Procesos de digestión anaerobia en residuos ganaderos. El biogás se produce en un recipiente cerrado llamado biodigestor que puede ser construido con diversos materiales como ladrillo y cemento, metal o plástico. Desgasificación de vertederos de residuos sólidos urbanos. Lodos de depuración de aguas residuales urbanas. Residuos de instalaciones industriales

Producción de biogás El biodigestor de forma cilíndrica o esférica, posee un conducto de entrada por el que se suministra la materia orgánica (estiércol animal o humano, aguas sucias de las ciudades, residuos de matadero) en conjunto con agua y un conducto de salida en el cual el material ya digerido por acción bacteriana abandona el digestor.

Producción de biogás Los materiales que ingresan y abandonan el biodigestor se denominan afluente y efluente respectivamente. El proceso de digestión que ocurre en el interior del biodigestor libera la energía química contenida en la materia orgánica, la cual se convierte en biogás.

Biodigestor

Biodigestor

Ventajas de los biodigestores z

Mejora la capacidad fertilizante del estiércol. Todos los nutrientes tales como nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio así como los elementos menores son conservados en el efluente. En el caso del nitrógeno, buena parte del mismo, presente en el estiércol en forma de macromoléculas es convertido a formas más simples como amonio (NH4+), las cuales pueden ser aprovechadas directamente por la planta.

Ventajas de los biodigestores z z

El efluente es mucho menos oloroso que el afluente. Control de patógenos. Aunque el nivel de destrucción de patógenos variará de acuerdo a factores como temperatura y tiempo de retención, se ha demostrado experimentalmente que alrededor del 85% de los patógenos no sobreviven el proceso de biodigestión.

Planta de producción de biogás

Producción de biogás en vertederos z

El biogás producido a partir de la fracción orgánica de RSU tiene una aplicación energética creciente en vertederos controlados, siendo necesario potenciar la digestión anaerobia en biorreactores que incluyan la codigestión con lodos de depuradora.

Producción de biogás en vertederos Dos formas: z Desgasificación de vertederos: esta interesa para un volumen de capacidad de 200-250 t/día de capacidad. Esta tecnología ha experimentado un fuerte despegue en los últimos años. z Digestión anaerobia en biorreactores:hoy por hoy, resulta menos interesante para tratar estos residuos que otros métodos más simples

Producción mediante lodos de depuración z

Los lodos de depuración procedentes de los tratamientos primario y secundario en las estaciones de depuradoras de aguas residuales pueden someterse a tecnologías de digestión anaerobia. En la actualidad ha alcanzado un importante nivel de desarrollo

Factores de los que depende la producción de biogás z z z z z

Temperatura Tiempo de retención. Relación Carbono / Nitrógeno. Porcentaje de sólidos. Factor PH.

Componentes del biogás Los principales componentes del biogas son el metano (CH4) y el dióxido de carbono (CO2). Aunque la composición del biogas varia de acuerdo a la biomasa utilizada, su composición aproximada se presenta a continuación:

Componentes del biogás Metano, CH4

40 - 70% volumen

Dióxido de carbono, CO2

30 - 60 %

Sulfuro de hidrógeno, H2S

0-3%

Hidrógeno, H2

0-1%

Componentes del biogás El metano, principal componente del biogás, es el gas que le confiere las características combustibles al mismo. El valor energético del biogás por lo tanto estará determinado por la concentración de metano - alrededor de 20 – 25 MJ/m3, comparado con 33 – 38MJ/m3 para el gas natural. Si deseamos mejorar el valor calórico del biogás debemos limpiarlo de CO2.

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

Principios de la combustión z

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

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.

Usos del biogás

Usos del biogás ARTEFACTO Quemador de cocina

CONSUMO REND. (%) 300- 600 l/h 50-60

Lámpara a mantilla (60W) 120-170 l/h

30-50

Heladera de 100 L Motor a gas

30-75 l/h 20-30 0,5m3 /kWh 25-30

quemador de 10 kW Infrarrojo de 200 W Co generador

2 m3 /h 30 l/h 1 kW elect.

80-90 95-99 Hasta 90

Usos del biogás z

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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.

Usos del biogás z

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.

Usos del biogás z

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.

Usos del biogás z

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.

Usos del biogás z

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%.

Usos del biogás z

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.

Limitación del uso del biogás en vehículos z

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.

Limitación del uso del biogás en vehículos z

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.

Limitación del uso del biogás en vehículos z

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.

Usos del biogás z

Los sistemas de cogeneración 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 de 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.

Generación eléctrica con biogás

Innovación tecnológica en España z z z z

Mejora de la eficiencia en producción y depuración Desarrollo de sistemas para la inyección en la red de gas natural Avances tecnológicos ligados al empleo de pequeñas cantidades de residuos Mejoras en el rendimiento de motores

Consumo de biogás en España

Consumo por comunidades

Proyectos de biogás

Objetivos periodo 2005/2010

Consumo biogás en la Unión Europea

Conclusión Para los próximos años se espera un aumento de la producción de biogás aprovechando las grandes cantidades de residuos que se generan y que actualmente no se aprovechan. Además este combustible renovable es capaz de sustituir o usar conjuntamente con los combustibles fósiles , en sus aplicaciones cotidianas con simples modificaciones en el sistema de combustión, disminuyendo así el consumo de estos.