Energias Renovables

Biogas

11.1 Introduccion: biogas, “el gas natural renovable”

Biogas de la degradacion de material organica, es un gas compuesto de hidrocarbono, metano y pertenece a la familia de los gases naturales de los cuales su energia es obtenida escencialmente por metano.

Las diferentes clases de biogas pueden ser distiguidas dependiendo de la fuente de la material organica de la que se originany la contaminacion a la que han sido expuestos.

11.2 Biogas hecho naturalmente.

En la naturaleza muchas fuentes de biogas son encontradas y salen a la atmosfera sin ninguna accion humana.:

Gas de los pantanos y lagos

Gas de animales en descomposicion

Gas de materia organica enterrada

Esto a evocado la curiosidad humana que a intentado entender el fenomeno y crear formas de darle uso, estudios conducidos en reservas de biogas en las profundidades del Lago Kivu en Ruanda, estiman que hay mas de 50,000millones de Nm/3 de metano.La produccion anual proveniente de desechos organicos removidos por erosion esta estimada en 250 millones Nm/3 de metano.

Un inventario de biogas esta aun muy lejos de hacerse, tiraderos de las casas y otros desechos producidos por humanos generan grandes cantidades de biogas de la biomasa enterrada, esta produccion es conocida pero no es aprovechada totalmente y muy poca ventaja se saca de ello, un ejemplo de esto es el tiradero “Garaft” en Barcelona (Cataluna) produce cerca de 54millones de metano al a#o.

11.3. Produccion organizada por humanos

La importancia de estos recursos a guiado a la creacion de sistemas para atrapar ese gas en los depositos existents, asi como digestores anaerobicos capaces de reproducer el fenomeno, estas instalaciones surguen debido a la necesidad de tratar los desechos liquidos o solidos para reducir la contaminacion y a la vez producir energia.

La disminucion de los recursos fosiles para crear energia hoy en dia esta guiando al desarrollo de fuentes de energias renovables y a la instalacion de digestores anaerobicos principalmente para crear energia.

El deseo de reducir las emisiones de gases de invernadero esta llevando al estudio de metodos para la recoleccion de biogas y para producer energia sin disminuir los recursos fosiles usando instalaciones con digestores anaerobicos .

11.4 Historia de los digestores anaerobicos.

Los primeros records de la explotacion de biogas se remontan al siglo 10 BC.

Donde se menciona el uso del biogas para calentar los banos. El uso del biogas se encontro en Persia en el siglo 16, luego en el siglo 17, Van Helmont en 1776, Alessandro Volta identifico el gas como un combustible compuesto de metano a partir de la fermentacion de desperdicios, una de las primeras instalaciones de digestion anaerobica fue construida en una colonia de leprosos en Bombay, India en 1859

Los humanos han intentado capturar el biogas que se produce en pantanos y lagos, parece que China tiene mas de mil anos de experiencia en la recoleccion y transportacion de biogas en tubos de bamboo.

En Europa, desde el trabajo de el Italiano Volta en 1776 y la identificacion del metano por Sir Humphrey Davy en 1808, se han estado llevando a cabo construciones e instalaciones de digestores anaerobicos usando los desechos de animales de granja (estiercol) luego agua usada y basura de las casas y aguas residuals de la industria, algunas de las construcciones son muy rusticas mientras que otras son plantas industrializadas.

11.5. Digestion anaerobica.

Ya sea que ocurra naturalmente o una instalacion dedicada, la digestion anaerobica corresponde a una serie de reacciones bioquimicas involucrando diferentes microorganismos con varaciones metabolicas.

Los princiaples pasos metabolicos son los siguientes

1) Hidrólisis: Las macro molecas de carbón que constituyen la materia viviente son primero hidrolisadas para que puedan producir pequeñas molecas solubles.

2) Acidogenesis: El producto de hidrólisis se descompone en alcoholes, hacidos orgnicos con bajo peso molecular, hacidos grasos volátiles (Hacido acetogenico) H2 y CO2.

3) Acetogenico conversión de los productos de acinogenesis en acido acetogenico H2 y CO2.

4) Metanogenesis: El 70% del metano es producido de acido acetogenico las bacterias haceloglasticas son estrictamente anaeróbicas H2O+CH3COO CH4+2HC03.

Otro método metabolico produce el otro 30% restante de hidrogeno y gas de carbón.

4H2+CO2 CH4+2H2O.

Los métodos metabolicos en sus diferentes faces de digestión anaeróbica son complejos y los micro organismos involucrados son difíciles de identificar.

Las nuevas tecnologías de secuencia de genomas y tecnicas de reacción en cadena y polímeros son las únicas formas de identificación, si solamente un parcial de los habitantes contenidos en el subtrato de una digestión anaeróbica, asi como las huellas presentes en estos habitantes bacterianos, desde que solamente una parte de la bacteria presente puede ser cultivada.

El genotipo (Polimorfismo el RNA de ribosomas, acceso al metagenoma) obtenido de una muestra estándar puede servir como referencia para identificar los genes y por lo tanto las funciones metabolicas que afectan la disfunción de un proceso de digestión anaeróbica.

11.5.1. Administracion de un proceso de digestión anaeróbico la estabilidad del proceso usado y las expectativas de las cantidades y calidad del gas, el producto residual son los elementos importantes que combinan para tener un éxito técnico y económico.

Desde que la bacteria metanogenica es anaeróbica debe estrictamente aplicarse anaerobiosis.

11.5.1.1. El efecto de la temperatura.

Como todos los procesos biológicos, la digestión anaeróbica es muy sensitiva a la temperatura, tres zonas de temperatura pueden ser distinguidas en la que la poblacion de bacterias se efectiva.

La zona sicrofilica para temperaturas menores a 20c.

La zona mesofilica para temperaturas entre 25 y 35c.

La zona termofilica para temperaturas arriba de 45c

La población común de bacterias esta inactiva arriba de 70c, una desviación en la temperatura trae una variación en la población de las bacterias,

Incrementando la temperatura de operación de un digestor anaeróbico es un método que se adapta para incrementar el substrato a ser tratado.

El enlace entre digestión anaeróbica y temperatura nos lleva a diferentes alcances, dependiendo de las condiciones climaticas, el aislamiento de digestores es la regla en Europa, pero este no es el caso en las zonas intertropicales, la concentración de substrato es necesaria si esta tiene que ser calentada, aguas residuales no concentradas puede que deban ser tratadas si el clima es caliente.

11.5.1.2. Efecto del pH

Para que el proceso trabaje bien el pH de permanecer cerca de 7.5, para estiércol seco o liquido, el sistema se regula por si solo con un mediador abil, para otras substancias (suero de leche, forraje) es necesario monitorear estos parámetros y eventualmente intervenir (agregándole lima) de hecho al momento de de las faces acidogenesis y acetanogenesis, si el hidrogeno formado no se usa para producir metano con CO2, la acumulación de hidrogeno puede bloquear la fermentación.

11.5.1.3 Dinamica de la población de las bacterias.

La temperatura y el Ph juegan un rol importante , esto afecta especialmente la velocidad de multiplicacion de la población de bacterias, ellas se desarrollan en relación al substrato presente pero también son eliminadas con los desechos al final de la fermentación, para evitar que el proceso biológico se haga lento cuando se le agrega nuevos substratos, se intenta arreglar la población de microorganismos en el digestor o recircular los residuos para inseminar los substratos que se están agregando, las técnicas mas avanzadas en digestores ponen mucha atención a este efecto.

La mezcla de substratos da resultados que no pueden ser reducidos a una simple regla de proporciones, los desechos organicos tratados tienen un potencial metanogenico de entre 170 y 740 litros de CH4/kg de materia organica.

La mezcla de substratos permite un incremento en la producción de energía tratando el substrato el cual por si solo es difícil de degradar , este es el caso de desechos grasosos de la agro industria, agregando un 5% de desecho organico agroindustrial a estiércol liquido de puerco puede traer un incremento en la producción de biogás de 200 a 300% dependiendo del producto.

Investigacion en cosubstratos eficientes constituyen un mercado en países que han desarrollado digestores anaeróbicos, los mas estudiados son el emblanquecimiento de arcilla de desechos grasos y molinos de aceite.

Algunos substratos como la arcilla juegan un rol importante en arreglar la población de bacterias. La investigación de cosubstratos es una de las principales areas en el establecimiento de nuevos digestores anaeróbicos.

La codigestion también tiene la ventaja de usar la materia organica industrial tratada en la agricultura al reciclar los desechos en ella.

Las unidades de digestión anaeróbica de finales del siglo 19 fueron diseñadas para eliminar organismos peligrosos contaminantes, en particular del drenaje de las ciudades (la estación de Acheres trata los lodos de Paris) La producción de energía es mas reciente, por mucho tiempo el biogás producido se consideraba como una molestia y no como un recurso.

Las primeras regulaciones en los últimos 30 años en Francia instituyeron de destruir el biogás quemándolo, recientemente las reglas han sido modificadas a favor de tomar ventaja del biogás.

11.6.1 Tecnicas

Las

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