Biogas

HISTORIA

La historia del biogás se puede fijar en unos 5.000 años atrás. El uso de desechos y los recursos renovables para el suministro de energía no son conceptos nuevos, pues ya eran conocidos y utilizados mucho tiempo antes del nacimiento de Cristo. Los inicios del biogás se han fijado en base a hechos que dicen que, alrededor de 3000 años a. C. los sumerios ya practicaban la limpieza anaerobia de los residuos (Deublein y Steinhauser, 2008). También hay datos que están basados en el relato del viaje de Marco Polo a China (catai) (1278-1295) en el libro “Divisament du monde”, conocido como el “El Libro de las Maravillas del Mundo”, en el que se describen unos tanques cubiertos en donde se almacenaban las aguas residuales en la antigua China, pero no está claro si capturaban el gas o si le daban alguna utilidad, en este libro menciona que el hecho, está mencionado en la literatura china del tercer milenio a. C. Otras fuentes citan como primer uso del biogas el calentamiento del agua de los baños públicos en Asiria, cerca del siglo X a. C.

En el siglo XVI en Persia, existe constancia escrita hacerca del biogas (Brakel, 1980; Lusk, 1998). En los tiempos modernos existe la disputa entre dos ciudades para la determinación de quién ostenta el honor de poseer el primer digestor anaerobio para biogas de la era moderna, ya que la primera unidad de digestión anaerobia para la obtención de biogas a partir de aguas resuduales fue construida en la India en 1859, en el asilo-hospital de leprosos de Matunga, cerca de Mumbai(antes de 1995 se llamaba Bombay) en la India (Sathianathan, 1975; Deublein y Steinhauser, 2008), esta planta purificaba las aguas residuales y proveía de luz y energía al hospital en caso de emergencias; hay también constancia de la construcción de un digestor en la ciudad de Otago en Nueva Zelanda, casi veinte años antes, hacia 1840.

La primera anotación científica sobre el biogás se atribuye a Jan Baptista Van Helmont, en la primera mitad del siglo XVII (1630), quién determinó que de la descomposición de la materia orgánica se obtenían unos gases que eran inflamables. Otros autores atribuyen a Shirley o Shierley en 1667 el descubrimiento del biogás o del gas de los pantanos, identificándolo como el causante de los denominados “fuegos fatuos”, aunque parece ser que Shirley se basó en las conclusiones que escribió van Helmont, con anterioridad (Santhianathan, 1975). Unos años más tarde, en 1682 R. Boyle y su asistente Denis Papin predijeron la posibilidad de obtener un gas a partir de residuos animales y vegetales en descomposición (Pine, 1971). Unos años más tarde, ya en el siglo XVIII, concretamente en 1728 Stephen Hales publica su obra “Vegetable Staticks” sobre esta materia.

En el Nuevo Continente, en 1764, Benjamín Franklin describió que el biogás pudo ser el causante que se prendiera fuego una gran superficie de un brumoso lago poco profundo en New Jersey. De esto informó a Joseph Priestly en Inglaterra, quién publicó en 1790 sus propias experiencias con el denominado “aire inflamable” (Titjen, 1975).

El 14 de noviembre de 1776, el científico italiano Alejandro Volta, publica en una carta “ Aria inflammabile native delle Paludi ”, que en el lago Como, se forma un gas que es explosivo cuando se agitan los sedimentos, y además concluyó que había una correlación directa entre la cantidad de material orgánico en descomposición, en el fondo de la masa de agua y la cantidad de gas inflamable y que el principal compuesto del gas natural (gas de los pantanos) era el metano (Stafford y Hawkes, 1980). La importancia de estos resultados se reconoció totalmente por la comunidad científica de la época, lo que queda reflejado por el hecho que su carta se tradujo al alemán sólo dos años después de su aparición.

En 1804, John Dalton describe la estructura química del metano y lo asocia con el biogás.

En 1806, William Henry dedujo la identidad probable del gas de los pantanos.

En 1808 Humphry Davy, químico inglés, produce gas metano en un laboratorio con estiércol de ganado. Se toma este acontecimiento como el inicio de la investigación en biogás. Labor que continua, en parte, su alumno y luego célebre físico inglés Faraday (nacido en el condado de Surrey), realizando algunos experimentos con el gas de los pantanos y el hidrocarburo identificado como parte de él.

Es en 1821 cuando Avogadro elucida por primera vez la estructura química final del metano (CH 4).

En la segunda mitad del siglo XIX, se comenzó en Francia una investigación en profundidad, más sistemática y científica para comprender mejor el proceso de la fermentación anaerobia. El objetivo era simplemente suprimir el mal olor emitido por los conjuntos de aguas residuales. Durante sus experimentos, los investigadores descubrieron algunos de los microorganismos que hoy se conocen como esenciales para el proceso de fermentación.

En 1856, Reiset encontró que el CH4 se libera al descomponer el estiércol amontonado y propuso que este proceso se estudiara para ayudar a explicar la descomposición del material orgánico en general.

La primera aplicación de la digestión anaerobia para el tratamiento de agua de alcantarillado no es hasta 1860 con el desarrollo de una cámara de aire hermética simple por Mouras en Francia (McCarty, 2001).

A comienzos de 1866, Antoine Béchamp, biólogo francés, (del que fue alumno Pasteur) fue uno de los primeros en demostrar, concluyentemente, que la formación de metano era un proceso biológico. Aunque otros autores, atribuyen este hecho a un compañero suyo llamado Tappeiner.

Posteriormente en 1868, Béchamp fue quién identificó que una población mixta de microorganismos convertía el etanol en metano, y que algunos de los productos finales formados durante el proceso de fermentación dependían del sustrato.

En 1875, Propoff agregó, por primera vez, materiales celulósicos a lodos fluviales (fangos), con fines de fermentación y pudo producir hidrógeno y metano, pero sólo bajo condiciones anaerobias. Y descubrió que la formación de biogás sólo se producía en anaerobiosis, asimismo estudió la influencia de la temperatura en la formación de metano. El encontró que los sedimentos de los ríos podían formar biogás a temperaturas tan bajas como 6ºC. Con temperatura creciente hasta 50ºC la producción de gas era estimulada.

En 1876, Herter informó que el acetato encontrado en el agua residual forma cantidades estequiométricas de metano y dióxido de carbono en cantidades iguales.

Louis Pasteur intentó en 1884 producir biogás a partir del estiércol de caballo recogido de las calles de París. En ese mismo año, junto con su alumno Ulysse Gayon o Gavon obtuvo 100 litros de biogás por metro cúbico de estiércol gas al mezclar estiércol y agua a 35ºC, sin la presencia de oxígeno. En ese mismo año, otro investigador francés llamado Pastnier presentó ante la Academia de Ciencias de Francia el primer trabajo sobre la producción de metano a partir de residuos de granjas.

El científico ruso Omelianski, en 1886, realizó la comprobación de la formación de metano con el estiércol de vaca.

En el año 1887, el científico Hoppe-Seyler pudo comprobar la formación de metano a partir del acetato.

En 1890 Donald Cameron diseñó una gran fosa séptica para la ciudad inglesa de Exeter y unos años después alimentó la red de alumbrado público con el gas obtenido (1895-96).

En 1894, en la presentación de los trabajos de Gayon sobre este tema, Pasteur consideró que la fermentación debía ser investigada más a fondo, apuntando que este gas podía ser utilizado para iluminación y calefacción. De hecho Pasteur afirmó que la proporción de producción de biogás obtenida por sus experiencias podía ser suficiente para cubrir los requisitos de energía para la iluminación de las calles de París. Pero la propuesta para mejorar la iluminación callejera de París con la fermentación del estiércol de los caballos,, de los numerosos taxis, fue tomada a broma por el periódico “Le Figaro” y no se ejecutaron los trabajos. La aplicación de las fuentes de energía renovable comienza aquí su andadura.

Entre 1895-96, en la población de Exeter (RU) las lámparas del alumbrado público comenzaron a ser alimentadas por el gas recolectado de los digestores que fermentaban los lodos de su alcantarillado. Constituyendo esto, el primer uso dado al gas metano obtenido por fermentación (Mc Cabe y Eckenfelder, 1957).

El investigador ruso Omeliansky (1895-7), continuando los trabajos de Propoff, inoculó unos frascos que contenían limo de río con una solución inorgánica y celulosa como única fuente de energía, y demostró de esta forma que la fermentación de la celulosa había tenido lugar en un corto tiempo con la formación de ácido y gas (Waskman y Skinner, 1925).

A finales del siglo XIX fue demostrada la presencia de microorganismos involucrados en el proceso de fermentación metánica (Barker, 1956). En estos finales del siglo XIX se construyen en el sur de China las primeras plantas de biogás, tal y como se conocen actualmente.

En 1906, Söhngen acumuló acetato en un proceso de dos etapas. Encontró que el metano se forma a partir de tres materiales básicos: el formato, el hidrógeno y el dióxido de carbono. En ese mismo año, el técnico Imhoff comenzó la construcción de unidades de tratamiento anaeróbico de aguas residuales

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