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¿PORQUÉ BIOGÁS?

¿QUÉ ES EL BIOGÁS?

El biogás es el producto de la degradación biológica de la materia orgánica (residuos animales y vegetales) en ausencia de oxígeno, mediante complejas reacciones realizadas por diversas bacterias y arqueas, a este proceso se le conoce como digestión anaerobia (DA) (FAO, 2011; REMBIO, 2012) Ver Figura 1.

Está conformado principalmente por metano (CH4) entre un 50% y 70%, el CH4 (Kälber, et al., 2017), también es el principal hidrocarburo del gas natural (contiene trazas de etano, propano, entre otros), por ello puede ser energéticamente aprovechado y reemplazar otros combustibles.

El poder calorífico inferior del metano es de 35.9 MJ/m3, mientras que el biogás es de 21.5 MJ/m3 y el gas natural de 31.8 MJ/m3 (GIZ, 2017 tomado de Wellinger y Lindberg, 2000 apud Lobato, 2011), sin embargo al ser un derivado de la biomasa, constituye una fuente de energía renovable contrario al gas natural que es una energía fósil y por tanto, no renovable (FAO, 2011) además contribuye a la generación de energía descentralizada (IMP, 2018) y a la diversificación de la matriz energética.

Figura 1. Biogás

Fuente: IBBK BIOGÁS

Además de CH4, está compuesto por dióxido de carbono (CO2), entre 25% y 40%,  otros componentes trazas son (Kälber, et al., 2017).

Tabla 1. Composición del biogás

Fuente: Kälber, et al. (2017)

Otro producto de la DA, es un material semisólido, conocido como digestato, el cual contiene minerales (nutrientes), materia orgánica estabilizada parcialmente degradada junto con la biomasa microbiana (libre de patógenos), puede ser utilizado como fertilizante  o acondicionador de suelo (Kälber, et al. 2017; Nadar, 2012; FAO, 2011). Las características del biogás y digestato dependen del material digerido y el tipo de tecnología, algunas características generales del biogás y digestato son los presentados en la tabla 2 y tabla 3 (FAO, 2011).

Tabla 2. Características generales del biogás

Fuente: FAO, 2011, tomado de Deublein y Steinhauser (2008)

Tabla 3. Características generales del digestato

Fuente: FAO, 2011, tomado de Varnero, 2001.

Utilizando este proceso, es posible convertir gran cantidad de residuos vegetales, estiércoles, efluentes de la industria alimentaria y fermentativa, de la industria papelera y de algunas industrias químicas, en subproductos útiles (FAO, 2011).

Ese proceso se encuentra ampliamente en la naturaleza y ocurre, por ejemplo, en los pantanos o en el fondo de los lagos, en pozos de lodo líquido, en el rumen de los rumiantes. También, este proceso se lleva a cabo en los rellenos sanitarios o sitios de disposición final de residuos por la fracción orgánica de estos (Kälber, et al. 2017).

No aprovechar los residuos orgánicos y ser llevados a sitios de disposición final, al ser un proceso natural,  genera contaminación al ambiente, por la emisión de gases a la atmósfera, más aún para sitios controlados y no controlados (sin las especificaciones de impermeabilización), contaminación al suelo y agua por infiltración de lixiviados e incluso algunos componentes tóxicos derivados de estos (Kiss Köfalusi & Encarnación Aguilar, 2006).

El metano CH4 es también un Gas Efecto Invernadero (GEI), a pesar de que su potencial de calentamiento global (GWP, por sus siglas en inglés, Global Warming Potential) y valor de vida media en comparación de otros GEI es menor, contribuye significativamente en la emisión de GEI, con poco más de la cuarta parte del total (INEGyCEI 1990 - 2015). Ver tabla 4.

El metano emitido en 2015 por los residuos destinados en sitios de disposición final, tratados biológicamente y en el tratamiento de agua residual así como del proveniente del ganado representó aproximadamente el 76% (INEGyCEI 1990 - 2015).

Pantanos de Centla, Tabasco.

Lago de Chapala, Jalisco.

Relleno sanitario Bordo Poniente, CDMX

Tabla 4. Gases de efecto invernadero

Fuente: GIZ (2017) y datos del INEGyCEI 1990 – 2015.
* Para tener el total o el 100% de emisiones se deben considerar todos los GEI con flúor y cloro, se mencionan dos HFC-134ª y SF6 por su relevancia en % de emisión

En resumen, los beneficios que implica el aprovechamiento de la digestión anaerobia son:

Figura 3. Aprovechamiento de la digestión anaerobia

¿EN QUÉ SE PUEDE APROVECHAR EL BIOGÁS?

El biogás puede recuperarse para diversos fines, tales como:

  • Energía termina (calor)

  • Energía eléctrica

  • Cogeneración (Energía térmica y eléctrica)

  • Combustible alternativo en la línea de gas natural

  • Combustible vehicular alternativo

Figura 4. Usos del biogás

Fuente: GIZ, 2018

El uso más simple es para la obtención de energía térmica (calor), como combustible en calderas, hornos y estufas en sustitución de otros tipos de combustibles. Es muy útil para lugares donde los combustibles son escasos (FAO, 2011; GIZ, 2017; IMP, 2018). Ver figura 5.

A. Caldera de vapor de gas industrial

Fuente: sunji

B. Quemador de estufa conectado a biodigestor

Fuente: critica.com.pa

Figura 5. Usos comunes del biogás

La producción de electricidad a partir de biogás es todavía relativamente poco frecuente en la mayoría de los países en desarrollo, caso contrario para países industrializados, es el objetivo principal de la mayoría de las plantas de biogás, inclusive la cogeneración (IMP, 2018).

 

Los sistemas de cogeneración utilizan la electricidad generada por el combustible y el calor residual que se genera. Algunos sistemas combinados producen principalmente calor y la electricidad es secundaria. Otros sistemas producen principalmente electricidad y el calor residual se utiliza para calentar el agua del proceso (Ver figura 6). En ambos casos, se aumenta la eficiencia del proceso en contraste si se utilizara el biogás sólo para producir electricidad o calor. Para ello se requiere la remoción de H2S (<100 ppm) y vapor de agua (FAO, 2011).

Figura 6. Sistema de cogeneración

Fuente: GIZ, 2018

El uso vehicular del biogás en la realidad se ha empleado desde hace bastante tiempo y puede ser utilizado en motores de combustión interna tanto a gasolina como diesel. Para esto, el biogás debe tener una calidad similar a la del gas natural (Ver tabla 5), de la misma forma para ser inyectado a la red de gas. También puede ser cedido a terceros localizados en las inmediaciones de la planta de biogás para que lo aprovechen.

 

La decisión de tratar o no el biogás debe ser discutida con la parte que lo recibirá considerando los aspectos técnicos y económicos (FAO, 2011; GIZ, 2018; GIZ, 2017). Dependiendo del uso que se da al biogás, este requerirá cierto nivel de acondicionamiento.

 

Para energía térmica, mecánica o electrica, normalmente requiere de desulfurización y secado pero si es para, por ejemplo, sustitución de gas natural en la red, requiere mayor tratamiento (GIZ, 2017).

Figura 7. Tratamiento del biogás según su uso.

Fuente: GIZ, 2017 tomado de Valente (2015).
Gas Natual Vehicular (GNV), Gas Natural Comprimido (GNC) y Licuado (GNL)

Tabla 5. Características del biogás, biometano y gas natural

Fuente: Kälber, et al. 2017, GIZ, 2017 y WBA, 2013.

* con 60% de CH4. ** considerando que se espera sea metano sería el valor de este

     GENERACIÓN DEL BIOMETANO

Independientemente del uso del biometano, se recomienda mejorar la calidad del biogás mediante la remoción de impurezas como humedad, CO2, H2S y siloxanos, a fin de evitar problemas de corrosión. Algunos autores sugieren que sea el siguiente orden para la remoción de compuestos del biogás:

  • Remoción sulfuro de hidrógeno (H2S) gruesa y concentraciones traza

  • Separación del CO2 y otros componentes

  • Remoción de la humedad; en caso de utilizar una tecnología de remoción en seco de CO2, esta etapa se realiza antes.

Cuando la separación de sulfuro de hidrógeno es gruesa, la desulfurización puede ser aplicada dentro del propio digestor, en el gasómetro o en un sistema propio para este fin. Cuando la desulfurización requerida es fina (concentraciones traza), entonces se necesita un proceso externo más complejo y costoso. De forma general los tratamientos para remover este ácido son los siguientes (Ver figura 8):

Figura 8. Tecnologías para el tratamiento de H2S en el biogás.

Fuente: GIZ, 2017.

La remoción de agua o secado del biogás se da por:

  • Condensación: es el método más utilizado, se realiza enfriando el biogás debajo del punto de rocío a través de un intercambiador de calor con un líquido de enfriamiento, por lo que la humedad presente se condensa o bien, se rocía agua fría directamente en el gas. Este método permite su reducción hasta del 0.15% en volumen

  • Adsorción: con sílica gel o carbón activado, esta técnica es ampliamente utilizada en procesos industriales, pues es posible alcanzar alta eficiencia de secado

  • Absorción: el biogás fluye en una torre absorbente a contracorriente de una solución de glicol o trietilenoglicol, es recomendable para flujos grandes (más de 500 m3/h) y posibilita la inyección de biogás en la red de distribución para su uso.

 

La remoción de dióxido de carbono (CO2) es el principal paso en la transformación del biogás en biometano (por su gran proporción presente), con lo que se promueve el aumento del poder calorífico. Las principales tecnologías para separar metano y dióxido de carbono siguen los principios de adsorción, absorción, permeabilidad o criogenia.

La remoción de oxígeno es importante cuando se pretende inyectar biometano a la red de gas natural, que al contrario de otros gases traza como el amoniaco, los siloxanos o compuestos halogenados, se eliminan en otros procesos de purificación mencionados (FNR, 2010; GIZ, 2017).

               

     USO DE DIGESTATO COMO ACONDICIONADOR O BIOFERTILIZANTE

El uso del digestato como acondicionador de suelo es debido a sus compuestos orgánicos presentes en el digestato como la lignina, celulosa y hemicelulosa, estos contribuyen a (FAO, 2011):

  • la formación de humus estable,

  • previenen la erosión,

  • aumentan la permeabilidad del suelo, y

  • constituyen al desarrollo de los microorganismos responsables de la conversión de los nutrientes en una forma que puede ser incorporada fácilmente por las plantas.

El uso como biofertilizante es definido por su aporte de minerales, principalmente nitrógeno inorgánico, aumenta normalmente el nitrógeno amoniacal, puede presentarse en estado líquido y sólido (FAO, 2011).

El amonio en el suelo puede ser oxidado por bacterias a nitratos, y el nitrógeno como amonio o nitrato es asimilado por las plantas.

Figura 9. Ciclo del nitrógeno

Fuente: https://acidoclorhidrico.org/ciclo-del-nitrogeno

¿CÓMO SE OBTIENE EL BIOGÁS?

La digestión anaerobia (DA) es una compleja serie de reacciones bioquímicas y se puede dividir en cuatro etapas que se desarrollan de manera simultánea y secuencial (Batsto­ne et al., 2002; Lee et al., 2008), estas etapas son las siguientes:

     HIDRÓLISIS

Durante esta etapa las moléculas o grandes polímeros son reducidos de tama­ño por medio de desintegración, solubilización e hidrólisis enzimática (expresados por el término general de hidrólisis), pasan de ser moléculas complejas solubles e insolubles como carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos a sus monómeros o moléculas más pequeñas y simples (aminoácidos, monosacáridos, ácidos grasos de cadena larga y glicerol), facilitando el transporte a través de la membrana celular y puedan ser metabolizados por los microorganismos anaerobios (Vavilin et al., 2008).

Algunos de los microorganismos más representativos son los pertenecientes a los géneros Acidaminobacter, Acetovibrio, Bacillus, Bifidobacterium, Butyrivibrio, Clostridium, Desulforomonas, Desulfobacter, Escherichia, Eubacterium, Lactobacillus, Pseudomas, Propionibacterium, Smithella, Streptococcus, Butyrivibrio y otros géneros pertenecientes a los phyla Proteobacteria y Firmicutes (Díaz et al., 2006; Ariesyady et al., 2007).

Figura 11. Algunos microorganismos presentes en fase de hidrólisis

Fuente: Díaz et al., 2006; Ariesyady et al., 2007

     ACETOGÉNESIS

     ACIDOGÉNESIS

Los monómeros liberados anteriormente son degradados mediante reacciones fermentativas, en donde los compuestos orgánicos funcionan como aceptores y donadores de electrones.

 

Los principales productos de esta etapa son ácidos grasos volátiles (AGV), que funcionan como intermediarios degradativos, como son alcoholes, ácido propiónico, n-butírico, n-valérico, capriónico y láctico (Grady et al., 1999; Baserba et al., 2012)..

 

Algunos de géneros de los microorganismos más representativos son Lactobacillus, Escherichia, Staphylococcus, Micrococcus, Bacillus, Pseudomonas, Streptococcus (Mara y Horan, 2003).

     METANOGÉNESIS

La formación de esta, está limitada a tres tipos de precursores:
CO2, compuestos que contengan un grupo metilo (CH3+) y acetato (COOH-) (Liu y Whitman, 2008).

 

Todos los metanógenos son es­trictamente arqueas (dominio Archea) anaerobias oxígeno-sensibles, que pertenecen al phylum Euryarchaeota (Liu y Whitman, 2008). Aunque las arqueas son organismos muy antiguos, su existencia fue evidenciada cuando Béchamp y Popoff descubrieron su existencia en el siglo XIX gracias a la formación de gas metano debido a la actividad microbio­lógica (Jetten, 1992).

Cuando la metanogénesis es mediada por el CO2 como precursor se denomina hidrogenotrófica o hidrogenófila y se utiliza H2 como principal donador de electrones (Liu y Whitman, 2008; Baserba et al., 2012).

A partir de los intermediarios degradativos se forman los precursores directos del metano, como el ácido metanoico (HCOOH), metilaminas (CH3N2), ácido acético (CH3-COOH), metanol, hidrógeno (H2) y CO2.

 

El ácido acético (CH3-COOH) es el mayor intermediario en la cadena alimenticia anaerobia. Diversos sustratos como CO2, H2, carbohidratos, alcoholes, ácidos carboxílicos, aldehídos, compuestos aromáticos y algunos sustratos halogenados pueden ser oxidados y producir reductores utilizables para la reducción de CO2 a acetato (CH3COO-), por medio de la ruta del acetil-CoA mejor conocida como ruta heterofermentadora.

 

Cuando las hexosas (azúcares de seis carbonos) son con­vertidas exclusivamente a acetato, la reacción fermentativa es llamada homoacetogénesis (Müller, 2003; Baserba et al., 2012). Son bacterias estrictamente anaerobias, los géneros más representativos en digestores anaerobios son Clostridium, Acetoanaerobium, Acetobacterium, Acetogenium, Butyribacterium, Paleobacter, Treponema y Halophaga.

 

Existe otro tipo de bacterias acetógenas que se caracterizan por la producción obligada de H2 y por su participación en la degradación de compuestos aromáticos, se denominan OHPA (Obligate Hydrogen Producing Acetogens): Syntrophomonas, Syntrophobacter, Syntrophospora y Syntrophus (Drake et al., 2002; Müller, 2003).  

     BIODIGESTORES

Un biodigestor o reactor anaerobio está formado principalmente por un contenedor o reactor de las materias primas a digerir, un contenedor de gas con accesorios para la salida del biogás, entrada de las materias primas y una salida de estas ya estabilizadas (FAO, 2011).

Figura 15. Biodigestores

Fuente: GIZ, 2018

El gas producido en la digestión anaeróbica se puede almacenar en un gasómetro que está separado del digestor, o bien, en el mismo digestor en la parte superior de éste. De acuerdo a su modo de operación los biodigestores se clasifican en (FAO, 2011):

  • Continuos: la alimentación del digestor es un proceso ininterrumpido, el efluente (salida) que descarga es igual al afluente (entrada)

  • Semi continuos: o la primera carga que se introduce al digestor consta de una gran cantidad de materias primas. Posteriormente, se agregan volúmenes de nuevas cargas con producciones de biogás, uniformes en el tiempo. Son utilizados principalmente para el tratamiento de agua residual, emplean equipos con calefacción y agitación, el biogás generado se emplea en la planta y para calentamiento del mismo reactor.

  • Discontinuos o Batch: Los digestores se cargan con las materias primas en una sola carga o lote. Después de un cierto período de la DA, cuando el contenido de materias primas disminuye y el rendimiento de biogás decae significativamente, se vacían los digestores por completo y se alimentan de nuevo dando inicio a un nuevo proceso de la DA.

 

También se puede dividir los biodigestores por la condición en que se encuentren las materias a digerir: húmedo o seco.

     BIOMASA EN INDUSTRIA

En la industria se identifican principalmente los biodigestores húmedo continua, biodigestión seca continua y la biodigestión seca en lote.

     BIODIGESTIÓN HÚMEDA CONTINUA

La biomasa sólida se diluye usando aguas tratadas o biomasa líquida para proveer un sustrato diluido al biodigestor, el digestato líquido puede esparcirse en el suelo directamente como fertilizante. A su vez, la biodigestión húmeda continua se lleva a cabo en dos tipos de reactores que como el nombre indica operan de manera continua.

El reactor continuamente agitado (CSTR por sus siglas en inglés, Continuous Stirred Tank Reactor) y digestor hidráulico, ambos operan en temperaturas mesofílicas (15-20 °C) y termofílicas (25-45°C), el porcentaje de materia seca necesario varía del 6%-15% y 6%-16% respectivamente, la diferencia es que el CSTR tiene agitación.

Figura 16. Reactores de biodigestión húmeda continua

Fuente: GIZ, 2018

     BIODIGESTIÓN SECA CONTINUA

La biomasa se transporta lentamente con ayuda de un agitador que abarca el largo del reactor, dependiendo de la naturaleza de la materia prima se pueden diseñar varias salidas. El contenido de materia seca debe estar dentro del rango de 15 y 45%, puede operar tanto horizontalmente (Figura 17) como verticalmente, optimizando el  espacio.

 

El volumen de los reactores es limitado (entre 1000 y 2000 m3) por las intensas fuerzas radiales involucradas en el proceso de agitación con un mínimo de 20,000 toneladas anuales de materia prima.

Figura 17. Reactores de biodigestión seca continua

Fuente: GIZ, 2018

     BIODIGESTIÓN SECA EN LOTE

La biomasa es procesada en lotes (discontinuo), permanecen por un tiempo de retención definido, el siguiente lote es inoculado con el digestato obtenido del proceso previo. Los lixiviados del sistema de drenaje se recirculan para que sirvan como líquido de percolación y optimicen el contacto de bacterias, ácidos orgánicos y materia prima. El porcentaje de materia seca debe ser mayor al 30% y se requieren al menos 3 digestores para homogenizar la producción de gas. También opera a temperaturas mesofílicas o termofílicas.

Figura 18. Reactores de biodigestión seca en lote

Fuente: GIZ, 2018

     BIODIGESTORES EN MEDIO RURAL

     MODELO CHINO

Los biodigestores chinos son tanques cilíndricos enterrados con techo y piso en forma de domo (FAO, 2011, tomado de FAO, 1986). Suelen ser construidos de concreto y ladrillo y aditivos (hoy en día, con acrílico reforzado fibra de vidrio) para una mejor hermeticidad, debido a que son propensos a fugas.

Se generan entre 0.15 y 0.20 volúmenes de gas por volumen de digestor/día. La presión es variable aumenta al generarse el gas y disminuye al consumirse, al no tener gasómetro (almacen de biogás).

También existen otras opciones como digestores de hule y polietileno, cuya principal ventaja es una inversión inicial baja, pero la experiencia ha demostrado que tienen menor durabilidad, debido a que no pueden ser enterrados totalmente, están expuestos a la intemperie, lo que conlleva mayores cambios de temperatura externa y un cambio de +- 2°C en el reactor disminuye la producción de biogás en un 30%.

Figura 19. Biodigestor modelo chino

     MODELO INDIANO

Los biodigestores Indianos son verticales y enterrados, alimentados por efecto de gravedad una vez al día, con un volumen de mezcla que depende del tiempo de retención y producen una cantidad diaria más o menos constante de biogás si se mantienen las condiciones de operación (Hilbert y Eppel,2007).

La alimentación hasta el fondo del reactor además de producir agitación, provoca la salida de un volumen equivalente de lodos digeridos de la superficie o fondo depentiendo del diseño, posee un tabique central para para aumentar la retención de las materias primas que son preferiblemente excretas.

Este tipo de digestor presenta una buena eficiencia de producción de biogás, generándose entre 0.5 y 1,0 volumen de gas por volumen de digestor por día.

Figura 20. Biodigestor modelo indiano

     BIODIGESTORES HORIZONTALES

     DIGESTOR BATCH (DISCONTINUO O RÉGIMEN ESTACIONARIO)

Los biodigestores horizontales son enterrados poco profundos y alargados, las relaciones largo ancho son alrededor 5:1 a 8:1, y la sección transversal circular, cuadrada o en ”V”. Este tipo de digestores se recomiendan cuando se requiere trabajar con volúmenes mayores de 15 m3, para los cuales, la excavación de un pozo vertical comienza a resultar muy problemática.

Figura 21. Biodigestores horizontales

Es una serie de digestores con ciclos desfasados (REMBIO, 2012), siempre uno de ellos en carga o en descarga, mientras el resto se encuentra en producción de biogás. La alimentación o carga del digestor con la materia prima, sólida, seca, se realiza por lotes (discontinuamente) y la carga de los residuos estabilizados se efectúa una vez que ha finalizado la producción de biogás.

Es una alternativa para situaciones en que los sustratos presentan problemas de manejo en un sistema semi-continuo y continuo, metanogénicamente o cuando las materias primas a procesar están disponibles en forma intermitente, como en el caso de los rastrojos de cosecha.

Está destinado explotaciones agropecuarias aunque, a escala doméstica, es poco práctico.

Figura 22. Biodigestor batch

     TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO ANAEROBIO DE AGUA

Una consideración importante para el tratamiento de agua en un reactor anaeróbico para la producción de energía, es la retención de biomasa, debido a que los microorganismos anaeróbicos crecen de forma muy lenta durante la generación metabólica de metano, hidrógeno y alcoholes.

 

Para ello se requiere de desacoplar el tiempo de retención hidráulico (TRH, tiempo promedio de permanencia de determinado volumen de agua residual en el sistema) y tiempo de retención de sólidos (TRS, tiempo promedio de permanencia de la biomasa en el sistema), las estrategias y tecnologías son:

Tabla 6. Estrategias para desacoplar el TRS del TRH

Fuente: FAO, 2011, tomado de Khanal (2008)

     REACTOR ANAERÓBICO DE FLUJO ASCENDENTE (UASB)

Entre los procesos de tratamiento anaerobio de aguas residuales destaca el reactor UASB, debido a la alta concentración de metano en el biogás producido en la digestión, que varía de 60 a 85%.

El agua residual a tratar entra continuamente en el reactor UASB. El flujo ascendente atraviesa el lecho de lodo (microorganismos), donde ocurre la digestión anaerobia, se forman floculos suspendidos o gránulos densos, lo que favorece su sedimentación, una parte de la biomasa floculenta o dispersa puede ser arrastrada con el efluente, junto con las burbujas de gas, hasta la parte superior del reactor, donde se encuentra el separador trifásico (gas-sólido-líquido).

Figura 23. Reactor anaeróbico de flujo (UASB)

Fuente: GIZ, 2017

     FILTRO ANAERÓBICO

La alimentación entra por la parte inferior del reactor (filtro anaeróbico de flujo ascendente) o superior (flujo descendente) o por diversos puntos (alimentación múltiple) y el efluente sale por la parte superior (flujo ascendente) o inferior (flujo descendente y alimentación múltiple), atravesando verticalmente el perfil o medio de soporte.

Figura 24. Filtro anaeróbico (A) Flujo ascendente, (B) Flujo descendente y (C) Multiple alimentación

     REACTOR DE LECHO EXPANDIDO

Un reactor de lecho expandido (RLE) es una cilíndrica, empaquetada hasta un 10% del volumen del reactor con un soporte inerte de pequeño tamaño (partículas: arena, carbón activado granular u otros medios plásticos) donde se forma una biopelícula.

Figura 25. Reactor de lecho expandido

     REACTOR DE SECUENCIA TIPO BATCH

Este sistema funciona por ciclos y no en flujo continuo, donde cada ciclo de operación se divide en cuatro etapas, 1) Alimentación, el afluente es incorporado al reactor, 2) Reacción, etapa de tiempo variable en donde ocurre, en mayor grado, la degradación de la materia orgánica, 3) Sedimentación, se detiene la agitación y la biomasa decanta, separándose del efluente clarificado (4) Descarga, el efluente depurado (clarificado) es retirado del reactor.

Figura 26. Reactor de secuencia tipo batch

     REACTOR ANAERÓBICO DE CONTACTO

El efluente y biomasa existente dentro del reactor se ponen en contacto. Los microorganismos son capaces de adherirse a las partículas formando sólidos sedimentables. Posteriormente pasa a un desgasificador para remover las burbujas de biogás (CO2 y CH4) adheridas a las partículas del lodo, permitiendo su una mejor sedimentación posteriormente.

Figura 27. Reactor anaeróbico de contacto

     BIORREACTOR DE MEMBRANA ANAERÓBICA

El biorreactor de membrana anaeróbica (BMA) integra una unidad de membrana dentro de un reactor o en un circuito externo para facilitar la separación sólido-líquido, en este se retiene la biomasa y se recircula al biorreactor.

Figura 28. Biorreactor de membrana anaeróbica

     SUSTRATOS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS

     SUSTRATOS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS

Los sustratos que pueden ser utilizados para la producción de biogás proceden de diferentes actividades, y pueden utilizarse dos o más sustratos, denominándose a la DA como codigestión. Algunas actividades y residuos:

     De actividades ganaderas

     De actividades ganaderas

     De actividades agrícolas, desechos de cosechas

     De actividades agrícolas, desechos de cosechas

La ventaja principal de la codigestión es el aprovechamiento de la sinergia de las mezclas (IDEA, 2007).

Otra fuente de biomasa para la producción de biogás son los cultivos energéticos (utilizado en Europa), sin embargo, este compite por el terreno agrícola que es necesario para la producción alimenticia, esto ocasiona que el costo del sustrato sea considerablemente mayor que las otras opciones mencionadas (REMBIO, 2012).

Un relleno sanitario actúa como un biodigestor y se obtiene 150-300 m3 biogas/ton (IMP, 2018, tomado de Boyle, 2004) sin embargo, la producción de biogás en un relleno sanitario se presenta a lo largo de varias décadas, pero durante poco tiempo la producción es lo suficientemente abundante para ser aprovechada con fines energéticos; el resto del biogás se escapa por las fugas contribuyendo al calentamiento global con emisiones de gases de efecto invernadero (REMBIO, 2012).

     Actividades agroindustriales (residuos orgánicos secundarios derivados de procesos industriales), subproductos de la producción de:

     Domésticas u otros

ESTADÍSTICAS

     INTERNACIONAL

Año tras año, las energías renovables tienen un desarrollo relevante a nivel mundial, de acuerdo a lo reportado en Estadísticas de Capacidad Renovable 2018 de la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA, por sus siglas en inglés International Renewable Agency), de 2016 al 2017 la capacidad instalada aumentó de los 2 millones 12 mil MW a 2 millones 179 mil MW, en este último año el biogás tuvo una participación del 0.74%.

Entre el 2008 y 2017 (últimos 10 años) la energía solar, la energía eólica y el biogás son las energías renovables que han tenido un mayor incremento en la capacidad instalada mundial, con un aumento del 15%, 12% y 0.16%, respectivamente. En el 2016 la energía mundial consumida provino en un 79.5% de fuentes fósiles, 2.2% de energía nuclear y 7.8% de biomasa tradicional y el 10.4% de energías renovables.

Figura 34. Capacidad instalada mundial de energías renovables en el 2008

Fuente: Elaboración propia con base en IRENA, 2018

Figura 35. Capacidad instalada mundial de energías renovables en el 2017

Fuente: Elaboración propia con base en IRENA, 2018

     NACIONAL

De acuerdo al más reciente Reporte de Avance de Energías Limpias de la Secretaría de Energía (SENER, 2018): La capacidad instalada nacional de energía renovable (y limpias, que comprenden energía nuclear, cogeneración eficiente, frenos regenerativos y licor negro) en el 2017 fue de 22,327.40 MW representa el 29.5% respecto a la total y el porcentaje restante (70.5%) proviene de fuentes fósiles.

Figura 36. Capacidad instalada nacional (MW)

Durante el 2017 la energía renovable creció 5.42% respecto al 2016 (de 21,179.32 MW a 22,327.40 MW), las tecnologías con mayor crecimiento porcentual fueron el biogás con 103% la energía solar con 73.37 %, la cogeneración eficiente con 20.71 % y la energía eólica con 12.41 %.

Agregar una investigación breve pero concisa sobre el biogás para concientizar a los nuevos visitantes de la página, tocando los siguientes puntos:

  • El biogás y su composición.

  • ¿Como se obtiene el biogás?

  • ¿En qué se puede aprovechar?

  • Riesgos y medidas de seguridad

  • Estadísticas 

  • Casos de éxito en el mundo

  • Casos de éxito en México página GIZ

  • Normatividad, legislación y regulación en México 2.1 página GIZ

  • Fotos, diagramas, imágenes.

Más información y poner ligas de las publicaciones de GIZ