El biogás es un tipo de biocombustible que se produce naturalmente a partir de la descomposición de los desechos orgánicos. Cuando la materia orgánica, como restos de comida y desechos animales, se descomponen en un ambiente anaeróbico (un ambiente sin oxígeno), liberan una mezcla de gases, principalmente metano y dióxido de carbono. Debido a que esta descomposición ocurre en un ambiente anaeróbico, el proceso su producción también se conoce como digestión anaeróbica.
La digestión anaeróbica es una forma natural de conversión de desechos en energía que utiliza el proceso de fermentación para descomponer la materia orgánica. El estiércol animal, los restos de comida y las aguas residuales son ejemplos de materia orgánica que puede producir biogás por digestión anaerobia. Debido al alto contenido de metano en el biogás (típicamente 50-75%), el biogás es inflamable y, por lo tanto, produce una llama azul profunda y puede usarse como fuente de energía.
La ecología del biogás
El biogás se conoce como una fuente de energía respetuosa con el medio ambiente porque alivia dos problemas ambientales importantes simultáneamente:
La epidemia mundial de desechos que libera niveles peligrosos de gas metano todos los días.
La dependencia de la energía de los combustibles fósiles para satisfacer la demanda mundial de energía.
Al convertir los desechos orgánicos en energía, está utilizando la elegante tendencia de la naturaleza de reciclar sustancias en recursos productivos. La generación de biogás recupera materiales de desecho que de otro modo contaminarían los vertederos; evita el uso de productos químicos tóxicos en las plantas de tratamiento de aguas residuales y ahorra dinero, energía y material al tratar los desechos en el sitio. Además, su uso no requiere la extracción de combustibles fósiles para producir energía.
En cambio, el biogás toma un gas problemático y lo convierte en una forma mucho más segura. Más específicamente, el contenido de metano presente en los desechos en descomposición se convierte en dióxido de carbono.
El gas metano tiene aproximadamente 20 a 30 veces la capacidad de captura de calor del dióxido de carbono. Esto significa que cuando una barra de pan en descomposición se convierte en biogás, el impacto ambiental de la barra será aproximadamente 10 veces menos potente que si se pudriera en un vertedero.
Debemos dejar en claro que en este artículo nos referimos exclusivamente al biogás obtenido como resultado del procesamiento de distintos tipos de desechos y excluimos de plano a los biocarburantes producidos a partir de cultivos como el maíz, la mandioca, y oleaginosas como la soja, el girasol y las palmeras o las especies forestales como el pino y el eucaliptus cosechadas especialmente para la producción de combustibles.
Digestores de biogás
A diferencia de permitir que el gas metano se libere a la atmósfera, los digestores de biogás son los sistemas que procesan los desechos en biogás y luego canalizan ese biogás para que la energía pueda usarse productivamente.
Existen varios tipos de sistemas y plantas que han sido diseñados para hacer un uso eficiente del biogás. Si bien cada modelo difiere según la entrada, la salida, el tamaño y el tipo, el proceso biológico que convierte los desechos orgánicos en biogás es uniforme.
Los digestores de biogás reciben materia orgánica, que se descompone en una cámara de digestión. La cámara de digestión está completamente sumergida en agua, lo que la convierte en un entorno anaeróbico (sin oxígeno). El ambiente anaeróbico permite que los microorganismos descompongan el material orgánico y lo conviertan en biogás.
Fertilizante completamente natural
Debido a que el material orgánico se descompone en un ambiente líquido, los nutrientes presentes en los desechos se disuelven en el agua y crean un lodo rico en nutrientes, generalmente utilizado como fertilizante para las plantas.
Esta producción de fertilizante se genera diariamente y, por lo tanto, es un subproducto altamente productivo de la digestión anaeróbica.
Desglose biológico
Para producir biogás, la materia orgánica fermenta con la ayuda de comunidades bacterianas. Cuatro etapas de fermentación mueven el material orgánico de su composición inicial a su estado de biogás.
La primera etapa del proceso de digestión es la etapa de hidrólisis. En la etapa de hidrólisis, los polímeros orgánicos insolubles (como los carbohidratos) se descomponen, por lo que es accesible a la siguiente etapa de bacterias llamadas bacterias acidogénicas.
Las bacterias acideogénicas convierten azúcares y aminoácidos en dióxido de carbono, hidrógeno, amoníaco y ácidos orgánicos.
En la tercera etapa, las bacterias acetogénicas convierten los ácidos orgánicos en ácido acético, hidrógeno, amoníaco y dióxido de carbono, lo que permite la etapa final: los metanógenos.
Los metanógenos convierten estos componentes finales en metano y dióxido de carbono, que luego pueden usarse como una energía verde inflamable.
Historia del biogás
Este proceso anaeróbico de descomposición (o fermentación) de la materia orgánica ocurre a nuestro alrededor en la naturaleza, y ha estado sucediendo durante mucho tiempo. De hecho, las bacterias que descomponen el material orgánico en biogás son algunos de los organismos multicelulares más antiguos del planeta.
El uso humano del biogás, por supuesto, no se remonta al pasado, sin embargo, algunas pruebas anecdóticas rastrean los primeros usos del biogás a los asirios en el siglo X y a los persas en el siglo XVI. Más recientemente, el siglo XX ha traído un renacimiento de los sistemas de biogás industriales y de pequeña escala.
En el siglo XVIII se hizo evidente para el químico flamenco Jan Baptise van Helmont que la descomposición de la materia orgánica producía un gas combustible. Poco después, John Dalton y Humphrey Davy aclararon que este gas inflamable era metano.
La primera planta importante de digestión anaerobia se remonta a 1859 en Bombay. No mucho después, en 1898, el Reino Unido utilizó la digestión anaeróbica para convertir las aguas residuales en biogás, que luego se utilizó para encender las farolas.
Para el próximo siglo, la digestión anaeróbica se utilizó principalmente como un medio para tratar las aguas residuales municipales. Cuando el precio de los combustibles fósiles aumentó en la década de 1970, las plantas de digestión anaerobia industrial aumentaron en popularidad y eficiencia.
Tanto India como China comenzaron a desarrollar digestores de biogás a pequeña escala para los agricultores alrededor de la década de 1960. El objetivo era disminuir la pobreza energética en las zonas rurales y hacer que los combustibles para cocinar más limpios fueran más accesibles en zonas remotas.
Cerca de un tercio de la población mundial todavía usa leña y otra biomasa como energía, lo que causa problemas devastadores para la salud y el medio ambiente.
En India, el modelo popular se conoce como digestor de tambor flotante, y el modelo de biogás preferido de China se llama digestor de domo fijo.
Desde entonces, las unidades de biogás de tamaño familiar están ganando más atención y popularidad como un medio para reducir el desperdicio doméstico y como un medio para proporcionar energía limpia y renovable a las familias de todo el mundo.
En los últimos 15 años, países de todo el mundo han adoptado programas de biogás para que los sistemas de biogás domésticos y las plantas de digestión anaeróbica más grandes sean accesibles, eficientes y convenientes.
A medida que los vertederos se sobrecargan ilegalmente, y la liberación de metano plantea problemas más preocupantes, los beneficios del uso de sistemas de biogás para convertir los desechos en energía son cada vez más relevantes e importantes.
Usos del biogás
El biogás se puede producir con varios tipos de materia orgánica y, por lo tanto, hay varios tipos de modelos para digestores de biogás. Algunos sistemas industriales están diseñados para tratar: aguas residuales municipales, aguas residuales industriales, residuos sólidos municipales y residuos agrícolas.
Los sistemas a pequeña escala se usan típicamente para digerir los desechos animales. Y los nuevos sistemas de tamaño familiar están diseñados para digerir el desperdicio de alimentos. El biogás resultante puede usarse de varias maneras, incluyendo: gas, electricidad, calor y combustibles para el transporte.
Por ejemplo, en Suecia, cientos de automóviles y autobuses funcionan con biogás refinado. El biogás en Suecia se produce principalmente a partir de plantas de tratamiento de aguas residuales y vertederos.
Otro ejemplo de los usos diversificados del biogás es la planta First Milk. Uno de los mayores productores de queso del Reino Unido está construyendo una planta de digestión anaeróbica que procesará los residuos lácteos y los convertirá en biometano para la red de gas.
Sistemas de biogás a pequeña escala
Los digestores de biogás a pequeña escala o de tamaño familiar se encuentran con mayor frecuencia en India y China. Sin embargo, la demanda de tales unidades está creciendo rápidamente en todo el mundo gracias a tecnologías más avanzadas y convenientes.
A medida que el mundo moderno está produciendo cada vez más desechos, las personas están ansiosas por encontrar formas ecológicas para tratar su basura.
Los sistemas tradicionales que se encuentran típicamente en India y China se centran en los desechos animales. Debido a la falta de energía en las zonas rurales, combinada con un exceso de estiércol animal, los digestores de biogás son muy populares, útiles e incluso transformadores.
En muchos países en desarrollo, los digestores de biogás están incluso subsidiados y defendidos por el gobierno y los ministerios locales, quienes ven la variedad de beneficios producidos por su uso.
Además de tener una energía renovable limpia que proporcione gas en la cocina, muchas familias hacen un uso extensivo del subproducto fertilizante que proporcionan los digestores.
En los países africanos, algunos usuarios de biogás incluso obtienen ganancias vendiendo el subproducto de bio-lodo producido por los sistemas de biogás. Esta bio-suspensión es diferente del fertilizante líquido que se produce diariamente.
Bio-lodo se refiere a la etapa más descompuesta de la materia orgánica, después de que se ha descompuesto en el sistema. La bio-suspensión se hunde hasta el fondo del sistema de biogás, y con la ayuda de unidades modernas se vacía fácilmente una vez que se acumula (generalmente un proceso anual). Esta bio-suspensión es, de hecho, un lodo denso en nutrientes que proporciona muchos beneficios al suelo y puede aumentar la productividad de los huertos.
El biogás es una tecnología que imita la capacidad de la naturaleza de devolver. Las unidades de biogás de tamaño industrial y familiar se están volviendo populares y relevantes en el mundo de hoy.
A medida que crece la aplicación y la eficiencia, el biogás puede tener un impacto significativo en la reducción de gases de efecto invernadero. Como fuente limpia de energía y un medio renovable de tratamiento de residuos orgánicos, el biogás es aplicable tanto en países subdesarrollados como industrializados.