En la actualidad debido al alto volumen de los residuos generados se exige cada vez más el desarrollo de tratamientos para la gestión de los mismos, evitando los perjuicios ambientales que se ocasionan con motivo de:
- Lixiviados producidos por la fermentación de los residuos, que pueden producir afecciones sobre los acuíferos y cauces cercanos a los núcleos de almacenaje de los residuos.
- Volumen de vertedero (y superficie de suelo) necesario para establecer los residuos
- Emisiones a la atmósfera por parte de las reacciones naturales que se producen por la fermentación de los residuos.
- Molestias a la población (olores, etc.) purines,
En este sentido, en los últimos años la utilización de los residuos para la producción de biogás, como recurso renovable, ha adquirido un elevado peso específico en gran parte de Europa.
Producción de Biogas
The number of biogas plants in Europe has greatly increased. Between 2009 (earliest EBA data) and 2016, the total number of biogas plants rose from 6,227 to 17,662 installations (+11,435 units, see figure below). Growth was particularly strong from 2010 to 2012, reaching double figures every year. Most of that growth derives from the increase in plants running on agricultural substrates: these went from 4,797 units in 2009 to 12,496 installations in 2016 (+7,699 units, 67% of the total increase). Agricultural plants are then followed by biogas plants running on sewage sludge (2,838 plants), landfill waste (1,604 units) and various other types of waste (688 plants).
El biogás es un combustible que se puede generar de forma natural por la descomposición de la materia orgánica en ambientes anaeróbicos por la acción de microorganismos. El biogás está compuesto principalmente de CH4 (50-70%), y en menor proporción de CO2, N2, H2, SH2.
La producción de biogás por descomposición anaeróbica es un modo considerado útil para tratar residuos biodegradables, ya que produce un combustible además de generar un efluente que puede aplicarse como abono genérico en la agricultura.
Existen tres vías principalmente para la producción de biogás a partir de los residuos:
- Producción de Biogás en Vertederos. El biogás producido procede básicamente de residuos urbanos.
- Producción de Biogás en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales. El biogás en los EDAR se genera por el propio proceso de tratamiento de las aguas residuales y por lo lodos de depuradora.
- Digestores o Plantas de Biogás.
En las plantas de biogás o digestores se pueden utilizar de diferentes tipos de residuos como por ejemplo:
- Residuos procedentes de granjas: Purines de cerdo y vaca, estiércoles, gallinaza…
- Residuos agrícolas: Restos agrícolas procedentes de cultivos de maíz, cereales,..
- Residuos de la industria alimentaria
- Residuos de mataderos
- Residuos pesqueros
- Residuos de plantas de biocombustible
- Lodos de depuradora
- La fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos
Un vez que se han añadido los residuos o mezclas de residuos al fermentador, estos se remueve continuamente con el fin de homogenizar la mezcla, asimismo, los fermentadores disponen de unos calentadores en su perímetro que mantienen la mezcla a unos 40º C, lo que facilita la formación de metano. Toda la mezcla se mantiene durante unos 60 días en el interior del fermentador, el gas que se va generando, que es una mezcla de Metano (60%) y el resto (40%) formado por vapor de agua, CO2, H2S y H2 se extrae por la parte superior del depósito (digestor) Una vez que se ha explotado al máximo la mezcla, se transfiere todo el contenido a otro deposito donde se des-gasifica la mezcla durante otros 60 días. El producto restante es un abono de alta calidad.
Al gas que sale del biodigestor, se le aplica un proceso de “lavado”, se le extrae el vapor de agua y el ácido sulfhídrico, pues resultan problemáticos para la posterior utilización del biogás. El vapor de agua se extrae mediante un método de condensación y, por otra parte, el ácido sulfhídrico se elimina pasando el gas por una planta de desulfuración.
Para terminar de limpiarlo, el producto se somete a un proceso de lavado y secado.
El gas resultante, ya limpio de impurezas, se pasa a través de un compresor que lo prepara para la posterior combustión.
El biogás tiene como promedio un poder calorífico entre 18,8 y 23,4 mega julio (unidad) por metro cúbico (MJ/m³).
Este gas se puede utilizar para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, en hornos, estufas, secadores, caldera (calefacción u otros sistemas de combustión a gas, debidamente adaptados para tal efecto.
Con el Biogás procedente del proceso de lavado (eliminación de H2s y Vapor de agua) se puede producir BIOMETANO para inyectarlo directamente a la red de distribución de gas o bien ser utilizado como combustible para vehículos. Para tal uso se le debe extraer el CO2 al biogás para tener una concentración CH4 superior al 96%.
La generación de Biogás ha aumentado considerablemente en Europa:
Biomethane Production
In line with the development of biomethane plants, biomethane production has greatly increased since 2011: production rose from 752 GWh in 2011 to 17,264 GWh in 2016 (+16,512 GWh, see figure 12-EU). In 2016 alone, biomethane production in Europe increased by 4,971 GWh (+40%): current growth in the sector is therefore demonstrably rapid. The countries which saw the most significant development in biomethane production in 2016 were Germany (+900 GWh), France (+133 GWh) and Sweden (+78 GWh).
Figure 3: Evolution of biomethane production in Europe (GWh)
Como fuente de energía renovable, el biogás ofrece varias ventajas tecnológicas, ecológicas y económicas. La energía se puede generar los 365 días del año, en todo momento del día y de la noche. Como resultado de esta disponibilidad, el biogás juega un papel importante en la combinación de energía renovable del agua, el sol y el viento. Además de ayudar a lograr los objetivos de protección climática, el biogás ayuda a reducir la dependencia de las importaciones de energía. La generación de energía descentralizada también garantiza un desarrollo local sostenible.
LA IMPORTANCIA DE LA MEDICION DEL BIOGAS.
Los principales parámetros a analizar para poder determinar las características del biogás son además del Metano: el CO2, el Ácido sulfhídrico (H2S), el Oxígeno (O2) y en menor medida el hidrógeno (H2).
La concentración de metano en el biogás es un indicador de la eficiencia del proceso de digestión anaeróbica. La capacidad de monitorear los cambios en los niveles de metano permite una gestión más precisa de la biomasa. También se puede usar para identificar problemas tales como cambios en el proceso de fermentación de pH o temperatura. Comprender el contenido de CH4 es claramente importante en la etapa de salida también porque afecta el valor energético del biogás y la consiguiente eficiencia de la cogeneración. Los motores CHP están diseñados para operar dentro de rangos específicos de concentración de CH4, por lo que el monitoreo es importante para prevenir daños o al menos reducir los costos de mantenimiento.
La presencia del H2S, depende de los residuos utilizados y del proceso de digestión anaeróbica. La importancia de su monitorización es principalmente por:
El Olor
El desagradable olor del sulfuro de hidrógeno (el clásico olor a huevos podridos) es detectable a concentraciones muy bajas. Por tanto en los lugares de generación de BIOGAS es muy importante sobre todo cuando están cerca de los centros de población.
La Toxicidad
Las concentraciones atmosféricas de H2S por encima de 200 ppm pueden ser fatales, por lo que el monitoreo puede ser una parte importante de la protección del personal del sitio.
Corrosividad
La detección de H2S en la salida de biogás, es altamente importante ya que en su estado natural, incluso a bajos niveles de concentración, el sulfuro de hidrógeno puede causar corrosión en todas las partes de la infraestructura del biodigestor y CHP.
Otros compuestos que son interesantes medir que también aportan información sobre el proceso de la producción del Biogás son:
Medición H2 (reconocimiento temprano del proceso de fermentación)
Medición de CO (reconocimiento temprano de fuego subterráneo de vertederos)