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BIOGÁS - EPM










¿Qué es el biogás?


Es un gas de origen biológico, un combustible que se genera en medios naturales como lodos, estiércol o podredumbre de productos vegetales, o con tecnologías aplicadas para degradar materia orgánica, por la acción de microorganismos y otros factores, en ausencia de oxígeno. A esta técnica se le conoce como descomposición en ambiente anaeróbico.


La producción de biogás por descomposición anaeróbica es una manera útil de tratar residuos orgánicos, ya que proporciona un valioso combustible, además de generar un líquido industrial (efluente) que puede aplicarse como acondicionador de suelos o abono, en algunos casos.


El resultado es una mezcla constituida por metano (CH4), en una proporción que oscila entre 40 y 70%, y dióxido de carbono (CO2), que contiene pequeñas cantidades de otros gases, como hidrógeno (H2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2) y sulfuro de hidrógeno (H2S). El biogás tiene, en promedio, un poder calorífico de entre 18,8 y 23,4 megajulios por metro cúbico. El gas descrito se puede utilizar para producir energía eléctrica en turbinas o motores de combustión interna adaptados para tal fin, o energía térmica en hornos, estufas, secadores u otros sistemas de combustión a gas, igualmente adaptados para tal efecto.


Importancia del biogás


En la actualidad, los combustibles provenientes de la mezcla de hidrógeno con carburo (hidrocarburos) son una de las grandes bases energéticas de nuestra sociedad, pero son energías no renovables, es decir, una vez se agotan no pueden ser repuestas. Por esta razón, en todo el mundo se ha dedicado especial atención a la investigación sobre otros recursos energéticos para seguir moviendo al mundo, como la energía solar, la del viento (eólica), la biomasa, la energía del subsuelo (geotérmica), las del mar y una muy particular, de la cual tratará este artículo: la utilización de residuos orgánicos mediante un proceso llamado biodigestión para la producción de biogás.


¿Qué es la biodigestión?

 

La biodigestión es el proceso de transformar la materia orgánica en biogás por medio de una tecnología conocida con el nombre de digestor de desechos orgánicos. En su forma más simple, se trata de un contenedor cerrado, hermético e impermeable (conocido como reactor), dentro del cual se deposita el material orgánico para fermentar —como excrementos de animales y humanos, desechos vegetales y de alimentos (excepto los cítricos)— en determinada cantidad de agua para que mediante la fermentación anaerobia se produzca gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio, y además se disminuya el potencial contaminante de los excrementos.


Este sistema también puede incluir una cámara de carga y nivelación del agua residual antes del reactor, un dispositivo para captar y almacenar el biogás y cámaras de hidropresión y postratamiento (filtro y piedras, de algas, secado, entre otros) a la salida del reactor.


El fenómeno de biodigestión ocurre porque existe un grupo de microorganismos bacterianos anaeróbicos presentes en el material fecal y en los residuos orgánicos, que al actuar producen una mezcla de gases con alto contenido de metano (CH4), llamado biogás, que es utilizado como combustible. Como resultado de este proceso se generan también otros residuos con alto grado de concentración de nutrientes (ideales como fertilizantes) que pueden ser aplicados frescos, pues el tratamiento anaerobio elimina los malos olores y la proliferación de moscas.


Una de las características más importantes de la biodigestión es que disminuye el potencial contaminante de los excrementos de origen animal y humano, disminuyendo la Demanda Química de Oxígeno (conocida como DQO) y la Demanda Biológica de Oxígeno (conocida como DBO) hasta en un 90% (dependiendo de las condiciones de diseño y operación, se deben controlar ciertas variables, como el pH, la presión y la temperatura, con el fin de obtener un óptimo rendimiento).


El biodigestor es un sistema sencillo de implementar con materiales económicos y se está introduciendo en comunidades rurales aisladas y de países subdesarrollados para obtener el doble beneficio de solucionar la problemática energética-ambiental y realizar un adecuado manejo de los residuos orgánicos y de excrementos humanos o animales.


Tipos de biodigestores

 

Existen dos tipos de biodigestores, básicamente de acuerdo a la forma de trabajo: de flujo discontinuo y de flujo continuo.


En los primeros, todo el material que se va a fermentar se introduce al inicio del proceso, y la descarga del efluente se hace al finalizar el mismo; por lo general, estos tipos de biodigestores requieren mayor mano de obra y un espacio para almacenar la materia prima, si esta se produce continuamente. Se necesita además un depósito de gas (debido a la gran variación en la cantidad de gas producido durante el proceso, que tiene su pico cuando está en la fase media) o fuentes alternativas para suplirlo.


En los de flujo continuo, la carga del material a fermentar y la descarga del efluente se realizan de manera continua o por pequeños fragmentos durante el proceso (por ejemplo una vez al día o cada doce horas), que se prolonga indefinidamente; por lo general requieren menos mano de obra, pero sí una mezcla más fluida o movilizada de manera mecánica y un depósito de gas (si este no se utiliza en su totalidad de manera continua).


Los biodigestores familiares de bajo costo se utilizan abundantemente en países del Sureste Asiático, donde su desarrollo ha sido bastante amplio, pero en Suramérica solamente países como Cuba, Colombia, Brasil y Costa Rica tienen desarrollada esta tecnología. Se construyen con mangas de polietileno tubular y se caracterizan por su bajo costo y fácil instalación y mantenimiento, así como por requerir solo de materiales locales para su construcción. Por ello se consideran una "tecnología apropiada".


Las familias dedicadas a la agricultura suelen poseer pequeñas cantidades de ganado (dos o tres vacas, por ejemplo) y pueden, por tanto, aprovechar el estiércol para producir su propio combustible y un fertilizante natural mejorado. Se debe considerar que el estiércol acumulado cerca de las viviendas supone un foco de infección, olores y moscas, que desaparecerán cuando el estiércol sea introducido diariamente en el biodigestor familiar. También es importante recordar la cantidad de enfermedades respiratorias que sufren las personas, principalmente las mujeres, por inhalar humo al cocinar con leña o bosta seca en espacios cerrados. La combustión del biogás no produce humos visibles y su carga en ceniza es menor que el humo proveniente de la quema de madera.

 

Relación de la biodigestión con el medio ambiente

 

Se considera que el metano (CH4) emitido a la atmósfera es el responsable del 20% del calentamiento global de la Tierra durante la última década, y su contribución es de veintiuna veces la del dióxido de carbono (CO2). Estudios realizados en Estados Unidos, por ejemplo, señalan que entre 5 y 10% de las emisiones totales de metano (CH4) a la atmósfera tienen su origen en el gas que proviene de los rellenos sanitarios y que se produce de forma natural por la degradación de los residuos sólidos orgánicos que contienen.


Considerando que la disposición de residuos sólidos domiciliarios en rellenos sanitarios se realiza en muchos países, especialmente en aquellos que están en vías de desarrollo, y que se vislumbra una tendencia a su aumento, esta práctica puede llegar a ser una de las más importantes fuentes de emisiones de metano (CH4) y de otros elementos que contribuyen de manera significativa al efecto invernadero. Por tanto, si se quiere reducir este efecto de manera considerable, es necesario aumentar la recuperación del metano de los rellenos sanitarios, producir biogás a partir de biodigestión y usarlo en aplicaciones energéticas, para evitar que vaya a la atmósfera.

 

Un caso exitoso a nivel mundial: Alemania

 

Al observar la evolución de los mercados de biogás en el mundo, el ejemplo más sobresaliente es el de Alemania. Con un 50,5% del total de Europa, es el productor más importante de biogás, desde el punto de vista del rendimiento total y también por habitante. Hasta finales de 2010, en Alemania estaban en funcionamiento casi 6.000 plantas de biogás con una capacidad total de unos 2,28 gigavatios (GW) de potencia eléctrica, que producían cerca de 15.000 GWh de electricidad y la suministraban a 4,3 millones de hogares.


Con la construcción y el funcionamiento de plantas de biogás se observa una evolución estructural positiva en las zonas rurales, lo cual genera puestos de trabajo. En el año 2010, el sector alemán del biogás ofreció puestos de trabajo a unas 30.000 personas y generó ventas cercanas a 4.700 millones de euros (en 2009 fueron de 4.400 millones de euros). El mismo año la exportación aumentó 16% (en 2009 había aumentado 10%), y en 2011 aumentó 23%.


Actualmente en Alemania se prefieren las granjas modernas (en un 85%), en las que los agricultores aprovechan energéticamente los productos agrícolas en empresas propias. Gracias a la tendencia a tener plantas cada vez más grandes y potentes, aumentó el interés de los proveedores y las empresas de servicios energéticos por los proyectos de biogás. Por otro lado, existe una tendencia hacia plantas de estiércol más pequeñas, con una capacidad de hasta 50 kW (debido al límite de indemnización establecido por el legislador).


A finales de febrero de 2011, en Alemania había 46 plantas de biogás conectadas a la red de gas natural, después de que en el año 2006 se pusieron en funcionamiento las dos primeras plantas para la alimentación de biogás en las redes de gas natural. De acuerdo con el gobierno federal alemán, hasta 2020 más de mil plantas de biogás procesado deberán alimentar las redes de gas natural y sustituir así el 6% del consumo actual de dicho gas. Además, hasta el año 2030 se puede concebir un potencial de biogás para alimentar la red de gas natural de 100 terravatios hora (TWh) al año. Esta cantidad representa aproximadamente el 10% del consumo actual de gas natural en Alemania.


¿Que se está haciendo en Empresas Públicas de Medellín (EPM) para aprovechar la oportunidad de trabajar con biogás?


Desde la Subdirección de Investigación y Desarrollo de Negocios en Energía, conjuntamente con el Área de Tratamiento de Aguas Residuales de EPM se está trabajando en proyectos relacionados con la producción y el aprovechamiento óptimo del biogás. A continuación se enunciarán los proyectos que se encuentran en diferentes fases de desarrollo:


1. Evaluación de la factibilidad de convertir el biogás a gas natural en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) San Fernando para ser inyectado a la red de gas de EPM, y del biogás producido en el relleno sanitario Pradera de Empresas Varias (EMVARIAS), el cual recibe los residuos sólidos urbanos de Medellín y otros cinco corregimientos del Área Metropolitana del Valle de Aburrá.


Este proceso se puede realizar utilizando tecnologías que permiten remover el CO2 y otros compuestos presentes en el biogás que proviene tanto de la PTAR San Fernando como del relleno sanitario Pradera, con el fin de obtener un combustible gaseoso conformado casi en su totalidad por metano y que tenga características similares a las del gas natural convencional. Se considera la evaluación técnica y económica de mezclarlo con el gas natural que va por la red de EPM.


2. Optimización en la producción y aprovechamiento del biogás producido en la PTAR San Fernando de EPM para generar energía eléctrica.


Por medio de estos estudios se busca obtener mejores condiciones en el biogás para que las tecnologías de generación de energía eléctrica puedan tener menos problemas de operación y mantenimiento. Consisten básicamente en implementar tecnologías de limpieza para el biogás.


3. Estudio de alternativas de valorización energética para los residuos sólidos urbanos de Medellín.


Este estudio pretende buscar opciones de valorización energética para los residuos sólidos urbanos, incluyendo el análisis de tecnologías de biodigestión para la fracción orgánica y, posteriormente, con el biogás, mirar la posibilidad de generar energía eléctrica o gas natural.





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