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Factores que influyen en la conversión de biomasa en biogás

Ya hemos hablado del menú, de la dieta que vamos a introducir al digestor, ¿cuáles son los elementos, las materias primas con las que vamos a cocinar en nuestra planta?

Podemos utilizar excrementos de animales o humanos, aguas residuales de industria, siempre que sean orgánicas, como por ejemplo de al producción de alcohol, procesado de frutas o verduras, lácteos, carnes, residuos de matadero, etc.

Todos ellos son relativamente fáciles de encontrar en el medio rural, de ahí que desde antiguo se utilice el proceso de descomposición de biomasa en biogás para la producción de energía.

Como curiosidad comentaremos que existen plantas en Valencia (España) que están utilizando decomisos de alcohol de contrabando o productos alimenticios caducados o que no han pasado los controles de calidad de cierta cadena de supermercados.

Como pueden ver la variedad de materias primas o biomasa susceptibles de convertirse en biogás es vasta y hace muy importante la figura del técnico que decide qué se mete y en que proporciones en el digestor, y teniendo en cuenta que son necesarias algunas sales minerales dentro del digestor para el correcto funcionamiento del proceso.

Otro factor a tener en cuenta es el de la temperatura. El proceso se inicia siempre que estemos por encima de 5ºC y se detiene si se sobrepasan los 70ºC. Fuera de este rando de temperaturas no podemos convertir biomasa en biogás.

En general la actividad biológica aumenta con la temperatura y por tanto obtendremos más biogas. Sin embargo ya hemos mencionado que la fase acidificación precisa de energía en forma de calor, el proceso necesita aporte de calor externo; cuanto más aportemos más complicada y cara será nuestra instalación, por lo que deberemos buscar un equilibrio.

Si trabajamos por encima de 20º celsius deberemos aislar el digestor, por ejemplo, si estamos en zonas muy frías, que no es el caso de Colombia en general, y quizá esto pueda llevar al traste el proyecto, si aumentamos excesivamente la temperatura de funcionamiento.

La temperatura también acelera el proceso de degradación de la biomasa por lo que a más temperatura menos tiempo necesita la biomasa dentro del digestor, con lo que necesitamos digestores más pequeños o mayor rotación de la materia prima para obtener el biogás. Vemos pues que la temperatura es un factor fundamental del que dependen multitud de variables dentro del proceso.

El tercer factor que aparece es el llamado tiempo de retención, que viene a determinar el tiempo que la biomasa o materia orgánica ha de permanecer en el digestor. Podemos encontrarnos con digestores discontinuos, dónde tiene sentido hablar de tiempo de retención y sistemas de digestores continuos, dónde lo correcto es hablar de la cantidad de materia por unidad de tiempo.

El tiempo de retención para digestores discontinuos es el tiempo que necesita la biomasa para degradarse. Para digestores continuos se determina como el cociente en días de volumen del digestor por el volumen de carga de biomasa diaria. Este tiempo de retención dependerá de la temperatura y de la dieta que introduzcamos. Mayor temperatura implica menor tiempo de retención, como ya hemos comentado.

Otro factor a controlar en nuestro digestor es la acidez, el nivel de pH. Suele oscilar entre 7 y 8,5. El proceso suele autorregularse por lo que cuando el pH sale del rango de funcionamiento normal es un indicador de que las cosas no están funcionando como debieran, generalmente implica una variación en uno u otro sentido de la relación de bacterias de las fases ácidas iniciales (fases de hidrólisis y de acidificación) y las bacterias metanogénicas, las que acaban transformando la biomasa para obtener metano principalmente.

Las bacterias tienen mayor movilidad dentro de una biomasa o sustrato líquido que dentro de uno sólido, por lo que la inclusión de sólidos de cualquier tipo puede afectar de forma negativa a la producción de metano. En cualquier caso, se pueden encontrar datos de producción de biogás con un nivel adecuado e interesante de metano en producciones con niveles altos de sólidos. Por lo que se recomienda un nivel de sólidos de entre el 8 y el 12% en la biomasa.

La inclusión de inoculantes es importante sobre todo en digestores discontinuos pues iniciamos el proceso de forma repetida y puede ser interesante añadir sustratos de otros digestores que ya contengan un nivel elevado de bacterias, para que se llegue antes a una fase de equilibrio que eleve al máximo el rendimiento del digestor de forma rápida.

Es importante también la agitación del sustrato de biomasa dentro del digestor. Con esto conseguiremos varias cosas:

• Facilidad de movimiento de los metabolitos producidos por las bacterias
• Mezcla uniforme entre el sustrato de biomasa fresca y las bacterias
• Deshacer la costra que se forma en el digestor
• Evitar espacios donde no haya actividad bacteriana

Para realizar una correcta agitación hay que tener en cuenta que los elementos que se producen cada fase de obtención del biogás son el alimento de la siguiente y, por lo tanto, hay que mantener un equilibrio entre todas ellas.

Finalmente debemos tener presente que existen algunas sustancias, tales como metales pesados, que en concentraciones suficientes pueden ser ralentizadoras o incluso inhibidoras del proceso de biometanización.

Altas concentraciones de ácidos volátiles o de nitrógeno o amoniaco también inhiben el proceso.

Una vez llegados a este punto, y con los datos manejados hasta ahora, ya seríamos capaces, al menos teóricamente, de conseguir un biogás apto para producir energía a través de la degradación controlada de biomasa.

Artículo ofrecido por Ingenieros y Energía

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