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Biogás: funcionamiento, características y beneficios

Funcionamiento: ¿Cómo se obtiene el biogás?

El biogás es un tipo de gas que se produce por la descomposición de restos orgánicos. Está compuesto principalmente por metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), en proporciones variables dependiendo de la composición de la materia orgánica a partir de la cual se ha generado. Las principales fuentes de biogás son los residuos ganaderos y agroindustriales, los lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas (EDARs) y la fracción orgánica de los residuos domésticos. Por eso es tan importante la separación de la basura en nuestros hogares.

Planta de compostaje con digestión anaerobia. Vía Hogarsense.es

La descomposición de la materia orgánica, ya sea basura de nuestros hogares, restos de podas, excrementos de animales, etc. puede realizarse con la presencia de oxígeno, llamándose digestión aerobia, o sin presencia de oxígeno, llamándose en este caso digestión anaerobia. Los procesos de descomposición biológica en ausencia de oxígeno (anaerobios) que permiten producir biogás a partir de materia orgánica suceden en vertederos o en reactores cerrados comúnmente conocidos como digestores anaerobios. La desgasificación de vertederos mediante la captación del biogás generado permite mejorar las condiciones de seguridad de explotación de dichos vertederos, llevándose a cabo también en muchos casos un aprovechamiento energético del biogás captado.

En el caso de los digestores anaerobios, estos se alimentan la materia orgánica (sustratos), y se mantienen unas determinadas condiciones de operación (tiempo de residencia, temperatura, etc.). A fin de maximizar la producción de biogás en los digestores, es habitual mezclar distintos tipos de sustratos (co-digestión), debiendo tener especial cuidado para que la mezcla escogida permita que los procesos biológicos transcurran sin problemas.

Esquemas de reactores sin retención interior de biomasa. Vía GIRO

Orígenes

Hablando de forma general, el biogás ha existido desde que hay seres vivos y al morir sus cuerpos, ya sean vegetales o animales, se descomponen. Prueba de ello es el Gas Natural u otros gases que generaron en el subsuelo al mismo tiempo que el petróleo. Pero estos gases no se consideran biogás puesto que se formaron de forma diferente y no entran en el ciclo de vida actual.

Pero si nos referimos a la generación “industrial” o con intervención humana del biogás, tenemos que venir a hace pocas décadas. Es en China, en la década de los años 70 cuando se impulsa la construcción de digestores, mediante programas de ámbito nacional (Campos, 2001). En 1977 ya había más de 5 millones de digestores anaerobios en China, debido a la mayor economía de los materiales empleados, lo que reducía los costes de inversión.

En cambio, en los países industrializados el desarrollo de sistemas de generación de biogás y su aprovechamiento ha estado más influenciado por criterios medioambientales que los puramente energéticos, siendo en método clásico de estabilización de las aguas residuales urbanas. De hecho, hasta que se produjo la “Crisis del Petróleo”, el proceso anaerobio había sido considerado por los países industrializados como un tratamiento para reducir las altas cargas orgánicas de algunos residuos, pero sin aprovechar los lodos como fertilizantes y el metano como combustible.

¿Existen diferentes tipos de biogás?

Propiamente dicho, no existen diferentes tipos de biogás, la única diferencia que se puede encontrar en su composición química. Esto es debido a la materia orgánica que se ha usado para en su descomposición generar en biogás. Así la composición del biogás, que depende del sustrato digerido y del tipo de tecnología utilizada, puede ser la siguiente:

Entre un 50 y un 70% de metano (CH4).
Entre un 30 y un 40% de anhídrido carbónico (CO2).
Por lo general, menos de 5% de hidrogeno (H2), ácido sulfhídrico (H2S), y otros gases.

La parte importante de esta mezcla es el Metano (CH4) y su porcentaje, como ya hemos indicado, depende de los residuos que se utilizan y del proceso en el que se realiza la digestión anaerobia.

El biogás producido en procesos de digestión anaerobia puede tener diferen­tes usos:

  • En una caldera para generación de calor (agua caliente o calefacción) o electricidad.
  • En motores o turbinas para generar electricidad.
  • Combustible de automoción.
  • En pilas de combustible, previa realización de una limpieza de H2S y otros contaminantes de las membranas.
  • Purificándolo y añadiéndole los aditivos necesarios para introducirlo en una red de transporte de gas natural.
  • Uso como material base para la síntesis de productos de elevado valor añadido como es el metanol o el gas natural licuado.

Además de metano tiene otra serie de compuestos que se comportan como impurezas: agua, sulfuro de hidrogeno, monóxido de carbono y compues­tos orgánicos volátiles como hidrocarburos halogenados, siloxanos, etc. Por tanto, es necesaria la limpieza del combustible, dependiendo del uso final.

Una aplicación tipo de la digestión anaerobia es en las granjas de ganado bovi­no y porcino de gran tamaño o como planta comarcal de gestión de residuos en zonas de alta concentración de ganado estabulado, por el gran problema que generan los purines. En este caso se puede proponer y proyectar una planta de digestión anaerobia de producción de biogás como auto abastecimiento energético según las necesidades.  La forma más ecológica de biogás pasa por eliminar el dióxido de carbono presente y convertirlo en biometano, el llamado ‘gas verde’. De este modo, la presencia de metano es del 96 % y su pureza permite utilizarlo en la misma red de gas natural doméstico.

Plantas de biogás en el mundo

La Agencia Internacional de la Energía (AIE) ha desarrollado diversos proyectos sobre biomasa a través de su división IEA Bioenergy. La agencia calcula que el 10% de la energía primaria mundial procede de los recursos asociados a esta fuente, incluidos los relacionados con biocombustibles líquidos y biogás. Debido al aprovechamiento de los recursos naturales como combustibles para plantas de biomasa (astillas, pellets, briquetas, hojas…) constituye una energía renovable muy económica, por lo que su uso es común en países en vías de desarrollo, pero… ¿Dónde se encuentran algunas de las plantas de biomasa por todo el mundo?

Entre los países que mayor uso hacen de la biomasa se encuentran países como Reino Unido y los países nórdicos de Europa, como Polonia y Finlandia, siendo esta última la que más veces aparece en el top 5 de plantas de biomasa. Finlandia tiene 3 de las 5 plantas de biomasa más grandes del mundo. En el caso de España, como se aprecia en el siguiente gráfico, estamos en un paso intermedio entre todos los países, suponiendo la participación de la biomasa un 30% de la producción total de las energías renovables.

Porcentaje de los biocombustibles sólidos en la producción total de energías renovables 2016. Vía IEA

Hablemos de las centrales

Ironbridge (Reino Unido)

Es la planta de biomasa pura más grande del mundo. Se encuentra en SevernGorge, Reino Unido, y tiene una capacidad de 740 MW. Las instalaciones de 1.000 MW de una antigua central eléctrica de carbón fueron reconvertidas en 2013 para la generación energética a partir de biomasa. El combustible empleado en esta planta de biomasa son pellets de madera.

Alholmenskraft (Finlandia)

Esta planta de 265 MW está ubicada en las instalaciones de la fábrica de papel UPM-Kymmene en Alholmen, Jakobstad, Finlandia. Está en funcionamiento desde principios de 2002. Suministra 100 MW de calor a la empresa papelera y 60 MW de calefacción urbana para los ciudadanos de Jakobstad. La planta emplea una caldera de lecho fluizado circulante.

Polaniec (Polonia)

Tiene una potencia instalada de 205 MW. Está situada en Staszów y es la cuarta planta de biomasa más grande del mundo. Entró en operación comercial en noviembre de 2012 y usa principalmente subproductos agrícolas y residuos de madera para su funcionamiento. Las instalaciones generan electricidad suficiente para abastecer las necesidades de 600.000 hogares, reduciendo en 1,2 millones de toneladas de emisiones de CO2 al año.

Florida Crystals 140 MW (Estados Unidos)

La planta de biomasa Florida Crystals fue construida en la ciudad de South Bay, en el estado de Florida (Estados Unidos). La central posee una capacidad instalada de 140 MW. La planta Florida Crystals utiliza la fibra de caña de azúcar (bagazo), así como madera urbana reciclada para la generación de electricidad, proveyendo de la energía necesaria para el procesamiento de la caña de azúcar, así como para el suministro de electricidad para alrededor de 60.000 hogares.

Ensenada (Provincia de Buenos Aires)

Planta de biogás que inyecta a la red eléctrica argentina alrededor de 5 MW, suficientes para abastecer a unas 200.000 personas. El complejo también incluye una planta para el tratamiento de las 1.000 toneladas de basura que generan las localidades de La Plata, Ensenada, Berisso, Magdalena y Brandsen.

Granja comercial ‘Gorge Farm’ (a 76 km de la capital de Kenia, Nairobi)

Es la primera generadora de electricidad en África a partir de biogás. La planta tiene además capacidad suficiente para vender el excedente a la red eléctrica nacional, reduciendo así las emisiones de carbono originadas por la producción eléctrica derivada del petróleo. Sta planta produce 2 megavatios (MW) de electricidad, suficiente para el cultivo de sus más de 700 hectáreas de verduras y flores, y con un excedente suficiente para satisfacer la demanda energética de entre 5.000 y 6.000 hogares rurales

¿Y en España?

Pese a los esfuerzos realizados, la importancia de España como productora de biogás industrial es bastante discreta, situándose en el puesto 22 de los 28 países que conforman la Unión Europea. En los últimos tres años el número de plantas de biogás en España ha ascendido de 5 a 22. Y según se extrae del informe de 2015 de L’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME), se observa la posición bastante retrasada de España en cuanto a producción de Biogás por habitante.

Producción de energía primaria con Biogás Vía Hogarsense.es con datos de EurObserv’ER

Un ejemplo del aprovechamiento de residuos solidos urbanos para generación de biogás, es el antiguo Vertedero Municipal de Bens en A Coruña, en el cual se genera Biogás. Esta planta se encuentra actualmente en su fase final de producción por agotamiento del biogás del antiguo vertedero, por lo que actualmente solo funciona un grupo de producción de energía. Con una potencia instalada de 2.500 kW.

Otro ejemplo es la estación depuradora de aguas residuales de la fabrica de Heineken en Quart de Poblet, Valencia, en la que se estudió la posibilidad de utilización del biogás generado en una turbina que pudiera generar la electricidad suficiente para abastecer toda la Estación depuradora, pero fue descartado por la empresa por la necesidad de realizar un proceso de lavado previo del biogás, y la inversión de este equipo junto con la de la microturbina elevaba el periodo de retorno demasiado para las exigencias de la empresa. Así es que se decidió por la inyección del gas en la red de gas natural, para poder valorizarlo.

Biogás para calefacción

El biogás es una energía renovable que puede usarse para cualquiera de las grandes aplicaciones energéticas: eléctrica, térmica o como carburante. Puede canalizarse para su uso directo en una caldera adaptada para su combustión, e incluso inyectarse (previa purificación hasta biometano) en las infraestructuras de gas natural existentes, tanto de transporte como de distribución. Actualmente el aprovechamiento que se está realizando del biogás, se centra a nivel semi-industrial en las propias plantas de tratamiento de cereales, productoras de bebidas a base de cereales, de caña de azúcar o en explotaciones ganaderas. En estas instalaciones se aprovecha el biogás para generar simultáneamente electricidad para el funcionamiento de la propia planta y para la generación de calor que se aprovecha en los procesos, también de la misma planta o en la explotación ganadera en su caso.

Una vez obtenido el biogás se puede utilizar como cualquier otro combustible para la generación de calefacción. E incluso puede servir la misma caldera de gas, con algunas modificaciones en su quemador. La forma de utilizar el biogás para nuestra calefacción son varias:

  1. Una primera opción sería la generación de electricidad en cogenerador. La electricidad obtenida la emplearemos en nuestro aire acondicionado o bien en un suelo radiante eléctrico, en radiadores eléctricos de calor azul, en calefactores por infrarrojos o en calentadores eléctricos de agua que llevaremos a nuestros radiadores o suelo radiante.
  2. Una segunda opción es quemar el biogás directamente en una caldera de gas adaptada para este tipo de gas, con la que calentaremos agua que llevaremos a un suelo radiante o a los radiadores de nuestra vivienda.
  3. Como tercera opción es utilizar el biogás directamente en climatizadores por aire alimentador por gas. Este sistema no es muy conocido en España, pero no por ello debemos olvidarnos que existe es otra alternativa para la utilización del biogás.

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