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• Manuel Rodriguez Valencia

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FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA FUENTES DE ENERGÍA NO CONVENCIONALES BIOGÁS A PARTIR DE RELLENOS DE TERRENOS CON BASURAS URBANAS

Docente :

Dr. Ing.

Integrantes: - Gonzales Lozano, Víctor Manuel - Rodríguez Valencia, Manuel Javier Ciclo

:

Sección :

VIII A

TRUJILLO

Universidad Nacional De Trujillo 2014 ÍNDICE I. II. III.

IV.

V.

INTRODUCCIÓN

2

DEFINICIÓN DEL BIOGÁS

5

TIPOS DE BIOGÁS

7

3.1

BIOGÁS DE VERTEDERO

8

3.2

BIOGÁS DE DIGESTORES

8

CARACTERÍSTICAS DEL BIOGÁS 4.1 COMPOSICIÓN DEL BIOGÁS

10

PRODUCCIÓN DEL BIOGÁS EN FUNCIÓN DEL SUSTRATO

11

UTILIZADO 5.1 EQUIVALENCIA ENERGÉTICA DEL BIOGÁS

VI.

PROCESO DE FORMACIÓN DEL BIOGÁS 6.1 INTRODUCCIÓN 6.2 ETAPAS DE LA DIGESTIÓN ANAERÓBICA 6.3 PARÁMETROS QUE AFECTAN AL PROCESO DE

6.4

DIGESTIÓN CONDICIONES IDEALES PARA

18

LA DIGESTIÓN

ANAERÓBICA

VII. VIII. IX.

CODIGESTIÓN

27

BENEFICIOS APORTADOS POR EL BIOGÁS

28

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

32

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Universidad Nacional De Trujillo 2014 BIOGÁS A PARTIR DE RELLENOS DE TERRENOS CON BASURAS URBANAS

I.

INTRODUCCIÓN Es un aspecto bien conocido, que el 90 % de las necesidades energéticas de nuestro planeta son satisfechas con la utilización de combustibles fósiles (petróleo, gas, carbón). Todos ellos extinguibles, fuertemente contaminantes y utilizados en forma ineficiente, por el interés predominante de la producción de energía sobre el de su efecto ecológico. Como es conocido en los últimos años, las fuentes renovables de energía han ido adquiriendo globalmente una importancia cada vez mayor, básicamente por razones energéticas y ambientales. El déficit de energía que sufre el mundo actual y en particular los países subdesarrollados, tiene una situación cada vez menos favorable. Las fuentes tradicionales de energía (combustibles fósiles, electricidad, etc.), no parecen ser solución a largo plazo. La contaminación de las zonas urbanas, es una temática que genera grandes inconvenientes., debido al desarrollo de las mismas, no sólo desde el punto de vista ambiental, sino también desde el desarrollo social. La bibliografía menciona los riesgos a la salud de la población derivados del mal manejo de los residuos urbanos en los basurales a cielo abierto, y la necesidad de revertir esta situación. En la actualidad el 50% de la población del planeta, ó 3.700 millones de personas, vive en ciudades (ONU programa Hábitat, 2013), lo que provoca una producción importante de residuos. En Perú existen demasiados espacios destinados al depósito de residuos urbanos que se acumulan produciendo contaminación. Si trasladamos este déficit a las zonas rurales, el problema se agrava aún más, ya que la carencia de la energía obligará a los campesinos a satisfacer esta necesidad, utilizando a gran escala la leña y desperdicios agrícolas (estiércol y residuos de cosecha). Este problema plantea la necesidad de encontrar una tecnología apropiada, utilizando recursos locales disponibles como son los residuos orgánicos (heces humanas, estiércoles y plantas), los cuales pueden ser usados como simple medio para producir energía y biofertilizantes por medio de plantas de biogás. De esta manera se mejorará la vida de los campesinos, se incrementará la producción agrícola y se preservará el medio ambiente.

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II.

DEFINICIÓN DEL BIOGÁS 2.1

DEFINICIÓN DE BIOMASA O SUSTRATO

El termino biomasa o sustrato se refiere a toda la materia orgánica que proviene de desechos de animales (estiércol), arboles, plantas, desechos orgánicos, que pueden ser convertidos en energía; o las provenientes de la agricultura (residuos de maíz, café, arroz, etc.), del aserradero (podas, ramas, aserrín, cortezas) y de los residuos urbanos (aguas residuales, basura orgánica y otros). Se refiere por tanto a cualquier tipo de materia orgánica que ha tenido su origen inmediato como consecuencia de un proceso biológico natural. El termino biomasa comprende tanto a los productos de origen vegetal y a los de origen animal que se produce u obtiene en si cualquier proceso agroindustrial, agropecuario o agrícola.

La biomasa representa en la actualidad dos tercios de las energías renovables en Europa y se espera que la bioenergía desempeñe un papel clave en la consecución de los ambiciosos objetivos aprobados por la directiva de energías renovables, con la que se pretende abastecer, como mínimo, un 20% de la electricidad generada para el año 2020, cuando actualmente la cuota es del 8,5%.

2.2

LA DIGESTIÓN ANAERÓBICA

La digestión anaeróbica, también denominada biometanización, es un Proceso biológico fermentativo que ocurre en ausencia de oxígeno, en el cual gracias a la acción de una serie de microorganismos bacterianos, la materia orgánica se descompone, dando como resultado dos productos principales:

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2.2.1 Biogás El biogás es una mezcla constituida por metano y dióxido de carbono, conteniendo además pequeñas proporciones de otros gases como hidrogeno, nitrógeno y sulfuro de hidrogeno.

Su elevado contenido en metano (entre el 60-65%) le proporciona una elevada capacidad calorífica lo que hace posible, tras ser depurado para eliminar vapor de agua y ácido sulfhídrico, su uso en calderas (si la producción es pequeña) y/o en motores de cogeneración. El uso del biogás en motores de cogeneración permite obtener electricidad y calor, y este último puede transformarse mediante un proceso de absorción en frió de refrigeración, en caso de que convenga.

¿Cuál es el origen del biogás? Tiene su origen en la BIOMASA ó MATERIA ORGÁNICA BIODEGRADABLE presente en los RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS.

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¿Cómo se produce energía a partir del biogás? La energía del biogás se transforma por un proceso físico, químico y/ó mecánico a través de diversas tecnologías, en calor y éste en electricidad, movimiento ó bio-combustibles.

¿Qué residuos se pueden transformar en biogás? Casi cualquier residuo orgánico.  Residuos Agrícolas (Estiércol, Paja, Residuos de cosechas, Tallos, Hojas, Pastos, Orujos, Podas, etc.)  Basura Urbana (Residuos domésticos, Aceite. Desechos de mercado, lodos plantas tratamiento, etc.)  Desechos líquidos (Purínes de animales de granja, Aguas de proceso, Ind. láctea, Alimenticia, etc.)  Residuos Industriales (Ind. Bebidas, Ind. Proceso de alimentos, Melasa, Bagazo, Grasas, Glicerina, etc.)  Cosechas Energéticas (Ensilado de cosechas (planta entera), Bayica, Maíz, Soya, Remolacha, etc.) 2.2.1.2 Residuos sólidos urbanos que producen los peruanos Respecto de la producción de residuos sólidos urbanos en el Perú, uno puede ver el vaso medio lleno o medio vacío. Por ejemplo, si se le compara con la producción per cápita de otras economías regionales, los peruanos producen un promedio diario por persona bastante modesto (0,61 kg) comparado con el de Chile (1,05 kg) o Brasil (1,03 kg). Tomando como base este indicador, el vaso está medio lleno. Fuentes De Energía No ConvencionalesPágina 5

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Residuos sólidos municipales  Total: 7.2 millones de toneladas de los cuales corresponden a hogares: 5 millones de toneladas –de los cuales se generan en Lima el 42%. Fuente: MINAM, 2011. Sin embargo, si se considera el ritmo al que viene creciendo la producción de basura, el vaso deja de verse tan lleno. Según información del MINAM, en el año 2011, la producción de residuos municipales (7.2 millones de toneladas) se incrementó en 19,5% con relación al 2010 (6 millones de toneladas). Es decir, mientras la economía crecía a un ritmo de 6,9%, la producción de basura creció casi el triple de rápido. O dicho de otro modo, mientras la economía tardaba algo más de 10 años en duplicar su tamaño, la basura se duplicaba en menos de 4 años.

 ¿Qué se hace con los residuos sólidos urbanos en el Perú? En el Perú, los residuos sólidos urbanos en su gran mayoría se desechan, no se recicla. En el siguiente gráfico se muestra la disposición final de los residuos o basura de todo el Perú. De los 7.2 millones de toneladas de residuos municipales que se produjeron en el 2011, 4.3 millones fueron a parar a botaderos informales; es decir, más de la mitad de la basura municipal no está recibiendo el tratamiento óptimo. Solo 2.7 millones de toneladas se disponen en los 8 rellenos sanitarios formales (el de Ancón que era el noveno se cerró en el 2011) y finalmente solo 173.6 miles de toneladas, equivalentes al 2,4% de basura es reciclada.

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2.2.2 Digestato. El digestato, es el subproducto de la digestión anaerobia. Su carácter 100% natural, hace de él un muy buen fertilizante con amplio rango de aplicaciones. La tecnología de permite la separación del digestato, en dos fracciones: sólida y líquida.  Fracción Sólida: es la parte de la separación con un alto porcentaje de materia seca. Se aplica directamente a los campos como fertilizante, o tras el proceso de compostaje y mezcla con otros residuos como restos de la poda, estiércoles y tierra vegetal.  Fracción Líquida: es la parte de la separación con un alto contenido líquido, con altos porcentajes de nitrógeno. Idóneo para la aplicación en irrigación.

III.

TIPOS DE BIOGÁS Dependiendo del substrato orgánico del que proceda y de las características de las instalaciones de generación captación del biogás, el biogás utilizable como energía renovable se puede agrupar en los siguientes tipos:

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Universidad Nacional De Trujillo 2014  Biogás de Vertedero (Biodigestión natural)  Biogás de Digestores (Biodigestión provocada en instalaciones industriales)

3.1

BIOGÁS DE VERTEDERO (BIODIGESTIÓN NATURAL) Su aprovechamiento se produce una vez sellados los vertederos de residuos sólidos urbanos (RSU) y en función de su composición pueden presentar impurezas de siloxanos, compuestos fluorados y clorados 3.1.1.1 OPCIONES DE TRATAMIENTO DE LOS RESIDUOS URBANOS BIODEGRADABLES: COMPOST O BIOMETANIZACIÓN. Las opciones de tratamiento a las que pueden ser destinados los residuos biodegradables (RB) dependen en gran medida de la forma en que se lleve a cabo su recogida.

DIGESTIÓN AERÓBICA (COMPOST) Para obtener compost de calidad mediante procesos de digestión aerobia en una instalación que trabaje con unos rendimientos aceptables, es necesario que:  La alimentación a estas plantas proceda de la recogida selectiva de RB con la suficiente limpieza y ausencia de contaminantes.  Además de los residuos más biodegradables (como residuos de cocina o de jardinería, por ejemplo) es necesario añadir residuos que den estructura a la masa a compostar (por ejemplo, astillas)  Los ratios que pueden obtenerse en procesos de compostaje son: 



Producción de compost: 40-50% (en peso) de la cantidad de RB entrante en la planta (siempre que el residuo entrante en la planta proceda de recogida selectiva). Degradación de carbono: 50% (en peso) en compost y 50% al aire.

DIGESTIÓN ANAEROBIA (BIOGÁS Y DIGESTATO) Como anteriormente se comentó, la biometanización consiste en una digestión anaerobia, donde se obtiene biogás (principalmente dióxido de carbono y metano) que puede aprovecharse para generar energía mediante su combustión y una fase semisólida denominada digestato, que sometido a tratamiento

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Universidad Nacional De Trujillo 2014 adicional (habitualmente compostaje), puede ser utilizado a continuación en agricultura. La biometanización está indicada para residuos con un contenido alto de humedad (60-99% de humedad), al contrario que el compostaje que requiere residuos con menos humedad. Por el contrario, los residuos leñosos, que contienen un alto contenido en lignocelulosa, son más adecuados para el compostaje. No obstante se ha constatado que las plantas de biometanización tienen problemas de funcionamiento al tratar materia orgánica con muchos impropios procedente de recogida de la fracción resto, la que se deposita en los contenedores marrones o verdes, por lo que es necesario fomentar la recogida selectiva de materia orgánica en origen.

3.1.1.2 BIOGÁS DE VERTEDERO CONTROLADO DE RESIDUOS La producción de biogás en un vertedero es variable en el tiempo, con un máximo alrededor de los 2-3 años tras el vertido. El proceso de degradación de la materia orgánica puede durar más de 20 años:    

Los residuos de comida se degradan en un 50% en 1-2 anos Los residuos de jardín se degradan en unos 5 anos Los residuos de papel, madera y textiles se degradan en unos 15 años. Los residuos como plásticos y gomas no se descomponen.

Una tonelada de RSU con un contenido de materia orgánica del 50% genera aproximadamente 200 m3 de biogás. No es posible captar todo el biogás generado: un 30-35% del mismo se perderá a través de la superficie del vertedero. Las características del biogás dependen principalmente de la composición de los RSU y de la humedad.

3.2

BIOGÁS DE DIGESTORES (BIODIGESTIÓN PROVOCADA EN INSTALACIONES INDUSTRIALES)

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Universidad Nacional De Trujillo 2014 Dentro de este tipo se pueden diferenciar tres subgrupos, dependiendo del origen de los sustratos a digerir:  Biogás de Depuradoras de Aguas Residuales  Biogás FORSU (Fracción Orgánica de Residuos Sólidos Urbanos)  Biogás Agroindustrial En algunos casos se requerirán mezclas (cogestión) para hacer los procesos viables. De los tipos de biogás anteriores, el más noble y con menor cantidad de impurezas es el obtenido a partir de residuos agroindustriales. No obstante, en los casos donde se usen como substrato los estiércoles y purines pueden aparecer cantidades significativas de sulfuro de hidrogeno en el biogás, que será preciso depurar antes de su aprovechamiento energético.

3.2.1 BIOGÁS DE DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES. Este biogás se genera a partir de la digestión anaeróbica de los fangos primarios de las plantas de tratamiento de aguas residuales.  Lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas  Lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales industriales

3.2.2 BIOGÁS FORSU (Fracción Orgánica de Residuos Sólidos Urbanos). Este biogás se genera a partir de la fracción orgánica procedente de los RSU 3.2.3 BIOGÁS AGROINDUSTRIAL. El sector agroindustrial es la principal fuente generadora de subproductos y compuestos orgánicos. Los subproductos y residuos que forman el grupo de las materias primas agroindustriales son los que provienen de:     

La agricultura La pesca La ganadería La industria alimentaria La industria bioenergética: - Industrias de biodiesel (subproductos vegetales) - Industrias de bioetanol (subproductos vegetales) - Biorrefinerias. - Glicerina

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Universidad Nacional De Trujillo 2014 Entre estos tipos de materias primas agroindustriales merece mencionar por su potencial en la producción de biogás las siguientes:  De origen animal:  Purín de cerdo  Estiércol de vaca  Gallinaza  Restos de otras especies  De origen vegetal:  Hierba  Hoja de remolacha  Paja  Trigo  Cultivos energéticos (con una elevada producción de biogás)  Micro algas  De la Industria Alimentaria de origen vegetal: bagazo de la industria cervecera o residuos hortofrutícolas (citrícolas, del olivo y las almazaras, etc.)  Excedentes  No conformes  Subproductos de su transformación  Otros residuos de la Cadena alimentaria: residuos y aceites de gastronomía  De la Industria Alimentaria de origen animal: subproductos de origen animal no destinados al consumo humano (SANDACH).  Residuos cárnicos  Residuos lácteos  Residuos del pescado

IV.

CARACTERÍSTICAS DEL BIOGÁS La riqueza del biogás depende del material digerido y del funcionamiento del proceso. La producción de biogás para cada tipo de substrato es variable en función de su carga orgánica y de la biodegradabilidad de la misma. En general, los residuos orgánicos industriales y la Fracción orgánica de Residuos Sólidos Urbanos (FORSU) presentan potenciales elevados de producción. Los residuos ganaderos y los lodos de depuradora presentan, sin embargo, potenciales menores, debido al relativamente bajo contenido en materia orgánica y a la baja biodegradabilidad de la misma. Existen opciones que permiten mejorar la producción de biogás de estos residuos:  Mezcla con residuos de mayor producción potencial (codigestión)  Pretratamiento para mejorar la degradabilidad del substrato

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Universidad Nacional De Trujillo 2014  Aumento de la temperatura para mejorar la velocidad de crecimiento de los microorganismos y la eficiencia de la fase hidrológica. El biogás es un combustible formado sustancialmente por los siguientes gases:

V.

PRODUCCIÓN DEL BIOGÁS EN FUNCIÓN DEL SUSTRATO UTILIZADO

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5.1

EQUIVALENCIAS ENERGÉTICAS DEL BIOGÁS Fuente: El sector del biogás agroindustrial en España. Mesa sobre materia prima agraria y biocombustibles. Ministerio de Medio Ambiente, y Medio Rural y Marino. Madrid 16 Septiembre de 2010. El biogás es un gas combustible cuya composición depende fundamentalmente del tipo de sustrato utilizado y digerido en el proceso, y su alta concentración en metano (CH4), de elevada capacidad calorífica (5.750 kcal / m3), le confiere características combustibles ideales para su aprovechamiento energético en motores de cogeneración, calderas, turbinas, pudiendo por tanto generar electricidad, calor o ser utilizados como biocarburantes. La equivalencia energética del biogás depende de la concentración de metano que haya en él, ya que el poder calorífico del CO2 es nulo. Así cuanto mayor sea la cantidad de metano en el biogás, mayor será el poder calorífico del mismo.

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Universidad Nacional De Trujillo 2014 VI.

PROCESOS DE FORMACIÓN DEL BIOGÁS 6.1

Introducción La digestión anaeróbica es un proceso microbiológico que, en condiciones anaerobias (ausencia de oxigeno) permite transformar la materia orgánica en metano. Se compone de múltiples etapas en la que intervienen una población heterogénea de microorganismos. El proceso completo se puede resumir en dos fases principales, una primera hidrológica fermentativa y una segunda metano génica. Fase Hidrológica: Los polímeros orgánicos son metabolizados mediante hidrolisis y fermentación microbiana en una mezcla de ácidos grasos volátiles (acético, propíonico, butírico, valérico, láctico…), carbónico e hidrogeno. Fase Metanogénica: En la segunda fase, encadenada con la primera, se transforman los productos finales de la misma en metano y dióxido de carbono, mediante las bacterias metanogénicas que son anaeróbicas estrictas.

6.2

ETAPAS DE LA DIGESTIÓN ANAERÓBICA 6.2.1 Etapa de hidrólisis La hidrolisis es el primer paso necesario para la degradación de la materia orgánica compleja. En esta etapa, las bacterias hidrolíticas actúan sobre las macromoléculas orgánicas despolimerizándolas enzimáticamente en los correspondientes monómeros o fragmentos más sencillos. Así, los lípidos son degradados por enzimas hidrolíticas (lipasas) a ácidos grasos de cadena larga y glicerina. Las proteínas son hidrolizadas por proteasas en proteasas, péptidos y aminoácidos, y los polisacáridos son convertidos en monosacáridos. 6.2.2 Etapa acidogénica Los compuestos solubles obtenidos en la etapa anterior son transformados por las bacterias acidogénicas en ácidos grasos de cadena corta (ácidos grasos volátiles), alcoholes, amoniaco, hidrogeno y dióxido de carbono. Los ácidos grasos volátiles son principalmente ácido acético, propíonico, butírico y valérico. En esta etapa se debe controlar la cantidad de hidrogeno, porque el metabolismo de las bacterias acidogénicas depende de él. 6.2.3 Etapa acetogénica

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Universidad Nacional De Trujillo 2014 Mientras que algunos productos de la fermentación (hidrogeno y ácido acético) pueden ser metabolizados directamente por los organismos metanogénicos, los productos intermedios (ácido propíonico, butírico, etc.) necesitan ser transformados en productos más sencillos, a través de las bacterias acetogénicas. Como principales productos se obtienen ácido acético, hidrogeno y dióxido de carbono que, posteriormente, pueden ser aprovechados por las bacterias metanogénicos. Las bacterias acetogénicas también necesitan un control exhaustivo de la concentración de hidrogeno, ya que con una elevada presión de hidrogeno se reduce la formación de acetato, produciendo preferentemente ácido propíonico, butírico o etanol en vez de metano. 6.2.4 Etapa metanogénica En la etapa final del proceso, las bacterias metanogénicos transforman el ácido acético, hidrogeno y dióxido de carbono en metano y dióxido de carbono. Las bacterias responsables de este proceso son anaeróbicas estrictas. Se distinguen dos tipos de microorganismos, los que degradan el ácido acético a metano y dióxido de carbono (bacterias metanogénicos acetoclásicas) y los que reducen el dióxido de carbono con hidrogeno a metano y agua (bacterias metanogénicas hidrogenófilas).

La principal vía de producción de metano es la primera, con alrededor del 70% del metano producido. Este es un proceso lento y constituye la etapa limitante del proceso de degradación anaeróbica.

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6.3

PARÁMETROS QUE AFECTAN AL PROCESO DE DIGESTIÓN Los factores físicos y químicos que condicionan este proceso son varios. A continuación se describen los más importantes

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6.3.1 Nutrientes Para el desarrollo del proceso se necesita, además de una fuente de carbono y energía, la presencia de una serie de nutrientes minerales (nitrógeno, azufre, fosforo, potasio, calcio, magnesio, etc.). En el medio a digerir debe haber una relación adecuada entre nutrientes para el desarrollo de la flora bacteriana. Relación entre nutrientes Fuente: Informe de Vigilancia Tecnológica Madrid. “Situación actual de la producción de biogás y de su aprovechamiento”

La relación C/N debe estar comprendida entre 15/1 y 45/1, ya que valores inferiores disminuyen la velocidad de reacción. Para el fosforo la relación optima es 150/1. Fuente: El sector del biogás agroindustrial en España. Mesa sobre materia prima agraria y biocombustibles. Ministerio de Medio Ambiente, y Medio Rural y Marino. Madrid 16 Septiembre de 2010.

Una de las ventajas inherentes al proceso de digestión anaerobia es su baja necesidad de nutrientes como consecuencia de su pequeña velocidad de crecimiento. No obstante, resulta fundamental para la estabilización del proceso que la relación C/N se mantenga entre 20/1 y 30/1 y la relación N/P más adecuada es de entre 1/5 y 1/7 Normalmente, la FORSU, los residuos ganaderos y los fangos de depuración de aguas residuales presentan nutrientes en las proporciones adecuadas. Sin embargo, en la digestión de ciertos residuos industriales puede ser necesario la adición de dichos elementos o bien un post-tratamiento aeróbico.

6.3.2 Temperatura La digestión anaeróbica se puede llevar a cabo en un amplio intervalo de temperaturas, pero dependiendo del tipo de bacterias que se utilicen se pueden diferenciar tres intervalos diferentes. En general, el intervalo mesofílico es el más utilizado, pese a que en el termofílico es donde se tiene la mayor producción de biogás. Esto es debido a la mayor sensibilidad que presentan las bacterias termofílicas a las pequeñas variaciones térmicas, lo que conlleva a un mayor control del sistema y, por tanto, a una actividad más costosa. Por otro lado, en este intervalo de temperatura el mantenimiento del sistema consume más energía que la que puede proporcionar el gas resultante.

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En función de la temperatura optima de crecimiento, los microorganismos se clasifican en:  Psicrófilos (temperatura optima de crecimiento inferior a 30°C)  Mesófilos (óptimo de crecimiento entre 30 y 45°C)  Termófilos (su temperatura optima es superior a los 45°C y generalmente entre 50 y 60°C). TEMPERATURA

6.3.3 pH Es uno de los parámetros de control más habituales debido a que en cada fase del proceso los microorganismos presentan máxima actividad en un intervalo de pH diferente. Así, el intervalo de pH óptimo de los microorganismos hidrolíticos es entre 7,2 y 7,5, para los acetogénicas entre 7 y 7.2 y para los metanogénicos entre 6.5 y 7.5.

6.3.4 Contenido en sólidos Es también un factor determinante, ya que la movilidad de las bacterias metanogénicas dentro del substrato se ve limitada a medida que se aumenta el contenido de sólidos y, por lo tanto, pueden verse afectadas la eficiencia y producción de biogás. Sin embargo, se puede encontrar en la literatura datos de producciones de gas importantes logradas en rellenos sanitarios con un alto contenido de solidos (Pavslostathis y Giraldo-Gómez, 1991). 6.3.5 Tiempo de retención. T.R. Se define como el tiempo que el substrato está sometido a la acción de los microorganismos en el reactor. Cabe indicar que este parámetro solo puede ser claramente definido en los sistemas discontinuos (batch), donde el tiempo de retención coincide con el tiempo de permanencia del substrato dentro del digestor. En los digestores continuos y semicontinuos , el tiempo de retención

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Universidad Nacional De Trujillo 2014 se define como el valor en días del cociente entre el volumen del digestor y el volumen de carga diaria. De acuerdo al diseño del reactor, el mezclado y la forma de extracción de los efluentes pueden existir variables diferencias entre los tiempos de retención de líquidos y sólidos debido a lo cual suelen determinarse ambos valores. El T.R. está íntimamente ligado con dos factores: el tipo de sustrato y la temperatura del mismo. La selección de una mayor temperatura implicara una disminución en los tiempos de retención requeridos y consecuentemente serán menores los volúmenes de reactor necesarios para digerir un determinado volumen de material. La relación costo beneficio es el factor que finalmente determinara la optimización entre la temperatura y el T.R., ya varían los volúmenes, los sistemas paralelos de control, la calefacción y la eficiencia. Con relación al tipo de sustrato, generalmente los materiales con mayor proporción de carbono retenido en moléculas resistentes como la celulosa demandaran mayores tiempos de retención para ser totalmente digeridos. A modo de ejemplo se dan valores indicativos de tiempos de retención usualmente más utilizados en la digestión de estiércoles a temperatura mesofílica El limite mínimo de los T.R. está dado por la tasa de reproducción de las bacterias metanogénicas debido a que la continua salida de efluente del digestor extrae una determinada cantidad de bacterias que se encuentran en el líquido. Esta extracción debe ser compensada por la multiplicación de las bacterias que pertenecen dentro del reactor.

6.3.6 Tiempo de residencia o Tiempo de Retención hidráulica En los digestores continuos y semicontinuos, como funcionan en condiciones estacionarias, la variable tiempo definida en el reactor discontinuo se reemplazada por el tiempo de residencia, que se define como el valor en días del cociente entre el volumen del digestor y el volumen de carga diaria. El tiempo de residencia indica, por tanto, el tiempo que el substrato permanece por término medio en el digestor. Este parámetro está íntimamente ligado con el tipo de substrato y la temperatura del mismo. La selección de una mayor Fuentes De Energía No ConvencionalesPágina 19

Universidad Nacional De Trujillo 2014 temperatura implicara una disminución en los tiempos de retención requeridos y, consecuentemente, serán menores los volúmenes de reactor necesarios para digerir un determinado volumen de material.

6.3.7 Inhibidores Existen una gran cantidad de sustancias que pueden inhibir la digestión anaeróbica. Entre ellos, cabe destacar el oxígeno, amoniaco, metales pesados, antibióticos y detergentes, ácidos volátiles.

Aunque su efecto inhibidor no es permanente, ya que en la flora bacteriana existen microorganismos que irán consumiendo el oxígeno que pueda tener el medio.  Amoniaco Si la biomasa es rica en nitrógeno, se puede producir un exceso de amoniaco que inhibe el proceso.  Metales Pesados Otros inhibidores son los metales pesados, que actúan sobre los microorganismos metanogénicos.

 Antibióticos y Detergentes Algunas sustancias orgánicas, como antibióticos y detergentes en determinadas concentraciones, pueden inhibir el proceso.  Ácidos Volátiles Por último, una concentración elevada de ácidos volátiles puede producir un efecto inhibidor. Un síntoma típico de mal funcionamiento de los digestores es el aumento de la concentración de los ácidos volátiles en el efluente. La inestabilidad del proceso puede estar relacionada con una sobrecarga orgánica del digestor, una entrada de elementos tóxicos, inhibidores en el efluente o una variación de temperatura. Un gran aumento de ácidos hará reducirse el pH que inhibirá progresivamente a las bacterias metanogénicas hasta bloquear completamente el proceso anaerobio.

En la Tabla que se muestra a continuación, se representan los valores de concentración inhibidora de los inhibidores más habituales. Estos valores son orientativos, ya que las bacterias se pueden adaptar con el tiempo a las condiciones más desfavorables. Fuentes De Energía No ConvencionalesPágina 20

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6.3.8 Agitación Hay diferentes motivos para mantener un grado de agitación adecuado en el medio de digestión: mezclado y homogenización del substrato, distribución uniforme de calor para mantener la temperatura homogénea, favorecer la transferencia de gases y evitar la formación de espumas o la sedimentación. La agitación puede ser mecánica o neumática a través del burbujeo de biogás recirculado a la presión adecuada. En ningún caso debe ser violenta, ya que podría destruir los agregados de bacterias

6.4

CONDICIONES IDEALES PARA LA DIGESTIÓN ANAERÓBICA FUNCIÓN DE LA FASE

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EN

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VII.

CODIGESTIÓN La "codigestión anaerobia" consiste en el tratamiento anaerobio conjunto de residuos orgánicos de diferente origen y composición, con el fin de aprovechar la complementariedad de las composiciones para permitir perfiles de proceso más eficaces, compartir instalaciones de tratamiento, unificar metodologías de gestión, amortiguar las variaciones temporales en composición y producción de cada residuo por separado, así como reducir costes de inversión y explotación.

VIII.

BENEFICIOS APORTADOS POR BIOGÁS DESDE EL PUNTO DE VISTA ENERGÉTICO, MEDIOAMBIENTAL, ECONÓMICO Y SOCIOECONÓMICO 8.1

BENEFICIOS DESDE EL PUNTO DE VISTA ENERGÉTICO

 Proceso neto de producción de energía.  Generación de un combustible renovable de alta calidad. 8.2

BENEFICIOS DESDE EL PUNTO DE VISTA MEDIOAMBIENTA

 Realizada en la condiciones adecuadas, la combustión de biogás produce agua y CO2 pero dicha cantidad emitida de este gas, principal responsable del efecto invernadero, fue captada por las plantas durante su crecimiento, es decir el CO2 Fuentes De Energía No ConvencionalesPágina 22

Universidad Nacional De Trujillo 2014 de la biomasa viva forma parte de un flujo de circulación natural entre la atmosfera y la vegetación, por lo  que no supone un incremento del gas invernadero en la atmosfera siempre y cuando la vegetación se renueve a la misma velocidad en la que se degrada. Así mismo, no produce emisiones sulfuradas o nitrogenadas, ni partículas sólidas.  A nivel mundial, la disponibilidad de energía se ha convertido en uno de los principales problemas.  Los países tanto en vías de desarrollo como desarrollados se enfrentan a una demanda creciente de energía para satisfacer sus expectativas económicas y sociales.  El uso de combustibles fósiles para obtener energía, sobre todo eléctrica, trae como consecuencia el vertido de sustancias toxicas al aire, al agua y a los suelos, dañando la naturaleza a corto, medio y largo plazo. Frente a esta situación y en un futuro no muy lejano, parece clara la necesidad de una transición en las fuentes de energía desde su actual dependencia de los hidrocarburos a nuevas energías renovables y cada vez más ecologistas. 8.3

BENEFICIOS DESDE EL PUNTO DE VISTA ECONÓMICO

 Producción de energía (electricidad y calor).  Producción de bioabono de alta calidad.  Los beneficios micro-económicos a través de la sustitución de energía y fertilizantes, del aumento de ingresos y del aumento de la producción agrícolaganadera cuando se emplea a nivel agropecuario.  Beneficios macro-económicos a través de la generación descentralizada de energía, reduciendo costos de importación y de protección ambiental.  Mayor eficiencia en materia de costos que otras opciones de tratamiento desde la perspectiva del ciclo de vida y del rendimiento de utilidades.  El aprovechamiento energético de la biomasa contribuye a la diversificación energética, uno de los objetivos marcados por los planes energéticos, tanto a escala nacional como mundial, desplazamiento 8.4

BENEFICIOS DESDE EL PUNTO DE VISTA SOCIOECONÓMICO

 Disminuye la dependencia externa del abastecimiento de combustibles.  Favorece el desarrollo del mundo rural y supone una oportunidad para el sector agrícola, ya que permite sembrar cultivos energéticos en sustitución de otros excedentarios Fuentes De Energía No ConvencionalesPágina 23

Universidad Nacional De Trujillo 2014

IX.

BIBLIOGRAFÍA  Taller Demostrativo sobre el aprovechamiento energético de purines en Extremadura.  Rodrigo Señer, A. Obtención de biogás mediante la fermentación anaerobia de residuos alimenticios. Departamento de Calidad y Medio Ambiente, AINIA, Madrid, España, 9 de marzo de 2005.  III Jornada, biocombustibles, aplicaciones prácticas agroalimentaria. Finca la Orden, 18 de noviembre 2009

en

la

industria

 El Sector del biogás agroindustrial en España. Mesa sobre materia prima agraria y biocombustibles. Ministerio de Medio Ambiente, y Medio Rural y Marino. Madrid 16 de Septiembre de 2010.  Jornadas técnicas “biogás: visión global 27 de octubre 2010” Genera energía y ecología s.l. la producción de electricidad a partir de biogás. Marco legal y estratégico.  Velo, E. (2006) Aprovechamiento energético de la biomasa. En: Energía, participación y sostenibilidad. Tecnología para el desarrollo humano. Ed. E. Velo, J. Sneij, J. Delclòs, 131144. Disponible en: http://www.upc.edu/grecdh/cas/energia/publicacions.htm  Preston, T.R., Rodríguez, L. (2002) Low-cost biodigesters at the epicenter of ecological farming systems. Proceedings Biodigester Workshop, March 2002  Pedraza, G., Chará, J., Conde, N., Giraldo, S., Goraldo, L. (2002) Evaluación de los biodigestores en geomembrana (PVC) y plástico de invernadero en clima medio para el tratamiento de aguas residuales de origen porcino. Livestock Research for Rural Development, 14 (1)  Spagnoletta, S.A. (2007) Viability study for the application of small-size biodigesters in the Andean rural zone of Cajamarca (Peru), MSc. Thesis, Loughborough University. Disponible en: http://www.upc.edu/grecdh/cas/energia/publicacions.htm

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