Hola, soy César Sáez y en esta sección revisaremos los principales elementos relacionados con la producción de biogas. El término biogas se utiliza para referirse al gas combustible producido de los procesos de degradación anaeróbica de materiales orgánicos biodegradables. Incluye el metano, gas combustible y producto más relevante del proceso, pero también al dióxido de carbono, al ácido sulfhídrico, producto de la descomposición de materiales que contienen azufre en su estructura, y de otros gases menores. Como el proceso se realiza en un medio bastante pozo, el gas se produce saturado de vapor de agua. El proceso de digestión anaeróbica se produce gracias a la acción combinada que actúan en serie aprovechando como sustrato los productos metabólicos del grupo anterior. La figura muestra las etapas de degradación a partir de compuestos orgánicos complejos, representados por proteínas, carbohidratos y lípidos, que gracias a microorganismos hidrolíticos fermentativos, transforman estos compuestos hasta aminoácidos, azúcares, ácidos grasos y alcoholes. En una etapa siguiente, los productos de degradación de la primera etapa son empleados por un segundo grupo, denominado ácido génico o formadores de ácidos, para producir ácidos orgánicos de diverso peso molecular. En etapas degradativas posteriores, estos ácidos orgánicos son llevados hasta ácido acético o acetato. Y a partir de ahí, un tercer grupo denominado metanogénico, lo utiliza para la producción de metano y de dióxido de carbono. Una ruta alternativa para la producción de metano se denomina metanogénesis reductiva, que emplea hidrógeno molecular y CO2 para producir metano. El proceso de degradación anaeróbica se produce entonces por la acción combinada de tres grupos tróficos, microorganismos, hidrolíticos fermentativos, microorganismos acidogénicos y microorganismos metanogénicos, sen etapas denominadas de igual manera como hidrólisis, fermentación, acidogénesis y metanogénesis. La etapa metanogénica es la etapa más lenta, y como etapa limitante, determina la velocidad global del proceso degradativo. Por su parte, los microorganismos metanogénicos son los más delicados y son prácticamente intolerantes al oxígeno presente en el medio donde se desarrollan. El ácido sulfhídrico, [unintelligible 00:02:55] o gas de alcantarilla, como también se le conoce, se produce en la etapa bioquímica paralela, denominada bio reducción de sulfato, mediada por bacterias anaeróbicas, llamadas bacterias reductoras de sulfato. Para la realización de estimaciones relacionadas con la producción de biogas de algunos materiales o residuos, suele emplearse la fórmula química representativa. Esta se deduce a partir de un análisis elemental de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre de los materiales o residuos que se desean someter a biodegradación para la producción de metano. Con los resultados de composición básica elemental así obtenidos, es posible derivar una fórmula química que representa la absorción orgánica completamente biodegradable. Por su parte, para estimar el grado de biodegradabilidad, es necesario realizar ensayos en condiciones controladas. El uso de la fórmula química representativa en un balance tiquiométrico permite estimar la cantidad máxima teórica que se podrá obtener de biogas, además de su proporción volumétrica respecto del dióxido de carbono. Eso sí, es necesario conocer la fracción completamente biodegradable del material o residuo a degradar. Otra información relevante que puede obtenerse desde ensayos a escala de laboratorio o piloto son las fracciones altamente, medianamente o escasamente biodegradables dentro de la fracción biodegradable mencionada. Con esta información, se podrá no solo estimar la cantidad máxima teórica de biogas generada, sino también la velocidad o cinética a la que se está transformando el residuo. Los factores que afectan el proceso de digestión anaeróbica son diversos. La temperatura,por ejemplo, suele empeorarse en dos rangos habituales. A escalas mesofílicas, con un óptimo cercano a los 35 grados, los digestores suelen diseñarse con un tiempo de residencia de unos 30 días. A escalas termofílicas, por su parte, con un óptimo cercano a los 55 grados, los digestores suelen diseñarse con un tiempo de residencia de unos 15 días. Esto quiere decir que si decido procesar una cierta cantidad de residuos en un digestor de volumen fijo a escalas termofílicas, los procesaré más rápidamente. Por su parte, si deseo procesar la misma cantidad de residuos en digestores diferentes, el digestor que opera a escalas termofílicas de temperaturas será de la mitad del volumen del digestor mesofílico. La conveniencia de utilizar una temperatura u otra dependéra de diversos factores. Entre ellos, del clima, de la ilación del sistema y de los costos de mezcla. Por otra parte, los digestores anaeróbicos suelen operar a bajas concentraciones de sólidos. Esto facilita el mezclado y el contenido del digestor, su alimentación y descarga del material digerido, conocido como digestato. Pero incrementará el volumen del mismo, dado el elevado contenido acuoso. Por su parte, más que la acidez del sistema a través de la medición en línea del pH, suele medirse de forma más conveniente la concentración de ácidos volátiles. Esta concentración aumentará en el digestor solo si el grupo de microorganismos metanogénicos ha muerto o se ha inactivado. Dada la presencia de CO2 en el sistema, el pH evidenciará esta situación solo cuando la capacidad base que este provee ha sido superada. Un esquema de proceso tradicional para los sistemas de producción de biogas incluyen instalaciones para la recepción y mezcla de los materiales o residuos a procesar. Uno o más digestores, un sistema de almacenamiento de gas a alta o baja presión, un sistema de combustión de biogas para la producción de electricidad y un sistema de post procesamiento de los materiales digeridos contenidos en el digestato. De forma empírica, se han colectado de diversas fuentes valores de producción de biogas a partir de materiales y residuos diversos. La tabla es un ejemplo de valores típicos para algunos materiales característicos, indicados en metros cúbicos de biogas en condiciones normales de presión y de temperatura. Como el proceso de digestión anaeróbica es mediado por microorganismos, los requerimientos nutricionales de estos podrán ser proporcionados con mucha mayor seguridad si la mezcla de residuos o materiales que se utilizan es más diversa. En consecuencia, la utilización de residuos de un solo tipo suelen presentar problemas para procesarse en sistemas de producción de biogas, habitualmente por carencias de micronutrientes. En resumen, el biogas está formado por una mezcla de gases. Entre ellos, los más relevantes son el metano y el dióxido de carbono. El proceso de producción de biogas se denomina biodigestión anaeróbica. Y se produce gracias a la acción de tres grupos microbianos que actúan en conjunto conjunto y seriadamente, para lograr la degradación secuencial de materiales biodegradables completos hasta metano y dióxido de carbono. Los grupos microbianos que participan en el proceso de digestión anaeróbica incluyen aquellos hidrolíticos y fermentativos, acidogénicos y metanogénicos. Los microorganismos metanogénicos son el grupo más susceptible de inactivarse, dada su elevada sensibilidad al oxígeno y a su metabolismo más lento respecto del de los otros grupos del proceso. El proceso de digestión anaeróbica tiene como objetivo primario la producción neta de energía, y como objetivo secundario la reducción másica de materiales como residuos. La producción de biogas puede desarrollarse a diversas escalas, y es una tecnología que contribuirá a la independencia y seguridad energética en diversos países del globo.
