El biogás juega un papel importante en la economía circular y en el marco de las energías renovables, especialmente en este contexto donde el objetivo es disminuir el uso de combustibles fósiles y conseguir alternativas para la generación de electricidad. ¿Cómo se obtiene y por qué ha llamado tanto la atención?, ¿realmente el biogás puede tener un impacto en un mundo más sostenible? ¡Te invitamos a conocer todas las respuestas en este artículo de Futuro Eléctrico!
Tabla de contenidos
¿Qué es el biogás?
El biogás se define como un tipo de gas producido por medios naturales o por la biodegradación de materia orgánica. Se considera que el biogás es una energía renovable que poco a poco se ha abierto paso en este sector, ya que pretende reducir al máximo posible el uso de combustibles fósiles.
Este tipo de gas es la única energía renovable que puede usarse para cualquiera de las grandes aplicaciones energéticas: eléctrica, térmica o como carburante, de acuerdo a lo indicado por el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía de España (IDAE).
Ahora bien, ¿quién descubrió el biogás? Su origen se puede remontar a la antigüedad, cuando los sumerios lo produjeron alrededor del año 3000 a.C. Posteriormente, en el año 1600, varios científicos identificaron a este gas como el que proviene de la descomposición de la materia orgánica.
Para 1800 Dalton, Henry y Davy describieron por primera vez la estructura química del metano, que se desprende de este gas. Pero no es hasta 1821 cuando se aclaró completamente la estructura química del biogás. En 1890, se construyó el primer biodigestor, donde se produce este gas, el cual estaba situado en la India.
La popularidad del biogás aumentó en los años 70 con la crisis energética. La investigación acerca de este tema se intensificó y se buscó nuevas formas de usarlo, especialmente en países de América Latina. Ahora, en las últimas veinte décadas el biogás ha llamado nuevamente la atención, motivado por los últimos descubrimientos sobre el proceso microbiológico y bioquímico que actúan en él.
Componentes del biogás
Los principales componentes del biogás son el metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), cuyas proporciones pueden variar en dependencia de la materia orgánica. En pequeñas cantidades también contiene hidrógeno (H2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2) y sulfuro de hidrógeno (H2S).
Los componentes de este tipo de gas varían como consecuencia de la tecnología usada para generarlo y de los materiales orgánicos empleados. Sin embargo, se puede decir que, comúnmente, está formado por una concentración entre 55 – 70% de metano, 30 – 45% de dióxido de carbono y menos del 5% de trazas de otros gases.
De igual manera, tiene una densidad de 1,2 kg/m³. Un poder calorífico entre 6 – 6,5 kWh/Nm³ así como una temperatura de ignición de 650 a 750°C. Por todos estos componentes y características, se dice que el biogás tiene un gran potencial para contribuir a reducir emisiones de gases de efecto invernadero.
¿Cómo se produce el biogás?
El biogás se obtiene a través de la digestión anaeróbica de la materia orgánica. Este proceso consta de cuatro etapas. Son las siguientes:
Hidrólisis (Primera Etapa): En esta primera etapa, lo más importante es que los compuestos orgánicos puedan atravesar la pared celular para aprovechar la materia orgánica. En este caso, se utilizan compuestos no disueltos de alto peso molecular, como las proteínas, grasas e hidratos de carbono. Hay algunos factores que pueden traer consecuencias o variaciones en la hidrólisis como la temperatura, el pH, el tamaño de las partículas, la composición bioquímica del sustrato, entre otros.
Acidogénesis o Acidificación (Segunda Etapa): La segunda etapa en el proceso de cómo se obtiene el biogás es a través de la acidogénesis. En esta fase, se da una transformación de las moléculas orgánicas solubles en compuestos útiles para las bacterias metanogénicas. De allí surge el ácido propiónico y el ácido butírico.
Acetogénesis (Tercera Etapa): Los productos de la segunda etapa ahora se convierten en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono para la obtención del biogás. Lo más característico de este etapa es que se aprovechan los compuestos que no pueden ser metabolizadas por las bacterias metanogénicas.
Metanogénesis (Cuarta Etapa): Se completa, finalmente, el proceso de descomposición o digestión anaeróbica mediante la producción de metano. En este caso, las bacterias metanogénicas actúan sobre todos los productos de las etapas anteriores.
Estas fases tienen lugar en las plantas de biogás. Para la correcta descomposición de la materia orgánica, estas plantas deben contar con algunos espacios básicos, entre ellos destacan los que a continuación se mencionan:
Receptores: Es el lugar donde se almacena la biomasa o sustrato.
Fermentadores o biodigestores: Es un sitio dentro de una planta de biogás con una temperatura estable cerca de 40 °C sin luz, ni oxígeno, donde la materia orgánica pasa de estado sólido a gas. El tiempo que puede permanecer esta materia en un biodigestor va desde un mes hasta dos meses.
Almacenamiento del biogás: Una vez que termina el proceso, se debe tener un lugar adecuado donde se dé el proceso de almacenamiento. Este espacio tiene que ser apto para contener el biogás y el digestato, que luego es utilizado como fertilizante orgánico.
Generadores de energía: Es donde el gas se transporta o inyecta directamente a la red o se transforma en energía eléctrica. Los generadores de energía pueden ser eléctricos, térmicos o de cogeneración, según el tipo de planta.
Para que la producción de biogás sea efectiva debe contar con desechos aptos. En ese sentido, ¿qué materiales pueden ser utilizados para la producción de biogás? Generalmente, vienen de vertederos urbanos o de lugares de ganadería. También se emplean estiércoles, purines y riles de la actividad pecuaria o lodos de plantas de tratamiento de aguas servidas (PTAS).
Nanotecnología para producir biogás
Científicos de la Universidad Autónoma de Barcelona y el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) desde el 2014 impulsan una tecnología llamada BiogásPlus. Sostienen que con nanotecnología y nanopartículas podrían triplicar la producción de biogás.
Según explican, el BiogásPlus facilita el uso de nanopartículas que funcionan como una especie de «aditivos» para las bacterias metanogénicas. Con estas nanopartículas, estos microorganismos pudiesen trabajar de una forma más eficiente y sostenible.
Este no es el único plan para aplicar la nanotecnología a la obtención del biogás. El proyecto NANOCLEAN impulsa la idea de introducir nanopartículas de óxido de hierro en el proceso de tratamiento de materia orgánica. Se espera que esta forma de producir biogás acelere el proceso y, además, genere nuevas fuentes de empleo.
Diferencia entre biomasa y biogás
La principal diferencia entre el biogás y la biomasa es que esta es utilizada para generar el biogás. Es decir, la biomasa son los compuestos orgánicos que pueden ser transformados en energía. Se encuentra, por lo usual, en la basura o desechos del hombre o animales. En cambio, el biogás es un tipo de gas generado por la degradación de la biomasa.
Sugerido:
Diferencia entre biogás y biometano
La diferencia entre el biogás y el biometano radica en que el segundo se produce tras la depuración del biogás (upgrading) y el aumento de la concentración de metano. Además, el biometano, por lo general, es utilizado para la propulsión de vehículos como gas natural comprimido (bioGNC) o gas natural licuado (bioGNL), mientras que la utilización más extendida del biogás es para generar calor y electricidad.
Es decir, su principal diferencia es que hay diferentes cantidades de concentración de metano. En el biometano se elimina el dióxido de carbono, aumentando los porcentajes de gas metano.
Ventajas y desventajas del biogás
Beneficios del biogás
Su empleo puede ser altamente ventajoso para la sanidad rural. Esto se debe a que reduce el consumo de leña, reduce el trabajo de las mujeres rurales y provee fertilizantes líquidos para los campos.
Con el biogás se pueden mejorar las condiciones del suelo, haciendo que se tengan mejores cultivos.
Facilita la desgasificación de vertederos de basura urbanos.
El correcto aprovechamiento del biogás puede servir para reducir las emisiones de los gases de efecto invernadero.
La materia prima que se necesita para obtener biogás puede ser considerada como inagotable. Además, no interfiere si las condiciones climáticas son desfavorables, como sucede con la energía eólica, por ejemplo.
Puede darle valor monetario a los restos o desechos agrícolas.
Desventajas del biogás
Una planta de biogás necesita grandes extensiones de tierra.
Es necesario darle prioridad a mejoras tecnológicas para la producción del biogás.
Las plantas necesariamente tienen que estar alejadas de centros urbanos, ya que desprenden mal olor difícil de neutralizar.
Si la materia orgánica tiene alta concentración de fibra puede afectar la digestión de las bacterias.
Se requieren medios de transportes adecuados para transportar la biomasa y los productos finales. Sin embargo, esto podría potencialmente aumentar las emisiones de dióxido de carbono.
Usos del biogás
Biogás para generar electricidad
Una de las preguntas más frecuentes es para qué sirve el biogás. Al respecto, uno de sus usos más extendidos del biogás es para la generación de electricidad. En ese sentido, es generada a partir de la transformación de energía química en energía mecánica, que finalmente se convierte en electricidad. Dentro de sus particularidades se encuentra que es bastante estable. Se puede producir a gran escala o para usos domésticos.
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Para calefacción
Se puede usar para calentar las viviendas en invierno o cuando desciendan las temperaturas, suministrando servicio de calefacción y agua caliente, cuando sea necesario.
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Combustible
El biometano, que se obtiene a partir del biogás refinado, podría ser excelente como combustible para distintos medios de transporte. De hecho, la empresa FlixMobility ya tiene una flota de autobuses que funcionan con biometano en Ámsterdam, Suecia, Noruega y Bruselas. FlixBus colabora con los proveedores de gas OG (OrangeGas) y Gasum para garantizar que estos buses funcionen al 100% con biometano.
Alimentación de plantas de energía térmica y eléctrica
En unidades combinadas de electricidad y calor, el biogás puede aprovecharse para la alimentación de motores de gas de combustión interna.
Gestión de residuos agrícolas
Los residuos agrícolas pueden llegar a ser una problemática. Sin embargo, el biogás reduce las emisiones de nitrógeno, gases de efecto invernadero y estiércol en la agricultura, ayudando tanto a este sector como al medioambiente.
Obtención de gas natural renovable
Mediante la transformación del biogás en biometano se puede obtener gas natural renovable que puede enviarse a los gasoductos. Por otro lado, el biogás puede utilizarse para alimentar lámparas o estufas caseras de gas.
Palabras finales
En definitiva, el biogás es una solución verde que puede bajar los niveles de contaminación ambiental y que también es neutro en cuanto a los niveles de emisión de gases de efecto invernadero. Su uso generalizado, sobre todo en los países industrializados, contribuirá a cumplir los objetivos de tener un mundo más sostenible en el futuro.
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