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Biogás: Beneficio neto

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Una de las características que se le atribuyen a la civilización actual es la de ser productor de residuos, y hay razones para ello. De hecho, en las ciudades más grandes del mundo, cada habitante produce miles de kilos de basura al año, lo que conlleva serios problemas: ¿Qué hacer con este montón de residuos?

En los alrededores de estas ciudades ya no hay espacio para la ubicación de los vertederos y cada vez hay que llevar las basuras más lejos. Los residuos se están convirtiendo en oro y su transporte y eliminación ha costado mucho.

Además, hay que tener en cuenta que los productores de residuos no son sólo ciudadanos individuales, sino que también otras empresas colaboran en ello.

Es cierto que muchos de estos residuos volverán espontáneamente a la naturaleza. ¿Pero cuándo? La velocidad de rotación natural de las sustancias es muy lenta respecto al proceso más tecnológico. Además, si el residuo se abandona, se vuelve contaminante en detrimento del medio ambiente.

Lo ideal sería que la sociedad había planificado previamente la dirección del producto. Pero a pesar de que la ciencia trata de solucionar el problema, el tema sigue siendo complicado.

En las siguientes líneas vamos a tratar de solucionar el problema por una de las vías identificadas, la transformación de los residuos en biogás. Parece ser que es un camino con mucho éxito.

Han pasado ya 200 años desde que se descubrió el aire inflamable o metano. Este gas se podía encontrar en cualquier lugar donde la descomposición de sustancias orgánicas se producía sin oxígeno. La formación de metano en el lodo de los embalses, lagos, ríos, mares y aguas de congestión es un proceso biológico llevado a cabo gracias a bacterias anaeróbicas, es decir, bacterias que viven sin oxígeno.

Pero no sólo eso. Desarrollando esta idea, se ha demostrado que este proceso de metanización de las sustancias orgánicas tiene lugar también en el vientre de la tierra, por lo que muchos de los yacimientos de gas natural formados a lo largo de los siglos se debían a la actividad vital de las bacterias.

En el siguiente paso, las teorías sobre el origen biológico del metano y los graves problemas ecológicos trataron de incorporar a los investigadores la idea de elaborar industrialmente metano con residuos orgánicos. ¿Por qué no acelerar el mecanismo de uso de sustancias orgánicas si las velocidades de los procesos tecnológicos realizados voluntariamente por la civilización son mucho mayores que las de la rotación natural de las sustancias? Establecerían condiciones a las bacterias que podrían resultar cómodas y producirían metano más fuerte que en las raíces del planeta.

A partir de esta idea se comenzó a construir las primeras instalaciones para obtener biogás y fertilizantes a partir de los residuos generados en las ganaderías. Posteriormente han aumentado. Paralelamente se empezaron a romper otras vías de la bioenergía, como las orgánicas, la síntesis del gas, la materia prima de la gasolina artificial, etc... Sin embargo, la solución más adecuada era el camino hacia el biogás.

Mecanismo de producción de metano

Antes de analizar las posibilidades de uso del biogás, indicaremos un poco el mecanismo de producción de metano.

El biogás se produce como consecuencia de la fermentación de sustancias orgánicas, que se produce mediante la mezcla natural de microorganismos en situaciones estrictamente anaeróbicas, en reactores especiales de 1 a 9 mil m3. Es cierto que los residuos que se cargan en los reactores contienen cierta cantidad de oxígeno, pero esto será absorbido inmediatamente por bacterias denominadas anaerobias facultativas. Estas bacterias son capaces de desarrollarse en gas habitable o de llevar una vida anaeróbica sin ella.

La temperatura de fermentación se elige en función de los residuos y su contaminación. Si los residuos son sanitarios limpios se utilizará el régimen mesofílico (30-40°C). Si tienen microbios peligrosos a eliminar, huevos de brelminto, semillas de malas hierbas, etc., o si la aceleración del proceso es importante, el régimen a elegir será el termofilo (55-60°C). A temperaturas tan elevadas, el microflora patógeno se entrega y el mismo proceso dura entre 5 y 10 días en lugar de 20.

En los reactores, la sustancia orgánica atraviesa una compleja vía de transformación. Los primeros polímeros biológicos (proteínas, grasas, polisacáridos, ácidos nucleicos y otros) son hidrolizados por grupos específicos de bacterias, debido a la formación de compuestos más simples (alcoholes de alto peso molecular, ácidos orgánicos, péptidos, aminoácidos, etc.).

Por su parte, se fermentan con bacterias acidificantes que se convierten en ácidos grasos volátiles, alcoholes de bajo peso molecular, hidrógeno, gas carbónico, amoniaco y sulfuros de hidrógeno. Estas sustancias son sometidas a un proceso de descomposición posterior, obteniendo ácido acético y formal, hidrógeno, gas carbónico y microorganismos acetógenos. Finalmente, las bacterias metanógenas son las responsables de la liberación del biogás, cuyos componentes son metano (70%) y gas carbónico (30%).

Los residuos de ganaderías y granjas avícolas tienen por sí mismos una mezcla de trabajo de microorganismos. Para su actividad binaria basta con seleccionar el pH (es decir, la concentración de iones de hidrógeno) a la temperatura adecuada para la descomposición de las sustancias orgánicas y la velocidad de llegada de la materia prima al reactor. Para la fermentación en reactores en otros residuos se incluye una mezcla adicional de cultivo especialmente preparada para ello. Por el momento, el sistema metanogenético no está suficientemente estudiado, pero funciona con fiabilidad y es posible utilizar prácticamente todas las sustancias orgánicas del vertedero.

En la descomposición de sustancias orgánicas no sólo se forma biogás, sino que también se obtiene lodo con nitrógeno mineralizado, fósforo, potasio, etc. El lodo puede utilizarse como abono.

En las centrales de biogás el lodo se obtiene como resultado de la elaboración de sedimentos de las aguas fecales urbanas. En los reactores, debido a la temperatura (50-55°C) sufre una verdadera purificación sanitaria, por lo que es capaz de utilizarla en agricultura.

Esta tecnología ha seguido otra línea. Se ha conseguido el 5% de la velocidad de fermentación. La parte de biomasa fermentada en el reactor se extrae y se mezcla con la materia prima procedente de la tubería. Además, la descomposición de sustancias orgánicas producidas por los microbios comienza antes de que ésta llegue al reactor. Se ha conseguido que la periodicidad del proceso principal sea cinco veces menor, con lo que se ha conseguido reducir el volumen de los reactores y los gastos de construcción de los mismos.

Pero también se están realizando pruebas para acelerar el proceso de fermentación metánica de otra manera. El conocimiento de las especies de bacterias anaeróbicas que intervienen en la reacción permitirá, mediante una alternativa dirigida, la obtención de stocks vacunales de alta actividad. Su inclusión en el reactor provocará una fermentación intensa.

Por otra parte, ya se ha descrito la reacción de descomposición del ácido acético hasta el metano. Se conoce que los ácidos di- tricarboxílicos (productos intermedios de la descomposición de algunas especies de sustancias orgánicas) son fuertes catalizadores en la síntesis de metano a nivel celular ( in vivo ) en la unión metanogenética, lo que permite acelerar una de las cadenas de metanización de sustancias orgánicas, aumentar en 10 veces la formación de biogás y aumentar la velocidad.

Los modernos métodos tecnológicos para la producción de biogás están calculados para utilizar residuos líquidos con una humedad superior al 85%. Esto, evidentemente, ofrece una gran ventaja, ya que el proceso de fermentación se realiza de forma ininterrumpida. Pero también es cierto que en la Tierra hay más sustancias orgánicas secas y, según las tecnologías conocidas, para llevar a cabo estos procesos se necesita mucha agua. Por ejemplo, para la elaboración de 60 millones de toneladas de residuos sólidos en nuestras ciudades se necesitarían mil millones de m3 de agua al año. Y además luego habría que pulverizarlos. No obstante, se está avanzando en la construcción de tecnología para la obtención de biogás por fermentación de residuos con un 60% de sustancia seca.

Otra materia prima prometedora es la invención. Sus reservas mundiales rondan los 270 mil millones de toneladas, o lo que es lo mismo, 100 billones de m3 de biogás y abonos organo-minerales.

El biogás también se puede extraer de algas y halogilos especialmente cultivados para ello en el suelo o en el agua. La plantación industrial de este tipo de biomasa energética puede realizarse en marismas o embalses. Según los estudios que se están realizando, cada día se pueden recoger 20 g de plantas por m 2 de superficie de agua durante el periodo de vegetación estival. De esta forma se puede obtener 24 t de biomasa por hectárea al final del verano. Tras su elaboración en reactores, aportará 12 mil m 3 de gas, equivalente a 10-12 toneladas de combustibles convencionales.

Apoyo a las explotaciones petrolíferas

Actualmente, las reservas mundiales de petróleo exploradas alcanzan los 200 mil millones de toneladas. Los métodos modernos para su producción son capaces de alcanzar sólo el 40-50%, es decir, 100 mil millones de toneladas quedarán sin utilizar. Para aprovechar este camino también se están llevando a cabo estudios en la creación de biotecnología para la gasificación del petróleo residual. El objetivo es transformar la gasificación del petróleo residual en biogás con la ayuda de bacterias metanoformadoras y extraerla al exterior.

El uso práctico de estos procesos estudiados contribuirá al desarrollo más intensivo de la industria del biogás.

Como conclusión

Como hemos visto, los residuos orgánicos generados en nuestras casas, fábricas y caseríos (restos de comida, rastrojos, cerdos, cerdos, ...) pueden tener un uso muy apreciable. Hasta ahora estos residuos se perdían en vertederos y a menudo se convertían en alimento de ratas e insectos que son portadores y transmisores de enfermedades contaminantes. La metanización de los residuos orgánicos, es decir, su transformación en gas, puede ser una importante fuente de energía renovable a corto plazo.