Taller – Biodigestores y Biogas

Taller – Biodigestores y Biogas Paraguay 21/06/2012 Pilar.Roman@fao.org

Índice Ronda de experiencias Introducción al Biogas Tipos de biodigestores: Características y limitantes Estudios de caso

Proceso Anaeróbico • La digestión anaeróbica es un proceso biológico complejo y degradativo en el cual parte de los materiales orgánicos de un substrato (residuos animales y vegetales) son convertidos en biogás, mezcla de dióxido de carbono y metano con trazas de otros elementos, por un consorcio de bacterias que son sensibles o completamente inhibidas por el oxígeno o sus precursores (e.g. H2O2). Utilizando el proceso de digestión anaeróbica es posible convertir gran cantidad de residuos, residuos vegetales, estiércoles, efluentes de la industria alimentaria y fermentativa, de la industria papelera y de algunas industrias químicas, en subproductos útiles. En la digestión anaerobia más del 90% de la energía disponible por oxidación directa se transforma en metano, consumiéndose sólo un 10% de la energía en crecimiento bacteriano frente al 50% consumido en un sistema aeróbico. • En la digestión anaeróbica, los microorganismos metanogénicos desempeñan la función de enzimas respiratorios y, junto con las bacterias no metanogénicas, constituyen una cadena alimentaria que guarda relación con las cadenas enzimáticas de células aeróbicas. De esta forma, los residuos orgánicos se transforman completamente en biogás que abandona el sistema. Sin embargo, el biogás generado suele estar contaminado con diferentes componentes, que pueden complicar el manejo y aprovechamiento del mismo.

Etapas de la fermentación metanogénica • 1. Hidrólisis • 2. Etapa fermentativa o acidogénica • 3. Etapa acetogénica • 4. Etapa metanogénica La primera fase es la hidrólisis de partículas y moléculas complejas (proteínas, carbohidratos y lípidos) que son hidrolizadas por enzimas extracelulares producidas por los microorganismos acidogénicos o fermentativos. Como resultado se producen compuestos solubles más sencillos (aminoácidos, azúcares y ácidos grasos de cadena larga) que serán metabolizados por las bacterias acidogénicas dando lugar, principalmente, a ácidos grasos de cadena corta, alcoholes, hidrógeno, dióxido de carbono y otros productos intermedios. Los ácidos grasos de cadena corta son transformados en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono, mediante la acción de los microorganismos acetogénicos. Por último, los microorganismos metanogénicos producen metano a partir de ácido acético, H2 y CO

Biogas Un metro cúbico de biogás totalmente combustionado es suficiente para: • - Generar 6 horas de luz equivalente a un bombillo de 60 watt. • - Poner a funcionar un refrigerador de 1 m3 de capacidad durante 1hora. • - Hacer funcionar una incubadora de 1 m3 de capacidad durante 30 minutos. • - Hacer funcionar un motor de 1 HP durante 2 horas.

Biodigestor - Aplicaciones A pequeña y mediana escala, el biogas ha sido utilizado en la mayor parte de los casos para cocinar en combustión directa en estufas simples. Sin embargo, también puede ser utilizado para iluminación, y para calefacción. También ayuda a la transformación de los desechos. • Mejora de la capacidad fertilizante del estiércol • Control de patógenos • Control de olores • El efluente se puede usar como alimento en lombricultura

Biodigestor - Parámetros Considerando que las bacterias son el ingrediente esencial del proceso, por ello es necesario mantenerlas en condiciones que permitan asegurar y optimizar su ciclo biológico. Los principales parámetros en la producción del biogas son: • Temperatura • Tiempo de retención • Relación Carbono/Nitrógeno • pH • Agitación

Materias primas que se pueden usar en la fermentación metanogénica

Clasificación de los sustratos para digestión anaeróbica

Tipo de biodigestores Componentes de un digestor: • Reactor o contenedor de las materias primas a digerir • Contenedor de gas, con los accesorios para salida de biogás, • Entrada o carga de materias orgánicas primas • Salida o descarga de materias orgánicas estabilizadas.

Biodigestor - Características Para una buena operación: • Hermético, para evitar fugas de gas. • Térmicamente aislado, para evitar cambios bruscos de temperatura • Acceso para mantenimiento • Debe tener un medio para romper las natas que se forman

Biodigestores en el medio rural Clasificación según su alimentación o carga en los siguientes tipos: a) Continuos: Cuando la alimentación del digestor es un proceso ininterrumpido, el efluente que descarga es igual al afluente o material de carga (que entra al digestor), con producciones de biogás, uniformes en el tiempo. Son utilizados principalmente para el tratamiento de aguas negras. Corresponde a plantas de gran capacidad, tipo industrial. b) Semi continuos: Cuando la primera carga que se introduce al digestor consta de una gran cantidad de materias primas . Posteriormente, se agregan volúmenes de nuevas cargas de materias primas (afluente), calculados en función del tiempo de retención hidráulico (TRH) y del volumen total del digestor. Se descarga el efluente regularmente en la misma cantidad del afluente que se incorporó. Este proceso es usado en el medio rural, cuando se trata de sistemas pequeños para uso doméstico. Los diseños más populares son el digestor Indiano y Chino. c) Discontinuos o régimen estacionario: Los digestores se cargan con las materias primas en una sola carga o lote. Después de un cierto período de fermentación, cuando el contenido de materias primas disminuye y el rendimiento de biogás decae a un bajo nivel, se vacían los digestores por completo y se alimentan de nuevo dando inicio a un nuevo proceso de fermentación. Esto se conoce también como digestores Batch o Batelada.

Modelo chino 30-60 dias de retención 0.15-0.20 v/v (gas/digestor) por dia Poco eficiente para generar biogas Usado para producir bioabono

Modelo indiano 15-25 dias de retención 0.50-1 v/v (gas/digestor) por dia Buena eficiencia en producción de biogas

Biodigestor de polietileno

Criterios a tener en cuenta • Inversión que se está dispuesto a realizar. b) Energía que se quiere obtener. c) La biomasa con que se cuenta para alimentar el digestor. d) Las características del lugar en cuanto a profundidad del nivel freático o mantos rocosos. e) El tamaño requerido del digestor

Elección del sitio para el biodigestor a) Debe estar cerca del lugar donde se consumirá el gas, pues las tuberías son caras y las presiones obtenibles no permiten el transporte a distancias mayores de 30 metros. b) Se debe encontrar cerca del lugar donde se recogen los desperdicios para evitar el acarreo que tarde o temprano atentará contra una operación correcta del biodigestor, e implicara mayores costos. c) Debe estar en un lugar cercano al de almacenamiento del efluente y con una pendiente adecuada para facilitar el transporte y salida del mismo. d) Debe estar a por lo menos 10 – 15 metros de cualquier fuente de agua para evitar posibles contaminaciones. e) Debe ubicarse preferentemente protegido de vientos fríos y donde se mantenga relativamente estable la temperatura, tratando de que reciba el máximo de energía solar

Cálculo según necesidad energética • Familia de 4 personas: Se tiene una cocina de dos fogones, cada fogón consume 75 l/hr. La cocina se usa 3 horas al día con ambos fogones. ¿Qué cantidad de biogas se consumiría al día? 75l/h x 2fogones x 3horas= 450 litros biogas O lo que es lo mismo: 0,45 m3 de biogas 0,54 kg de biogas

Cálculo según materia prima A tener en cuenta: 400-600 litros (0.4-0.6 m3) biogas por kg de materia orgánica Productor con 5 bovinos y 5 cerdos ¿Qué cantidad de biogas produciría al día y qué volumen de digestor necesitaría? . Producción de Biogas: (5 vacas x 0,6m3) + (5 cerdos x 0,13m3) = 3.65 m3 Volúmen digestor: Kg estiercol+litros agua Bovino: 75 + 75 ------ Cerdo: 12.5+ 37,5 ------ total: 200 litros dia Total dias 35: 200 x 35 = 7000 m3 Volúmen digestor: 7m3

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