Biogás: el paso de los residuos agroindustriales a energía



Janeth Danel-Casesus, Dulce Ambriz-Pérez, David Santos-Ballardo
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Dentro de todas las energías renovables existentes la biomasa ha sobresalido por la versatilidad de productos energéticos que ofrece, donde destacan los biocombustibles; estos se pueden encontrar en estado sólido, líquido y gaseoso, además se clasifican en generaciones según su orden de aparición (Figura 2); por otro lado, las principales opciones como producto final son el biodiesel, bioetanol y el biogás.  

     La primera generación de biocombustibles se produce a partir de productos alimenticios ricos en azúcares y aceite como el maíz, maní o la caña de azúcar. Esta tiene como desventaja el gran uso de tierras y agua, además que se compite de manera directa con la producción de alimentos. Debido a lo anterior, nace una segunda generación de biocombustibles que no se relaciona directamente con la producción de alimentos, puesto que el principal recurso para esta generación de biocombustibles son los cultivos no alimenticios, tales como algunos árboles, herbáceas y residuos agrícolas que crecen en tierras marginadas y no necesitan demasiada agua. Sin embargo, estos cultivos son mucho más difíciles de procesar para la obtención de biocombustibles que los cultivos de la primera generación, puesto que presentan una estructura molecular más compleja. 

     Con el avance de la ciencia y tecnología surgieron los biocombustibles de tercera generación, los cuales se elaboran a partir de algas y no se necesitan tierras fértiles ni agua, utilizando lo mismo microalgas que algunos tipos de levaduras y hongos. Las algas, como cultivo, tienen la ventaja de que presentan un rápido crecimiento y producen grandes cantidades de aceite en comparación con otros cultivos energéticos. Además, su procesamiento para la obtención de biocombustibles es menos complicado que el necesario para biocombustibles de la segunda generación y, finalmente, no se necesitan tierras fértiles ni agua de riego para su cultivo.  

     La última generación de biocombustibles se produce a partir de microorganismos que han sido modificados genéticamente, como las microalgas y algunos tipos de levaduras y hongos. Esta tecnología tiene el objetivo de mejorar las bondades que nos ofrecen estos microorganismos para desarrollar una mejora notable en los biocombustibles tanto en el aspecto económico como en el cuidado al medio ambiente.  

     Dentro de las generaciones de biocombustibles, los desarrollados a partir de residuos del sector productivo (que entran en la segunda generación) han suscitado un gran interés debido a que presentan una doble función: la generación de energía renovable y la disminución de la carga orgánica que las industrias arrojan al ambiente, logrando con esto aminorar los impactos ambientales. 

 

BIOGÁS A PARTIR DE RESIDUOS… ¡QUÉ BUENA IDEA! 

 

El biogás es uno de los principales biocombustibles que se han estado desarrollando desde hace mucho tiempo, está compuesto principalmente por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y algunas impurezas conocidas como gases traza. Este se puede emplear para la generación de electricidad y/o para producción de calor. Aunque el biogás es uno de los principales biocombustibles en la actualidad, su poder calorífico es inferior al del gas natural y al gas LP; por otro lado, su transformación de residuos agroindustriales, agroindustrias, cocinas domésticas, fruterías y supermercados que no tenían ningún otro aprovechamiento, lo hace viable tanto económica como ecológicamente.  

     Entonces, surge la pregunta ¿qué residuos se pueden utilizar? Una excelente opción son los residuos agroindustriales, que son aquellos residuos que provienen de la industria agrícola, ganadera o forestal. En otras palabras, son los residuos que surgen de la producción de alimentos o materias primas que son destinadas al mercado. Se considera que estos residuos presentan un excelente potencial para la producción de biogás, debido a que este biocombustible es muy versátil en cuanto a la materia prima necesaria para su producción. Esto quiere decir que la mayoría de los residuos agrícolas, e inclusive algunos cultivos dañados, son una buena opción para la producción de biogás debido a su origen, suministro y composición.  

     Por otro lado, el proceso por el cual se realiza la producción de biogás es conocido como biodigestión o digestión anaerobia. Esta es prácticamente la degradación de materia orgánica efectuada por microorganismos en ausencia de oxígeno; lo que lleva a la producción de biogás y biofertilizante.  

     La digestión anaerobia consta de 4 etapas secuenciales: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. Dicho proceso se lleva a cabo en un biodigestor. 

     ¿Qué es un biodigestor? En sí, el biodigestor es un tanque o recipiente que se encuentra cerrado herméticamente. Principalmente cuenta con una cámara de fermentación donde se da lugar la degradación de la materia orgánica después de su debido tiempo de retención, mientras que el biogás producido se almacena en la cúpula del mismo, que es la parte superior del tanque. Además, una vez terminado el proceso, se obtiene un digesto líquido completamente homogéneo que debido a su origen es rico en nutrientes, por lo que se considera un excelente fertilizante de suelos. O sea que del mismo proceso ¡se obtienen dos productos! 

     La producción de biogás ofrece diversos beneficios socioeconómicos y medioambientales. El principal aspecto positivo que se recalca es que a partir de residuos (que representan una amenaza para el ambiente) se pueden generar productos de valor energético como el biogás y biofertilizante, mediante el proceso. 

 

Y HABLANDO DE ECONOMÍA...  

 

En la mayoría de los países europeos se busca un correcto manejo de los residuos y un beneficio adicional a partir de los mismos, por lo que normalmente y de manera constante se separan los residuos orgánicos de los demás, principalmente para la producción de biogás, ayudando con ello a disminuir las emisiones de los gases de efecto invernadero provenientes de los mismos.  

     Otra forma de reducir las emisiones de estos gases es recolectando el biogás producido de los vertederos o basureros mediante membranas, para su posterior purificación y comercialización, aprovechando de esta forma la producción de biogás natural para la generación de energía eléctrica mediante su combustión. Además, se ha reportado que la producción y la comercialización de biogás y biometano en Europa es muy significativa, y aunque el número existente de plantas productoras de biogás se mantiene, se ha presentado un aumento considerable en la producción de las mismas. 

     Por otro lado, la generación de biogás en México genera una atractiva perspectiva de viabilidad económica ya que, con solo considerar la cantidad de desechos alimenticios provenientes de las agroindustrias, cocinas domésticas, fruterías y supermercados, queda claro que se trata de un tipo de residuo sumamente abundante, al que actualmente no se le da ningún valor y con un alto potencial para utilizarlo.  

     Si estos se utilizaran para la producción de biogás y biometano, se estaría aprovechando un subproducto para la obtención de dos productos de gran valor agregado; biogás y biofertilizante. En un panorama ideal, el biofertilizante producido se podría utilizar como moneda de cambio para pequeños agricultores cercanos, intercambiándolo por productos agrícolas.  

     Esto en busca de generar un interés de la comunidad hacia la separación de los residuos orgánicos. La potencial ganancia que tendrían los productores agrícolas en este intercambio sería el ahorro de no tener que comprar fertilizantes químicos, mejorando a su vez la condición de los suelos de cultivo. 

     Además, en algunas comunidades rurales cuya principal actividad económica es la agricultura, la producción de biogás traería consigo aspectos positivos como la sustitución definitiva de leña para actividades domésticas o acceso a la electricidad en caso de que las viviendas no cuenten con ella, lo que ayudaría a disminuir significativamente el riesgo a padecer enfermedades respiratorias originadas por la exposición continua al humo, además de mejorar la calidad de vida de las personas. También, los agricultores estarían produciendo su propio biofertilizante para sus plantaciones, aspecto que ayudaría a tener mejores resultados en el desarrollo de las mismas y en sus cosechas.  

     Todo esto contribuiría a la mejora de la economía local y generación de empleos en zonas rurales bajo la perspectiva de un desarrollo económico y social.  

     Por otro lado, en las zonas urbanas, la separación de los residuos orgánicos y su uso para generar biometano pondría al alcance de la población una fuente energética que podría tener un bajo costo, lo que motivaría a las personas tanto a continuar separando la basura como a utilizar las energías renovables.  

 

REFERENCIAS

 

Bowyer J, Howe J, Levins R, Groot H, Fernholz K, Pepke E and Henderson C (2018). Third generation biofuels implications for wood-derived fuels. DOVETAIL PARTNERS, INC. Recuperado de: https://www.dovetailinc.org/upload/tmp/1579552807.pdf

Cury K, Aguas Y, Martínez A, Olivero R y Chams LCh (2017). Residuos agroindustriales su impacto, manejo y aprovechamiento. Revista Colombiana De Ciencia Animal-RECIA 9(S1):122-132. 

FAO (2011). Manual de biogás. Recuperado de: http://www.fao.org/3/as400s/as400s.pdf

Gobierno de Santa Fe (2019). Manual de uso del biodigestor. Bioenergías Santa Fe. Recuperado de: https://www.santafe.gob.ar/ms/academia/wp-content/uploads/sites/27/2019/09/Manual-de-uso-de-biodigestores-1000l.pdf

González-Martínez G (2019). Producción de Biogás a partir de la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos (FORSU). Gaceta Instituto de Ingeniería UNAM 1(135):15-17. 

Pramanik SK, Suja FB, Zain SM and Pramanik BK (2019). The anaerobic digestion process of biogas production from food waste: Prospects and constraints. Bioresource Technology Reports 8:100310. 

Ramos FD, Díaz MS y Villar MA (2016). Biocombustibles. Ciencia Hoy 25(147):69-73. 

Romanelli GP, Ruiz DM y Pasquale GA (2016). Química de la biomasa y los biocombustibles. Series: Libros de Cátedra. Editorial de la Universidad Nacional de La Plata (EDULP). 

Wellinger A, Murphy J and Baxter D (2013). The Biogas Handbook. Science, production and applications. Woodhead Publishing.

 

Janeth Danel-Casesus 
Unidad Académica de Ingeniería en Energía 
Universidad Politécnica de Sinaloa, México 
 
Dulce Ambriz-Pérez 
Unidad Académica de Ingeniería en Energía 
Maestría en Ciencias Aplicadas 
Universidad Politécnica de Sinaloa, México 
 
David Santos-Ballardo 
Unidad Académica de Ingeniería en Energía 
Maestría en Ciencias Aplicadas 
Universidad Politécnica de Sinaloa, México 

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