Biogás: Beneficio neto

1988/02/01 Jauregi, Mariaje - Elhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Energia berriztagarriak

Nos arredores destas cidades xa non hai espazo paira a localización dos vertedoiros e cada vez hai que levar os lixos máis lonxe. Os residuos están a converterse en ouro e o seu transporte e eliminación custou moito.

Ademais, hai que ter en conta que os produtores de residuos non son só cidadáns individuais, senón que tamén outras empresas colaboran niso.

É certo que moitos destes residuos volverán espontaneamente á natureza. Pero cando? A velocidade de rotación natural das sustancias é moi lenta respecto ao proceso máis tecnolóxico. Ademais, si o residuo abandónase, vólvese contaminante en detrimento do medio ambiente.

O ideal sería que a sociedade planificara previamente a dirección do produto. Pero a pesar de que a ciencia trata de solucionar o problema, o tema segue sendo complicado.

Nas seguintes liñas imos tratar de solucionar o problema por unha das vías identificadas, a transformación dos residuos en biogás. Parece ser que é un camiño con moito éxito.

Pasaron xa 200 anos desde que se descubriu o aire inflamable ou metano. Este gas podíase atopar en calquera lugar onde a descomposición de sustancias orgánicas producíase sen osíxeno. A formación de metano no lodo dos encoros, lagos, ríos, mares e augas de conxestión é un proceso biolóxico levado a cabo grazas a bacterias anaeróbicas, é dicir, bacterias que viven sen osíxeno.

Pero non só iso. Desenvolvendo esta idea, demostrouse que este proceso de metanización das sustancias orgánicas ten lugar tamén no ventre da terra, polo que moitos dos xacementos de gas natural formados ao longo dos séculos debíanse á actividade vital das bacterias.

No seguinte paso, as teorías sobre a orixe biolóxica do metano e os graves problemas ecolóxicos trataron de incorporar aos investigadores a idea de elaborar industrialmente metano con residuos orgánicos. Por que non acelerar o mecanismo de uso de sustancias orgánicas se as velocidades dos procesos tecnolóxicos realizados voluntariamente pola civilización son moito maiores que as da rotación natural das sustancias? Establecerían condicións ás bacterias que poderían resultar cómodas e producirían metano máis forte que nas raíces do planeta.

A partir desta idea comezouse a construír as primeiras instalacións paira obter biogás e fertilizantes a partir dos residuos xerados nas gandarías. Posteriormente aumentaron. Paralelamente empezáronse a romper outras vías da bioenergía, como as orgánicas, a síntese do gas, a materia prima da gasolina artificial, etc... Con todo, a solución máis adecuada era o camiño cara ao biogás.

Mecanismo de produción de metano

Antes de analizar as posibilidades de uso do biogás, indicaremos un pouco o mecanismo de produción de metano.

A aplicación de novos métodos de cría de animais en granxas e caseríos permite a acumulación de gran cantidade de residuos orgánicos. O manexo dos ouriños de porco que se xera nas txerritegias e os problemas que se expoñen no manexo dos residuos das gallinerías son coñecidos. O biogás pode ser una solución.

O biogás prodúcese como consecuencia da fermentación de sustancias orgánicas, que se produce mediante a mestura natural de microorganismos en situacións estritamente anaeróbicas, en reactores especiais de 1 a 9 mil m3. É certo que os residuos que se cargan nos reactores conteñen certa cantidade de osíxeno, pero isto será absorbido inmediatamente por bacterias denominadas anaerobias facultativas. Estas bacterias son capaces de desenvolverse en gas habitable ou de levar una vida anaeróbica sen ela.

A temperatura de fermentación elíxese en función dos residuos e a súa contaminación. Se os residuos son sanitarios limpos utilizarase o réxime mesofílico (30-40°C). Se teñen microbios perigosos a eliminar, ovos de brelminto, sementes de malas herbas, etc., ou se a aceleración do proceso é importante, o réxime a elixir será o termofilo (55-60°C). A temperaturas tan elevadas, o microflora patógeno entrégase e o mesmo proceso dura entre 5 e 10 días en lugar de 20.

Nos reactores, a sustancia orgánica atravesa una complexa vía de transformación. Os primeiros polímeros biolóxicos (proteínas, graxas, polisacáridos, ácidos nucleicos e outros) son hidrolizados por grupos específicos de bacterias, debido á formación de compostos máis simples (alcois de alto peso molecular, ácidos orgánicos, péptidos, aminoácidos, etc.).

Pola súa banda, se fermentan con bacterias acidificantes que se converten en ácidos grasos volátiles, alcois de baixo peso molecular, hidróxeno, gas carbónico, amoníaco e sulfuros de hidróxeno. Estas sustancias son sometidas a un proceso de descomposición posterior, obtendo acedo acético e formal, hidróxeno, gas carbónico e microorganismos acetógenos. Finalmente, as bacterias metanógenas son as responsables da liberación do biogás, cuxos compoñentes son metano (70%) e gas carbónico (30%).

A aplicación de novos métodos de cría de animais en granxas e caseríos permite a acumulación de gran cantidade de residuos orgánicos. O manexo dos ouriños de porco que se xera nas txerritegias e os problemas que se expoñen no manexo dos residuos das gallinerías son coñecidos. O biogás pode ser una solución.

Os residuos de gandarías e granxas avícolas teñen por si mesmos una mestura de traballo de microorganismos. Paira a súa actividade binaria basta con seleccionar o pH (é dicir, a concentración de iones de hidróxeno) á temperatura adecuada paira a descomposición das sustancias orgánicas e a velocidade de chegada da materia prima ao reactor. Paira a fermentación en reactores noutros residuos inclúese una mestura adicional de cultivo especialmente preparada paira iso. Polo momento, o sistema metanogenético non está suficientemente estudado, pero funciona con fiabilidade e é posible utilizar practicamente todas as sustancias orgánicas do vertedoiro.

Na descomposición de sustancias orgánicas non só se forma biogás, senón que tamén se obtén lodo con nitróxeno mineralizado, fósforo, potasio, etc. O lodo pode utilizarse como abono.

Desperdicio de materia orgánica en vertedoiros.

Nas centrais de biogás o lodo obtense como resultado da elaboración de sedimentos das augas fecais urbanas. Nos reactores, debido á temperatura (50-55°C) sofre una verdadeira purificación sanitaria, polo que é capaz de utilizala en agricultura.

Esta tecnoloxía seguiu outra liña. Conseguiuse o 5% da velocidade de fermentación. A parte de biomasa fermentada no reactor extráese e mestúrase coa materia prima procedente da tubaxe. Ademais, a descomposición de sustancias orgánicas producidas polos microbios comeza antes de que esta chegue ao reactor. Conseguiuse que a periodicidade do proceso principal sexa cinco veces menor, co que se conseguiu reducir o volume dos reactores e os gastos de construción dos mesmos.

Pero tamén se están realizando probas paira acelerar o proceso de fermentación metánica doutra maneira. O coñecemento das especies de bacterias anaeróbicas que interveñen na reacción permitirá, mediante unha alternativa dirixida, a obtención de stocks vacunales de alta actividade. A súa inclusión no reactor provocará una fermentación intensa.

Por outra banda, xa se describiu a reacción de descomposición do ácido acético até o metano. Coñécese que os ácidos dei- tricarboxílicos (produtos intermedios da descomposición dalgunhas especies de sustancias orgánicas) son fortes catalizadores na síntese de metano a nivel celular ( in vivo ) na unión metanogenética, o que permite acelerar una das cadeas de metanización de sustancias orgánicas, aumentar en 10 veces a formación de biogás e aumentar a velocidade.

Planta de xeración de biogás situada en Moscova. En cada un destes reactores fórmanse 12.000 m 3 biogás diarios.

Os modernos métodos tecnolóxicos paira a produción de biogás están calculados paira utilizar residuos líquidos cunha humidade superior ao 85%. Isto, evidentemente, ofrece una gran vantaxe, xa que o proceso de fermentación realízase de forma ininterrompida. Pero tamén é certo que na Terra hai máis sustancias orgánicas secas e, segundo as tecnoloxías coñecidas, paira levar a cabo estes procesos necesítase moita auga. Por exemplo, paira a elaboración de 60 millóns de toneladas de residuos sólidos nas nosas cidades necesitaríanse mil millóns de m3 de auga ao ano. E ademais logo habería que pulverizarlos. No entanto, está a avanzarse na construción de tecnoloxía paira a obtención de biogás por fermentación de residuos cun 60% de sustancia seca.

Outra materia prima prometedora é a invención. Os seus reservas mundiais roldan os 270 mil millóns de toneladas, ou o que é o mesmo, 100 billóns de m3 de biogás e abonos organo-minerais.

O biogás tamén se pode extraer de algas e halogilos especialmente cultivados paira iso no chan ou na auga. A plantación industrial deste tipo de biomasa enerxética pode realizarse en marismas ou encoros. Segundo os estudos que se están realizando, cada día pódense recoller 20 g de plantas por m 2 de superficie de auga durante o período de vexetación estival. Desta forma pódese obter 24 t de biomasa por hectárea ao final do verán. Tras a súa elaboración en reactores, achegará 12 mil m 3 de gas, equivalente a 10-12 toneladas de combustibles convencionais.

Apoio ás explotacións petrolíferas

Actualmente, as reservas mundiais de petróleo exploradas alcanzan os 200 mil millóns de toneladas. Os métodos modernos paira a súa produción son capaces de alcanzar só o 40-50%, é dicir, 100 mil millóns de toneladas quedarán sen utilizar. Paira aproveitar este camiño tamén se están levando a cabo estudos na creación de biotecnoloxía paira a gasificación do petróleo residual. O obxectivo é transformar a gasificación do petróleo residual en biogás coa axuda de bacterias metanoformadoras e extraela ao exterior.

O uso práctico destes procesos estudados contribuirá ao desenvolvemento máis intensivo da industria do biogás.

Como conclusión

Como vimos, os residuos orgánicos xerados nas nosas casas, fábricas e caseríos (restos de comida, restrollos, porcos, porcos, ...) poden ter un uso moi apreciable. Até agora estes residuos perdíanse en vertedoiros e a miúdo convertíanse en alimento de ratas e insectos que son portadores e transmisores de enfermidades contaminantes. A metanización dos residuos orgánicos, é dicir, a súa transformación en gas, pode ser una importante fonte de enerxía renovable a curto prazo.