biogas digestión anaeróbica -...

Una biotecnología que transforma el concepto de la “basura“

Para que donde hoy tenemos “basura” (orgánica) ,

mañana tengamos Energía y Fertilizantes.

Pablo Do Campo – pavlo_dc@yahoo.com.ar Lic. y prof. Física FCEyN-UBA

Maestrando (o sea el que hace una maestría) en Energías Renovables -Univ. Nac. de Salta

BioGas – Digestión anaeróbica

BioGas – Digestión anaeróbica Todo estiércol humano y animal que el mundo pierde, devueltos la tierra en lugar de ser botado al agua, sería suficiente para alimentar al mundo. ¿Esa fetidez sabe usted qué es? Es la pradera en flor, es hierba verde, es tomillo, es salvia, es el ganado, es el mugido satisfecho de grandes bueyes en la tarde, es el trigo dorado, es el heno perfumado, es el pan en su mesa, es sangre caliente en sus venas, es salud, es el gozo, es la vida. Así lo quiere esta transformación misteriosa que es la transformación en la tierra y la transfiguración en el cielo (...) la nutrición de los campos hace el alimento de los hombres. Usted es dueño de perder esta riqueza y encontrarme ridículo. Esa sería la obra maestra de su ignorancia.

Victor Hugo – Los Miserables (1862) Tome III. Livre Deuxeme. L´intestin de Léviathan

Citado en “Manejo de Excretas y BIodigestores”, (http://agronet.gov.co/www/docs_si2/20061127162154_manejo%20de%20excretas%20y%20biodigestores.pdf)

Un escritor francés,

famoso del siglo XIX,

no el relator de balón pie.

Bio x 2: 1) El Proceso es biológico : Digestión Anaeróbica (DA) Un conjunto de microbios que forman una “cadena trófica”, viven sin aire (anaeróbico) y se “comen” (digestión) la materia orgánica.

2) A partir de materia orgánica, residuos de otras actividades. Por ej purines (bosta + orin) de vaca/cerdos/etc, industria alimentos, residuos familiares, lodos de plantas de tratamiento de efluentes cloacales. La DA transforma ese residuo contaminante en Energía (gas metano) y el remanente líquido/sólido es biofertilizante. ( En algunos países también usan materia de primera mano, como maíz, sorgo, etc cultivado para biodigestar.)

Gas: Es un gas combustible,

Por lo tanto es ENERGÍA, 50-80% Gas metano (CH4)

Tal como el gas “natural” de la red domiciliaria y el GNC para los autos.

Mezclado con dióxido de carbono (CO2) y menos de 2% de otros gases.

¿Porqué es BioGas ?

¿Qué es BioGas ?

Leonor Carrillo. 2003. Microbiología Agrícola. Capítulo 5

¡Es Natural (o sea, ocurre en la naturaleza)!

Se lo llamaba “Gas de los Pantanos”.

¿Es la Digestión anaeróbica un proceso natural o artificial ?

¡Es Natural (o sea, ocurre en la naturaleza)!

Hasta también en la tundra ártica !!! (en verano, claro).

¿Es la Digestión anaeróbica un proceso natural o artificial ?

¡¡¡ Y también hay DA en el estómago de la vaca !!!

( y en parte casi en todo sistema digestivo)

¿Es la Digestión anaeróbica un proceso natural o artificial ?

¡Qué gran invento la vaca!

(toda forrada en cuero y sin costura)

Sistema digestivo de los rumiantes

Función del rumen: • Recibe el alimento

ingerido con gran cantidad de saliva.

• Contiene al menos 30 especies de microorganisos: bacterias, hongos, protozoos.

• Fermenta el alimento.

También es un proceso artificial.

La Digestión Anaeróbica es una biotecnología

que se utiliza para:

• Tratamiento ambiental de efluentes orgánicos

• Para generar energía

El rumen de la vaca, el lecho del pantano, se “recrean” en un

BIODIGESTOR

Biodigestor: cámara cerrada (anaeróbica)con condiciones controladas (temperatura, alimentación, etc)

¿Es la Digestión anaeróbica un proceso natural o artificial ?

• Flexible en escala: Biodigestores desde menos de 1litro (para ensayos de laboratorio), a pocos m3 (chacras familiares), a miles de m3 (industria, residuos urbanos). • Flexible en sofisticación técnica: Muy sencillos (una bolsa plástica semienterrada, alimentados con purines de animales), Muy complejos (equipados con alimentación automática, control de temperatura, agitación interna, alimentación controlada por análisis bioquímicos, post-tratamiento del biogas)

Digestión anaeróbica una biotecnología muy flexible

Digestión anaeróbica una biotecnología muy flexible

Improved Design of Anaerobic Digesters for Household Biogas Production in Indonesia: One Cow, One Digester, and One Hour of Cooking per Day.

(Mejorando el diseño de biodigestores hogareños en Indonesia: una vaca, un biodigestor, una hora de cocina por día)

Digestión anaeróbica una biotecnología muy flexible

Digestión anaeróbica una biotecnología muy flexible

Digestión anaeróbica una biotecnología muy flexible

Digestión anaeróbica una biotecnología muy flexible

Biodigestor en AYSA (San Fernando) Proceso: Fosa de gruesos

Rejas gruesas / Rejas finas

Sedimentación Primaria

(lodos primarios)

Proceso biológico aerobio

Sedimentación Secundaria

(lodos activados)

Concentración de lodos

Digestión Anaeróbica de lodos

Biodigestor 1: 8500m3, mezcla completa, TRH 21 d.

Procesa 600 m3/d (lodos activados + primarios) Genera 80m3/h de biogas (actualmente se quema en antorcha)

Pablo Do Campo nov 2014 pavlo_dc@yahoo.com.ar

Paréntesis:¿De qué hablamos cuando hablamos de materia orgánica?

De sustancias generadas en los procesos vivos por plantas y/o animales.

También los subproductos que elabora el ser humano a partir de esos recursos.

Desde el pasto al cuero, de la lana a la madera, del petróleo al vidrio... ¡no, el vidrio no!

Paréntesis:¿De qué hablamos cuando hablamos de materia orgánica? Químicamente se puede clasificar casi toda la materia orgánica en :

Carbohidratos (azúcar, almidón) formados por carbono, hidrógeno y

oxígeno

Lípidos (aceites y grasas) también formados por carbono, hidrógeno y

oxígeno en diferente proporción, además pueden tener fósforo, azufre u otros elementos; no se disuelven en agua.

Proteínas. Además de C, H y O contienen N, pueden ser moléculas de

miles de átomos.

Agricultural biogas production in Germany – from practice to microbiology basics. Lebuhn et al. Energy, Sustainability and Society 2014, 4:10 http://www.energsustainsoc.com/content/4/1/10

Paréntesis:¿De qué hablamos cuando hablamos de materia orgánica?

Ejemplo de carbohidrato:

la celulosa

DA es una cadena trófica.

Volviendo al tema Digestión anaeróbica

Pero es una cadena trófica

microbiana. Un complejo “ecosistema

en una bolsa”

¿Cuáles son los pasos de la cadena, qué sucede en la

DA?

DA transforma: la materia orgánica

compleja en materia inorgánica,

químicamente mucho más sencilla.

Volviendo al tema Digestión anaeróbica

¿Cuáles son los pasos, qué sucede en la DA?

Hidrólisis

Fermentación

Metanogénesis

Ejemplo con la celulosa

Finalmente, las “bacterias” metanogénicas lo rompen en metáno (combustible) y dióxido de carbono (gas neutro), ambos 1C (CH4 +CO2)

¿Cuáles son los pasos, qué sucede en la DA?

La hidrólisis la rompe en monómeros: Glucosa es 6C (C6H12O6)

Materia orgánica inicial, por ej. Celulosa es 6C x n (polímero) → (C6H10O5)n

La fermentación la rompe en pedacitos: Ácido acético es 2C (C2H4O2)

No toda la materia

orgánica se puede

procesar por digestión

anaeróbica. Por ejemplo

la lignina.

Molécula de lignina, constituyente principal de la madera y de la fibra vegetal “seca”.

Disgreción: Anaeróbico vs Aeróbico

En la digestión anaerobia más del 90% de la energía disponible (energía química en la materia orgánica) para oxidación directa se transforma en metano, consumiéndose sólo un 10% de la energía en crecimiento bacteriano. En la digestión aeróbica frente al 50% consumido en un sistema aeróbico.

Pero hay otras variables a considerar...

Residuos→ ¡Al zanjón!→Contaminación

El problema ambiental:

olores, moscas, arroyos y napas contaminados.

Vaca lechera Holando-Argentina: Pesa 700kg,

cada día produce de15 a 30 lts de leche y

70 kg de purines (bosta + orines)

Ahora vamos al campo

Emite gases de efecto invernadero (además de olores)

Contamina aguas superficiales y napas

Residuos→Digestión Anaeróbica→Biogás

Y “de paso” se resolvió el problema ambiental...

Vaca lechera Holando-Argentina: Pesa 700kg,

cada día produce de15 a 30 lts de leche y

70 kg de purines (bosta + orines)

Por ejemplo:

Digestato (parte líquida,

parte sólidos en

suspensión)

Fertilizante

BioGas

Biogas = Energía

eléctrica +térmica

Residuos→Digestión Anaeróbica→Biogás

Fertilizante

Y “de paso” se resolvió el problema ambiental...

Vaca lechera Holando-Argentina: Pesa 700kg,

cada día produce de15 a 30 lts de leche y

70 kg de purines (bosta + orines)

Problema 1 ambiental

Problema 2 energético

Problema 1 + Problema 2 = 1 Solución ¡La Digestión Anaeróbica alinea los patitos !

Tenemos 2 problemas

Son 3 patitos porque el aporte ambiental es doble: Se evita contaminar con los efluentes crudos y además desplaza energía convencional.

Por eso, la emisión de gases de invernadero puede ser negativa si el sustrato son purines

(captura gases de invernadero –metano- del zanjón y sustituye gasoil de la generación eléctrica convencional)

120 lts agua +40º 4,2 kWhe [1]

Aprox 2m3 de biogas de 6000Kcal/m3 /día

[1]The Economics and Feasibility of Electricity Generation using Manure Digesters on Small and Mid Size Dairy Farms, Aashish Mehta Department of Agricultural and Applied Economics Energy Analysis and Policy Program. University of Wisconsin )

1kWh = 860 Kcal

Residuos→Digestión Anaeróbica→Biogás

Algunos consumos típicos: Según Enargas: Hornalla chica 800Kcal/h Hornalla grande 2.000Kcal/h Horno 3.500Kcal/h Calefón 20.000Kcal/h Estufa 3.000Kcal/h Según Edenor: Lavarropa 0,180 kWh/h Heladera con freezer 0,100 kWh/h Microondas 0,65 kWh/h Lámpara 0,012 kWh/h Plancha 0,6 kWh/h AA 2200 frigorias/calorias 1kWh/h Estufa eléctrica 1000calorias 1kWh/h Ventilador 0,01 kWh/h

Les dejamos un par de links para seguir el tema:

http://tallerbiogas.blogspot.com.ar/

http://www.encuentroredbiolac.com/