Electiva Técnica 2 - Biocombustibles

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Para el uso en motores de combustión se debe realizar una limpieza reduciendo el nivel de alquitranes, en las zonas rurales podemos encontrar el uso de de motores de combustión interna en instalaciones fijas para la producción de energía eléctrica en grandes centrales eléctricas, para el funcionamiento de bombas hidráulicas y fábricas en estos sectores. En países industrializados los motores de combustión interna con este sistema se emplean en vehículos.

Estas diferentes estructuras de los sistemas energéticos explican el que exista un interés bastante reducido en el mundo industrializado por el empleo de los gasificadores de biomasa para el funcionamiento de motores de combustión interna, mientras que varios países en desarrollo están introduciendo gasificadores pequeños de biomasa o están en el proceso de evaluar la tecnología. El empleo de los gasificadores de carbón vegetal representa, sin embargo, mayores demandas sobre los recursos de biomasa, recursos que ya están en realidad excesivamente explotados en muchos países en desarrollo. Por otra parte, al menos algunos modelos de gasificadores de carbón vegetal, tienen menos probabilidad de causar trastornos operativos que los gasificadores de madera o los de residuos agrícolas. Esto se debe a que uno de los problemas potenciales de éstos últimos, el excesivo contenido de alquitrán en el gas, se elimina virtualmente al extraerse la mayoría de los productos volátiles en el proceso de producción del carbón vegetal

Capítulo 2 MARCO TEÓRICO

PROCESO DE FORMACIÓN DEL BIOGÁS

La digestión anaeróbica es un proceso microbiológico que, en condiciones anaerobias

(ausencia de oxigeno) permite transformar la materia orgánica en metano. Se compone de múltiples etapas en la que intervienen una población heterogénea de microorganismos.

El proceso completo se puede resumir en dos fases principales, una primera hidrolítica

fermentativa y una segunda metanogénica.

Fase Hidrolítica: Los polímeros orgánicos son metabolizados mediante hidrólisis y fermentación microbiana en una mezcla de ácidos grasos volátiles (acético, propiónico, butírico, valérico, láctico…), carbónico e hidrogeno.

Fase Metanogénica: En la segunda fase, encadenada con la primera, se transforman los productos finales de la misma en metano y dióxido de carbono, mediante las bacterias metanogénicas que son anaeróbicas estrictas.

ETAPAS DE LA DIGESTIÓN ANAERÓBICA.

Etapa de hidrólisis. La hidrólisis es el primer paso necesario para la degradación de la materia orgánica compleja. En esta etapa, las bacterias hidrolíticas actúan sobre las macromoléculas orgánicas despolimerizándolas enzimáticamente en los correspondientes monómeros o fragmentos más sencillos. Así, los lípidos son degradados por enzimas hidrolíticas (lipasas) a ácidos grasos de cadena larga y glicerina. Las proteínas son hidrolizadas por proteasas en proteosas, péptidos y aminoácidos, y los polisacáridos son convertidos en monosacáridos.

Etapa acidogénica. Los compuestos solubles obtenidos en la etapa anterior son transformados por las bacterias acidogénicas en ácidos grasos de cadena corta (ácidos grasos volátiles), alcoholes, amoníaco, hidrógeno y dióxido de carbono. Los ácidos grasos volátiles son principalmente ácido acético, propiónico, butírico y valérico. En esta etapa se debe controlar la cantidad de hidrógeno, porque el metabolismo de las bacterias acidogénicas depende de él.

Etapa acetogénica. Mientras que algunos productos de la fermentación (hidrógeno y ácido acético) pueden ser metabolizados directamente por los organismos metanogénicos, los productos intermedios (ácido propiónico, butírico, etc.) necesitan ser transformados en productos más sencillos, a través de las bacterias acetogénicas. Como principales productos se obtienen ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono que, posteriormente, pueden ser aprovechados por las bacterias metanogénicas. Las bacterias acetogénicas también necesitan un control exhaustivo de la concentración de hidrógeno, ya que con una elevada presión de hidrógeno se reduce la formación de acetato, produciendo preferentemente ácido propiónico, butírico o etanol en vez de metano.

Etapa metanogénica. En la etapa final del proceso, las bacterias metanogénicas transforman el ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono en metano y dióxido de carbono. Las bacterias responsables de este proceso son anaeróbicas estrictas. Se distinguen dos tipos de microorganismos, los que degradan el ácido acético a metano y dióxido de carbono (bacterias metanogénicas acetoclásicas) y los que reducen el dióxido de carbono con hidrógeno a metano y agua (bacterias metanogénicas hidrogenófilas).

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Imagen 1.

La principal vía de producción de metano es la primera, con alrededor del 70% del metano producido. Este es un proceso lento y constituye la etapa limitante del proceso de degradación anaeróbica.

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Imagen 2. Etapas de la fermentación anaeróbica. Fuente: Informe de Vigilancia Tecnológica madri+d. “Situación actual de la producción de biogás y de su aprovechamiento” (Pavslostathis y Giraldo-Gómez, 1991).

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Imagen 3. Etapas de la fermentación anaeróbica. Fuente: El sector del biogás agroindustrial en España. Mesa sobre materia prima agraria y biocombustibles. Ministerio de Medio Ambiente, y Medio Rural y Marino. Madrid 16 de Septiembre de 2010. (Pavslostathis y Giraldo-Gómez, 1991). Adaptado de Pavlostathis, S.G., Giraldo-Gómez, E. (1991).

PARÁMETROS QUE AFECTAN AL PROCESO DE DIGESTIÓN.

Los factores físicos y químicos que condicionan este proceso son varios. A continuación se describen los más importantes.

Nutrientes. Para el desarrollo del proceso se necesita, además de una fuente de carbono y energía, la presencia de una serie de nutrientes minerales (nitrógeno, azufre, fósforo, potasio, calcio, magnesio, etc.). En el medio a digerir debe haber una relación adecuada entre nutrientes para el desarrollo de la flora bacteriana.

Relación entre nutrientes

La relación C/N debe estar comprendida entre 15/1 y 45/1, ya