Digestión Anaerobia: Procesos, Aplicaciones y Depósitos para Fermentación

La digestión anaerobia, también denominada biometanización o producción de biogás, es un proceso controlado, en ausencia de oxígeno, en el que los residuos orgánicos se transforman en una mezcla de gases (biogás), constituida fundamentalmente por metano y dióxido de carbono, y un material digerido.

Existen varias maneras de sacar aprovechamiento energético de la biomasa, que van más allá de los procesos de combustión de los que obtener directamente energía térmica. Una de las formas de obtener energía a partir de la biomasa consiste en someterla a procesos de fermentación anaeróbica, en los que se produce la digestión de la materia orgánica en condiciones de ausencia de oxígeno. La materia prima a partir de la que se generan estos gases es la biomasa, que presenta altos contenidos de humedad.

Un biodigestor es un tanque cerrado donde se genera gas metano y fertilizante orgánico a partir de la fermentación anaeróbica de materia orgánica. El biodigestor provee las condiciones controladas necesarias para el proceso de biodigestión. El funcionamiento básico parte de agregar residuos orgánicos y agua a un contenedor hermético, donde comienza el proceso de fermentación anaeróbica.

La digestión anaerobia requiere de condiciones ambientales adecuadas, como ausencia de aire, temperaturas superiores a 20 °C (ideal 30-35 ºC) y un medio no muy ácido. El proceso se divide en varias etapas:

• Hidrólisis: En este proceso actúan bacterias hidrolíticas que secretan enzimas extracelulares.
• Acidificación o etapa fermentativa: Las bacterias fermentan los compuestos orgánicos complejos.
• Acetanogénesis: Entran en juego bacterias acetogénicas que oxidan los ácidos orgánicos como fuente de carbono.
• Formación de metano o fase metanogénica: En la última fase actúan bacterias metanógenas que descomponen los productos de la acetanogénesis generando metano.

En la naturaleza, estas bacterias actúan en pantanos, ambientes acuáticos y en el estómago de rumiantes.

Procesos y Carga del Biodigestor

El biodigestor debe ser alimentado periódicamente con materia orgánica y agua suficiente para la capacidad de carga del mismo. En este sentido, se debe dejar el 25% del volumen del biodigestor libre para la acumulación del gas producido. A su vez, el tipo y calidad de materia orgánica influirá también en la productividad y el uso o no del residuo sólido y líquido como fertilizante.

Para permitir una rápida degradación, todos los materiales que se utilizarán deben ser triturados, desmenuzados o machacados según sea el caso, en fragmentos no mayores a 10 mm para los más blandos y menores a 5 mm los más consistentes. La carga se constituirá por la mezcla de un 20 a 25 % de material orgánico y de un 80 a 75% de agua.

Algunos desechos orgánicos pueden generar problemas en el proceso de fermentación, como los residuos de frutas cítricas, que pueden acidificar demasiado el medio. En general no deben utilizarse residuos de frutas cítricas, semillas o granos enteros, paja o tallos de cereales, virutas de madera, hojas secas, restos de podas, excremento de animales carnívoros como gatos o perros y tampoco materia fecal humana.

El tiempo de retención de la materia orgánica en el biodigestor para lograr su total fermentación dependerá del tipo de materia y la temperatura.

Parámetros Óptimos para la Fermentación

El proceso óptimo se realiza a temperaturas que giran en torno a los 35ºC. La acidez, con un valor de pH adecuado para obtener la máxima cantidad de gas, con el mayor porcentaje de metano, oscila entre 6.6 y 7.6. El contenido de sólidos adecuado es del 10%. La presencia de nutrientes es fundamental para un crecimiento adecuado de la flora bacteriana, esta debe contener carbono, nitrógeno, fósforo, azufre y sales minerales.

La mezcla óptima es difícil de conseguir y depende de las características particulares de la mezcla de materia orgánica.

Tipos de Biodigestores

Los biodigestores se clasifican de acuerdo a su periodicidad de carga y forma estructural. Los tres tipos básicos de biodigestores, de acuerdo a su sistema de carga, son discontinuos, semicontinuos y continuos.

• Discontinuos (Batch): El sistema discontinuo, o batch, consiste en un tanque hermético que se carga completo y no se vuelve a cargar hasta que ya ha dejado de producir biogás. El gas se acumula en un colector flotante adosado en la parte superior del tanque (gasómetro).
• Semi-continuos: A diferencia del sistema discontinuo, las cargas y descargas se realizan a plazos determinados durante el proceso de producción de biogás. Los de carga semicontinua se cargan en períodos regulares extrayendo la cantidad de fertilizante equivalente al volumen cargado.
• Continuos: En este caso, la carga y descarga del biodigestor es un proceso continuo, por lo que requiere de disponibilidad permanente de desechos orgánicos. Son sistemas industriales de grandes dimensiones, empleados generalmente para el procesamiento de aguas servidas de comunidades.

Existen también clasificaciones según su forma estructural:

• Biodigestor de globo o salchicha: Se le llama también taiwanés, y consiste en una fosa plana recubierta de concreto donde se instala una bolsa o cilindro de polietileno.
• Biodigestores de domo fijo: Es el denominado biodigestor chino, y consiste en un tanque subterráneo construido en ladrillo o concreto. El biogás se acumula en un espacio establecido para tal fin bajo la cúpula superior.
• Biodigestor de domo flotante: Denominado biodigestor hindú, consiste en un tanque cilíndrico subterráneo con sistema de carga y descarga. En su parte superior se encuentra un tanque flotante (gasómetro) donde se acumula el biogás.

A una escala mayor, en casas de zonas rurales el sistema más económico y de construcción relativamente fácil es el salchicha.

Depósitos para Digestión Anaerobia

Paver tiene una larga experiencia en la fabricación y construcción de depósitos, por lo que ha desarrollado una nueva línea de prefabricados específicamente destinada al mercado del biogás, dando una respuesta concreta a las necesidades técnicas de cada tecnología. La calidad de nuestros productos está realizada de acuerdo con las normas UNE ISO 9001 y la fabricación en condiciones controladas aseguran una alta calidad, aspecto esencial para prefabricados destinados a trabajar en condiciones ambientales agresivas. Los paneles prefabricados de hormigón armado están fabricados con cementos sulforresistentes. La solera del Biodigestor se ejecuta en obra por el cliente, siguiendo las especificaciones de la ingeniería de proceso y responsable del proyecto. La zona superior interna que queda expuesta al biogás, viene revestida con epoxy especiales, resistentes a la acción agresiva del metano. Los depósitos circulares postensados son una de las soluciones más avanzadas y eficientes para el almacenamiento de líquidos, tales como aguas potables, aguas residuales y biogás.

Una característica de los biodigestores de alta carga es el alto contenido de sólidos en el biodigestor de hasta el 16%. Para mezclar la masa gruesa, se utilizan mezcladores verticales patentados para alta carga cuyo diseño permite reparaciones en caliente sin apagar el biodigestor. La fermentación ocurre en el modo termofílico de +44 ... +55 °С. En este modo, la operación es segura durante el verano. A diferencia de un biodigestor clásico, el biodigestor de alta carga no necesita calentarse, sino enfriarse según sea necesario. Debido a la alta carga del biodigestor, los costos de capital se reducen en 1,5 veces en comparación con la tecnología clásica. Estas plantas son muy robustas.

Producción y Aprovechamiento del Biogás y Digestato

El biogás tiene alrededor de 60% de gas metano, un combustible de alto poder calórico, y se puede emplear para la producción de energía. El biogás se recolecta y almacena en el soporte de gas en la parte superior del digestor o digestor posterior. El biogás se seca en un refrigerador y se presuriza con un compresor de gas. El azufre se elimina por medio de un filtro de carbón activado. El biogás limpio se bombea para la combustión en el cogenerador.

Los biofertilizantes resultantes de los biodigestores se obtienen en estado sólido (biosol) y líquido (biol) con altos niveles de macro y micronutrientes. A partir del biol se pueden obtener de forma aislada macronutrientes básicos (fósforo, nitrógeno y potasio) mediante procesos de ultrafiltración y ósmosis inversa.

La descarga se produce por el principio de vasos comunicantes, es decir, al cargar nuevo material la presión hace salir el excedente por el lado opuesto. La proporción entre la cantidad de materia introducida (desechos orgánicos y agua) y el producto de salida (biosol y biol) es casi 1:0,9.

El biogás producido debe purificarse para eliminar o disminuir el contenido de ácido sulfhídrico y de agua usando trampas para atrapar ambos compuestos.

Marco Legal y Regulatorio

El artículo 28.3 de la Ley 7/2022, de 8 de abril, dispone que el criterio para el fin de la condición de residuo del digerido es el establecido en el Reglamento 2019/1009. Por lo tanto, para que un digestato se pueda considerar como producto fertilizante nacional (alcance el fin de la condición de residuo) es necesario que cumpla con la CMC5 del Reglamento (UE) 2019/1009 y se corresponda con alguno de los tipos de productos fertilizantes del Anexo I del Real Decreto 506/2013, de 28 de junio, ya sea sólo o mezclado con otros materiales.

Si, además, el digestato cumple por sí solo con alguna categoría funcional de producto (CFP), éste podría ponerse en el mercado (sin añadir ningún ingrediente adicional) al amparo de dicho Reglamento.

En el caso de que se digieran lodos de depuración (códigos LER 02 02 04, 02 03 05, 02 04 03, 02 05 02, 02 06 03, 02 07 05, 19 08 05 y 20 03 04), solos o con paja u otro material natural, agrícola o silvícola, el digestato resultante tendría la consideración de lodo tratado.

El material bioestabilizado no puede ser considerado un producto fertilizante porque no se encuentra incluido ni en el Real Decreto 506/2013, de 28 de junio, ni en el Reglamento (UE) 2019/1009.

Para la autorización de la instalación, en el campo “actividad” debe seleccionar instalación de tratamiento y en el campo “proceso de tratamiento” debe seleccionar biometanización o digestión anaerobia.

Desde Protech Continental estamos comprometidos con el reto que tenemos a nivel de sociedad para avanzar en la descarbonización energética de la industria, del transporte y de la sociedad en general. Por ello, desde hace años venimos trabajando para aportar los mejores equipos para las instalaciones de valoración de residuos urbanos, industriales, agrícolas o ganaderos para que los gases renovables. En especial el biogás y el biometano pueden contribuir de manera muy importante hacia el objetivo de conseguir la neutralidad climática en el año 2050. Un objetivo muy ambicioso pero totalmente necesario que Europa y los estados miembros se han fijado. En el caso específico de España, el potencial de generación de biogás es enorme, situando a España en la tercera posición de generación de biogás, según el estudio Gas for Climate 2022.

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