Sistemas de producción de biogás: fundamento, técnicas de mejora, ventajas y desventajas

Jhenny  Mamani; Fausto  Llumipanta; Sonia  Ramos; Jhoselyn  Rea; Josselin  Alucho; Diego  Saltos; Francisco  Llanos; Carlos  Jácome

doi:10.17268/agroind.sci.2021.02.14

Autores/as

Jhenny Mamani Departamento de Biotecnología, Carrera de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Estatal de Bolívar, Facultad de Ciencias Agropecuarias y del Ambiente. Guaranda Ecuador, Laguacoto II, Guaranda km 1 ½ Vía – San Simón.
Fausto Llumipanta Departamento de Biotecnología, Carrera de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Estatal de Bolívar, Facultad de Ciencias Agropecuarias y del Ambiente. Guaranda Ecuador, Laguacoto II, Guaranda km 1 ½ Vía – San Simón.
Sonia Ramos Departamento de Biotecnología, Carrera de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Estatal de Bolívar, Facultad de Ciencias Agropecuarias y del Ambiente. Guaranda Ecuador, Laguacoto II, Guaranda km 1 ½ Vía – San Simón
Jhoselyn Rea Departamento de Biotecnología, Carrera de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Estatal de Bolívar, Facultad de Ciencias Agropecuarias y del Ambiente. Guaranda Ecuador, Laguacoto II, Guaranda km 1 ½ Vía – San Simón
Josselin Alucho Departamento de Biotecnología, Carrera de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Estatal de Bolívar, Facultad de Ciencias Agropecuarias y del Ambiente. Guaranda Ecuador, Laguacoto II, Guaranda km 1 ½ Vía – San Simón
Diego Saltos Departamento de Biotecnología, Carrera de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Estatal de Bolívar, Facultad de Ciencias Agropecuarias y del Ambiente. Guaranda Ecuador, Laguacoto II, Guaranda km 1 ½ Vía – San Simón.
Francisco Llanos Departamento de Biotecnología, Carrera de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Estatal de Bolívar, Facultad de Ciencias Agropecuarias y del Ambiente. Guaranda Ecuador, Laguacoto II, Guaranda km 1 ½ Vía – San Simón
Carlos Jácome Departamento de Biotecnología, Carrera de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Estatal de Bolívar, Facultad de Ciencias Agropecuarias y del Ambiente. Guaranda Ecuador, Laguacoto II, Guaranda km 1 ½ Vía – San Simón

DOI:

https://doi.org/10.17268/agroind.sci.2021.02.14

Palabras clave:

biogás, energía renovable, digestión anaerobia, reactores

Resumen

En los últimos años, ha habido un creciente interés por la biomasa como alternativa a los combustibles fósiles, la digestión anaeróbica (DA), está fuertemente motivada por este marco porque es uno de los métodos más idóneos para el aprovechamiento energético, en la producción de energía renovable en forma de biogás rico en metano (CH₄); en el proceso biológico de la generación de metano se distinguen tres etapas: Hidrólisis, Acidogénesis y Metanogénesis, en las que actuan diferentes microrganismos. Para mejorar el proceso de producción de biogás, existen algunos procedimientos como: Uso de catalizadores, Dosificación de mezclas mediante la relación C/N, Agitación del sustrato y control del pH, Uso de zeolita natural y Calentamiento de la cámara de fermentación con energía solar; mediante estos métodos podemos mejorar el rendimiento del biogás, los mismos que incrementan la masa del gas metano, niveles de temperatura y pH óptimos, para el crecimiento y reproducción bacteriana adecuada. Por otra parte, los dispositivos utilizados en la digestion anaerobia son Reactores de mezcla completa sin recirculación, Reactores de mezcla completa con recirculación, Reactores con retención de biomasa, sin recirculación, Sistemas discontinuos y Reactores de flujo pistón, que pueden clasificarse de acuerdo con su capacidad para mantener altas concentraciones de microorganismos; mediante la incorporación de biodigestores, para la obtención de biogás, permite eliminar de forma ecológica los desechos sólidos urbanos, disminuyendo así la fuente de contaminación ambiental.

Citas

Alonso Brasas, C. (2015). Estudio y optimización de la digestión de residuos urbanos para la producción de metano. Universidad de León.

Baccioli, A., Antonelli, M., Frigo, S., Desideri, U., & Pasini, G. (2018). Small scale bio-LNG plant: Comparison of different biogas upgrading techniques. Applied Energy, 217, 328-335.

Barbera, E., Menegon, S., Banzato, D., D'Alpaos, C., & Bertucco, A. (2019). From biogas to biomethane: A process simulation-based techno-economic comparison of different upgrading technologies in the Italian context. Renewable Energy, 663-673.

Barrera-Cardoso, E., Odales-Bernal, L., Carabeo-Pérez, A., Alba-Reyes, Y., & Hermida-García, F. (2020). Recopilación de aspectos teóricos sobre las tecnologías de producción de biogás a escala rural. Tecnología Química, 40(2), 305.

Bermejo, F. O. (2018). Diseño de un mezclador aire-biogas para un motor diesel turboalimentado. Prospect., 8, 37-43.

Blades, L., Morgan, K., Douglas, R., Glover, S., De Rosa, M., Cromie, T., & Smyth, B. (2017). Circular Biogas-Based Economy in a Rural Agricultural Setting. Energy Procedia, 123, 89-96.

Bonmatí, A. F. (2017). Study of thermal hydrolysis as a pre-treatment to mesophilic anaerobic digestion of pig slurry. Water Science and Technology, 109-116.

Caposciutti, G., Baccioli, A., Ferrari, L., & Desideri, U. (2020). Biogas from Anaerobic Digestion: Power Generation or Biomethane Production? Energies, 13(3), 1.

Carlini, M., Mosconi, E., Castellucci, S., Villarini, M., & Colantoni, A. (2017). An Economical Evaluation of Anaerobic Digestion Plants Fed with Organic Agro-Industrial Waste. Energies, 10(8).

Castro-Rivera, R., Solís Oba , M., Chicatto Gasperín , V., & Solís Oba , A. (2020). Producción de Biogás mediante codigestión de estiércol bovino y residuos de cosecha de tomate (Solanum lycopersicum L.). Revista Internacional de Contaminación Ambiental, 36(3), 530-539.

Constanza, L., Marcela, D., Antolinez, D., Bohórquez, J., & Corredor, A. (2015). Bacterias anaerobias: procesos que realizan y contribuyen a la sostenibilidad de la vida en el planeta Anaerobic bacteria: processes they perform and their contribution to life sustainability on the planet. NOVA, 13(23), 55-81.

Cornejo, C. (2017). Estiércol a Energía-Captura de Metano en Ecuador. Revista Tecnológica Espol-RTE, 23, 135-142.

Cubas Guarnizo, W. A., & Lescano Leon, N. A. (2007). Obtención de Biogás a Partir de Estiércol de Gallina Procedente de la Granja Avícola Lescano-Chicama Utilizando un Biorreactor Anaerobio de Lecho Fijo. Universidad Nacional de Trujillo.

Diaz, F., & Montalvo, J. (2017). Aumento de la producción de biogás mediante el uso de zeolita natural. Energética, 24, 24-35.

Dihigo, L. (2018). Técnicas in Vitro para descubrir la Digestibilidad de la Energía y la Cinética de la Degradación de Carbohidratos de comidas para cerdos. Revista Computarizada De Producción Porcina, 12 - 16.

FAO. (2019). Guía teórico-práctica sobre el biogás y los biodigestores. Colección Documentos Técnicos N° 12. (FAO, Ed.) Buenos Aires, Argentina.

Flotats, X. (2017). Gestión de Deyecciones Ganaderas. SUIS, 72, 23 - 27.

García-Cedeño, J. (2019). Evaluación de la eficiencia de estabilización de los lodos obtenidos a partir de la operación del sistema de tratamiento primario Químicamente mejorado (CEPT), mediante la aplicación del método de digestión anaeróbica de alta tasa. Universidad Católica de Santiago de Guayaquil, Guayaquil.

García, V. (2015) Manual de biogás. Conceptos básicos. Beneficios de su producción y la aplicación de sus sub-productos. Dirección de Sustentabilidad, Medio Ambiente y Cambio Climático. Buenos Aires. 46 pp.

García, R. (2016). Combustiveis e Combustao Industrial. Rio de Janeiro: Editorial Interciencia.

Gonzaby-Valdiviezo, A., & Suárez-Monroy, P. (2016). Diseño y construcción de un biodigestor anaeróbico vertical semicontinuo para la obtención de gas metano y biol a partir de las cáscaras de naranja y mango. Universidad Politécnica Salesiana del Ecuador.

Gonzales-Velasco, J. (2009). Energias renovables. Barcelona: Revrte, S.A..

Guasumba, S., Tafur Escanta, P., Tipanluisa, L., Ocaña, E., & Pérez Rosales, J. (2019). Producción eficiente de biogás mediante calentamiento del sustrato con energia solar térmica de baja temperatura. Científica, 23(1), 3-12.

Hassaan, M. A., Pantaleo, A., Santoro, F., Elkatory, M. R., De Mastro, G., et al. (2020). Techno-Economic Analysis of ZnO Nanoparticles Pretreatments for Biogas Production from Barley Straw. Energies, 13(19).

Hosseini Koupaie, E., Azizi, A., Bazyar Lakeh, A. A., Hafez, H., & Elbeshbishy, E. (2019). Comparison of liquid and dewatered digestate as inoculum for anaerobic digestion of organic solid wastes. Waste Management, 87, 228-236.

IDAE. (2007). Biomasa: Digestores anaerobios. (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía. Madera, 8 E-28004-Madrid. 48 pp.

Korbag, I., Saleh Omer, S. M., Boghazala, H., Ahmeedah, M., & Abusasiyah, A. (2020). Recent Advances of Biogas Production and Future Perspective. DOI: 10.5772/intechopen.93231

Lozano, A. C., Sánchez, C. A., & Ardila, J. G. (2020). Diseño de un biodigestor de excremento para generación de biogás vía simulación con el software SIMBA®. Revista Ingeniería y Región, 24, 75-85.

Manoni, A. P. (2016). Biogas technology research in selected sub-Saharan African countries- A review. African Journal of Biotechnology, 8(2), 116-125.

Mantilla, J., Duque, C., & Galeano, C. (2017). Diseño y estudio económico preliminar de una planta productora de biogás utilizando residuos orgánicos de ganado vacuno. Revista Ingeniería e Investigación, 27, 133-142.

Méndez, L. (2018). Optimización de la digestión anaerobia de microrganismos fotosintéticos: pretratamiento térmico y uso de cianobacterias. Tesis Doctoral, Universidad Complutense de Madrid.

Montijo, E. E. (2018). Diseño e implentación de biodigestores automatizdos para producción de biogas en Sonora. Instituto Politécnico Nacional, Hermosillo.

Núñez-Pintado, L. (2017). Modelamiento y control de proceso de digestion anaerobia para la producción de biogás a partir de residuos orgánicos y/o aguas residuales. Universidad de Piura.

Panesso, F. C. (2018). Análisis del Biogás Captado en un Relleno Sanitario como Combustible Primario para la Generación de Energía Eléctrica. Scientia et Technica, 17, 35 - 40.

Porrón, A. (2020). Uso potencial de residuos con alto contenido en materia orgánica para la obtención de biogás en Asturias. Universidad de Oviedo, Oviedo.

Reyes-Aguiera, E. (2017). Generación de biogás mediante el proceso de digestión anaerobia, a partir del aprovechamiento de sustratos orgánicos. Revista Científica de FAREM-Estelí. Medio ambiente, tecnología y desarrollo humano, 24, 63.

Rial, M. (2017). Puesta a punto de un biorreactor en continuo para biometanización de residuos a escala de planta piloto. Trabajo de fin de grado para la obtención de título en Ingeniería Química. Universidad Politécnica de Madrid. 119 pp.

Torres-Rivero , L., Ben Youseff, C., Alcocer T, B., & De la Rosa , D. (2017). Efecto de la temperatura y del tiempo de reacción sobre la esterificación y la transesterificación de aceites comestibles usados. Revista de Ciencias Naturales y Agropecuarias, 21-35.

Tower, M. W. (2017). Reducing Biogas Power Generation Costs By Removal Of Siloxanes. Applied Filter Technology. Inc.Snohomish, 53 - 16.

Valladares-Carnero, F. (2017). Modelamiento del proceso de digestión anaeróbica de estiércol vacuno y cáscara de cacao. Universidad de Piura.

Vélez, C., Pinedo, C., Viramontes, O., Ortega, C., & Melgoza, A. (2016). Bio-tecnologías ambientales para el tratamiento de residuos ganaderos. Revista TECNOCIENCIA Chihuahua, 11, 37-42.

Viquez, J. (2018). Biogás: Energía recuperable Análisis energético y económico de su potencia en fincas lecheras. Revista ECAG Informa, 50, 22-27.