La planta de digestión anaerobia para la producción de biogás

La planta de digestión anaerobia es el núcleo para la generación de biogás. La digestión anaeróbica también es llamada biometanización. Se trata de un proceso biológico que tiene lugar en ausencia de oxígeno, en el que parte de la materia orgánica de los residuos orgánicos se transforma, mediante la acción de los microorganismos, en una mezcla de gases (biogás). Los gases están constituidos principalmente por metano y dióxido de carbono y otros gases en pequeñas cantidades (amoniaco, hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, etc.).

Se trata de un proceso complejo en el que intervienen diferentes grupos de microorganismos. La materia orgánica se descompone en compuestos más sencillos que se transforman en ácidos grasos volátiles, que son los principales intermediarios y moduladores del proceso. Estos ácidos son consumidos por los microorganismos metanogénicos, que producen metano y dióxido de carbono. Todos estos procesos tienen lugar de forma simultánea en el reactor.

El biogás generado se puede considerar un buen combustible, y es útil para la combustión y generación de calor y/o energía eléctrica; un metro cúbico de biogás contiene la energía equivalente a unos 0,6 l de gasóleo. El producto digerido se suele deshidratar y estabilizar aerobiamente para obtener compost.

El proceso de digestión anaeróbica suele tener lugar en torno a los 35 °C (régimen mesofílico) o cerca de los 55 °C (régimen termofílico) Una parte de la energía que se obtiene del biogás producido se utiliza para mantener esta temperatura.

Los procesos de una planta de digestión anaerobia

Hidrólisis

Descomposición anaeróbica de las macromoléculas orgánicas (polisacáridos, lípidos y proteínas) en moléculas simples (azúcares, ácidos orgánicos, alcoholes…). Este proceso se lleva a cabo por exoenzimas generadas por bacterias fermentativas. Estas bacterias son facultativas, por lo tanto la presencia de oxígeno no es limitante.

Acidogénesis

Descomposición, mediante las bacterias acidogénicas, de las moléculas simples generadas en la anterior etapa en los ácidos grasos volátiles o de cadena corta, los alcoholes, el dióxido de carbono y el hidrógeno.

Acetogénesis

Transformación de las moléculas simples en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono.

Metanogénesis

Las bacterias metanogénicas transforman los componentes producto de la fermentación en gas metano y dióxido de carbono. Estas bacterias son anaerobias estrictas, sensibles a los cambios de temperatura y la presencia de sustancias inhibidoras.

Los componentes de una planta de digestión anaerobia para la producción de biogás

Una planta de digestión anaerobia no es sólo una fábrica de biogas, es un sistema de gestión de residuos. Esta planta convierte pasivos ambientales en activos energéticos como productor de biogas. A continuación, describimos los componentes numerados en la imagen, agrupados por su funcionalidad técnica.

1. Fase de recepción y pretratamiento 

En esta etapa se gestiona la logística de entrada. Para que el proceso sea eficiente, la alimentación del digestor debe ser homogénea.

· Zona de Recepción (2 y 3): Se separan los residuos líquidos (purines, lixiviados) de los sólidos (estiercol, restos agrícolas, FORSU).

· Acondicionamiento (4): Es vital para ajustar el tamaño de partícula y la humedad. Aquí se realiza el mixing para conseguir un sustrato óptimo antes de entrar al sistema.

2. El corazón del proceso: La digestión

Aquí ocurre la magia bioquímica mediada por consorcios bacterianos en ausencia de oxígeno (O2).

· Alimentación (5): Sistemas de bombeo o tornillos sinfín que introducen la materia de forma constante.

· Digestor (6): Un tanque hermético donde se produce la degradación de la materia orgánica. En España, solemos trabajar en régimen mesófilo (aprox. 37°C). El resultado es el biogás y el digestato.

3. Gestión del digestato

Lo que sale del digestor no es residuo, es un subproducto valioso rico en nitrógeno, fósforo y potasio (N-P-K).

· Deshidratación (7): Se utiliza una centrífuga o prensa de tornillo para separar fases.

· Fracción Sólida o Fibra (8): Excelente como enmienda orgánica para suelos.

· Fracción Líquida o Licor (9): Fertirrigación líquida o, en algunos casos, recirculación para humectar la entrada del proceso.

4. Tratamiento y almacenamiento de biogás

El biogás crudo contiene principalmente metano (CH4) y dioxido de carbono (CO2). También presenta impurezas como ácido sulfhídrico (H2S), que son corrosivas.

· Gasómetro (10): Esa cúpula característica que regula la presión y almacena el gas antes de su uso.

· Antorcha de seguridad (11): Un elemento crítico. Si hay sobrepresión o mantenimiento, el gas debe quemarse para evitar liberar metano directamente a la atmósfera (cuyo potencial de calentamiento global es mucho mayor que el del CO2).

· Adecuación del biogás (12): Filtrado y eliminación de humedad y azufre para proteger los motores.

5. Valorización energética en la planta de digestión anaerobia

Finalmente, transformamos el gas en energía útil.

· Cogeneración (13 y 15): Mediante motores de combustión interna (CHP – Combined Heat and Power). Se genera electricidad para la red (14) y calor (15) que se reutiliza para mantener la temperatura del propio digestor (autoconsumo térmico).

Actualmente en España, más allá de la cogeneración eléctrica que se muestra en el punto 13, el sector está pivotando con fuerza hacia el Upgrading. Esto implica limpiar el CO2 del biogás para obtener biometano. Esta transformación aporta una gran ventaja, y es que se puede inyectar en la red de gas natural existente.