Combustión de biogás

El biogás obtenido en los reactores de biogás tiene un contenido promedio de metano de 55 a 75% y un poder calorífico de aproximadamente 6 a 6.5 kWh/m3 (TILLEY et al. 2018), lo que permite emplearlo para la generación de energía, en iluminación y en equipos de refrigeración, como medio de calentamiento para cocción de alimentos, como combustible para una caldera o para calentar un espacio. El poder calorífico aprovechable depende del rendimiento de los equipos que funcionan a base del biogás (SILVA 2002).

En México, existen muchas experiencias de uso de biogás a nivel doméstico, pero principalmente con reactores que tratan el estiércol de ganado. La Secretaria de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural y Pesca (SAGARPA), a través del Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO), ha fomentado la implementación de digestores anaerobios en las granjas porcícolas y establos ganaderos para reducir la contaminación ambiental y la emisión de gases de efecto invernadero (WEBER et al. 2012). El biogás que se produce se usa para la generación de energía eléctrica (WEBER et al. 2012). Empresas como Sistema Biobolsa también han promovido la instalación de reactores de biogás en contextos domésticos, con pequeños productores ganaderos, quienes utilizan el biogás para cocinar (SISTEMA BIOBOLSA 2018).

Las experiencias de uso de biogás generado con heces humanas o lodos fecales son menos numerosas. Solo se registran algunas experiencias aisladas, como el proyecto Huerto Roma Verde en la Ciudad de México, en el cual el biogás se utiliza en un quemador doble para cocinar agua y calentar alimentos (SISTEMA BIOBOLSA 2018). Sin embargo, como los niveles más altos de producción de biogás se obtienen con sustratos concentrados que son ricos en materia orgánica como estiércol y desperdicios orgánicos, en las zonas rurales con actividades ganaderas, se podría tratar los estiércoles junto con las aguas negras domésticas, lo que generaría beneficios ambientales y económicos para los usuarios (TILLEY et al. 2018; CONAGUA 2015). 

Antes de implementar un sistema de generación de biogás en contextos domésticos o institucionales, es importante evaluar las necesidades energéticas existentes para ver si éstas pueden ser satisfechas a través del biogás. La demanda de energía de las viviendas varía mucho y está influida por los hábitos de cocina y alimenticios: los granos duros y el maíz requieren tiempos de cocción largos, mientras que las verduras y las carnes frescas requieren menos tiempo y energía (TILLEY et al. 2018). La tasa de producción de biogás varia también dependiendo del sustrato utilizado (excretas humanas, estiércol, desperdicios orgánicos) y del tipo de reactor utilizado (SILVA 2002). La demanda de gas puede definirse con base en la energía consumida previamente. Por ejemplo, 1 kg de leña corresponde a 200 l de biogás; 1 kg de estiércol seco de vaca corresponde a 100 l de biogás, y 1 kg de carbón corresponde a 500 l de biogás (TILLEY et al. 2018). El consumo de gas para cocinar por persona y por comida es de 150 a 300 l de biogás. Aproximadamente se necesitan de 30 a 40 l de biogás para hervir un litro de agua, 120 a 140 l para cocinar 0.5 kg de arroz y de 160 a 190 l para cocer 0.5 kg de hortalizas (TILLEY et al. 2018).

El transporte del biogás hasta los dispositivos de uso (refrigerador, estufa, caldera) es impulsado por la misma presión del gas que se acumula en el digestor y contenedores de almacenamiento, la cual por lo general es superior a 20 mbar (WEBER et al. 2012). La distancia a través de la cual viaja el gas debe minimizarse, para evitar pérdidas y fugas (TILLEY et al. 2018). Las tuberías deben ser instaladas con pendiente ascendente y contar con válvulas de goteo para permitir el drenaje del agua condensada que se acumula en los puntos más bajos de la tubería (TILLEY et al. 2018; WEBER et al. 2012). La instalación debe contar con una válvula de alivio para mantener niveles seguros en el reactor, así como una válvula de paso (nunca colocada antes de la válvula de alivio) para facilitar las actividades de mantenimiento en los tubos de conducción (SISTEMA BIOBOLSA 2016). Algunos sistemas incluyen un filtro para reducir la presencia del ácido sulfhídrico (que genera olores azufrosos y corrosión) en el proceso de combustión.

La eficacia calorífica del uso de biogás es de un 55% en estufas, un 24% en motores, pero solamente de un 3% en lámparas. Una lámpara de biogás sólo es la mitad de eficiente que una lámpara de queroseno. La forma más eficiente de usar biogás es en sistemas combinados de calor y electricidad, que utilizan la electricidad generada por el combustible y el calor residual que se genera (VARNERO 2011). Pero esto solo es factible en instalaciones más grandes y con la condición de que el calor de escape se use de forma rentable (TILLEY et al. 2018) como tratamiento semi-centralizado en los sistemas de tratamiento de aguas negras con infiltración, de tratamiento de aguas negras con conducción del efluente y de conducción de aguas negras a tratamiento.

Para uso doméstico, la mejor manera de usar el biogás es en la cocina. Este uso tiene además la ventaja de no requerir proceso de depuración del gas (VARNERO 2011). Aunque el uso de biogás en la vivienda no demanda ninguna habilidad particular, su producción depende del buen funcionamiento del reactor cuando se aplica el sistema de saneamiento de biogás, por lo que los escenarios donde la combustión por biogás sería más idónea son las casas dispersas con agua suficiente y capacidades y recursos  y los poblados de con suficiente agua y recursos.

Cocinar con biogás puede representar una mejora considerable para los usuarios ya que a diferencia de la leña y del carbón, se puede encender y apagar inmediatamente. Además, arde sin humo y, por lo tanto, no contamina el aire interior (se debe considerar la emisión de CO2), evitando problemas respiratorios y oculares (TILLEY et al. 2018). En relación al uso del gas LP, el biogás también representa un ahorro de dinero importante (SISTEMA BIOBOLSA 2018).

Muchos de los pequeños productores ganaderos quienes en México han adoptado sistemas de biogás para tratar el estiércol de sus animales, están convencidos de las ventajas que ofrece el uso del biogás en la vivienda (SISTEMA BIOBOLSA 2018). Sin embargo, es necesario capacitar a los usuarios sobre el funcionamiento del sistema y los beneficios que puede aportar. Ciertas personas pueden tener resistencias a cocinar con un biogás que ha sido generado a partir de heces (TILLEY et al. 2018). Varios estudios han revelado que se han presentado dificultades en la adopción de las prácticas de manejo y operación de los biodigestores, uso del biogás, así como problemas de diseño y escasa aceptación sociocultural de esta tecnología por parte de los usuarios (SAGARPA-FIRCO 2009; SILVA 2002).

Si la planta de biogás se construye, opera y mantiene en buenas condiciones (por ejemplo, drenar el agua de condensación), prácticamente no existe el riesgo de fugas o explosiones (TILLEY et al. 2018). Para prevenir cualquier riesgo, es importante revisar la instalación para asegurarse de que las tuberías no tengan fugas ya que la mezcla de biogás con aire en una relación de 1:20 forma un gas detonante altamente explosivo (SILVA 2002). Esta mezcla explosiva también puede formarse al momento de bombear el contenido de un digestor en tanques, por lo que se debe extremar precauciones para estos casos (WEBER et al. 2012).

Usar biogás para cocinar no requiere ninguna tarea de mantenimiento compleja. Sólo es necesario asegurarse de que las boquillas del quemador estén bien ajustadas para maximizar el rendimiento energético (WEBER et al. 2012; SILVA 2002). Como el biogás se satura con vapor de agua al momento de salir del digestor, se genera un proceso de condensación que, en combinación con otras impurezas, puede corroer las paredes de la tubería. Para evitar bloqueos y corrosión, el agua acumulada tiene que vaciarse a menudo de las trampas de agua instaladas. Las tuberías, accesorios, empalmes y dispositivos de gas deben ser monitoreados por personal capacitado (TILLEY et al. 2018; VARNERO 2011; ROMERO 2011). Para otras aplicaciones, el biogás debe pasar por un proceso de depuración. Para uso en motores por ejemplo, es necesario reducir el sulfuro de hidrógeno ya que, cuando se combina con el agua en condensación, se forman ácidos corrosivos (TILLEY et al. 2018; VARNERO 2011; ROMERO 2011). Cuando se utiliza como combustible de vehículos, también es necesario remover el dióxido de carbono, lo que requiere esfuerzos financieros y operativos adicionales (TILLEY et al. 2018; VARNERO 2011).