ENRIQUECIMIENTO DE BIOGÁS UTILIZANDO BIOCARBÓN

Las características del biogás varían segun el sustrato, temperatura, pH, etc; utilizados en su proceso, ver CUADRO 1

CUADRO 1. CARACTERISTICAS DEL BIOGAS

Como el metano (CH4) es el gas combustible, buscamos que el contenido de metano en el biogás sea lo mayor posible.

1 BASE TEORICA

El biocarbón, o biochar, es el producto sólido de la combustión incompleta (pirólisis, a 300 – 700 oC) de materiales lignocelulósicos como ramas de uva, tallos de palta, hojas secas de granada; paja de arroz, etc.

Fotografía 1. Biocarbón elaborado a partir de paja de arroz.

En los biodigestores, el biocarbón puede incrementar la producción de metano al acelerar la etapa de metanogénesis, proteger a los microorganismos de impactos tóxicos y reducir la inhibición (de las bacterias para producir metano) por acumulación de amoníaco y ácidos grasos volátiles. (Manga et al., 2023)

Además, se le puede utilizar para la limpieza “in situ” (en el interior del biodigestor) del biogás, ya que adsorbe el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno.

Las propiedades físicas del biocarbón, como su gran Area Superficial Específica y su alta porosidad, proporcionan condiciones favorables para la captura de CO2 y H2S. Además de sus propiedades físicas, las propiedades químicas, como tener metales de base alcalina (altas concentraciones de potasio (K), magnesio (Mg) y sodio (Na)) facilitan la eliminación de CO2 “in situ” en el biorreactor.

2  APLICACIÓN PRACTICA

Pruebas experimentales muestran que añadir 1.91 gr biochar/gr Sólidos Volátiles de sustrato, permiten incrementar el contenido de metano a valores de 90% o más, en digestión mesofílica a 37 oC. (Linville, Shen, Ignacio-de Leon, Schoene, & Urgun-Demirtas, 2017).

3  MODO DE EMPLEO

El biocarbón se mezcla con el sustrato a cargar al biodigestor, en dosis de 2 gr de biocarbón por cada gramo de Sólidos Volátiles en el sustrato.

Los Sólidos Volátiles representan la materia sólida de una muestra, que se consume cuando le aplicamos calor. Las cenizas que quedan son los Sólidos No Volátiles.

Por ejemplo, un estiércol de cerdo puede tener 25% de sólidos totales y 22% de sólidos volátiles.

Figura 1. Contenido de sólidos totales, sólidos volátiles y sólidos no volátiles en estiércol de cerdo.

La cantidad de Sólidos Volátiles dependen del sustrato, y se puede obtener a partir de tablas como la del KTBL de Alemania que se pueden descargar en el siguiente enlace https://drive.google.com/file/d/1S8cQEdkg6kma8uQbE3ljbG6gmPrcGzwB/view?usp=sharing.

EJEMPLO

Tenemos un biodigestor de 1 m3 de capacidad total y 0.8 m3 de capacidad útil. Lo vamos a cargar con 200 kg de estiércol fresco de cerdo y 600 litros de agua.

Qué cantidad de biocarbón deberíamos de agregarle?

SOLUCION

1.         Si tenemos los datos de sólidos volátiles del estiércol, los utilizamos. Si no los tenemos podemos hacer una estimación en base a las tablas del KTBL.

Figura 2. Información de estiércol de cerdo.

2. Como cargaremos 200 kg de sustrato, y sabemos que por cada gramo de SV (denominémosla variable “x”) debemos de cargar 2 gr de biocarbón (variable “y”), podemos decir 

y = 2*x

3. Sabemos que los SV del estiércol de cerdo equivalen al 22% del estiércol que cargaremos (variable “z”)

x = 0.22*z

Además sabemos que

y + z = 200

Reemplazando el valor de “y”

2*x + z = 200

Y reemplazando el valor de “z”

2*0.22*z + z = 200

1.44*z = 200

Entonces

z = 200/1.44 = 138.88 kg

Luego

y = 200 – z                   200 – 138.88 = 61.11 kg

En conclusión, para poder realizar el filtrado “in situ” del biogás, cargaremos 61.11 kg de biocarbón, más 138.88 kg de estiércol de cerdo y 600 litros de agua.

4.  BIBLIOGRAFIA

Linville, J. L., Shen, Y., Ignacio-de Leon, P. A., Schoene, R. P., & Urgun-Demirtas, M. (2017). In-situ biogas upgrading during anaerobic digestion of food waste amended with walnut shell biochar at bench scale. Waste Management and Research, 35(6), 669–679. https://doi.org/10.1177/0734242X17704716

Manga, M., Aragón-Briceño, C., Boutikos, P., Semiyaga, S., Olabinjo, O., & Muoghalu, C. C. (2023). Biochar and Its Potential Application for the Improvement of the Anaerobic Digestion Process: A Critical Review. Energies, 16(10). https://doi.org/10.3390/en16104051

Si tiene dudas o consultas, escribanos a sprorganicos@gmail.com y lo ayudaremos.

Diciembre 2023