Mario Ortiz

BIOGÀS

El biogàs és una font energètica obtinguda a partir de la digestió anaeròbia del residus urbans, industrials i agrícoles. Aquest està format per metà, diòxid de carboni, i petites quantitats d’hidrogen, sulfur d’hidrogen, nitrogen i una centena de compostos orgànics volàtils (COV).

File:Fontsbiogas.jpg

2. FORMACIÓ DEL BIOGÀS

Aquest procés és el resultat d’una activitat microbiana complexa en condicions anaeròbies. Consisteix en la biodegradació de la matèria orgànica dels residus, resultant l’alliberació d’un gas format dels metabolismes gasosos de la biodegradació. Cada etapa del procés condueix a la formació de compostos intermitjos, servint alhora de substrats per a la fase següent.

ETAPES DE FORMACIÓ

Es coneix que l’esquema de fermentació del biogàs compren tres etapes successives realitzades per agents bacterians específics:

- 1ª fase: Acidogènesi (Hidrólisi i acidificació). - 2ª fase: Acetogènesi. - 3ª fase: Metanogènesi.

1a fase : Acidogènesi.

Aquesta primera fase consisteix en hidrolitzar les matèries orgàniques complexes tal com proteïnes, grasses o cel•lulosa i formar molècules mes simples. Aquesta etapa porta doncs als productes clàssics de fermentació : Etanol, àcids grassos volàtils, diòxid de carboni i hidrogen.

2a fase : Acetogènesi.

El rol dels bacteris presents en l’actual fase és transformar els diversos compostos de la fase precedent en recursos directes del metà: Acetats (CH3COO-), diòxid de carboni i hidrogen.

3a fase: Metanització.

En la present fase actuen dos tipus diferents de bacteris. Aquests son els encarregats de conduir el procés de fermentació cap al producte final:

-Hidrogenòfils, especialitzats en la reducció del diòxid de carboni i l’àcid fòrmic a partir de l’hidrogen.

-Acetoclastes, productes del metà a partir de l’àcid ascètic, metanol i metilamines.

3. USOS DEL BIOGÀS

En principi, el biogàs pot ser utilitzat en qualsevol equip comercial dissenyat per a utilitzar amb gas natural. El gràfic que es troba a continuació resumeix les possibles aplicacions:

File:Usosbiogas.jpg

Figura 3.1 Aplicacions del biogàs.

PRINCIPIS DE LA COMBUSTIÓ

El biogàs mesclat amb aire pot ser cremat en un ampli espectres d’artefactes descomposant-se principalment en CO2 i H2O. La combustió completa sense l’excés d’aire i amb oxigen pur, pot ser representada per les següents equacions químiques.

CH4 + 2 O2 --> CO2 + 2 H2O H2S + 3/2 O2 --> SO2 + H2O CO2 --> CO2

El requeriment d’aire mínim seria del 21% però aquesta xifra ha de ser augmentada per aconseguir una bona combustió. La relació aire-gas pot ser ajustada augmentant la pressió, incrementant l’obertura de la vàlvula dossificadora de gas (el biogàs requereix d’una obertura de 2 a 3 vegades major a la utilitzada pel metà pur i modificant la geometria del pas d’aire des de l’exterior). Degut al contingut de diòxid de carboni, el biogàs té una velocitat de propagació de la flama lenta, 43 cm/seg i per tant la flama tendeix a escapar-se dels cremadors. La pressió per un correcte ús del gas oscil•la entre els 7 i els 20mbar. S’ha de tenir especial cura en aquest aspecte degut a que s’hauran de calcular les pèrdues de pressió de sortida del gasòmetre (addicionant contrapesos en el cas dels gasòmetres flotants).

DIFERENTS APLICACIONS DEL BIOGÀS

En el quadre s’han llistat els principals artefactes que utilitzen biogàs juntament amb el seu consum mig i la seva eficiència.

Les cuines i calentadors són fàcilment modificables, fent més gran el pas del gas dels cremadors. La àmplia disponibilitat d’aquest tipus d’equips fa interessant la seva utilització a gran escala.

Les llums a gas tenen una molt baixa eficiència i l’ambient on s’utilitzi ha d’estar adequadament ventilat per dissipar el calor que generen.

Els congeladors domèstics constitueixen un interessant camp d’aplicació directa del biogàs degut a que tenen un consum semblant i distribuït al llarg de les 24 hores del dia. Això fa que minimitzi la necessitat d’emmagatzematge del gas. Aquests equips funcionen sota el principi de l’absorció (generalment de cicle amoníac refrigerant – aigua absorbent). Recentment s’ha desenvolupat equips per al refredament de llet i/o altres productes agrícoles, el que fa que s’obri un important camp d’aplicació directa i rentable del mateix.

Els cremadors infraroigs que més habitualment són utilitzats en la calefacció d’ambients (especialment en criadors) presenten com a avantatge la seva alta eficiència, el qual minimitza el consum de gas per un determinat requeriment tèrmic.

El biogàs pot ser utilitzat en motors de combustió interna tant a gasolina com dièsel. El gas obtingut per fermentació té un octanatge que oscil•la entre 100 i 110, el qual fa molt adequat pel seu ús en motors d’alta relació volumètrica de compressió. Per altra banda, una desavantatge és la seva baixa velocitat d’encendre.

En els motors de Cicle Otto el carburador convencional és reemplaçat per un mesclador de gasos. Aquests motors són arrancats amb nafta i després segueixen funcionant amb un 100% de biogàs amb una merma de potència màxima del 20% al 30%.

Als motors de Cicle Dièsel se li afegeix un mesclador de gasos amb un sistema de control de mantenint el sistema d’injecció convencional. D’aquesta manera aquests motors poden funcionar amb diferents proporcions de biogàs dièsel i poden convertir-se fàcil i ràpidament d’un combustible a un altre, fent-los molt confiables. El gas-oil no pot ser reemplaçat en els motors funcionant a camp del 85% al 90%, degut a que l’autonomia aconseguida és menor comparada amb la original. La proporció de H2S en el biogàs causa deterioraments en les vàlvules d’admissió i d’escapament de determinats motors obligant a un canvi més freqüent dels olis lubricants, El grau de deteriorament en els motors varia considerablement i els resultats obtinguts experimentalment soler ser contradictoris.

Els motors de biogàs tenen ampli espectre d’aplicació sent els més usuals el bombeig d’aigua, el picat de racions i el funcionament de munyidores en l’àrea rural. L’altre utilització més generalitzada és el seu ús per activar generadors d’electricitat.

Els sistemes de cogeneració busquen la major eficiència en l’aprofitament de l’energia continguda en el biogàs. En aquests casos la potencia mecànica prevista per l’eix del motor és aprofitada per generar electricitat a través d’un generador. Simultàniament i per mitjà d’una sèrie d’intercanviadors de calor ubicats en els sistemes de refrigeració (aigua i oli) del motor i en la sortida dels gasos d’escapament, es recupera l’energia tèrmica alliberada en la combustió interna. D’aquesta manera s’aconsegueix una millor aprofitament de l’energia. La difusió d’aquests sistemes estarà condicionada per la rendibilitat final. Per altra banda, representa la utilització més racional del biogàs ja que s’obté una forma d’energia extremadament dúctil com l’electricitat al mateix temps que una font de calor molt necessària per a la calefacció de digestius en zones fredes. L’ús vehicular del biogàs és possible, i en la realitat s’ha utilitzat des de fa temps. Però la seva difusió està limitada per una sèrie de problemes:

•Amb la finalitat de permetre una autonomia raonable el gas pel seu volum ha de ser emmagatzemat en contenidors cilíndrics d’alta pressió ( 200 a 30 bar); aquest tipus d’emmagatzematge implica que el mateix sigui purificat abans de la seva compressió.

•La conversió dels motors és cara (instal•lació similar a la del GNC) i el pes dels cilindres disminueix la capacitat de càrrega dels vehicles.

•Per últim li falta d’una adequada xarxa d’abastament i l’energia involucrada en la compressió a gran escala d’aquest tipus d’ús.

Aquests problemes estan prenent relativa importància degut a l’avançada difusió de la tecnologia del GNC.