Biogás

El biogás es una mezcla de gases, compuesta principalmente de metano, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno, que se produce a partir de materias primas como desechos agrícolas, estiércol, desechos municipales, material vegetal, aguas residuales, desechos verdes y desechos de alimentos. Es una fuente de energía renovable.

El biogás se produce por digestión anaeróbica con organismos anaeróbicos o metanógeno dentro de un digestor anaeróbico, biodigestor o biorreactor.

El biogás es principalmente metano (CH₄) y dióxido de carbono (CO₂) y puede tener pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno (H₂S), humedad y siloxanos. Los gases metano, hidrógeno y monóxido de carbono (CO) pueden quemarse u oxidarse con oxígeno. Esta liberación de energía permite utilizar el biogás como combustible; se puede utilizar en pilas de combustible y para cualquier propósito de calefacción, como cocinar. También se puede utilizar en un motor de gas para convertir la energía del gas en electricidad y calor.

El biogás se puede comprimir después de eliminar el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno, de la misma manera que el gas natural se comprime a GNC y se usa para impulsar vehículos de motor. En el Reino Unido, por ejemplo, se estima que el biogás tiene el potencial de reemplazar alrededor del 17 % del combustible de los vehículos.Califica para subsidios de energía renovable en algunas partes del mundo. El biogás se puede limpiar y actualizar a los estándares del gas natural, cuando se convierte en biometano. El biogás se considera un recurso renovable porque su ciclo de producción y uso es continuo y no genera dióxido de carbono neto. A medida que crece el material orgánico, se convierte y se utiliza. Luego vuelve a crecer en un ciclo que se repite continuamente. Desde la perspectiva del carbono, se absorbe tanto dióxido de carbono de la atmósfera en el crecimiento del recurso biológico primario como se libera, cuando el material finalmente se convierte en energía.

Producción

El biogás es producido por microorganismos, como metanógenos y bacterias sulfato-reductoras, que realizan respiración anaeróbica. El biogás puede referirse al gas producido de forma natural e industrial.

Natural

En el suelo, los metanógenos producen metano en ambientes anaeróbicos, pero los metanótrofos lo consumen principalmente en zonas aeróbicas. Las emisiones de metano resultan cuando el balance favorece a los metanógenos. Los suelos de los humedales son la principal fuente natural de metano. Otras fuentes incluyen océanos, suelos de bosques, termitas y rumiantes salvajes.

Industrial

El propósito de la producción industrial de biogás es la recolección de biometano, generalmente para combustible. El biogás industrial se produce ya sea;

• Como gas de vertedero (LFG), que se produce por la descomposición de desechos biodegradables dentro de un vertedero debido a reacciones químicas y microbios, o
• Como gas digerido, producido dentro de un digestor anaeróbico.

Plantas de biogás

Una planta de biogás es el nombre que a menudo se le da a un digestor anaeróbico que trata desechos agrícolas o cultivos energéticos. Se puede producir mediante digestores anaerobios (tanques herméticos con diferentes configuraciones). Estas plantas pueden alimentarse con cultivos energéticos como ensilaje de maíz o desechos biodegradables, incluidos lodos de depuradora y desechos de alimentos. Durante el proceso, los microorganismos transforman los residuos de biomasa en biogás (principalmente metano y dióxido de carbono) y digestato. Se pueden producir mayores cantidades de biogás cuando las aguas residuales se codigieren con otros residuos de la industria láctea, la industria azucarera o la industria cervecera. Por ejemplo, al mezclar el 90 % de las aguas residuales de la fábrica de cerveza con el 10 % de suero de leche de vaca, la producción de biogás aumentó 2,5 veces en comparación con el biogás producido solo con las aguas residuales de la cervecería.

La fabricación de biogás a partir de maíz plantado intencionalmente ha sido descrita como insostenible y dañina debido al carácter muy concentrado, intenso y erosionador del suelo de estas plantaciones.

Procesos clave

Hay dos procesos clave: digestión mesófila y termófila que depende de la temperatura. En un trabajo experimental en la Universidad de Alaska Fairbanks, un digestor de 1000 litros que usa psicrófilos recolectados del "lodo de un lago congelado en Alaska" ha producido de 200 a 300 litros de metano por día, alrededor del 20% al 30% de la producción de los digestores en climas más cálidos.

Peligros

La contaminación del aire producida por el biogás es similar a la del gas natural, ya que cuando el metano (un componente principal del biogás) se enciende para su uso como fuente de energía, el dióxido de carbono se produce como un producto que es un gas de efecto invernadero (como se describe en este ecuación: CH ₄ + 2O ₂ → CO ₂ + 2 H ₂ O). El contenido de sulfuro de hidrógeno tóxico presenta riesgos adicionales y ha sido responsable de accidentes graves. Las fugas de metano sin quemar son un riesgo adicional, porque el metano es un potente gas de efecto invernadero.

El biogás puede ser explosivo cuando se mezcla en una proporción de una parte de biogás por 8 a 20 partes de aire. Se deben tomar precauciones de seguridad especiales para ingresar a un digestor de biogás vacío para trabajos de mantenimiento. Es importante que un sistema de biogás nunca tenga presión negativa ya que esto podría causar una explosión. La presión de gas negativa puede ocurrir si se extrae o se filtra demasiado gas; Debido a esto, el biogás no debe usarse a presiones inferiores a una pulgada de columna de agua, medida con un manómetro.

Se deben realizar controles de olor frecuentes en un sistema de biogás. Si se huele a biogás en algún lugar, las ventanas y puertas deben abrirse inmediatamente. Si hay un incendio, el gas debe cerrarse en la válvula de compuerta del sistema de biogás.

Gas de vertedero

El gas de vertedero es producido por desechos orgánicos húmedos que se descomponen en condiciones anaeróbicas de manera similar al biogás.

Los residuos son recubiertos y comprimidos mecánicamente por el peso del material que se deposita encima. Este material evita la exposición al oxígeno, lo que permite que prosperen los microbios anaeróbicos. El biogás se acumula y se libera lentamente a la atmósfera si el sitio no ha sido diseñado para capturar el gas. El gas de vertedero que se libera de manera descontrolada puede ser peligroso ya que puede volverse explosivo cuando escapa del vertedero y se mezcla con el oxígeno. El límite explosivo inferior es 5% de metano y el superior es 15% de metano.

El metano del biogás es un gas de efecto invernadero 28 veces más potente que el dióxido de carbono. Por lo tanto, el gas de vertedero no contenido, que se escapa a la atmósfera, puede contribuir significativamente a los efectos del calentamiento global. Además, los compuestos orgánicos volátiles (COV) del gas de vertedero contribuyen a la formación de smog fotoquímico.

Técnico

La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) es una medida de la cantidad de oxígeno requerida por los microorganismos aeróbicos para descomponer la materia orgánica en una muestra de material que se utiliza en el biodigestor, así como la DBO para la descarga líquida permite el cálculo de la producción diaria de energía de un biodigestor.

Otro término relacionado con los biodigestores es la suciedad del efluente, que indica cuánto material orgánico hay por unidad de fuente de biogás. Las unidades típicas para esta medida son mg DBO/litro. A modo de ejemplo, la suciedad de los efluentes puede oscilar entre 800 y 1200 mg DBO/litro en Panamá.

De 1 kg de biorresiduos de cocina fuera de servicio se pueden obtener 0,45 m de biogás. El precio de la recogida de residuos biológicos domiciliarios es de aproximadamente 70 € la tonelada.

Composición

La composición del biogás varía dependiendo de la composición del sustrato, así como de las condiciones dentro del reactor anaeróbico (temperatura, pH y concentración del sustrato). El gas de vertedero normalmente tiene concentraciones de metano de alrededor del 50%. Las tecnologías avanzadas de tratamiento de desechos pueden producir biogás con un 55 % a un 75 % de metano, que para reactores con líquidos libres se puede aumentar a un 80 % a un 90 % de metano utilizando técnicas de purificación de gas in situ. Tal como se produce, el biogás contiene vapor de agua. El volumen fraccional de vapor de agua es una función de la temperatura del biogás; la corrección del volumen de gas medido para el contenido de vapor de agua y la expansión térmica se realiza fácilmente a través de matemáticas simples que producen el volumen estandarizado de biogás seco.

Para 1000 kg (peso húmedo) de entrada a un biodigestor típico, los sólidos totales pueden ser el 30 % del peso húmedo, mientras que los sólidos suspendidos volátiles pueden ser el 90 % de los sólidos totales. Las proteínas serían el 20% de los sólidos volátiles, los carbohidratos serían el 70% de los sólidos volátiles y finalmente las grasas serían el 10% de los sólidos volátiles.

Contaminantes

Compuestos de azufre

Sulfuro de hidrógeno tóxico y maloliente (H₂S) es el contaminante más común en el biogás, pero pueden estar presentes otros compuestos que contienen azufre, como los tioles. Si se deja en la corriente de biogás, el sulfuro de hidrógeno es corrosivo y cuando se quema produce dióxido de azufre (SO₂) y ácido sulfúrico (H₂ASI QUE₄), también compuestos corrosivos y peligrosos para el medio ambiente.

Amoníaco

Amoníaco (NH₃) se produce a partir de compuestos orgánicos que contienen nitrógeno, como los aminoácidos de las proteínas. Si no se separa del biogás, la combustión da como resultado óxido nitroso (NO_X) emisiones.

Siloxanos

En algunos casos, el biogás contiene siloxanos. Se forman a partir de la descomposición anaeróbica de materiales que se encuentran comúnmente en jabones y detergentes. Durante la combustión de biogás que contiene siloxanos, se libera silicio y puede combinarse con oxígeno libre u otros elementos en el gas de combustión. Se forman depósitos que contienen principalmente sílice (SiO₂) o silicatos (Si_XO_y) y puede contener calcio, azufre, zinc, fósforo. Dichos depósitos minerales blancos se acumulan hasta un espesor superficial de varios milímetros y deben eliminarse por medios químicos o mecánicos.

Se encuentran disponibles tecnologías prácticas y rentables para eliminar los siloxanos y otros contaminantes del biogás.

Beneficios del biogás derivado del estiércol

Se producen altos niveles de metano cuando el estiércol se almacena en condiciones anaeróbicas. Durante el almacenamiento y cuando se ha aplicado estiércol a la tierra, también se produce óxido nitroso como subproducto del proceso de desnitrificación. Óxido nitroso (N₂O) es 320 veces más agresivo como gas de efecto invernadero que el dióxido de carbono y el metano 25 veces más que el dióxido de carbono Al convertir el estiércol de vaca en biogás de metano a través de la digestión anaeróbica, millones de cabezas de ganado en los Estados Unidos podrían producir 100 mil millones de kilovatios hora de electricidad, suficiente para alimentar millones de hogares en los Estados Unidos. De hecho, una vaca puede producir suficiente estiércol en un día para generar 3 kilovatios hora de electricidad; solo se necesitan 2,4 kilovatios hora de electricidad para encender una sola bombilla de 100 vatios durante un día. Además, al convertir el estiércol de ganado en biogás de metano en lugar de dejar que se descomponga, los gases causantes del calentamiento global podrían reducirse en 99 millones de toneladas métricas o en un 4 %.

Aplicaciones

El biogás se puede usar para la producción de electricidad en obras de alcantarillado, en un motor de gas CHP, donde el calor residual del motor se usa convenientemente para calentar el digestor; Cocinando; calefacción de espacios; calentamiento de agua; y proceso de calentamiento. Si se comprime, puede reemplazar el gas natural comprimido para su uso en vehículos, donde puede alimentar un motor de combustión interna o celdas de combustible y es un desplazador de dióxido de carbono mucho más efectivo que el uso normal en las plantas CHP in situ.

Mejora de biogás

El biogás crudo producido a partir de la digestión tiene aproximadamente un 60 % de metano y un 39 % de CO₂con oligoelementos de H₂S: inadecuado para uso en maquinaria. La naturaleza corrosiva de H₂S solo es suficiente para destruir los mecanismos.

El metano en el biogás se puede concentrar a través de un mejorador de biogás con los mismos estándares que el gas natural fósil, que a su vez tiene que pasar por un proceso de limpieza y se convierte en biometano. Si la red local de gas lo permite, el productor de biogás podrá utilizar sus redes de distribución. El gas debe estar muy limpio para alcanzar la calidad de la tubería y debe tener la composición correcta para que la red de distribución lo acepte. El dióxido de carbono, el agua, el sulfuro de hidrógeno y las partículas deben eliminarse si están presentes.

Existen cuatro métodos principales de mejora: lavado con agua, absorción por oscilación de presión, absorción con selexol y tratamiento con gas de amina. Además de estos, el uso de la tecnología de separación por membranas para la mejora del biogás está aumentando y ya hay varias plantas en funcionamiento en Europa y EE. UU.

El método más frecuente es el lavado con agua, donde el gas a alta presión fluye hacia una columna donde el dióxido de carbono y otros elementos traza se depuran mediante una cascada de agua que corre a contracorriente del gas. Este arreglo podría entregar un 98% de metano con los fabricantes garantizando una pérdida máxima de metano del 2% en el sistema. Se necesita aproximadamente entre el 3% y el 6% de la producción total de energía en gas para hacer funcionar un sistema de mejora de biogás.

Inyección de biogás a la red de gas

La inyección de gas a la red es la inyección de biogás en la red de metano (red de gas natural). Hasta el avance de la microcombinación de calor y electricidad, dos tercios de toda la energía producida por las centrales eléctricas de biogás se perdía (en forma de calor). Usando la red para transportar el gas a los consumidores, la energía se puede utilizar para la generación in situ, lo que da como resultado una reducción de las pérdidas en el transporte de energía. Las pérdidas de energía típicas en los sistemas de transmisión de gas natural oscilan entre el 1 % y el 2 %; en la transmisión de electricidad oscilan entre el 5% y el 8%.

Antes de ser inyectado en la red de gas, el biogás pasa por un proceso de limpieza, durante el cual se actualiza a la calidad del gas natural. Durante el proceso de limpieza se eliminan los componentes nocivos para la red de gas y los usuarios finales.

Biogás en el transporte

Si se concentra y comprime, se puede utilizar en el transporte de vehículos. El biogás comprimido se está utilizando ampliamente en Suecia, Suiza y Alemania. Un tren impulsado por biogás, llamado Biogaståget Amanda (El tren de biogás Amanda), ha estado en servicio en Suecia desde 2005. El biogás impulsa automóviles. En 1974, un documental británico titulado Sweet as a Nut detalló el proceso de producción de biogás a partir de estiércol de cerdo y mostró cómo alimentaba un motor de combustión adaptado a la medida. En 2007, aproximadamente 12.000 vehículos estaban siendo alimentados con biogás mejorado en todo el mundo, principalmente en Europa.

El biogás es parte de la categoría de gas húmedo y gas de condensación (o aire) que incluye neblina o neblina en la corriente de gas. La neblina o neblina es predominantemente vapor de agua que se condensa en los lados de las tuberías o chimeneas a lo largo del flujo de gas. Los ambientes de biogás incluyen digestores de aguas residuales, rellenos sanitarios y operaciones de alimentación animal (lagunas ganaderas cubiertas).

Los medidores de flujo ultrasónicos son uno de los pocos dispositivos capaces de medir en una atmósfera de biogás. La mayoría de los medidores de flujo térmico no pueden proporcionar datos confiables porque la humedad provoca lecturas de flujo altas constantes y picos continuos de flujo, aunque hay medidores de flujo másico térmico de inserción de punto único capaces de monitorear con precisión los flujos de biogás con una caída de presión mínima. Pueden manejar las variaciones de humedad que ocurren en la corriente de flujo debido a las fluctuaciones de temperatura diarias y estacionales, y tener en cuenta la humedad en la corriente de flujo para producir un valor de gas seco.

Calor/electricidad generados con biogás

El biogás se puede utilizar en diferentes tipos de motores de combustión interna, como los motores de gas Jenbacher o Caterpillar. Otros motores de combustión interna, como las turbinas de gas, son adecuados para la conversión de biogás en electricidad y calor. El digestato es la materia inorgánica restante que no se transformó en biogás. Se puede utilizar como fertilizante agrícola.

El biogás se puede utilizar como combustible en el sistema de producción de biogás a partir de desechos agrícolas y cogeneración de calor y electricidad en una planta de cogeneración de calor y electricidad (CHP). A diferencia de otras energías verdes como la eólica y la solar, se puede acceder rápidamente al biogás bajo demanda. El potencial de calentamiento global también se puede reducir en gran medida cuando se usa biogás como combustible en lugar de combustible fósil.

Sin embargo, los potenciales de acidificación y eutrofización producidos por el biogás son 25 y 12 veces mayores, respectivamente, que las alternativas de combustibles fósiles. Este impacto se puede reducir mediante el uso de la combinación correcta de materias primas, almacenamiento cubierto para digestores y técnicas mejoradas para recuperar el material escapado. En general, los resultados aún sugieren que el uso de biogás puede conducir a una reducción significativa en la mayoría de los impactos en comparación con la alternativa de combustible fósil. El equilibrio entre el daño ambiental y la emisión de gases de efecto invernadero aún debe considerarse al implicar al sistema.

Avances tecnológicos

Actualmente, proyectos como NANOCLEAN están desarrollando nuevas formas de producir biogás de manera más eficiente, utilizando nanopartículas de óxido de hierro en los procesos de tratamiento de residuos orgánicos. Este proceso puede triplicar la producción de biogás.

Biogás y Saneamiento

El lodo fecal es un producto de los sistemas de saneamiento in situ. Después de la recolección y el transporte, los lodos fecales se pueden tratar con aguas residuales en una planta de tratamiento convencional o, de lo contrario, se pueden tratar de forma independiente en una planta de tratamiento de lodos fecales. Los lodos fecales también pueden cotratarse con residuos sólidos orgánicos en compostaje o en un sistema de digestión anaeróbica. El biogás se puede generar a través de la digestión anaeróbica en el tratamiento de lodos fecales.

La adecuada gestión de las excretas y su valorización mediante la producción de biogás a partir de lodos fecales ayuda a mitigar los efectos de una mala gestión de las excretas como son las enfermedades transmitidas por el agua y la contaminación del agua y del medio ambiente.

Legislación

Unión Europea

La Unión Europea tiene una legislación sobre gestión de residuos y vertederos denominada Directiva sobre vertederos.

Países como el Reino Unido y Alemania cuentan ahora con una legislación vigente que proporciona a los agricultores ingresos a largo plazo y seguridad energética.

La UE exige que los motores de combustión interna con biogás tengan suficiente presión de gas para optimizar la combustión, y dentro de la Unión Europea, las unidades de ventilador centrífugo ATEX construidas de acuerdo con la directiva europea 2014–34/EU (anteriormente 94/9/EG) son obligatorias. Estas unidades de ventilador centrífugo, por ejemplo, Combimac, Meidinger AG o Witt & Sohn AG, son adecuadas para su uso en la Zona 1 y 2.

Estados Unidos

Estados Unidos legisla contra el gas de vertedero ya que contiene COV. La Ley de Aire Limpio de los Estados Unidos y el Título 40 del Código de Regulaciones Federales (CFR, por sus siglas en inglés) exigen que los propietarios de vertederos calculen la cantidad de compuestos orgánicos distintos del metano (CONM) emitidos. Si las emisiones estimadas de CONM superan las 50 toneladas por año, el propietario del vertedero debe recolectar el gas y tratarlo para eliminar los CONM arrastrados. Eso generalmente significa quemarlo. Debido a la lejanía de los vertederos, a veces no es económicamente factible producir electricidad a partir del gas.

Desarrollos globales

Estados Unidos

Con los muchos beneficios del biogás, está comenzando a convertirse en una fuente de energía popular y está comenzando a usarse más en los Estados Unidos. En 2003, Estados Unidos consumió 43 TWh (147 billones de BTU) de energía del "gas de vertedero", aproximadamente el 0,6% del consumo total de gas natural de Estados Unidos. El biogás de metano derivado del estiércol de vaca se está probando en los EE. UU. Según un estudio de 2008, recopilado por la revista Science and Children, el biogás de metano del estiércol de vaca sería suficiente para producir 100 mil millones de kilovatios hora suficientes para alimentar millones de hogares en todo Estados Unidos. Además, el biogás de metano ha sido probado para demostrar que puede reducir 99 millones de toneladas métricas de emisiones de gases de efecto invernadero o alrededor del 4% de los gases de efecto invernadero producidos por los Estados Unidos.

En Vermont, por ejemplo, el biogás generado en las granjas lecheras se incluyó en el programa Cow Power de CVPS. El programa fue ofrecido originalmente por Central Vermont Public Service Corporation como una tarifa voluntaria y ahora, con una fusión reciente con Green Mountain Power, ahora es el Programa GMP Cow Power. Los clientes pueden optar por pagar una prima en su factura de electricidad, y esa prima se pasa directamente a las granjas en el programa. En Sheldon, Vermont, Green Mountain Dairy ha proporcionado energía renovable como parte del programa Cow Power. Comenzó cuando los hermanos propietarios de la granja, Bill y Brian Rowell, querían abordar algunos de los desafíos del manejo del estiércol que enfrentan las granjas lecheras, incluido el olor del estiércol y la disponibilidad de nutrientes para los cultivos que necesitan para alimentar a los animales. Instalaron un digestor anaeróbico para procesar los desechos de las vacas y del centro de ordeño de sus 950 vacas para producir energía renovable, una cama para reemplazar el aserrín y un fertilizante que no daña las plantas. Los atributos energéticos y ambientales se venden al programa GMP Cow Power. En promedio, el sistema administrado por los Rowell produce suficiente electricidad para alimentar entre 300 y 350 hogares. La capacidad del generador es de unos 300 kilovatios.

En Hereford, Texas, se utiliza estiércol de vaca para alimentar una planta de energía de etanol. Al cambiar a biogás de metano, la planta de energía de etanol ha ahorrado 1000 barriles de petróleo por día. En general, la planta de energía ha reducido los costos de transporte y creará muchos más puestos de trabajo para futuras plantas de energía que dependerán del biogás.

En Oakley, Kansas, una planta de etanol considerada como una de las instalaciones de biogás más grandes de América del Norte está utilizando el Sistema integrado de utilización de estiércol "IMUS" para producir calor para sus calderas mediante el uso de estiércol de engorda, orgánicos municipales y desechos de la planta de etanol. A plena capacidad, se espera que la planta reemplace el 90% del combustible fósil utilizado en el proceso de fabricación de etanol y metanol.

En California, la Compañía de Gas del Sur de California ha abogado por mezclar biogás en las tuberías de gas natural existentes. Sin embargo, los funcionarios del estado de California han adoptado la posición de que el biogás "se utiliza mejor en sectores de la economía difíciles de electrificar, como la aviación, la industria pesada y los camiones de larga distancia".

Europa

El nivel de desarrollo varía mucho en Europa. Si bien países como Alemania, Austria y Suecia están bastante avanzados en el uso de biogás, existe un gran potencial para esta fuente de energía renovable en el resto del continente, especialmente en Europa del Este. MT-Energie es una empresa alemana de tecnología de biogás que opera en el campo de las energías renovables. Los diferentes marcos legales, los esquemas educativos y la disponibilidad de tecnología se encuentran entre las principales razones detrás de este potencial sin explotar. Otro desafío para el mayor avance del biogás ha sido la percepción pública negativa.

En febrero de 2009, se fundó en Bruselas la Asociación Europea de Biogás (EBA) como una organización sin ánimo de lucro para promover el despliegue de la producción y el uso sostenibles del biogás en Europa. La estrategia de EBA define tres prioridades: establecer el biogás como una parte importante de la combinación energética de Europa, promover la separación en origen de los residuos domésticos para aumentar el potencial del gas y apoyar la producción de biometano como combustible para vehículos. En julio de 2013, tenía 60 miembros de 24 países de toda Europa.

Reino Unido

A partir de septiembre de 2013, hay alrededor de 130 plantas de biogás que no son de aguas residuales en el Reino Unido. La mayoría están en la granja, y existen algunas instalaciones más grandes fuera de la granja, que aceptan los alimentos y los desechos de los consumidores.

El 5 de octubre de 2010, se inyectó biogás en la red de gas del Reino Unido por primera vez. Las aguas residuales de más de 30.000 hogares de Oxfordshire se envían a las plantas de tratamiento de aguas residuales de Didcot, donde se tratan en un digestor anaeróbico para producir biogás, que luego se limpia para proporcionar gas a aproximadamente 200 hogares.

En 2015, la empresa de energía verde Ecotricity anunció sus planes para construir tres digestores de inyección a la red".

Italia

En Italia, la industria del biogás comenzó en 2008, gracias a la introducción de tarifas de alimentación ventajosas. Más tarde fueron reemplazadas por primas de alimentación y se dio preferencia a los subproductos y residuos agrícolas, lo que provocó el estancamiento de la producción de biogás y el calor y la electricidad derivados desde 2012. En septiembre de 2018, en Italia hay más de 200 plantas de biogás con una producción de alrededor de 1.2GW

Alemania

Alemania es el mayor productor de biogás de Europa y el líder del mercado en tecnología de biogás. En 2010 había 5.905 plantas de biogás en funcionamiento en todo el país: Baja Sajonia, Baviera y los estados federales del este son las principales regiones. La mayoría de estas plantas se emplean como centrales eléctricas. Por lo general, las plantas de biogás están conectadas directamente con un CHP que produce energía eléctrica al quemar el biometano. Luego, la energía eléctrica se alimenta a la red eléctrica pública. En 2010, la capacidad eléctrica total instalada de estas centrales fue de 2.291 MW. El suministro eléctrico fue de aproximadamente 12,8 TWh, lo que supone un 12,6% del total de electricidad renovable generada.

El biogás en Alemania se extrae principalmente mediante la co-fermentación de cultivos energéticos (llamados 'NawaRo', una abreviatura de nachwachsende Rohstoffe, alemán para recursos renovables) mezclado con estiércol. El principal cultivo utilizado es el maíz. Los desechos orgánicos y los residuos industriales y agrícolas, como los desechos de la industria alimentaria, también se utilizan para la generación de biogás. En este sentido, la producción de biogás en Alemania difiere significativamente de la del Reino Unido, donde el biogás generado en vertederos es más común.

La producción de biogás en Alemania se ha desarrollado rápidamente en los últimos 20 años. La razón principal son los marcos legalmente creados. El apoyo gubernamental a las energías renovables comenzó en 1991 con la Ley de Alimentación de Electricidad (StrEG). Esta ley garantizaba a los productores de energía de fuentes renovables la alimentación a la red eléctrica pública, por lo que las empresas eléctricas se vieron obligadas a tomar toda la energía producida de productores privados independientes de energía verde. En 2000, la Ley de suministro de electricidad fue sustituida por la Ley de fuentes de energía renovable (EEG). Esta ley incluso garantizaba una compensación fija por la energía eléctrica producida durante 20 años. La cantidad de alrededor de 8 ¢/kWh brindó a los agricultores la oportunidad de convertirse en proveedores de energía y obtener una fuente adicional de ingresos.

La producción alemana de biogás agrícola recibió un nuevo impulso en 2004 al implementar el llamado NawaRo-Bonus. Este es un pago especial que se otorga por el uso de recursos renovables, es decir, cultivos energéticos. En 2007, el gobierno alemán subrayó su intención de invertir más esfuerzos y apoyo en la mejora del suministro de energía renovable para dar una respuesta a los crecientes desafíos climáticos y al aumento de los precios del petróleo mediante el 'Programa Integrado de Clima y Energía'.

Esta tendencia continua de promoción de las energías renovables induce una serie de desafíos que enfrenta la gestión y organización del suministro de energía renovable que también tiene varios impactos en la producción de biogás. El primer desafío a tener en cuenta es el alto consumo de área del suministro de energía eléctrica de biogás. En 2011, los cultivos energéticos para la producción de biogás ocuparon una superficie de unas 800 000 ha en Alemania.Esta alta demanda de áreas agrícolas genera nuevas competencias con las industrias alimentarias que hasta ahora no existían. Además, se crearon nuevas industrias y mercados en regiones predominantemente rurales que involucraron a diferentes nuevos actores con antecedentes económicos, políticos y civiles. Su influencia y actuación tiene que ser gobernada para obtener todas las ventajas que ofrece esta nueva fuente de energía. Finalmente, el biogás jugará además un papel importante en el suministro de energía renovable alemán si se enfoca la buena gobernanza.

Países en desarrollo

Las plantas de biogás domésticas convierten el estiércol del ganado y el suelo de noche en biogás y purines, el estiércol fermentado. Esta tecnología es factible para pequeños propietarios con ganado que produzca 50 kg de estiércol al día, el equivalente a unos 6 cerdos o 3 vacas. Este estiércol tiene que ser recolectable para mezclarlo con agua y alimentarlo a la planta. Los baños se pueden conectar. Otra condición previa es la temperatura que afecta el proceso de fermentación. Con un óptimo de 36 C°, la tecnología se aplica especialmente a quienes viven en un clima (sub)tropical. Esto hace que la tecnología sea adecuada para los pequeños propietarios de los países en desarrollo.

Según el tamaño y la ubicación, se puede instalar una planta de biogás de cúpula fija típica hecha de ladrillos en el patio de una casa rural con una inversión de entre 300 y 500 dólares estadounidenses en los países asiáticos y hasta 1400 dólares estadounidenses en el contexto africano. Una planta de biogás de alta calidad necesita costos de mantenimiento mínimos y puede producir gas durante al menos 15 a 20 años sin mayores problemas ni reinversiones. Para el usuario, el biogás proporciona energía limpia para cocinar, reduce la contaminación del aire interior y reduce el tiempo necesario para la recolección tradicional de biomasa, especialmente para mujeres y niños. El purín es un fertilizante orgánico limpio que potencialmente aumenta la productividad agrícola.

La energía es una parte importante de la sociedad moderna y puede servir como uno de los indicadores más importantes del desarrollo socioeconómico. A pesar de los avances tecnológicos, aún así, unos tres mil millones de personas, principalmente en las zonas rurales de los países en desarrollo, continúan accediendo a sus necesidades energéticas para cocinar a través de medios tradicionales al quemar recursos de biomasa como leña, residuos de cultivos y estiércol animal. en toscas estufas tradicionales.

La tecnología de biogás doméstico es una tecnología probada y establecida en muchas partes del mundo, especialmente en Asia. Varios países de esta región se han embarcado en programas a gran escala sobre biogás doméstico, como China e India.

La Organización de Desarrollo de los Países Bajos, SNV, apoya programas nacionales sobre biogás doméstico que tienen como objetivo establecer sectores de biogás doméstico comercialmente viables en los que las empresas locales comercializan, instalan y dan servicio a plantas de biogás para los hogares. En Asia, SNV está trabajando en Nepal, Vietnam, Bangladesh, Bután, Camboya, República Democrática Popular Lao, Pakistán e Indonesia, y en África; Ruanda, Senegal, Burkina Faso, Etiopía, Tanzania, Uganda, Kenia, Benin y Camerún.

En Sudáfrica se fabrica y vende un sistema de biogás preconstruido. Una característica clave es que la instalación requiere menos habilidad y es más rápida de instalar ya que el tanque del digestor es de plástico prefabricado.

India

El biogás en la India se ha basado tradicionalmente en el estiércol de leche como materia prima y estas plantas de gas "gobar" han estado en funcionamiento durante un largo período de tiempo, especialmente en las zonas rurales de la India. En las últimas 2 o 3 décadas, las organizaciones de investigación centradas en la seguridad energética rural han mejorado el diseño de los sistemas, lo que ha dado como resultado diseños más nuevos, eficientes y de bajo costo, como el modelo Deenabandhu.

El modelo Deenabandhu es un nuevo modelo de producción de biogás popular en la India. (Deenabandhu significa "amigo de los desamparados".) La unidad suele tener una capacidad de 2 a 3 metros cúbicos. Se construye con ladrillos o con una mezcla de ferrocemento. En India, el modelo de ladrillo cuesta un poco más que el modelo de ferrocemento; sin embargo, el Ministerio de Energía Nueva y Renovable de la India ofrece algún subsidio por modelo construido.

El biogás, que es principalmente metano/gas natural, también se puede utilizar para generar alimentos ricos en proteínas para ganado, aves y peces en las aldeas de forma económica mediante el cultivo de la bacteria Methylococcus capsulatus con una pequeña huella de tierra y agua. El gas de dióxido de carbono producido como subproducto de estas plantas se puede utilizar en la producción más barata de aceite de algas o espirulina a partir del cultivo de algas, particularmente en países tropicales como India, que pueden desplazar la posición principal del petróleo crudo en un futuro próximo. El gobierno de la Unión de la India está implementando muchos esquemas para utilizar productivamente los desechos agrícolas o la biomasa en las áreas rurales para mejorar la economía rural y el potencial laboral.Con estas plantas, la biomasa no comestible o los residuos de biomasa comestible se convierten en productos de alto valor sin contaminación del agua ni emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).

El GLP (Gas Licuado de Petróleo) es una fuente clave de combustible para cocinar en las zonas urbanas de la India y sus precios han aumentado junto con los precios mundiales del combustible. Además, los fuertes subsidios proporcionados por los sucesivos gobiernos para promover el GLP como combustible doméstico para cocinar se han convertido en una carga financiera que renueva el enfoque en el biogás como combustible alternativo para cocinar en los establecimientos urbanos. Esto ha llevado al desarrollo de digestores prefabricados para despliegues modulares en comparación con las estructuras de cemento y RCC, que tardan más en construirse. El enfoque renovado en la tecnología de proceso, como el modelo de proceso de Biourja, ha mejorado la estatura del digestor anaeróbico de mediana y gran escala en la India como una alternativa potencial al GLP como combustible principal para cocinar.

En India, Nepal, Pakistán y Bangladesh, el biogás producido a partir de la digestión anaeróbica del estiércol en instalaciones de digestión a pequeña escala se denomina gas gobar; se estima que tales instalaciones existen en más de 2 millones de hogares en la India, 50.000 en Bangladesh y miles en Pakistán, particularmente en el norte de Punjab, debido a la próspera población de ganado. El digestor es un pozo circular hermético hecho de hormigón con una conexión de tubería. El estiércol se dirige a la fosa, normalmente directamente desde el establo. El pozo se llena con una cantidad requerida de aguas residuales. La tubería de gas está conectada a la chimenea de la cocina a través de válvulas de control. La combustión de este biogás tiene muy poco olor o humo. Debido a la simplicidad en la implementación y el uso de materias primas baratas en las aldeas, es una de las fuentes de energía más ecológicas para las necesidades rurales. Un tipo de estos sistemas es el Digestor Sintex. Algunos diseños utilizan lombricultura para mejorar aún más el lodo producido por la planta de biogás para su uso como compost.

En Pakistán, la Red de Programas de Apoyo Rural está ejecutando el Programa Nacional de Biogás de Pakistán, que ha instalado 5360 plantas de biogás y ha capacitado a más de 200 albañiles en la tecnología y tiene como objetivo desarrollar el Sector de Biogás en Pakistán.

En Nepal, el gobierno otorga subsidios para construir una planta de biogás en casa.

Porcelana

Los chinos han experimentado con las aplicaciones del biogás desde 1958. Alrededor de 1970, China había instalado 6.000.000 de digestores en un esfuerzo por hacer que la agricultura fuera más eficiente. Durante los últimos años, la tecnología ha alcanzado altas tasas de crecimiento. Estos parecen ser los primeros avances en la generación de biogás a partir de residuos agrícolas.

La construcción de biogás rural en China ha mostrado una mayor tendencia de desarrollo. El crecimiento exponencial del suministro de energía causado por el rápido desarrollo económico y las severas condiciones de neblina en China han llevado al biogás a convertirse en la mejor energía ecológica para las áreas rurales. En el condado de Qing, provincia de Hebei, se está desarrollando actualmente la tecnología de utilizar paja de cultivo como material principal para generar biogás.

China tenía 26,5 millones de plantas de biogás, con una producción de biogás de 10 500 millones de metros cúbicos hasta 2007. La producción anual de biogás aumentó a 248 000 millones de metros cúbicos en 2010. El gobierno chino había apoyado y financiado proyectos de biogás rural, pero solo alrededor del 60 % estaban operando normalmente. Durante el invierno, la producción de biogás en las regiones del norte de China es menor. Esto se debe a la falta de tecnología de control de calor para los digestores, por lo que la codigestión de diferentes materias primas no se completó en el ambiente frío.

Zambia

Lusaka, la capital de Zambia, tiene dos millones de habitantes y más de la mitad de la población reside en áreas periurbanas. La mayoría de esta población utiliza letrinas de pozo como inodoros y genera aproximadamente 22.680 toneladas de lodo fecal al año. Este lodo no se gestiona adecuadamente: más del 60 % del lodo fecal generado permanece en el entorno residencial, lo que pone en peligro tanto el medio ambiente como la salud pública.

Dado que el trabajo de investigación y la implementación del biogás comenzaron en la década de 1980, Zambia se está quedando atrás en la adopción y el uso del biogás en el África subsahariana. El estiércol animal y los residuos de cultivos son necesarios para el suministro de energía para cocinar e iluminar. Financiamiento inadecuado, ausencia de políticas, marco regulatorio y estrategias sobre biogás, política monetaria de inversionistas desfavorable, experiencia inadecuada, falta de conocimiento de los beneficios de la tecnología de biogás entre líderes, instituciones financieras y locales, resistencia al cambio debido a la cultura y tradiciones de los locales, altos costos de instalación y mantenimiento de los digestores de biogás, investigación y desarrollo inadecuados, manejo inadecuado y falta de monitoreo de los digestores instalados, complejidad del mercado de carbono,

Asociaciones

• Asociación Mundial de Biogás (https://www.worldbiogasassociation.org/)
• Consejo Americano de Biogás (https://americanbiogascouncil.org/)
• Asociación Canadiense de Biogás (https://www.biogasassociation.ca/)
• Asociación Europea de Biogás
• Asociación Alemana de Biogás
• Asociación India de Biogás

Sociedad y Cultura

En la película australiana de 1985 Mad Max Beyond Thunderdome, el asentamiento posapocalíptico de la ciudad de Barter funciona con un sistema central de biogás basado en una pocilga. Además de proporcionar electricidad, el metano se utiliza para impulsar los vehículos de Barter.

"Cow Town", escrito a principios de la década de 1940, analiza las tribulaciones de una ciudad construida en gran medida sobre estiércol de vaca y las dificultades provocadas por el biogás de metano resultante. Carter McCormick, un ingeniero de un pueblo fuera de la ciudad, es enviado para encontrar una manera de utilizar este gas para ayudar a alimentar, en lugar de sofocar, la ciudad.

La producción de Biogás está brindando hoy en día nuevas oportunidades de empleo calificado, aprovechando el desarrollo de nuevas tecnologías.