Bioenergía a partir de la combinación de residuos complementarios

Escrito por Noé Contreras González

La escasez de combustibles fósiles genera conflictos sociales y ambientales en todo el planeta, y a su vez, otra preocupación prioritaria en la actualidad, es la enorme cantidad de residuos orgánicos que se desechan en el ambiente, lo cual contribuye con el calentamiento global y la contaminación de los cuerpos de agua y los terrenos. Para combatir estas dos problemáticas, los países desarrollados usan procesos biológicos de tratamiento de residuos que sustituyen a los procesos tradicionales de producción de energía, logrando algo que llamamos bioenergía. Uno de estos procesos es la codigestión anaerobia, que consiste en la obtención de bioenergía en forma de biogás, el cual se puede quemar para aliviar costos de combustibles o convertirlo en electricidad renovable. Esto es posible gracias a millones de microorganismos que consumen residuos, matando dos pájaros de un tiro: la contaminación por residuos orgánicos y la escasez de energéticos sustentables.

Bioenergía y codigestión

La energía derivada de procesos de descomposición bacteriana se le llama bioenergía; tal es el caso del biogás, el cual es producido por los millones de microorganismos que hacen posible la digestión anaerobia, la cual sucede de manera natural, aunque también se puede hacer de manera tecnificada y controlada en instalaciones especiales. En estos casos, el proceso consiste en colocar residuos en un recipiente hermético a 35 °C para producir biogás con 65 % de metano, el cual es un combustible muy parecido al propano usado en las estufas, e incluso es parecido a la gasolina. Además, el biogás también se puede convertir mediante varios procesos en electricidad renovable.

Los dos productos de la digestión anaerobia son el biogás y un residuo semisólido llamado digestato, que normalmente se puede convertir en composta para el mejoramiento de suelos, de manera que la digestión (o codigestión) anaerobia, es un proceso completamente sustentable. En la figura que se muestra a continuación, se ilustra un típico proceso de digestión anaerobia.

Joan Mata Álvarez, investigador español y tal vez el más reconocido a nivel mundial en estos temas, define la codigestión anaerobia como la combinación de dos o más sustratos complementarios con la que se logra balancear nutrientes, humedad y evitar inhibiciones del sistema por tóxicos. Es decir, que la combinación de dos o más residuos para su digestión, se le llama codigestión anaerobia.

Se podría pensar que los residuos son como dos personas que comienzan un negocio y se convierten en socios para complementar sus habilidadesy compensar sus deficiencias. La asociación de estas dos personas permite que produzcan y ganen
más cada una de ellas. Lo mismo pasa con dos omás residuos complementarios, producen más juntos que por separado.

Además de producir más biogás, en codigestión, los residuos también se consumen de maneramás adecuada en comparación con la digestión anaerobia simple de un solo residuo. Por lo tanto, gran parte de la investigación científica en el área ambiental, actualmente se enfoca en determinar cuáles residuos mezclar y en qué proporciones se debe hacer, con base en varios criterios como la producción de biogás, que es la variable de mayor importancia económica y está sujeta a otras variables que la influencian, como el balance de nutrientes de la mezcla resultante, el balance de pH (acidez), la dilución de tóxicos y entre otras.

Residuos orgánicos como recurso

De los seis billones de toneladas de basura orgánica generados al año en el mundo, sólo una pequeña porción recibe algún tipo de tratamiento que no sea simplemente colocarla en un tiradero al aire libre, lo cual contribuye con el calentamiento global y con la contaminación del agua y suelo. Además de contaminar, otra desventaja de tirar estos residuos es no aprovecharlos como generadores de bioenergía para sustituir a los combustibles fósiles. Las nuevas tecnologías ambientales como los procesos biológicos de tratamiento mencionados, están haciendo cambiar las viejas costumbres que conciben los residuos exclusivamente como un problema, cuando conviene verlos como el potencial recurso que son, si se le somete a un tratamiento adecuado.

Proporciones adecuadas para combinar residuos

Para lograr que dos o más residuos se complementen, es necesario combinar residuos de naturalezas complementarias: por ejemplo, uno que tenga poca acidez con otro que tenga mucha para que el resultado sea una acidez propicia, también es necesario combinarlos en la proporción más adecuada para lograr balancear los niveles de concentración de nutrientes, así como diluir tóxicos, entre otros parámetros, ya que, a los microorganismos que se encargan de la digestión anaerobia, estas condiciones les son necesarias y propicias para hacer su trabajo: consumir residuos y producir bioenergía en forma de biogás.

Un ejemplo de esto, es un estudio del año 2009, acerca de codigestión en el que se combinaron tallos de maíz y estiércol con diferentes proporciones de estiércol/tallos de maíz. Las proporciones ensayadas fueron 1/1, 1/2, 1/3 y 1/4, respectivamente, siendo la proporción de 1/3, la que originó mayor producción de biogás. De manera similar, en otra investigación realizada en 2017 con basura orgánica y vinaza, que es un residuo orgánico de la industria del alcohol, se encontró que la proporción de 10/1
(en sólidos volátiles/sólidos volátiles) de basura orgánicay  vinaza, respectivamente, fue la más adecuada para producir la mayor cantidad de biogás, en comparación de las otras proporciones ensayadas (2/1, 5/1 y 20/1).

Actualidad y futuro en codigestión y bioenergía

El sector de digestión y codigestión anaerobia en Europa ha crecido vertiginosamente en los últimos veinte años, ya que las necesidades de la población, así como las legislaciones que se están implementando en estos países, así lo requieren para poder aliviar los problemas de contaminación, suministro de energía, los de tratamiento y disposición de residuos, y los malestares sociales que se derivan de los anteriores. Es deber del resto del mundo seguir el ejemplo de estos países desarrollados al continuar con la implementación de tecnologías de este tipo, probando nuevas combinaciones de residuos, en proporciones adecuadas, que bien pueden generan mucha más bioenergía que la que se ha obtenido hasta el momento.

Actualmente en México se cuenta solamente con alrededor de diez instalaciones de digestión anaerobia y ninguna de codigestión. Estas instalaciones no tratan residuos a nivel municipal ni mucho menos estatal, como en los países desarrollados. La mitad de las instalaciones de digestión anaerobia en México están en periodo de prueba y sirven para hacer investigación en el tema, más que para realmente tratar residuos y producir bioenergía. Sin embargo, la tecnología necesaria para la digestión y codigestión anaerobia es relativamente simple y los sistemas se pueden implementar y construir fácilmente. Además, en el mercado internacional ya es posible encontrar digestores anaerobios de todos tamaños listos para su instalación.

Como se mencionó inicialmente en este artículo, los problemas de disponibilidad de energía son de las mayores preocupaciones en la actualidad, prueba de ello es que muchas de las guerras actuales, pasadas y futuras, se dan por la disputa por el petróleo y otros energéticos. La producción de energía también constituye un problema desde el punto de vista de que el proceso tradicional produce contaminación, además de energía, por lo que es importante implementar tecnologías limpias y eficientes para producirla y dar tratamiento a los residuos, como es el caso de la codigestión anaerobia, entre otras tecnologías emergentes.


En México estamos a punto de poder implementar este tipo de procesos a gran escala ya que existen investigaciones sobre el tema, principalmente en universidades como la UNAM campus CDMX, donde están Alfonso Durán Moreno y Simón González Martínez, por mencionar algunos, de alrededor de 50 investigadores de prestigio mexicanos que operan en este campo del saber.
Sin embargo, mucho tramo falta por recorrer, hace falta más investigación que genere conocimientos aún más sólidos, hace falta gestión para que los gobiernos adopten y promuevan este tipo de tecnologías limpias. Y, finalmente, falta animarse a hacer proyectos de este tipo para dar solución a los problemas sociales, ambientales y energéticos que nos aquejan.

   

Codigestión anaeróbica de residuos orgánicos.
http://www.ahidra.com/campos-de-actividad/codigestion-anaerobia-residuos-organicos/

Digestión anaerobia.
https://www.ecured.cu/Digesti%C3%B3n_anaerobia

La digestión aneróbica en Europa: investigación y desarrollo.
http://www.gicom.cat/es/digestion_anaerobia_europa/
Biogás fuel cell S.A., 2019. Disponible en: http://biogasfuelcell.com/digestion-anaerobia/

Contreras-González, N. (2017). Codigestión anaerobia de vinaza y la fracción orgánica de los residuos municipales para producir metano: Tesis de maestría, Universidad Nacional Autónoma de México, ciudad de México.
USDA (2015). Biogas opportunities roadmap progress report.

https://www.energy.gov/sites/prod/files/2015/12/f27/biogas_opportunites_roadmap_progress_report_0.pdf.

Noé Contreras González, es Maestro en Ingeniería Ambiental por la Universidad Nacional Autónoma de México, actualmente labora en el Organismo Operador de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento. Encargado de Plantas de tratamiento de agua residual.

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