Biogás para niños
El biogás es un tipo de combustible que se produce de forma natural o en sistemas especiales. Se forma cuando la materia orgánica (como restos de plantas o comida) se descompone gracias a la acción de microorganismos en un ambiente sin oxígeno. A este proceso se le llama "digestión anaeróbica". Antiguamente, a este gas se le conocía como "gas de los pantanos".
Producir biogás a partir de residuos orgánicos es una forma muy útil de aprovechar lo que normalmente se desecharía. No solo obtenemos un combustible valioso, sino que también se genera un líquido que sirve como abono natural para mejorar la tierra de cultivo.
El biogás es una mezcla de gases. Principalmente contiene metano (entre 50% y 70%) y dióxido de carbono. También tiene pequeñas cantidades de otros gases como hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y ácido sulfhídrico. Este gas puede generar mucha energía, con un poder calorífico de entre 18,8 y 23,4 megajulios por metro cúbico.
Una vez que el biogás se limpia, se puede usar para producir energía eléctrica con turbinas o generadores. También sirve para generar calor en hornos, estufas, secadores, calderas o sistemas de calefacción, siempre que estén adaptados para usarlo.
Contenido
¿De qué está hecho el biogás y qué propiedades tiene?
La composición del biogás depende de dos cosas principales: los materiales orgánicos que se usan para producirlo y la tecnología que se emplea en el proceso. Generalmente, el biogás contiene entre 55% y 70% de metano, entre 30% y 45% de dióxido de carbono, y menos del 5% de otros gases que se consideran impurezas.
Entre sus características, el biogás tiene un poder calorífico de entre 6 y 6,5 kilovatios-hora por metro cúbico (kWh/Nm³). Esto significa que un metro cúbico de biogás equivale a la energía de 0,6 a 0,65 litros de petróleo. Su temperatura de encendido está entre 650 y 750 °C.
¿Cómo se produce el biogás?
La producción de biogás a partir de la descomposición de materia orgánica sin oxígeno se divide en cuatro fases. Esto ha sido estudiado por científicos que investigan la bioquímica y los microorganismos.
Fase 1: Hidrólisis
Para que la descomposición comience, los compuestos orgánicos grandes deben poder entrar en las células de los microorganismos. En esta primera fase, unos microorganismos especiales producen enzimas que rompen la materia orgánica compleja en partes más pequeñas y solubles. Esta fase es muy importante porque afecta la velocidad total de producción de biogás. Factores como la temperatura, el pH (nivel de acidez o alcalinidad), el tamaño de las partículas y el tipo de material orgánico pueden influir en ella.
Fase 2: Acidogénesis
En esta fase, las moléculas orgánicas solubles se transforman en compuestos que pueden ser usados por otras bacterias, llamadas metanogénicas (que producen metano). Se forman ácidos como el acético y el fórmico, además de hidrógeno. También se producen otros ácidos y algunos compuestos que las bacterias metanogénicas no pueden usar directamente. En esta fase, también se elimina cualquier rastro de oxígeno que pueda haber en el biodigestor.
Fase 3: Acetogénesis
Aquí, los compuestos que no pudieron ser usados en la fase anterior (como el etanol o ciertos ácidos grasos) se transforman en compuestos más simples, como el acetato y el hidrógeno. Hay unos microorganismos acetogénicos muy especiales que solo producen acetato y ayudan a mantener bajos los niveles de gas hidrógeno.
Fase 4: Metanogénesis
En la última fase, las bacterias metanogénicas actúan sobre los productos de las fases anteriores y completan la descomposición sin oxígeno, produciendo metano. Se ha descubierto que la mayor parte del metano (alrededor del 70%) que se produce en un biodigestor viene de la transformación del ácido acético.
¿Qué es un biodigestor?
Un biodigestor es un sistema, ya sea natural o construido por el hombre, que aprovecha la digestión anaeróbica. Esto significa que las bacterias que viven en el estiércol (excremento de animales) lo transforman en biogás y en un fertilizante líquido.
El biogás que se produce se puede usar como combustible para cocinar en las casas. En instalaciones más grandes, puede alimentar un generador para producir electricidad o generar calor con un quemador. El fertilizante líquido, llamado biol, antes se consideraba un producto secundario, pero ahora se le da la misma importancia, o incluso más, que al biogás. Esto es porque proporciona a las familias campesinas un fertilizante natural que mejora mucho el rendimiento de sus cosechas.
Los biodigestores familiares de bajo costo son muy comunes en países del sureste asiático. En Sudamérica, países como Argentina, Cuba, Colombia y Brasil han desarrollado esta tecnología. Estos biodigestores familiares, hechos con mangas de polietileno (un tipo de plástico), son económicos, fáciles de instalar y mantener, y solo necesitan materiales que se encuentran en la zona. Por eso se les considera una "tecnología apropiada".
En lugares como Bolivia, donde la leña para cocinar escasea, estos sistemas son muy interesantes. Las familias que se dedican a la agricultura y tienen poco ganado (como dos o tres vacas) pueden usar el estiércol para producir su propio combustible y un fertilizante natural mejorado. Además, el estiércol acumulado cerca de las casas puede atraer moscas y malos olores, y causar infecciones. Al usar el biodigestor a diario, estos problemas desaparecen. También es importante saber que muchas personas, especialmente mujeres, sufren enfermedades respiratorias por inhalar el humo al cocinar con leña o excremento seco en espacios cerrados. La combustión del biogás no produce humos visibles y genera mucha menos ceniza que la quema de madera.
En Bolivia, esta tecnología llegó en 2002 a Mizque, Cochabamba. Desde entonces, se ha adaptado a las condiciones del altiplano, incluso a 4100 metros sobre el nivel del mar. Los biodigestores tienen tres límites principales: la disponibilidad de agua para mezclar con el estiércol, la cantidad de ganado que tiene la familia (tres vacas suelen ser suficientes) y que la familia acepte y use la tecnología.
Biodigestores familiares económicos
Este tipo de biodigestor usa un tubo de polietileno negro (similar al que se usa en capas solares transparentes) para crear una cámara cerrada herméticamente de varios metros cúbicos. Este cierre es clave para que las bacterias puedan descomponer la materia orgánica sin oxígeno.
El tubo de polietileno se ata en los extremos a tuberías de unos 150 mm de diámetro usando tiras elásticas recicladas de neumáticos. Si se calcula bien la inclinación de las tuberías, se forma un depósito sellado. Como el polietileno es flexible, se necesita construir una "cuna" para sostenerlo, ya sea cavando una zanja o levantando dos paredes paralelas.
Una de las tuberías sirve para introducir la materia prima (una mezcla de estiércol y agua, por ejemplo, una parte de estiércol por cuatro de agua). Dentro del biodigestor, el nivel del líquido se equilibra, de modo que, al añadir más mezcla, una cantidad de fertilizante saldrá por la tubería del otro extremo.
Dentro de la cámara sellada, sin oxígeno, las bacterias anaerobias del estiércol empiezan a digerirlo. Primero ocurre la hidrólisis y la fermentación, luego la acetogénesis y finalmente la metanogénesis, que es cuando se produce el metano. El biogás resultante contiene otros gases como nitrógeno (2-3%) y sulfhídrico (0,5-2%), pero el metano es el más abundante (60-80%).
El biogás se lleva directamente a la cocina, manteniendo la misma presión en todo el sistema (entre 8 y 13 cm de columna de agua, según la altura y el tipo de fogón). Esta presión se logra con una válvula de seguridad hecha con una botella de refresco. También se añade un depósito para almacenar unos 2 o 3 metros cúbicos de biogás.
En el altiplano, estos sistemas se entierran en "cunas" para aprovechar el calor del suelo, o se construyen con paredes gruesas de adobe si no se puede cavar. Además, se encierran los biodigestores en un invernadero para mantener la temperatura. En zonas más cálidas, como el trópico o el valle, el invernadero no es necesario, pero se debe proteger el plástico con una semisombra.
Los costos de los materiales para un biodigestor pueden variar: desde 110 dólares en el trópico hasta 170 dólares en el altiplano, ya que en la altura son más grandes y necesitan una carpa solar.
¿Cómo se adaptan los biodigestores?
Los biodigestores se diseñan según su propósito, la cantidad y tipo de ganado disponible, y la temperatura del lugar. Un biodigestor puede servir para eliminar todo el estiércol de una granja de cerdos, o como una herramienta de higiene básica en una escuela. Otro objetivo podría ser proporcionar cinco horas de combustible para cocinar a una familia, lo que requiere unos 20 kilos de estiércol fresco al día. Como se mencionó, el fertilizante líquido es muy valioso, y un biodigestor diseñado para producirlo puede mantener la materia prima más tiempo dentro de la cámara y usar menos agua en la mezcla (1 parte de estiércol por 3 de agua).
La temperatura ambiente donde funcionará el biodigestor indica cuánto tiempo necesitan las bacterias para digerir la materia. A 30 °C, se necesitan unos 10 días; a 20 °C, unos 25 días. En el altiplano, con invernadero, la temperatura promedio es de unos 10 °C, y se necesitan 55 días. Por eso, para la misma cantidad de material, la cámara del biodigestor en el altiplano debe ser cinco veces más grande que en el trópico.
Grandes plantas de biogás
Existen instalaciones más grandes, llamadas plantas de biogás, que están diseñadas para recibir residuos de la industria.
Gracias a estas plantas, muchos residuos ya no terminan en vertederos o contaminando el suelo y el agua. La mayoría de los residuos de granjas (como el purín), de la agricultura (como maíz o cereales), otros residuos orgánicos de la industria alimentaria, e incluso algunos lodos de depuradora o la parte orgánica de los residuos sólidos urbanos pueden ser tratados en estas plantas para aprovechar su energía.
Aprendizajes sobre la difusión del biogás
En el proceso de desarrollar y dar a conocer esta tecnología en Bolivia, se han aprendido varias cosas importantes. Cuando una familia adopta un biodigestor, ya no necesita buscar leña a diario para cocinar, una tarea que a menudo recae en mujeres y niños. Es fundamental que las familias acepten el biogás como un nuevo combustible. Incluso se han adaptado las cocinas tradicionales de barro para que el biogás se queme de manera más eficiente. Esta reducción en el trabajo diario les da más tiempo para otras actividades productivas, aprender cosas nuevas o participar en la comunidad.
Por otro lado, la producción de fertilizante suele interesar más a los hombres, ya que ellos suelen encargarse de los cultivos. Por eso, es importante enseñarles bien cómo usarlo, para que también valoren esta tecnología que les da un fertilizante natural y ecológico. También es importante involucrar a los niños y niñas, como parte de la familia, para evitar que, jugando o por travesuras, puedan dañar el biodigestor.
La mejor estrategia para dar a conocer esta tecnología ha sido a través de biodigestores de demostración. Esto significa instalar uno o dos biodigestores en cada comunidad, en una granja municipal o en centros educativos "modelo". Así, los vecinos pueden ver cómo funcionan, cómo se manejan y qué beneficios ofrecen. Esta estrategia no es forzada y permite que las familias tengan información y decidan por sí mismas si quieren un biodigestor en sus casas y para sus actividades agrícolas. En visitas posteriores a las comunidades, se puede extender la tecnología a más familias interesadas.
Una lección reciente es instalar biodigestores de demostración en dos familias a la vez en una comunidad. Esto crea un apoyo mutuo entre ellas para el trabajo, resolver dudas y compartir conocimientos. La participación de la familia en toda la instalación del biodigestor ayuda a que lo sientan suyo y entiendan la tecnología. Ha habido casos en los que una familia ha desarmado y vuelto a armar un biodigestor porque encontró un lugar mejor o para repararlo. Es importante valorar el trabajo de la familia al cavar la zanja para la "cuna" y al instalar la tubería de biogás hasta la cocina.
Cuando se instala un biodigestor, se llena por primera vez con mucho estiércol y agua, hasta que el lodo cubra las entradas y salidas de las tuberías para asegurar que no haya oxígeno. Es importante hacer un seguimiento después, porque el biodigestor tardará el tiempo de retención necesario en empezar a producir biogás y fertilizante a pleno rendimiento. En el altiplano, esto puede significar dos meses de cargar el biodigestor a diario sin ver los resultados esperados. Por eso, es necesario acompañar y apoyar a la familia en este proceso para que sientan que su esfuerzo vale la pena.
Es importante aprovechar las organizaciones sociales que ya existen en cada lugar, como las asociaciones de productores de leche u otros grupos. De esta manera, ya hay una forma de representación, comunicación y control interno que no es necesario crear con cada nuevo proyecto.
Si hay ayudas económicas para comprar los materiales, ya sea de organizaciones, municipios o cualquier otra fuente, nunca deben cubrir el costo total. La familia debe participar en los gastos. Es importante que la familia no solo ponga parte de la mano de obra para construir la "cuna", sino que también aporte dinero. Esta cantidad puede variar según el lugar, pero se recomienda que no sea menos de 30 dólares. Así, las familias que decidan instalar un biodigestor lo harán sintiendo que la tecnología es suya, y esto obliga a la institución o promotor a ser responsable y garantizar los materiales y el funcionamiento del sistema. De lo contrario, tanto el compromiso de la familia como el del instalador podrían ser menores.
Talleres para aprender sobre el biogás
Dado que esta tecnología tiene mucho potencial en Bolivia pero es poco conocida, la mejor manera de empezar a difundirla es a través de talleres prácticos. El objetivo de estos talleres es enseñar a las personas a diseñar, instalar y proponer proyectos para difundir los biodigestores.
Los talleres son intensivos y duran cuatro días. El primer día se explican los conceptos biológicos de este sistema natural. Se dan las claves y parámetros para diseñar un biodigestor según su objetivo (producir biogás, fertilizante o manejar residuos orgánicos por razones ambientales). También se invita a personas con experiencia en biogás, proyectos de biodigestores o manejo de fertilizantes para que compartan sus conocimientos con los asistentes.
El segundo día es el más interesante, ya que los participantes van a una comunidad cercana para instalar un biodigestor. La familia ya habrá construido la "cuna" donde irá el biodigestor. Durante una mañana, se trabaja junto con los participantes y la familia en la instalación, paso a paso. Este día sirve como clase práctica, no solo para aprender la tecnología, sino también para capacitar a la familia en su construcción, manejo y mantenimiento.
El tercer día se dan clases sobre cómo llevar a cabo proyectos: cómo identificarlos, planificarlos, hacer presupuestos y cómo difundirlos y ejecutarlos. Por la tarde, en una mesa redonda, todos los participantes discuten cómo financiar y mantener esta tecnología a medio plazo en Bolivia. Además, se hace un mapa nacional de los primeros proyectos que coordinarán las instituciones que participan en el taller. A partir de estos talleres, varias instituciones deciden incluir los biodigestores familiares de bajo costo en sus programas de desarrollo rural. Es importante apoyar económicamente la tecnología al principio.
Nuevas formas de producir biogás
Gracias a proyectos como NANOCLEAN, se están desarrollando nuevas maneras de obtener biogás. Estas se basan en usar nanotecnología para mejorar la producción de gas, introduciendo de forma controlada nanopartículas de óxido de hierro en el proceso de tratamiento de la materia orgánica. Esto también crea nuevas oportunidades de trabajo.
¿Qué es el biometano?
El biometano no es lo mismo que el biogás, de la misma manera que la gasolina no es lo mismo que el petróleo. Al igual que el biogás, el biometano se produce por la fermentación de materia orgánica sin oxígeno. Sin embargo, el biometano pasa por un proceso de mejora que aumenta su contenido de metano (CH4) de aproximadamente 55% a más del 90%. Esto hace que el gas resultante sea apto para ser inyectado en las redes de gas natural.
Véase también
En inglés: Biogas Facts for Kids
