Gestionar los purines: el proceso de digestión anaerobia

La digestión anaerobia consiste en un conjunto de procesos microbiológicos en ausencia de oxígeno mediante los cuales se descompone la materia orgánica biodegradable para dar lugar a biogás, un gas combustible constituido principalmente por CH₄ (metano) y CO₂, con un contenido en CH₄ entre el 55% y el 75% en volumen y pequeñas concentraciones de otros gases. Este proceso puede realizarse a temperatura ambiente, aunque con bajo rendimiento, alrededor de 37 ºC (digestión mesofílica) o alrededor de 55 ºC (digestión termofílica).

Aparte de producir biogás para su uso energético, la digestión anaerobia presenta otras ventajas:

• Mejora la calidad fertilizante de los purines, ya que reduce el tamaño de partícula y la viscosidad, lo que favorece la infiltración en el suelo agrícola, y reduce el contenido de materia orgánica fácilmente biodegradable, lo que evita episodios de anoxia en el suelo
• Reduce las emisiones de malos olores, ya que parte de los compuestos orgánicos volátiles se han transformado en biogás
• Inactiva huevos y larvas de insectos, semillas de malas hierbas y parásitos animales
• Reduce las emisiones de GEI
• Favorece un buen rendimiento de procesos posteriores de recuperación de nutrientes, debido a la mineralización durante la digestión

Las ventajas anteriores pueden justificar por sí solas la conveniencia de adoptar el proceso, pero lo usual es que la justificación económica dependa de los costes de energía de la granja (si permite un ahorro energético) o de los precios de la energía (si permite unos ingresos por su venta).

Un factor importante en el sector porcino es la elevada concentración de sulfuro de hidrógeno o ácido sulfhídrico en el biogás (H₂S), procedente mayoritariamente del sulfato de lisina u otros aditivos en el pienso en forma de sulfatos. El H₂S es corrosivo y reduce la producción de metano, por lo cual es necesario substituir en la dieta los aminoácidos en forma de sulfato por formas anhidras.

Al igual que en otros sistemas, para cualquier evaluación debe cumplirse el balance de masa y, en este caso, es importante la medida de la DQO (demanda química de oxígeno), la cual es conservativa, esto es, la DQO de los purines de entrada es la suma de la DQO de los productos, biogás y digerido (o digestato). Esta propiedad permite el balance de DQO de digestores para caracterizar la eficiencia en la producción de CH₄. La biodegradabilidad anaerobia se define como la fracción de la DQO de un sustrato que se transforma en CH₄ (0,35 m³ CH₄/kg DQO, en condiciones normales de presión y temperatura – Nm³), ácidos grasos volátiles y microorganismos, en condiciones ideales de laboratorio.

Para purines de cerdo se han medido biodegradabilidades desde el 32% hasta el 70%, o producciones de biogás (~65% CH₄) desde 5 Nm³/t hasta 18,1 Nm³/t, correspondientes respectivamente a 0,062 Nm³ CH₄/kg DQO y 0,210 m³ CH₄/kg DQO. Esta gran diferencia en el rendimiento es debida básicamente al tiempo de almacén previo a la digestión, obteniéndose los valores más bajos cuando durante el almacén el CH₄ ya se ha emitido a la atmosfera, contribuyendo a los gases de efecto invernadero (GEI). Por ello, no tiene sentido intentar producir biogás con purines envejecidos.

Una instalación consta de los sistemas que se ilustran en la Figura 1, con un grado de complejidad que depende de los objetivos que se deseen cumplir.

El núcleo de una instalación es el digestor, para el que puede haber diferentes diseños. El más simple es el de laguna anaerobia cubierta (ver Figura 2a), en el que es conveniente añadir un sistema de recirculación de biogás a presión a su base para evitar la acumulación de sólidos sedimentados. Este es un sistema de baja inversión que permite recuperar el biogás que se produciría en la laguna y aprovecharlo para usos energéticos en la explotación. El rendimiento mejora si se puede controlar la temperatura, mediante por ejemplo el calor residual de la producción eléctrica; en caso contrario, la producción de biogás varia a lo largo del año en función de la temperatura ambiente.

El diseño más habitual es el reactor de mezcla completa (ver Figura 2b), en el que se mantiene una temperatura controlada y un sistema de agitación asegura la homogeneidad. El tiempo de retención puede estar alrededor de 20 días, pero la necesidad de codigestión aconseja que este tiempo esté alrededor de los 60 días.

La codigestión consiste en la digestión anaerobia conjunta de dos o más cosustratos, con el fin de conseguir la producción mínima de biogás y energética que asegure la rentabilidad de la inversión. La baja productividad en biogás de los purines de cerdo aconseja su mezcla con residuos de la industria alimentaria que permita producciones mínimas de 50-60 m³ biogás/t. Esto implica que el ganadero disponga de permisos administrativos como gestor de residuos.

El biogás puede utilizarse para calefacción, mediante caldera, producción eléctrica y térmica, mediante cogeneración, y como combustible para vehículos. Cada uno de estos usos requiere un sistema apropiado de tratamiento del biogás, ya sea para eliminar impurezas o para enriquecer el contenido en CH₄, en cuyo caso puede optarse por su inyección a la red de gas natural.

¿Qué papel juega la digestión anaerobia en situación de no excedentes?

¿Cuáles son las estrategias en situación de excedentes basadas en producir biogás?