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El biogás se utiliza a nivel industrial y doméstico en todo el mundo como fuente de combustible. Su explotación ha contribuido al desarrollo económico sostenido y ha proporcionado una fuente energética alternativa a los combustibles tradicionales de origen fósil en las explotaciones económicas, sobre todo agropecuarias y agroindustriales.
La generación de biogás es el resultado del tratamiento y valoración de los residuos generados por la actividad humana[1]. Se obtiene por descomposición en ausencia de aire —anaerobia— por la acción de ciertas bacterias de la materia orgánica contenida en las aguas residuales, deyecciones de animales, residuos agrícolas, domésticos e industriales[2][3], produciéndose metano, principal componente del gas natural, y CO2, también se consiguen trazas de gases, como vapor de agua, nitrógeno, hidrogeno y especialmente sulfuro de hidrógeno (H2S) que debe eliminarse del biogás antes de utilizarse o inyectarse a la red de gas natural, pues además de ser toxico, es corrosivo y puede dañar equipos, motores, calderas y tuberías.
Las instalaciones donde se obtiene el biogás son los vertederos, las plantas de tratamiento y las depuradoras de aguas residuales. Casi el 90 por cien del biogás producido en España proviene de vertederos y depuradoras mientras que sólo un 10 por cien procede de unidades descentralizadas de digestor agrícola, unidades de metanización, de desechos municipales sólidos o unidades centralizadas de codigestión.
El biogás puede destinarse a la producción de calor y electricidad, inyectado en motores y turbinas para la generación de electricidad, introducirse en la red de gas natural previa purificación y aditivación, como materia prima para fabricar otros productos como el metanol, o incluso como carburante en la automoción.
- La fabricación de biogás en vertederos
Los vertederos son lugares técnicamente diseñados para la eliminación de los residuos mediante su depósito en forma subterránea o en la superficie.[4] Normalmente, se utilizan depresiones del terreno en los que se esparcen, compactan y recubren los residuos vertidos, localizándose en lugares especialmente dispuestos, con la finalidad de no provocar efectos medioambientales.
En la naturaleza, los residuos orgánicos se descomponen de forma espontánea por metanización natural y lo mismo sucede en los vertederos. Se genera metano —biogás—, que posee un potencial de calentamiento global muy superior al CO2, contribuyendo de manera muy notable al efecto invernadero. Se entiende por “Gases de vertedero” todos los gases que se generen a partir de los residuos vertidos.
La forma de evitar que el metano no consiga alcanzar la atmosfera es controlar su captura, su aprovechamiento y su combustión. Un vertedero se considera “controlado” cuando se adoptan las medidas necesarias para evitar que sea nocivo, molesto o que deteriore el medio ambiente. La realidad es que la génesis de los vertederos “controlados”, no obedece a razones de rentabilidad económica o industrial, sino que son resultado de los compromisos adquiridos por los gobiernos y organismos internacionales con la finalidad de mitigar la emisión de gases de efecto invernadero.[5]
La construcción de los vertederos está rigurosamente reglamentada. Los vertederos están sellados con materiales varios como arcilla, asfalto, hormigón y materiales sintéticos que permiten un adecuado control del gas y del lixiviado.[6] Para impedir la migración lateral del gas se colocan barreras impermeables o sistemas de ventilación —natural o forzada—. Las barreras impermeables pueden ser muros de cemento o zanjas rellenas de materiales, como arcilla o recubiertas con materiales plásticos.
Una vez terminado el vertido se perforan los pozos. La captación del biogás se realiza en pozos verticales de 25 a 70 metros de profundidad con perforación normalmente de hélice formando una red de pozos de tuberías ranuradas — normalmente de PVC— de aproximadamente 50 cm que permite la aspiración del gas generado. Un solo vertedero puede llegar a tener hasta 400 pozos (tuberías verticales) debidamente acondicionados para evitar fugas y entradas de oxígeno. Los gases captados de cada pozo se transportan por tuberías distribuidas por la superficie de todo el vertedero hasta desembocar en la línea principal donde se mezcla y se regula su caudal. A lo largo de las líneas principales existen desagües que permiten la expulsión del agua, consiguiendo evitar, además de la corrosión, la necesidad de utilizar mayores equipos de impulsión del gas. Además, la red cuenta con antorchas que se encargan de eliminar el exceso de biogás que se produzca ocasionalmente.
- Los residuos agrícolas y ganaderos
El sector agrícola es una gran fuente de residuos, de éstos los ganaderos son los más abundantes, especialmente los derivados de la producción porcina, avícola y bovina. Los purines procedentes de las granjas porcinas representan un grave problema que actualmente se intenta atenuar con la producción de biogás. En realidad, el inconveniente no reside en su generación, pues los purines siempre existirán en tanto que subsista la actividad porcina, sino que obedece al desequilibrio entre ganadería y agricultura, lo que conlleva numerosos problemas de contaminación ambiental especialmente en cauces, aguas freáticas y suelos.
Los purines son ricos en nitratos y se emplean como abono en la agricultura, pero el avance de las explotaciones intensivas y la gran concentración de granjas no permite absorber la gran cantidad de residuos que generan, pues no hay suelo disponible para asimilarlo, provocando una sobresaturación de nitratos que contaminan aguas y suelos.[7] En definitiva, hay un cierto paralelismo entre los territorios más afectados por la nitrificación de las aguas y aquellas zonas que explotan una agricultura intensiva.
La solución pasa por no utilizar el purín como fertilizante, sino destinarlo a otros usos. Con la biodegradación del purín en ausencia de oxígeno, obtenemos una fracción sólida que igualmente sirve de abono, y una fracción gaseosa, el biogás, que puede quemarse en un motor de cogeneración para producir electricidad y calor, o previa purificación ser inyectado a la red de gas natural.
Los residuos agrícolas y ganaderos pueden ser tratados en plantas complejas de gran tamaño, pero igualmente a nivel de granja o de un grupo de ellas utilizando “biodigestores”, que son depósitos de tamaño variable cerrados herméticamente en el que se produce la fermentación anaeróbica de los residuos.
- Las aguas residuales[8]
Se trata de una fuente renovable de energía en la medida que permite aprovechar el contenido de la materia orgánica de las aguas residuales urbanas que son el resultado de utilizar el agua como medio para la eliminación de una muy variada gama de desechos domésticos e industriales. Como resultado de este proceso una parte importante de la materia orgánica que forma parte de los fangos se transforma en biogás.
La mayoría de las depuradoras de aguas residuales cuentan con un sistema de aprovechamiento del biogás En la instalación se utiliza un motor que emplea como combustible el propio biogás generado. Éste se encuentra acoplado a un alternador que produce una cantidad de energía eléctrica que representa entre el 30% y 35% del poder calorífico del gas utilizado.
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[1] LEY 22/2011, de 28 de julio, de residuos y suelos contaminados. Artículo 3. Definiciones r) «Valorización»: cualquier operación cuyo resultado principal sea que el residuo sirva a una finalidad útil al sustituir a otros materiales, que de otro modo se habrían utilizado para cumplir una función particular, o que el residuo sea preparado para cumplir esa función en la instalación o en la economía en general. En el anexo II se recoge una lista no exhaustiva de operaciones de valorización.
[2] A los efectos de esta Ley se entenderá por: a) «Residuo»: cualquier sustancia u objeto que su poseedor deseche o tenga la intención o la obligación de desechar. b) «Residuos domésticos»: residuos generados en los hogares como consecuencia de las actividades domésticas. Se consideran también residuos domésticos los similares a los anteriores generados en servicios e industrias. Se incluyen también en esta categoría los residuos que se generan en los hogares de aparatos eléctricos y electrónicos, ropa, pilas, acumuladores, muebles y enseres, así como los residuos y escombros procedentes de obras menores de construcción y reparación domiciliaria. Tendrán la consideración de residuos domésticos los residuos procedentes de limpieza de vías públicas, zonas verdes, áreas recreativas y playas, los animales domésticos muertos y los vehículos abandonados. c) «Residuos comerciales»: residuos generados por la actividad propia del comercio, al por mayor y al por menor, de los servicios de restauración y bares, de las oficinas y de los mercados, así como del resto del sector servicios. d) «Residuos industriales»: residuos resultantes de los procesos de fabricación, de transformación, de utilización, de consumo, de limpieza o de mantenimiento generados por la actividad industrial, excluidas las emisiones a la atmósfera reguladas en la Ley 34/2007, de 15 de noviembre.
[3] Los residuos de los que se obtiene biogás entre otros, son los siguientes1) Residuos del sector primario (agrario, ganadero): Deyecciones animales, Residuos agrícolas, Cultivos energéticos .2) Residuos del sector secundario (industria agroalimentaria y otras): Subproductos de matadero, Transformación de productos vegetales, Efluentes de aceiteras, bodegas, industrias lácteas, Restos de industria pesquera, Glicerina, subproductos de producción de biodiesel.
[4] REAL DECRETO 1481/2001, de 27 de diciembre, por el que se regula la eliminación de residuos mediante depósito en vertedero. ANEXO I: Para la ubicación de un vertedero deberán tomarse en consideración los requisitos siguientes: a) Las distancias entre el límite del vertedero y las zonas residenciales y recreativas, vías fluviales, masas de agua y otras zonas agrícolas o urbanas. b) La existencia de aguas subterráneas, aguas costeras o reservas naturales en la zona. c) las condiciones geológicas e hidrogeológicas de la zona. d) El riesgo de inundaciones, hundimientos, corrimientos de tierras o aludes en el emplazamiento del vertedero. e) La protección del patrimonio natural o cultural de la zona. 2. El vertedero sólo podrá ser autorizado si las características del emplazamiento con respecto a los requisitos mencionados, o las medidas correctoras que se tomen, indican que aquél no planteará ningún riesgo grave para el medio ambiente.
[5] La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (1992), fue el primer instrumento internacional legalmente vinculante sobre el cambio climático. El protocolo de Kioto (1997), que en su artículo 22 establece el mecanismo para el desarrollo que permita reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. La conferencia de Naciones Unidas para el cambio climático (Bali 2007). Cumbre de Paris (2015), conferencia en la que por primera vez que165 países llegan a acuerdos vinculantes, y la declaración de Marrakech (2016), documento político sin demasiadas vinculaciones prácticas.
[6] REAL DECRETO 1481/2001, de 27 de diciembre, por el que se regula la eliminación de residuos mediante depósito en vertedero. Letra m) Articulo 2: «Lixiviado»: cualquier líquido que percole a través de los residuos depositados y que rezume desde o esté contenido en un vertedero.
[7] DIRECTIVA 91/676/CEE del Consejo, de 12 de diciembre de 1991, relativa a la protección de las aguas contra la contaminación producida por nitratos utilizados en la agricultura. Tiene por objeto reducir la contaminación del agua producida por nitratos utilizados con fines agrícolas y actuar preventivamente contra nuevas contaminaciones. Guarda una estrecha relación con otras políticas de la UE que abordan la calidad del aire y el agua, el cambio climático y la agricultura.
[8] Directiva 91/271/CEE del Consejo, de 21 de mayo de 1991, sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas. Artículo 2: A efectos de la presente Directiva, se entenderá por: 1) «Aguas residuales urbanas»: las aguas residuales domésticas o la mezcla de las mismas con aguas residuales industriales y/o aguas de correntía pluvial. 2) «Aguas residuales domésticas»: las aguas residuales procedentes de zonas de vivienda y de servicios y generadas principalmente por el metabolismo humano y las actividades domésticas. 3) «Aguas residuales industriales»: todas las aguas residuales vertidas desde locales utilizados para efectuar cualquier actividad comercial o industrial, que no sean aguas residuales domésticas ni aguas de correntía pluvial.
