El biogás es una fuente de energía renovable que se obtiene a través de la descomposición anaerobia de residuos orgánicos. Se presenta como una alternativa fundamental para abordar los retos energéticos y ambientales que enfrentamos hoy en día. La forma en que se produce y utiliza el biogás está estrechamente relacionada con la calidad y la composición química del gas que se genera. Por eso, realizar un análisis de biogás detallado es crucial para garantizar la eficiencia energética, mejorar los procesos de producción y minimizar los impactos negativos en el medio ambiente.
Introducción al análisis de biogás y sus componentes
Los dos componentes principales son metano y dióxido de carbono en una proporción porcentual de aproximadamente 50/50. Otros componentes son vapor de agua, oxígeno, nitrógeno, amoníaco, hidrógeno y sulfuro de hidrógeno. El metano es el componente más importante porque, como ya se mencionó en la publicación anterior del blog sobre el biogás, es el componente con mayores beneficios para la producción de energía. El metano se quema con oxígeno y se convierte en dióxido de carbono y agua con bajas emisiones.
Para obtener la mejor calidad posible del biogás bruto, se pueden reducir las concentraciones de los componentes indeseables del biogás tomando las medidas adecuadas. En el siguiente apartado se describen los factores que tienen un efecto negativo sobre el biogás y las medidas que pueden adoptarse para contrarrestarlos.
Factores que afectan a la calidad del biogás
Humedad
La humedad no es esencialmente el gran problema. Más bien, las sustancias nocivas presentes en la humedad pueden provocar daños en válvulas, cojinetes y conductos en la zona del motor durante la utilización del gas. En los resultados de las pruebas se encontraron los siguientes ingredientes nocivos:
Los valores indicados son ejemplos medidos en una planta de de este tipo y pueden variar de una planta a otra.
La cantidad de humedad contenida en el biogás depende de la temperatura del gas. En el fermentador, el biogás está saturado de vapor de agua. Si se reduce la temperatura del biogás, parte del vapor de agua se condensa en consecuencia y puede separarse así del flujo de gas.
La deshumidificación del biogás puede realizarse con la ayuda de unidades de refrigeración eléctricas o tuberías de gas enterradas.
Sulfuro de hidrógeno
El sulfuro de hidrógeno se produce por la degradación de los compuestos ricos en proteínas del sustrato. La concentración de este gas suele oscilar entre 0 y 1.500 ppm (10.000 ppm corresponden a 1 vol.%). Por un lado, este compuesto agresivo provoca la corrosión de los componentes de la planta. Por otro lado, la combustión en la cogeneración produce dióxido de azufre, que a su vez provoca la corrosión de los accesorios y del motor.
La mayor parte de los fabricantes de unidades de cogeneración y calderas fijan límites de sulfuro de hidrógeno que no deben superarse para evitar daños por corrosión.
Como norma general, el biogás debe desulfurarse para mantener la concentración lo más baja posible.
¿Cómo reducir el nivel de sulfuro de hidrógeno en el biogás?
1 – Aporte de oxígeno
Añadiendo oxígeno al sustrato, es posible convertir el sulfuro de hidrógeno en azufre elemental y reducir así la concentración. Este método es una práctica habitual en las plantas de biogás agrícola. Con este método es importante un control regular. Esto significa que también debe garantizarse un suministro de oxígeno suficiente al final de la sección de flujo para evitar que aumente la concentración debido a la formación de sulfuro. Sin embargo, el contenido de oxígeno tampoco debe ser demasiado alto, ya que esto puede provocar la corrosión de los componentes de la planta y las bacterias productoras de metano trabajan mejor en ausencia de oxígeno.
2 – Sulfato ferroso
La adición de sulfato de hierro provoca la unión del sulfuro de hidrógeno, lo que a su vez conduce a una disminución de la concentración. La base de la unión del H₂S mediante sales de hierro es la gran afinidad del hierro hacia los sulfuros. Independientemente de la forma de unión o valencia en la que se encuentre el hierro, la formación de sulfuro de hierro (FeS) siempre se produce en presencia de sulfuros. Debido a la baja solubilidad del FeS, pueden excluirse reacciones competitivas con otros componentes del agua.
3 – Filtro de carbón activo
El biogás se hace pasar por un carbón activo especial. Los componentes predominantes, metano y dióxido de carbono, pasan a través del carbón activo. El sulfuro de hidrógeno es convertido en azufre e hidrógeno por el carbón activo mediante una reacción química, por lo que no causa ningún daño al motor y garantiza así la menor tasa de averías posible. El tiempo que el carbón activo es capaz de convertir el ácido sulfhídrico depende de la concentración de H₂S y del caudal de biogás.
Medición del biogás
La tecnología de infrarrojos más avanzada permite medir concentraciones muy bajas (rango de ppm) de hasta 100 Vol.% de metano y CO₂. Los sensores electroquímicos para oxígeno y sulfuro de hidrógeno también permiten determinar estas concentraciones.
Se cubren los siguientes rangos de medición:
Metano: 0-100 vol.% CH4
Dióxido de carbono: 0-100 vol.% CO₂
Oxígeno: 0-25 vol.% O₂ (opcional)
Sulfuro de hidrógeno: 0-2.000 ppm H₂S (opcional)
¿Cómo se mide el biogás?
Para explicar el procedimiento de medición del biogás, usaremos como ejemplo GOLIATH Biogas.
Tras seleccionar la opción de menú para la medición de biogás, comienza la fase de ajuste del sensor. Sólo dura unos 25 segundos y debe realizarse siempre en aire ambiente fresco. Después de la fase de ajuste del sensor, la unidad muestra los valores medidos actuales. Estos deben ser «0» en aire fresco (excepción O₂ y CO₂). Para obtener resultados exactos durante la medición, se utilizan tubos y adaptadores sin defectos. Las conexiones estancas al gas desde el punto de medición hasta el dispositivo de medición impiden que el aire ambiente falsee los resultados de la medición.
Este dispositivo portátil de medición de gas para analizar biogás le ofrece la posibilidad de realizar mediciones en varios puntos de la planta de biogás. Las mediciones precisas en puntos de medición seleccionados facilitan la evaluación de medidas para optimizar la planta.
Seleccionamos diferentes puntos de medición. Realizamos la primera medición con nuestro GOLIATH en la protección contra sobrepresión y depresión del fermentador. Realizamos otra medición antes y después del filtro de carbón activado. Es útil para controlar la saturación del carbón activo.
En otra publicación del blog sobre biogás, analizamos la detección de fugas en plantas de biogás y mostramos diferentes métodos en este contexto, incluida la detección remota con una GasCam.