Biocombustibles gaseosos

Dr. Germán Buitrón Méndez

En este artículo consideraremos al metano y al hidrógeno como dos gases de importancia dentro de los biocombustibles gaseosos. La producción de metano a partir de residuos líquidos, sólidos y biomasa es una tecnología que ha alcanzado la madurez. Por otro lado, la tecnología para la producción de biohidrógeno a partir de los mismos sustratos se encuentra en etapa de desarrollo.

El biogás, compuesto de metano (70%) y bióxido de carbono (30%), puede ser utilizado en la producción de energía eléctrica y calor, como combustible automotriz y como sustituto del gas natural. El biogás es el producto principal de la digestión anaerobia y se produce a partir de una gran variedad de sustratos orgánicos, incluidos los residuos sólidos (por ejemplo, residuos agrícolas, estiércol, residuos orgánicos domésticos, etc.) y aguas residuales domésticas e industriales. Por ello el biogás representa una alternativa no sólo a los combustibles fósiles, sino también a la creciente necesidad por revalorizar los residuos orgánicos.

A escala industrial, la producción de biogás a partir de distintos tipos de aguas residuales se lleva a cabo en reactores biológicos que, por una parte, remueven la contaminación y, por otra, transforman la materia orgánica en biogás. Cuando los residuos sólidos son dispuestos en rellenos sanitarios, es posible recuperar el biogás generado por la descomposición de la materia orgánica. El biogás se recupera mediante una serie de pozos de extracción con sistemas de soplado y/o aspiración. Enseguida, el biogás se dirige hacia un punto central donde puede ser procesado o tratado y en última instancia, dirigido para su utilización.

A nivel mundial, el potencial de generación de metano en rellenos sanitarios es de 0.03-6.58 toneladas de metano por habitante por año. México se mantiene como uno de los países con mayor potencial para la producción de biometano a partir de residuos agrícolas. De acuerdo con la SENER, en el 2012, la producción nacional de biogás fue equivalente a 0.03% del total de la energía generada en el país. En particular, en el grupo de las energías renovables, el biogás es la quinta fuente de energía por debajo de la hidroenergía, geoenergía, energía eólica y la biomasa sólida.

Por otro lado, el hidrógeno es un combustible alterno a los combustibles fósiles y es considerado un vector energético con gran potencial, sobre todo por su contenido energético específico de 122kJ/g, mayor a cualquier otro combustible. El hidrógeno puede ser utilizado en celdas de combustibles para obtener energía eléctrica de manera directa.

Entre las tecnologías para la generación de hidrógeno se encuentra la de tipo biológico que utiliza microorganismos. Esta tecnología presenta ventajas técnicas como un menor requerimiento energético que procesos termoquímicos, así como ventajas ambientales debido a la potencial valorización de residuos sólidos y aguas residuales con alto contenido orgánico, como los son los residuos agroindustriales, municipales o efluentes de la industria alimentaria. Dentro de la categoría de producción biológica, existen varias tecnologías, incluyendo biofotólisis, fotofermentación, fermentación oscura y producción por procesos bioelectroquímicos. Estas tecnologías no son excluyentes, por el contrario, el uso de tecnologías acopladas disminuye el costo de producción y aumenta los rendimientos.

Se ha reportado que la producción mundial del hidrógeno crecerá a una tasa de 5.6% anualmente, entre los años 2011 al 2016, implicando un aumento del mercado de hasta 118 mil millones de dólares al final de dicho período. Actualmente, sólo 1% del hidrógeno producido es generado a partir de biomasa, siendo 88% producido a partir de combustibles fósiles y el resto por otros medios, de ahí el interés en su desarrollo.

En México se están adoptando políticas que permiten disminuir la dependencia energética del petróleo. Los estudios sobre la producción de biohidrógeno se encuentran aún en fase experimental y es necesario pasar en los próximos cinco años al desarrollo de tecnología para que, a largo plazo (10 años), se pueda contar con plantas a nivel industrial.

La dependencia energética mundial de los combustibles fósiles no es ajena a México y por lo tanto se deben de buscar alternativas que permitan un desarrollo sostenible. La producción de biocombustibles debe ser uno de los pilares para lograr tal desarrollo. Las investigaciones sobre este tema sitúan a México como uno de los países líderes, con la UNAM encabezando a los grupos de trabajo tanto para la producción de biogás como para la de biohidrógeno.

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