Los biocombustibles gaseosos son aquellos de origen no fósil, obtenidos en forma biológica a partir de la descomposición de  materia orgánica  por  bacterias, generalmente  en ausencia de oxígeno. En este grupo si bien el biogás es el más conocido,  hay otros como  el gas de síntesis;   el biometano y el hidrogeno, algunos de los cuales, pueden  también  obtenerse mediante procesos diferentes, a partir de otras fuentes (fósiles, nuclear, agua).

El biogás, resultado de un proceso de fermentación anaeróbica, se lo  reconoce desde 1600, como un producto biológico natural, que se  manifiesta en el gas que emana de aguas estancadas (gas de los pantanos); el gas de yacimientos petrolíferos o como el gas que se produce en el tracto digestivo de los rumiantes.

1.Panorama global

Desde mucho tiempo atrás, el biogás fue considerado solo como un subproducto de la descomposición anaeróbica de residuos pecuarios, desechos urbanos sólidos y líquidos. El creciente y diversificado aumento del volumen de residuos de diferentes procedencias, fruto del crecimiento de conglomerados urbanos (rellenos sanitarios), a los que se suman  desechos industriales y los provenientes de la intensificación agropecuaria, derivó en  una creciente e importante fuente de contaminación ambiental. Consecuencia de ello y aprovechando los adelantos biotecnológicos, la inicial generación natural del biogás se  convirtió por la acción de diferentes  familias de bacterias, en una solución económica (reducción de costos y aumento de ingresos) y ambiental (reducción de la contaminación debido a disminución emisión de gases). De ese modo,  los residuos orgánicos pasan a ser un subproducto que se emplea  como materia prima,  para  generar energía térmica y eléctrica, reduciéndose el potencial toxico de las emisiones de metano de los residuos, generándose como subproducto de ese proceso un fertilizante orgánico sólido y líquido de alta calidad y rico en N,P,K y S (5).

La producción de biogás evolucionó dentro de una tendencia creciente utilizándose también como combustible, hasta que fue reemplazado por los de origen fósil. Su importancia se reinicia  a partir de década de los 1970’s, con la crisis del petróleo (3).

El biogás, se integra por gas metano CH4 (50 al 70%), dióxido de carbono C02 (27 al 44 %), monóxido de carbono (CO) y otros gases en menor proporción como el sulfuro de carbono (H2S), nitrógeno (N2), oxigeno (O2), hidrogeno (H2) y agua (H20). El gas metano es el que aporta el poder calórico del biogás.  Actualmente, además de los residuos orgánicos, se lo obtiene de una gran variedad de sustratos orgánicos con alto grado de humedad (80 a 90 %), como cultivos energéticos, ensilado de maíz, de remolacha, suero, etc. Los residuos pueden ser sólidos y líquidos de origen agrícola, forestal, pecuario (estiércol y efluentes), industriales y municipales. El poder calórico del biogás es sensiblemente inferior al que se logra con cultivos energéticos.

Este proceso bioquímico microbiano, generalmente se cumplimenta en tres etapas: en la inicial las moléculas complejas de materia orgánica (polisacáridos, lípidos y proteínas), por la acción de microorganismos de la fase de hidrólisis,  se convierten en monómeros. En la 2da. etapa,  utilizando bacterias facultativas que viven con algo de oxigeno (mlcroorganismos acidogénicos), los monómeros son transformados en productos intermedios, como ácidos volátiles de incidencia  corta, hidrogeno y anhídrido carbónico.  En la 3er etapa otro grupo de bacterias calificadas como anaerobias estrictas, porque no pueden vivir en presencia de oxigeno                       (microorganismos metanogénicos),  transforman  los productos intermedios en metano (CH4) y anhídrido carbónico (C02)

El biogás  es generado en reactores o digestores, o en medio naturales a partir de las diferentes degradaciones que sufre la materia orgánica. Los biodigestores son depósitos cerrados cilíndricos de hormigón o acero, provistos de equipos de agitación y calefacción, que permiten asegurar un óptimo proceso  de degradación anaeróbica. Los gases producidos son colectados y almacenados en compartimentos denominados gasómetros para su utilización posterior o simple quema. Los primeros digestores aparecieron a fines del siglo XIX (1890), aprovechándose el gas generado para el alumbrado público y la calefacción. En la actualidad, dependiendo del tipo de sustrato a utilizar, hay diferentes tipos, modelos y tamaños de biodigestores, desde los más simples y económicos hasta los más sofisticados

El biogás se comprime y almacena para facilitar su traslado y  es utilizado en la producción de energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, o como energía térmica suministrando calor en viviendas, semilleros (secadoras), fábricas (calderas) y otros sistemas de combustión a gas.  El poder calórico del biogás se aumenta mediante un proceso de depuración que elimina el dióxido de carbono (C02), el sulfuro de hidrogeno (SH2) y el vapor de agua; lográndose derivados como el biometano  empleado como combustible en vehículos y el gas de síntesis como sustituto del gas natural.

El gas de síntesis o syngas es un combustible gaseoso, incoloro, inodoro y tóxico, conformado por una mezcla  de gases con  predominio del monóxido de carbono (CO) y el hidrogeno (H2) en proporciones variables, acompañado de otros gases como dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y agua. Se lo obtiene, mediante diferentes procesos, a partir de combustibles fósiles (gas natural o carbón) o de biomasa. Cuando se utiliza biomasa se emplean procesos termoquímicos como la pirolisis o la gasificación lográndose un producto muy importante para la síntesis de una gran cantidad  de productos intermedios para la industria química y biorefinerías.  También interviene en la obtención del amoniaco y metanol. El gas de síntesis puede utilizarse: directamente como combustible  en motores de combustión interna;  para elaborar hidrogeno y metano; o convertido en combustible sintético por el proceso Fischer Tropsch.

El biometano, también conocido como “biogás agroindustrial”,  es el resultado de una depuración del biogás, dado que mediante diversos procedimientos tecnológicos, se reduce en su composición  la proporción del C02, e incrementa la del metano por arriba del 96 % del total. Por tener una composición química y el poder energético muy similar al del gas natural,  es utilizado en varios países europeos, como sustituto del gas natural mezclándolo en cualquier proporción o como carburante para vehículos (1).

El hidrogeno es un combustible gaseoso alterno,  que también se lo obtiene en forma biológica  utilizando microorganismos con menor requerimiento energético, a partir del gas natural producto de residuos orgánicos. Tiene mucho futuro: La industria  automotriz,  alienta su obtención y desarrollo mediante un proceso de electrolisis del agua empleando catalizadores (platino, níquel u otros). El hidrogeno es un combustible alterno, con un poder de explosión superior a la gasolina,  que si bien requiere de mayores aportes tecnológicos para superar algunos problemas, se lo utiliza en celdas de combustible para obtener energía eléctrica de manera directa.

2. Panorama nacional

Argentina necesita aumentar y diversificar su matriz energética. Lo primero para atender el crecimiento del consumo que no logra cubrir  con  producción propia, por lo que debe importar energía para cumplimentarlo.    La diversificación es necesaria como forma de atenuar los efectos de la contaminación ambiental, mediante la incorporación de  fuentes  energéticas renovables. Junto con  los biocombustibles, este grupo lo conforman la energía solar, eólica,  hidraúlica, maremotriz y geotérmica. Esta iniciativa cuenta, desde hace un tiempo, con el respaldo y apoyo tanto  del sector público como de instituciones y organizaciones privadas.

En este marco se inscriben los estímulos del Estado Nacional para producir energías limpias (establecidos por la Ley 26.190 del 2007, modificada  por la ley 27.791 del 2015). En 2016, la participación de las energías renovables en la demanda eléctrica del país era del 1,8 % del total con una capacidad instalada de 0,80 gigavatios (GW), esperándose cubrir el 8 % de la demanda para 2018 y el 20 % para 2025 (5). El Gobierno Nacional aspira en ese lapso se instalen 10.000 megavatios (MW), lo que equivaldría a una inversión aproximada de 15 mil millones de dólares.  

En el país la producción de biogás a escala familiar es conocida desde hace tiempo, especialmente  en establecimientos rurales a partir del tratamiento de residuos pecuarios y agrícolas. En su elaboración y aprovechamiento se observan  dos enfoques. En el caso de agricultores familiares con bajos ingresos o de difícil acceso  a fuentes convencionales de energía, la prioridad es proporcionar energía, sanidad ambiental y fertilización orgánica a través de digestores de bajo costo, fácil operatividad y mantenimiento (4). En sectores agrícolas y agroindustriales más intensivos o de mayor volumen de producción, se apunta a brindar energía a mayor escala,  solucionando al mismo tiempo graves problemas de contaminación.  En estos casos, se deben utilizar   biodigestores más específicos, sólidos, de mayor tamaño, más eficientes, de mayor  grado de complejidad en su manejo y mantenimiento, lo que se traduce en una mayor inversión (3). Con el paso del tiempo su participación  ha evolucionado  dentro de  una tendencia creciente, aunque algo heterogénea, teniendo actualmente  presencia tanto en el sector rural como urbano e industrial en varias provincias.

EL INTI, con participación del INTA, realizo en 2015 un  diagnóstico nacional,  previo a una planificación estratégica, para  generar energía limpia con alta tecnología. Al efecto relevo 62 plantas de biodigestores anaeróbicos, sobre 105 plantas de biogás detectadas y  distribuidas en 16 provincias. El estudio destaca las diferencias existentes entre plantas en pertenencia, tamaño, tecnología empleada, usos, etc. La principal conclusión señala que la mayoría de los biodigestores en funcionamiento no fueron inicialmente pensados para generar energía sino con el  propósito de procesar diferentes tipos de sustratos (residuos industriales, ganaderos, agrícolas y urbanos). Agrega a ello falencias técnicas de construcción, deficiencias operativas y baja eficiencia del proceso, dado  que más del 40 % de los digestores no utilizan el gas  generado en sus plantas (5)

Dentro de los biodigestores se cuenta con  plantas para tratamientos de diferentes tipos de materias primas fermentables como: residuos industriales provenientes de efluentes de empresas citrícolas, cerveceras, frigoríficas, papeleras, lácteas, levaduras, yerba mate; residuos de producción de mandioca, suero de queso, glicerina y vinaza; residuos ganaderos que procesan  efluentes de establecimientos avícolas, porcinos, lecheros (tambos) y estiércol pecuarios; residuos agrícolas  como: desechos de molienda, maíz (ensilado, chala, marlos),  residuos fruti-hortícolas, y residuos urbanos conformados principalmente por residuos sub urbanos, barros y efluentes cloacales.

En ese contexto  las rondas 1 (07/10/16) y 1,5 (25/11/16)   de RENOVAR, convocaron proyectos para  generar energías limpias, adjudicándose  59 proyectos con una potencia total de  2.423,5 (MW) a un precio promedio ponderado de 57,44 U$S/MW.  La mayor participación de esta convocatoria, que  se traducirá en una inversión de U$S 4.000 millones, fue de las energías eólica y solar, mientras que las ofertas de biogás, biomasa e hidraúlica no lograron cubrir los cupos licitados, probablemente por la diferencia en los costos unitarios de la energía a generar (USD/MWh), que si bien siguen una tendencia decreciente, son menores en las eólica y solar en relación con las últimas. En biogás se adjudicaron 6 proyectos (3 en Córdoba, 2 en Santa Fe y 1 en San Luis), con una potencia total de 8,6 MW y un precio promedio ponderado  de 154 USD/MWh, el más alto de todas las restantes  (7).

En el reciente cierre de la Ronda 2  del programa RENOVAR se presentaron 56 ofertas (sobre un total de 228) por 261,5 MW de biomasa y biogás, De esa cifra 20 por 188 MW son para  obtener electricidad a partir de biomasa; 32  para biogás por un total de 60 MW y 4 para biogás por 15 MW a partir de rellenos sanitarios (8)

Se percibe un interés manifiesto y creciente por aprovechar la biomasa así como el tratamiento de residuos orgánicos mediante la instalación de plantas para la producción de energía como biogás, por parte de municipios, industrias y cooperativas eléctricas. Por el lado de la oferta hay empresas nacionales, extranjeras y mixtas que disponen de  tecnología, equipos y experiencia para satisfacer esa demanda. El biogás producido industrialmente aportaría energía a redes eléctricas y gas proporcionando autonomía energética a centros urbanos, generando empleo (una planta grande, mayor de 1.000 m3, requiere entre 30 a 40 personas), agregando al mismo tiempo valor en origen a  productos y subproductos agropecuarios (9). Lo que se espera son algunas señales  de parte   del Estado, que faciliten y apoyen su implementación. En ese marco, la Provincia de Buenos Aires, conjuntamente con el Programa Provincial de Incentivos a la Generación de Energía Distribuida (PROINGEN), alienta la instalación de plantas para el aprovechamiento de la biomasa y elaboración de biogás en todo su territorio, buscando la participación de organismos  crediticios provinciales y otras entidades con capacidad para liberar fondos con este propósito.

3. Conclusiones

El biogás brinda la posibilidad de reconvertir, mediante el aporte tecnológico, residuos orgánicos en energía limpia. De ese modo, además de cerrar el círculo del aprovechamiento integral de la biomasa, aporta al objetivo de ir reemplazando energía de origen fósil por renovable; así como a la reducción de algunas  fuentes de contaminación ambiental, obteniéndose como subproducto un excelente fertilizante de origen orgánico.

Esta fuente energética, que puede obtenerse forma continua las 24 horas durante todo el año, al no depender de aspectos climáticos o medio ambientales, puede  ser utilizado  para obtener electricidad mediante turbinas  o plantas generadoras a gas,  o emplearlo como energía térmica en forma de gas en hogares, plantas secadoras de granos, calderas, fábricas, etc.; por  ser una excelente alternativa del gas natural.

Mejorar la competitividad del biogás frente a otras alternativas energéticas limpias, requiere tanto de la creatividad de sus impulsores como de los adelantos   tecnológicos que se vayan generando e incorporando en sus procesos y equipos. En investigación hay un amplio margen en el que los aportes de la ingeniería genética, la biotecnología y nanotecnología,  pueden contribuir  al desarrollo de  microorganismos que reduzcan  etapas,  mejoren  los diferentes procesos  que intervienen en  su elaboración y consecuentemente reduzcan costos.

Si bien hay interés, principalmente, por parte de municipios,  cooperativas e industrias para la obtención de energía a partir de silos de cereales, cultivos energéticos y residuos orgánicos, así como empresas en condiciones de dar respuesta a esas demandas, hasta ahora no se vislumbran grandes cambios que alienten   inversiones en fuentes energéticas limpias en base a biomasa o biogás. Es probable  que las Rondas del Programa Renovar, continúen  favoreciendo el avance de las fuentes energéticas más rentables como la solar y eólica. Sin embargo a pesar del mayor valor relativo del biogás, debiera tomarse en  consideración, en una relación costo beneficio global, el valor económico y ambiental que representa el aprovechamiento integral de la biomasa así como la generación de un subproducto valioso para el agro como  es la obtención de un fertilizante de origen orgánico.   

Los combustibles gaseosos, constituyen una alternativa adicional para generar energía limpia, mediante el aprovechamiento integral de  la biomasa, reduciendo fuentes y niveles de contaminación ambiental. Desde el biogás hasta el biometano y el biohidrogeno, nuestros investigadores están   trabajando en métodos y tecnologías innovativas, con el propósito de incrementar su eficiencia y mejorar su competitividad.

Bibliografía

(1) AEBIG. Biometano. Asociación Española de Biogas, Madrid, España (www.aebig.org/biometano)

(2) CADER, 2016.2017 el año de las energías renovables. Cámara Argentina de Energías Renovables, CABA, 2016.

(3) Hilbert, Jorge, 2003. Manual para la producción de Biogás. Instituto de Ingeniería Rural, INTA-Castelar, Morón, Argentina, 2003, 54 ps.

(4) Huerga, I.; Butti, M., Intaschi, D.; Masigogge, J.; Pusineri, L y Justianovich, S. 2016.Generación de Biogás. Experiencia del tambo La Natividad de Coronel Dorrego, Buenos Aires. Ediciones INTA, Colección  Investigación, Desarrollo e Innovación, Buenos Aires. Setiembre 2016.

(5) INTI. 2016. Relevamiento de Plantas de Biogás en Argentina, CABA, 2016

(6) Machado, Cristina, 2010. Situación de los biocombustibles de 2da. Y 3ra. Generación  en América Latina y el Caribe, Organización Latinoamericana de Energía (OLADE). Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura (IICA), agosto 2010

(7) MINEN, 2016. Energías Renovables en Argentina. Nuevo marco regulatorio y Perspectivas en 2016+. Subsecretaria de Energías Renovables. Ministerio de Energía y Minería, abril, 2016.

(8) PROBIOMASA, 2017. Proyecto para la promoción de la energía derivada de la biomasa. Boletín Nro.46, Buenos Aires, octubre 2017.

(9) Tobares, Lorena, 2013. La importancia y el futuro del biogás en la Argentina. En Petrotécnica, Revista del Instituto Argentino del Petróleo y el Gas, Buenos Aires, febrero 2013, pp. 68-74.