Digestión anaerobia y biogás

La digestión anaerobia es la descomposición de materia orgánica húmeda por microbios dentro de un depósito cerrado y sin aire. Produce biogás, un combustible formado sobre todo por metano y dióxido de carbono, y un digerido que se esparce en los campos. A mediados de la década de 1890, en Exeter, Inglaterra, se quemaba en lámparas el gas de un tanque cubierto de aguas residuales.

Qué es

La digestión anaerobia es una putrefacción sin aire. En un depósito cerrado y sin oxígeno, una comunidad de bacterias y arqueas descompone materia orgánica húmeda, como estiércol, lodos de depuradora o restos de comida. Las arqueas que forman el metano son anaerobias estrictas, mientras que parte de las bacterias que atacan la materia y forman los ácidos son anaerobias facultativas: viven con o sin oxígeno. Entre todas convierten buena parte del carbono de esa materia en biogás, una mezcla inflamable de metano y dióxido de carbono con algo de vapor de agua y un poco de sulfuro de hidrógeno. La proporción de metano depende de lo que se introduce: la Administración de Información Energética de Estados Unidos da entre el 45 y el 65 %, la Agencia de Protección Ambiental entre el 50 y el 75 %.

La misma descomposición ocurre por sí sola en el fango de los pantanos, donde el gas sube en burbujas y se pierde. Un digestor la encierra para poder recoger el gas y aprovecharlo. Lo que sale del depósito, el digerido, conserva la mayor parte de los nutrientes de la carga y se esparce en los campos como abono. El biogás se quema en cocinas, calderas o motores que mueven generadores, y una vez libre de dióxido de carbono e impurezas puede inyectarse en la red de gas natural.

Un digestor doméstico del tipo que se ha fomentado durante mucho tiempo en la India es una fosa revestida de ladrillo y llena de boñiga mezclada con agua. Una campana de acero, abierta por abajo, flota boca abajo sobre la mezcla y se desliza a lo largo de un tubo guía central. El material fresco se vierte en un depósito de carga, desde el que un tubo lo lleva al fondo de la fosa, y el mismo volumen de digerido rebosa por la salida. El gas sale por un tubo situado en lo alto de la campana.

Cómo funciona

La digestión avanza por etapas, cada una a cargo de microbios distintos. Primero, enzimas liberadas por bacterias cortan grasas, proteínas y carbohidratos en moléculas más pequeñas: ácidos grasos, aminoácidos y azúcares. Otras bacterias los fermentan en ácidos grasos volátiles y luego en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono. En la última etapa, arqueas metanógenas transforman el ácido acético, o el hidrógeno y el dióxido de carbono, en metano.

Los productores de metano crecen despacio y se alteran con facilidad. Si el digestor recibe demasiada carga o su temperatura cambia de golpe, los ácidos se acumulan más deprisa de lo que las arqueas los consumen, la mezcla se acidifica y la producción de gas cae. Por eso los digestores se alimentan con regularidad y se mantienen a un calor constante, casi siempre hacia 35 °C, que conviene a los microbios mesófilos, o hacia 55 °C para los termófilos, más rápidos pero más difíciles de estabilizar. La mezcla permanece dentro varias semanas, lo bastante para que las arqueas, que crecen despacio, sigan el ritmo. Con materias fibrosas como el estiércol, suele ser la primera etapa, la descomposición de las fibras, la que limita la velocidad.

En un digestor de campana flotante, el gas se acumula bajo la campana y la levanta. El peso de la campana fija la presión del gas, que se mantiene casi constante, y su altura indica cuánto gas hay almacenado. Cuando se toma gas para la cocina, la campana vuelve a bajar.

En un digestor de cúpula fija, el gas retenido bajo la cúpula de obra empuja la mezcla hacia la cámara de salida.

El digestor de cúpula fija, el modelo habitual de los programas domésticos chinos, no tiene ninguna pieza móvil. Es una cámara cerrada de ladrillo, piedra u hormigón cubierta por una cúpula. El gas se reúne bajo la cúpula y empuja parte de la mezcla hacia una cámara de salida; la presión sube a medida que se acumula gas y baja cuando se usa, mientras la mezcla vuelve atrás. La cúpula debe ser estanca, porque cualquier grieta deja escapar el gas.

El biogás bruto contiene sulfuro de hidrógeno, un gas que huele a huevos podridos y es tóxico en concentraciones altas. Se elimina primero, junto con el vapor de agua. Si también se retira el dióxido de carbono, queda un metano casi puro, llamado biometano, que sirve para todo lo que se hace con el gas natural.

Cómo hacerlo

Un globo sobre el cuello de la botella recoge el gas que produce la mezcla del interior.

Con una botella de plástico y un globo se puede ver la digestión en marcha. Use una botella de bebida limpia de 1,5 o 2 litros. Ponga dentro restos de verdura bien picados y unas cucharadas de estiércol fresco de vaca o de caballo, o de tierra de jardín, que aportan los microbios. Añada agua tibia hasta más o menos un tercio de la botella, para dejar mucho sitio al gas, y agite con suavidad. Estire un globo sobre el cuello y rodee la unión con cinta adhesiva para que quede estanca.

Deje la botella en un lugar cálido, sin sol directo, y obsérvela cada día. Al cabo de unos días el globo empieza a hincharse. Prepare una segunda botella igual y guárdela en un sitio fresco: al comparar las dos se ve cuánto acelera el calor a los microbios. Si mide cada día el contorno de cada globo con una tira de papel, obtendrá una curva de crecimiento.

Aviso de seguridad. El gas del globo es inflamable y puede contener sulfuro de hidrógeno: nunca acerque una llama ni una chispa y nunca intente encenderlo. No cierre nunca la botella con un tapón, porque subiría la presión; el globo es la salida. El estiércol y los restos en descomposición llevan gérmenes: use guantes, lávese las manos después de tocar las botellas, manténgalas lejos de los alimentos y fuera del alcance de los niños pequeños. Para terminar, saque la botella al aire libre, lejos de cualquier llama, deje escapar el gas y vacíe el contenido en el compost.

Historia y evolución

El gas inflamable que desprende la materia en putrefacción se observó mucho antes de aprovecharse. En el siglo XVII, el médico flamenco Jan Baptista van Helmont anotó que la materia orgánica en descomposición desprendía un gas inflamable.

Volta removía el fango de un juncal y recogía las burbujas en un recipiente invertido.

En 1776, Alessandro Volta, desde una barca cerca de Angera, en el lago Mayor, removió el fondo fangoso entre los juncos y recogió las burbujas que subían. El gas ardía, y lo llamó aire inflamable nativo de los pantanos. Concluyó que la cantidad de gas dependía de la cantidad de vegetación en descomposición.

Los primeros digestores llegaron con el tratamiento de las aguas residuales. En Exeter, en 1895, el ingeniero municipal Donald Cameron construyó un gran tanque cubierto en el que las aguas residuales se asentaban y se pudrían sin aire, y lo llamó fosa séptica. El gas de las aguas residuales de Exeter se quemó en lámparas: Penn State Extension lo fecha en 1895, la FAO en 1896. En la cuenca del Emscher, en el Ruhr, Karl Imhoff patentó en 1906 un tanque en el que las aguas residuales decantaban y sus lodos se digerían, y pronto se construyeron tanques de su tipo también en Norteamérica. A finales de la década de 1920, Arthur Buswell inició las investigaciones que, junto con otros trabajos de los años treinta, identificaron los microbios implicados y las condiciones que favorecen el metano.

En el siglo XX, pequeños digestores alimentados con boñiga se extendieron por el Asia rural. La India promovió instalaciones de campana flotante, y más tarde de cúpula fija, para las familias campesinas. China lanzó campañas masivas y hacia finales de los años setenta había construido unos siete millones de digestores domésticos, pero muchos, mal construidos, tenían fugas y pronto se abandonaron. Hoy, grandes digestores tratan lodos de depuradora, estiércol y residuos de alimentos en muchos países, y su gas produce calor y electricidad o, una vez depurado, entra en las redes de gas.