BMP de la vinaza de caña de azúcar: relación F/M, dispersión de resultados y conclusiones de la revisión de 2023

La vinaza de caña de azúcar —residuo líquido resultante de la destilación de etanol— es uno de los sustratos para biogás más abundantes en Brasil, y los resultados de los ensayos BMP (biochemical methane potential) dependen en gran medida de las condiciones de medición, especialmente de la relación sustrato-inóculo (F/M). Un estudio publicado en el Brazilian Journal of Chemical Engineering en 2022 logró, tras optimizar la relación F/M, una eficiencia de conversión a metano del 95 ± 2,55 % del BMP teórico (con F/M de 1,34–1,42 g DQOs por g SSV), aunque los autores desaconsejan establecer una relación F/M estándar única para la vinaza.

Qué se hizo en el estudio

El trabajo se centra en la vinaza de origen mixto. Los autores optimizaron la relación F/M, es decir, la proporción entre la cantidad de sustrato (expresada en materia orgánica) y la cantidad de biomasa microbiana en el inóculo. Una relación F/M demasiado alta puede provocar sobrecarga e inhibición del proceso (acidificación, acumulación de ácidos grasos volátiles), mientras que una relación demasiado baja subestima el resultado debido al exceso de inóculo y las dificultades en la medición.

Por qué no estandarizar la relación F/M

La conclusión de los autores es relevante: la composición de la vinaza varía en función de la materia prima, el proceso de destilación y la temporada, por lo que una única relación F/M no será válida para todas las muestras. En la práctica de laboratorio, esto implica la necesidad de realizar ensayos preliminares para ajustar la relación F/M a cada muestra concreta y describirla en el informe, de modo que los resultados de distintos laboratorios puedan compararse.

Rango de valores en la revisión

Una revisión publicada en Fermentation en abril de 2023 indica que el potencial de metano de la vinaza se sitúa en el intervalo de 215–324 L CH₄ por kilogramo de materia orgánica y señala que la implementación de la tecnología en Brasil es limitada. El rango de 215–324 muestra la gran influencia que tienen las condiciones experimentales y la composición de la muestra.

La trampa de las unidades

Los resultados del BMP de la vinaza en la literatura se expresan de distintas formas: en litros de CH₄ por gramo de sólidos volátiles (SV), por gramo de DQO eliminada o por tonelada de masa fresca. Por ejemplo, un estudio cinético sobre residuos de caña (vinaza, torta de filtro, bagazo, paja), publicado en Int. J. Mol. Sci., reporta rendimientos de metano de 5 a 181 Nm³ por tonelada de masa fresca, con propiedades muy diferentes entre los materiales. Comparar cifras sin convertirlas a una unidad común conduce a conclusiones erróneas.

Cómo interpretar la dispersión

La dispersión de los resultados se ve afectada por: la composición de la vinaza (contenido de materia orgánica y DQO), el pH, la presencia de sulfatos y potasio, la temperatura del ensayo, la actividad y adaptación del inóculo, la duración del ensayo y el método de medición del gas. Por ello, para nuevos proyectos, es recomendable basarse en mediciones propias de las muestras, mientras que los valores bibliográficos deben considerarse como un rango orientativo.

La vinaza como sustrato

Según la revisión publicada en Fermentation, la vinaza se genera en la producción de etanol en cantidades del orden de 360 000 millones de litros, presenta una DQO media de aproximadamente 46 000 mg/L y contiene aún alrededor del 11 % de la energía original del jugo de caña, aunque en forma diluida. Normalmente, se gestiona como fertilizante (fertirrigación) o se desecha, y la digestión anaerobia es una tecnología que, según los autores, solo ha sido utilizada por alrededor del 3 % de las plantas brasileñas de bioetanol en el pasado, aunque la mayoría ha dejado de aplicarla. Los resultados de Int. J. Mol. Sci. indican que, debido al bajo contenido de materia seca de la vinaza, se recomiendan sistemas con inmovilización de biomasa, mientras que la torta de filtro puede complementar la producción de biogás de la vinaza fuera de la temporada azucarera.

Buenas prácticas en la presentación de informes

• Indicar la relación F/M (expresada en SV) y el método empleado para su determinación.
• Describir el origen y adaptación del inóculo, así como su actividad (ensayo de control con celulosa u otro sustrato de referencia).
• Especificar la temperatura, la duración del ensayo, el número de repeticiones y los ensayos en blanco.
• Definir el método de normalización del volumen de gas (Nm³ o NmL en condiciones normales).
• Indicar claramente la unidad del resultado (por g de SV, por g de DQO, por tonelada de masa fresca).

Del BMP al proyecto

El BMP representa el potencial máximo en condiciones de laboratorio, pero la producción real en un reactor depende del tiempo de retención hidráulica (TRH), la carga, la temperatura y las inhibiciones. Por tanto, el valor del BMP sirve para comparaciones y balances preliminares, mientras que para el diseño de una instalación son necesarios ensayos continuos o piloto adicionales. En el caso de la vinaza, cuya composición varía a lo largo de la temporada, es recomendable planificar mediciones en diferentes momentos de la campaña.

Qué implica esto para Polonia y Europa

La lección metodológica es universal: incluso para un único sustrato, como la vinaza, los resultados del BMP dependen de la relación F/M, el inóculo y las unidades empleadas. Para los laboratorios polacos, esto refuerza la necesidad de aplicar protocolos recomendados (como la VDI 4630) y de informar sobre las condiciones completas de los ensayos, con el fin de facilitar la comparación de datos entre distintos países.