Energía a partir de residuos orgánicos: cómo estimar el potencial de biogás en bio-residuos

La energía a partir de bio-residuos se estima mediante una cadena de cálculos: masa de residuos × proporción de materia seca (MS) × proporción de sólidos volátiles (SV) × potencial de metano (BMP) × poder calorífico del metano × eficiencia de conversión; para residuos con un rendimiento de 100 m³ CH₄ por tonelada, esto supone unos 1000 kWh de energía química, es decir, unos 380–420 kWh de energía eléctrica en cogeneración. Se trata de un orden de magnitud que permite evaluar rápidamente un proyecto, pero no sustituye a los análisis de laboratorio.

Paso a paso

1. Masa de residuos en toneladas al año (masa fresca).
2. MS y SV: conversión a masa de materia seca orgánica. Ejemplo: un 25 % de MS y un 90 % de SV dan 0,225 t SV por tonelada de masa fresca.
3. BMP: rendimiento de metano por unidad de SV; 1 NmL CH₄/g SV equivale a 1 m³ CH₄ por tonelada de SV. Con un BMP de 450 NmL/g SV, se generan unos 101 m³ CH₄ por tonelada de masa fresca (0,225 t SV × 450 m³/t SV).
4. Energía química: el poder calorífico del metano es de unos 35,8 MJ/m³, es decir, unos 10 kWh/m³. Por tonelada: unos 1000 kWh.
5. Eficiencia de la cogeneración: eléctrica, alrededor del 38–42 %; térmica, varios puntos porcentuales adicionales. Por tonelada: unos 380–420 kWh de energía eléctrica.

El valor de unos 50–55 MJ que aparecía en el texto original corresponde al valor energético del metano por kilogramo, y no por metro cúbico (la densidad del metano es de unos 0,66–0,72 kg/m³).

Ejemplo para 1 millón de t de residuos

Supongamos hipotéticamente 1 millón de t de residuos con un rendimiento de 100 m³ CH₄ por tonelada. Esto da 100 millones de m³ de metano, es decir, unos 3,6 PJ (unos 1000 GWh) de energía química, y con una eficiencia eléctrica del 40 %, unos 400 GWh de energía eléctrica al año. A escala nacional, incluso si se lograra procesar la totalidad de los residuos orgánicos (del orden de varios a una decena de millones de toneladas, según la definición), se obtendrían como máximo unos pocos TWh, es decir, una fracción de la producción eléctrica nacional, y no «128 TWh». Por tanto, el biogás es una fuente de energía importante, pero limitada.

Factores que afectan al rendimiento real

• Composición de los residuos: las grasas producen varias veces más biogás que los hidratos de carbono, pero pueden inhibir el proceso en exceso.
• Humedad: una masa demasiado seca o demasiado húmeda dificulta el bombeo y la mezcla.
• Temperatura: el proceso termófilo es más rápido, pero requiere más energía térmica.
• Tiempo de retención hidráulica y carga del digestor (OLR).
• Inhibidores: amoníaco, metales pesados, antibióticos.
• Contaminantes en los residuos municipales (envases) y pérdidas en la recogida.

Del potencial al proyecto

El potencial teórico es el límite superior. Un proyecto requiere: recogida estabilizada, análisis de MS y SV, prueba BMP, balance térmico y plan de gestión del digestato. Los estudios BMP de la literatura se recopilan en Estudios BMP, y la metodología en la entrada ¿Qué es una prueba BMP?.

Comparación con otras fuentes

El biogás tiene la ventaja de ser gestionable: la instalación puede funcionar las 24 horas del día, independientemente del clima, lo que la diferencia del viento y la fotovoltaica. Al mismo tiempo, su escala está limitada por la cantidad de sustratos disponibles. Comparación de tecnologías de procesamiento de residuos: Energía a partir de residuos: fermentación, combustión, pirólisis y gas de vertedero.

Cómo calcular con precisión en la práctica

Para una instalación concreta, es mejor empezar con datos propios en lugar de indicadores generales: pesos de los suministros, MS y SV de análisis de laboratorio y BMP de la prueba. En los cálculos, conviene tener en cuenta las pérdidas (por ejemplo, en el almacenamiento), el consumo propio de energía de la instalación (mezcla, bombas, calefacción del digestor) y la disponibilidad anual (normalmente muy por debajo del 100 % del tiempo). Esto permite obtener la energía neta, y no bruta, y evaluar de forma realista el retorno de la inversión. Por ejemplo, la energía eléctrica bruta de la cogeneración se reduce en la energía necesaria para el funcionamiento de la propia planta de biogás.

Resumen

Las estimaciones del potencial energético de los residuos orgánicos son útiles para una evaluación inicial, pero solo cuando el cálculo es transparente y tiene en cuenta las pérdidas. Compare siempre los supuestos (MS, SV, BMP, eficiencia) con los resultados y verifique el orden de magnitud, comparándolo con su propia instalación o con datos de la literatura. Un error de un orden de magnitud, como en la versión original de este artículo, puede cambiar por completo la conclusión de la inversión.