Estabilidad en la alimentación de la planta de biogás: por qué la suma diaria de sustrato no es suficiente

La suma diaria de sustrato no es suficiente para evaluar la estabilidad del digestor, ya que la reacción biológica también depende de la distribución temporal de las dosis y de la composición y materia seca del material. La guía EPA AgSTAR señala directamente que mantener un ecosistema estable de microorganismos requiere un horario regular de adición de residuos y una variabilidad mínima en sus características físicas y químicas. La media diaria "parece correcta", pero aun así puede producirse un pico de ácidos en el digestor. A continuación, explicamos por qué y qué implica esto para la gestión de la instalación.

Qué dice la guía EPA

La guía AgSTAR para operadores (noviembre de 2020), en el capítulo sobre alimentación constante (4.1), destaca tres aspectos. En primer lugar, los residuos deben añadirse según un horario regular y en el volumen de diseño, para mantener el tiempo de retención hidráulica (TRH) proyectado. En segundo lugar, es necesario limitar la variabilidad de la materia seca (MS) y de la materia orgánica (SV), de modo que la carga orgánica (OLR) sea constante. En tercer lugar, en la codigestión, los distintos residuos deben añadirse simultáneamente, en proporciones constantes y preferiblemente mezclados antes de su introducción en el digestor. La guía señala que una alimentación inconsistente, derivada, por ejemplo, de la falta de espacio en el almacén, los plazos de entrega, los tipos de sustratos y la velocidad de su descomposición, puede provocar grandes fluctuaciones en la producción de biogás. Esto se ilustra con datos de una granja, donde, tras añadir sustratos al estiércol con una alimentación inconsistente, la producción de biogás fue claramente mayor, pero también mucho más variable que en el período sin sustratos.

Las instalaciones suelen funcionar en modo continuo (flujo constante durante 24 horas) o, con mayor frecuencia, en modo semicontinuo: los residuos se añaden una o varias veces al día, a intervalos regulares.

Por qué importa la distribución temporal

Consideremos un ejemplo hipotético (cifras meramente ilustrativas). Un digestor tiene 3000 m³, y la carga diaria es de 6 t SV, es decir, 2 kg SV/(m³·d). Si la dosis se administra en seis porciones de 1 t SV cada una, cada una aumenta el contenido instantáneo de SV en aproximadamente 0,33 kg/m³. Si toda la dosis se introduce de una vez, el salto es de aproximadamente 2 kg/m³, es decir, seis veces más, aunque la suma diaria sea idéntica. Un material fácilmente degradable (por ejemplo, residuos posproducción con azúcares) sufre acidogénesis rápidamente, mientras que los metanógenos crecen más despacio, por lo que el exceso momentáneo de ácidos no se consume de inmediato. La guía EPA explica este mecanismo: un pico en la OLR permite que las bacterias acidogénicas superen la tasa de crecimiento de los metanógenos, lo que reduce el pH; en casos extremos, puede producirse espumación y muerte de los metanógenos, y el digestor debe vaciarse y reiniciarse. Este mecanismo también se describe en la entrada Acidificación del digestor: diagnóstico y actuación].

Del mismo modo, un cambio estacional en la composición del material puede pasar desapercibido en el peso de las entregas. El ensilado de otro corte o una partida más húmeda de purín tienen distinta materia seca y distinto contenido de SV, por lo que el mismo número de toneladas conlleva una carga diferente. La MS y los SV actuales ayudan a entender el cambio, y sobre la logística se habla en Almacenamiento de ensilados en la planta de biogás].

Qué señales de alerta indica la EPA

• Disminución del contenido de CH₄ en el biogás es el primer indicador; lo mejor es medirlo con un analizador en continuo.
• Disminución de la alcalinidad indica una alteración antes que el pH, que cambia más lentamente; también es indicador el aumento de los LKT y su relación con la alcalinidad.
• pH en los efluentes (normalmente 7,0–8,0 en un digestor que funciona correctamente) es un indicador retardado.
• Aumento de la proporción de CO₂ en el biogás, incluso gradual, significa pérdida de estabilidad del proceso.
• Disminución de la producción de biogás indica que no se mantienen los parámetros de diseño o que ha llegado al digestor una sustancia tóxica.

Los indicadores de titulación se tratan en la entrada FOS/TAC: cómo medir e interpretar], y el perfil de ácidos, en Ácidos grasos volátiles (LKT) en la planta de biogás].

Cómo llevar los registros

La guía recomienda, en el caso de la codigestión, llevar una documentación detallada: registrar cada fuente de residuos, la fecha y hora de entrega, así como el volumen, medir el pH y, preferiblemente, conservar una muestra representativa de cada entrega para posibles análisis de toxicidad, características físicas y químicas. En el caso de residuos externos, se realizan pruebas periódicas de toxicidad; los inhibidores en los residuos de la industria alimentaria suelen proceder de productos de limpieza y desinfección, como compuestos de cloro y amoníaco. En la práctica, resultan útiles:

1. el registro de la hora de cada dosis (no solo la suma diaria),
2. la MS y los SV de cada partida o cambio de composición,
3. la vinculación de la entrega con la partida en el registro del digestor,
4. el control diario de flujos y cargas, así como la verificación del funcionamiento de las bombas (por ejemplo, midiendo el vaciado del depósito de alimentación durante el ciclo de dosificación).

Los buenos datos permiten relacionar las fluctuaciones de la producción con un evento concreto en la alimentación. Los indicadores para uso diario se describen en la entrada KPI de la planta de biogás], y la mezcla de sustratos, en Codigestión: planificación de la mezcla de sustratos]. Los nuevos materiales se evalúan además en cuanto a su almacenamiento y homogeneización, y el plan de alimentación se ajusta a la tecnología y la experiencia de la instalación en cuestión.