Análisis 100: Combustión con biogas y biometano

Comparar la combustión empleando un biogas y biometano desde el punto de vista del balance de materia, primer y segundo principio de la termodinámica. Considerar adiabática la cámara de combustión y la combustión estequiométrica.

El Biogás es el producto de una digestión anaeróbica de desechos orgánicos en ausencia de oxígeno. Es una mezcla que consiste principalmente de metano (CH4), CO2 y pequeñas proporciones de otros gases. La ventaja del biogás consisten en que la materia prima para su generación son desechos sólidos, como estiércol o aguas residuales. Se produce por la descomposición de la materia orgánica en ausencia de oxígeno. Esto se llama digestión anaeróbica o metanización. La materia a procesar incluyen residuos de cultivos alimentarios, efluentes de la ganadería, cultivos intermedios y desechos orgánicos de las autoridades e industrias locales. La composición precisa del biogás depende del tipo de materia prima y de la vía de producción. Por lo tanto, el biogás es una fuente de energía 100% renovable.

El biometano (también conocido como "gas natural renovable") es una fuente casi pura de metano que se produce mediante la "mejora" del biogás (un proceso que elimina el CO2 y otros contaminantes presentes en el biogás) o mediante la gasificación de biomasa sólida seguida de metanización. El biometano resulta de la purificación del biogás, para darle las mismas propiedades que el gas natural. Utilizado como combustible para usos finales (calefacción, cocina, industria) o como combustible para el transporte o para generar electricidad, el biometano generalmente se transporta y almacena utilizando la infraestructura de gas existente.

El biometano tiene un LHV de alrededor de 36 MJ/m^3. Es indistinguible del gas natural y, por lo tanto, puede usarse sin necesidad de cambios en la infraestructura de transmisión y distribución o en el equipo del usuario final, y es totalmente compatible para su uso en vehículos de gas natural.

La mayor parte de la producción de biometano proviene de la mejora del biogás, por lo que las materias primas principales son los residuos de cosecha; estiércol animal; la fracción orgánica de los RSU, incluidos los residuos industriales; y lodos de aguas residuales. Sin embargo, la ruta de la gasificación hacia el biometano puede utilizar biomasa leñosa (además de RSU y residuos agrícolas) como materia prima, que consiste en residuos de la gestión forestal y el procesamiento de la madera.

Conclusiones de la sustitución del biogás por biometano:

El poder calorífico del combustible aumenta un 86%. Las emisiones contaminantes producidas decrecen, en concreto el CO2 decrece un 43%, lo que favorece enormemente a la disminución del efecto invernadero que genera el calentamiento global del planeta. Las emisiones de SO2 que pudieran generar lluvia ácida desaparecen totalmente.

La temperatura adiabática de la llama incrementa en 154ºC. El CO2 máximo que es posible obtener decrece un 5.6%. Mientras la eficiencia exergética del proceso de combustión mejora casi un 1%.