PROCEDIMIENTO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS.

Procedimiento para la producción de biogás a partir de biomasa en un reactor de biogás,

en el que - se proporciona al menos un valor orientativo para la concentración de al menos uno de los oligoelementos níquel, cobalto, molibdeno, hierro en un reactor de biogás con el fin de obtener una producción eficaz de biogás, - en el reactor de biogás se genera biogás a partir de biomasa, - se halla la concentración de al menos un oligoelemento en la biomasa presente en el reactor de biogás, - en el caso de que la concentración hallada de oligoelementos sea inferior al valor orientativo se añaden al reactor de biogás los oligoelementos que falten, - los valores orientativos se encuentran para níquel entre 4 y 30 mg/kg de MS y/o para cobalto entre 0,4 y 5 mg/kg de MS y/o para molibdeno entre 1,0 y 10,0 mg/kg de MS y/o para hierro entre 1.500 y 3.500 mg/kg de MS

La invención se refiere a un procedimiento para la producción de biogás a partir de masa orgánica en un reactor de biogás (también denominado en lo sucesivo fermentador).

La fijación de energía solar en biomasa mediante la fotosíntesis vegetal es una de las fuentes de energía autorrenovadora más importantes (Maurer, M. y Winkler, J. P.; Biogas, Theoretische Grundlagen, Bau und Betrieb von Anlagen; 1982; Springer-Verlag). A partir de la energía obtenida mediante la fotosíntesis, las plantas sintetizan macromoléculas como productos metabólicos. Estas macromoléculas se pueden convertir muy eficazmente en metano y dióxido de carbono por degradación anaerobia en instalaciones de biogás, convirtiéndose hasta el 82% de la energía almacenada en las plantas en metano.

El proceso de la producción de biogás se puede dividir en cuatro etapas. En un primer paso, la hidrólisis, se descomponen las estructuras complejas de la biomasa en sus monómeros (azúcares, grasas, proteínas). A continuación se efectúa una degradación de los monómeros en ácidos grasos de cadena corta (acidogénesis). En el tercer (acetogénesis) y cuarto paso (metanogénesis) se lleva a cabo en primer lugar la formación de ácido acético y, a continuación, de metano. Como productos secundarios se generan en el proceso de biogás sobre todo dióxido de carbono y otros gases en concentraciones bajas. Las condiciones del medio difieren, en parte, considerablemente de un paso a otro (SAHM: Biologie der Methanbildung, Chem. Ing. Tech. 53 (1981) nº 11, pág. 854-863).

Según el estado de la técnica, la degradación anaerobia de la sustancia orgánica se lleva a cabo en medio acuoso con contenidos en sustancia seca generalmente inferiores al 30%.

La producción de biogás se realiza, dependiendo de los microorganismos que participen en el proceso, a diferentes temperaturas óptimas comprendidas en el intervalo de 25 a 57ºC.

La relación óptima de carbono: nitrógeno: fósforo: azufre se encuentra en 500:15:5:3 para la hidrólisis y la acidogénesis, y en 600:15:5:3 para la acetogénesis y la metanogénesis.

El pH óptimo para la hidrólisis y la acidogénesis se encuentra en el intervalo de pH 5,2 a 6,3, y el pH óptimo para la acetogénesis y la metanogénesis, en el intervalo de pH 6,7 a 7,5.

Como sustratos fermentables se usan sustratos sólidos y líquidos. En las instalaciones de biogás se usan tanto desechos biógenos industriales, artesanales, agrícolas y domésticos como plantas energéticas plantadas específicamente para la generación de metano. En las instalaciones de biogás agrícolas con frecuencia se alimentan en el proceso adicionalmente excrementos animales para agotar adicionalmente su potencial energético. Al comienzo del proceso de la producción de biogás a menudo se alimenta en el reactor de biogás estiércol junto con las plantas energéticas cosechadas, y después se alimenta el reactor de biogás exclusivamente con las plantas energéticas cosechadas. La invención se refiere a todas las variantes de la producción de biogás.

El último paso de la degradación, la formación de metano, se realiza mediante los microorganismos metanógenos que pertenecen al grupo de las Archaea (archaebacterias). Junto con las halobacterias y algunos organismos fermentadores hipertermófilos forman la rama de las Euryarcheota (Schlegel, H. G.; Allgemeine Mikrobiologie; 8ª edición, 2007, Georg Thieme Verlag). Los metanógenos ocupan un lugar especial entre todos los seres vivos. Muchos de sus procesos metabólicos sólo pueden desarrollarse con la ayuda de coenzimas que en otros microorganismos desempeñan un papel muy aislado. Una de las siete coenzimas conocidas hasta la fecha es la coenzima F430, un cofactor con un ion central de níquel. Otro ejemplo es la formilmetanofurano- deshidrogenasa con un cofactor de molibdeno (SCHLEGEL, en el lugar citado, 2007). Debido a estos procesos metabólicos únicos, los organismos metanógenos son especialmente exigentes en cuanto a la concentración de oligoelementos.

Se conoce la alimentación de aditivos que contienen oligoelementos en el fermentador de las instalaciones de biogás. El documento EP 1577269 A1 da a conocer un aditivo de una zeolita cargada con oligoelementos para compensar la deficiencia de oligoelementos importantes para las bacterias productoras de gas metano. El sustrato fermentable es, por ejemplo, una mezcla de estiércol porcino y ensilado de maíz. Con la adición de los aditivos conocidos con oligoelementos en parte solo se logran mejoras transitorias, reducidas

o ningunas en absoluto en la producción de biogás.

El documento SE 529177 C2 describe un procedimiento para la producción de biogás a partir de biomasa en un reactor de biogás. En el procedimiento se proporciona un valor orientativo para la concentración de hierro y cobalto y ácido clorhídrico en un reactor de biogás con el fin de obtener una producción eficaz de biogás. En el reactor de biogás se genera biogás a partir de biomasa. Se halla la concentración de hierro y/o cobalto y/o el pH de la biomasa en el reactor de biogás y, en caso de que las concentraciones sean inferiores al valor orientativo, se añaden al reactor de biogás los oligoelementos y el ácido clorhídrico que falten.

Por DATABASE COMPENDEX [en línea], ENGINEERING INFORMATION; INC.; WATE, S.R. Y COL.: “Effect of cobalt on biogas production from cattle dung”, nº de acceso a la base de datos EIX84060098543, se conoce un procedimiento para la producción de biogás a partir de biomasa en un reactor de biogás en el que se logra un aumento del 20% en la producción de biogás mediante la adición de cobalto hasta una concentración total de 310 mg/kg de MS.

**(Ver fórmula)**

ARESTA, M. Y COL.: “INFLUENCE OF IRON, NICKEL AND COBALT ON BIOGAS PRODUCTION DRING THE ANAEROBIC FERMENTATION OF FRESH RESIDUAL BIOMASS”; CHEMISTRY AND ECOLOGY, vol. 19, nº 6, diciembre de 2003, páginas 451-459, y WILKY, A. Y COL.: ”Enhancement of anaerobic Methanogenesis from Napiergrass by Addition of Micronutrients”, BIOMASS, vol. 11, 1986, páginas 135-146, dan a conocer procedimientos para la producción de biogás a partir de biomasa en un reactor de biogás, lográndose un aumento en la producción de biogás mediante la adición de níquel, cobalto y hierro según el documento citado en primer lugar y mediante la adición de níquel, cobalto y molibdeno según el documento citado en segundo lugar.

Sobre esta base, la invención se propone el objetivo de proporcionar otro procedimiento para la producción de biogás que mejore el abastecimiento de los microorganismos con oligoelementos.

El objetivo se alcanza mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones secundarias se indican configuraciones ventajosas del procedimiento.

El procedimiento de acuerdo con la invención para la producción de biogás a partir de biomasa en un reactor de biogás comprende los pasos siguientes:

- se proporciona al menos un valor orientativo para la concentración de al menos un oligoelemento en un reactor de biogás con el fin de obtener una producción eficaz de biogás,

- en el reactor de biogás se genera biogás a partir de biomasa,

- se halla la concentración de al menos un oligoelemento en la biomasa presente en el reactor de biogás,

- en el caso de que la concentración hallada de un oligoelemento sea inferior al valor orientativo para ese oligoelemento se añade este oligoelemento al reactor de biogás,

- encontrándose los valores orientativos para níquel entre 4 y 30 mg/kg de MS y/o para cobalto entre 0,4 y 5 mg/kg de MS y/o para molibdeno entre 1,0 y 10,0 mg/kg de MS y/o para hierro entre 1.500 y 3.500 mg/kg de MS.

La invención parte del descubrimiento sorprendente de que la producción de biogás en el reactor de biogás es especialmente eficaz cuando la concentración de al menos un oligoelemento esencial para la producción de biogás adopta un valor orientativo. Los oligoelementos esenciales y los valores orientativos para su concentración en el reactor de biogás se hallaron mediante análisis en instalaciones de laboratorio e instalaciones prácticas. Cabe suponer que análisis adicionales proporcionen conocimientos adicionales que permitan facilitar valores orientativos adicionales y/o más exactos. En el procedimiento de acuerdo con la invención se halla la concentración real de al menos un oligoelemento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de biogás a partir de biomasa en un reactor de biogás, en el que

- se proporciona al menos un valor orientativo para la concentración de al menos uno de los oligoelementos níquel, cobalto, molibdeno, hierro en un reactor de biogás con el fin de obtener una producción eficaz de biogás,

- en el reactor de biogás se genera biogás a partir de biomasa,

- se halla la concentración de al menos un oligoelemento en la biomasa presente en el reactor de biogás,

- en el caso de que la concentración hallada de oligoelementos sea inferior al valor orientativo se añaden al reactor de biogás los oligoelementos que falten,

- los valores orientativos se encuentran para níquel entre 4 y 30 mg/kg de MS y/o para cobalto entre 0,4 y 5 mg/kg de MS y/o para molibdeno entre 1,0 y 10,0 mg/kg de MS y/o para hierro entre 1.500 y 3.500 mg/kg de MS.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se proporcionan valores orientativos para la concentración de los oligoelementos níquel y/o cobalto y/o molibdeno y/o hierro y se halla la concentración de los oligoelementos níquel y/o cobalto y/o molibdeno y/o hierro en el reactor de biogás.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que los valores orientativos ascienden para níquel como mínimo a 10 y/o como máximo a 25 mg/kg de MS y/o para cobalto como mínimo a 1,0 mg/kg de MS.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que se proporcionan valores orientativos para las concentraciones de los oligoelementos manganeso y/o cobre y/o selenio y/o wolframio y/o cinc y se hallan las concentraciones de los oligoelementos manganeso y/o cobre y/o selenio y/o wolframio y/o cinc en el reactor de biogás.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que los valores orientativos ascienden para manganeso a entre 100 y 1.500 mg/kg de MS y/o para cobre a entre 10 y 80 mg/kg de MS y/o para selenio a entre 0,05 y 4 mg/kg de MS y/o para wolframio a entre 0,1 y 30 mg/kg de MS y/o para cinc a entre 30 y 400 mg/kg de MS.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que los valores orientativos ascienden para manganeso como mínimo a 250 y/o como máximo a 350 mg/kg de MS y/o para cobre como mínimo a 30 y/o como máximo a 50 mg/kg de MS y/o para selenio como mínimo a 0,3 y/o como máximo a 0,7 mg/kg de MS y/o para wolframio como mínimo a 0,4 y/o como máximo a 0,8 mg/kg de MS y/o para cinc como mínimo a 150 y/o como máximo a 250 mg/kg de MS.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que se incrementa la disponibilidad biológica de los oligoelementos contenidos en el material biológico del reactor de biogás.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que se alimenta en el reactor de biogás un aditivo que incrementa la disponibilidad biológica de los oligoelementos.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que el aditivo contiene hierro.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, en el que se añade al menos un oligoelemento una vez incrementada la disponibilidad biológica de los oligoelementos.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 10, en el que una vez incrementada la disponibilidad biológica de los oligoelementos, se halla la concentración de al menos un oligoelemento en el material biológico y se compensa una deficiencia del oligoelemento mediante la adición del mismo.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que se halla la concentración de al menos un oligoelemento en al menos una muestra del reactor de biogás mediante análisis por ICP.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que la concentración de al menos un oligoelemento en el reactor de biogás se halla repetidas veces a intervalos de tiempo.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la cantidad que se ha de añadir de oligoelementos se determina en función de la diferencia entre el valor orientativo y la concentración hallada.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que la cantidad que se ha de añadir de los oligoelementos se halla teniendo en cuenta los oligoelementos descargados del reactor de biogás junto con los residuos de fermentación.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 15, en el que inicialmente se añade solo una parte de la cantidad que se ha de añadir de los oligoelementos y posteriormente se añaden cantidades correspondientes a la demanda de los oligoelementos que se han de añadir.

**(Ver fórmula)**

17. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que inicialmente se añade una parte de la cantidad 5 que se ha de añadir de los oligoelementos en el plazo de una a dos semanas.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 17, en el que los oligoelementos se añaden de forma continua o una sola vez o repetidas veces y/o se añaden por adición única o repetida de un depósito que libera oligoelementos durante un periodo de tiempo prolongado.

19. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 18, en el que se añade al reactor de biogás un 10 aditivo que comprende diferentes oligoelementos.

20. Procedimiento según la reivindicación 19, en el que el aditivo se prepara específicamente en función de los valores orientativos y las concentraciones halladas.

21. Procedimiento según la reivindicación 19, en el que se preparan varios aditivos que comprenden diferentes oligoelementos con diferentes proporciones cuantitativas de los oligoelementos, y de estos aditivos

15 se alimenta en el reactor de biogás aquel cuya composición se asemeje más a la composición hallada con la ayuda de los valores orientativos y las concentraciones halladas para el aditivo que se ha de añadir al reactor de biogás.