análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

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Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión anaerobia húmeda y seca COMPARATIVE ANALYSIS OF THE TECHNOLOGY OF WET AND DRY ANAEROBIC DIGESTION Stephanie Grisales Rangel¹ Germán Arellano Ramírez² ¹ Ingeniera Industrial, Universidad Tecnológica de Bolívar; Estudiante de Décimo Semestre de Ingeniería Química, Universidad de San Buenaventura Seccional Cartagena. [email protected] ² Estudiante de Décimo Semestre, Universidad de San Buenaventura Seccional Cartagena [email protected] RESUMEN Inicialmente, el presente artículo exhibe un marco de los conceptos básicos que comprenden la digestión anaerobia, la principal diferencia que tiene la vía seca con la vía húmeda consiste en el contenido de sólidos totales (ST) siendo para la vía seca >15% ST y para la vía húmeda <15% ST. Los objetivos de este trabajo son: realizar un análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión anaerobia húmeda y seca, identificar la evolución cronológica de la digestión anaerobia seca, como tecnología más eficiente, mediante una línea de tiempo de publicaciones; contrastar la tecnología sobre la digestión anaerobia húmeda y seca para definir diferencias operativas y comparar la microbiología de ambas tecnologías. La metodología de investigación implementada fue de tipo descriptiva cuya información se recolectó a través de fuentes secundarias, obteniendo resultados que permitieron comparar las dos tecnologías, identificar la evolución cronológica en la tecnología de la digestión anaerobia seca y una descripción de la microbiología de ambas. Al concluir, se identificó que la investigación en cuanto a digestión anaerobia seca o en estado sólido ha venido teniendo un buen crecimiento y a la vez se han ido ideando modelos matemáticos que permitieron una mejora de este proceso. Así mismo se pudo establecer claramente que los procesos por vía seca y húmeda se llevan a cabo de manera diferente, aunque en cuanto a los microorganismos que dichos procesos involucran no se encontró mayor diferencia. Palabras clave: Digestión anaerobia, digestión anaerobia seca, digestión anaerobia húmeda, digestión anaerobia en estado sólido. ABSTRACT Initially, this article exhibits a frame of basic concepts about anaerobic digestion (AD), the main difference between dry anaerobic digestion and wet anaerobic digestion consists of the content of total solids (TS) being >15% TS for dry AD and <15% TS for wet AD. The objectives of this article are: to do a comparative analysis of wet and dry anaerobic digestion technologies, to identify the chronological evolution of dry AD, as a more efficient technology, through a timeline of publications; and to contrast the engineering used in dry AD and wet AD to define operative differences in their technology and to compare both dry and wet AD microbiology to establish operative differences in their technology. The research method implemented was a descriptive one. As a conclusion, it could be identified that researches related to dry AD or solid-state AD have been having a crescent growth in the past years and at the same time they have been modeling mathematical models that have allowed the improvement or optimization of this process. Furthermore, it could be clearly established that dry AD and wet AD processes differ a lot although a difference on the microorganisms involved in said processes couldn’t be found. Key words: Anaerobic digestion, dry anaerobic digestion, wet anaerobic digestion, solid-state anaerobic digestion.

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Page 1: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

Análisis comparativo sobre las tecnologías de la

digestión anaerobia húmeda y seca

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE TECHNOLOGY OF WET AND DRY ANAEROBIC DIGESTION

Stephanie Grisales Rangel¹ Germán Arellano Ramírez²

¹ Ingeniera Industrial, Universidad Tecnológica de Bolívar; Estudiante de Décimo Semestre de Ingeniería Química, Universidad

de San Buenaventura Seccional Cartagena.

[email protected]

² Estudiante de Décimo Semestre, Universidad de San Buenaventura Seccional Cartagena

[email protected]

RESUMEN

Inicialmente, el presente artículo exhibe un marco de los conceptos básicos que comprenden la digestión anaerobia, la principal diferencia que

tiene la vía seca con la vía húmeda consiste en el contenido de sólidos totales (ST) siendo para la vía seca >15% ST y para la vía húmeda <15%

ST. Los objetivos de este trabajo son: realizar un análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión anaerobia húmeda y seca, identificar

la evolución cronológica de la digestión anaerobia seca, como tecnología más eficiente, mediante una línea de tiempo de publicaciones;

contrastar la tecnología sobre la digestión anaerobia húmeda y seca para definir diferencias operativas y comparar la microbiología de ambas

tecnologías. La metodología de investigación implementada fue de tipo descriptiva cuya información se recolectó a través de fuentes

secundarias, obteniendo resultados que permitieron comparar las dos tecnologías, identificar la evolución cronológica en la tecnología de la

digestión anaerobia seca y una descripción de la microbiología de ambas. Al concluir, se identificó que la investigación en cuanto a digestión

anaerobia seca o en estado sólido ha venido teniendo un buen crecimiento y a la vez se han ido ideando modelos matemáticos que permitieron

una mejora de este proceso. Así mismo se pudo establecer claramente que los procesos por vía seca y húmeda se llevan a cabo de manera

diferente, aunque en cuanto a los microorganismos que dichos procesos involucran no se encontró mayor diferencia.

Palabras clave: Digestión anaerobia, digestión anaerobia seca, digestión anaerobia húmeda, digestión anaerobia en estado sólido.

ABSTRACT

Initially, this article exhibits a frame of basic concepts about anaerobic digestion (AD), the main difference between dry anaerobic digestion

and wet anaerobic digestion consists of the content of total solids (TS) being >15% TS for dry AD and <15% TS for wet AD. The objectives of

this article are: to do a comparative analysis of wet and dry anaerobic digestion technologies, to identify the chronological evolution of dry AD,

as a more efficient technology, through a timeline of publications; and to contrast the engineering used in dry AD and wet AD to define

operative differences in their technology and to compare both dry and wet AD microbiology to establish operative differences in their

technology. The research method implemented was a descriptive one. As a conclusion, it could be identified that researches related to dry AD

or solid-state AD have been having a crescent growth in the past years and at the same time they have been modeling mathematical models that

have allowed the improvement or optimization of this process. Furthermore, it could be clearly established that dry AD and wet AD processes

differ a lot although a difference on the microorganisms involved in said processes couldn’t be found.

Key words: Anaerobic digestion, dry anaerobic digestion, wet anaerobic digestion, solid-state anaerobic digestion.

Page 2: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

I. INTRODUCCIÓN

La digestión anaerobia es el proceso en el cual se descompone la materia orgánica por acción de microbios en ausencia de oxígeno hasta

obtener biogás, una mezcla de gases combustibles. El biogás se encuentra en concentraciones entre 50% a 70% de metano y de 30% a 50% de

dióxido de carbono con pequeñas trazas de otros componentes [1]. El uso del biogás como energía renovable ayuda a disminuir las emisiones

de CH₄ y CO₂.

Componente Residuos

Agrícolas

Lodos de

Depuradora

Residuos

Industriales

Gas de Vertedero

Metano 50-80% 50-80% 50-70% 45-65%

Dióxido de

Carbono

30-50% 20-50% 30-50% 34-55%

Agua Saturado Saturado Saturado Saturado

Hidrogeno 0-2% 0-5% 0-2% 0-1%

Sulfuro de

hidrogeno

100-700ppm 0-1% 0-8% 0.5-100 ppm

Amoniaco Trazas Trazas Trazas Trazas

Monóxido de

carbono

0-1% 0-1% 0-1% Trazas

Nitrógeno 0-1% 0-3% 0-1% 0-2%

Oxigeno 0-1% 0-1% 0-1% 0-5%

Compuestos

orgánicos

Trazas Trazas Trazas Trazas

Tabla 1. Componentes del biogás en función del sustrato utilizado [57]

El metano es un gas que en la capa atmosférica terrestre contribuyente al efecto invernadero, el cual es el principal causante del cambio

climático actual. El contenido de metano en la atmósfera se ha duplicado desde la última era de hielo a 1,7 ml/m³ en la actualidad. El metano

contribuye un 20% al efecto invernadero antropogénico. Entre las fuentes de metano de origen humano, más del 50% corresponde a la

ganadería y hasta el 30% provienen a partir del cultivo de arroz [14].

Con el fin de poder contrastar el efecto de los diferentes gases de efecto invernadero, a cada uno se le asigna un factor que representa una

medida de su efecto invernadero o potencial de calentamiento global, en comparación con el CO₂ que se utiliza como “gas de referencia” [14].

La producción de biogás ayuda a reducir las emisiones de CH₄ a la atmósfera, el cual es 21 veces más dañino que el CO₂ como gas invernadero,

la transacción de estas emisiones se transforman en contratos de compra-venta en los cuales la parte interesada le paga a otra por la reducción

de estas emisiones de gases para mitigar el cambio climático [2].

Gas Potencial de Calentamiento

CO2 1

CH4 21

N2O 310

SF4 23900

PFC 9200

HFC 11700

Tabla 2. Potencial de calentamiento de los gases de efecto invernadero [52].

En la actualidad, existen plantas de digestión anaerobia generadoras de biogás a partir de residuos orgánicos tales como Urbaser, Planta de

biogás OWS, SUEZ Water Spain, Energy 4 Impact, etc. En tales plantas se pueden encontrar reactores con volúmenes de 1160 m³, con

capacidad volumétrica de producción de biogás de 12821 m³/día y 21796 en kWh como energía generada [3].

Por lo general, las plantas de biogás operan a concentraciones de sustrato inferiores al 15%, lo cual se conoce comúnmente como digestión

anaerobia húmeda. Aun así, la operación de la planta en condiciones húmedas conlleva un alto consumo de agua el cual representa una

afectación al medio ambiente y el tratamiento de secado posterior requiere una adición de energía para evaporar los efluentes, lo que se traduce

en el aumento de los costos del proceso por servicio de calentamiento, de lo que se derivan fertilizantes sobre los cuales el agua que se había

usado en un principio para tener un ambiente apropiado de humedad, igualmente se ve desperdiciada [53][54][55]. Además, dado el alto

volumen de agua utilizado en este tipo de procesos se requieren biorreactores de mayor tamaño de manera que se debe realizar una mayor

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inversión y, por ende, se ve un aumento en los costos de construcción del biodigestor. Por todo lo anterior, resulta ser que la digestión

anaerobia húmeda conlleva a una costosa implementación de su sistema [46].

Una alternativa para disminuir costos en ciclo operativo y productivo de planta es a través de la digestión anaerobia seca. La digestión

anaerobia seca es el proceso en el que la materia orgánica, con un porcentaje de sólidos seco entre 15% al 40% [4], se degrada en ausencia de

oxígeno en digestores sellados [56]. Este proceso se da en un solo paso, tiene lugar en un único digestor y es por lotes. El producto de este

proceso contiene un alto porcentaje de metano frente al sulfuro de hidrógeno. El biogás es filtrado adecuadamente y usado como combustible

en plantas para la generación de electricidad y calor [56].

Haciendo una comparación con la tecnología de digestión húmeda, se pueden resaltar ventajas de la digestión seca tales como un menor

consumo de agua en el tratamiento de la biomasa, lo cual disminuye los efluentes y también el consumo de calor para su evaporación al final

del proceso. De esta forma se aprecia que los costos operativos decrecen. Adicionalmente, el diseño de los biodigestores se reduce en volumen

por lo que el costo de la inversión lo hace igualmente [46].

A nivel mundial muchos países han tomado la opción de crear plantas de biogás que usan digestión anaerobia como forma alternativa para la

generación de energía eléctrica. Empresas reconocidas en esta tecnología son Valorga, Dranco, Linde, BioFerm, entre otras. En Colombia la

empresa Biogás Doña Juana en colaboración con CarbonBW (compañía que compra el 100% de las acciones de la primera en 2013) se toma la

labor de además de producir Certificados de Reducción de Emisiones, generar energía eléctrica a partir del biogás que se produce en el Relleno

Sanitario Doña Juana de Bogotá. En abril de 2016, Biogás Doña Juana inicia la generación de energía con una planta de 1,7 MW [59].

Cabe mencionar que el concepto de digestión anaerobia seca también se puede tomar como digestión anaerobia en estado sólido dependiendo

del autor, puesto que algunos dicen que la digestión anaerobia seca es aquella que tiene entre 10-15% o más de sólidos totales [5] y otros la

clasifican entre el 15-25% de sólidos totales [6] y más de eso (>25%) como digestión anaerobia en estado sólido [7].

Por otro lado, en lo concerniente a las tecnologías que se han presentado en la digestión anaerobia seca no se lleva un registro exacto de las

mejoras de proceso que se han ido realizando a través de los años. Finalmente, lo que se busca es comparar el avance en el conocimiento acerca

de las tecnologías de digestión anaerobia húmeda y seca, mediante un estudio de tipo descriptivo.

Describiendo el Proceso de digestión anaerobia

En el proceso de producción de biogás se da una degradación de materia orgánica vía anaerobia por terminadas bacterias. Esta se realiza de

manera anóxica, debido a que las bacterias encomendadas de realizar este proceso son estrictamente anaeróbicas y por ende solo podrán

sobrevivir en ausencia de oxígeno atmosférico [8].

La materia prima a introducir en el proceso está constituida por subproductos agrícolas, alimentarios o de cualquier tipo que contengan

humedad y sean fácilmente putrescibles; dependiendo del tipo de materia prima, esto ocurre más rápido o lento [9].

Hay un gran número de bacterias generadoras de ácido acético y metano, estas bacterias se alimentan de la materia prima y hacen experimentar

diversos procesos que la convierten a moléculas medianas incluyendo los azúcares, el hidrógeno y el ácido acético, para ser convertido

finalmente a biogás [10].

Al final del proceso de producción de biogás normalmente se produce también sulfuro de hidrógeno (H₂S), el cual es un compuesto altamente

tóxico y corrosivo, por lo que se utilizan diversas técnicas para la remoción de este [11].

El proceso de digestión anaerobia está compuesto por cuatro etapas:

1. Hidrólisis: los polímeros complejos son degradados a moléculas simples, como las proteínas a aminoácidos y los polisacáridos a

monosacáridos [6] por parte de bacterias hidrolíticas, las cuales segregan enzimas para la conversión de dichos compuestos complejos para

volverlos solubles.

2. Acidogénesis: en esta etapa de la fermentación se obtienen diversos ácidos orgánicos. Los productos obtenidos en la fase de hidrólisis son

convertidos en ácidos grasos de bajo peso molecular como el ácido acético, fórmico, propiónico e incluso dióxido de carbono, entre otros [12].

La fermentación de los azúcares se da de manera muy diversa, dependiendo del microorganismo y la ruta metabólica que ocurra. Los

principales microorganismos asociados con la fermentación de la glucosa son los del género Clostridium, que convierten glucosa en ácido

butírico, acético, dióxido de carbono e hidrógeno [13].

3. Acetogénesis: mientras que algunos productos de la fermentación pueden ser metabolizados directamente por los organismos metanogénicos

(hidrógeno y acético), otros (etanol, ácidos grasos volátiles y algunos compuestos aromáticos) deben ser transformados en productos más

sencillos, como acetato (CH₃COO-) e hidrógeno (H₂) [14]. En esta etapa las moléculas provenientes de la acidogénesis son captadas por los

microorganismos acetógenos para emplearlas en la producción de acetato, dióxido e hidrógeno [15].

Page 4: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

4. Metanogénesis: usando el acetato, dióxido de carbono e hidrógeno, se produce metano [6]. La metanogénesis es el último paso del proceso

de degradación anaerobia de la materia orgánica. En esta etapa, la mayor parte de la energía química contenida en el sustrato es convertida en

metano por la actuación de las Archaea metanogénicas. Este grupo no bacteriano requiere unas condiciones ambientales más estrictas para su

desarrollo que las necesarias para los microorganismos acidogénicos. Este grupo es el formador de metano a partir de hidrógeno y dióxido de

carbono, acetato, metanol y mono-, di- y tri-aminas fundamentalmente.

La inhibición por acidez generada en la etapa anterior se puede evitar por el consumo de los ácidos por las metanogénicas. En ausencia de la

metanogénesis, el sistema podría alcanzar niveles excesivos de acidez e inhibirse completamente.

Se pueden distinguir dos grandes grupos de microorganismos metanogénicos:

• Archaea acetoclásticas.

• Archaea utilizadoras de hidrógeno. [16]

A continuación, se muestra la (Figura 1) representando el proceso digestión anaerobia de sus cuatro etapas:

Figura1. Etapas de la digestión anaerobia [49].

La tecnología utilizada para los procesos de digestión anaerobia tanto seca como húmeda se expondrá posteriormente.

II. METODOLOGÍA

El tipo de investigación que se implementó fue descriptivo cuyo enfoque fue cualitativo y/o empírico puesto que se busca la aplicación de

conocimientos previos y la descripción de un fenómeno para el desarrollo del artículo. El diseño de la investigación es descriptivo, método

científico que implica observar y describir el comportamiento de un sujeto sin influir sobre él de ninguna manera.

Para la recolección de información se hizo uso de fuentes secundarias, la información fue recogida por medio de documentos magnéticos,

libros, revistas y artículos relacionados al tema de digestión anaerobia seca y digestión anaerobia húmeda. Se usó la vigilancia tecnológica

como técnica para la recogida de información con ayuda de operadores lógicos de búsqueda en las bases de datos que se encuentren disponibles

y en metabuscadores. Principalmente se usó google como metabuscador; las bases de datos ScienceDirect y Scopus y así mismo las revistas

que dichas bases de datos proporcionan como Waste Management, Biosource Technology, Biomass & Bioenergy; y libros de tesis de maestría

y doctorado.

Page 5: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

III. LÍNEA DE TIEMPO DIGESTIÓN ANAEROBIA SECA

Para identificar la evolución cronológica de la digestión anaerobia seca es necesario hacer una investigación de publicaciones y/o patentes

relacionadas al tema en cuestión por año. En primer lugar, se escogieron diez artículos de diferentes años de los cuales se hizo un extracto que

dé muestra del trabajo realizado en cada uno y posteriormente de manera gráfica se representan el número de publicaciones realizados por año.

En el año 2009, se estudia que el biogás producido puede ser usado como una alternativa de fuentes de energía renovable. La digestión

anaerobia seca [>15% de sólidos totales (ST)] tiene una ventaja sobre la digestión húmeda [<10% ST] porque permite el uso de un volumen

menor para el biorreactor y porque reduce la producción de aguas residuales. Adicionalmente, produce un fertilizante que es más fácil de

transportar. El rendimiento de la digestión anaerobia de la mezcla de heces animales y pasto de varilla fue evaluado bajo digestión seca del

15% ST y condiciones termofílicas (55°C). Las heces provinieron de la mezcla de tres diferentes tipos animales (cerdo, aves de corral, y

ganado) y el pasto de varilla fue digerido usando un reactor batch de 1 L. Las unidades de muestra de las heces de cerdo mostraron 52,9% de

extracción de sólidos volátiles (SV) durante la prueba de 62 días, mientras que las de ganado y aves de corral mostraron 9,3% y 20,2%,

respectivamente. Durante los 62 días de prueba, las heces de cerdo cargaron la cantidad más alta de metano 0,337 L CH₄/g SV, mientras que las

heces de ganado y aves de corral mostraron una carga pobre en metano 0,028 L CH₄/g SV y 0,002 L CH₄/g SV, respectivamente. Aunque el

estiércol de ganado y aves de corral haya mostrado un bajo rendimiento, aún pueden tener alto potencial como biomasa para la digestión

anaerobia seca si se desarrollan diseños apropiados para evitar la acumulación significativa de ácidos grasos volátiles (VFA) y la caída del pH

[17].

Gráfica 1. Estudios sólidos volátiles

Las pruebas continúan en el año 2011 con los desechos de la paja de trigo usada como lecho de establo que tiene un menor contenido de

celulosa y hemicelulosa, pero tiene más contenido de ácidos grasos volátiles que de paja de trigo cruda. La producción de biogás por digestión

anaerobia en estado sólido (DAES) por paja de trigo y paja de trigo cruda fue comparada en este estudio. Las pruebas de DAS fueron

conducidas al 22% de sólidos totales (ST) de contenido usando un inóculo de un sistema de digestión anaerobio líquido a tres niveles de

alimentación al inóculo (A/I) con razones de 2.0, 4.0 y 6.0. Los rendimientos diarios de metano de paja de trigo gastada alcanzaron un máximo

de 8 y 3 días antes de eso, los de paja de trigo cruda a razones (A/I) de 2.0 y 4.0, respectivamente. El rendimiento más alto de metano con 150

L/kg de sólidos volátiles (SV) fue obtenido de la paja de trigo gastada a una razón (A/I) de 4.0, la cual fue del 56,2% más alta que la de la paja

de trigo cruda. La correspondiente degradación de la celulosa y la hemicelulosa de la paja de trigo gastada fueron del 24,1% y 49,4% más alta

que las de la paja de trigo cruda, respectivamente [18].

Para el año 2012 se investiga el rol del contenido de los sólidos totales (ST) en la digestión anaerobia en reactores batch. Un rango de contenido

de ST del 10% al 35% fue evaluado, se realizaron cuatro repeticiones. La producción total de metano decreció ligeramente con concentraciones

de ST del 10% al 25%. Se observaron dos comportamientos al 30% de ST: dos repeticiones tuvieron rendimientos similares a las del 25% ST;

para las otras dos repeticiones, la producción de metano fue inhibida como se observó al 35% ST. Esta diferencia sugirió que al 30% de

contenido de ST se halla un límite de los contenidos sólidos, arriba del cual la metanogénesis fue inhibida fuertemente. El Modelo de Digestión

Anaerobia No. 1 (MDA 1) fue usado para describir los datos experimentales. Los efectos del paso de hidrólisis y la transferencia de masa

líquido/gas fueron investigadas particularmente. Las simulaciones mostraron que la limitación de transferencia de masa podría explicar la baja

producción de metano a altos contenidos de ST, y que las constantes de la razón de hidrólisis decrecieron ligeramente con el incremento en ST

[19].

En 2013 los desperdicios de comida y de jardín están disponibles a bajo costo y tienen el potencial de complementarse el uno con el otro para

Digestión Anaerobia en Estado Sólido (DAES) lo cual fue objetivo de estudio determinando la razón óptima de alimentación/efluente (A/E) y

la razón de las mezclas de desperdicios de comida/desperdicio de jardín para la producción óptima de biogás. La co-digestión de desperdicios

de jardín y comida se llevaron a cabo con A/E de razones de 1, 2 y 3. Para cada razón A/E, desperdicios de comida del 0%, 10% y 20%, basado

Cerdo

52,9%Ganado

20,2%

Aves

9,3%

Desechos

17,6%

Sólidos volátiles

Page 6: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

en sólidos volátiles secos, fueron evaluados. Los resultados mostraron incremento rendimiento de metano y productividades volumétricas

cuando el porcentaje de desperdicio de comida se incrementó al 10% y 20% del sustrato a razones de A/E de 2 y 1, respectivamente. Este

estudio mostró que la co-digestión de desperdicio de comida y de jardín a razones específicas puede mejorar las características operativas del

digestor y terminar un desempeño métrico sobre DAES solamente de desperdicios de jardín [20].

En año 2014 se realiza una investigación sobre digestión anaerobia seca la cual es un método atractivo para la estabilización de los desperdicios

sólidos orgánicos con alta concentración sólida (22-40%). Este artículo proporciona diferentes aspectos para la producción de bioenergía a

través de digestión anaerobia seca por diversos investigadores. Fundamentos básicos como las reacciones que ocurren en el proceso, las

especies de baterías envueltas en el proceso, efecto de la materia prima ingresada como alimento y parámetros operaciones tales como pH,

temperatura, razón de carbono/nitrógeno (C/N), concentración de ácidos grasos volátiles (AGV), etc. con tipos de reactores son resumidos. Un

número de escenarios y el efecto de cambiar parámetros individuales de los impactos ambientales del proceso de la digestión anaerobia seca

para la producción de biogás son considerados. La movilidad de los nutrientes de la masa y el flujo de energía son también parte de la revisión

de este artículo. Concluimos que la investigación y desarrollo a largo plazo de parámetros operacionales para el mejoramiento y la

optimización en la digestión anaerobia seca es necesaria [21].

La digestión anaerobia de la fracción orgánica separada con fuente de residuos sólidos municipales es una alternativa que se está valorizando

de manera creciente en vez de la incineración o vertidos de desperdicios biodegradables sin tratar. Sin embargo, una significativa porción de

residuos biodegradables que entran en la planta se pierde en pretratamientos y postratamientos en las instalaciones del proceso de digestión

anaerobia junto con otros materiales inapropiados tales como plásticos, papel, textiles y metales. Los materiales rechazados perdidos en estas

etapas tienen dos implicaciones principales: (i) entra menos material orgánico al digestor y, en consecuencia, hay pérdida de producción de

biogás y (ii) los materiales rechazados terminan en vertederos o incineradores contribuyendo a impactos ambientales como el calentamiento

global o eutrofización.

Los principales objetivos de este estudio realizado en el año 2015 fueron (i) estimar el potencial de pérdidas de biogás en los materiales sólidos

rechazados que se generan durante el pre y postratamientos de dos instalaciones de escala real de instalaciones de digestión anaerobia y (ii)

evaluar las cargas ambientales asociadas con la disposición final (vertedero o incineración) de estos materiales rechazados por cuestiones de

evaluación de ciclo de vida.

Este estudio muestra que hay un potencial perdido de producción de biogás, entre el 8% y el 15%, debido a la pérdida de materia orgánica

durante la etapa de pretratamiento en la instalación del digestor anaerobio. Desde el punto de vista de medio ambiente, la evaluación de ciclo de

vida muestra que el escenario de incineración es la alternativa más favorable por ocho de las nueve categorías comparado con el escenario del

vertedero. Las categorías de impacto estudiadas son cambio climático, agotamiento fósil, eutrofización de agua fresca, eutrofización marina,

reducción del ozono, formación de material particulado, formación de oxidantes fotoquímicos, acidificación terrestre y agotamiento de agua

[22].

Para el año 2016 se profundiza en los estudios para aislar metanótrofos (bacteria oxidante de metano) que pueden convertir directamente biogás

producido en una instalación de digestión anaerobia comercial a metanol. Se aisló una bacteria metanotrófica del digestato anaerobio en estado

sólido. El aislamiento tenía características comparables a los metanótrofos obligatorios del género Methylocaldum. Este recién aislado

metanótrofo creció en biogás o metano CH₄ purificado y exitosamente convirtió el biogás del digestor anaerobio en metanol. La producción de

metanol fue lograda usando muchos inhibidores metanol dihidrogenasa y formiatos como donadores de electrones. El aislado también produjo

metanol usando fosfato sin donador de electrones o usando formiatos sin inhibidor metanol dihidrogenasa. La concentración máxima de

metanol (0,43 gL¯¹) tardó 48 h en pasar de CH₄ a metanol (25,5±1,1%), estos valores fueron logrados utilizando biogás como sustrato y un

medio de crecimiento que contiene fosfato 50 mM y formiato 80 mM [23].

Un método termofílico, semicontinuo de digestión anaerobia seca fue utilizado en año 2016 para transformar eficientemente residuos de

madera en energía renovable. Tal estudio busca evaluar profundamente el rendimiento del sistema y modelo de simulación para predecir la

producción de biogás, productos intermedios y sus resultantes, potencial de recuperación de energía y balance de energía, mientras se opera con

razones de carga orgánica con rangos entre 2,3 a 9,21 ± 0,89 kg-ST/m³ día. Los resultados indican que tanto la reducción sólidos volátiles (SV)

como la producción de biogás mejoraron al incrementar la razón de carga orgánica, y el costo de la valorización de residuos de madera se

mantuvo bajo. La mayor reducción de SV alcanzada fue de 87,01%, asociado con 170 m³ de biogás por tonelada de lodo (69% metano) a una

razón de carga orgánica de 9,21± 0,89 kg-ST/m³ día (8,62±0,34 kg-SV/m³) aunque la cantidad de amoniaco (3700 mg/L), sulfuro de hidrógeno

(420 ppm), y ácidos grasos volátiles totales (7101 mg/L) durante la fermentación fueron relativamente altos. Además, El 75% del total de

energía requerida por el sistema pudo ser recuperada a través de la producción de biometano, lo cual resultó en una considerable reducción de

energía suministrada (kW h/ton de residuos de madera tratados). Los resultados sugieren que un modelo modificado de Gompertz es adecuado

para la estimación del potencial de producción de biogás y metano y la tasa de los mismos. Los resultados también revelan que el método de

digestión anaerobia seca semicontinuo de residuos de madera a 55°C es una opción confiable, estable y robusta tanto para la reducción de

sólidos como para la recuperación de energía vía generación de biogás [24]. En este mismo año, se realizó un estudio en el cual la base de la

biomasa no es solamente bacteriana, sino que también se hizo uso de microalgas para la producción de biogás, cabe aclarar que también se

tomaron cianobacterias en dicho proceso [58].

Page 7: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

La digestión anaerobia en estado sólido termofílico de biomasa proveniente de la industria de molino de palma de aceite también fue objeto de

estudio en lo transcurrido del año 2017, incluyendo racimos vacíos de frutas, hojas de palma de aceite y troncos de palma de aceite fueron

investigados bajo diferentes razones de alimento a inóculo (F/I), de carbono a nitrógeno (C/N) y de contenido de sólidos totales (ST). La

condición óptima para la producción de biogás fue alcanzado a una razón de 2:1 de F/I, razón de 40:1 de C/N y contenido de ST del 16%. El

rendimiento más alto de metano de racimos vacíos de frutas, hojas de palma de aceite y troncos de palma de aceite fueron 223, 207 y 161 m³

CH₄/ton SV, respectivamente. La estructura de la comunidad bacteriana en digestión anaerobia en estado sólido termofílico de la biomasa de

palma de aceite fue dominada por Thermoanaerobacterium sp. Y Clostridium sp. La estructura de la comunidad Archaea fue dominada por

Methanosaeta sp. Y Methanoculleus sp. La producción más alta de metano con 45 m³ CH₄/ ton de biomasa fresca fue alcanzada usando racimos

vacíos de fruta. Los residuos sólidos de la industria de molino de palma de aceite tienen gran potencial para la producción de metano a través

de digestión anaerobia en estado sólido termofílico [25].

Dado que la digestión anaerobia en estado sólido es una tecnología que permite el tratamiento de diferentes tipos de residuos, pero está

caracterizada por el fenómeno de la inhibición, resultando en una baja estabilidad operacional. Un aparato experimental, equipado con un

sistema de recirculación para la fracción líquida de digestato, fue usado para optimizar el sistema de digestión anaerobia en estado sólido.

Diferentes frecuencias de recirculación, uno, dos o cuatro al día, fueron llevadas a cabo para investigar cómo la recirculación puede afectar la

calidad de la fracción líquida, así como también los posibles efectos en la producción de biogás y en la calidad de los sólidos de digestato

obtenidos. La producción de biogás fue afectada positivamente por el recirculado esparcido, sobre todo cuando la recirculación se realizó 4

veces por día. Como fue mostrado en el análisis químico del recirculado, la recirculación evitó la acumulación de ácidos grasos volátiles en la

fracción líquida, resultando en una mejora en la estabilidad del proceso. Además, la recirculación indujo un gran consumo de compuestos

fácilmente disponibles en el recirculado, como se muestra por la reducción de C orgánico extraíble en agua y azúcares reductores totales. La

calidad de la fracción sólida del digestato también fue mejorada por el recirculado en términos de razón de C/N y parámetros de N orgánico.

Estos descubrimientos mostraron que la recirculación diaria repetida de fracción líquida es adecuada para evitar el fenómeno de inhibición

durante la digestión anaerobia en estado sólido y para mejorar la calidad de la fracción sólida de digestato [26].

Gráficas comparativas de publicaciones y patentes

A continuación, se presentan de manera gráfica el comportamiento de publicaciones y/o patentes en dos diferentes bases de datos:

Gráfica 2. Historial de publicaciones ScienceDirect 2009-2017.

En la gráfica 2 se observa la relación en las búsquedas realizadas en la base de datos digital ScienceDirect la cual ofrece información científica

y especializada con acceso a las revistas científicas Elsevier, con más de 12 millones de artículos en las áreas científica, tecnológica y médica,

representando aproximadamente 25% de la producción científica mundial [27].

La búsqueda está fundamentada en las publicaciones de artículos relacionadas con la digestión anaerobia seca durante un periodo de 9 años

empezando desde el año 2009 hasta lo que va transcurrido de 2017, para ser más eficiente la búsqueda se utilizaron dos frases específicas,

“Solid state anarobic digestion” y “Dry anaerobic digestion” identificadas con color azul y naranja respectivamente dentro de la gráfica.

La tendencia a subir cada año el número de publicaciones relacionadas con el tema de digestión anaerobia seca puede verse claramente,

también se puede observar que usando la frase “Solid state anarobic digestion” a partir del año 2013 se superan las mil publicaciones y donde el

porcentaje en el número de publicaciones desde el 2009 hasta 2017 creció en un 63 % aproximadamente. En la búsqueda “Dry anaerobic

digestion” las más de mil publicaciones se alcanzan a partir del año 2010 con 1196 artículos y el incremento es de 1292 comparando los años

2009 y 2017 lo que representa un 60% de crecimiento.

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Solid state anarobic digestion 531 621 751 754 1013 1109 1334 1503

Dry anaerobic digestion 868 910 1196 1236 1570 1783 2076 2323

0

500

1000

1500

2000

2500

me

ro d

e a

rtíc

ulo

s

Publicaciones ScienceDirect

Palabras de Búsqueda

Page 8: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

En las dos líneas de tendencia se ve que el punto más alto estuvo en el año de 2016 con 1503 para la frase de búsqueda “Solid state anarobic

digestion” y 2323 para “Dry anaerobic digestion”, pero en lo que ha transcurrido de 2017 ya casi se acerca a esas cantidades por lo que se

espera que al final de año las cifras sean superadas. A continuación, la gráfica que representa la búsqueda en Scopus:

Gráfica 3. Historial publicaciones Scopus 2009 – 2017.

En la gráfica 3 se observa la relación en las búsquedas realizadas en la base de datos digital Scopus la cual es una de las mayores bases de

resúmenes y citas en el mundo. Provee una vista general de la producción científica mundial, y tiene herramientas inteligentes para analizar y

visualizar la investigación. Scopus ofrece el panorama más amplio de la producción mundial de investigación en los campos de las ciencias

físicas, salud, sociales y ciencias de la vida [28].

La búsqueda está fundamentada en las publicaciones de artículos relacionadas con la digestión anaerobia seca durante un periodo de 9 años

empezando desde el año 2009 hasta lo que va transcurrido de 2017, para ser más eficiente la búsqueda se utilizaron dos frases específicas,

“Solid state anarobic digestion” y “Dry anaerobic digestion” identificadas con color azul y naranja respectivamente dentro de la gráfica.

La tendencia a incrementar cada año el número de publicaciones relacionadas con el tema de digestión anaerobia seca puede verse claramente

al usar la frase “Dry anaerobic digestion” hasta el año 2016, pero puede decirse que para el año 2017 se llegará a una cifra similar o superior

dado la corta diferencia en el número de publicaciones en lo transcurrido de este año. También se observa en la curva de la búsqueda “Solid

state anaerobic digestion” que en el año 2011 hay una variación en la tendencia de publicaciones, sin embargo, se mantiene un incremento

estable en los años posteriores.

IV. TECNOLOGÍAS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA SECA Y DIGESTIÓN ANAEROBIA HÚMEDA

Con el tiempo los sistemas de tratamiento de digestión anaerobia seca y húmeda han ido evolucionando hasta el día de hoy. Por vía húmeda

todos los sistemas comerciales responden al modelo de tanque agitado y su diferencia fundamental procede de la forma de agitar. El sistema

más utilizado es la agitación por recirculación de biogás, seguido de la agitación mecánica y de la recirculación de masa en digestión. El tiempo

de residencia estándar de los diferentes procesos comerciales es superior a 20 días. El material digerido se deshidrata por centrifugación o

tornillos compactadores produciéndose un notable caudal de agua. Una parte se devuelve al proceso y la otra se purga conduciéndola a

depuración para eliminar materia orgánica y nitrógeno. Otra alternativa es utilizarla como riego de los túneles de compostaje a los que

habitualmente se conduce la materia digerida [29].

Por vía seca la concentración de sólidos es del orden hasta del 40%, lo que modifica notablemente las características hidrodinámicas del

sistema. Se pasa de trabajar con masas fluidas de viscosidad próxima a la del agua a trabajar con auténticas “pastas”. Los modelos de flujo y la

forma de conseguir la mezcla difieren en las diferentes tecnologías comerciales. Los tiempos de residencia habituales son del orden de 10 días,

lo que obliga a inocular el reactor. Con el grado de humedad de operación no es necesario deshidratar y se obvia el tratamiento del agua

residual producida en la deshidratación de los sistemas de vía húmeda [29].

Las plantas de digestión húmeda han mejorado el balance de energía y el rendimiento económico en comparación con plantas de digestión

anaerobia seca. Sin embargo, las plantas de digestión anaerobia seca ofrecen varios beneficios, incluyendo gran flexibilidad en el tipo de

alimentación aceptada, tiempos de retención más cortos, uso reducido de agua y manejo más flexible del producto terminado, así como más

oportunidades de mercado [30]. Se han consolidado tecnologías como Linde, Dranco, Valorga [29], BioFerm [31], BDI [32] entre otras.

A continuación, se realiza un comparativo de las tecnologías presentadas en este tipo de procesos:

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Solid state anaerobic digestion 13 20 42 34 48 64 84 57

Dry anaerobic digestion 37 64 75 91 113 131 151 123

0

50

100

150

200

me

ro d

e a

rtíc

ulo

s

Publicaciones Scopus

Palabras de Búsqueda

Page 9: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

Figura 2. Comparativo Digestión Anaerobia Húmeda vs Seca [33], [34].

Gráficamente se muestra la tecnología por vía húmeda en un diagrama de procesos sencillo de la tecnología utilizada por Linde:

Vía Húmeda Vía Seca

• Facilita el manejo de

residuos urbanos que se

caracterizan por un

importante contenido de

contaminantes y humedad.

• Efectúa una enorme

remoción adicional de

contaminantes por el

pretratamiento en húmedo.

• Se apresuran los procesos de

transferencia de masa y

energía en un sistema líquido

con homogeneización

continua los cuales estimulan

un óptimo metabolismo

biológico.

• Facilita la liberación del

biogás porque las burbujas

formadas se separan de las

células bacterianas y de los

sólidos suspendidos sin

dificultades y con alta

eficiencia.

• Disminución de olores por

transformación inmediata de

los residuos a la fase liquida

y uso de contenedores

cerrados.

• Empleo de bombas estándar

y reactor con diseño simple.

Reactores CSTR. Alta

disponibilidad de la planta y

seguridad de operación.

• Tamponaje (búffer) y

estabilización del sistema por

la etapa de hidrólisis que

facilita una alimentación

semicontinua del reactor.

• Se pueden medir y regular

los parámetros del proceso

más fácilmente en esta fase.

• El flujo secuencial permite el

control del tiempo de

residencia de la masa y

asegura la higienización en el

proceso termófilo.

• El proceso es variable

referente a contenido de

sólidos totales (hasta 40%

ST) y se minimiza el agua

recirculada en la planta.

• Aparte del diseño, se puede

elegir el proceso termófilo o

mesófilo

• El digestor horizontal

maximiza la superficie de

salida de biogás.

• Se pueden variar la altura de

carga del digestor y el tiempo

de residencia para equilibrar

diferencias en la recepción de

residuos.

• La recirculación de fangos da

estabilización al proceso

biológico y la inoculación de

la materia fresca.

• El piso móvil de tecnologías

como Linde, transporta los

sedimentos en el digestor y

asegura que no se acumulan

los inertes en el digestor.

• Sistema modular permite

ampliaciones posteriores de

la planta.

• Pulmón y estabilización del

sistema por la etapa de

precompostaje que facilita la

alimentación semicontinua

del reactor.

Page 10: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

Figura 3. Tecnología Linde para la digestión anaerobia húmeda [33].

Igualmente, para la tecnología Linde, existe el proceso por vía seca, cuya configuración es visiblemente menos compleja que por vía húmeda:

Figura 4. Tecnología Linde para la digestión anaerobia seca [33].

Ahora bien, en cuanto al proceso de digestión anaerobia seca se encuentran ciertas técnicas que han permitido el mejoramiento del mismo,

entre las más destacadas se tienen la inoculación, la co-digestión y pretratamiento, percolación y aditivos [46].

La inoculación: la carga es inoculada usando digestato o lixiviado para acelerar la reacción del proceso. La digestión anaerobia de desperdicios

sólidos orgánicos requerirá la inoculación de los mismos para acelerar el proceso en vez de permitir que el proceso dependa de la

autogeneración y subsecuente regeneración. La inoculación también mejorará la eficiencia de la digestión en el reactor y disminuye el tiempo

de retención de sólidos [46].

La co-digestión: involucra mezclar diferentes tipos de materias primas en el alimento antes de la digestión para controlar la relación C/N. los

beneficios del proceso de co-digestión son el mejoramiento del balance de los nutrientes, disminución de los compuestos tóxicos en el proceso

u optimizar cualidades reológicas del sustrato [46]. Una planta de digestión anaerobia seca en Japón tiene como alimento una mezcla de basura,

desperdicios de comida de hotel, desperdicios de jardín y papel usado es un ejemplo de co-digestión [47].

El pretratamiento: uno de los objetivos principales de los métodos de pretratamiento es incrementar la solubilidad del sustrato y acelerar el

proceso de hidrólisis. El pretratamiento normalmente incluye 1. Separación física de la fracción orgánica de la inorgánica; 2. Reducción del

tamaño de la partícula; 3. La adicción de inoculantes, lixiviados o aditivos en la carga; 4. Tratamiento con ácidos, alcalinos, energía ultrasónica

o térmica o su combinación antes de la digestión [48].

Aunque estas técnicas suponen una gran ayuda y mejora del proceso, cabe recalcar que el proceso posee ciertas limitaciones como lo son: 1.

Arranque de reactores anaerobios: una característica particular de los microbios anaerobios es su baja razón de crecimiento de modo que, al

iniciar el proceso de arranque del reactor se necesita de un periodo de tiempo que dependerá de la calidad y cantidad de inóculo utilizado. No

obstante, en los casos en que no se cuenta con inóculos adecuados, esta etapa se puede hacer más larga, incluso llegando a condiciones críticas

en las que nunca se alcanza la estabilidad. Por ello, el arranque de reactores anaerobios debe contar con herramientas apropiadas para la

obtención y evaluación de los inóculos más eficientes [49]. 2. Postratamientos: a pesar que la digestión anaerobia es un proceso eficiente para

Page 11: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

la remoción de materia orgánica, tiene poco efecto sobre la concentración de nutrientes (nitrógeno y fósforo), y sobre la remoción de patógenos

es apenas parcial. Dependiendo de la disposición final del efluente y de la legislación local sobre la calidad mínima de vertimientos, puede

existir la necesidad de postratamientos para remover la concentración excedente del material orgánico y de sólidos suspendidos, y para reducir

la concentración de nutrientes y patógenos. Los recursos de tecnología más utilizados incluyen procesos como lodos activados, filtros

percoladores, lagunas de oxidación, humedales y plantas acuáticas; así mismo, pueden ser utilizados otros procesos como filtración en arena,

desinfección y floculación-coagulación [50]. 3. Producción de Olores: una de las características más relevante relacionada con la tecnología

anaerobia es la producción de olores desagradables, atribuida a la generación de compuestos azufrados como el H₂S en el biogás. Estos

compuestos tienen un olor muy fuerte que se ha convertido en la principal causa para que se exija el cubrimiento total del sistema de

tratamiento y un adecuado y efectivo sistema de recolección, tratamiento y disposición del biogás y de los gases generados [50].

V. MICROORGANISMOS INVOLUCRADOS EN LA DIGESTIÓN ANAEROBIA SECA Y DIGESTIÓN

ANAEROBIA HÚMEDA

La obtención del biogás, el cual es el producto más importante al final de la digestión anaerobia, conlleva un proceso bioquímico complejo en

el que diferentes especies y géneros de bacterias se ven comprometidos [35]. Durante el proceso se pueden encontrar bacterias involucradas en

más de una e inclusive en todas las etapas [14] como se aprecia en la siguiente tabla

Taxonomía Especies Descripción Metabolismo

Género:

Acetobakterium

A. woodii

A. paludosum

El género Acetobacter

comprenden

un grupo de bacilos Gram negativos, móviles que

realizan una oxidación

incompleta de alcoholes, produciendo una acumulación

de ácidos orgánicos como

productos finales.

Reducen autotróficamente

compuestos poliméricos,

oligómeros, monómeros y CO₂, utilizando el hidrógeno como

fuente de electrones. Estos

microorganismos hacen posible la descomposición de los

ácidos grasos y compuestos

aromáticos.

Género:

Eubacterium

E. rectale

E. siraeum

E. plautii E. cylindroides

E. brachy

E. desmolans E. callandrei

E. limosum

El género Eubacterium

consiste

en un grupo de bacterias anaeróbicas obligadas

Gram positivas.

La mayoría de las Eubakteria

sacarolíticas producen butirato

como el principal producto de su metabolismo. Varias

especies son capaces de

descomponer sustratos complejos a través de

mecanismos especiales.

Algunas especies se desarrollan autotróficamente,

de manera que son capaces de

cumplir funciones específicas en la descomposición

anaeróbica.

Tabla 3. Bacterias que participan en el proceso de fermentación en las cuatro etapas [14], [36].

Aun así, se pueden destacar otros microorganismos. En la etapa de hidrólisis están: Bacteroides, Lactobacillus, Propioni-bacterium,

Sphingomonas, Sporobacterium, Megasphaera, Bifidobacterium, Micrococcus, Bacillus, entre otros [37].

En la etapa de acidogénesis los géneros dominantes son Clostridium, Paenibacillus y Ruminococcus [38].

En la acetogénesis sobresalen las bacterias homoacetógenas (BHA), las cuales generan principalmente acetato. Al grupo de las BHA

pertenecen varios géneros de Acetobacterias y Clostridios [39] como lo son géneros Acetoanaerobium, Acetogenium, Eubacterium Clostridium

aceticum, Clostridium formicoaceticum y Acetobacterium wooddi [40] [41] [42].

También se identifican Syntrophobacterwolinii, que descompone el ácido propiónico, o Syntrophomonas wolfei, que descompone el ácido

butírico [43]. La Smithella sp es también responsable del metabolismo sintrófico de alcoholes, ácidos grasos de cadena corta (C₃-C₆), algunos

aminoácidos y compuestos aromáticos para producir sustratos de metanogénesis [51].

Y finalmente, para la metanogénesis se produce el metano por acción de las arqueas metanogénicas [44] las principales especies están

representadas por Methanobacterium, Methanospirillum hungatii, y Methanosarcina [14]. Otra especie que se presenta y que tiene la

característica de ser termófila es la Methanothermus fervidus [45].

Page 12: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

Independientemente del tipo de proceso (vía húmeda o vía seca), los microorganismos que llevan a cabo la digestión anaerobia no difieren en

gran medida. Las variables que pueden afectar la supervivencia e incluso la eficiencia de las bacterias en la producción del biogás son

principalmente las condiciones de temperatura, mesofílicas (30-40°C) o termofílicas (50-60°C), el pH con valores alrededor del neutro (7) y los

nutrientes suministrados, especialmente carbono y nitrógeno [21].

VI. RESULTADOS

En el análisis realizado a los datos obtenidos de las diferentes fuentes bibliográficas consultadas por medio de metabuscadores y bases de datos

usando las palabras “Solid state anarobic digestion” y “Dry anaerobic digestion”, en la base de datos “ScienceDirect” en los años 2009 a 2017

se halló para los mencionados términos de búsqueda que la tendencia a subir anualmente en el número de publicaciones relacionadas con el

tema de digestión anaerobia seca puede observarse claramente, también se puede ver que usando la frase “Solid state anarobic digestion” a

partir del año 2013 se sobrepasan las mil publicaciones y donde el porcentaje en el número de publicaciones desde el 2009 hasta junio de 2017

creció en un 63 % aproximadamente. En la búsqueda “Dry anaerobic digestion” las más de mil publicaciones se alcanzan a partir del año 2010

con 1196 artículos y el incremento es de 1292 comparando los años 2009 y hasta junio de 2017 lo que representa un 60% de crecimiento. En la

base de datos “Scopus” para los mismos términos de búsqueda y el mismo periodo (2009 hasta junio de 2017) la tendencia a subir cada año en

el número de publicaciones relacionadas con el tema de digestión anaerobia seca se puede evidenciar que al usar la frase “Dry anaerobic

digestion” hasta el año 2016.

VII. DISCUSIÓN

En el análisis de la proyección sobre publicaciones de trabajos en ambas tecnologías usadas para la producción de biogás a partir de biomasa,

digestión anaerobia húmeda y seca, se puede observar en la gráfica 2 el comportamiento ascendente en el número de artículos y trabajos

publicados en las base de datos digitales ScienceDirect, lo cual muestra una tendencia alentadora para la implementación futura de estas

tecnologías a nivel mundial, también se observa en la búsqueda “Dry anaerobic digestion” que en el año 2010 se superan las 1196

publicaciones y comparando los años desde 2009 hasta 2017 el incremento de publicaciones representa un 60 % de crecimiento. En las dos

líneas de tendencia se ve que el punto más alto estuvo en el año de 2016 con 1503 para la frase de búsqueda “Solid state anarobic digestion” y

2323 para “Dry anaerobic digestion”, sin embargo, en lo que ha transcurrido de 2017 se acerca a esas cantidades por lo que se espera que al

final de año las cifras sean superadas. Resultados similares se obtuvieron en la gráfica 3 usando la base de datos Scopus para el mismo periodo

de años 2009 – junio de 2017 manteniendo de manera general un incremento de publicaciones en los años posteriores. La selección de las

tecnologías para obtención de biogás usando material orgánico es dividida en las dos antes mencionadas, digestión anaerobia seca y húmeda, de

las cuales este artículo resalta la importancia que tiene la vía seca, teniendo en cuenta los gastos económicos de su implementación, debido a

que esta usa menos cantidad de agua, lo cual representa una afectación ambiental y económica mucho menor que la ocasionada por la

tecnología anaerobia húmeda, también cabe resaltar que el incremento en los gastos de equipos usados por la tecnología húmeda son más altos,

caso especial del biorreactor usado en la tecnología húmeda, en el cual su volumen debe ser mucho mayor a un biorreactor de un proceso de

digestión anaerobia seca, además las plantas de digestión anaerobia seca ofrecen varios beneficios, incluyendo gran flexibilidad en el tipo de

alimentación aceptada, tiempos de retención más cortos, manejo más flexible del producto terminado, así como más oportunidades de

mercado.

En las investigaciones realizadas en este artículo no se logra identificar de manera significativa diferencias en la aplicación del tipo de

microorganismos para las dos tecnologías, debido a que las características como pH y temperatura usadas para la reproducción de cada uno son

muy similares.

Por otro lado, se evidencia que tanto la digestión anaerobia húmeda como seca contribuyen a la disminución del problema de emisiones de

gases de efecto invernadero, debido a que la producción de biogás ayuda usar el metano proveniente de los desechos industriales, urbanos y

domésticos como fuente de energía en vez de liberarse a la atmósfera.

Page 13: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

VIII. CONCLUSIÓN

Después de realizar el anterior artículo podemos decir, de manera concluyente, que dentro de los procesos de producción de biogás existen

tecnologías avanzadas tales como: la digestión anaerobia húmeda y seca. El objetivo analizar las tecnologías de digestión anaerobia húmeda y

seca se cumplió totalmente, mediante gráficas se evaluó el comportamiento de publicaciones y/o patentes en dos bases de datos reconocidas

(ScienceDirect y Scopus) y se pudo observar de manera significativa el crecimiento año a año, mostrando siempre una tendencia a mayor

inversión de tiempo en la investigación de este campo, lo cual es un hecho bastante alentador en el desarrollo de nuevos procesos que

contribuyan a la producción de biogás.

Se ha resaltado las ventajas que tiene la implementación de la tecnología por digestión anaerobia seca sobre la húmeda, las figuras 3 y 4

muestran el proceso de digestión húmeda y seca, respectivamente, representan la tecnología que la compañía Linde ofrece para ambas, siendo

la de vía seca un proceso más sencillo, con menos equipos lo que se traduce en menores costos y mayor contribución a minimizar el uso de

agua. Adicionalmente, otros aspectos determinados fueron las limitaciones en los arranques de los reactores, los cuales requieren de un

adecuado inóculo que le permite evitar problemas que pueden generar inestabilidad en el proceso, por ende, se recomienda que se tenga

especial cuidado al momento de elegir dicho inóculo; y la fase de postratamientos que busca remover la concentración excedente del material

orgánico y de sólidos suspendidos, y reducir la concentración de nutrientes y patógenos que se asocian al proceso de digestión anaerobia

húmeda y seca.

También se mencionó la descripción de las diferentes etapas del proceso, sus ventajas, microorganismos implicados en cada etapa de la

digestión (hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis, metanogénesis), de los cuales se puede decir que no se encontraron diferencias significativas

en su uso tanto en la vía húmeda como en la seca.

Para cerrar, en Colombia se están dando los primeros pasos y empresas como Energreencol S.A.S. [60] ubicada en la ciudad de Cartagena en

asociación con la multinacional española AGAIA y Biogás doña Juana con sede en la ciudad de Bogotá han decidido apostar por el

aprovechamiento de los residuos ganaderos, industriales y de la comunidad para la generación de energía renovables y así contribuir a la

conservación del medio ambiente, dato que indica que finalmente ha llegado al país la tecnología de producción de energía alternativa, que a

pesar de que apenas está comenzando, es la que mejor impacto está generando tanto en términos ambientales como económicos.

Page 14: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

REFERENCIAS

[1] Lorenzo Acosta, Y., & Obaya, M. C. (2005). La digestión Anaerobia aspectos teóricos. Parte I. ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña

de, 35-48.

[2] Escalera, M., Padilla, L., & García, A. (2010). Un estudio empírico sobre los proyectos MDL en granjas porcícolas. Retrieved Marzo 03,

2017, from

http://www2.congreso.gob.pe/sicr/cendocbib/con4_uibd.nsf/451E9E3BFE64C79105257C320057F551/$FILE/Proyecto_MDL_Granjas_Porc%

C3%ADcolas.pdf

[3] Lorenzo, Y., Valdés, A., Domenech, F., & Rojas, L. (2014). Cálculos técnicos en el diseño de una planta de biogás. Caso de estudio

"Tratamiento de vinazas de destilerías en reactores UASB". ICIDCA. Sobre los derivados de la caña de azúcar, 29-34.

[4] L.C. Martins das Neves, A. Concert, T.C. Vessoni Penna Biogas production: new trends for alternative energy sources in rural and urban

zones. Chem. Eng. Technol., 32 (2009), pp. 1147-1153

[5] Schievano, A., D’Imporzano, G., Malagutti, L., & Fragali, E. (2010). Evaluating inhibition conditions in high-solids anaerobic digestion of

organic fraction of municipal solid waste. Bioresource Tecnology, 5728–5732.

[6] Di Maria, F., Segoloni, E., & Pezzolla, D. (2016). Solid anaerobic digestion batch of bio-waste as pre-treatment for improving amendment

quality: The effect of inoculum recirculation. Waste Managemente, 106–112.

[7] Di Maria, F., Sordi, A., & Micale, C. (2012). Optimization of Solid State Anaerobic Digestion by inoculum recirculation: The case of an

existing Mechanical Biological Treatment plant. Applied Energy, 462–469.

[8] Hilbert, J.A. (2003). Manual para la producción de biogás, Buenos Aires, Argentina, Instituto de Ingeniería Rural, I.N.T.A, Castelar.

[9] Carrillo, L. (2003). Microbiología Agrícola. Salta: Universidad Nacional de Salta.

[10] Smil, V. (1997). Abonos Nitrogenados: Abuso de una Cosa Buena. Investigación y Ciencia, Barcelona, Prensa Científico.

[11] Fernández Santana, E., & Montalvo Martínez, S.J. (1998). Métodos económicos y ecológicamente viables para purificar gases

contaminantes. Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Lima, Perú.

[12] Díaz Valencia, A.B., Toledo Méndez, C., & Magaña Villegas, E. (2009), Propuesta de un sistema digestor anaerobio y generación

eléctrica para abastecer el Herbario de la DacBiol. Revista Kuxulkab, 11-18.

[13] Ortega, N. (2006), Phosporus Precipitation in Anaerobic Digestion Process, Boca Ratón, Florida. Consultado Junio 05, 2017, de

http://www.bookpump.com/dps/pdf-b/1123329b.pdf

[14] Varnero Moreno, M. T. (2011). Manual del Biogás. Santiago de Chile: MINENERGIA / PNUD / FAO / GEF.

[15] Schlegel, H.G., & Zaborosch, C., (1993), General Microbiology, 2° edición. UK, Cambridge University Press.

[16] Fernández Rodríguez, J. (2010). Optimización de la digestión anaerobia seca de la Fracción Orgánica de los Residuos Sólidos Urbanos

(FORSU) en reactores en fases de temperatura. Cádiz: Univerisdad de Cádiz.

[17] Ahn, H. K., Smith, M. C., Kondrad, S. L., & White, J. W. (2009). Evaluation of Biogas Production Potential by Dry Anaerobic Digestion

of Switchgrass-Animal Manure Mixtures. Humana Press, 965-975.

[18] Cui, Z., Shi, J., & Li, Y. (2011). Solid-state anaerobic digestion of spent wheat straw from horse stall. Biosource Technology, 9432–9437.

[19] Abbassi-Guendouz, A., Brockmann, D., Trably, E., Dumas, C., & Delgenès, J.-P. (2012). Total solids content drives high solid anaerobic

digestion via mass transfer limitation. Bioresource Technology, 55–61.

[20] Brown, D., & Li, Y. (2013). Solid state anaerobic co-digestion of yard waste and food waste for biogas production. Biosource Tecnology,

275–280.

Page 15: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

[21] Kothari, R., Pandey, A., Kumar, S., Tyagi, V., & Tyagi, S. (2014). Different aspects of dry anaerobic digestion for bio-energy: An

overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 174–195.

[22] Colazo, A. B., Sánchez, A., Font, X., & Colón, J. (2015). Enviromental impact of rejected materials generated in organic fraction of

municipal solid waste anaerobic digestion plants: Comparison of wet and dry process layout. Waste Management, 84-97.

[23] Sheets, J., Ge, X., Li, Y.-F., Yu, Z., & Li, Y. (2016). Biological conversion of biogas to methanol using methanotrophs isolated from

solid-state anaerobic digestate. Biosource Management, 50-57.

[24] Nguyen, D., Chang, S., Jeong, S., Jeung, J., Guo, W., & Ngo, H. (2016). Dry thermophilic semi-continuous anaerobic digestion of food

waste: Performance evaluation, modified Gompertz model analysis, and energy balance. Energy Conversion and Management, 203-210.

[25] Suksong, W., Jehlee, A., Singkhala, A., Kongjan, P., Prasertsan, P., Tsuyoshi, I., et al. (2017). Thermophilic solid-state anaerobic

digestion of solid waste residuesfrom palm oil mill industry for biogas production. Industrial Crops and Productos, 502-511.

[26] Pezzolla, D., Di Maria, F., Zadra, C., Massaccesi, L., Sordi, A., & Gigliotti, G. (2017). Optimization of solid-state anaerobic digestion

through the percolate recirculation. Biomass and Bioenergy, 112-118.

[27] Litoral, E. S. (n.d.). Centro de Información Bibliotecario. Retrieved Junio 27, 2017, from

http://www.cib.espol.edu.ec/base_datos_sciencedirect

[28] Litoral, E. S. (n.d.). Centro de Información Bibliotecario. Retrieved junio 27, 2017, from http://www.cib.espol.edu.ec/base_datos_scopus

[29] Fernández-Polanco, F., Fernández-Polanco, M., & García Encina, P. (n.d.). CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE TECNOLOGIA DE

RESIDUOS SÓLIDOS. Retrieved Julio 20, 2017, from http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/unam7/criterios.pdf

[30] Angelonidi, Eleni & R. Smith, Stephen. (2015). A comparison of wet and dry anaerobic digestion processes for the treatment of municipal

solid waste and food waste. Water and Environment Journal. 29. 549-557

[31] Systems, B. E. (2007). BioFerm Energy Systems. Retrieved Julio 22, 2017, from BioFerm Energy Systems:

http://www.biofermenergy.com/

[32] Waltenberger, R., & Kirchmayr, R. (2013, Agosto 14). Wet and Dry Anaerobic Digestion Processes. Styria, Austria.

[33] Hagenmeyer, M. (2003). Rembio. Retrieved Febrero 28, 2017, from http://rembio.org.mx: http://rembio.org.mx/wp-

content/uploads/2015/01/Hagenmeyer2003_DigestionAnaerobiaSecaYHumeda.pdf

[34] Milosevic, H. (2015, Julio 2-4). BDI BioGas. 3rd International Conference on Sustainable Solid Waste Management. Tinos, Grecia.

[35] Wilkie, A. C. (2005). Anaerobic Digestion: Biology and Benefits. NRAES, 63-72.

[36] Insam H., Franke-Wittle I. y Goberna M. 2009. Microbes in aerobic and anaerobic waste treatment. En: Microbes at work. From wastes to

resources. Insam H., Franke-Wittle I. y Goberna M. (Eds). Pp. 1-34. Springer. Heidelberg, Dordrecht, London, New York.

[37] SEDAPARS, S. (2006, Diciembre 05). Ampliación de la planta de tratamiento de aguas residuales urbanas de El pedregal. Retrieved Julio

24, 2017, from https://es.scribd.com/doc/16567083/Microorganismos-Del-Proceso.

[38] Corrales, L. C., Antolinez Romero, D. M., Bohórquez Macías, J. A., & Corredor Vargas, A. M. (2015). Bacterias anaerobias: procesos que

realizan y contribuyen a la sostenibilidad de la vida en el planeta. NOVA, 55-81.

[39] Ferrer, Y., & Pérez, H. (2010). Los microorganismos en la digestión anaerobia y la producción de biogás. Consideraciones en la elección

del inóculo para el mejoramiento de la calidad y el rendimiento. ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar, 9-20.

[40] Diaz MC, Espitia SE, Molina F. Microbiología de la digestión anaerobia. En: Colciencias. Digestion anaerobia: una aproximación a la

tecnología. 1ª ed. Colombia: Uneditorial – Instituto de biotecnología; 2002. p. 45-71.

[41] Drake HL. Acetogenesis. New York: Springer Science & Business Media; 2012.

[42] Madigan MT, Martinko JM, Parker J. Brock biology of Microorganisms. 14va ed. New Jersey: Hardcover; 1998.

Page 16: Análisis comparativo sobre las tecnologías de la digestión

[43] González Cabrera, A. M. (2014). Estudio técnico-económico para la producción de biogás a partir de residuos agrícolas mediante

digestión anaerobia. Sevilla, España: Universidad de Sevilla.

[44] Parra Orobio, B. (2014). Producción de metano a partir de biorresiduos de origen municipal. Cali: Universidad del Valle. Escuela de

Ingeniería de Recursos Naturales y de Ambiente.

[45] Mandajuano Sánchez, P. (2001). Digestión anaerobia de sólidos en alta concentración. Madrid: Universidad Politécnica de Madrid.

[46] Kumar Jha, A., Li, J., Nies, L., & Zhang, L. (2011). Research advances in dry anaerobic digestion process of solid organic wastes. African

Journal of Biotechnology, 14242-14253.

[47] Naomichi N, Yutaka N (2007). Recent development of anaerobic digestion processes for energy recovery from wastes. J. Biosci. Bioeng.,

103(2): 105–112.

[48] Capela IF, Azeiteiro C, Arroja L, Duarte AC (1999). Effects of pretreatment (composting) on the anaerobic digestion of primary sludges

from a bleached kraft pulp mill. In: Mata-Alvarez J, Tilche A, Cecchi F (Eds.), Proceedings of the Second International Symposium on

Anaerobic Digestion of Solid Wastes, Barcelona, vol. 1. Grafiques 92, 15-18 June, pp. 113-120.

[49] Rodríguez, J. (2009). TRATAMIENTO ANAEROBIO DE AGUAS RESIDUALES. Retrieved Julio 31, 2017, from

http://www.ingenieroambiental.com: http://www.ingenieroambiental.com/4014/tratamiento545.pdf

[50] van HAANDEL, A. y Lettinga G. (1994) Tratamento Anaeróbio de Esgotos. Editora EPGRAF. Campina Grande, Brasil

[51] Manyi-Loh, C. E., Mamphwel, S. N., Meyer, E. L., Okoh, A. I., Makaka, G., & Simon, M. (2013). Microbial Anaerobic Digestion (Bio-

Digesters) as an Approach to the Decontamination of Animal Wastes in Pollution Control and the Generation of Renewable Energy. Int J

Environ Res Public Health, 10(9): 4390–4417.

[52] CNE, Comisión Nacional de Energía. 2006. Guía del Mecanismo de Desarrollo Limpio para Proyectos del Sector Energía en Chile.

Agencia Alemana de Cooperación Técnica (GTZ), Cooperación Intergubernamental Chile-Alemania (Eds). 69 p, Santiago.

[53] De Baere L (2000). Anaerobic digestion of solid waste: state-of-the-art. Water Sci. Technol., 41 (3): 283–290.

[54] Kuroshima M, Misaki T, Ishibashi T (2001). Dry anaerobic treatment of livestock waste together with municipal solid waste. In:

Proceedings of 9th World Congress, Antwerpen, Belgium (Velse AFM, Verstratete WH ed.). Part 1: 375–380.

[55] Pavan P, Battistoni P, Mata-Alvarez J, Cecchi F (2000). Performance of thermophilic semi-dry anaerobic digestion process changing the

feed biodegradability. Water Sci. Technol., 41(3): 75–81.

[56] Technored. (2017). Tecnored Consultores. Recuperado el 28 de febrero de 2017, de

http://www.tecnoredconsultores.com.ar/esp/bioenergia.html

[57] Coombs, J. (1990). The present and future of anaerobic digestion. En Wheatley, A., Ed. Anaerobic Digestion: a Waste Treatment

Technology. Critical Reports in Applied Chemistry, Volume 31. Elsevier Applied Science: 1-42.

[58] González Calzada, A. (2016). Producción de biogás a partir de Microalgas y Cianobacterias: Efecto de los pretratamientos térmico y

alcalino. Barcelona: Universitat Politècnica de Catalunya.

[59] Doña Juana, B. (n.d.). Biogás Doña Juana. Retrieved septiembre 8, 2017, from http://www.biogas.com.co

[60] Energreencol, & S.A.S. (n.d.). http://www.energreencol.com. Retrieved Septiembre 09, 2017, from

http://www.energreencol.com/biomasa/biogas/index.htm