“Colegio Suizo Jaques-Dalcroze”

Trabajo de Biología

Obtención de Energía a partir de materia orgánica:

el Biogas en el proceso de fermentación metánica

Profesora:

Alumno:

3º año secundaria

1998

Objetivo:

Obtención de biogas a partir de materia orgánica

Introducción:

La biomasa de la tierra posee una considerable energía potencial que se caracteriza por utilizar recursos renovables lo que no generaría una destrucción ambiental tan grande como lo ha sido la producción de petróleo. Básicamente, se puede obtener a partir de la combustión de materia seca, como por ejemplo la leña, el carbón de leña, y bosta seca de vaca (los cuales son de importante consumo rural); o a partir de la fermentación metánica o biometanogénesis.

Este es el método más antiguo para la producción de energía con materia orgánica, y fue descubierto por Volta en 1776, quien halló grandes cantidades de metano en los pantanos. el resultado que se obtiene a través de este proceso se llama biogas, cuya composición es de 65% de metano, 30% de bióxido de carbono, 1% de ácido sulfúrico (H S), y pequeñas cantidades de nitrógeno, oxígeno, hidrógeno y monóxido de carbono.

Este proceso cuenta con 3 partes: la solubilización e hidrólisis de los componentes orgánicos, durante la primer fase no llega a producirse por completo la metanización de los desechos, pues requeriría de demasiado tiempo, por lo que sólo la mitad de la materia se ve afectada por la transformación energética. Son 3 las bacterias que intervienen en la transformación: las primeras convierten a los sustratos orgánicos complejos en ácido butrírico, ácido propiónico y ácido láctico; las segundas transforman a estos ácidos orgánicos en ácido acético, hidrógeno y bióxido de carbono; las terceras son las que se encargan de reducir el bióxido de carbono a metano, consumen el hidrógeno que de otro modo inhibiría a las primeras bacterias. Sin duda esta es una importante adaptación, ya que las metanobacterias al encontrarse estrechamente unidas a las bacterias productoras de hidrógeno, lo utilizan impidiendo que éste alcance concentraciones tóxicas para las mismas bacterias productoras. Es una relación de beneficio mutuo.

De esta manera se deduce que la fermentación metánica es un tipo de respiración anaeróbica, dado que parte de la materia se ve liberada como bióxido de carbono que al ser reducido a metano da las características de una fermentación. Además, allí el hidrógeno también juega un papel de donador de electrones para la formación de las metanobacterias. En general, estas tienen la propiedad de proliferar en presencia de hidrógeno y bióxido de carbono, poseen una enorme sensibilidad al oxígeno y a los inhibidores del metano.

La manera idónea para producir el biogas es utilizando un espacio cerrado herméticamente cerrado -digestor- que posea una abertura lateral por donde se introduzca la materia a fermentar. Encima de este digestor debe haber un recipiente cilíndrico que recoja el gas producto de este proceso sino que penetre toda entrada de aire.

Un ph bajo inhibe la proliferacón de las bacterias metanógenas y retrasa la producción de biogas, lo mismo que si se sobrecargase el digestor, por lo que se recomienda que el ph sea neutro. la temperatura óptima de este proceso depende de las propiedades mesófilas o termófilas de los microorganismos, pero oscila entre los 30º C ya que un clima cálido propicia un mayor crecimiento y desarrollo de las bacterias. Una variación muy brusca de temperaturas causaría resultados muy desfavorables.

Hipótesis:

La materia orgánica al descomponerse (bajo determinadas condiciones) libera energía en forma de biogas el cual posee mayores ventajas. Este biogas será demostrado a partir de la combustibilidad del metano.

Materiales:

Hojas verdes y hojas secas, tierra, papel celofán azul, cinta adhesiva, pecera de vidrio, agua, una lamparita, una jeringa de 60 cm , un encendedor.

Procedimiento:

En una pecera de vidrio se introdujeron las hojas y ramas junto con la tierra. Se le agregó bastante agua para que el medio fuera lo necesariamente húmedo. Se las tapó con papel celofán, intentando que quede lo más herméticamente cerrado, se la dejó en un espacio obscuro. 5 días más tarde se los puso bajo una lamparita de luz para aumentar el calor, que beneficia las condiciones bajo las cuales las bacterias adquieren una más rápida reproducción. Además, se logró sellarla de mejor manera, más térmicamente al agregarle más cinta adhesiva en donde lo requería.

Se observó su desarrollo durante el tiempo que duró la experimentación.

A los 13 días, se injertó una jeringa a través del papel celofán que funcionaba como tapa, intentando recoger una muestra de aire sin que el resto se escape (se selló la pequeña abertura con cinta adhesiva). Se soltó el contenido que poseía la jeringa bajo la exposición de una flama, para comprobar la presencia del metano, predominante en el biogas.

Luego se realizó la misma experiencia con un testigo, es decir se sometió a fuego al contenido de la jeringa tomado del medio ambiente natural (aire).

Resultados:

A los 5 días se observaba la presencia de burbujas dentro del agua, la que estaba en estado turbio. La mayor parte de las burbujas se encuentra en el fondo, son muy pequeñas agrupadas en conjuntos grandes. A medida que se acercan a la superficie del agua, su tamaño crece y su número disminuye, ya que al intentar subir se ven obstaculizadas entre las hojas y el vidrio, y se van sumando unas a otras.

A los 7 días, se mantenían las burbujas en el agua, la que seguía turbia; pero además los vidrios de la pecera estaban empañados dado que la fermentación ha producido calor que, sumado a la mayor hermeticidad del espacio, produjo sudor. Otro dato importante es que sobre ciertos sectores de la superficie del agua se observa una capa blancuzca, que está conformada por materia en descomposición.

A los 13 días, la experiencia no dio los resultados esperados. Cuando se sacó el biogas de la pecera y se lo puso sobre fuego para ver su combustibilidad, este no mostró un crecimiento en la flama del fuego, así como tampoco se sintió un fuerte olor característico de los pantanos y lo fermentado. Los efectos con el fuego fueron los mismos que los que se obtuvieron en el testigo.

Conclusiones:

Que este trabajo no haya dado los resultados esperados se debe a distintas posibles razones: a) no estaba herméticamente bien cerrado y todo el producto gaseoso de la fermentación se perdió en el medio ambiente; b) no recibió suficiente temperatura (la lamparita que le proporcionaba calor y luz no estaba las 24 hs prendida) y por lo tanto las bacterias no se desarrollaron lo suficiente; c) las cantidades de agua con respecto a materia no fueron proporcionales y esto inhibió a las bacterias; d) la fermentación se estaba produciendo, mas el tiempo no fue suficiente. Según esta última teoría, el experimento se hallaría en la segunda fase (ya que si se advierte el hidrógeno sobre el vidrio y la materia empieza a descomponerse).

La mayor probabilidad lleva a pensar que el tiempo no fue suficiente: ya que gracias a la observación se deduce que dentro de la pecera han comenzado procesos químicos y biológicos que coinciden con la fermentación. Es indudable que allí las plantas y la tierra están siendo fermentadas, pero por qué no ha dado los resultados esperados. Quizás la insuficiencia del tiempo se deba agarvada por la falta de estímulos como las altas temperaturas.

Con este trabajo se intentó demostrar las ventajas y beneficio del biogas frente a las problemáticas actuales de los combustibles (la posible extinción del petróleo, la incomodidad de la energía solar, los precios de generar energías eólicas, hidrólicas; la muerte práctica del carbón, etc...). es un recurso barato ya que permite a la población rural abastecerse de energía con tan olo proveerlos de un digestor y la vez reutiliza los desechos. También se puede usar en ambientes urbanos, sirviendo como gran reciclador de materia. Otra de las grandes ventajas de este método es que los residuos materiales que quedan de la fermenatción son absolutamente útiles ya que funcionan como abono.

No es ecológicamente nocivo y es absolutamente renovable, es un gran potencial para aquellos países subdesarrollados que requieren comprar energía y que carecen de basureros para los desechos -característicamente orgánicos- que generan.Por todo esto, la aplicación del biogas sería de grandes ventajas para la Argentina.

Bibliografía:

• Sasson, Albert; Las biotecnologías: desafíos y promesas; de: UNESCO, Col: Sextante 2; 1984; París; Cap. “Producción de energía por los microorganismos a partir de la biomasa, bioenergía”