Cómo funciona esta calculadora de biogás
La digestión anaerobia transforma la materia orgánica en una mezcla de metano y dióxido de carbono dentro de un tanque cerrado y calefactado. La cantidad de gas depende casi por completo de lo que le eches: el purín, muy aguado, tiene poca materia orgánica por tonelada, mientras que los ensilados y los restos de alimentos son energía concentrada. Con esta calculadora compones una mezcla de materias primas con ocho materiales habituales y luego sigues la energía a lo largo de la planta:
- Biogás y metano de cada materia prima, con rendimientos medios de la bibliografía por tonelada de materia fresca y proporciones de metano típicas (FNR/KTBL);
- Energía primaria del metano tras una pequeña pérdida por fugas;
- un motor de gas de cogeneración (electricidad, calor, autoconsumo eléctrico y calefacción del digestor) o bien la depuración a biometano para inyectarlo en la red;
- Dimensionado del digestor a partir del tiempo de retención hidráulica y la carga orgánica resultante;
- Producción de digestato y rentabilidad de la planta, incluida la compra de cultivos energéticos y lo que se cobra por admitir restos de alimentos.
Las fórmulas
Ejemplo práctico: purín de vacuno con ensilado de maíz
La planta por defecto digiere 30 t/día de purín de vacuno (de unas 500–600 vacas lecheras) y 12 t/día de ensilado de maíz:
- el purín da 750 m³ de biogás al día y el maíz 2.400 m³, así que el ensilado supone el 29 % de la masa pero el 76 % del gas;
- en total, 3.150 m³/día con un 53 % de metano aproximadamente, es decir, 1.660 m³ de metano que equivalen a 6,0 GWh al año (683 kW en continuo);
- un motor de cogeneración con un 40 % de rendimiento eléctrico y un 43 % térmico, funcionando 8.000 h/año, se dimensiona en unos 300 kWe y genera 2,4 GWh de electricidad (2,2 GWh vertidos a la red tras un 8 % de autoconsumo) y 2,6 GWh de calor;
- con un tiempo de retención de 60 días, el digestor necesita unos 2.500 m³, lo que da una carga orgánica de 2,45 kg SV/m³·d, holgadamente dentro del rango estable;
- la planta devuelve al campo unas 13.800 t de digestato al año.
Vendiendo la electricidad a 0,15 €/kWh y el 40 % del calor sobrante a 0,04 €/kWh se ingresan unos 360.000 € al año, pero comprar 4.380 t de maíz a 40 €/t cuesta 175.000 €. Con 4.500 €/kWe, la planta se amortiza en unos 13 años con una TIR inferior al 3 %. Por eso el biogás agrícola depende de las tarifas, de tener clientes para el calor o de materias primas residuales baratas.
Cómo leer los resultados
- La potencia de cogeneración o la producción de biometano es la cifra que define el tamaño de la planta.
- Un contenido de metano por debajo del 50 % indica una mezcla pobre en grasas y proteínas, o problemas en el proceso.
- Carga orgánica: por encima de unos 4–4,5 kg SV/m³·d aumenta el riesgo de acidificación y espumas; por debajo de 1, el digestor es más grande de lo necesario.
- El diagrama de flujo de energía muestra qué parte de la energía del metano acaba como electricidad y calor vendibles; el calor que no se aprovecha es la mayor palanca sobre la rentabilidad.
- La tabla de materias primas compara el peso de cada material en la masa con su peso en el gas.
Valores típicos
| Materia prima | Materia seca | Biogás (m³/t fresca) | Metano |
|---|---|---|---|
| Purín de vacuno | 8–11 % | 20–30 | 55–60 % |
| Purín de porcino | 4–7 % | 20–35 | 60–65 % |
| Estiércol de vacuno (sólido) | 20–25 % | 40–80 | 55 % |
| Gallinaza | 30–50 % | 70–90 | 60 % |
| Ensilado de maíz | 30–35 % | 170–230 | 52 % |
| Ensilado de hierba | 25–40 % | 170–200 | 54 % |
| Remolacha azucarera | 20–25 % | 120–140 | 52 % |
| Restos de alimentos | 15–30 % | 100–200 | 58–62 % |
Consejos para producir más y ganar más
- Aprovecha el calor. Vender o usar el calor sobrante (secaderos, invernaderos, redes de calor) puede añadir un 20–30 % a los ingresos.
- Codigiere residuos. Los restos de alimentos o de cosechas suben la producción de gas y pueden aportar ingresos por su admisión en lugar de costar dinero.
- Evita la dilución. El agua de lluvia y la de lavado en las balsas de purín reducen el rendimiento por tonelada y ocupan volumen del digestor.
- Cubre el almacén de digestato. Una cubierta estanca al gas recupera el gas residual (a menudo un 5–10 % extra) y reduce las emisiones de metano.
- Alimenta de forma regular, en porciones pequeñas y frecuentes: así los microorganismos se mantienen sanos y la proporción de metano, alta.
Limitaciones
Los rendimientos son valores medios de la bibliografía; los reales varían un ±20–30 % según la calidad del ensilado, las pérdidas de almacenamiento, la dilución del purín y el tiempo de retención, así que conviene hacer ensayos de laboratorio de potencial de biometano (BMP) antes de invertir. El modelo supone un digestor mesófilo de mezcla completa, una alimentación constante todo el año y una densidad de la materia fresca de aproximadamente 1 t/m³. No se modelan la demanda estacional de calor del digestor, el tratamiento del sulfuro de hidrógeno, el procesado del digestato ni los permisos. Los sistemas de ayudas y los límites a los cultivos energéticos cambian de un país a otro.
Método e hipótesis
Biogás = Σ (toneladas/día × producción típica de biogás por tonelada de materia fresca); metano = Σ biogás × fracción de CH₄. Energía primaria = CH₄ × 9,97 kWh/Nm³ × (1 − fugas). Cogeneración: electricidad = energía primaria × ηel, calor = energía primaria × ηth; tamaño del motor = electricidad anual ÷ horas equivalentes a plena carga. Se descuentan el autoconsumo y la calefacción del digestor. Biometano: volumen de CH₄ depurado, menos la electricidad del upgrading. Volumen del digestor = masa fresca diaria (≈ 1 t/m³) × tiempo de retención; carga orgánica = kg de sólidos volátiles por m³ y día. Digestato = masa de entrada − masa de CH₄ y CO₂ liberados.
Preguntas frecuentes
¿Cuánto biogás produce una tonelada de estiércol?
¿Cuánta electricidad produce 1 m³ de biogás?
¿Cuántas vacas hacen falta para una planta de biogás?
¿Qué contenido de metano tiene el biogás?
¿Qué son el tiempo de retención hidráulica y la carga orgánica?
¿Qué es el digestato y cuánto se produce?
¿Es mejor producir electricidad o biometano con el biogás?
Fuentes y referencias
- FNR (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe): Guide to Biogas: From Production to Use, 5.ª ed., 2010
- IEA Bioenergy Task 37: Energy from Biogas
- IEA (2020). Outlook for biogas and biomethane: Prospects for organic growth
- KTBL: Gasausbeute in landwirtschaftlichen Biogasanlagen (rendimientos de biogás de las materias primas agrícolas)
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