JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
171
Citar como: Salazar Del
Pozo, L. F., Apaza Rojas ,
C., Sandoval Rojas, A., &
Hamel Fonseca, J. (2023).
Evaluación experimental
de métodos de puricación
de biogás producido a
partir de estiércol de cerdo
en biodigestores rurales:
Experimental evaluation
of purication methods for
biogas produced from pig
manure in rural biodigesters.
Journal Boliviano De Ciencias,
19(Especial). 171-187 https://
doi.org/10.52428/20758944.
v19iEspecial.947
Revisado: 01/02/2023
Aceptado: 29/06/2023
Publicado: 30/06/23
Declaración: Derechos
de autor 2023 Salazar Del
Pozo, L. F., Apaza Rojas , C.,
Sandoval Rojas, A., & Hamel
Fonseca, J. Esta obra está bajo
una licencia internacional
Creative Commons Atribución
4.0.
Los autores/as declaran no tener
ningún conicto de intereses
en la publicación de este
documento.
Artículo cientíco.
Evaluación experimental de métodos de puricación
de biogás producido a partir de estiércol de cerdo en
biodigestores rurales
Experimental evaluation of purication methods for biogas produced from pig manure in rural
biodigesters
Salazar Del Pozo Luis Fernando
1
Apaza Rojas Carla
2
.
Hamel Fonseca Jaime
3
Sandoval Rojas Ariel
4
1. Ing. Petróleo, Gas y Energías. Univalle. Cochabamba. Bolivia. sdl0023992@est.univalle.edu
2. Ing. Química. Univalle. Cochabamba. Bolivia. capazar@univalle.edu
3. Lic. Química. Univalle. Cochabamba. Bolivia. jhamelf@univalle.edu
4. Ing. Petróleo, Gas y Energías. Univalle. Cochabamba. Bolivia. asandovalr@univalle.edu
RESUMEN
El biogás es una mezcla de gases, de los cuales el metano es de mayor interés,
no obstante, este contiene otros gases contaminantes derivados del proceso de
biodigestión anaerobia. Estos contaminantes gaseosos pueden generar corrosión
en los equipos que usen biogás como combustible, por lo que la búsqueda de
tecnologías alternativas para reducir el contenido de estos o eliminarlos por
completo es de gran interés para promover el uso de esta fuente de energía
renovable. Los métodos usados en procesos químicos y físicos generan
desechos contaminantes que deben ser adecuadamente manejados. Por otra
parte, la remoción de CO
2
requiere de equipos con costos altos de adquisición
y operación, limitándolos a niveles industriales de producción. Esta situación
diculta el uso del biogás en pequeñas instalaciones rurales por la falta de
infraestructura adecuada.
El carbón activado es empleado en la industria por su efectividad en la remoción
de diferentes gases contaminantes, pero a niveles de producción doméstico es
poco accesible debido a su alto costo. A pesar de la generación de desechos
sólidos, la absorción de sulfuro de hidrógeno con lana de hierro es el método
comúnmente utilizado en instalaciones pequeñas por su accesibilidad y bajo
costo. El sulfato de cobre comercial en solución acuosa es una alternativa
efectiva y accesible para la remoción de sulfuro de hidrógeno.
Palabras clave: Biogás. Puricación de biogás. Sulfuro de hidrógeno. Dióxido
de carbono. Contaminantes de Biogás.
ABSTRACT
Biogas contains a mixture of gases, of which methane is of the most interest, the
rest of the contaminant gases are the product of the activity of microorganisms
involved in the anaerobic digestion process. These contaminants limit the use
of biogas as a fuel, especially in the generation of electrical energy. The search
for alternative technologies for the treatment of biogas is of great interest to
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
172
promote the use of this renewable energy source. Biogas purication methods
make use of chemical and physical processes that generate polluting waste, which
must be eectively managed, and the removal of CO
2
often requires specialized
equipment, limiting this process to industrial scale productions. Activated carbon
is eective in removing contaminants but is inaccessible to rural farms due to its
cost. Iron sponge is often used in domestic facilities due to the low cost and ease of
access, nonetheless this method generates solid wastes that are dicult to dispose
of. Commercial copper sulfate can remove hydrogen sulfate but requires adequate
pressure conditions to be eective.
Keywords: Biogas. Biogas treatment. Hydrogen sulde. Carbon dioxide. Biogas
contaminants.
1. INTRODUCCIÓN
En la actualidad, apenas un 18% del consumo energético global proviene de
fuentes de energía renovables como hidroeléctrica, solar y biomasa (WBA, 2020).
En Bolivia, el consumo de energías primarias conforma un 92.6% de combustibles
fósiles, principalmente gas natural, un 1.5% de la demanda es cubierta por energía
hidroeléctrica y 5.71% por biomasa (MHE, 2021). Aproximadamente 85% del
suministro de energía a partir de biomasa proviene de fuentes sólidas como pellets
de madera, residuos forestales y agrícolas, el 7% es cubierto por biocombustibles
líquidos, el 5% por desechos industriales y 3% por biogás (WBA, 2020).
La biomasa es el uso de materia orgánica de origen vegetal, para la obtención
de energía como en el biogás (Varnero, Caru, Galleguillos, & Achondo, 2012);
a partir de la degradación de materia orgánica por acción de microorganismos
y está compuesto mayoritariamente de metano (CH
4
) (55% y 70%), dióxido de
carbono (CO
2
) (30-45%) y sulfuro de hidrógeno (H
2
S) (1-3%) (Ortega, Bárcenas,
Fernández, & Rodríguez, 2015). Ya que el biogás es producido a partir de materia
orgánica, es una fuente de energía renovable con alto potencial para reemplazar
a los combustibles no renovables convencionales en países en vías de desarrollo
(Hassan, Maher, Janna, Kholoud, & Eldon, 2020).
De todos los componentes del biogás, el metano es el único componente
signicativo que es convertido en energía durante el proceso de combustión, tiene
una capacidad caloríca considerable (9.97 kW/m
3
). Por el contrario, el dióxido
de carbono no es combustible (Ponce, 2016), por consiguiente, la capacidad
caloríca del biogás está determinada principalmente por el porcentaje de metano
presente (Morero, Gropelli, & Campanella, 2010). Dado que el dióxido de carbono
se encuentra frecuentemente y en altas concentraciones, su contenido afecta
directamente al poder caloríco del biogás y debe ser eliminado (Marín De Jesus,
2021). Así también, la presencia del sulfuro de hidrógeno disminuye la vida útil de
los equipos que intervienen en la producción, transferencia y suministro de energía
eléctrica (Tornero & Ramírez, 2015). Por lo tanto, la remoción del sulfuro de
hidrógeno del biogás también resulta ser de gran importancia para su uso en la
generación de energía. (Hassan et al., 2020).
A pesar de diversos esfuerzos por parte de organizaciones internacionales por
promover el uso de biodigestores en el área rural de Bolivia, estos proyectos fueron
rápidamente abandonados porque no se proporcionó el entrenamiento adecuado
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
173
para su operación (Garfí, 2016). Actualmente algunas granjas de cerdo pequeñas
utilizan biodigestores principalmente para el manejo de sus desechos y uso
energético doméstico, estas instalaciones suelen encontrarse en lugares alejados
y no cuentan con la infraestructura ni recursos económicos para operar a escalas
industriales (Rivero, 2009).
En los últimos años, la búsqueda de tecnologías de remoción de contaminantes
del biogás dio como resultado varios procesos de mejora basados en tecnologías
físicas/químicas capaces de proporcionar purezas de metano de 88% a 98%. No
obstante, el consumo de energía e insumos limita la sostenibilidad ambiental y
económica de las tecnologías de mejoramiento de biogás convencionales (Figueroa
et al., 2019). Por tanto, la presente investigación pretende evaluar la tecnología
de puricación y adecuación de biogás, mediante la evaluación local de distintos
materiales como polvo de hierro, lana de hierro, hidróxido de sodio, zeolita,
silica gel, acetato de plomo y sulfato de cobre, en el biodigestor de la Unidad
Experimental de Producción de Biogás (UEPB) de la Universidad Privada del
Valle en su Campus Tiquipaya, para optimizar el sistema de ltración, reducir los
desechos contaminantes generados y permitir un funcionamiento continuo óptimo
para la generación de energía eléctrica.
2. METODOLOGÍA
2.1 Materiales
Carbón activado (Clarimex) granulometría malla 8x30 de 1,5 a 2,5 mm, zeolita
clinoptilolita, sulfato de cobre (CuSO
4
) grado analítico, sulfato de cobre al 96,7%,
hidróxido de sodio (NaOH) al 87,5%, perlas de sílica gel azul, lana de hierro,
hierro en polvo, acetato de plomo p.a., insumos de plomería en general.
2.2 Metodología
El proyecto de investigación tomo como base los resultados de un historio y
monitoreo anual de producción de biogás del la Unidad Experimental de Producción
de Biogás (UEPB) de la Universidad Privada del Valle, Campus Tiquipaya.
2.2.1 Descripción de la materia prima e insumos para la producción de biogás
La materia prima se recolectó de la granja Escobar, ubicada en el municipio de
Tiquipaya, perteneciente al departamento de Cochabamba – Bolivia. con una
humedad cercana al 40% como se puede observar en la Tabla 1, la cual ingresó al
biodigestor mezclado con agua de pozo, en una relación 3:1. Para todos los lotes de
producción se realizaron cargas de 1 m
3
de estiércol. De acuerdo con el análisis del
pH de estiércol de cerdo se obtuvo como resultado el valor promedio de pH=6, este
es ligeramente ácido y puede variar en función de distintos factores como la dieta
del animal, edad y el manejo de las granjas como lo mencionan Romat, Fernandez,
Iorio y Bargiela (2021).
La medición del pH del estiércol mezclado con agua que ingresó al biodigestor
dio como resultado un valor de 6,0, es decir que el interior del biodigestor se
encuentra cerca de los valores ideales para la producción de metano óptimos para
la metanogénesis (Nuntón, 2018).
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
174
Tabla 1. Resultados del análisis del estiércol de cerdo
Fuente: Elaboración propia. 2022.
Los resultados encontrados para el valor de nitrógeno Kjeldahl (NKj) son mayores
a los valores reportados en otras publicaciones mencionadas anteriormente (Romat
et al., 2021).
Tabla 2. Resultados del análisis del agua
Fuente: Elaboración propia, 2022.
Los resultados del análisis del agua (Tabla 2) muestran un pH=6,75 el cual es
prácticamente neutro, así mismo se observan valores de alcalinidad y dureza bajos,
por lo que no tendrá un efecto negativo en la producción de biogás al mezclarse
con el estiércol de cerdo.
2.2.2 Seguimiento a la producción de biogás
En la Tabla 3 se muestran los resultados del seguimiento de la producción de biogás
en la Unidad Experimental de Producción de Biogás (UEPB) de la Universidad
Privada del Valle. Se puede notar que los lotes iniciales de cada cronograma de
producción (L-2101 y L-2201) tienden a tener una producción baja. Los lotes
L-2101 hasta L-2107 se realizaron de forma discontinua y los lotes L-2201 a
L-2204 en régimen semicontinuo. Ambos cronogramas se iniciaron tras un periodo
de tiempo de varios meses desde la última carga.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
175
Tabla 3. Producción de Biogás
Fuente: Elaboración propia. 2022.
Se determinó un promedio de producción de aproximadamente 66 m
3
con una
proyección de hasta 100 m
3
medidos a temperaturas promedio de 28 °C y presión
atmosférica para una producción semicontinua a lo largo del año.
2.2.3 Determinación del contenido de H
2
S en el biogás
Para determinar el contenido inicial de sulfuro de hidrógeno del biodigestor, se
utilizó un muestreador de gases de vidrio de 800 ml adaptadas con llaves teón
en ambos extremos, el mismo se llenó completamente de biogás, se inyectó una
solución de sulfato de Cobre, el contenido fue ltrado y recolectado en un papel y
secado por 1 hora a 120 °C.
Para realizar la medición del biogás tras los ltros de prueba se adaptaron puntos
de muestreo antes y después de cada uno en la línea; se dejó pasar el biogás por
estos y en la toma de muestra ubicada a la salida se colocó el sensor de medición
de H
2
S del equipo ToxiRAE Pro PGM-1860.
También se utilizaron tiras de papel humedecido en acetato de plomo de acuerdo
con lo establecido en la norma NTE INEN 679, las cuales ayudaron a la toma de
mediciones rápidas permitiendo la detección de sulfuro de hidrógeno en el biogás
de forma cualitativa en diferentes puntos de la línea de gas y detectar también
posibles fugas. Se colocaron las caras humedecidas de estas contra las boquillas
de muestreo de la línea y se abrieron estas durante 10 a 15 segundos, tras cerrar las
válvulas se observó si existieron o no cambios en la coloración de la tira, donde un
color marrón oscuro signica que existe H
2
S en el biogás.
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
176
2.2.4 Determinación del contenido de CO
2
en el biogás
Para la determinación del contenido de dióxido de carbono tanto antes como
después de los ltros, se utilizó un equipo medidor de gases portátil Kane. Se
introdujo la boquilla del equipo en el punto de toma de muestras de la UEPB y se
dejó salir el gas, se esperó a que el gas reemplace todo el aire en la toma de muestra
y se tomaron los valores en la pantalla del equipo después de estabilizarse.
2.2.5 Determinación de la humedad relativa del biogás
La humedad relativa se determinó utilizando un termo-hidrómetro digital PCE-
555, cuyo sensor se acercó a la toma de muestra de la unidad se dejó salir biogás y
anotó el resultado observado en la pantalla del equipo.
2.2.6 Determinación de la presión manométrica
La presión fue medida utilizando un manómetro en “u”, a la entrada y salida de los
diferentes ltros que fueron evaluados. Se determinó la presión en milibares por
cada cm de cambio en la altura del líquido en el equipo.
2.2.7 Evaluación del material ltrante
De acuerdo a los datos de producción y características del biogás producido (Tabla
4) en la Unidad Experimental de Producción de Biogás (UEPB) de Univalle, se
seleccionaron varios materiales para ser puestos a prueba a diferentes escalas,
estos fueron: polvo de hierro, lana de hierro, hidróxido de sodio comercial (Soda
Caustica), zeolita, carbón activado, sílica gel, acetato de plomo y sulfato de cobre.
Inicialmente se utilizaron vasos de burbujeo para poner a prueba soluciones de
hidróxido de sodio, acetato de plomo y sulfato de cobre. Se realizaron pruebas para
evaluar las siguientes variables: capacidad de remoción de sulfuro de hidrógeno,
capacidad de remoción de dióxido de carbono y caída de presión manométrica del
gas al pasar por el ltro.
Se construyeron prototipos de prueba utilizando material de plomería en PVC.
Para la evaluación de cada ltro se instalaron también tomas de muestra antes y
después de cada uno en la línea de gas de la unidad.
2.2.7.1 Filtro de Polvo de Hierro
Para la evaluación de este material, se humedeció polvo de hierro con agua potable
proveniente de la red local y se dejó oxidar por 2 días hasta que se observó la
formación de óxido, este se colocó en la parte inferior de un burbujeador y se
agregó agua. Se utilizó tela para evitar que el polvo pueda salir por alguna de
las boquillas del ltro. Se hizo burbujear el biogás en el óxido colocando una
manguera entre la boquilla del vaso y una toma de muestra.
2.2.7.2 Filtro de Lana de Hierro
Para la prueba inicial, se colocó la lana de hierro en un recipiente cerrado con
agua, y se dejó burbujear el biogás durante 2 días. Posteriormente se construyeron
2 ltros cilíndricos de 1 m de largo interconectados en forma de “u” utilizando
tubería PVC de 4” los cuales se rellenaron con un total de 1,5 kg de lana de hierro
humedecida y se instalaron en la línea de gas de la UEPB.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
177
2.2.7.3 Filtro de Hidróxido de Sodio
Este ltro de prueba se construyó utilizando tubería PVC de 4” de 0,8 m de longitud
sellado en ambos extremos. El biogás ingresó por una tubería vertical de ¾”
conectada a otra horizontal de ½” perforada en el interior del tubo, esto permitió el
burbujeo del gas en una solución saturada de hidróxido de sodio comercial y agua.
El gas puricado es extraído por la parte superior del ltro donde se instalaron
tomas de muestra.
2.2.7.4 Filtro de Zeolita
Se utilizó zeolita clinoptilolita, la cual fue térmicamente tratada en un horno de
calcinación a una temperatura de 450 °C con el n de eliminar la materia orgánica
presente del interior de sus poros y así incrementar la supercie de contacto del
material. Se fabricó un ltro de prueba con tubería de PVC de 4”. El ingreso y
salida del biogás se hizo mediante tuberías de ¾” en ambos extremos del ltro, se
rellenó el interior de la tubería con zeolita sujetada por anillos de PVC cubiertos de
malla milimétrica, que sirvió para compactar el material y evitar su deformación.
2.2.7.5 Filtro de Carbón Activado
Se fabricaron dos ltros y se unió estos mediante una tubería en sus extremos. Cada
ltro de carbón activado se fabricó con 2 tuberías de PVC de 4” de 1 m de longitud
selladas con tapas del mismo material, estas se rellenaron con 3,5 kilogramos
carbón activado. Los ltros se instalaron en serie con un recorrido en forma de “u”.
La toma de muestra se realizó antes y después de ambos ltros.
2.2.7.6 Filtro de Sílica Gel
El ltro de sílica gel se construyó con tubería PVC de 3” de 0.5 m de longitud
cerrada en ambos extremos, se rellenó con sílica gel soportada por anillos de PVC
y malla milimétrica con tomas de muestra antes y después del ltro.
2.2.7.7 Filtro de Acetato de Plomo
El acetato de plomo (Pb(CH
3
COO)
2
) reacciona con el sulfuro de hidrógeno para
formar un precipitado sólido poco soluble en agua (Kps de 3x10-28) (Skoog &
West, 2015), como se muestra en la reacción siguiente:
Pb(CH
3
COO)
2
(l) + H
2
S(g) → 2 CH
3
COOH (l) + PbS(s)
Para la evaluación de este material en el tratamiento de biogás, se preparó una
solución de acetato de plomo y agua, y se hizo burbujear en un vaso una corriente
de biogás en esta solución conectando el extremo de la tubería del vaso de burbujeo
a una toma de muestra del biodigestor.
2.2.7.8 Filtro de Sulfato de Cobre
El sulfato de cobre reacciona con el sulfuro de hidrógeno para formar sulfuro de
cobre (CuS), esta sustancia tiene una baja solubilidad en agua (Kps de 8x10-37)
(Skoog & West, 2015) por lo que es de interés como posible método de tratamiento
de biogás. La reacción que ocurre entre el sulfuro de hidrógeno y el sulfato de
cobre es la siguiente:
H
2
S(l)+ CuSO
4
(ac.) → CuS(s) + H
2
SO
4
(l)
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
178
Se preparó una solución saturada de sulfato de cobre pentahidratado de grado
comercial con una pureza de 96.7% en agua proveniente de la red local. Inicialmente
las pruebas preliminares se realizaron en un vaso de burbujeo conectado a la toma
de muestra del biodigestor.
Posteriormente, se fabricó un ltro de prueba con tubería PVC de 4” de diámetro y
1 m de longitud sellada en ambos extremos con tapas de PVC. Se llenó hasta una
altura de 4 cm con la solución de sulfato de cobre. El biogás ingresa por la parte
superior mediante una tubería de ¾”, la cual se conecta a un codo y posteriormente
a una tubería perforada para burbujeo de ½”, colocada horizontalmente por dentro
del tubo. Se colocaron tomas de muestra antes y después del ltro.
3. RESULTADOS
3.1 Composición inicial del biogás
3.1.1 Contenido de H
2
S previo al tratamiento
Se encontraron valores de sulfuro de hidrógeno entre 1596 y 1832 ppm, de acuerdo
con la bibliografía revisada el biogás contiene típicamente concentraciones de
entre 1000 y 20000 ppm, en este caso, se encontraron valores cercanos al límite
inferior del rango esperado (Turco et al., 2016), como se observa en la Tabla 4.
Tabla 4. Contenido de sulfuro de hidrógeno en el biogás previo al tratamiento
Fuente: Elaboración propia, 2022
Según lo indicado por Morero, la exposición prolongada a más de 100 ppm o 0.01%
de sulfuro de hidrógeno puede producir desde dolor de cabeza hasta la pérdida de
consciencia y valores de más de 10 ppm generan corrosión tanto en líneas de gas
como en equipos por lo que este gas contaminante debe ser removido de 100 a 10
ppm para ser utilizado en la generación de energía (Morero et al., 2010).
3.1.2 Contenido de CO
2
previo al tratamiento
El contenido de CO
2
encontrado fue bajo, variando entre el 31% al 38% en
diferentes lotes, valores que concuerdan con la bibliografía revisada. En base a estos
datos se determinó que el contenido promedio de dióxido de carbono en el biogás
producido es 32.5%, por lo que la composición en promedio de metano será 67.5%.
Los resultados obtenidos concuerdan con los presentados por Suntikunaporn et
al. (2014) y Huertas (2019), quienes destacaron estos resultados como menores a
los de otras publicaciones. Comparativamente se puede resaltar que se obtuvieron
cantidades menores de dióxido de carbono que en el caso de Herout, que utilizó
materia orgánica en base a plantas.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
179
Tabla 5. Contenido de dióxido de carbono en el biogás previo al tratamiento
Fuente: Elaboración propia, 2022.
De acuerdo a la bibliografía, el valor del poder caloríco inferior del metano puro
es de 35.8 MJ/m
3
(Engineering ToolBox, 2003), con este dato se determinó que el
poder caloríco inferior promedio del biogás producido es de aproximadamente
24 MJ/m
3
.
3.2 Capacidad de remoción de contaminantes de los métodos evaluados
De acuerdo a las características del biodigestor y los datos históricos obtenidos de
la producción de biogás como volúmenes de producción, presión y concentraciones
de gases contaminantes en el biogás, se seleccionaron métodos de eliminación
de contaminantes y se construyeron sistemas de ltración experimentales. Se
instalaron en el biodigestor modicando la línea de salida del digestor hacia el
medidor, lo que facilitó hacer las mediciones correspondientes y mantener la
línea de necesidad. Para cada uno de estos métodos se obtuvieron los siguientes
resultados:
3.2.1 Absorción de H
2
S con polvo de hierro humedecido
Se determino el contenido de sulfuro de hidrógeno después de pasar por el ltro con
dos métodos de análisis (Tabla 6). El primero corresponde al método cualitativo
de detección de sulfuro de hidrógeno correspondiente a la norma NTE INEN 679,
este método denotó una coloración café intensa en el papel ltro lo que mostró
la presencia de una concentración alta de sulfuro de hidrógeno tras el ltro. Los
resultados de la medición instrumental superaron el rango de funcionamiento del
equipo (0 – 100 ppm).
Tabla 6. Resultados del ltro de polvo de hierro
Fuente: Elaboración propia, 2022
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
180
Por su parte el contenido de CO
2
permaneció igual en ambas pruebas con valores
de aproximadamente 38%. Debido a que es difícil determinar con seguridad el
óxido producido por el hierro al humedecerse y otro factor como el costo del polvo
de hierro de grado analítico, además de los resultados preliminares de esta prueba,
no se construyeron ltros consiguientes para pruebas a mayor escala.
3.2.2 Absorción de H
2
S con lana de hierro humedecida
Como se muestra en la Tabla 7, la lana de hierro fue capaz de reducir el contenido
de sulfuro hasta valores menores a 10 ppm, alcanzando 1 ppm durante las etapas de
producción de biogás con caudales menores a 0,3 m
3
/h, y para el caso de caudales
mayores a 0,6 m
3
/h los valores de estos contaminantes se mantuvieron por debajo
de 100 ppm.
Tabla 7. Resultados del ltro de limadura de hierro
Nota: Se consideró como caudales bajos valores menores a 0,3 m
3
/h y caudales
altos a valores por encima.
Fuente: Elaboración propia, 2022
Los ltros mostraron un descenso en su capacidad de remoción tras volúmenes de
biogás de entre 60 m
3
y 70 m
3
.
3.2.3 Absorción de CO
2
con hidróxido de sodio
En la Tabla 8 se observó que no hubo unas variaciones en la concentración de
sulfuro de hidrógeno, pero sí tuvo una reducción en la concentración del CO
2
hasta
valores de entre 15% y 20%.
Tabla 8. Resultados del ltro de hidróxido de sodio
Fuente: Elaboración propia, 2022
Adicionalmente, la formación de cristales de carbonato de sodio alrededor de la
tubería de burbujeo del gas generó su taponamiento posterior a un volumen de
producción de entre 20 y 30 m
3
.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
181
3.2.4 Adsorción con zeolitas
No se detectaron cambios en la concentración del dióxido de carbono ni del H
2
S,
esto puede deberse a que no se alcanzaron temperaturas altas en activación del
material par la liberación de los poros o a una posible saturación de los estos con la
humedad contenida en el biogás producido.
Tabla 9. Resultados del ltro de zeolita
Fuente: Elaboración propia, 2022
Si bien no se observaron cambios en la composición del biogás al pasar por el
relleno del ltro de zeolita, se observaron caídas de presión que alcanzaron valores
inferiores a 1 mbar.
3.2.5 Adsorción con carbón activado
El ltro de adsorción relleno de carbón activado logró reducir los valores de sulfuro
de hidrógeno por debajo de los 100 ppm durante la primera etapa de la producción
cuando el caudal de biogás superó los 0,6 m
3
/h y hasta 1 ppm en caudales menores
a 0,3 m
3
/h. Se observó también una disminución del contenido de dióxido de
carbono hasta alcanzar el 25%.
Tabla 10. Resultados del ltro de carbón activado
Fuente: Elaboración propia, 2022
Se evidencia una caída de presión que ocasionó que el biogás a la salida del ltro
reduzca su presión manométrica por debajo de 1 mbar. Por otra parte, el material
del ltro mostró una disminución signicativa en su capacidad de remoción tras
volúmenes de producción de entre 80 y 100 m
3
, tras los cuales el contenido de H
2
S
en el biogás superó los 100 ppm.
3.2.6 Adsorción con sílica gel
El ltro relleno de sílica gel azul logró la reducción de la humedad del biogás desde
valores superiores a 80% hasta menos del 50% como se puede observar en la Tabla
11. El ltro quedó saturado completamente tras 2 días de funcionamiento, por lo
que no alcanzó a remover humedad durante todo el tiempo de producción.
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
182
Tabla 11. Resultados del ltro de sílica gel
Fuente: Elaboración propia, 2022
No se observaron cambios en el contenido de otros gases contaminantes como el
sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono.
3.2.7 Precipitación de H
2
S con acetato de plomo
Se observó tras el burbujeo una coloración café oscura en la solución de acetato
como se muestra en la Figura 1. Utilizando tiras de papel ltro humedecidas con
esta solución se vericó la presencia de sulfuro de hidrógeno en la corriente de gas,
dando como resultado una coloración intensa antes y después del ltro.
Figura 1. Pruebas con acetato de plomo
Fuente: Elaboración propia, 2022
Si bien se demostró que existe una reacción entre el acetato y el biogás que
demuestra una remoción de H
2
S, dado que esta sustancia no fue detectable de
forma visual, su alto riesgo de manipulación y su poca accesibilidad en el mercado,
no se continuó con pruebas adicionales. En este caso no se realizaron mediciones
cuantitativas para la detección de este gas contaminante.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
183
3.2.8 Precipitación de H
2
S con sulfato de cobre
El ltro de solución saturada de sulfato de cobre redujo el contenido de H
2
S por
debajo de los 100 ppm (Tabla 12); No se observaron cambios en el contenido de
dióxido de carbono en las mediciones.
Tabla 12. Resultados del ltro sulfato de cobre
Fuente: Elaboración propia, 2022
El ltro logró remover H
2
S del biogás mientras la corriente se mantuvo por encima
de los 0,3 m
3
, tras un descenso en el caudal y por consiguiente en la presión
manométrica del biogás, la remoción se detuvo y el gas no fue capaz de vencer la
presión de la solución para burbujear. Se observó también que ocurrieron caídas de
presión de hasta 4 mbar en el biogás de salida del ltro.
3.2.9 Tabla comparativa de resultados
La Tabla 13 muestra un resumen de los resultados obtenidos donde se pueden
observar los contrastes entre cada uno de los métodos probados a lo largo de la
investigación.
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
184
Tabla 13. Capacidad de remoción de diferentes métodos probados
*Valores >100 ppm superan el rango de medición del equipo.
**El volumen de saturación se calcula estequiométricamente para la solución.
Fuente: Elaboración propia, 2022
4. DISCUSIÓN
En cuanto a la remoción de sulfuro de hidrógeno, la Tabla 13 muestra que los
mejores resultados se obtuvieron utilizando el carbón activado, la limadura de hierro
y el sulfato de cobre; estos métodos lograron disminuir el contenido de sulfuro
inicial de más de 1500 ppm al nal de menos de 10 ppm para las producciones de
gas con una presión de 1 mbar y 100 ppm para presiones de 5 mbar. No obstante,
ambos métodos tienen la desventaja de generar residuos sólidos, en el caso del
carbón activado pueden ser reutilizados tras un tratamiento térmico, para el cual se
requiere un equipo capaz de alcanzar temperaturas cercanas a los 600 °C (Giraldo
& Moreno-Piraján, 2008), lo que es difícil de lograr en un medio doméstico.
Solo se observó una disminución signicante de dióxido de carbono en el
ltro de burbujeo en hidróxido, que redujo la cantidad de CO
2
en casi un 50%;
lamentablemente, la formación de carbonato de sodio por la reacción en el ltro
generó cristales que taponearon el ltro antes de los 10 días.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
185
5. CONCLUSIONES
El biogás producido a partir de estiércol de cerdo en el biodigestor de la UEPB tiene
un alto contenido de ácido sulfhídrico (entre 1600 y 1900 ppm) lo que limita su
aplicación en la generación de energía eléctrica. La remoción de sus contaminantes
es imperativa para su uso como combustible.
El carbón activado tiene un alto potencial como método de remoción de gases
contaminantes, este además tiene la ventaja de poder ser reactivado en hornos de
calcinación a altas temperaturas, no obstante, estos equipos son poco accesibles
para instalaciones en el área rural.
La remoción de dióxido de carbono por precipitación utilizando hidróxido de sodio
es accesible pero el riesgo que conlleva la manipulación de esta sustancia y la
formación de cristales de carbonato de sodio dicultan la operación de este método.
Los ltros de limadura de hierro siguen siendo económicamente accesibles y de
fácil mantenimiento pese a los desechos sólidos generados, este método resulta
ideal para instalaciones rurales y de pequeña escala.
La solución saturada de sulfato de cobre demostró ventajas como su alta capacidad
de remoción de sulfuro de hidrogeno, disponibilidad entre otros; la desventaja
principal que se pudo observar de esta solución es el requerimiento de presión para
garantizar su efectividad.
6. AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Privada del Valle, por el nanciamiento otorgado para la realización
de este proyecto a través de su Dirección de Investigación. Al departamento y
laboratorio de Petróleo, Gas y Energías por su colaboración en el proyecto y prestar
sus instalaciones para el desarrollo del mismo.
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
186
7. REFERENCIAS
Engineering ToolBox. (2003). Engineering ToolBox. Obtenido de Fuels - High-
er and Lower Caloric Values: https://www.engineeringtoolbox.com/fuels-high-
er-caloric-values-d_169.html
Figueroa, C., Alegría, C., Meza, V., & Quipuzco, L. (2019). Eciencia de la desul-
furación del biogás mediante bioltración empleando soportes orgánicos. Escuela
de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Nacional de Trujillo.
Garfí, M. M.-H. (2016). Household anaerobic digesters for biogas production in
Latin America: A review. Renewable and sustainable energy reviews, 60, 599-614.
Giraldo, L., & Moreno-Piraján, J. (2008). Monolitos de carbón activado a partir
de cáscara de coco e impregnación con niquel y cobre. Revista Colombiana De
Quimica.
Hassan, S., Maher, M., Janna, Q., Kholoud, J., & Eldon. (2020). Removal of hydro-
gen sulde from biogas using activated carbon synthesized from dierent locally
available biomass wastes - a case study from Palestine.
Herout, M., Malaťák, J., Kučera, L., & Dlabaja, T. (2011). Biogas composition de-
pending on the type of plant biomass used. Research in Agricultural Engineering,
57(4), 137-143.
Huertas, J., Quipuzco, L., Hassanein, A., & Lansing, S. (2020). Comparing hydro-
gen sulde removal eciency in a eld-scale digester using microaeration and iron
lters. Energies, 13(18), 4793.
Marín De Jesus, D. F. (2021). Innovative technologies for biogas upgrading. Uni-
versidad de Valladolid.
MHE. (2021). Balance Energetico Nacional. Bolivia: Ministerio de Hidrocarburos
y Energia.
Morero, B., Gropelli, E., & Campanella, E. (2010). Revisión de las principales
tecnologías de puricación de biogás. Obtenido de Repositorio Digital de la Uni-
versidad de Palermo: https://dspace.palermo.edu/dspace/handle/10226/1377
Nuntón, S. (2018). Inuencia de la temperatura y Ph en el rendimiento de ob-
tención de biogás a partir de bagazo de caña y estiercol de equino mediante un
Digestor Batch. Lambayeque, Peru: Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo.
Ortega, L., Bárcenas, L., Fernández, E., & Rodríguez, S. (2015). Principales mét-
odos para la desulfuración del biogás. Ingenieria Hidraulica y Ambiental; ISSN
1680-0338, p. 45 - 56.
Ponce, E. (2016). Métodos sencillos en obtención de biogás rural y su conversión
en electricidad. Chile: IDESIA.
Rivero, O. (2009). Biogás en Bolivia, programa “viviendas autoenergéticas” una
nueva forma de ver el futuro energético ambiental del país en el área rural. Revista
Desarrollo Local Sostenible, 3.
JOURNAL BOLIVIANO DE CIENCIAS – Vol. 19– Número Especial Energías
ISSN Digital: 2075-8944 ISSN Impreso: 2075-8936
Evaluación experimental de métodos de puricación de biogás producido a partir de
estiércol de cerdo en biodigestores rurales
187
Romat, L., Fernandez, G., Fabrizio, A., & Bargiela, M. (2021). Obtención de
biogás a partir de e uentes porcinos como alternativa de mitigación de emisiones.
Revista RedBioLAC, 5(1), 55-59.
Skoog, D., & West, D. (2015). Química Analítica. Santa Fé, México: Cengage
Learning.
Suntikunaporn, Echaroj, & Rimpikul. (2014). Evaluation of Agricultural Wastes
for Biogas Production. Thammasat International Journal of Science and Technol-
ogy.
Tornero, A. G., & Ramírez, J. A. (2015). Técnicas para la disminución en la con-
centración de ácido sulfhídrico en el biogás.
Turco, M., Ausielo, A., & Micoli, L. (2016). Treatment of Biogas for Feeding High
Temperature Fuel Cells. Suiza: Springer.
Varnero, M. T. (2011). Manual de Biogás. Santiago de Chile: FAO.
Varnero, M., Caru, M., Galleguillos, K., & Achondo, P. (2012). Tecnologías dis-
ponibles para la Puricación de Biogás usado en la Generación Eléctrica.
WBA. (2020). Global Bioenergy Statistics 2020. WBA.
