El sulfuro de hidrógeno (H?S) es uno de los desafíos más críticos en la digestión anaerobia. Se forma de manera natural cuando se degradan compuestos que contienen azufre en un entorno anaerobio e, incluso a concentraciones relativamente bajas, puede tener graves impactos en el rendimiento de la planta de producción de biogás.
Muchas plantas gestionan el H₂S en etapas posteriores, en el gas bruto, mediante la utilización de biofiltros, carbón activado, depuradores (scrubbers) u otras tecnologías. Si bien esto puede proteger los motores y la calidad del gas, no evita los impactos negativos que causan los niveles elevados de H₂S en etapas anteriores del proceso.
Esperar a tratar el gas en sus últimas fases, puede incidir en la actividad microbiana inhibiendo parte de su acción, por lo que la producción de biogás puede ser inferior a la esperada, aumentando de este modo los costes operativos de la planta. Por tanto, eliminar el H₂S solo después de la digestión significa “tratar los síntomas, pero no la causa”.
Una estrategia más eficaz es controlar el H₂S directamente en el digestor. Este control se puede realizar mediante la dosificación de aditivos a base de hierro en el proceso de fermentación, de este modo, el H₂S precipita como sulfuro de hierro estable antes de entrar en la fase gas. Este control en el digestor aporta varios beneficios:
En la práctica, la dosificación de sales férricas (con la incorporación de micronutrientes seleccionados) no solo reduce el H₂S en la fase gas, sino que también amortigua variaciones repentinas de carga de azufre, ayudando a mantener la estabilidad del proceso. El hierro reacciona con los sulfuros disueltos formando precipitados poco solubles (FeS/FeS₂), lo que disminuye la fracción de sulfuro disponible para convertirse en H₂S y reduce el riesgo de liberaciones puntuales. Como efecto adicional, la disminución del sulfuro libre puede mejorar la biodisponibilidad de ciertos oligoelementos al minimizarse la formación de complejos como sulfuros metálicos, favoreciendo una actividad enzimática más constante, ya que muchas plantas también tienen dificultades, precisamente, por la falta de elementos traza esenciales.
Los micronutrientes como el níquel, el cobalto y el selenio son componentes fundamentales de las enzimas que impulsan la vía metanogénica. Cuando faltan estos elementos traza, como ocurre a menudo en sustratos como los residuos domésticos o algunos residuos de la industria alimentaria, la comunidad microbiana se estresa: se acumulan los ácidos grasos volátiles (AGV), baja el pH y disminuye el rendimiento en la producción de metano. La suplementación externa del digestor con el equilibrio adecuado de elementos traza restablece la actividad microbiana, mejora el rendimiento, mejora la estabilidad y permite a los operadores aumentar con seguridad las tasas de carga orgánica (TCO).
Para maximizar estos beneficios, es recomendable implementar un control rutinario que combine mediciones en el digestor y en el biogás: H₂S (en gas y/o en fase líquida), AGV, alcalinidad, pH, amonio y caudal de biogás. Con esta base, la estrategia de dosificación puede ajustarse a objetivos claros (por ejemplo, mantener el H₂S por debajo de un umbral operativo y evitar incrementos de AGV), evitando tanto la infradosificación, que puede comprometer la actividad microbiana, como la sobredosificación que incrementa costes y puede alterar el balance iónico. Una puesta en marcha gradual, con incrementos escalonados y verificación analítica, suele ofrecer el mejor compromiso entre seguridad, rendimiento y coste total.
Caso práctico: Restauración de la estabilidad y la capacidad en Tekniska verken, Suecia
La planta de biogás de Tekniska verken en Linköping (Suecia) está en funcionamiento desde 1997. En un momento dado, la planta afrontó desafíos operativos persistentes que limitaban el rendimiento y la rentabilidad. A pesar de disponer de una mezcla de sustratos estable, el digestor presentaba una escasa estabilidad del proceso, formación de espuma y niveles elevados de ácidos grasos volátiles (VFA). Los intentos de aumentar la tasa de carga orgánica (TCO) fracasaron, dejando la planta por debajo de su potencial.
Una investigación más detallada reveló tres problemas críticos subyacentes:
Altos niveles de sulfuro de hidrógeno (H₂S) que inhiben la metanogénesis y crean riesgos de seguridad y corrosión.
La inhibición por amoníaco afectó negativamente a la actividad microbiana y a la estabilidad del proceso en fases tempranas.
La falta de elementos traza limitaba la función enzimática, lo que provocaba bajos rendimientos de metano y acumulación de AGV.
Para abordar estos retos, Tekniska verken se asoció con Kemira para codesarrollar un Producto de Digestión de Biogás (BDP) adaptado que permitiera solucionar los problemas en etapas tempranas del tratamiento. La solución combinó hierro en forma de cloruro férrico para la precipitación del H₂S y elementos traza cuidadosamente seleccionados para estimular la actividad microbiana, así como una formulación con un bajo pH para reducir la inhibición por amoníaco.
Este enfoque holístico abordó las causas fundamentales de la inestabilidad en lugar de depender únicamente de tratamientos posteriores que no permiten controlar y mejorar la actividad microbiana que tiene lugar dentro del digestor.
Los resultados obtenidos fueron muy positivos:
La planta pudo aumentar su TCO en un 30%, incrementando significativamente la capacidad.
Las concentraciones de VFA disminuyeron y se estabilizaron en niveles bajos, en comparación con los picos frecuentes a niveles desestabilizantes que se observaban antes.
El rendimiento de metano alcanzó el 65%, reflejando una conversión microbiana más eficiente.
Las fugas de metano se redujeron, contribuyendo tanto a un mejor desempeño ambiental como a una mayor eficiencia energética.
En conjunto, el resultado económico mejoró considerablemente gracias a un mayor caudal de tratamiento y a una operación más consistente.
Este caso demuestra la importancia de abordar tanto el H₂S como las deficiencias de elementos traza dentro del digestor. La dosificación de hierro eliminó la toxicidad inmediata del H₂S, mientras que la suplementación a medida de elementos traza devolvió a los microorganismos metanogénicos su pleno funcionamiento. En conjunto, esto creó las condiciones para un proceso de digestión robusto y productivo. Además, al tratarse de un producto líquido, los beneficios que aporta dicho producto se pudieron observar rápidamente ya que tiene un efecto inmediato una vez dosificado en el digestor.
Para otras plantas de biogás que afronten retos similares, ya estén relacionados con residuos alimentarios o con sustratos ricos en amonio, entre otros, la experiencia de Tekniska verken pone de relieve el valor de combinar la química a base de hierro con el apoyo de elementos traza. Al estabilizar el entorno microbiano y evitar que se acumulen compuestos perjudiciales, los operadores pueden aumentar la capacidad, mejorar los rendimientos y operar de forma más segura y fiable.