Biogás para el Sector Azucarero
Convierta las vinazas y cachaza de su ingenio o destilería en electricidad y vapor. Cumpla con la Resolución 631, reduzca emisiones de GEI y genere una nueva fuente de ingresos para su planta.
La oportunidad del biogás en el sector azucarero
Colombia es uno de los principales productores de azúcar y etanol en América Latina. El Valle del Cauca concentra la mayor parte de la producción con más de 13 ingenios azucareros y múltiples destilerías de etanol que generan grandes volúmenes de residuos orgánicos con alto potencial energético.
Los dos principales residuos con potencial para biogás son:
- Vinaza: Efluente de la destilación de etanol, con DQO extremadamente alta (80,000-120,000 mg/L)
- Cachaza: Residuo sólido de la clarificación del jugo de caña, rico en materia orgánica
Sin tratamiento adecuado, estos residuos generan serios problemas ambientales: contaminación de suelos y aguas, emisiones de metano y olores ofensivos. La digestión anaerobia transforma este problema en una oportunidad energética.
El dato clave
Por cada litro de etanol producido se generan aproximadamente 10-15 litros de vinaza. Una destilería que produce 300,000 litros de etanol/día genera más de 3,000 m³ de vinaza diarios, suficiente para producir 100,000+ m³ de biogás por día.
Vinazas: El residuo con mayor potencial energético
La vinaza es el efluente líquido que resulta de la destilación del alcohol. Es uno de los residuos industriales con mayor carga orgánica que existe, lo que lo convierte en un sustrato ideal para la producción de biogás.
Composición típica de la vinaza
| Parámetro | Valor típico | Límite Res. 631 |
|---|---|---|
| DQO (mg/L) | 80,000 - 120,000 | 400 |
| DBO5 (mg/L) | 40,000 - 80,000 | 150 |
| SST (mg/L) | 10,000 - 30,000 | 200 |
| pH | 3.5 - 5.0 | 6.0 - 9.0 |
| Temperatura | 70 - 90°C | <40°C |
| Potasio (K) | 5,000 - 12,000 mg/L | - |
Producción de biogás a partir de vinaza
La vinaza produce entre 30-40 m³ de biogás por m³ de vinaza tratada, con un contenido de metano del 55-65%. Esto la convierte en uno de los sustratos más productivos para biogás.
Cachaza: Residuo sólido con alto potencial
La cachaza (también llamada torta de filtro o lodo de clarificación) es el residuo sólido que se obtiene durante la clarificación del jugo de caña. Es rica en materia orgánica, fibra, ceras y nutrientes.
Composición típica de la cachaza
| Parámetro | Valor típico |
|---|---|
| Humedad | 70 - 80% |
| Materia orgánica (base seca) | 80 - 90% |
| Nitrógeno (N) | 1.5 - 2.5% |
| Fósforo (P2O5) | 2.0 - 3.5% |
| Potasio (K2O) | 0.5 - 1.5% |
Producción de biogás a partir de cachaza
La cachaza produce entre 80-120 m³ de biogás por tonelada de materia fresca, con un contenido de metano del 50-60%. Un ingenio que procesa 10,000 toneladas de caña/día genera aproximadamente 300-400 toneladas de cachaza.
Co-digestión: La estrategia óptima
La co-digestión de vinaza con cachaza optimiza el proceso: la vinaza aporta alta carga orgánica líquida mientras la cachaza mejora la relación C/N y aporta sólidos. Esta combinación puede aumentar la producción de biogás hasta en un 20% comparado con tratar cada sustrato por separado.
Potencial de producción por capacidad de planta
El potencial de biogás depende del volumen de vinaza y cachaza generado:
| Producción etanol | Vinaza/día | Biogás/día | Electricidad |
|---|---|---|---|
| 100,000 L/día | 1,000-1,500 m³ | 35,000-50,000 m³ | 3-4 MW |
| 300,000 L/día | 3,000-4,500 m³ | 100,000-150,000 m³ | 8-12 MW |
| 500,000 L/día | 5,000-7,500 m³ | 175,000-250,000 m³ | 14-20 MW |
| 1,000,000 L/día | 10,000-15,000 m³ | 350,000-500,000 m³ | 28-40 MW |
Valores calculados para vinaza con DQO de 100,000 mg/L. Rendimiento de biogás: 35 m³/m³ vinaza.
Cumplimiento de la Resolución 631
La Resolución 631 de 2015 establece límites estrictos de vertimiento. La vinaza cruda excede los límites en más de 200 veces, haciendo obligatorio su tratamiento:
| Parámetro | Vinaza cruda | Límite Res. 631 | Post-biodigestor |
|---|---|---|---|
| DQO (mg/L) | 80,000-150,000 | 400 | 8,000-15,000* |
| DBO5 (mg/L) | 40,000-80,000 | 150 | 2,000-8,000* |
| SST (mg/L) | 10,000-30,000 | 200 | 1,000-3,000* |
*Requiere tratamiento secundario aerobio para cumplimiento total. La digestión anaerobia reduce 85-90% de la carga orgánica.
Nota importante: Muchos ingenios y destilerías actualmente aplican la vinaza directamente al campo como fertirrigación. Sin embargo, esta práctica está siendo cada vez más regulada debido a la contaminación de aguas subterráneas y suelos. La digestión anaerobia produce un digestato más estable y seguro para uso agrícola.
Beneficios para su ingenio o destilería
Generación eléctrica masiva
Una destilería grande puede generar 10-40 MW de electricidad solo con vinaza. Suficiente para autoconsumo y venta de excedentes a la red.
Vapor para destilación
Use el biogás para generar vapor de proceso, reduciendo consumo de bagazo. Libere el bagazo para cogeneración o venta como biomasa.
Cumplimiento normativo
Reduzca carga orgánica en 85-90%. Primer paso fundamental para cumplir la Resolución 631 y evitar sanciones millonarias.
Biofertilizante mejorado
El digestato es más estable que la vinaza cruda, con mejor disponibilidad de nutrientes y sin riesgo de quema de cultivos.
Beneficios tributarios Ley 1715
Los proyectos de biogás en el sector azucarero califican para los beneficios de la Ley 1715: deducción del 50% de la inversión en renta, exclusión de IVA en equipos, exención de aranceles y depreciación acelerada. Dado el tamaño de estos proyectos (millones de USD), el ahorro tributario es muy significativo.
Tecnología recomendada para vinazas
Debido a las características especiales de la vinaza (alta temperatura, bajo pH, muy alta carga orgánica), se requieren tecnologías específicas:
Opción 1: Reactor Anaerobio de Contacto (RAC)
El Reactor Anaerobio de Contacto (RAC) es ideal para vinazas por su capacidad de manejar altas cargas orgánicas y su diseño que permite recircular la biomasa activa. Incluye:
- Laguna carpada con geomembrana HDPE de alta resistencia
- Sistema de enfriamiento previo (de 80°C a 35-40°C)
- Sistema de neutralización de pH
- Agitación hidráulica para mezcla completa
- Decantador para separación y recirculación de lodos
Opción 2: Reactor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
Para plantas muy grandes, el reactor UASB ofrece alta eficiencia en menor espacio:
- Mayor carga orgánica volumétrica (10-15 kg DQO/m³·día)
- Menor tiempo de retención hidráulica (4-8 horas)
- Requiere mayor inversión inicial
- Operación más especializada
| Parámetro | RAC | UASB |
|---|---|---|
| Carga orgánica (OLR) | 2-4 kg DQO/m³·día | 10-15 kg DQO/m³·día |
| Tiempo retención (TRH) | 15-25 días | 4-8 horas |
| Eficiencia remoción DQO | 85-90% | 80-85% |
| Inversión inicial | Moderada | Alta |
| Complejidad operativa | Media | Alta |
Recomendación Enerloop
Para la mayoría de las destilerías colombianas, el Reactor Anaerobio de Contacto (RAC) tipo laguna carpada ofrece el mejor balance entre inversión, producción de biogás y facilidad de operación. El UASB se justifica solo para destilerías muy grandes (>500,000 L/día) o con restricciones severas de espacio.
Consideraciones especiales para vinaza
1. Control de temperatura
La vinaza sale de destilación a 70-90°C. Los microorganismos anaerobios trabajan óptimamente a 35-40°C (mesofílico) o 50-55°C (termofílico). Se requiere un sistema de enfriamiento:
- Torres de enfriamiento
- Intercambiadores de calor (recuperación de energía)
- Lagunas de enfriamiento previas
2. Neutralización de pH
El pH de la vinaza (3.5-5.0) es demasiado ácido para la digestión anaerobia. Se requiere:
- Adición de cal (CaO) o soda cáustica (NaOH)
- Ajuste gradual para no inhibir bacterias
- Monitoreo continuo durante operación
3. Manejo del potasio
La vinaza contiene alto contenido de potasio (5,000-12,000 mg/L) que puede inhibir el proceso a concentraciones muy altas. El diseño debe considerar dilución o adaptación gradual de la biomasa.
Proceso de implementación
Caracterización y diagnóstico
Análisis de laboratorio de vinaza y cachaza. Evaluación de volúmenes, variabilidad estacional y consumos energéticos actuales del ingenio.
Diseño de ingeniería
Dimensionamiento de sistemas de pretratamiento (enfriamiento, pH), reactor anaerobio, manejo de biogás y sistema de generación. Trámites UPME para beneficios Ley 1715.
Construcción
Instalación de equipos de pretratamiento, reactores, sistemas de biogás, antorchas de seguridad y equipos de generación eléctrica o caldera.
Puesta en marcha
Inoculación del reactor, arranque gradual con incremento progresivo de carga, ajuste de parámetros y capacitación del personal de operación.
¿Tiene un ingenio azucarero o destilería?
Solicite una evaluación técnica. Nuestro equipo especializado en tratamiento de vinazas le visitará para evaluar el potencial de biogás de su planta y diseñar una solución a la medida.