Evaluación de la producción de biogás a partir de la digestión anaerobia de paja de frijol: efecto de la relación sustrato/inóculo, concentración de inóculo y tamaño de partícula

Resumen

El biogás es una fuente de energía renovable que se obtiene a partir de la descomposición de sustratos orgánicos en ausencia de oxígeno, esto en un proceso conocido como digestión anaerobia. Dentro de los distintos tipos de sustratos aprovechables, los residuos agrícolas representan una opción destacada. En el estado de Guanajuato, durante el año 2024 se generaron aproximadamente 51,648 toneladas de residuos derivados del cultivo de frijol, los cuales en su mayoría no cuentan con un manejo adecuado para su disposición final. Este estudio evaluó el potencial de producción de biogás a partir de paja de frijol (PF) sin pretratar mediante digestión anaerobia, considerando tres variables clave: la relación sustrato/inóculo (S/I) (0.5, 1.0, 2.0 y 4.0), la concentración del inóculo (250 y 500 g/L) y el tamaño de partícula de la paja (mallas #12 y #20). Los experimentos se realizaron en condiciones en lote durante 36 días a temperatura ambiente. Se observó que la mayor producción acumulada de biogás (582.1 mL/g SV) se obtuvo con la relación S/I de 0.5, concentración de inóculo de 500 g/L y malla #20. La producción disminuyó significativamente con relaciones S/I de 2.0 y 4.0, probablemente debido a la acumulación de ácidos grasos volátiles que inhiben la metanogénesis, reflejada en una caída del pH por debajo de 5.0. El análisis estadístico reveló que solo la relación S/I tuvo un efecto significativo en la producción de biogás (p < 0.001), mientras que la concentración de inóculo y el tamaño de partícula no mostraron diferencias estadísticas relevantes. Sin embargo, el uso de partículas más pequeñas resultó en una ligera mejora en la producción, aunque no significativa, por lo que se sugiere utilizar tamaños mayores en futuros estudios para reducir costos de molienda. Además, se concluyó que el aumento en sólidos totales por mayor concentración de inóculo no causó aglomeración del sustrato ni afectó negativamente el rendimiento, lo que permite utilizar cualquiera de las dos concentraciones sin comprometer la eficiencia del proceso, siempre que se mantenga una relación S/I baja (0.5 o 1.0). Los rendimientos obtenidos fueron similares o superiores a lo reportado en estudios previos para otros sustratos lignocelulósicos que fueron sometidos a pretratamientos. Estos hallazgos refuerzan la viabilidad de la PF como fuente sostenible para la generación de biogás.