N1 Fundamentos · Lección 2 de 8 · 22 min

Fermentación alcohólica y compostaje: las otras dos rutas biológicas

Conversión bioquímica

Equipo docente de biomasa360 · Responsable: Dirección de oferta, calidad y Academia · Revisada el 25 de octubre de 2026 (revisión científica de cálculos y citas)

Al terminar podrás

Escribir la estequiometría de la fermentación alcohólica y calcular su rendimiento teórico (aplicar).
Explicar las condiciones de un compostaje higienizante: relación C/N, humedad y temperatura (comprender).
Elegir la ruta biológica adecuada para un residuo según su humedad y composición (evaluar).

Conviene saber antes

Lección «Digestión anaerobia: de la materia orgánica al metano».

Además de la digestión anaerobia, hay dos rutas biológicas maduras para la biomasa:

Fermentación alcohólica: levaduras (sobre todo Saccharomyces cerevisiae) convierten azúcares en etanol y CO₂. Con azúcares directos (caña, melaza) o almidón se habla de etanol de primera generación (1G); con celulosa y hemicelulosa de residuos, de segunda generación (2G).
Compostaje: descomposición aerobia controlada que produce un abono estabilizado. No genera un combustible, pero higieniza el residuo y recicla nutrientes.

\mathrm{C_6H_{12}O_6}\rightarrow 2\,\mathrm{C_2H_5OH}+2\,\mathrm{CO_2}\qquad Y_{\mathrm{teo}}=\frac{2\,M_{\mathrm{EtOH}}}{M_{\mathrm{glucosa}}}

Fermentación alcohólica de la glucosa y rendimiento teórico en masa (sin desvío a biomasa ni a glicerol).

Variables de la ecuación 1
Símbolo	Significado	Unidad
$Y_{\mathrm{teo}}$	rendimiento teórico de etanol	g g⁻¹
$M_{\mathrm{EtOH}}$	masa molar del etanol, 46,07	g mol⁻¹
$M_{\mathrm{glucosa}}$	masa molar de la glucosa, 180,16	g mol⁻¹

Ejemplo resuelto 1

Etanol teórico por kilo de glucosa

Calcula el rendimiento teórico de etanol en masa y en volumen (densidad del etanol: 0,789 kg/L a 20 °C).

Datos del ejemplo 1
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$M_{\mathrm{EtOH}}$	46,07	g mol⁻¹	—
$M_{\mathrm{glu}}$	180,16	g mol⁻¹	—
$\rho_{\mathrm{EtOH}}$	0,789	kg L⁻¹	propiedad física a 20 °C

Rendimiento en masa:
$Y_{\mathrm{teo}}=\frac{2\times46{,}07}{180{,}16}=0{,}511\ \mathrm{g\,g^{-1}}$
Volumen por kilo de glucosa:
$V=\frac{0{,}511\ \mathrm{kg}}{0{,}789\ \mathrm{kg\,L^{-1}}}=0{,}648\ \mathrm{L}$

Resultado

Y_{\mathrm{teo}}=0{,}511\ \mathrm{g\,g^{-1}}\approx0{,}65\ \mathrm{L\,kg^{-1}}

Interpretación: Casi la mitad de la masa del azúcar sale como CO₂. Ese CO₂ es biogénico y muy puro, y algunas destilerías lo capturan y lo venden.

En el compostaje, la temperatura es el indicador del proceso. La regla federal de EE. UU. para lodos (40 CFR 503, apéndice B) define cuándo el compostaje es un proceso para reducir aún más los patógenos (PFRP). Para las mezclas de residuos agrícolas, el Ministerio de Agricultura de Columbia Británica recomienda una relación C/N de 25:1 a 35:1 y una humedad de 40–60 % (BC Ministry of Agriculture and Food, 2025).

Figura 1Días mínimos a 55 °C o más para higienizar por compostaje (PFRP)

La hilera necesita cinco veces más días que un sistema cerrado porque sus bordes se enfrían: solo el volteo (al menos cinco veces) lleva todo el material al núcleo caliente.

Ver los datos en una tabla

Datos de la figura 1: Días mínimos a 55 °C o más para higienizar por compostaje (PFRP)
Método	Días	Volteos
Reactor cerrado (in-vessel)	3	0
Pila estática aireada	3	0
Hilera (windrow)	15	5

Fuente: 40 CFR Part 503, Appendix B (U.S. EPA), vía Legal Information Institute, Cornell.

\left(\tfrac{C}{N}\right)_{\mathrm{mezcla}}=\frac{\sum_i m_i\,C_i}{\sum_i m_i\,N_i}

Relación C/N de una mezcla de sustratos (masas secas y contenidos en base seca).

Variables de la ecuación 2
Símbolo	Significado	Unidad
$m_i$	masa seca del componente i	kg
$C_i$	fracción de carbono del componente i	kg kg⁻¹ (bs)
$N_i$	fracción de nitrógeno del componente i	kg kg⁻¹ (bs)

Ejemplo resuelto 2

Mezcla para llegar a C/N 30

Un residuo verde tiene 40 % C y 4 % N (C/N 10) y un residuo seco, 45 % C y 0,5 % N (C/N 90), ambos en base seca. ¿Qué masa seca del residuo seco hay que añadir por cada kg seco del verde para lograr C/N = 30? (Composiciones supuestas para el ejemplo.)

Datos del ejemplo 2
Dato	Valor	Unidad	Fuente
$C_1,N_1$	0,40; 0,040	kg kg⁻¹	supuesto
$C_2,N_2$	0,45; 0,005	kg kg⁻¹	supuesto
$(C/N)^*$	30	adimensional	dentro de 25–35 (BC, 2025)

Condición de mezcla con x kg del residuo seco:
$30=\frac{0{,}40+0{,}45x}{0{,}040+0{,}005x}$
Despeje:
$1{,}20+0{,}15x=0{,}40+0{,}45x\ \Rightarrow\ x=\frac{0{,}80}{0{,}30}=2{,}67$

Resultado

x\approx2{,}67\ \mathrm{kg\ seco\ por\ kg\ seco\ del\ residuo\ verde}

Interpretación: El material rico en carbono domina la mezcla. Si además está muy seco, habrá que añadir agua para quedar en 40–60 % de humedad.

Figura 2Corte transversal de una hilera de compostaje con su núcleo caliente y su capa exterior fría.

Tabla 1 ¿Qué ruta biológica conviene a cada residuo?
Rasgo del residuo	Digestión anaerobia	Fermentación alcohólica	Compostaje
Muy húmedo (> 80 % de agua)	Adecuada	Solo si tiene azúcares libres	Adecuado, mezclado con material seco
Rico en azúcares libres	Adecuada, con control de acidez	Ruta 1G directa	Posible
Lignocelulósico seco	Lenta: requiere pretratamiento	Ruta 2G: pretratamiento e hidrólisis	Lento, como estructurante
Rico en grasa	Mucho metano, riesgo de inhibición	No aplica	Posible en baja proporción

Fuente: Síntesis docente a partir de IEA (2020), Mosier et al. (2005) y Bernal et al. (2009).

Lo que no es evidente. El compostaje también pierde carbono: casi todo sale como CO₂ biogénico y no se aprovecha como energía. Si el objetivo es energía, la digestión anaerobia seguida del compostaje del digestato aprovecha el mismo residuo dos veces: primero se capta el metano y luego se estabiliza el sólido.

Ejercicios

Cálculo●○○
Una melaza aporta 500 kg de azúcares fermentables (como glucosa equivalente). ¿Cuánto etanol se obtiene si el proceso alcanza el 90 % del rendimiento teórico?
Ver la solución
500 × 0,511 × 0,90 = 230,1 kg de etanol, que equivalen a 292 L a 20 °C.
Criterio●○○
Una hilera se mantuvo a 58 °C durante 12 días con seis volteos. ¿Cumple el criterio PFRP de 40 CFR 503 para hileras?
Ver la solución
No. Para hileras se exigen 15 días o más a ≥ 55 °C con al menos cinco volteos en ese periodo. Le faltan tres días, aunque cumpla los volteos.
Caso●●○
Una planta procesadora de banano quiere tratar su raquis. ¿Compostaje o digestión anaerobia? Argumenta con datos.
Ver la solución
El raquis tiene 8,6 % de sólidos totales y dio 256 L CH₄/kg SV (Khan et al., 2016): unos 18 m³ de metano por tonelada fresca (1.000 × 0,086 × 0,8335 × 0,256). Si hay una demanda térmica cercana, la digestión aprovecha esa energía y su digestato se puede compostar después. Si no hay uso del gas, el compostaje con un material seco (para subir la C/N y bajar la humedad) es más simple y barato.

Autoevaluación

¿Cuál es el rendimiento teórico de etanol por gramo de glucosa?
1. 0,25 g
2. 0,511 g
3. 0,75 g
4. 1,0 g
Ver la respuesta
Respuesta: B. 2 × 46,07 ÷ 180,16 = 0,511 g/g; el resto sale como CO₂.
¿Qué relación C/N recomienda el Ministerio de Agricultura de Columbia Británica para las mezclas de compostaje?
1. 5:1 a 10:1
2. 25:1 a 35:1
3. 60:1 a 80:1
4. La C/N no importa
Ver la respuesta
Respuesta: B. Con menos de 25:1 sobra nitrógeno, que se pierde como amoníaco; con más de 35:1 el proceso se vuelve lento.
¿Por qué la hilera necesita más días a 55 °C que un reactor cerrado para higienizar?
1. Porque usa otro microorganismo
2. Porque sus bordes se enfrían y solo el volteo lleva el material al núcleo
3. Porque la norma es arbitraria
4. Porque la hilera no se calienta
Ver la respuesta
Respuesta: B. En un reactor cerrado todo el material alcanza la temperatura; en la hilera hace falta que cada parte pase por el núcleo caliente.

Referencias

U.S. Environmental Protection Agency. (s. f.). Pathogen treatment processes, 40 C.F.R. Part 503, Appendix B. Legal Information Institute, Cornell Law School. https://www.law.cornell.edu/cfr/text/40/appendix-B_to_part_503
BC Ministry of Agriculture and Food. (2025). Agricultural compost factsheets: Factsheet #1. How to begin on-farm composting. Government of British Columbia. https://www2.gov.bc.ca/assets/gov/farming-natural-resources-and-industry/agriculture-and-seafood/agricultural-land-and-environment/waste-management/compost-management/factsheet_1_how_to_begin_on-farm_composting.pdf
Bernal, M. P., Alburquerque, J. A., & Moral, R. (2009). Composting of animal manures and chemical criteria for compost maturity assessment: A review. Bioresource Technology, 100(22), 5444–5453. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.11.027
Mosier, N., Wyman, C., Dale, B., Elander, R., Lee, Y. Y., Holtzapple, M., & Ladisch, M. (2005). Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology, 96(6), 673–686. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2004.06.025
International Energy Agency. (2020). Outlook for biogas and biomethane: Prospects for organic growth. IEA. https://www.iea.org/reports/outlook-for-biogas-and-biomethane-prospects-for-organic-growth
Khan, M. T., Brulé, M., Maurer, C., Argyropoulos, D., Müller, J., & Oechsner, H. (2016). Batch anaerobic digestion of banana waste: Energy potential and modelling of methane production kinetics. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 18(1), 110–128. https://cigrjournal.org/index.php/Ejounral/article/view/3244

Para profundizar

Bernal, M. P., Alburquerque, J. A., & Moral, R. (2009). Composting of animal manures and chemical criteria for compost maturity assessment: A review. Bioresource Technology, 100(22), 5444–5453. — Revisión muy citada sobre el proceso de compostaje y los criterios químicos de madurez del compost.
U.S. Environmental Protection Agency. (s. f.). Pathogen treatment processes, 40 C.F.R. Part 503, Appendix B. Legal Information Institute, Cornell Law School. — Texto legal con los criterios de tiempo y temperatura de higienización; útil como referencia de diseño.

Cómo citar esta lección

APA 7, para tu tesis o tu informe:

Equipo docente de biomasa360. (2026). Fermentación alcohólica y compostaje: las otras dos rutas biológicas (Versión 2026-10) [Lección del curso «Conversión bioquímica»]. Academia 360, biomasa360. Recuperado el 26 de octubre de 2026, de https://biomasa360.com/academia/conversion-bioquimica/fermentacion-alcoholica-y-compostaje/

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