Instalaciones Porcinas 10/12

 

La Digestión Anaeróbica

La aplicación del biogás en el área rural

 

 

En estos tiempos donde nuevamente se habla de la fuerte incidencias de los costos de los combustibles así como de la creciente contaminación del medio agrícola se propone introducir la temática de la digestión anaeróbica. Cuando hablamos de contaminación no nos limitamos sólo a la del agua y el suelo sino también a la atmosférica ya que el metano libera de las lagunas sin control contribuye en gran medida al calentamiento global del planeta.

La fermentación anaeróbica es un proceso natural que ocurre en forma espontánea en la naturaleza y forma parte del ciclo biológico. De esta forma podemos encontrar el denominado “gas de los pantanos” que brota en aguas estancadas, el gas natural metano de los yacimientos petrolíferos así como el gas producido en el tracto digestivo de los rumiantes como los bovinos. En todos estos procesos intervienen las denominadas bacterias metanogénicas.

Las primeras menciones sobre biogás se remontan al 1.600 identificados por varios científicos como un gas proveniente de la descomposición de la materia orgánica. En el año 1890 se construye el primer biodigestor a escala real en la India y ya en 1896 en Exeter, Inglaterra, las lámparas de alumbrado público eran alimentadas por el gas recolectado de los digestores que fermentaban los lodos cloacales de la ciudad.

La generación de biogás, mezcla constituida fundamentalmente por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), y pequeñas cantidades de hidrógeno (H), sulfuro de hidrógeno (SH2) y nitrógeno (N) constituye un proceso vital dentro del ciclo de la materia orgánica en la naturaleza. Las bacterias metanogénicas en efecto constituyen el último eslabón en la cadena de microorganismos encargados de digerir la materia orgánica y devolver al medio elementos básicos para reiniciar el ciclo. Se estima que anualmente la actividad microbiológica libera a la atmósfera entre 590 y 880 millones de toneladas de metano.

Tras las guerras mundiales comienza a difundirse en Europa las llamadas fábricas productoras de biogás cuyo producto se empleaba en tractores y automóviles de la época. En todo el mundo se difunden los denominados tanques lmhoff para el tratamiento de aguas cloacales colectivas. El gas producido se lo utilizó para el funcionamiento de las propias plantas, en vehículos municipales y en algunas ciudades se lo llegó a inyectar en la red de gas comunal. Durante los años de la segunda guerra mundial comienza la difusión de los biodigestores a nivel rural tanto en Europa como en Chica e India que se transformaron en líderes en la materia. En la actualidad, uno de los países líderes en tecnología es Alemania con miles de digestores funcionando a nivel rural e industrial.

Esta difusión se ve interrumpida por el fácil acceso a combustibles fósiles y recién en la crisis energética de la década del ’70 se reinicia con gran ímpetu la investigación y extensión en todo el mundo incluyendo la mayoría de los países latinoamericanos. Los últimos 20 años han sido fructíferos en cuando a descubrimientos sobre el funcionamiento del proceso microbiológico y bioquímico gracias al nuevo material de laboratorio que permitió el estudio de los microorganismos en condiciones anaeróbicas (ausentes de oxígeno).

A lo largo de los años transcurridos, la tecnología de la digestión anaeróbica se fue especializando abarcando actualmente diferentes campos de aplicación con objetivos diversos (ver gráfico 1). Como puede apreciarse, según los campos de aplicación de la tecnología de la fermentación anaeróbica los objetivos buscados son diferentes o tienen un distinto orden de prioridades. Analizaremos brevemente la evolución y estado actual de cada uno de los campos descriptos.

 

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Los reactores anaeróbicos agroindustriales son de enormes dimensiones (más de 1.000m3 de capacidad), trabajan a temperaturas mesofílicas (20°C a 40°C), o termofílicas (más de 40°C) poseen sofisticados sistemas de control y están generalmente conectados a equipos de cogeneración que brindan como productos finales calor, electricidad y un afluente sólido de alto contenido proteico, para usarse como fertilizante o alimento de animales.

La aplicación del biogás en el área rural ha sido muy importante y dentro de ella se pueden diferenciar dos campos claramente distintos. En el primero, el objetivo buscado es dar energía, sanidad y fertilizantes orgánicos a los agricultores de zonas marginales o al productor medio de los países con sectores rurales de muy bajos ingresos y difícil acceso a las fuentes convencionales de energía. En este caso las tecnología desarrollada ha buscado lograr digestores de mínimo costo y mantenimiento fáciles de operar pero con eficiencias pobres y bajos niveles de producción de energía.

El segundo tipo de tecnología está dirigido al sector agrícola y agroindustrial de ingresos medios y altos. El objetivo buscado en este caso es brindar energía y solucionar graves problemas de contaminación. Los digestores de alta eficiencia desarrollados para esta aplicación tienen un mayor costo inicial y poseen sistemas que hacen más complejo su manejo y mantenimiento.

Ambos tipos de digestores se encuentra hoy en día en continua difusión. Los reactores sencillos han tenido una amplia aceptación en China e India; debido a que en estos países se ejecutaron importantes planes gubernamentales que impulsaron y apoyaron con asistencia técnica y financiera su empleo. En el caso de los países del mundo la difusión alcanzada por este tipo de digestores no ha sido significativa. Con respecto a los digestores de alta eficiencia, la mayoría se encuentran instalados en Europa (se estima un total de 7.000 digestores en los países de la CEE).

Las materias primas fermentable incluyen dentro de un amplio espectro a los excrementos animales y humanos, aguas residuales orgánicas de las industrias (producción de alcohol, procesado de frutas, verduras, lácteos, carne4s, alimenticias en general), restos de cosechas y basuras de diferentes tipos, como los efluentes de determinadas industrias químicas.

Básicamente, el sistema integral incluye a las instalaciones apropiadas para la recolección y limpieza de corrales, una cámara de recepción, una de digestión denominada comúnmente reactor y un depósito de efluentes tratados que deben ser empleados adecuadamente. Por otro lado están las líneas de gas y los depósitos y sistemas de uso. Cada unas de las partes enunciadas es crucial y un proyecto puede fallar si alguna de ellas no está debidamente atendida.

La producción de gas de un digestor anaeróbico es continua a lo largo de las 24 horas del día; no ocurre lo mismo con el consumo que por lo general está concentrado en una fracción corta de tiempo. Por este motivo será necesario almacenar el gas producido durante las horas en que no se consuma. La dispersión del consumo y la intensidad determinarán el volumen de almacenamiento requerido. Por lo tanto cuanto más concentrado esté el consumo en un período de tiempo corto, mayor será la necesidad de almacenaje. Por lo general el volumen de almacenamiento no baja del 50% de la producción diaria.

El análisis preliminar de todo tipo de tecnología debe tomar como punto inicial el aspecto humano. En este tema entran a jugar la capacidad de la mano de obra, el tiempo disponible que se puede dedicar a la nueva actividad y la predisposición a realizarla. Estos factores se tornan limitantes en muchos lugares y establecimientos debido a la sobrecarga de tareas y responsabilidades a cargo del personal y a la predisposición al manejo de estiércol o residuo que está condicionada al tipo de manipulación que se hacía del mismo, con anterioridad a la introducción de esta nueva técnica. Se deberá por consiguiente buscar un tipo de digestión que no altere en forma significativa las tareas y manejo que se realizaban tratando de economizar la cantidad de horas/hombres para la operación.

Desde el punto de vista de la materia prima será necesario contar con un sistema fácil de recolección y manipulación evitándose en las zonas frías el lavado con agua de las instalaciones el cual produce grande volúmenes con altas diluciones y bajas temperaturas. El medio ambiente con sus características climáticas y de suelo condicionan el tipo de digestor a construir incidiendo también en la selección del modelo y el monto de la inversión inicial necesaria ya que existen parámetros que pueden ser modificados como la temperatura de funcionamiento, el tiempo de retención hidráulica y la velocidad de carga volumétrica los cuales están relacionados entre sí y determinan la eficiencia final del digestor y la energía neta disponible.

Dada la importancia que tiene la temperatura ambiente en la determinación de costos y definición de la técnica a emplear analizaremos con mayor profundidad este aspecto. Para las zonas templadas y frías existen dos opciones principales que deben considerarse a fin de dimensionar y diseñar el reactor. Estas opciones están determinadas  fundamentalmente por la temperatura de trabajo del equipo pudiéndose optar entre temperaturas: ambiente 10°C a 25°C, mesofílica 25°C a 40°C y termófilica 40°C a 55°C. El rango de temperatura en que finalmente trabaje el sistema determinará el tiempo de permanencia de la materia en el digestor o tiempo de retención y la eficiencia de producción del biogás. En el cuadro 1 se observa cómo se modifican cada uno de los parámetros enunciados.

 

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La modificación de los tiempos de retención tiene una directa influencia sobre el tamaño del digestor requerido para un mismo volumen de materia a digerir con la con siguiente modificación de la inversión inicial necesaria. El proceso no genera calor suficiente para elevar y mantener la temperatura por lo tanto se requerirán sistemas de calefacción, aislación y control en el caso de optarse por trabajar en el rango meso o termofílico. Estos sistemas y controles también inciden en los costos iniciales y de mantenimiento de los digestores.

Presentada de esta manera se nos presenta la duda si esta alternativa será viable para su realidad particular. Debemos decir que se debe efectuar un cuidadoso análisis de cada situación particular. El Argentina ya hay emprendimientos exitosos. Para ayudar al análisis de donde tendrá mayor posibilidad de éxito esta tecnología daremos las siguientes pautas:

 

Insumos o materia prima con bajo costo de oportunidad

 

Se darán en los lugares que presenten las siguientes características:

ü Zonas de producción tipo intensiva donde se concentre el sustrato o materia prima a emplear, debido a la factibilidad y transporte de la misma.

ü No haya restricciones de tipo social al manejo de los deshechos y al aprovechamiento del estiércol.

ü Exista una tradición, costumbre o metodología de recolección de residuos.

ü Se disponga de agua en forma, cantidad y calidad suficiente para alimentar los digestores.

ü Se disponga capital suficiente, con un bajo costo de oportunidad, por haberse cubierto las principales inversiones alternativas de alta rentabilidad o se disponga de créditos preferenciales.

ü Exista disponibilidad de mano de obra con capacidad y voluntad para la operación de los digestores.

 

La eficiencia del sistema sea “adecuada”

 

Existe alta probabilidad de obtener rendimientos adecuados donde:

ü Haya una seguridad de suministro constante en tipo y calidad de sustrato fermentable. Variaciones en el material a digerir complican el funcionamiento de los reactores.

ü Se disponga de asistencia técnica para las etapas de diseño, puesta en marcha y mantenimiento del digestor.

ü La temperatura ambiente no sea baja. Zonas de menor temperatura obligan a recurrir a sistemas de calefacción que dejan disponible una menor cantidad de energía.

ü Se logre un adecuado diseño del digestor, lo cual permitirá un mejor manejo, un ahorro de tiempo de operación y un aumento en la confiabilidad.

ü Se disponga de un adecuado servicio de mantenimiento.

 

Los productos generados tengan un significativo valor

 

Estas condiciones se darán en los lugares donde:

ü Existe un limitante al libre acceso a los combustibles tradicionales.

ü Existe escases en el medio convencional de obtenido de energía, ej: leña. No hay disponibilidad de dinero para satisfacer la demanda de energía y fertilizantes

ü Los tipos de tratamientos de los deshechos deben ser realizados a altos costos.

ü El costo del manipuleo de las materias primas y el efluente es bajo y competitivo.

ü Las características del suelo son tales que se logran altas respuestas en el rendimiento de los cultivos ante las aplicaciones de abonos.

 

Cada uno deberá efectuar un análisis cuidadoso y sumar la cantidad de las características que se enumeraron. Cuanto mayor sea la cantidad de dichos factores que se den positivamente se verán grandes posibilidades de implementar este tipo de tecnología con éxito y en forma redituable.

 

Desafíos para el futuro

 

Como lo demuestran los casos de países donde se ha difundido esta tecnología la investigación de la misma debe embarcarse dentro de un contexto de unas políticas sobre el desarrollo, energía y conservación del medio ambiente, tanto en el medio rural como en el industrial. Antes de continuar o iniciar nuevas investigaciones se deberá resolver la pregunta: ¿Qué importancia tiene el biogás para satisfacer las necesidades del medio? Si esta tecnología brinda una respuesta afirmativa, la investigación deberá estar ambientada a solucionar problemas específicos.

En particular, el objetivo de maximizar el rendimiento en gas deberá compatibilizarse con los requerimientos del sector a quien va dirigida esta técnica. Lo “apropiado” de la misma variará según la zona, tipo de exploración, etc. Y estará determinado por el objetivo final buscado y la disponibilidad del recurso. La tendencia a una reducción general de los costos del sistema constituye una prioridad general debiéndose evaluar en zonas templadas y frías la alternativa de trabajar con mayores tiempos de retención y grandes volúmenes de digestores o el aumentar la temperatura de funcionamiento con la inclusión de sistemas de aislación y calefacción, lo cual reducirá los tiempos de retención requeridos y por lo tanto los volúmenes de los reactores.

La información actual disponible sobre la viabilidad, operatividad y eficiencia de las plantas a nivel mundial es variable, de allí la imperiosa necesidad de contar con unidades demostrativas convenientemente monitoreadas para definir los parámetros fundamentales que permitan realizar los estudios económicos. La viabilidad de las plantas se verá también influenciada por la relación costo-beneficio presente en las distintas zonas o actividades, por lo tanto se necesitará realizar para cada caso el estudio integral. Dichos estudios podrán ser realizados siguiendo alguno de los patrones enunciados en el presente trabajo presentando particular atención a la predisposición del hombre de cada lugar para adoptar esta técnica, tanto para su operación como para la utilización de los productos generados.

Por último, la investigación y desarrollo futuro de esta técnica presentará características diferenciales en cada lugar, por lo cual dichas tareas tendrán fundamentalmente carácter centralizado y el íntimo contacto con el medio. Este punto es particularmente importante en países como Argentina, caracterizados por una gran diversidad de zonas diferentes tanto social, económica como ecológicamente.

 

Fuente: Hibert, Jorge A. Instituto de Ingeniería Rural, INTA Castelar.Universoporcino.com

 

 

 

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