Mejora continua de la calidad en SS a partir de localizaciones de plantas de biogás

El mundo actual enfrenta una crisis energética debido al uso indiscriminado de los combustibles convencionales (petróleo, gas natural y carbón); y que se hace cada día más grave por el carácter no renovable de estos recursos y su desmedida utilización en diferentes países del mundo

En Alemania en los últimos años se han logrado buenos resultados en el desarrollo de las fuentes renovables de energía. La ley de las energías renovables en este país, vigente desde el 2000 y modificada en el 2004, favorece con ayudas económicas estatales a los que producen energía eléctrica con fuentes renovables, se plantea que con un uso masivo de las fuentes renovables (solar directa, biomasa, viento y agua), en sesenta años todas las fuentes de energía podrían ser renovables.

Cuba, no se queda atrás en este aspecto, la producción de energía eléctrica, siempre ha presentado dificultades pues ha dependido de la importación de combustible por lo que se impone aprovechar plenamente las fuentes renovables de energía. Por una parte se encuentra que la utilización de la hidroenergía en Cuba es limitada, así como el aprovechamiento de la energía eólica y la energía solar. A partir de este análisis sólo la utilización de la biomasa como fuente de energía representa una alternativa real para la disminución del consumo de portadores energéticos convencionales en la generación de electricidad.

La incineración de la basura, es una de las alternativas proclamadas por algunos sectores, pero esto puede contaminar la atmósfera y destruir un valioso recurso. Ya es hora de tener en cuenta estos materiales ricos en nutrientes, pues estos residuos orgánicos aumentan considerablemente cada año, ya sean las basuras, las aguas fecales o los excrementos que se generan, son vistos en general como un problema del que hay que desprenderse. Pero, ¿y si en lugar de ser un problema se convirtieran en una forma ecológica de obtener energía? Esta idea se lleva practicando desde hace años con el denominado biogás.

Estudios realizados en Cuba han demostrado que el uso del efluente líquido representa económicamente más beneficio que el propio biogás.El biogás se puede generar tanto de forma natural- y en este sentido el gas natural no es más que un tipo de biogás surgido por el mismo proceso a partir de residuos orgánicos que quedaron enterrados o de forma artificial, en dispositivos diseñados para eliminar la contaminación de origen orgánico y producir energía. En teoría, una tecnología adecuada puede aprovechar cualquier residuo orgánico para crear biogás y los usos que pueden dársele son los mismos que cuando se utiliza gas natural porque, en definitiva, no es más que otra forma de biogás. Para comprender el verdadero alcance de sus ventajas es importante asimilar esa doble vertiente que posee el biogás como productor de energía y como eliminador de la contaminación y los residuos.

Específicamente en Cuba el uso del biogás se ha restringido para cocinar y solo en algunos casos como oxicorte, sin embargo existen experiencias internacionales dirigidas a la obtención de energía térmica y eléctrica. Un ejemplo es la empresa BiokraftwerkFurstenwalde en los alrededores de Berlín, donde la energía eléctrica se genera en un generador eléctrico acoplado a un motor de combustión interna de diesel y biogás, utilizando como fuente de energía, una parte de los residuos urbanos de Berlín y Brandenburg.

Cuba lleva adelante desde 2005 la "revolución energética", un programa integral para reducir el uso de combustibles desarrollando además tecnologías sustentables o alternativas. Se han realizado varios estudios en lo referido a fuentes de energía renovable y en específico al biogás, ya en la capital se comenzó a poner en práctica una planta de biogás en el principal vertedero de residuos urbanos de la calle 100, para producir electricidad a partir del procesamiento de la basura orgánica, cada tonelada produce entre 30 y 40 metros cúbicos de gas metano a partir del cual un grupo electrógeno genera entre 60 y 70 kilovatios/hora. Estudios realizados en la provincia de Sancti Spíritus, se han basado en la estimación teórica de los potenciales de biomasa a partir de recursos agrícolas, pecuarios e industriales, utilizando como base la información de los anuarios estadísticos del año anterior y referido principalmente al sector estatal. Sin embargo, los valores obtenidos en estos trabajos no tienen en cuenta la disponibilidad real de los recursos a partir de su posible recolección y su concentración en determinadas localidades. También se realizó un estudio donde se estimó el potencial real de residuos disponibles en el sector cooperativo y campesino que es bien representativo en la producción de residuos que pueden ser utilizados para producir biogás a gran escala.

En la provincia existe un potencial que puede ser utilizado para la producción de biogás con fines energéticos pero se carece de instrumentos metodológicos que permitan representar geográficamente las posibles localizaciones de plantas de biogás con fines energéticos en la provincia Sancti Spíritus.Por lo anteriormente expuesto se realiza la siguiente revisión bibliográfica en busca de un procedimiento que permita representar geográficamente las posibles localizaciones de plantas de biogás con fines energéticos en la provincia Sancti Spíritus.

Situación energética mundial

Los debates recientes sobre medio ambiente y desarrollo coinciden con el agravamiento de la situación socioeconómica mundial, debido al impacto de la crisis económica global con particular crudeza en las dimensiones financiera, comercial, energética, social, alimentaria y ambiental (Pichs, 2012). Desde la década del 70 del pasado siglo se habla de crisis de los combustibles, con su manifestación más directa en el precio de éstos. Situación que se agudiza con el crecimiento acelerado de la demanda de energía global basada en un 88% sobre combustibles fósiles. A pesar de los cambios que ya se observan hacia el uso de las fuentes renovables de energía, en las estadísticas mundiales prácticamente no se visualiza el aporte de la energía obtenida por la conversión energética del biogás. No obstante, en regiones como Europa la potencia instalada a partir del biogás aportó en el 2007 cerca de 6 millones de TEP, con un crecimiento anual del 20% (Braun et al., 2010). El Grupo Banco Mundial (2014) apoya la iniciativa Energía Sostenible para Todos ,que apunta a lograr las siguientes tres metas a más tardar en 2030: a) dar acceso universal a la electricidad y los combustibles fósiles limpios; b) duplicar la cuota global de las energías renovables de 18 % a 36 %, y c) doblar la tasa de mejora en la eficiencia energética. Un total de 85 países ha decidido participar en la iniciativa y diversos organismos públicos, privados y no gubernamentales están respaldando su implementación. El sector de la energía contribuye de manera significativa a las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. La eficiencia energética y el uso de fuentes renovables son las medidas que tienen el mayor potencial para limitar dichas emisiones y mantener el calentamiento global por debajo de 2°C.

Situación Energética en Cuba

En el caso más específico de Cuba se debe señalar que en 1959 la Compañía Electricidad tenía una capacidad de generación de 470 Mw y sus instalaciones se repartían entre dos sistemas eléctricos independientes: Uno para la zona centro occidental y el otro para la oriental. El total del servicio abarcaba el 56% de la población cubana.

El triunfo de la Revolución Cubana inicia una nueva etapa, son rebajadas las tarifas y en 1966 la situación de la generación de electricidad mejoró en el país con la adquisición y entrada en servicio de generadores de la Unión Soviética y Checoslovaquia, así como se suministró por la URSS el combustible necesario.

El desarrollo del sector energético en Cuba posibilitó una amplia electrificación del país llegando a cubrir un 95 % de la población, pero estuvo caracterizado por la posibilidad de adquirir los combustibles de los países socialistas y por una elevada dependencia del consumo de petróleo. En ese sentido se firma en diciembre del 2012 un decreto presidencial para impulsar el desarrollo e implementación de las fuentes renovables de energía hasta el 2030 (López A, 2013).

Situación energética en Sancti Spíritus

En la provincia Sancti-Spíritus existen cuatro subestaciones propias de 110 kV donde se transforma la energía eléctrica al nivel de 33 kV. De este nivel se transforma a 13,8 KV y 4,16 KV en 95 subestaciones de distribución ubicadas en distintos puntos del territorio llevándola al nivel de distribución primaria y de allí al nivel de distribución secundaria a través de bancos de transformadores para su consumo. Además se generó en el 2005 por concepto de utilización del bagazo en tres Centrales Azucareros 31 MW en el período de zafra. Se encuentran en funcionamiento 5 mini hidroeléctricas que no están conectadas al SEN (Sistema Energético Nacional) con una potencia instalada de 140 kW y está en ejecución un proyecto para una hidroeléctrica en la presa Zaza con una capacidad instalada de 2.7 MW. Hoy se cuenta con recursos disponibles para uso energético que pueden ser una fuente importante para la producción de biogás, por lo que deben ser estudiados. Existe un potencial estimado teóricamente para la producción de biogás que asciende a 80 549 777.03 m3 anuales a partir de los desechos de la producción pecuaria, agrícola e industrial, siendo el mayor aporte los desechos pecuarios (63%). Existe un potencial de biomasa que se podría utilizar para la producción de biogás equivalente a 36,9 ktep. La utilización del potencial disponible de desechos orgánicos de la producción agropecuaria y cañero – azucarera posibilitaría la generación de 179.8 GWh de energía eléctrica y 267.9 GWh de energía térmica. Sin embargo existen otras fuentes no estudiadas como son los desechos orgánicos urbanos, o los provenientes de la producción agropecuaria, forestal, cañero – azucarera e industrial, los cuales son un potencial apreciable para la obtención de energía a gran escala y por tanto una perspectiva para la mejora de las condiciones energéticas de la provincia. Los combustibles fósiles aportan el 81% de la producción de energía primaria en Cuba y el 95% de la energía eléctrica (Vázquez et al., 2013). Existen cerca de 34 600 instalaciones que utilizan fuentes renovables de energía; entre estas los molinos de viento, calentadores solares y sistemas fotovoltaicos, aportando un 3,8% de la energía eléctrica (Arrastía, 2012). Específicamente el biogás solamente significa un 0,25% en el consumo de energía primaria, a pesar de que se reportan más de 500 biodigestores en el país (López A., 2013).

Fuentes renovables de energía: el biogás

Para hablar de las energías renovables, debemos recordar que estas se entienden como fuentes de energía cuya durabilidad en el tiempo es inagotable, en comparación con la vida de los seres humanos (Romero, 2006). En este particular, puede ejemplificarse que el sol debe permanecer saliendo cada día, aún por un período de 5 000 millones de años, lo que significa que esta fuente estará presente por un período de tiempo inagotable para los seres humanos de hoy. Existen, a saber, tres fuentes principales de energías renovables: la energía del sol, la energía del sistema gravitacional tierra – luna (que se manifiesta principalmente por la energía del oleaje del mar) y la energía de las profundidades terrestres (que se manifiesta fundamentalmente por la energía de los volcanes).

De todas ellas, la más conocida y difundida en Sancti Spíritus es la energía solar (Romero, 2006). Existen varias formas de utilizar las energías renovables, las que a su vez poseen tecnologías específicas, por ejemplo la energía eólica es la fuente de energía que está creciendo más rápidamente y podría cubrir en el 2020 el 12% de toda la electricidad mundial. La energía eólica requiere condiciones de intensidad y regularidad en el régimen de vientos para poder aprovecharlos. El viento contiene energía cinética (de las masas de aire en movimiento) que puede convertirse en energía mecánica o eléctrica por medio de aeroturbinas, las cuales están integradas por un arreglo de aspas, un generador y una torre, principalmente.

La producción de biogás a partir de cultivos energéticos no se considera éticamente apropiada, ya que la demanda de alimentos no permite pensar en utilizar grandes extensiones de tierra para producir energía. Una opción loable puede ser el aprovechamiento energético por la ruta del biogás de los residuos que se generan durante la actividad agropecuaria, con un marcado impacto ambiental. Estos residuos son también materiales lignocelulósicos por lo que se mantiene la problemática científica a resolver. La energía obtenida a partir de éstos evitaría las emisiones de gases de efecto invernadero debido a una adecuada disposición al medio ambiente de los mismos y a la reducción de las emisiones de CO2 equivalente por sustitución de combustibles fósiles. Adicionalmente, se obtiene del proceso un residuo digerido con propiedades como fertilizante orgánico que permite mantener la productividad del suelo lo más cercano posible a su potencial, devolviendo los nutrientes de forma más asimilable por las plantas. Es por estas razones, entre otras, que el uso de los residuos agroindustriales como fuente de carbono constituye un campo de estudio novedoso en la biotecnología anaerobia.

Consideraciones económicas relacionadas con la producción de biogás en Cuba

Dada la sensibilidad ante la situación macroeconómica y las limitaciones financieras de Cuba, un proyecto energético debe pasar por un minucioso análisis y evaluación de la inversión (Menéndez, 2012), que incluya el análisis de las incertidumbres financieras. En el caso de los proyectos de biogás es importante al realizar el análisis de factibilidad económica, contar con la oferta precisa de un proveedor que establece los parámetros técnicos y costos reales de la inversión a realizar. Por lo anterior y teniendo en cuenta la opinión de autores como (Pardo 2014) y (Rocha 2013) se recomienda que en la fase de estudios de potencialidades y utilización de residuales para generar energía a partir de biogás, lo más conveniente es centrarse en un estudio de prefactibilidad que busca acercarse a las características y potencialidades generales del proyecto, así como determinar los elementos relativos a los costos de inversión y el efecto económico de la posible instalación.

Efecto ambiental de la producción de biogás

La producción de biogás como una fuente renovable ha emergido rápidamente en varios países, principalmente europeos, con la expectativa de mitigar sustancialmente los gases de efecto invernadero (GEI) y reducir la energía a partir de combustibles fósiles. Para ello han creado diferentes regulaciones o incentivos a favor de la energía renovable (Meyer-Ulrichet al., 2012). Los beneficios ambientales de la tecnología del biogás se deben principalmente a la sustitución de energía fósil por la del biogás y a la mitigación de las emisiones que ocurren en el sistema de referencia. Tal es el caso de las plantas de biogás que tratan estiércol de animal que mitigan emisiones debido al almacenamiento de ese estiércol, sin embargo cuando se emplea como sustrato cultivos energéticos como el maíz, se producen grandes emisiones asociadas a la cosecha, que pueden llegar incluso a contrarrestar o hacer neutral el efecto de mitigación por el uso del biogás. En tal sentido se desarrollan estudios que fundamentan la sostenibilidad de esta.

Al realizar la revisión de la bibliografía científica disponible para determinar el estado del arte y de la práctica sobre fuentes renovables de energía, biogás, ventajas y usos,estado actual de la producción de biogás en Cuba, se afirma que la tecnología del biogás, aunque con bajo aporte energético hasta hoy, es una tecnología de elección por su significación en el aporte energético y en la mitigación de gases de efecto invernadero, en Cuba ha estado dirigida hacia soluciones ambientales sin evaluar sus amplias posibilidades energéticas.

Referencias bibliográficas

• 1. Pichs, R. (2012). Recursos naturales, economía mundial y crisis ambiental. La Habana: Editorial Científico-Técnica.

• 2. Braun, R., Weiland, P. y Wellinger A. (2010). Biogas from Energy Crop Digestion. IEA Bioenergy. Task 37 – EnergyfromBiogas and Landfill Gas. Disponible en: http://www.biogasmax.eu/media/iea_1_biogas_energy_crop__007962900_1434_30032010.pdf/ (revisado en septiembre 2014).

• 3. http://www.bancomundial.org(revisado en septiembre 2014).

• 4. López, A. (2013, mayo). Conferencia magistral en la XII Conferencia mundial de energía eólica. La Habana, Cuba.

• 5. Vázquez, A., Conrado, F., Castro, M., et al., (2013, junio). Marco regulatorio de las fuentes renovables de energía. Ponencia presentada en el XI Seminario Nacional de Energía en apoyo a la toma de decisiones. La Habana, Cuba.

• 6. Arrastía, M. A. (2012, Agosto 7). Por el dominio gradual de las energías renovables. Periódico Juventud Rebelde.

• 7. Romero, O. (2006). Producción de biogás con fines energéticos. De lo histórico a lo estratégico. Revista Futuros No. 16, 2006 Vol. IV. ISSN: 1913-6196. Disponible en: http://www.revistafuturos.info/raw_text/raw_futuro16/produccion_biogas.pdf.

• 8. Menéndez, M. (2012). Cuba se propone cambiar su matriz energética. Boletín clips de energía N° 11. Publicación quincenal de Cubaenergía con la actualidad energética. ISSN 2077-8473.

• 9. Pardo, J. A. Estudio de prefactibilidad de un proyecto para la prestación de servicios de acabados para viviendas de interés social en Bogotá. Disponible en http://www.javeriana.edu.co/biblos/tesis/ingenieria/tesis45.pdf(revisado junio 2014.

• 10. Rocha, W. H. (2013). Ciclo de vida de los proyectos. Disponible en: http://proyectosdeinversionwr.bligoo.com.co/media/users/10/534855/files/56394/CICLO_DE_VIDA_DE_LOS_PROYECTOS.pdf (revisado junio 2013).

• 11. Meyer-Ulrich, A., Schattauer, A., Jürgen, H., et al. (2012). Impact of uncertainties on greenhouse gas mitigation potential of biogas production from agricultural resources. RenewableEnergy, 37, 277-284.

Autor:

Ing. Yaildris González FernándezI

Ing. Arelys López ConcepciónII

Ing. Martha Laida Reina Vera III

Datos de los autores:

I-Ing. Indudtrial, Especialista de Calderas, Alastor, SS, Cuba-

II – Ing. Indudtrial, Jefa y professora del área de informáticas del Centro Educativo Balandra Cruz del Sur,

Guayaquil, Ecuador

III- especialista de la UCT, CITMA, SS, Cuba,