Aporte del manejo de residuales de la producción porcina a la sostenibilidad

• Problema

¿Cuál es el efecto energético, económico, ecológico, social y el aporte a la sostenibilidad del biodigestor tubular de la Finca de Referencia Nacional "La Inesita"?

Hipótesis:

Con la evaluación del efecto energético, económico, ecológico y social del biodigestor tubular, es posible determinar el aporte de esta instalación a la sostenibilidad de la finca "La Inesita"

Objetivo General:

Determinar el aporte del biodigestor a la sostenibilidad de la finca "La Inesita", evaluando los aspectos energéticos, económicos, ecológicos y sociales.

Objetivos específicos:

• Determinar los costos energéticos, económicos, ecológicos y del recurso agua de la producción de cerdos

• Evaluar el aporte energético y descontaminante de las excretas realizadas por el biodigestor

• Cuantificar el beneficio social de las instalaciones para el procesamiento de residuales porcinos de la finca

Tareas:

• Estado del arte

• Cuantificación de las entradas de energía y del recurso agua al proceso de producción de la unidad y para la producción de biogás

• Evaluación del efecto ambiental de la producción de la unidad

• Procesamiento de la información primaria, elaboración del documento con las conclusiones y recomendaciones

• Introducción

Hasta el día de hoy, el 90% de las necesidades energéticas de nuestro planeta son satisfechas con la utilización de combustibles fósiles (petróleo, gas, carbón).

Todos ellos son extinguibles, fuertemente contaminantes y utilizados de forma ineficiente, por el interés predominante de la producción de energía sobre el de su efecto ecológico. (Campos, 2009)

La energía, para el hombre, es el símbolo y la base de la fuerza, la capacidad de utilizar los recursos, de proyectar cambios, transformar el mundo e imponer sus ideas y creencias, generar el futuro y, en fin, crear la realidad que surge en su mente, sea esto favorable o no para su propia vida (Henríquez, 2002).

Las fuentes renovables de energía alcanzan una gran difusión debido a sus ventajas en cuanto al ahorro de combustibles fósiles y a la no contaminación del medio ambiente, pero estas fuentes (fotovoltaica, eólica, biomasa, hidráulica y otras) aún no satisfacen las necesidades energéticas de nuestro país, aunque han sido determinantes en la solución de muchos problemas energéticos (electrificación rural, abastecimiento de agua…). (Hernández, 2004).

En la actualidad, las denominadas energías duras o convencionales (carbón, petróleo…) siguen representando nuestras fuentes principales de energía, tanto para el sector residencial como para el productivo. Por lo tanto, dado que no podemos prescindir de estos tipos de portadores energéticos que representan costos millonarios a nuestra economía, es necesario reforzar las medidas de ahorro y el uso racional de dichos potenciales energéticos, de forma tal que en alguna medida se compensen los gastos que de su utilización se derivan.

El ahorro de cualquier forma de energía y su uso racional inevitablemente presupone la aplicación y control de un programa confeccionado para ese fin, pero dicho programa no se elabora de forma empírica, sino a partir de métodos o procedimientos técnicamente fundamentados, es decir, que debe estar sustentado por los diagnósticos energéticos que permiten identificar en cada lugar que se apliquen (industria, centro de servicio, escuela…) la eficiencia y la responsabilidad con que es utilizada la energía, de cualquier tipo (eléctrica, térmica…). Para este propósito se aporta un conjunto de elementos que permiten realizar y evaluar el diagnóstico energético.

La tecnología de producción de biogás a partir de la digestión anaerobia (DA) de los desechos orgánicos provenientes de la agricultura, animales, industrias y otras actividades humanas, es apropiada para convertir estos residuos en energía y abonos siguiendo el mismo ciclo que emplea la naturaleza. (Arribas, 2008)

La digestión anaerobia es un proceso de degradación biológica de las sustancias orgánicas en ausencia de oxígeno libre, produciendo dióxido de carbono y metano en una mezcla denominada biogás que puede ser utilizada como combustible por su elevado poder calorífico. En este proceso se produce además, un lodo digerido con valor agronómico como fertilizante.

Este proceso se puede aplicar en principio, a cualquier tipo de residuo biodegradable que no presente sustancias tóxicas para las bacterias en concentraciones elevadas y la producción de biogás dependerá de la composición y biodegradabilidad de los mismos.

Presenta la ventaja de permitir una valorización tanto energética como agronómica de los subproductos al producir, por un lado, un combustible renovable como es el biogás, y por otro, un lodo estabilizado que puede ser utilizado como enmienda orgánica o abono.

• Revisión bibliográfica

1.1 Diagnóstico energético

Las fuentes renovables de energía alcanzan una gran difusión debido a sus ventajas en cuanto al ahorro de combustibles fósiles y a la no contaminación del medio ambiente, pero estas fuentes (fotovoltaica, eólica, biomasa, hidráulica y otras) aún no satisfacen las necesidades energéticas de nuestro país, aunque han sido determinantes en la solución de muchos problemas energéticos (electrificación rural, abastecimiento de agua…). (Hernández, 2004)

1.2 Costos energéticos

La evaluación energética es un proceso de análisis que consiste en la identificación y medida de las cantidades de energía secuestrada, asociada a los productos y equipos que intervienen en la producción de un determinado bien. Chapman (1974) y Pimentel (1980) describen una serie de procedimientos de análisis, como son: estadístico, energía requerida y aportada (Input-Output) y procesos, el primero consiste en determinar la energía requerida por unidad de un bien, o servicio producido a partir de datos estadísticos. Por ejemplo, la energía total requerida o consumida por un país durante el período de un año, y su Producto Interno Bruto. Esta relación se utiliza como factor de conversión. En el caso de la energía requerida y aportada, se determinan las cantidades de energía de los componentes que intervienen en la fabricación de un determinado producto.

Los procesos estudian las energías asociadas a estos que se requieren para conseguir un producto final. Cada uno de ellos presenta una serie de exigencias, siendo la energía total la suma de los parciales de cada proceso.

Un aspecto a destacar en todo análisis o balance energético, es la heterogeneidad de las diferentes formas y fuentes de energía (Leach, 1975). Para llevar a cabo dichos análisis con cierto rigor, no sólo se ha de contar con su equivalencia en unidades de medidas correspondientes, kJ, ó MJ, sino también con otros factores, tales como; Costos, Entropía, Utilización, Calidad, Concentración, etc. (Huettner, 1976)

En el balance energético, las partidas energéticas pueden ser divididas en dos grandes grupos:

• Energía secuestrada, asociada a la fabricación de los equipos mecánicos, y la contenida en los materiales utilizados.

• Energía secuestrada, asociada a los productos no recuperables, tales como combustibles, fertilizantes, semillas, herbicidas, etc.

Referentes a los equipos mecánicos Doering (1980) propone métodos de cálculo basados en los datos recogidos en distintas fábricas de maquinarias agrícolas en los Estados Unidos. Establece tres conceptos: energía de los materiales, energía de fabricación y energía en mantenimiento y reparaciones.

El balance energético se efectúa bien por unidad de superficie cultivada (ha), por (km) recorrido, etc…

En los combustibles hay que considerar no solamente su poder calorífico inferior, sino también la energía requerida en la extracción del crudo, refinamiento, transporte, etc. (Fluck, 1981)

Los fertilizantes químicos son, con diferencia, respecto del resto de los demás inputs, los compuestos que mayor cantidad de energía requieren. Ello es debido a las grandes cantidades de combustibles fósiles que necesitan (Fluck, 1992).

1.3 Historia del biogás

En el 3000 a.n.e, los sumerios limpiaban desechos por medio de procesos anaerobios (cipav.org, 2005). Desde 1667 se conoce la existencia del gas metano, llamándose desde un principio "gas de los pantanos", pues este se produce en forma natural en zonas húmedas (Wolverton; et al, 1975. En 1808 Humphry Davy produce gas metano (principal componente del Biogás) en un laboratorio. Se toma este acontecimiento como el inicio de la investigación en Biogás. En 1824 Avogadro finalmente lo reveló como CH4. . Alrededor de 1861 se divulgó por Luís Pasteur que la formación del biogás estaba asociada a la formación de bacterias anaerobias (Rodríguez; et al, 1995).

La primera aplicación de esta fuente de energía renovable fue iniciada por Pasteur en 1884, quien intentó producir biogás a partir de estiércol de caballo (recolectado de las calles de Paris). Dentro de este estudio, se obtuvo el primer rendimiento de metano el cual fue de 100mL CH4/m3 a 35 °C. En 1904 William Travis intentó implementar un proceso anaerobio en dos etapas. Ya para la década el 20 del siglo XX, el gas metano fue vendido para los trabajos con gas en las redes públicas. Se utilizó la energía proveniente de las unidades CHP utilizando biogás. El calor generado se utilizó en la calefacción de los hogares. Para ese entonces China ya estaba desarrollando esta tecnología con su propio diseño, extendiéndolo a través de todo el país. (Guyat, 1989).

En 1945 Alemania usó productos agrícolas para producir biogás. (Nacke; et al, 2001). Para el año cincuenta de ese mismo siglo, Baker detectó las bacterias formadoras de metano, lo cual constituyó un importante paso en el desarrollo tecnológico posterior de este proceso.

De 1950-1960 dejaron de funcionar la mayoría de la plantas de biogás, por el uso de energía fósil que presentaba comodidad, simplicidad y los bajos costos que significaban. A partir de la década de los años 70"s del Siglo pasado, se comenzó de nuevo a tomar interés por la aplicación de fuentes renovables de energía. Es de señalar además, la importancia que le han dado a esta fuente energética diferentes organizaciones regionales y de ámbito mundial, las cuales desarrollan proyectos para lograr una mayor generalización de la misma. (López, 2000).

En Cuba se han desarrollado experiencias con plantas para tratamiento anaerobio a nivel de vaquería principalmente con digestores hindúes y a escala industrial con aprovechamiento del biogás, combinándolo con el saneamiento ambiental, la producción de biofertilizantes, la producción de alimentos y el bienestar de la población rural. (Cairo; et al, 1980).

1.4 Crisis Energética

En 1970 la demanda de biogás se incrementó provocada por la crisis del petróleo. En 1990 la tecnología del biogás fue estimulada debido a: (www.tanswer.cl)

• La implementación del Acta de Prohibición y Manipulación de residuos y su reciclaje, en el año 1994, resultando en un incremento de los costos en la disposición final de residuos sólidos principalmente.

• La ganancia económica debido a la estimulación del uso de energía proveniente del biogás.

• Como las facilidades constructivas tenían altos costos, los subsidios gubernamentales fueron y continúan siendo implementados.

1.5 Biogás y el ciclo global del carbón

Cada año, la actividad microbiana libera entre 590 y 880 millones de toneladas de metano a la atmósfera.ࠃerca del 90% del metano emitido proviene de la descomposición de biomasa.ࠅl resto es de origen fósil, o sea relacionado con procesos petroquímicos.ࠌa concentración de metano en la atmósfera en el hemisferio norte es cerca de 1.65 partes por millón. (German Appropriate Technology Exchange, 1999).

1.6 Ventajas de la producción de biogás

• Permite disminuir la tala de los bosques al no ser necesario el uso de la leña para cocinar.

• Humaniza el trabajo de los campesinos, que antes debían buscar la leña en lugares cada vez más lejanos.

• Diversidad de usos (alumbrado, cocción de alimentos, producción de energía eléctrica, transporte automotor y otros).

• Produce biofertilizante rico en nitrógeno, fósforo y potasio, capaz de competir con los fertilizantes químicos, que son más caros y dañan el medio ambiente.

• Elimina los desechos orgánicos, por ejemplo, la excreta animal, contaminante del medio ambiente y fuente de enfermedades para el hombre y los animales (Lugones, 2006).

1.7 Desventajas de la producción de biogás

• Necesita acumular los desechos orgánicos cerca del biodigestor.

• Riesgo de explosión, en caso de no cumplirse las normas de seguridad para gases combustibles (Arribas, 2006).

1.8 Características del biogás

El biogás es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos específicos (biodigestor), por las reacciones de biodegradación (proceso metabólico) de la materia orgánica, mediante la acción de microorganismos, y otros factores en un ambiente anóxico. (Chacón, 2006).

La digestión anaeróbica es una probada tecnología y ampliamente utilizada para el tratamiento de desechos con alto contenido de materia orgánica. El biogás puede ser utilizado directamente como combustible, o puede ser mejorado en calidad removiendo el CO2 y utilizado como combustible para automóviles o para la producción de electricidad. (Mc Kendry, 2002).

Está constituido principalmente por metano (CH4) en una proporción que oscila entre un 50% a un 70% y dióxido de carbono (CO2) (50% a 30%) conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno, nitrógeno y sulfuro de hidrógeno (H2S). El biogás tiene como promedio un poder calórico entre 4500 a 5600 Kcal/m3, el cual es aproximadamente la mitad del poder calorífico del gas natural. (Hernández, 1990).

El biogás típico, con una concentración de 65% de metano, contiene aproximadamente 23 MJ/ m3 de energía, equivalente a 0,55 kg de diesel ligero. 1 m3 con 60% de CH4 es suficiente para la generación de alrededor de 6,5 kWh energía, que se divide en 2,30 kWh poder eléctrico (37%), 2,90kWh (47%) energía útil termal. El resto, alrededor de 1,0 kWh (ó 16%) es calor desechado (radiación, etc.) (Chamorro, 2008).

Especificidades del biogás: (Castelar; et al, 2003)

• Es altamente antidetonante, con un índice entre 115-125 octanos

• La velocidad de propagación de la llama no llega a 50 cm.seg-1.

• A temperatura ambiente, permanece en forma de gas a presiones del orden de 200 kgf.cm-2

• Densidad————————————————————————-1,09 kg.m-3

• Solubilidad en agua———————————————————————baja

• Presión crítica———————————————————————673,1 Pa

• Temperatura crítica—————————————————————82,5 °C

• Poder calorífico———————————————————–4700-5500 Kcal

• Contenido máximo para el encendido del biogás——————–20,9-29,12%

• Contenido mínimo para el encendido del biogás———————-6,99-9,52%

• Es barato

• Es inodoro

• Arde con llama azul libre de humo

• Su combustión no molesta a los usuarios

• Posee un límite de inflamabilidad en el aire entre 6-12% por volumen

• Tiene una densidad menor en un 20% que la densidad del aire

Si se desea mejorar el valor calórico del biogás, se debe limpiar de CO2, de esta forma se logra obtener metano al 95%. El valor calórico del metano puede llegar hasta 35,6 MJ.m-3, con una combustión limpia (sin humo) y casi no contamina. (Borroto, 1997)

Tabla 1. El biogás y sus componentes: (Castelar; et al, 2003).

Tabla 2. Valor calórico del biogás con respecto a otros portadores energéticos: (Castelar; et al, 2003)

1.9 Biología de la producción de biogás

En el proceso químico de la digestión anaerobia, se analizan las transformaciones que se producen en cada una de sus fases, además se pone de manifiesto qué parámetros son los que condicionan dichas transformaciones y cuáles son sus valores óptimos e inhibidores (Chao; et al, 2007).

Los productos obtenidos en la digestión anaerobia no son más que el resultado de la actividad de una serie de bacterias que para obtener la energía y las sustancias químicas que necesitan para vivir transforman unos productos en otros. (Señer, 2006).

Se pueden diferenciar cuatro grupos de bacterias asociadas a las diferentes fases del proceso de generación anaerobia, sus poblaciones, deben mantenerse delicadamente equilibradas.

1.9.1 Bacterias Hidrolíticas

Estas bacterias son las responsables de la primera degradación de la M.O. Lo que hacen es descomponer los polímeros orgánicos complejos dando lugar a moléculas más sencillas. Es importantísima la presencia de agua en esta fase, puesto que es imprescindible para que tenga lugar la hidrólisis. (Kostenberg; et al, 1993).

1.9.2 Bacterias Acidogénicas

Estas bacterias degradan hidratos de carbono, lípidos y proteínas produciendo ácidos grasos volátiles (AGV), H2, NH3 y CO2. Son anaerobias facultativas y se desarrollan fortuitamente o bien pertenecen a la flora específica del vertido. (Marchaim, 1992).

1.9.3 Bacterias Acetogénicas

Estas bacterias aprovechan los AGV producidos por los microorganismos acidogénicos para formar ácido acético, además de dióxido de carbono e hidrógeno. La única exigencia que presentan estas bacterias para desarrollarse adecuadamente es que en el medio existan otros microorganismos que consuman el hidrógeno que se forma. Un exceso de hidrógeno actuará como inhibidor de su desarrollo. (Polprasert, 1989).

1.9.4 Bacterias Metanogénicas

Según Armas, (2006), este grupo de microorganismos son los menos conocidos de todos. Son estrictamente anaerobios y para su desarrollo necesitan un potencial de oxido reducción muy bajo, e incluso así su desarrollo es muy lento.

Las dos reacciones que realizan estas bacterias y que conducen a la formación de metano son:

Figura 1. Esquema de la producción de biogás (Reklaitis, 2003).

En el medio también pueden existir otras bacterias anaerobias estrictas, como las sulfobacterias, que compitan con las bacterias metanogénicas en la utilización del hidrógeno y el ácido acético.

1.10 Factores que influyen en la producción de biogás

La actividad metabólica involucrada en el proceso metanogénico se ve afectada por diversos factores. Debido a que cada grupo de bacterias que intervienen en las distintas etapas del proceso responde en forma diferencial a esos cambios, no es posible dar valores cualitativos sobre el grado que afecta cada uno de ellos a la producción de gas en forma precisa. (Lengericher, 2000).

Entre los factores más importantes a tenerse en cuenta se desarrollarán los siguientes: el tipo de sustrato (nutrientes disponibles); la temperatura del sustrato; la carga volumétrica; el tiempo de retención hidráulico; el nivel de acidez (pH); la relación C/N; la concentración del sustrato; el agregado de inoculantes; el grado de mezclado; y la presencia de compuestos inhibidores del proceso. (Barrera, 1993).

Los principales factores a considerar son en la producción de biogás son:

1.10.1 Acidez del medio (pH)

De acuerdo a Mandujano; et al, (1983), la acidez es uno de los parámetros de control más habituales debido a que los microorganismos metanogénicos presentan una gran sensibilidad a las variaciones del mismo. Si el valor del pH se mantiene entre 6,8-7,4 se consigue un buen rendimiento de degradación y una elevada concentración de metano en el biogás.

1.10.2 Temperatura

La digestión anaerobia puede tener lugar para un amplio rango de temperaturas, pero dentro de él se distinguen unas zonas claramente diferenciadas que corresponden a las temperaturas de funcionamiento óptimo de tres grupos diferentes de bacterias: las psicrófilas (T<20ºC), las mesófilas (20º<T><45º) y las termófilas (50º<T><60º). La producción de gas es máxima en el rango termofílico. (Gunnerson; et al, 1986)

1.10.3 Contenido de sólidos

Según (Castelar; et al, 2003), la movilidad de las bacterias metanogénicas dentro del sustrato se ve crecientemente limitada a medida que se aumenta el contenido de sólidos y por lo tanto puede verse afectada la eficiencia y producción de gas. Por otro lado podemos encontrar en la literatura datos de producciones de gas importantes logradas en rellenos sanitarios con un alto contenido de sólidos.

1.10.4 Alcalinidad

La alcalinidad da una medida de la capacidad amortiguadora (tampón) que posee un digestor ante posibles cambios del pH del efluente a tratar, y ya se ha visto la importancia de que el pH se mantuviese más o menos constante dentro de un rango de valores. El principal tampón lo constituye el sistema dióxido de carbono/bicarbonato. Se consideran valores adecuados de concentraciones de CO3Ca comprendidas entre 2500-5000 mg/l. (Cuba Solar, 2006).

1.10.5 Acidez volátil

La actividad de los microorganismos metanogénicos es óptima para bajas concentraciones de AGV, por ello es necesario que la formación de metano tenga lugar a la misma velocidad que la formación de los AGV. Si no es así se producirá una acumulación de éstos que actuará como inhibidora del metabolismo anaerobio. (Barrera, 1983)

1.10.6 Nutrientes

Para que se produzca el crecimiento y la actividad microbiana, es necesario un aporte de nutrientes a las células. Éstas han de tener disponible en el sustrato carbono, nitrógeno, fósforo, azufre y algunas sales minerales. Una de las ventajas que presenta el proceso anaerobio frente a la degradación de la materia por mecanismos aerobios reside precisamente en los nutrientes, puesto que para un mismo nivel de degradación el proceso anaerobio requiere menos de la mitad de nutrientes. (Werner E., 1983).

1.10.7 Tóxicos o inhibidores

Los compuestos tóxicos incluso en bajas concentraciones, afectan la digestión y disminuyen los niveles de metabolismo. Las bacterias metanogénicas son generalmente las más sensibles, aunque todos los grupos pueden ser afectados. (Marchaim, 1992)

Además de los posibles efectos inhibidores provocados por una descompensación del equilibrio de fuerzas que debe establecerse ente las diferentes fases de la digestión anaerobia como por ejemplo un exceso de AGV. (Rodríguez, 1994)

Podemos destacar al oxígeno, debido a que algunas fases como la metanogénesis las llevan a cabo bacterias estrictamente anaerobias. (Jonh, 2006).

Un nutriente esencial también puede ser tóxico si su concentración es muy alta. En el caso del nitrógeno, mantener un nivel óptimo para garantizar un buen funcionamiento sin efectos tóxicos es particularmente importante. (Anderson; et al, 1982). Sin embargo, una concentración más alta, puede ser tolerada (Gunnerson; et al, 1986).

Se debe tener precaución para evitar la entrada al digestor de ciertos iones metálicos, sales, bactericidas y sustancias químicas sintéticas (Yongfu et al 1989). Rodríguez (1996) ha reportado la reducción de gas cuando son utilizadas excretas de animales tratados con antibióticos.

1.10.8 Densidad de carga

Según (Osei-Safo, 2003), la densidad de carga mide la cantidad de materia orgánica por unidad de volumen que se introduce diariamente en el digestor. Al introducir demasiada materia orgánica se puede ocasionar un exceso de AGV.

Este parámetro es calculado como la materia seca total (MS) o materia orgánica (MO) que es cargada o vertida diariamente por metro cúbico de volumen de digestor. La MO o sólidos volátiles (SV) se refiere a la parte de la MS o sólidos totales (TS), que se volatilizan durante la incineración a temperaturas superiores a 500 0C. Los SV contienen componentes orgánicos, los que teóricamente deben ser convertidos a metano. (Loher 1974).

1.10.9 Tiempos de retención

Existen dos parámetros para identificar el tiempo de retención de las sustancias en el digestor:

El tiempo de retención de los sólidos (TRS) que se determinan dividiendo la cantidad de MO o SV que entra al digestor entre la cantidad de MO que sale del sistema cada día. El TRS es asumido para representar la media del tiempo de retención de los microorganismos en el digestor.

El tiempo de retención hidráulico (TRH) es el volumen del digestor (VD) entre la media de la carga diaria.

La medición del TRH es más fácil y más práctica que el TRS al nivel de las granjas (An, 1996).

1.11 Compuestos orgánicos apropiados para la digestión anaerobia (FAO, 1992)

• Desperdicios de animales incluyendo paja, desperdicios de comida y estiércol

• Desperdicios de cosechas: bagazo, hierbajos, rastrojo, paja y forraje podrido.

• Desperdicios de matadero, residuos de animales tales como la sangre, carne, desperdicios de pesca, cuero y desperdicios de lana.

• Residuos industriales que tienen base agrícola tales como aceite endurecido, desperdicios de frutas y vegetales procesados, bagazo y residuos de centrales azucareros, aserrín, residuos y semillas de tabaco, afrecho de arroz, residuos de té y polvo de algodón de las industrias textiles.

• humus de bosques.

• Desperdicios de cosechas acuáticas tales como algas marinas y jancitos acuáticos Independientemente del tipo de cosecha que se considere, desperdicios en formas de hojas, tallos, cáscaras y cascarones de frutas o raíces, serán siempre productos de la agricultura y serán una fuente apropiada de biogás al ser procesados anaeróbicamente.

• Desperdicios humanos y aguas cloacales son tan valiosas como los desperdicios de animales, los cuales generalmente se "desperdician" al usarse como abono.

• Los residuos de plantas procesadoras y empacadoras de alimentos, ya sean vegetales o animales, también pueden ser convertidos en biogás, inclusive desperdicios sólidos, propiamente separados y colocados en vertederos sanitarios, se convierten en fuentes duraderas y útiles de biogás.

1.12 Rendimientos de materia prima de digestión

Los rendimientos de biogás dependen en gran medida del tipo de material que es usado para producirlo.

Tabla 3. Tipos de materia prima y rendimientos esperados (Mariscal, 2007)

1.13 Purificación del biogás

En la práctica la purificación del biogás no es más que la remoción del dióxido de carbono o el sulfuro de hidrógeno o ambos. El dióxido de carbono es eliminado para aumentar el valor del biogás como combustible. El sulfuro de hidrógeno se elimina para disminuir el efecto de corrosión sobre los metales que están en contacto con el biogás (Hesse, 1983).

El método químico más simple y eficiente de remoción del dióxido de carbono es su absorción en agua de cal. El método necesita mucha atención por cuanto el agua de cal se agota y necesita recambiarse frecuentemente, lo que trae como consecuencia su preparación frecuente si no se obtiene comercialmente. (Rojas, 1995)

Otra alternativa es utilizar otro residual fuertemente alcalino como medio de absorción de estos gases como son los efluentes de cultivos de micro algas. El líquido efluente del digestor es vertido directamente en un tanque de gran tamaño para producir el alga Spirulina. El alga es filtrada para ser usada como alimento de cerdos o patos, o bien como aditivo y el agua residual que tiene un valor de pH de 10 o más y es almacenada en un tanque cilíndrico. Esta agua se hace atravesar en contracorriente al biogás. El agua que queda como resultado de esta reacción contiene carbonato de hidrógeno la cual es rehusada en el cultivo de las algas.

El CO2 es soluble en agua mientras que el metano no lo es. A alta presión, la solubilidad del CO2 aumenta proporcionalmente permitiendo que la concentración de metano en el biogás se incremente (Lau-Wong, 1986).

Además de los métodos tradicionales de desulfuración con limallas de hierro existe un procedimiento basado en la adición de aire al 1.5 % del volumen de biogás producido (Henning, 1986). Con este método se asegura una disminución del contenido de H2S de aproximadamente 120 ppm o 0.012 % en volumen de biogás.

1.14 Características de los biodigestores

Las plantas de biogás son las encargadas de almacenar las excretas u otras fuentes con sus respectivas proporciones de agua para que sean biodigeridas en forma natural para la formación de biogás. (Sánchez, 2001)

Las partes principales de un biodigestor son:

• Digestor

• Gasómetro

• Pozo de mezclado

• Difusores de gas

1.15 Tipos de Biodigestores

Se clasifican de acuerdo a la aplicación del gas, las características del material a ser digerido, las exigencias en cuanto a niveles de descontaminación a lograr y a la relación costo–inversión-beneficio se han diseñado y probado a lo largo del desarrollo de esta tecnología diversos tipos de digestores. (Castelar, 2003)

Tabla 4. Tipos de biodigestores

Los tipos de biodigestores más comúnmente utilizados son:

• Biodigestor hindú o campana flotante

• Biodigestor chino o cúpula fija

• Biodigestor tubular

1.15.1 Biodigestores tubulares

De acuerdo con Chao; et al (2007), los Biodigestores del tipo tubular son fabricados de goma, polietileno o Red-Mud-Plastic (RMP). Este último fue desarrollado por primera vez en Taiwán y después en China donde ha demostrado sus excelentes cualidades para ser usado en biodigestores. El RMP es producido de forma laminar con una mezcla de lodos rojos residuales de la extracción de bauxita y contiene PVC, plasticador, estabilizador y otros ingredientes. Al principio los digestores de RMP se hacían tubulares, mas tarde se construyeron en forma de tiendas de campañas.

1.16 Utilización del biogás

Normalmente, el biogás producido puede utilizarse directamente como cualquier otro gas combustible. Sin embargo, es posible que su utilización requiera a veces procesos que, por ejemplo, reduzcan el contenido de sulfuro de hidrógeno. Cuando el biogás se mezcla con aire en una proporción 1 a 20, se forma una mezcla altamente explosiva. Por lo tanto, las pérdidas de las cañerías en espacios cerrados constituyen un peligro potencial. (Díaz, 2000).

Según Álvarez (2005) y Martínez (2007), a pequeña y mediana escala, el biogás ha sido utilizado en combustión directa en estufas simples en la cocción de alimentos, atenuando de esta manera la presión sobre los materiales endoenergéticos (madera, leña, carbón vegetal) y/o representando un ahorro para el agricultor por no tener que comprar gas natural comercial. Sin embargo, también puede ser utilizado para iluminación (lámparas de gas o gasolina), para calefacción y refrigeradoras.

Las partes básicas de un quemador son: una boquilla, una entrada de aire y una cámara de mezcla. Las cocinas que normalmente se ofertan de butano-propano pueden utilizarse, pero es necesario adaptar el diámetro de la boquilla y regular la entrada de aire para la mezcla del biogás. (Sasse; et al, 1986).

También el biogás puede ser utilizado como combustible para motores diesel y a gasolina, a partir de los cuales se puede producir energía eléctrica por medio de un generador. En el caso de los motores diesel, el biogás puede reemplazar hasta el 80% del acpm o diesel (la baja capacidad de ignición del biogás no permite reemplazar la totalidad del acpm en este tipo de motores que carecen de bujía para la combustión). Aunque en los motores a gasolina el biogás puede reemplazar la totalidad de la misma, en general en los proyectos a nivel agropecuario se le ha dado preferencia a los motores diesel considerando que se trata de un motor más resistente y que se encuentra con mayor frecuencia en el medio rural. (Carmona; et al, 2007).

1.17 Impacto Ambiental de la producción de biogás

La quema de combustible fósil y la fermentación de materia orgánica (aerobia y anaerobia) liberan grandes cantidades de dióxido de carbono y metano que afectan al medio ambiente en forma de efecto invernadero y lluvias acidas entre otras consecuencias (Valles; et al, 2002).

La obtención de metano a partir de materia orgánica es una actividad cuyo balance medioambiental es netamente positivo. (Marchaim, 1992).

Este beneficio se puede analizar en dos niveles: el asociado al proceso de obtención o captación del biogás y el asociado a la utilización del biogás como combustible así los países de pocos recursos económicos resuelven problemas ecológicos y económicos. (Mandujano; et al, 1983).

1.17.1 Impacto Ambiental positivo

Con la utilización de biodigestores se obtienen las siguientes ventajas:

• El costo de transporte para llevar el estiércol de las áreas de excedente a donde éste es deficitario, es reducido.

• Dentro de las energías convencionales, los sistemas de biogás son de inmediata y segura aplicación a un costo despreciable.

• Reducen la peligrosidad y la contaminación de los residuos.

• No producen desequilibrio en la naturaleza.

• Es una fuente alternativa de energía, ecológicamente equilibrada, de bajo costo y de fácil obtención que cubre las necesidades de gas, combustible y alumbrado; además se aprovechan los residuos sólidos y líquidos de los digestores como abono orgánico.

• Al procesarse subproductos orgánicos en los digestores se podría evitar la contaminación ambiental.

• El aprovechamiento de los subproductos orgánicos produciendo biogás podría reducir la deforestación y la erosión del suelo. (Mandujano, 1979 y Viñas; et al, 1999).

1.17.2 Impacto Ambiental Negativo