Uso del Biogás como alternativa para la agricultura sostenible cubana
Publicado: 8 de septiembre de 2012
Por: MsC. Marlin García Sorrondeguí, MsC. Yamilet López de Varona, MsC. Leodanis Herrera Aguilar y Dr. Yan Aleaga García, Universidad de Camagüey, Cuba
Resumen
RESUMEN
Los digestores anaerobios, fueron construidos para obtener energía, principalmente para la cocción de alimentos. Generalmente las personas que explotan y operan estas plantas no poseen la información necesaria para que las mismas trabajen con eficiencia, lo cual, según Barreto (2003), unido al alto costo de la inversión inicial, constituyen causas que provocaron la disminución del interés por el empleo de esta tecnología en la provincia de Camagüey, Cuba.
Habitualmente no se controla el funcionamiento de este tipo de reactores, por no existir los medios necesarios para este fin o por desconocimiento; de manera que el objetivo del trabajo consistió en evaluar una planta de biogás alimentada con una mezcla de cachaza-excretas vacunas, porcina: agua (1:1) empleada por familias que trabajan en una unidad Agropecuaria, para producir energía necesaria para la cocción de alimentos y otros usos. Se determinó la variación de los volúmenes de producción y consumo de gas en el día.
Palabras Claves: Biodigestores, Producción limpia, Metano, Excreta, Biogás.
SUMMARY
The anaerobic digester, they were built to obtain energy, mainly for the cooking of foods. Generally people that explode and they operate these plants they don't possess the necessary information so that the same ones work with efficiency, that which, according to Barreto (2003), together to the high cost of the initial investment, they constitute causes that caused the decrease of the interest for the employment of this technology in the county of Camagüey, Cuba.
Habitually the operation of this type of reactors is not controlled, for not existing the necessary means for this end or for ignorance; so that the objective of the work consisted on evaluating a biogás plant fed with a mixture of you phlegm-excrete bovine, swinish: water (1:1) used by families that work in the agricultural sector, to produce necessary energy for the cooking of foods. It was determined the variation of the production volumes and consumption of gas in the day.
Key words: Bio digester, clean Production, CH4, fecal grounds, Biogás.
INTRODUCCIÓN
La producción de la ganadería vacuna se materializa en un sistema de dependencias administrativas conformadas por Empresas Estatales, Granjas Estatales, UBPC, CPA, CCS y campesinos individuales.
Más del 90% de la energía utilizada en los distintos procesos tecnológicos y en la vida moderna proviene de los llamados combustibles fósiles. Otro recurso utilizado es la leña, principalmente por países del tercer mundo, que proporciona a veces el 80% de la energía necesaria, pero a consecuencia de una deforestación acelerada del planeta. Esta situación, se agrava con el rápido incremento de la población mundial y la contaminación que hace la agroindustria y la ganadería con sus residuales a las fuentes de agua potable y los suelos.
La fermentación de los residuales orgánicos que se realiza en los “Biodigestores” que se incluyen dentro de las tecnologías “Limpias”, determina la producción de biogás que se usa como combustible, la disminución de la contaminación ambiental y la obtención de un efluente líquido muy útil como fertilizante orgánico (Bioabonos) por la cantidad y calidad del nitrógeno, fósforo y potasio que es capaz de aportar al medio y que económicamente, es más beneficioso que el propio biogás. Se mejoran también las condiciones del trabajo doméstico de la mujer, la prevención de la deforestación, la contaminación del manto freático y de la propagación de enfermedades por el agua pues estudios realizados en Cuba nos indican una reducción del 85 al 90% de microorganismos aeróbios que incluyen la mayoría de los patógenos junto a una reducción de huevos de helmintos (Barreto, 2003),
Alrededor de 1861, se divulgó por Luis Pasteur que la formación de biogás estaba asociada a la formación de bacterias anaerobias.
Fue en el siglo XVII, exactamente en 1667 cuando se identificó el gas metano (CH4) por SHILEY, llamándosele “GAS DE LOS PANTANOS”.
En Cuba se comenzó a dar los primeros pasos en esta tecnología en la década del 70 alcanzando su mayor nivel aunque todavía deficiente en la década de los 90.
DESARROLLO
Para Van Horn et al., (1993) y Barreto (2003), el gas metano (CH4), constituye el 16,4% de las emisiones estimadas anuales, lo que se traduce en un 2,9% de la contribución estimada de los gases de efecto invernadero al calentamiento global, un Kg de metano cada 100 años calienta la tierra 23 veces más que el CO2, es un hidrocarburo alcano, que se produce en la naturaleza como producto final de la putrefacción anaeróbica de plantas y excretas, constituye el 97 % del gas natural, por lo que es usado como biogás.
EMISIONES DE METANO EN EXCRETAS DE ANIMALES
Especie animal Emisiones de CH4 (kg/Cabezas/año)
Ganado lechero 25.0
Ganado no lechero 87.8
Ovejas 98.1
Cerdos 113.9
El biogás está compuesto por: un 57-70 % de gas metano, 35-40 % de dióxido de carbono, del 1-3 % de hidrógeno, 0.5-3 % de nitrógeno, 0.1% de sulfuro de hidrógeno y trazas en vapor de agua.
Para obtener un M³ de biogás se necesitan: 3 vacas; 10 carneros; 4 caballos; 9 cerdos; 5 terneros; 130 pollos o10 Kgde cachaza.
TIPOS DE PLANTAS DE BIOGÁS
1.- Campana flotante (Tipo Hindú)
2.- Bolsa elástica (Tipo balón)
3.- Cúpula fija (Tipo chino)
4.- Biodigestor tipo Nicarao
5.- Biodigestor tipo borda
6.- Otros
APLICACIONES DEL BIOGÁS; CON UN M³ DE BIOGÁS PODEMOS:
- Iluminar una habitación con una lámpara de camiseta durante seis horas, equivalente a un bombillo de 60 watt.
- Mover un motor de 2 HP durante una hora.
- Generar 1.25 Kw de electricidad.
- Mover un camión de cuatro toneladas en un recorrido de28 Km.
- Sustituir el acetileno en la soldadura autógena.
- Sustituir0.6 Lde kerosene.
BIODIGESTIÓN ANAEROBIA: Se le da este nombre al proceso de fermentación microbiana de sustancias orgánicas en ausencia de aire.
- ETAPAS DE LA BIODIGESTIÒN.
- I - Hidrólisis
- II- Formación de ácido o acidogénesis
- III- Formación de metano o metanogénesis
FACTORES QUE INFUYEN EN LA BIODIGESTIÓN ANAEROBIA
- Temperatura
- Tiempo de retención
- Relación carbono / nitrógeno
- Porcentaje de sólidos
- Factor PH
Teniendo en cuenta lo antes descrito por Barreto (2003), este trabajo se realizó en una unidad Agropecuaria, donde tiene un total de seis trabajadores de ellos una familia que vive en dicha unidad y no poseían luz eléctrica para trabajar, consumiendo combustible(petróleo), para la cocción de los alimento, el alumbrado y ordeño en horas tempranas de la madrugada, por lo que se determinó construir la planta de biogás, luego de obtener los resultados favorables en dicha unidad, se realizó una planta de campana flotante (de tipo hindú), se carga con cachaza y excretas de vacuno cada día.
En estos momentos se emplea el gas para cocción de alimentos, alumbrado de la vaquería y la vivienda, el efluente como abono orgánico, sustituyendo importaciones y obteniendo producciones limpias y sostenibles. El gas sustituye la electricidad y el keroseno lo que constituye un ahorro de energía.
Diseño y dimensionamiento del biodigestor
a) Tipo y composición del material orgánico que se debe emplear para la biodigestión.
b) Demanda de biogás y de biofertilizante.
c) Materiales de construcción que se deben emplear.
d) Tecnologías constructivas apropiadas.
e) Facilidad de explotación y mantenimiento.
f) Posibilidad económica del usuario.
Condiciones necesarias para crear la planta de biogás:
- Desearlo, conocer sus bondades y sentir la necesidad de su uso.
- Tener disponibilidad financiera para adquirir los recursos necesarios o poseerlos (total o parcialmente).
- Disponer de materia orgánica, agua y espacio.
- Conocer cuándo un diseño resulta funcional para sus características y posibilidades.
Pasos que se llevaron a cabo para poner en explotación la planta de biogás:
1.- Se carga con 1/4 de la capacidad del digestor de excreta y se rellena de agua hasta el nivel inferior del tanque de compensación, dejándolo en reposo por 15 días.
2.- Transcurrido los 15 días y nunca antes, se procede a extraer el aire atrapado en la cúpula, abriendo la llave de salida.
3.- Se comenzará el uso del biogás en los horarios de desayuno, almuerzo y comida, dejando recuperar la producción y solamente se aumentará el tiempo de explotación a la medida que se estabilice.
VENTAJAS DEL USO DEL BIOGÁS
1.- Es un combustible limpio y no humoso, con múltiples usos.
2.- Su empleo reduce la contaminación ambiental y mejora las condiciones sanitarias.
3.- Su procesamiento permite obtener volúmenes de abono de mejor calidad que al usar la excreta directamente sobre el terreno.
4.- Su utilización permite eliminar la leña como combustible para cocinar y, por tanto, contribuye a mantener los recursos forestales.
MANTENIMIENTO DE LA PLANTA DE BIOGÁS
El mantenimiento se efectúa una vez al año y consiste en el vaciado de la planta, se revisa si hay grietas en la cúpula en caso de salideros de gas y se procede a la carga y el proceso de explotación nuevamente.
Utilización de los Bioabónos
Para Barreto (2003), los bioabonos sólidos y líquidos que se obtienen por esta tecnología presentan una mejor calidad y eficiencia con relación a otros empleados en Cuba, considerando que al salir del digestor retraen su volumen y concentran sus nutrientes: esta propiedad lo hace un biofertilizante atractivo para suelos y cultivos.
Los bioabonos tienen múltiples usos en la ganadería. Los más representativos son:
Bioabónos líquidos. Se emplean generalmente en: Producción de azolla (pequeña planta proteica) muy útil en la alimentación animal, producción de algas que se unas como suplementos en la alimentación animal.
CONCLUSIONES
1.- Mediante la utilización del biogás como energía renovable en la vaquería se obtuvieron resultados favorables para los habitantes del lugar y la unidad agropecuaria.
2.- La obtención de los bioabonos orgánicos se aplicó en el área de cultivos varios de la unidad.
3.- Mediante la utilización del biogás se hizo uso de producciones limpias para lograr una mejor sostenibilidad en la agricultura.
ANEXOS
Anexo -1 Productos derivados de la tecnología del biogás y sus cantidades en función de los residuos empleados.
|
Tipo de Residual
|
Residuos húmedos (kg/día)
|
Biogás (m3/día)
|
Bioabono sólido/húmedo(kg)
|
Proporción (residuos: agua)
|
|
Estiércol de vaca
|
10,0
|
0,36
|
3,00
|
1,1
|
|
Estiércol de toros
|
15,0
|
0,54
|
3,50
|
1,1
|
|
Estiércol porcino
|
2,3
|
0,10
|
1,00
|
1,3
|
|
Gallinaza
|
0,2
|
0,01
|
0,18
|
1,8
|
|
Estiércol de caballo
|
10,0
|
0,30
|
3,40
|
1,3
|
|
Estiércol de carneros
|
2,0
|
0,10
|
0,70
|
1,3
|
|
Estiércol de terneros
|
5,0
|
0,20
|
1,50
|
1,1
|
|
Estiércol humano
|
0,4
|
0,03
|
0,12
|
1,1
|
|
Cachaza
|
2,5
|
0,10
|
1,50
|
1,4
|
|
Materiales vegetales
|
10,0
|
0,40
|
2,00
|
1,4
|
1 kg = 1 litro El bioabono sólido sale del digestor con 60-70 de humedad o más.
Anexo- 2: Posibles fuentes de Biogás
|
Especies
|
Excreta Húmeda Kg/a/d
|
M3 de Biogás/ día
|
Proporción excreta-agua
|
|
Vaca
|
10
|
O.360
|
1:1
|
|
Cerdo
|
2.25
|
0.101
|
1:1-3
|
|
Pollo
|
0.18
|
0.008
|
1:3-8
|
|
Toro
|
15
|
0,540
|
1:1
|
|
Caballo
|
10
|
0,300
|
1:1-3
|
|
Carnero
|
2
|
0,100
|
1:1-3
|
|
Hombre
|
0,40
|
0,025
|
1:1
|
BIBLIOGRAFÍA
Van Horn et al., (1993). APHA: Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, 16th ed. American Public Health Association,Washington,DC,USA.
Barreto, S. (2003). Para un desarrollo de programas rurales de empleo del biogás, Revista de Producción Animal, Universidad de Camagüey, Cuba, 15 (2): 33-36.
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