Tecnologías para producir biogás con un biorreactor porcino, Parte I

Este artículo aporta conocimientos, tecnologías, sistemas de producción, la aplicación de ideas prácticas, información científica y contribuciones reales para conocer las múltiples fases y factores en la producción de gas metano, con ello poder generar ingresos y valores integrados a la economía circular de una granja porcina en confinamiento, aprovechando rentablemente las excretas para producir con el biogás energía calórica y generar electricidad, como aprovechar sosteniblemente la materia orgánica como mejorador de suelos agrícolas. No busca resaltar filosofías, éticas y teorías morales sobre los efectos antropocéntricos secundarios y negativos del calentamiento global.

La humanidad tiene el derecho de utilizar los recursos naturales, pero está muy lejos de poseer la libertad de destruir el planeta. En realidad, la tierra te la prestan tus nietos, no la has heredado, ni comprado. Los reportes del clima mundial seguirán pronunciando más olas de calor, sequías, inundaciones, tormentas geomagnéticas con desprendimientos de la corona solar que causan auroras, e incluso noticias del colapso de las corrientes oceánicas, que movilizan los nutrientes de los ecosistemas marinos, incluyendo la presencia del ciclo de la niña y el niño. La población del mundo necesita alimentarse y ello invita a ser partícipes de la conservación de los recursos naturales. La alimentación es esencial para la vida humana, pero también libera al ambiente 50% del metano CH4, 2/3 del óxido nítrico-nitrito N₂O y 3% del bióxido de carbono CO₂ de las diversas actividades humanas. El sector agropecuario debe participar en ser más eficiente productivamente, económicamente rentable y menos contaminante, al menos capturar y neutralizar sus propios desechos y emisiones.

Con su lectura deseo despertar en el lector la creatividad para diseñar su propio modelo, hacer ajustes en las instalaciones existentes, que permitan eficiencias y mejoras de manejo en la granja. Sí, es momento oportuno de hacer oración, tomar iniciativas económico-ambientales de participación y solución, no de cruzarse las manos. La hoja dominical invita a pensar, hablar, sentir y actuar. Acciones bajo mi control y en las que pueda participar y contribuir. Lo que hagas como productor y asesor es lo que cuenta.

La fermentación anaeróbica es una de las herramientas disponibles en el siglo XXI que ofrece ventajas para la transformación de heces a energía, hay más de 300 diseños. La fermentación del vino registra 8000 a. de C. El proceso antiguo se conoce en Asia desde el siglo XXVI antes de nuestra era. Neshat 2017 enuncia que historiadores de Asiria y Persia describen el proceso de formar gas para calentar el agua de baño X siglos antes de Cristo, algo así como colectar orines de esclavos para teñir la ropa. Tener baños de vapor o albercas con agua caliente ha sido una tecnología que se extendió en el tiempo y geografía hasta el siglo XVI después de C. En el siglo XVII Jan Baptita van Helmont determinó que el gas provenía de la descomposición de la materia en putrefacción. En 1776 el conde Alejandro Volta reporta la correlación de materia orgánica a gas producido. En 1804 Johan Dalton y Humprey Davy descuben que el gas invisible producido en la digestión anaeróbica es metano. Para 1959 en Bombay, India se instala la 1era planta de biodigestión. Se usa como iluminaria pública en 1900´s en la ciudad de Exeter, UK con gas producido con el drenaje urbano, incluyendo las evacuaciones intestinales. Hasta 1930. Buswell identifica bacterias anaeróbicas que producen metano y se entienden los mecanismos de descomposición orgánica, procesos químicos y microbiológicos. Cuba instala digestores en 1940. China hacía lo propio para uso doméstico con desechos agrícolas y en 1940´s en Alemania el biogás era combustible para el transporte municipal. Para 1970´s China continuó instalando 10 millones de biodigestores caseros al igual que India adoptó estos bioprocesos energéticos para 4.5 millones de familias. Muchas personas se han beneficiado con estos minireactores para el hogar.

Un programa en Latinoamérica implementa en 1970 biodigestores caseros, Jamaica crecen en 1988, Perú en los Andes 2006. En Mount Pleasant, Iowa el 10 de mayo de 1972 el primer biorreactor anaeróbico porcícola estaba funcionando en EUA. Después se harían pruebas con bunkers de concreto armado y otros diseños. Pero en sí, su aplicación no prosperó extensivamente en los Estados Unidos de América EUA, ni vendiendo créditos de carbón para bajar la huella ambiental al mercado de valores. Todavía hay un gran potencial para desarrollarse en todo el mundo. Las empresas de la comida rápida en EUA están participando en la compra de bonos de mercado y compran carne a las granjas que tienen biorreactores de energías limpias. En escala grande de digestión anaerobia, en 2009 Belice usando una laguna cubierta con polietileno. El Instituto internacional de recursos renovables IRRI-México en 2012 inició la instalación de 265 biodigestores. Argentina en 2020 han instalado biodigestores grandes, le siguen Chile y Colombia.

No hay que esperar al año 2030 para reducir el impacto ambiental y valorizar el modelo de negocio potencial con las excretas como un insumo económicamente viable para transformarlo en bienes y servicios empleando nanotecnología innovadora para dejar que sea un producto de desecho. Los excrementos son un recurso o materia prima para incrementar niveles de producción de alimentos de origen animal con la neutralización de carbono, producir energía y crear mejorador de suelos agrícolas para obtener un ingreso adicional a la acostumbrada venta de animales en pie. El mundo crece en población, la prosperidad demanda incrementos en el consumo de carne y para mejorar la salud humana y longevidad ingieren proteína animal. A mayor demanda de carne, más granjas se construyen y muchos más animales que alimentar.

Los países del continente europeo y en particular España encabezan un crecimiento en la producción de proteína animal, sobresaliendo la porcicultura. Se implementa un programa de manufactura sostenible con las excretas, integrando procesos agroindustriales de valor agregado hacia una bioeconomía circular verde, aprovechando con creatividad los desperdicios contaminantes atmosféricos y ambientales, transformándolos en múltiples alternativas ecoeficientes de productos y servicios. Desde el 2024 es obligatorio al menos una cubierta de perlita flotante en las lagunas porcinas con aplicación neumática de hasta 10 centímetros para que los gases que causan un efecto de invernadero (GEI) no sean liberados a la atmósfera. Se pueden remover nutrientes del 98% para derivados del amonio N- NH4+ sin desperdiciar el fósforo PO43- para uso agropecuario y además generar energía eléctrica para bajar costos de la granja como vender excedentes a la red de conexión federal.

Ya no hay desechos o desperdicios para tirar a la basura, todo es materia prima, hasta el biogás se recicla, el calor generado se integra al sistema de producción y las compostas son el sustento alimenticio para generar proteína con la crianza de insectos comestibles (Acheta domesticus, Alphitotius diaperinos, Grylloses sigillatos, Gryllus assimilis, Hermetia illucens, Musca domestica, Tenebrio molitor). Actividad productiva que está prosperando en el mundo.

Tecnologías de 1era generación es usar caña de azúcar para producir etanol; 2da usar desechos urbanos, agrícolas, forestales; 3era producir biocombustibles con algas rojas y marrón; Pistia stratiotes, Neochloris oleoabundans, Chlorococcum; microalgas, espirulina, Chlorella y otros cultivos unicelulares, se colectan carotenoides de spirilloxantin C42H60O₂ con propiedades antioxidantes; 4ta generación usar aguas residuales urbanas para producir energía y descontaminar el medio líquido para uso de riego. Una realidad en el puerto de Topolobampo, Sinaloa con el proyecto Mexinol que transforma gas metano en hidrógeno verde líquido que puede ser transportado en barco al puerto de Mazatlán. Algo similar en Finlandia una planta de biogás con energía renovable lo comprime a líquido para generar 100 GWh/año, más fertilizantes. Noruega colaborará con ellos en el 2025. La producción de H₂ vía la técnica de reformación del vapor de CH4 con un cambio de agua gasificada produce Hidrógeno y CO. El H₂ calorífico de 122 kJ por gramo comparado con gasolina 40 kJ/g. Hay 30 plantas de desechos urbanos en México que generan electricidad. Otros usan efluentes para el cultivo de algas.

Una composta sólida utiliza en el metabolismo del carbono el 50% de la materia orgánica para el crecimiento microbiano, por ello se calienta la pila de excretas en estabilización. Si es por medio de vermicomposta de lombrices se estabiliza la materia orgánica y se convierte en un mejorador de suelos. Hay 4,000 especies de lombrices, pero tan solo 12 son cultivadas. La más popular es Eisenia fétida. Y la fracción de los líquidos de salida son un substrato para el cultivo de microalgas u otros organismos y obtener derivados de proteína unicelular para alimento animal. En el cultivo de una microalga Neochloris oleoabundans se obtienen lípidos para biocombustible: Biodiesel, bioetanol, biometano, biohidrógeno. (El proyecto europeo Biogrid o cómo extraer el metano de los purines). Muchas empresas en el mundo participan voluntariamente al programa Zero Contaminantes 2040 y están comprometidos con la jornada de la coalición internacional del cambio climático 2050.

Acciones persistentes reducirán 2°C la temperatura del globo terráqueo.

Para el año 2050 cualquier sistema de producción deberá ser contaminador neutro de bióxido de carbono con mínimos emisiones de gases con efecto de invernadero GEI. Se declina la energía fósil (grafito, petróleo) por recursos renovables o electricidad verde, siguiendo las indicaciones de cambios y recomendaciones conforme avanza la ciencia.

No hay que seguir los ejemplos de energías limpias propia de los líderes que encabezan la lista mundial de la contaminación como China, EUA con casi 1 millón de pozos petroleros, Rusia e India. Son las acciones individuales las que revierten el problema del cambio climático para la humanidad. Muchos pozos abandonados tienen fugas al aire de gases. Rusia, Irán, Turkmenistán, Arabia Saudita, Iraq, Venezuela, México, Libia queman con antorchas al aire libre gas metano de los yacimientos, sin ninguna transformación debido a falta de tecnologías o modelo de negocio para aprovechar esta energía de la extracción del petróleo. El gas es un recurso que se tira y contamina sin beneficio alguno. El Summit 2024 ofrece respuestas al desperdicio de gas metano proveniente de la extracción de los yacimientos (Methane Mitigation: Technology & Innovation Summit 2025). Noruega como ejemplo a adaptar se destacan por los mejores controles para evitar emisiones de gases petroleras.

Cada país en particular puede tomar la iniciativa de una sola salud (humana-animal) para resaltar en su campo de acción y minimizar las emisiones contaminantes con una matriz energética de tecnología propia y adecuada económicamente a la idiosincrasia cultural regional.

La captura de carbono o reducción de CO₂ equivalente para el 2050 será establecido permanentemente, como algo nunca visto en el sector energético, transporte, agrícola, urbano e industria. Aplica para todo el mundo y actividad.

El impacto verdadero es que la aplicación sea adoptada ampliamente por la ciudadanía y el sector productivo y no solo llamar la atención para resaltar el uso del registro de la patente de última generación con innovación tecnológica olvidada o impráctica. Hay que entrarle con lo que se tiene disponible. Ya no cabe la otra opción de esperar cuál podría ser la mejor tecnología y no actuar en consecuencia, al menos con una alternativa innovadora accesible a tus recursos.

De esta manera global se producirá un planeta dinámico y cambiante con nuevos desarrollos tecnológicos. Es evidente que la mano de obra es desplazada con tecnología. Hay una población creciente de habitantes día a día que requiere una economía descarbonizada apegada a un modelo sostenible de largo plazo, donde la mínima huella de carbono será más apreciada que el precio mismo del producto. Tan solo con descarbonizar y ahorrar energía, alimento, vestido en cada hogar y automóvil de forma persistente impactará el ritmo del cambio climático. No debe haber alimentos que contaminen el hábitat, desmonten la foresta y afecten el aire que respiramos.

No se pretende argumentar el calentamiento global antropocéntrico, ya que los estudios del 2010, 2014 y 2020 de cada 100 autores que señalan el inminente calentamiento global con evidencia cierta que los humanos están cambiando el clima de globo terráqueo, otros 100 investigadores reportan que no hay evidencias científicas para hacer un cambio radical en la toma de decisiones o si durante este período de ondas frías y cálidas se realiza un ciclo natural de cambios para una nueva era glaciar. ¿Qué opción tiene la razón justificada?

La naturaleza por si sola tiene proceso de respiración, descomposición, regeneración, captura y ciclos del carbono y nitrógeno. Las actividades humanas antropogénicas para el cultivo de alimentos, cría de animales y procesos industriales, alteran el equilibrio atmosférico. Para controlar los excedentes de contaminación que induce el calentamiento global es necesario conocer el origen y cantidades precisas de las emisiones que aumentan la composición química del aire. El sector energético es el máximo contribuyente y le sigue la producción de alimentos.

Lo que no está a discusión son los señalamientos de fotografía espacial que resaltan la acumulación de gases contaminantes en todos los rincones del mundo y el buen sentido común nos lleva a lograr objetivos en beneficio propio y que debemos evitar crecer la huella de carbono, que ha nada bueno nos conduce. Los nuevos satélites monitorean sobre la contaminación SENTINEL-5, CO2MVS, CO2M. En Europa el programa espacial Copérnico. Las alegatas de quién tiene la razón son especulativas. Hay que actuar con sentido común.

Todos los cultivos para alimentar a la humanidad incluyendo los granos forrajeros deberán ser de bajo impacto al imprimir su huella de carbono. Al existir más animales de granja, la industria de alimentos balanceados incrementa anualmente la demanda por pasta de soya, lo que implica deforestación por nuevas superficies de cultivo, más las distancias del transporte marítimo, agregan unidades al calentamiento global.

Por ello alternativas al emplear en la dieta proteasas de 2da generación mejoran la digestibilidad de la proteína. Obtener recursos como la proteína de insectos, unicelular, microalgas, proteínas modificadas por bioingeniería o cocidas en calderas de presión y temperatura para una mejor digestión y absorción, ofrecer una nutrición personalizada con inteligencia artificial acorde a las necesidades individuales de cada animal. Proveer una nutrición cinética de proteínas, fibras y almidones en perfecto aporte para lograr la máxima respuesta productiva y otros cobran importancia mundial como alternativa para sustituir las cantidades de pasta de soya en la alimentación animal. La pasta de soya es de lo mejor, pero no por ello se podrán irrumpir las corrientes húmedas para generar lluvia. Los bosques son sifones que succionan la briza del mar.

Cultivos como maíz y papa genéticamente modificados con Bacillus turginensis para resistir plagas se utilizan 85% para la alimentación animal. Hay papa AmA1 que contiene 40% más proteína que una variedad de tubérculo normal. Las diferentes marcas de semilla de soya son resistentes al herbicida (roundup), a la sequía Drb2a y otros genes. Muchos cultivos GMO tienen baja huella de bióxido. Su empleo controversial está en la alimentación humana y en las moléculas residuales que tengan un efecto desconocido como sustrato a largo plazo.

Nos debemos regir por nuevas normas éticas, estructuras financieras, educación agroecológica, una política clara para minimizar fricciones o mal entendidos. Los ajustes económicos circulares de comercialización se irán transfiriendo conforme avancen los sistemas de producción para alimentar a la humanidad y las leyes sean aplicadas con castigos económicos y cancelación de concesiones. A partir del biogás verde el mundo está legislando el futuro del planeta; su desarrollo productivo; comportamiento en los hábitos de consumo de la siguiente generación; uso eficiente de la energía limpia en casa, oficina, taller e industria; nuevas políticas económicas; cuidados del medio ambiente y naturaleza; investigación científica, tecnológica y práctica; concientización de la sociedad civil desde la infancia y política normativa. Toda actividad productiva debe participar.

Solo 16 países cumplen el acuerdo de Paris que contiene pactos con multas. Las naciones unidas sobre el cambio climático COP 29 que incluye Azerbaiyán marcan enfáticamente el año 2024 como el principio del fin de la era de la energía fósil. Ya se oirá el rechinar de dientes en los 180 países que retrasan sus acciones para limitar sus emisiones de gases con efecto de invernadero. El resto del mundo que no está en el pacto también contribuye y se involucra. Pronto se acercan las fechas límites y compromisos incumplidos internacionalmente. ¿Cómo se actuará con las mayorías pasivas y apáticas? Algún camino se debe tomar. Compromisos son obligaciones que cumplir.

Los EUA le están apostando al uranio-235 con la instalación de reactores pequeños para ciudades medianas, ya no más plantas nucleares grandes para metrópolis y próximamente diseñando microreactores de fisión nuclear para poblaciones no industriales.

Otras alternativas: Motores de hidrógeno, vapor de agua presurizada, proceso de biogás simple, metanol azul y verde, ecotécnicas, reciclado de basura y compostas. ¿Cuál está a tu alcance?

Crece la población humana, la economía se desarrolla, aumenta la demanda por consumir carne de cerdo. Son factores deseables si mejoran la salud humana y la calidad de vida de la población. Pero también es importante conocer estrategias verdaderas de reducción de contaminantes urbanas, incluyendo la producción de alimentos, así como cuantificar verazmente sus emisiones de carbón, metano y nitrógeno equivalente y sus capturas medibles con el apoyo de tecnologías para buscar metas reales de reducción. Para este caso entender los procesos complejos de la fermentación anaeróbica, incluso la eliminación de animales muertos triturados con prácticas de bioseguridad dentro de la hidrólisis del biodigestor anóxico.

La FAO indica que las actividades pecuarias generan 18% de los gases con efecto de invernadero GEI. Son gases que atrapan la radiación infrarroja en la atmósfera y generan calentamiento de la superficie terrestre. El consumo de carne mundial le corresponde al cerdo 36%, pollo 35%, res 22%. Se puede consultar el listado del 2024 World Mega Producer. Cada vez más cerca de alcanzar los 35 lechones destetados por cerda al año.

En el mundo hay 650 tipos de cerdos silvestres y domésticos. Hay más de 150 clasificaciones extintas y otras 164 con alto riesgo de desaparecer. Es material genético del futuro de la producción de carne. Si bien cerdos con ingeniería genética transgénica utilizan 30% mejor el nitrógeno y fósforo de la dieta.

La Unión Europea en el 2018 produjo al mercado 270 millones de cabezas de cerdos, tiene un consumo de 40 kilos per cápita anual. Corresponden para España 30.8, Alemania 26.5, Francia 13.7, Dinamarca 12.6, Holanda 11.9, Polonia 11.1 millones de cabezas respectivamente. Registran una preferencia por los guisos con carne de cerdo Dinamarca 74, España 54, Polonia 51, Holanda 44 Kg de consumo/Habitante/año respectivamente. Considerando que un kilo de carne porcina es equivalente a 6Kg de CO₂. Otros estudios tienen rango de 2.6-6.3 Kg CO₂/Kg carne, 3.6 CO₂eq./Kg de carne de cerdo, implicando el uso de granos como alimento.

El Instituto de procesos sostenibles de la Universidad de Valladolid en España presenta un sin número de tesis y artículos para consulta IPS 2024. Las granjas en Alemania han avanzado hasta el 2022, instalando 11,000 biodigestores en casi todas las unidades de producción aportando al 25% de otras fuentes de bioenergía del país. En Europa 2015 se registran 17,400 plantas de biogás. EUA tiene un potencial de instalar 5,400 biorreactor modernos y tan solo lleva 45 unidades en funcionamiento. EUA, Japón y Alemania han desarrollado y crecido en la energía fotovoltaica más adecuada a las zonas urbanas, pero no descartan programas para los granjeros, ya que la carne de cerdo es la preferida mundialmente. Un biorreactor europeo que fermenta cultivos agrícolas produce 8 megatoneladas de energía MTOE, en granja porcina genera 6 MTOE, en China las granjas porcícolas producen 5 MTOE y utilizan 25.5 millones de hectáreas para su alimentación con grano de maíz y trigo forrajero y la importación de 23 millones de toneladas de soya provenientes de Brasil y Argentina.

En Brasil se favorece como fuente renovable la producción eléctrica con biogás sobre los sistemas solares fotovoltaicos limitados a producir energía por 12 horas al día, mientras que el biogás su proceso de fermentación es en continuo aportando energía 24/7 y solo se detiene durante el mantenimiento del equipo. Cierto es más fácil colocar un abanico turbina de viento, aunque los ornitólogos afirman que alteran las migraciones anuales de aves o instalar paneles fotovoltaicos solares, que construir un biodigestor que puede costar entre $ 100 mil a $ 5 millones de dólares y el costo del estudio técnico e ingeniería va entre $10 mil hasta $1 millón de dólares.

Ya se construyen granjas porcinas de 15,000 vientres instalados en una unidad de producción sitio uno SI. Hay incentivos federales permanentes para mantenimiento de la infraestructura instalada; capacitación para mejorar la eficiencia de los biorreactores, reducir los riesgos del encargado, prevenir fallas del reactor y también la venta de bonos de carbono evitan el abandono de unidades de producción. El país de Brasil destaca mundialmente en pollo, cerdo, res y toda esta materia orgánica participa en el desarrollo de biodigestores Gonclaves 2024. Además de producir gas (calor-electricidad) se mejora la calidad del abono y se recicla agua para limpieza o riego agrícola.

Hay un Convenio mundial que se origina en 1960 sobre la Contaminación Atmosférica Transfronteriza a Gran Distancia CLRTAP firmado en Ginebra, Suiza en 1979. En México se han publicado leyes de energías renovables y sostenibles cambiando el paradigma, pero las propuestas de energías limpias no son acompañadas con el presupuesto financiero del plan anual de desarrollo de la federación e incluyentes al desarrollo y bienestar social. Se requiere mayor esfuerzo en las cámaras de representación, como en la gestión estatal. Desde 1992 la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático CMNUCC la ratifican 197 países el 21 de marzo de 1994.

La construcción de mega granjas porcinas se hace presente con la empresa Muyuan, en Nanyan, China con un complejo productivo de alta concentración animal y tecnología de primer mundo.

Para México se norman los aspectos relacionados con el ambiente, trato animal, ecología, descarga de aguas, salud humana, etc., con la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente (LGEEPA) 1982, NOM-001-ECOL-1990 para porcinas, Ley Federal de Desechos 1991, Ley General para la prevención y Gestión Integral de los residuos (LGPGIR), Ley de Aguas Nacionales (LAN) 1991,1994, Disposiciones Aplicables en Materia de Aguas Nacionales, NOM 007-ZOO-1994, NOM-008-ZOO-1994 sacrificio industrial, NOM-001-ECOL-1996, NOM-002 ECOL-1996, Ley General de Salud (LGS), Ley Federal de Sanidad Animal (LFSA), Ley de Organizaciones Ganaderas (LOG), Ley de De4sarrollo Rural Sustentable (LDRS), NOM-003 SEMARNAT 2002 para lodos y biosólidos, NOM-004-SEMARNAT-2002 desazolves de granjas, NOM-001-SEMARNAT 2021 reutilizar el agua para el riego agrícola, ISO 9001:2015 en ciclos de producción. ISO 14040-14044:2006.

Cuadro 1. Normas oficiales mexicanas en relacion con aspectos ambientales

Las empresas pueden ir más allá en el cumplimento de las regulaciones y obtener beneficios tangibles adicionales como ambientes sin moscas, reducción de trasmisión de enfermedades, mejoras en la eficiencia alimenticia, personal laboral puntual, ingreso por productos adicionales, por fuera de la venta de los animales, mejor imagen pública de la unidad de producción. Vale la pena el esfuerzo.

Los sistemas tecnológicos de almacenamiento de sólidos, tratamiento y alternativas con sus diferentes rendimientos para producir gas metano y con ello manejar eficientemente las evacuaciones porcinas. Los siguientes enunciados son solo valores indicativos del rendimiento y eficiencia del biorreactor.

La expansión de la aplicación de la tecnología electrónica hace evidente una mejora económica del ingreso familiar, por ello se pronostican a partir del registro histórico hasta el 2020 incremento en el consumo de cárnicos a los años venideros. Cada especie animal bajo crianza tiene preferencias en el consumo de diversas fuentes de alimento, ya sean forrajes o granos. Por su actividad ruminal fermentativa generan en su aparato digestivo gases entéricos y los monogástricos producen menos gases intestinales. Por lo que cada especie en producción de carne, leche o huevo sigue diferentes caminos para controlar las emisiones de CO₂, CH4, N₂O y otros gases.

Pexas 2023 hace el cálculo del calentamiento global en kilos de bióxido por kilo de carne, en base a energía fósil; para pollo 3.7-6.9, cerdo 3.9-10 y res 14-32 Kg CO₂ equivalentes/kg de pulpa. Con un consumo energético de mega Jules por kilo de carne; para pollo 15, cerdo 20 y res de 26 MJ/Kg de carne. Las contribuciones de bióxido de carbono por kilo de cerdo en peso vivo para Francia 2.30, Iowa EUA 3.40, Dinamarca 3.57, China 4.18 Kg CO₂/Kg de carne de cerdo en peso en pie. Para el consumo de agua se estiman litros por kilo en cerdo 6000, borrego 10400, res 15400 L H₂O/Kg de peso en pie, su crecimiento genera 3 kilos de CO₂ por kilo de incremento.

Una granja en Dinamarca con 500 cerdas produce 13,000 lechones con peso a la matanza de 112 kilos en pie. En Suecia prefieren más peso al destete y en engorda pasar en 90 días de 30 a 115 Kg. En Brasil usan leche de burra para suplementar lechones destetados ya que reduce la acción de los genes 1L1β que producen citoquina causante de una respuesta inflamatoria. Si producir alimentos es contaminante, cualquier acción en contra justifica lograr establecer una cadena neutral del CO₂ equivalente para bajar el impacto en la huella de carbono.

Un cerdo defeca a diario 4 kilos de heces, ello produce 0.33 m3 de biogás por día. Esto son entre 6 a 22 Kg de metano al año, según el sitio de crianza I, II, III, hembras de reemplazos, sementales o unidad de producción. Un cerdo que alcanza 115 kg de peso en pie ha producido 28 Kg de CO₂, algo similar a la contaminación de 10 litros de gasolina quemada. Por cada 100 m3 de un biodigestor operando por 5 días de retención hidráulica, sin que salgan los líquidos se producen 0.72 m3 de CH4 por cada metro cubico (m3) de reactor al día. Una aproximación son 42 litros de metano por cada kilo de sustrato de sólidos por cada día. El rendimiento a 13°C será 60% comparado con una temperatura de 37°C. El biogás anaeróbico de cerdos es un combustible sostenible ya que 0.70 m3 equivalen a 1 kilowatt hora (kWh) de electricidad. Con 5 días de fermentación se fermenta el 80% de los sólidos de las heces. La capacidad del sistema de generar poder es de 4.5 kWh en electricidad por cada m3 de excretas cruda. La variación va de 1.7-9.3 Kg CO₂ eq,/kg de peso en pie, pero el promedio es 3.5 Kg de CO₂ equivalente por cada kilo de peso vivo. La evaluación varía para cada Continente.

En general la entrada al biorreactor porcino de materia orgánica es entre 1.4-6.3 kilos en la demanda química calculada de oxígeno (COD) por cada metro cubico m3 diario, de nitrógeno va de 0.5-2.3 kg de N/ m3d, en la relación Carbono:Nitrógeno desde 1.9-9.4 COD* cada gramo de N. Durante el proceso hay una reducción desde 60-75% del % de materia orgánica y el N disminuye 55-89%. La mayoría del amonio se oxida en nitrito. Una granja porcina con 8,500 cabezas que alimentar, genera diariamente 1500 m3 de biogás con un potencial para producir 120 kWh de electricidad. Adicionalmente registra diariamente 15 bonos de carbono con un valor de $15 euros por bono. El valor calorífico del biogás es de 5000 Kcal/m3 y en México se registran 721 biodigestores instalados en granjas rurales y confinadas.

Tabla 2. Emisiones de Gases de Efect Invernadero (GEI) reportadas en la literatura en compostaje de estiercoles y biomasa bajo condiciones experimentales y métodos varios.

Manejo aplicable a las excretas y residuos de la crianza confinada de especies domésticas para la producción de alimentos para la humanidad.

Hay múltiples diseños de sistemas de biorremediación. Para cantar las rancheras y enamorar a la novia hacen falta varias canciones. La tecnología más eficiente se elige para cada granja, no hay un chaleco que calce por igual a todas las unidades de producción (Livestock and Poultry Environmental Learning Community). https://lpelc.org/types-of anaerobic-digesters/;  para construcción (AgSTAR: Biogas Recovery in the Agriculture Sector). 

El rendimiento final de producción de gas metano estará controlado por la temperatura ambiental y el manejo zootécnico al interior de la granja. Si la temperatura es mayor de 22°C se incrementa la producción de metano, favoreciendo poblaciones de Methylotropic metanogénesis, la cual produce 4 moléculas y la Hydrogenotrópica metanegénesis 2 moléculas, la Acetoclastica metanogénesis una molécula. Dependiendo de la calidad del inóculo será la eficiencia para generar biogás, ya que también hay poblaciones bacterianas que compiten severamente utilizando los nutrientes para metabolizar moléculas que no son precursores del metano. La calidad y madurez del inóculo inicial es determinante de la eficiencia del biorreactor para producir metano. No descartar esta práctica de aplicar líquidos de una laguna anaeróbica que tenga años procesando deyecciones porcinas. Otras sugerencias de manejo descritas en Feuchter 2023 y 2024 sobre gas metano porcino.

El calentar las excretas por 3 días a 70°C mejora la producción de gas metano 40%, lo mismo un pretratamiento por debajo de 110°C es redituable. La producción de gas metano alcanza su máximo a los 15 días y después va bajando paulatinamente su ritmo de producción al agotarse las fuentes de alimento del medio microbiano. Por ello se sugiere una retención de líquidos de 15-30 días. La producción de biogás se favorece a los 36°C y haciendo una codigestión de 75% de excretas de cerdo con 25% de gallinaza alcanza 0.60 m3 de CH4/Kg demanda química calculada de oxígeno (COD reducido). Un biorreactor elimina la demanda química de oxígeno (DQO) entre 80-90% y los sólidos suspendidos totales se reducen 60-75%.

Reportes de México 1era 1997, 2da 2001, 3ra 2006, 4ta 2009, 5ta 2012, Informe bienal 2015. USCUSS uso del suelo, cambio de uso el suelo y silvicultura. las emisiones nacionales de México en agricultura es el 6.4% del total, el sector energía es el mayor causante de GEI y CO₂ equivalente. Para las actividades porcinas hay un modelo dirigido de tres niveles que mediante el aprovechamiento circulante integra ingresos adicionales a la granja.

En la digestión anaeróbica el medio microbiano usa como alimento las excretas sólidas de porcinos, hay un gran grupo de Archea metanogénicas interactuando en la fermentación junto a diversos micoorganismos y bacterias facultativas, primero generado excreciones de diferentes metabolitos, unos compuestos activan el crecimiento poblacional y sucesión de otra especie, hasta transformar 90% de la materia orgánica en biometano.

Antorcha o mechero para quemar el gas metano. Flama producida con el biogás. Se libera CO₂ quemado en lugar de CH4. No se aprovecha el biogás para transformarlo en electricidad u otra fuente de energía aprovechable.

Motor de combustión generador de gas a electricidad. Del escape del motor, el intercambiador de calor usa la energía calórica para enfriar un tanque. Al gas sobrante se le reduce su volumen con un compresor para ser usado como combustible de vehículos terrestres. Esquema de 2da generación sin laguna, separación de sólidos, proceso de nitrificación-desnitrificación, remoción de fósforo y desinfección.

La laguna de oxidación con ventiladores sin cubierta superficial, el Bunker y la laguna anaeróbica profunda de una sola cámara de fermentación es cosa del pasado. Las malas experiencias habían dejado una mala impresión Feuchter 2024. Una laguna profunda se acidifica pH bajo por la pérdida de CO₂ ácido y por ello el NH3 es alto, como los ácidos grasos volátiles (acetato, ácido propiónico, ácido butírico, isobutírico) en la capa superficial son indicadores de fallas en la digestión anaeróbica o a la falta de tiempo de adaptación de la comunidad microbiana. La sedimentación de la materia orgánica limita la formación de un potencial existente de metano. El biorreactor moderno con avances alcanzados en investigación debe ser eficiente con poco tiempo de retención de líquidos para completar rápidamente el tratamiento de la digestión y respiración anaeróbica de la materia orgánica, con la máxima producción de bioenergía verde y captura de biogás compuesto de (50-75%) de CH4 y (25-50%) de CO₂, gases entre 2-8% compuestos de nitrógeno N₂, H₂, H₂S, NH3, O₂, S₂ y otros 130 diferentes gases provenientes de la descomposición de las excretas, incluyendo el vapor H₂O; con un valor calorífico de 5300 kcal/ m3 de metano (600-1000 BTU/ft3) Neshat 2017. La producción de biogás puede generar beneficios ambientales muy valiosos, más allá el conjunto de la energía producida y de los biofertilizantes como mejoradores agrícolas.

Cálculo para las emisiones anuales. Con tablas y valores: CH4 EMISSIONS FROM ANIMAL MANURE