Biodigestores para la creacin de biogs, a partir de desechos orgnicos de animales

Introduccin:

Las energas renovables tales como la elica, la solar en sus diferentes formas, contribuyen con una cifra inferior al 2% en la provisin global de la energa. Un estudio de la WEC (World Energy Council) proyecta, si las actuales polticas continan, las energas renovables contribuirn con un 4% a la provisin global de la energa para el ao 2020 ( The World Resources Institute , 1996). Dentro de ellas la BIOMASA es un recurso renovable cuya utilizacin presenta caractersticas singulares y beneficios notables. Se trata de una fuente prcticamente inagotable, producida cclica y continuamente por el reino vegetal y animal y el sistema urbano e industrial, y existe por lo menos en alguna de sus formas en todos los espacios geogrficos. El uso de la biomasa aporta beneficios que no son slo energticos, su transformacin se convierte en beneficiosa y necesaria para el entorno. Es un sistema idneo de eliminacin de residuos, con la subsiguiente mejora del ambiente rural, urbano e industrial. Puede ser adems, un modo de equilibrar determinados excedentes agrcolas. En el sector rural, la principal forma de contaminacin es el estircol, que genera malos olores y polucin con nitratos al agua de consumo. La opcin del uso del estircol permite responder a una demanda de la sociedad, las actividades agrcola-ganaderas deben ser ms respetuosas del medio ambiente, y en particular deben promover la reduccin de posibles fuentes de contaminacin.

(C.Filippn J. Follari y J. Vigil, Argentina, nd.)

Se denomina biomasa a toda la materia orgnica que se encuentra en la tierra. Como fuente de energa presenta una enorme versatilidad, permitiendo obtener mediante diferentes procedimientos tanto combustibles slidos como lquidos o gaseosos. De origen vegetal o animal, que incluye los materiales que proceden de la transformacin natural o artificial. Cualquier tipo de biomasa proviene de la reaccin de la fotosntesis vegetal, que sintetiza sustancias orgnicas a partir del del aire y de otras sustancias simples, aprovechando la energa del sol.

La energa que se puede obtener de la biomasa proviene de la luz solar, la cual gracias al proceso de fotosntesis, es aprovechada por las plantas verdes mediante reacciones qumicas en las clulas, las que toman del aire y lo transforman en sustancias orgnicas, segn una reaccin del tipo: + (H-COH) +

En estos procesos de conversin la energa solar se transforma en energa qumica que se acumula en diferentes compuestos orgnicos (polisacridos, grasas) y que es incorporada y transformada por el reino animal, incluyendo al ser humano, el cual invierte la transformacin para obtener bienes de consumo.

(http://www.ecoloquia.com/nuevo/index.php?option=com_content&view=article&id=690:biomasa-definicion&catid=16&Itemid=51)

Un biodigestor es un recinto cerrado donde se producen reacciones anaerbicas (sin aire) en el que se degrada la materia orgnica disuelta en un medio acuoso, para dar como resultado metano y dixido de carbono, trazas de hidrgeno y sulfdrico, estos microorganismos, protozoarios hongos y bacterias que estn en el interior deben ser cultivadas, por tanto no vamos a obtener el biogs inmediatamente, tendremos que esperar que lo empiecen a producir, esto tarda unos 15 das ms o menos, esta produccin se ver afectada por la temperatura exterior, por tanto si queremos que nuestro biodigestor produzca algo ms o menos constante debemos enterrarlo para que la temperatura se mantenga en unos 18 grados, no es lo mejor pero durante el invierno tendremos buena produccin. Este proceso de biodigestin se da porque existe un grupo de microorganismos bacterianos anaerbicos en los excrementos que al actuar en el material orgnico produce una mezcla de gases (con alto contenido de metano) al cual se le llama biogs.

(http://www.ecured.cu/index.php/Biodigestor)

Biogs: Gas derivado de la fermentacin anaerobia de la biomasa, mezcla de metano y bixido de carbono; en proporcin de 7 a 3, producido por el tratamiento del estircol animal o los desechos industriales de biomasa, mediante accin bacteriana. La posibilidad de que con biogs se aumente la parte renovable de los elementos que aportan energa en la produccin de electricidad, y que al mismo tiempo se puedan resolver los problemas de eliminacin de basura, han ayudado a llevar en los ltimos aos al biogs a un grado de importancia. Es un combustible econmico y renovable utilizado en vehculos de motor, para mezclar con el gas del alumbrado y para usos industriales y domsticos. La produccin de biogs, adems de aprovechar materia considerada como desperdicio, origina como subproductos fertilizantes de excelente calidad.

(Fraume,Nestor Julio, nd)

Desarrollo:

El biogs es una alternativa tecnolgica que permite dar solucin a corto, mediano y largo plazo a la gran mayora de los problemas de la crisis energtica, dependencia del petrleo, erosin, entre otros, ya que con esta tecnologa podramos mejorar y obtener beneficios en varios aspectos.

El biogs posee un poder calorfico que va desde los 4500 a 6500 Kcal/, segn la proporcin de metano que contenga. Un metro cubico de biogs sustituye 0.61 litros de gasolina, 0.58 litros de kerosene, 0.5 a 1.5 kg de lea, 0.74 kg de carbn vegetal y 1.42 KW/hora de energa elctrica.

Cabe destacar que esta energa se produce por desechos que crean problemas y son fuente de enfermedades y refugio de animales dainos, lo que en definitiva los hace grandes contaminantes del ambiente.

El biogs no es contaminante al ser fruto de un proceso anaerbico que elimina todo tipo de microorganismo patgeno que puede estar presente en esta mezcla. El efluente resultante del proceso de fermentacin es inodoro (sin olor), tiene alto potencial fertilizante y mejorador del suelo, asimismo se puede afirmar que el proceso de fermentacin constituye un proceso de purificacin del medio ambiente.

Desde hace mucho tiempo se conoce la superioridad de los fertilizantes orgnicos sobre los fertilizantes inorgnicos en cuanto a su capacidad de mejorar los suelos, aumentar la fertilidad, suplir nitrgeno orgnico, micronutrientes y mejorar la flora bacteriana. La produccin de biogs hace un gran aporte, pues el desecho resultante posee ptimas caractersticas para ser usado como fertilizante.

Durante el proceso de fermentacin, los materiales orgnicos sufren cambios que les permiten mejorar su potencial como fertilizante. Esto es debido al grado de descomposicin a que son sometidos. Por ejemplo; en el caso del estircol de cerdo tratado por un biodigestor, se duplica la cantidad de nitrgeno y fsforo se sextuplica la cantidad de potasio en relacin al estircol descompuesto de manera aerobia.

Las posibilidades del biogs son muy amplias, con sus aportes a nivel de energa, a la ecologa y al sector agropecuario.

(Seminario Medio Ambiente sin fronteras, Republica Dominicana, 1994)

El biodigestor es un recinto cerrado donde se producen reacciones anaerbicas (sin aire) en el que se degrada la materia orgnica disuelta en un medio acuoso, para dar como resultado metano y dixido de carbono, trazas de hidrgeno y sulfdrico.

Tipos generales de biodigestores

El sistema Hind

El biodigestor hind fue desarrollado en La India despus de la Segunda Guerra Mundial en los aos 50, surgi por necesidad, ya que los campesinos necesitaban combustible para los tractores y calefaccin para sus hogares en pocas de invierno, luego cuando termin la guerra se volvi a conseguir combustibles fsiles por lo que dejaron los biodigestores y volvieron a los hidrocarburos. Como la India es pobre en combustibles se organiz el proyecto KVICK (Kaddi Village Industri Commision) de donde sali el digestor Hind y el nombre del combustible obtenido conocido como biogs. Este digestor trabaja a presin constante y es muy fcil su operacin ya que fue ideado para ser manejado por campesinos de muy poca preparacin.

El sistema Chino

El biodigestor chino fue desarrollado al observar el xito del biodigestor Hind, el gobierno chino adapt esta tecnologa a sus propias necesidades, ya que el problema en China no era energtico sino sanitario. Los chinos se deshicieron de las heces humanas en el rea rural y al mismo tiempo obtuvieron abono orgnico, con el biodigestor se eliminan los malos olores y al mismo tiempo se obtiene gas para las cocinas y el alumbrado. El biodigestor chino funciona con presin variable ya que el objetivo no es producir gas sino el abono orgnico ya procesado.

Digestores de segunda y tercera generacin

El digestor de segunda generacin opera bsicamente en dos niveles. En la parte baja del mismo se construye un tnel o laberinto, que sirve para retener temporalmente todos los materiales que tienden a flotar; con las divisiones internas se divide el laberinto en una serie de cmaras independientes pero comunicadas entre s de forma continua. Por medio de planos inclinados y ranuras delgadas en las placas de ferrocemento que conforman el techo del laberinto, se permite el paso del gas y del material ya hidrolizado y degradado.

Los materiales lentamente digeribles, que completan su ciclo de degradacin anaerbica en ms de 100 das, pueden hacerlo al tiempo con excrementos que requieren mucho menos tiempo, entre 15 y 20 das.

El digestor de tercera generacin es la mezcla de varios digestores en una unidad. El laberinto es tpico del sistema de Tapn o Bolsa, con longitudes efectivas de 20 a 30 metros, es el sistema ms sencillo y prctico de todos los digestores de tipo convencional; las diferentes cmaras independientes (6 o ms segn el diseo) brindan las ventajas de los digestores de carga nica; al final del recorrido y en la parte superior, se encuentra la ltima recmara, grande, que equivale al digestor tipo Ind, con su campana flotante, carga por la parte inferior y salida del efluente por rebose en la superior. Este tipo de digestor en especial, ofrece una doble ventaja econmica, ya que por un lado se construye una sola unidad del tamao adecuado a las necesidades, en lugar de varias independientes ms pequeas; y por otro lado se elimina el costo de mano de obra necesaria para estar cargando y descargando peridicamente las unidades de carga nica.

(http://www.ecured.cu/index.php/Biodigestor)

Biodigestor: Un digestor anaerobio consiste bsicamente de un tanque o pozo hermticamente cerrado en ausencia de oxigeno molecular, donde se lleva a cabo el proceso de digestin, en el intervienen un grupo de bacterias metagogenicas que degradan la materia orgnica, produciendo al final una mezcla de gases compuesta principalmente de metano, anhdrido carbnica o y otros, como residuo se genera materia orgnica digerida y nutrimentos tales como compuestos de nitrgeno y fosforo, que sirven como fertilizantes, denominado como bioabono.

Conforme se lleva a cabo la digestin, el contenido se va separando en 5 diferentes capas.

La capa inferior est constituida principalmente por arena y materiales inorgnicos.

La segunda capa o lodo representa los slidos digeridos del estircol original, reducida alrededor de un 40% del volumen inicial, que hmeda o seca funciona como fertilizante de sembrados.

La tercera capa es un lquido digerido que de igual manera sirve como fertilizante para estanques de cultivo.

La fase dos y tres estn constituidas por compuestos orgnicos, principalmente, protenas, lpidos y carbohidratos , e inorgnicos que les confiere un alto nivel fertilizante.

El cuarto nivel es un lodo compuesto por material fibroso sobresaliente del material bruto.

El ultimo nivel esta constituido por el biogs.

(L.John Fry,1974)

Cmo funciona un biodigestor?

La materia orgnica previamente diluida y homogeneizada en proporciones adecuadas, ingresa al biodigestor por la cmara de carga (1).

Luego, el proceso propiamente dicho se desarrolla en la cmara de biodigestin

(2) donde se genera el biogs.

Finalmente, el biofertilizante que sale es recolectado en lagunas o depsitos: (3) cmara de descarga.

El biogs como fuente energtica podr ser utilizado directamente para calefaccin y generacin de electricidad, adaptando motores generadores o utilizando unidades de cogeneracin.

El Biofertilizante, podr utilizarse directamente en los campos como abono en su forma lquida, o embolsado luego de aplicarle algn sistema de secado.

Aprovechamiento energtico del estircol

El estircol de cerdo, bovinos, aves y otros desechos derivados de la produccin agropecuaria puede ser aprovechados para la produccin de biogs y consecuentemente para la produccin de energa elctrica, disminuyendo el impacto ambiental negativo que generan los residuos y generando beneficios econmicos para el productor.

El biogs por combustin del metano se aprovecha en planteles pequeos para calentar agua o calefaccin solamente, ya que la cantidad de materia prima (estircol) generado no es suficiente para generar electricidad.

En la tabla siguiente se indica la produccin de biogs y la generacin mnima de energa elctrica que puede obtenerse de una tonelada de estircol por da.

El fertilizante obtenido en la planta de biogs tiene caractersticas superiores al abono con estircol fresco debido a que no se pierden los nutrientes y los patgenos han sido eliminados. Puede competir con los fertilizantes qumicos permitiendo un ahorro en la aplicacin de otros abonos convencionales, sin disminuir la productividad de los cultivos. No deja residuos txicos en el suelo y adems aumenta la productividad en comparacin con suelos no abonados.

Puede ser utilizado puro o como aditivo de origen orgnico de alta calidad, o como correctivo de la acidez en los suelos.

El bioabono slido o lquido no emana malos olores a diferencia del estircol fresco. Tampoco atrae moscas y puede aplicarse directamente a los cultivos en forma slida o lquida, en las cantidades recomendadas. Se lo utiliza tambin

como aditivo en la preparacin de soluciones nutritivas para cultivos hidropnicos.

Ej. eficiencia termoelctrica del biogs:

1 m3 estircol cerdo = 31,25 de biogs

Biogs : 64% de metano

1 de biogs = 5.500 kcal

1 kwh = 860 kcal

(Instituto Tecnolgico Universitario de Crespo)

Un metro cbico de biogs resulta suficiente para:

* Generar 1.25 kw/h de electricidad.

*6 horas de luz equivalente a un bombillo de 60 watt

* Un refrigerador de 1 m3 de capacidad durante 1hora.

* Una incubadora de 1 m3 de capacidad durante 30 min.

* Un motor de 1 HP durante 2 horas.

(Universidad autonoma entre rios/ Instituto Tecnolgico Universitario de Crespo/2009 Biodigestion Anaerobia)

Conclusiones:

El biogas se produce por la descomposicin de residuos o materia orgnica. La tecnologa que se requiere para poder producirbiogsse llama biodigestory es bastante simple ya que consta de un contenedor hermtico donde se incorporan los residuos orgnicos como, estircol y se agreganbacterias anaerbicasque son las que degradan la materia que luego de un tiempo se transforma enmetano.

Sus grandes ventajas son:

El producto resulta ser amigable con el medio ambiente porque permite constituirse como una alternativa sustentable a los recursos no renovables como el gas tradicional que consumimos a diario.

Permite reducir la cantidad deresiduos slidos.

No genera gases deefecto invernadero.

Son renovables.

Es una gran solucin para abastecer de servicios de electricidad y gas a pequeas ciudades y pueblos alejados.

El biogs est compuesto por gas metano en proporciones de 50% a 75%, dixido de carbono hasta 25%, y un 1% de otros gases.

Elproceso de reciclado naturales llevado adelante por bacterias que digieren el material orgnico descomponindolo en sub productos. Esta descomposicin se realiza de manera anaerbica dentro de los biodigestores.

Adems , desde el punto de vista econmico, encontramos que aquello que representa un residuo diario, como es el excremento de los animales que cran en el campo como vacas, cerdos, ovejas y caballos; se convierte en la materia prima para la obtencin de gas. De este modo, adems de suplantar algo que suele emanar malos olores y traer insectos; se aprovecha de manera sustentable un residuo.

Adems existe un aprovechamieno completo, ya que no solo se obtiene biogas, si no tambin existe un residuo que tiene propiedades de fertilizante orgnico, esto ayuda no solo al mbito ecnomico si no tambin al ecolgico ya que se crea conciencia respecto a los desperdicios o desechos organicos

Bibliografa:

C.Filippn J. Follari y J. Vigil, Diseo de un biodigestor para obtener gas metano y fertilizantes a partir de la fermentacin de excrementos de vacas lecheras en la facultad de agronoma de la universidad nacional de la pampa. (nd) Sitio Argentino de Produccin Animal Argentina.

Fraume,Nestor Julio. Diccionario Ambiental (nd), nd, nd, Ecoe ediciones.

Seminario Medio Ambiente sin fronteras (1994) Republica Dominicana.

John, Fry Los digestores de metanoPara Gas de combustible y fertilizante (1974). Consultado en : http://journeytoforever.org/biofuel_library/MethaneDigesters/MD1.html

http://www.ecured.cu/index.php/Biodigestor

http://www.ecoloquia.com/nuevo/index.php?option=com_content&view=article&id=690:biomasa-definicion&catid=16&Itemid=51

Instituto Tecnolgico Universitario de Crespo BIOGAS 2009

Universidad Autonoma Entre Rios Instituto Tecnolgico Universitario de Crespo. Biodigestion Anaerobia (2009 )

Dominguez Vivancos Alonso Tratado de fertilizacin (1997) 3 edicin. Madrid. Mundi-Prensa