Biodigestores
El aprovechamiento de los desechos orgánicos genera un potencial de generación de energía eléctrica que podría sustituir a los medios convencionales. En México, aún no se explota al máximo este recurso.
1 mil 700 mw capacidad esperada para ser instalada en Europa, en 2015.
Por Antonia Tapia
Un biodigestor es un reactor que se utiliza para la degradación biológica, rápida y controlada de materia orgánica. En este sistema se produce la digestión anaeróbica de los materiales orgánicos. Bajo este proceso biológico complejo y degradativo los materiales orgánicos son convertidos en biogás, una mezcla de dióxido de carbono y metano.
Este bioenergético, que es utilizado como combustible, presenta un valor calorífico de 23 MJ/kg, posee un potencial de calentamiento 25 veces mayor al dióxido de carbono (CO2) y puede ser empleado para cocinar, calentar y generar electricidad.
Según datos de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, un metro cúbico de biogás totalmente combustionado es suficiente para generar 6 horas de luz, equivalente a un bombillo de 60 watts; poner a funcionar un refrigerador de 1 m3 de capacidad durante 1 hora; hacer funcionar una incubadora de 1 m3 de capacidad durante 30 minutos; hacer funcionar un motor de 1 HP durante 2 horas.
El ingeniero Alexander Eaton, director de Sistema Biobolsa, afirma que los biodigestores son sistemas que convierten los desechos en recursos, y, como consecuencia, benefician en forma de energía renovable.
Algunas de las ventajas de estos sistemas son su bajo impacto ambiental, ya que desempeña un papel importante en la mitigación de Gases de Efecto Invernadero (GEI), y no se requiere emplear a personal altamente calificado. Además, generan fertilizantes orgánicos que son reincorporados a la tierra.
Biogás, un energético en potencia
El biogás puede sustituir a los combustibles fósiles. Al respecto, el ingeniero Rodrigo Wayland, director de Elqui Global Energy, resalta su gran potencial y sostiene que “el biogás permite generar energía 24 horas, no así como ocurre con páneles fotovoltaicos (6 horas/día) y sistemas de turbinas eólicas (6-7 horas/día) en donde sólo una fracción del tiempo están disponibles”.
Al igual que el gas natural, el biogás permite generar electricidad a partir de motores de combustión interna conectados a un generador. Para ello existen motores especiales o se puede adaptar cualquier motor que usa gasolina o gas LP.
Una alternativa para producir biogás son los desechos orgánicos provenientes de la industria de alimentos. De hecho, existen diversas experiencias con uva, cerveza, nopal y otros tipos de productos. También se pueden utilizar alimentos elaborados como yogurt, sueros de leche, cerveza o desechos vegetales de la agroindustria, entre muchos otros.
Alemania, China e India son pioneros en introducir este tipo de tecnología. En Suramérica, Brasil, Argentina, Uruguay o Bolivia han demostrado avances significativos. En México, el estudio Producción de Biogás en México, Estado Actual y Perspectivas, publicado por la Red Mexicana de Bioenergía, afirma que existen fuentes potenciales para la producción del biogás a partir de unidades de producción ganadera (granjas porcícolas y establos lecheros), rellenos sanitarios y plantas de tratamiento de aguas residuales.
El documento revela que el potencial estimado para la producción de biogás, a partir del aprovechamiento y la recolección de excretas, es de 652 millones de m3 al año. Guanajuato, Jalisco, Puebla, Sonora, Veracruz y Yucatán son los estados con mayor potencial.
| Biogás a) Residuos sólidos urbanos México tiene 186 rellenos sanitarios en todo el país Podría generar entre 1 mil 629 y 2 mil 248 toneladas al año de metano, e instalar una capacidad entre 652 y 912 MW de generación de energía eléctrica El tratamiento térmico de los rellenos sanitarios tiene una capacidad de generación de energía eléctrica de entre 1 mil 597 y 1 mil 994 MWb) Residuos ganaderos 3 mil establos lecheros, 1 mil 500 granjas porcinas, 94 rastros TIF y 905 rastros municipales, sin considerar los corrales de engorda y granjas avícolas interesadas en la tecnología, además de miles de unidades de producción pequeñas que podrían utilizar el biogás y sus aplicaciones para servicios de autoconsumo El aprovechamiento de excretas de ganado porcino podría generar entre 0.49 y 0.738 millones de toneladas anuales y un potencial de generación eléctrica de 246 a 492 MW El aprovechamiento con excretas bovinas lecheras podría generar 5.4 millones de toneladas anuales de metano y un potencial de generación de energía eléctrica de 2 mil 645 a 5 mil 447 MW Fuente: Prospectivas de Energía Renovable 2012-2016, Secretaría de Energía |
Otro sector de gran importancia, indica el estudio, es el ganadero bovino productor de leche con un potencial estimado para la producción de biogás de 1 mil 476 millones de m3 al año.
Sin embargo, en México, su aprovechamiento es poco significativo. Gran Bretaña, Alemania, Francia, Italia, España y Dinamarca llevan la delantera en cuanto a producción de biogás, y se espera que para 2015 la capacidad instalada en Europa llegue a 1 mil 700 MW.
Al respecto, el ingeniero Eaton subraya: “México, hoy en día, cuenta con 4 millones de granjas, miles de rastros, comunidades y millones de casas que no tienen tratamiento para sus desechos. Sin duda se está tirando un recurso que se puede aprovechar como fuente de energía y fertilizante”.
Según datos publicados en el documento Prospectivas de Energía Renovable 2012-2016, de la Secretaría de Energía, la Comisión Reguladora de Energía (CRE) otorgó, al cierre de 2011, 10 permisos para generar energía eléctrica con biogás, seis de ellos en la modalidad de autoabastecimiento en los estados de Aguascalientes, Chihuahua, Guanajuato y Nuevo León, y cuatro en la modalidad de cogeneración en Jalisco, Nuevo León, Estado de México y Querétaro. En conjunto, representan una capacidad autorizada de 44.76 MW y una producción de 269GWh/año. Sin embargo, el mismo documento indica que “el único permiso otorgado por la CRE para generar energía eléctrica con biogás, producido por los residuos ganaderos en el estado de Chihuahua, es de la empresa Energía Láctea, SA de CV, con una capacidad autorizada de 0.80 MW y una producción de 5.06 GWh/año”.
| Elección del sitio para el Biodigestor a) Debe estar cerca del lugar donde se consumirá el gas, pues las tuberías son caras y las presiones obtenibles no permiten el transporte a distancias mayores de 30 metros b) Se debe encontrar cerca del lugar donde se recogen los desperdicios para evitar el acarreo que tarde o temprano atentará contra una operación correcta del biodigestor, e implicara mayores costos c) Debe estar en un lugar cercano al de almacenamiento del efluente y con una pendiente adecuada para facilitar el transporte y salida del mismo d) Debe estar a por lo menos 10-15 metros de cualquier fuente de agua para evitar posibles contaminaciones e) Debe ubicarse preferentemente protegido de vientos fríos y donde se mantenga relativamente estable la temperatura, tratando de que reciba el máximo de energía solar Fuente: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación |
Tipos de biodigestores
Los digestores son contenedores cerrados, herméticos e impermeables. Pueden ser construidos en diferentes tipos de materiales (acrílico reforzado con fibra de vidrio, hule o polietileno). Sus componentes son un reactor de las materias primas por digerir, el contenedor de gas (con los accesorios para salida de biogás), la entrada o carga de materias orgánicas y la salida o descarga de materias orgánicas estabilizadas.
Existen diferentes tipos de biodigestores; uno de ellos son los sistemas de flujo discontinuo. En éstos, la carga de la totalidad del material por fermentar se realiza en un sólo lote. Esta tecnología puede ser una alternativa para la digestión de residuos que se generan por temporadas en grandes cantidades, como ocurre en la industria de procesamiento de frutas.
Otro tipo de biodigestores son los de flujo semicontinuo. En ellos, la carga del material por fermentar y la descarga del efluente se realiza por pequeños baches de tiempo que pueden ser de 12 horas o una vez al día. Se usan frecuentemente en el ámbito rural.
Los biodigestores continuos presentan un proceso ininterrumpido de alimentación, sirven para purificar el agua contaminada por distintas fosas y se pueden encontrar en diferentes clases, como de cúpula fija (chino), móvil o flotante (hindú), en forma de salchicha, tubular, Taiwán o CIPAV.
Los sistemas continuos pueden ser de grandes dimensiones; se usan en diferentes tipos de industrias y cuentan con sistemas comerciales para el control y gestión del proceso. En éstos, la producción de biogás es mucho mayor, y para ello se pueden utilizar distintos sistemas, como pueden ser el desplazamiento horizontal (movimiento por flujo pistón, gravedad), de tanques múltiples o de tanque vertical.
Finalmente, los biodigestores familiares de bajo costo se utilizan en algunos países del Sureste asiático, de África y Latinoamérica. Estos modelos se construyen a partir de mangas de polietileno tubular. Se caracterizan por su fácil instalación y mantenimiento, así como por requerir sólo de materiales locales para su construcción. Son una alternativa energética eficiente y se utilizan para cocinar o para generar electricidad.
| Tabla costos e inversión en energía | ||
| Tecnología | Costo US / KWh | Inversión US / KW |
| Solar fotovoltaica | 0.25-0.50 | 3.500-7.000 |
| Turbinas eólicas | 0.043 | 3 |
| Hidráulica | 0.115 | 1.6 |
| Geotérmica | 0.03 | 1.2 |
| Termoeléctrica carbón | 0.03-0.04 | 2 |
| Turbina ciclo combinado (nopal) | 0.03-0.04 | 1.4 |
| Fuente: Elqui Global Energy | ||
Tecnología accesible
En términos referenciales, los digestores más costosos son aquellos usados con estiércol de vaca y cerdo. Por lo general, se utilizan en Austria o Alemania y su valor asciende a 5 mil euros/kw instalado. Los modelos usados en países subdesarrollados tienen valores intermedios cercanos a 100 dólares/m3 reactor.
Cabe destacar que para producir biogás también se pueden utilizar cultivos energéticos. Al respecto, el ingeniero Waylan explica que, en el caso de México, el mayor potencial no está en el estiércol o en los rellenos municipales, sino en zonas áridas y en cultivos como el nopal: “México tiene aproximadamente un 42 por ciento de desierto. Si un 3 por ciento de ese territorio se planta con nopales, se podría abastecer el ciento por ciento de la energía eléctrica que requiere el país. Ello en sólo cinco años”.
En proyectos mayores 40 hectáreas, el nopal puede llegar a producir 1 MW de potencia 24 horas los 365 días del año. Además, el nopal presenta excelentes características moleculares, que permiten entregar una gran cantidad de biogás en muy corto tiempo. Su proceso es totalmente orgánico, no se utilizan pesticidas o elementos tóxicos que dañen el medioambiente y no genera óxidos de azufre como el carbón. El biogás generado contiene un 92 por ciento de metano y dióxido de carbono en un 7 por ciento; además, de un 1 por ciento de nitrógeno e hidrógeno. Su poder calorífico es de 8 mil 800 kcal/m3.
Otra de las grandes ventajas de esta planta es que un reactor con nopales es cuatro veces más pequeño que uno con estiércol y cuatro veces menos costoso; por lo tanto, “se puede conseguir a tan sólo 1 mil 200 euros/kw instalados”, concluye el ingeniero.
Caso de éxito
Zitácuaro, Michoacán: planta de biogás obtenido en base a la plantación de nopal
Terreno plantado de nopal: 5 hectáreas
80 kw de potencia eléctrica 24 h x 365 días
Fuente: Elqui Global Energy
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