Digestión anaeróbica de desechos animales: factores a considerar

Por John Balsam y Dave Ryan, especialistas en energía de NCAT

Resumen

La digestión anaeróbica es una solución alternativa a la gestión de residuos ganaderos que ofrece beneficios económicos y ambientales. Esta publicación proporciona una introducción a la tecnología del biogás, las consideraciones de diseño del digestor y los costos del sistema con una discusión del proceso de digestión, producción, usos y riesgos. Se incluyen tablas útiles y otros recursos.

Contenido

Introducción
Proceso de digestión
Biogás: un recurso que requiere cuidados
Contenido energético y valor relativo del biogás
Usos del biogás
Refinación de biogás en biometano
Riesgos asociados con losfactores de diseño del digestor de biogás
Costos del sistema
Resumen
Recursos de evaluación
Referencias

Introducción

El aumento de los precios de la energía, los requisitos regulatorios más amplios y el aumento de la competencia en el mercado están causando que muchos en el sector ganadero de la agricultura estadounidense consideren la digestión anaeróbica de los desechos animales. Ven la tecnología como una forma de reducir costos, abordar las preocupaciones ambientales y, a veces, generar nuevos ingresos.

Si bien cientos de sistemas de digestión anaeróbica se han instalado en Europa y los Estados Unidos desde la década de 1970, no fue hasta la década de 1990 que los proyectos mejor diseñados y más exitosos comenzaron a ponerse en línea en los Estados Unidos. Hoy en día, se estima que 97 proyectos a escala de granja están en operación, en puesta en marcha o en construcción en granjas porcinas, lecheras y avícolas en todo el país. (1)

Los subproductos clave de la digestión anaeróbica incluyen sólidos y líquidos digeridos, que pueden usarse como enmiendas del suelo o fertilizantes líquidos. El metano, el componente principal del “biogás”, se puede utilizar para alimentar una variedad de aplicaciones de cocina, calefacción, refrigeración e iluminación, así como para generar electricidad. La captura y el uso del metano también impide su liberación a la atmósfera, donde tiene veintiún veces más potencial de calentamiento global que el dióxido de carbono. (2)

Vacas y terneros en las colinas del sur de Iowa

Vacas y terneros en las colinas del sur de Iowa. Phot: Lynn Betts, USDA/ARS

A pesar de los muchos beneficios, los sistemas de digestión anaeróbica no son apropiados para todas las operaciones agrícolas. Un esfuerzo cooperativo entre los Departamentos de Agricultura, Energía y la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos para promover proyectos de biogás se conoce como AgStar. AgStar estima que la digestión anaeróbica podría ser rentable en aproximadamente 7,000 granjas estadounidenses. (3) Un tema crítico es la planificación; Cada sistema debe diseñarse para adaptarse a una variedad de factores. Esta publicación proporciona una visión general de esos factores e identifica recursos para obtener información detallada adicional. Varios de estos recursos incluyen herramientas de análisis computacional para ayudar a los usuarios a determinar si un sistema de digestión anaeróbica podría ser una adición rentable a su operación.

Proceso de digestión

La digestión anaeróbica funciona en un proceso de dos etapas para descomponer material orgánico (es decir, sólidos volátiles) en ausencia de oxígeno. El biogás se produce como un producto de desecho de la digestión. En la primera etapa, los sólidos volátiles en el estiércol se convierten en ácidos grasos por bacterias anaeróbicas conocidas como “formadores ácidos”. En la segunda etapa, estos ácidos se convierten aún más en biogás por bacterias más especializadas conocidas como “formadores de metano”. Con una planificación y diseño adecuados, este proceso de digestión anaeróbica, que ha estado funcionando en la naturaleza durante millones de años, se puede gestionar para convertir el flujo de desechos de una granja en un activo.

Hay varios tipos de digestores anaeróbicos.

Lagunas cubiertas: un charco de estiércol líquido coronado por un pontón u otra cubierta flotante. Las placas de sellado se extienden por los lados del pontón hacia el líquido para evitar la exposición del gas acumulado a la atmósfera. Diseñado para usar estiércol con un contenido sólido del dos por ciento o menos, este tipo de digestor requiere un alto rendimiento para que las bacterias trabajen en suficientes sólidos para producir gas. Más frecuentemente utilizado en las regiones más cálidas del sur, donde el calor atmosférico puede ayudar a mantener las temperaturas del digestor, este es el menos costoso de todos los diseños para instalar y operar. Alrededor del 18 por ciento de todos los digestores actualmente en uso en los Estados Unidos son sistemas de lagunas cubiertas.

Mezcla completa: un tanque similar a un silo en el que el estiércol se calienta y se mezcla, diseñado para manejar estiércol con dos a diez por ciento de sólidos. Este es el sistema más caro de instalar y operar, pero es particularmente apropiado para operaciones que lavan el estiércol. Alrededor del 28 por ciento de todos los digestores en uso en los Estados Unidos son de este tipo.

Flujo de tapón: un tanque cilíndrico en el que el gas y otros subproductos son expulsados por un extremo por el estiércol nuevo que se alimenta en el otro extremo. Este diseño maneja de 11 a 13 por ciento de sólidos y, por lo general, emplea tuberías de agua caliente a través del tanque para mantener la temperatura necesaria. Más apropiado para las operaciones ganaderas que eliminan el estiércol mecánicamente en lugar de lavarlo, el sistema de flujo de tapón representa más de la mitad de todos los digestores actualmente en uso.

Película fijaUn tanque se llena con un medio plástico que soporta una película delgada de bacterias llamada biopelícula. Este diseño maneja de uno a dos por ciento de sólidos y utiliza un tiempo de retención más corto, tan corto como de dos a seis días. (5Sólo alrededor del uno por ciento de los sistemas instalados actualmente en los EE.UU. son de este tipo.

También hay una serie de sistemas híbridos que se están diseñando e instalando, una fuerte indicación de que ningún sistema es adecuado para todas o incluso para la mayoría de las situaciones.

Comenzar el proceso de digestión no es difícil, pero requiere paciencia. El tanque del digestor se llena con agua y luego se calienta a la temperatura deseada. El lodo de “semilla” de una planta municipal de tratamiento de aguas residuales se agrega al 20 al 25 por ciento del volumen del tanque, seguido de cantidades gradualmente crecientes de estiércol fresco durante un período de seis a ocho semanas hasta que se alcanza la tasa de carga deseada. Suponiendo que la temperatura dentro del sistema permanezca relativamente constante, la producción constante de gas debería ocurrir en la cuarta semana después de la puesta en marcha. La bacteria puede requerir de dos a tres meses para multiplicarse a una población eficiente. (6)

Hay dos rangos de temperatura distintos más adecuados para la producción de gas, y diferentes bacterias operan en cada uno de estos rangos. Las bacterias mesófilas funcionan óptimamente en el rango de 90 ° a 110 ° F. Las bacterias termófilas son más productivas en el rango de 120 ° a 140 ° F. La digestión termófila mata más bacterias patógenas, pero tiene costos más altos debido al mantenimiento de temperaturas más altas, y los digestores termófilos pueden ser menos estables. La digestión bacteriana en lagunas cubiertas a temperaturas inferiores a 90 ° F se llama psicrófila. Psicrófilo significa una preferencia por temperaturas más bajas; sin embargo, la digestión se ralentiza o se detiene completamente por debajo de 60 ° o 70 ° F, por lo que estos digestores no producen metano todo el tiempo.

La temperatura dentro del digestor es crítica, con una conversión máxima que ocurre a aproximadamente 95 ° F en los digestores mesófilos convencionales. Por cada disminución de 20 ° F en la temperatura, la producción de gas cae aproximadamente un 50 por ciento. (7)

Aún más importante es la necesidad de mantener la temperatura constante. El funcionamiento óptimo ocurre cuando los formadores de metano usan todos los ácidos aproximadamente a la misma velocidad que los formadores de ácido los producen. Las variaciones de tan solo 5 ° F pueden inhibir los formadores de metano lo suficiente como para inclinar el equilibrio del proceso y posiblemente causar fallas en el sistema. (7)

La temperatura es solo uno de los muchos factores importantes para iniciar y operar con éxito un sistema de digestión anaeróbica. (7) Los otros factores clave incluyen:

Velocidad de carga. El diseño del sistema dictará las tasas de carga y el contenido, pero la experiencia indica que la carga uniforme, diariamente, de estiércol con 6 a 10 por ciento de sólidos generalmente funciona mejor. El tiempo de retención de la carga en el digestor generalmente oscilará entre 15 y 30 días.

Mezcla. El estiércol cargado debe mezclarse regularmente para evitar que se sedimente y para mantener el contacto entre las bacterias y el estiércol. La acción de mezcla también previene la formación de espuma y facilita la liberación del biogás.

Nutrientes. La mejor digestión ocurre con una proporción de carbono a nitrógeno entre 15: 1 y 30: 1 (óptimamente 20: 1). La mayoría de los estiércoles animales frescos se encuentran dentro de este rango y no requieren ajuste. Sin embargo, puede ocurrir un desequilibrio de nutrientes si cantidades excesivas de estiércol de engorde expuesto se convierten en parte de la carga. Agregar residuos de cultivos u hojas (ambos pueden ser pesados en carbono) puede mejorar el rendimiento del digestor.

Gestión. Los digestores anaeróbicos requieren un monitoreo regular y frecuente, principalmente para mantener una temperatura deseada constante y para garantizar que el flujo del sistema no esté obstruido. La falta de gestión adecuada de la sensibilidad del digestor a su entorno puede resultar en una disminución significativa en la producción de gas y requerir meses para corregirlo.

Seguridad. Trabajar con biogás digestor anaeróbico, y especialmente con metano (el componente principal del gas), justifica extrema precaución. El metano, cuando se mezcla con el aire, es altamente explosivo. Además, debido a que el gas digestor es más pesado que el aire, desplaza el oxígeno cerca del suelo, y si el sulfuro de hidrógeno todavía está presente, el gas puede actuar como un veneno mortal. Es fundamental que los sistemas de digestión se diseñen con ventilación adecuada para evitar estas situaciones peligrosas.

Almacenamiento. Debido a la alta presión y la baja temperatura requeridas, no es práctico licuar el metano para su uso como combustible líquido. En cambio, el gas se puede recolectar y almacenar durante un período de tiempo hasta que se pueda usar. El medio más común de recolectar y almacenar el gas producido por un digestor es con una cubierta flotante, un pontón pesado que flota en la superficie líquida de una cuenca de recolección / almacenamiento. Las placas de faldón en los lados del pontón se extienden hacia abajo en el líquido, creando así un sello y evitando que el gas entre en contacto con la atmósfera abierta. El almacenamiento a alta presión también es posible, pero es más caro y más peligroso y debe realizarse solo con la ayuda de un ingeniero calificado.

Biogás: un recurso que requiere cuidados

El biogás producido en un digestor anaeróbico contiene metano (60 a 70 por ciento), dióxido de carbono (30 a 40 por ciento) y varios gases tóxicos, incluyendo sulfuro de hidrógeno, amoníaco y mercaptanos derivados del azufre. El biogás también contiene típicamente de 1 a 2 por ciento de vapor de agua.

Contenido energético y valor relativo del biogás

Con aproximadamente 60 por ciento de metano, el biogás posee un contenido de energía de 600 Btu / ft3. A modo de comparación, la Tabla 1 presenta el contenido de energía de varias otras fuentes de energía bien conocidas.

Cuadro 1: Contenido energético de los combustibles comunes
Propano
92.000 Btu/gal
Gasóleo
138.000 Btu/gal
Gas natural
1,000 Btu/ft3
Fuelóleo n.º 2
138.000 Btu/gal
Electricidad
3.414 Btu/kWh
Carbón
25.000.000 Btu/ton
Fuente: Barker, James C. 2001. Gas combustible de metano de desechos ganaderos: un resumen. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Publicación #EBAE 071-80.

Poner estos valores de contenido energético en el contexto de un sistema de digestión anaeróbica significa que se puede estimar la producción de energía por animal, como se ve en la Tabla 2. En la Tabla 3, el Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte ha convertido las cifras de contenido de energía de la Tabla 2 en rendimientos netos de biogás en relación con otras cuatro fuentes de energía comunes.

Tabla 2. Contenido energético del biogás de varios animales
Cerdo
(por
cabeza)
Lácteos
(por
cabeza)
Vaca
(por
cabeza)
Ave de corral
(capas)
(por ave)
Peso del animal (lbs.)
135
1,400
800
4
Contenido energético esperado
Contenido bruto de energía (Btu/cabeza/día)
2,300
27,800
16,600
180
Contenido neto de energía (Btu/cabeza/día) (utiliza el 35% del bruto para operar el digestor)
1,500
18,000
10,700
110
Fuente: Barker, James C. 2001. Gas combustible de metano de desechos ganaderos: un resumen. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Publicación #EBAE 071-80.
Tabla 3. Rendimientos netos de gas de biogás de varios animales
Cerdo Lácteos Vaca Ave de corral
(capas)
Equivalente de electricidad
—– por cabeza por año —–
kWh (20% de eficiencia de generación combinada)
32
385
230
2.5
Valor (@ $.085/kWh)
US$ 2.76
US$ 32.73
US$ 19.55
US$ 0.21
Equivalente de gas natural
Mcf
0.55
6.60
3.90
0.04
Valor (@ $11.04/Mcf)
US$ 6.07
US$ 72.89
US$ 43.07
US$ 0.44
Propano (gas LP) equivalente
Galones
6
72
43
0.45
Valor (@ $2.00/galón)
US$ 12,00
US$ 144,00
US$ 86,00
US$ 0.90
No. 2 Equivalente de fueloil
Galones
4
48
28
0.3
Valor (@ $2.00/galón)
US$ 8,00
US$ 96,00
US$ 56,00
US$ 0.60
Fuente: Barker, James C. 2001. Gas combustible de metano de desechos ganaderos: un resumen. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Publicación #EBAE 071-80. Actualizado a precios de 2006 por NCAT.

Usos del biogás

Debido al costo extremo y la dificultad de licuar el biogás, no es factible su uso como combustible para tractores. Sin embargo, el biogás tiene muchas otras aplicaciones en la granja, incluso prácticamente en cualquier lugar donde se use gas natural: para cocinar, calentar (calefacción de espacios, calentamiento de agua, secado de granos), enfriamiento e iluminación. En la mayoría de los casos, el equipo diseñado para quemar gas natural requerirá ciertas modificaciones para adaptarse a las características de combustión ligeramente diferentes del biogás.

El biogás también se puede utilizar para alimentar generadores para producir vapor y electricidad. En algunos casos, la electricidad se puede vender a una empresa de servicios públicos local, posiblemente en un acuerdo de medición neta. Sin embargo, esta opción debe explorarse con anticipación para asegurarse de que la empresa de servicios públicos esté dispuesta a tales acuerdos.

El Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte desarrolló varios ejemplos específicos de cómo se puede aplicar el biogás en la granja:

  1. Una casa bien aislada de tres dormitorios que requiere 900,000 Btu / día para calefacción en climas fríos podría ser servida por 50 vacas lecheras, 600 cerdos o 7,870 ponedoras (suponiendo que alrededor del 35 por ciento del biogás producido se utilizará para mantener la temperatura del digestor).
  2. Una lechería que utiliza el promedio nacional de 550 kWh / vaca / año podría generar el 70 por ciento de sus necesidades eléctricas con biogás (suponiendo que el 20 por ciento de eficiencia del generador y que alrededor del 35 por ciento del biogás producido se utilizará para mantener la temperatura del digestor).
  3. Una operación porcina que utiliza aproximadamente 55 kWh de electricidad y 5,75 galones de gas LP por cerdo por año (incluida la fábrica de piensos y el incinerador) podría suministrar el 40 por ciento de sus necesidades energéticas con biogás (suponiendo una eficiencia del generador del 20 por ciento y que alrededor del 35 por ciento del biogás producido se utilizará para mantener la temperatura del digestor).

El número de animales necesarios para que un sistema digestor sea rentable depende de su situación y de lo que desee obtener del digestor. Algunas operaciones lecheras con tan solo 100 vacas han instalado sistemas de digestores rentables para el control de olores que también producen sólidos digeridos. (8)

Refinación de biogás en biometano

El biogás producido en el digestor de metano es principalmente metano y dióxido de carbono, con trazas de sulfuro de hidrógeno y otros gases. El biogás por sí solo se puede utilizar tal cual para calentar y cocinar. Sin embargo, el uso de biogás crudo en equipos de calefacción y en motores de combustión interna causará fallas tempranas debido a la naturaleza corrosiva del sulfuro de hidrógeno y el vapor de agua. El dióxido de carbono en el biogás reduce el valor calorífico del gas. Cabe señalar que el biogás de la digestión de desechos animales no tiene algunos de los contaminantes del biogás de los vertederos o las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales y, por lo tanto, es más fácil de limpiar.

El sulfuro de hidrógeno es corrosivo y maloliente. Se puede eliminar del biogás inyectando menos del seis por ciento de volumen de aire en el biogás en el depósito de gas, agregando cloruro de hierro a la corriente de afluente del digestor, o haciendo fluir el biogás a través de astillas de madera impregnadas con óxido de hierro (esponja de hierro) o a través de carbón activado. El dióxido de carbono se puede eliminar burbujeando el biogás a través del agua en un depurador de lecho empacado de columna vertical. Finalmente, la humedad se puede eliminar haciendo fluir el biogás a través de una bobina refrigerada. (9)

Riesgos asociados con el biogás

Si bien el metano es un recurso energético muy prometedor, los componentes no metanos del biogás (sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua) tienden a inhibir la producción de metano y, con la excepción del vapor de agua, son perjudiciales para los seres humanos y / o el medio ambiente. Por estas razones, el biogás producido debe ser “limpiado” adecuadamente utilizando técnicas apropiadas de lavado y separación.

Además, el metano en sí representa un grave peligro, ya que es inodoro, incoloro y difícil de detectar. El metano también es altamente explosivo si se le permite entrar en contacto con el aire atmosférico en proporciones de 6 a 15 por ciento de metano. Por estas razones, se recomienda que los edificios estén bien ventilados; los motores, el cableado y las luces deben ser a prueba de explosiones; se deben usar supresores de llama en las líneas de gas; y deben utilizarse alarmas y dispositivos de detección de gases.

Factores de diseño del digestor

Los digestores se instalan principalmente por razones económicas y/o ambientales. Los digestores representan una forma para que el agricultor convierta un producto de desecho en un activo económico, al mismo tiempo que resuelve un problema ambiental. En condiciones ideales, un sistema de digestión anaeróbica puede convertir la acumulación constante de estiércol de una operación ganadera en un combustible para calentar o enfriar una parte de la operación de la granja o para su posterior conversión en electricidad para la venta a una empresa de servicios públicos. Los sólidos restantes después del proceso de digestión se pueden utilizar como enmienda del suelo, aplicable en la granja o disponible para la venta a otros mercados. Desafortunadamente, tales condiciones ideales rara vez existen, en parte debido a una planificación y diseño defectuosos.

Para cualquiera que esté considerando un sistema de digestión anaeróbica, el punto más importante a entender es que la situación de cada agricultor es única y, como tal, requiere una cuidadosa consideración de muchos factores. Los sistemas de digestión anaeróbica pueden ser bastante costosos de instalar, por lo que el propietario debe comprender completamente el propósito del sistema y su economía.

El tamaño del sistema está determinado principalmente por el número y tipo de animales atendidos por la operación, la cantidad de agua de dilución que se agregará y el tiempo de retención deseado. El más manejable de estos factores es el tiempo de retención; Los tiempos de retención más largos significan una descomposición más completa del contenido de estiércol, pero requieren un tanque más grande. La Tabla 4, desarrollada por el Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, presenta un conjunto de tasas de carga recomendadas y relaciones de dilución para diferentes animales. Otras fuentes proporcionan recomendaciones similares pero diferentes, lo que subraya la importancia de trabajar con un individuo con experiencia en el diseño de sistemas de digestión anaeróbica.

Tabla 4. Contenido energético del biogás de varios animales
Cerdo
(por cabeza)
Cerdo
(por cabeza)
Vaca
(por cabeza)
Ave de corral
(capas)
(por ave)
Criterios de diseño
Peso del animal (lbs)
135
1,400
800
4
Total de estiércol fresco y orina
(galones/día)
1.35
12.5
6.1
0.032
Contenido de sólidos (%)
Antes de la dilución
10.0
15.0
15.0
25.0
Después de la dilución
6.7
8.0
8.0
8.0
Volumen total de residuos después de
dilución (gal/día)
2
24
12
0.1
Producción de sólidos volátiles
(VS lbs/día)
1
12
5
0.038
Tasa de carga del digestor (lbs VS/ft3 digestor/día)
0
0
0
0.125
Volumen del digestor (pies3/cabeza)
5
47
19
0.3
Tiempo de retención (días)
20
15
13
22.5
Destrucción probable de VS (%)
50
35
45
60
Rendimiento anticipado de gas
Rendimiento (por pie3 volumen del digestor)
1
1
1
1
Rendimiento (pies3/cabeza/día)
4
46
28
0.29
Contenido bruto de energía (Btu/cabeza/día)
2,300
27,800
16,600
180
Contenido neto de energía (Btu/cabeza/día) (utiliza el 35% del bruto para operar el digestor)
1,500
18,000
10,700
110
Fuente: Barker, James C. 2001. Gas combustible de metano de desechos ganaderos: un resumen. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Publicación #EBAE 071-80.

El Servicio de Extensión del Estado de Carolina del Norte continúa proporcionando varios buenos ejemplos (ver Tabla 5) de cómo se pueden calcular los tamaños de los tanques de los digestores utilizando la información de la Tabla 4.

Los digestores deben ser herméticos y estar situados de manera que puedan calentarse, generalmente con tuberías de agua caliente que entran y salen del tanque del digestor. Puede ser posible calentar el agua utilizando el metano producido por el digestor. El tanque también debe estar aislado para ayudarlo a retener temperaturas de funcionamiento óptimas. Muchos practicantes aprovechan el efecto aislante del suelo enterrando al menos parcialmente el tanque digestor en un pozo o apilando el suelo contra los lados del tanque.

Tabla 5. Configuración del tamaño del tanque del digestor
Ejemplo 1: 100 rebaños lecheros de vacas
Estiércol fresco @ 15% sólidos
1,250 gal/día
Agua de lavado del centro de leche
500 gal/día
Agua de dilución requerida para 8% de sólidos
600 gal/día
Volumen total de residuos generados
2,350 gal/día
Tiempo de retención del digestor
15 días
Capacidad del tanque (15 x 2,350)
32,250 gal
Sugerencia: Tanque redondo de 18 pies de diámetro. x 18.5 pies de alto
Ejemplo 2: Operación de 200 cerdas desde el parto hasta el final
Estiércol fresco @ 10% sólidos
2,830 gal/día
Agua adicional de nebulizadores, etc.
1.415 galones/día
Volumen total de residuos generados
4,245 gal/día
Tiempo de retención del digestor
20 días
Capacidad del tanque (20 x 4,245)
84,900 gal
Sugerencia: Tanque redondo de 24 pies de diámetro. x 25 pies de altura
Ejemplo 3: operación de 50.000 ponedoras de aves
Estiércol fresco @ 25% sólidos
1,620 gal/día
Agua de dilución requerida para 8% de sólidos
3,440 gal/día
Volumen total de residuos generados
5,060 gal/día
Tiempo de retención del digestor
22,5 días
Capacidad del tanque (22.5 x 5,060)
113,850 gal
Sugerencia: Tanque redondo de 7 pies de diámetro. x 26.5 pies de altura
Fuente: Barker, James C. 2001. Gas combustible de metano de desechos ganaderos: un resumen. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Publicación #EBAE 071-80.

Como se señaló anteriormente, la mezcla regular, pero no necesariamente continua, del contenido del digestor es importante para maximizar la producción de gas. Esta mezcla puede ser realizada por un mezclador mecánico; por un compresor, que burbujea el gas recogido a través del digestor; o mediante una bomba de estiércol de circuito cerrado. (6El Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad de Purdue sugiere que el mezclador mecánico funciona bien, siempre y cuando se mantenga un buen sello de aire. Purdue Extension también proporciona la siguiente fórmula para determinar la potencia necesaria para mezclar el contenido del digestor:

HP = 0,185 x % de sólidos totales x capacidad de líquidos (en 000 s de pie3)

Como ejemplo, un digestor de 10,000 pies 3 que contiene desechos con 6 por ciento de sólidos requeriría un mezclador de 11.1 hp (.185 x 6% x 10).

Costos del sistema

El costo de un sistema de digestión anaeróbica puede variar dramáticamente dependiendo de su tamaño, propósitos previstos y sofisticación. El costo del sistema de lagunas cubiertas puede ser tan bajo como $ 25,000 para 150 animales (cerdos) y tan alto como $ 1.3 millones para 5,000 animales (lácteos). Los digestores de flujo de tapón van desde $ 200,000 para 100 vacas lecheras hasta $ 1.8 millones para 7,000 vacas lecheras. (10)

Estos costos, por supuesto, deben sopesarse contra los flujos de ingresos desarrollados con los subproductos de la digestión. En 1998, Mark Moser, Richard Mattocks, Stacy Gettier, PhD y Kurt Roos, todos expertos de gran prestigio en el campo de los digestores anaeróbicos, estudiaron los rendimientos económicos de siete proyectos de digestores AgSTAR. Los ingresos provinieron de la generación eléctrica y la venta de fibra digerida para compost, y de la reducción de los costos de gas natural y propano, así como de la reducción de los costos de ropa de cama. Los costos y los ingresos anuales de cuatro de estos proyectos están disponibles en el Proyecto Minnesota. De los tres proyectos restantes, dos se desarrollaron principalmente para el control de olores en lugar de la recuperación financiera, y el tercero experimentó problemas que le impidieron obtener sus ingresos esperados. (11)

Los evaluadores del Programa AgSTAR creen que la digestión anaeróbica puede ser competitiva en costos en relación con las prácticas convencionales de gestión de residuos (por ejemplo, tanques de almacenamiento, estanques de almacenamiento, lagunas). Cuando el biogás producido por el sistema se pone a trabajar, los digestores pueden tener períodos de recuperación de tres a siete años, sustancialmente más atractivos que los costos hundidos típicamente asociados con los enfoques convencionales. (12)

Costos de construcción y beneficios anuales
Barham
Granja
Tapado
Laguna
US$ 289.474
US$ 46,000
por/año
Avión
Familia
Granja
Tapado
Laguna
US$ 95.200
US$ 16,000
por/año

Otros estudios de casos de digestores se pueden encontrar en el Programa de Manejo de Estiércol de la Universidad de Cornell.

Vaca y ternero en un pasto en el sur de Iowa.

Vaca y ternero. Foto: Lynn Betts, USDA/NRCS

Resumen

Los digestores anaeróbicos se instalan por varias razones: como un medio para resolver problemas ambientales, como un medio para reutilizar económicamente un recurso que de otro modo se desperdiciaría y como una fuente de ingresos adicionales. Todos estos factores suelen desempeñar un papel en la decisión del propietario de instalar un sistema.

Sin embargo, si se hace bien, esta decisión no es simple. Debe implicar una planificación y diseño cuidadosos, preferiblemente con el aporte de un profesional de la ingeniería y / o alguien con experiencia en sistemas de digestión anaeróbica. Este proceso de planificación debe considerar una larga lista de factores.

Factores a considerar

  • Los beneficios específicos que deben obtenerse
  • El número y tipo de animales que se servirán
  • Dónde se puede colocar el sistema
  • Cómo se recogerá y entregará el estiércol y otros insumos al sistema
  • Cómo se mantendrán las temperaturas requeridas
  • Cómo se mitigarán todos los riesgos asociados con el proceso, algunos de los cuales son sustanciales.
  • Cómo se manejarán los resultados
  • La cantidad de tiempo de supervisión y gestión requerido

Recursos de evaluación

Debido a que los digestores anaeróbicos son costosos de instalar y administrar, las consideraciones anteriores y muchas otras deben investigarse y luego tenerse en cuenta en una evaluación de viabilidad económica. Se han desarrollado varios recursos para guiar a un posible propietario del sistema a través de este proceso de evaluación:

  • Programa AgSTAR, el principal recurso de los Estados Unidos para obtener información y asistencia relacionada con los digestores de metano.
  • Manurenet, el principal recurso canadiense que también incluye proyectos y proveedores en los Estados Unidos y otros países.
  • Varias fuentes ofrecen formularios de autoevaluación para estimar el potencial de una instalación exitosa del sistema de digestores. El Servicio de Extensión Cooperativa del Departamento de Ingeniería Agrícola de la Universidad de Purdue ofrece una evaluación completa con un ejemplo completo de cómo debe usarse. Aunque algo anticuado (publicado en 1980), los pasos de la hoja de trabajo y la mayoría de los valores utilizados deben seguir siendo válidos. Solo será necesario actualizar algunos de los valores en dólares, como el precio actual de la energía. Otra herramienta de evaluación se puede encontrar en Environomics.

Referencias

1. AgStar Digest. Invierno 2006.

2. Página web de metano de la Agencia de Protección Ambiental

3. AgStar: oportunidades de mercado para los sistemas de recuperación de biogás

4. Hansen, R.W. 2001. Generación de metano a partir de desechos ganaderos. Publicación #5.002. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Colorado. Pies. Collins, CO. 6 págs.

5. AgStar Digest. Invierno 2003.

6. Jones, Don D., John C. Nye y Alvin C. Dale. 1980. Generación de metano a partir de residuos ganaderos. Publicación #AE-105. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad de Purdue, West Lafayette, IN. 15 págs.

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10. Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. Guía de Sistemas Operativos. Programa AgSTAR. 4 págs.

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Digestión anaeróbica de desechos animales: factores a considerar
Por John Balsam
Actualizado por Dave Ryan
Especialistas en energía NCAT
©NCAT
IP219
Ranura 218
Versión 102506

Esta publicación es producida por el Centro Nacional de Tecnología Apropiada a través del programa de Agricultura Sostenible de ATTRA, en virtud de un acuerdo de cooperación con el Desarrollo Rural del USDA. ATTRA.NCAT.ORG.

Publicado en octubre de 2006, IP219