Producción de biogás a microescala: una guía para principiantes

Por Rich Dana, Especialista en Agricultura de NCAT

Resumen

La digestión anaeróbica es un proceso bioquímico simple mediante el cual los productos de desecho se pueden convertir en energía. Usando estiércol, desechos vegetales, residuos de cultivos, restos de alimentos u otros productos de desecho, los agricultores pueden reducir su dependencia de los combustibles fósiles al tiempo que ahorran dinero, reducen las emisiones de gases de efecto invernadero y resuelven los problemas de olores (sin mencionar la producción de fertilizantes de compost de alta calidad como subproducto). Esta publicación proporciona una guía para principiantes sobre el uso de la digestión anaeróbica para producir biogás utilizable a pequeña escala con una inversión mínima.

Para obtener más información sobre el biogás y una discusión sobre los digestores a base de estiércol a gran escala para operaciones ganaderas, consulte la publicación de ATTRA Anaerobic Digestion of Animal Wastes: Factors to Consider.

Contenido

Introducción
Uso del gas
Lo pequeño es hermoso
Biogas Basics: The Chemistry of Anaerobic Digestion
Alimentación de su digestor
Diseños de microdigestores
Puesta en marcha, operación y mantenimiento
Corrientes laterales
Conclusión
Referencias

Introducción

La digestión anaeróbica es uno de los procesos más básicos de la vida en la tierra. Anaeróbico significa “en ausencia de oxígeno” y la digestión anaeróbica tiene lugar cuando la materia biodegradable se descompone en un ambiente cerrado. Al gestionar el proceso de digestión y capturar el biogás producido, podemos alimentar calderas, quemadores y generadores, y posiblemente incluso refrigeradores.

En los Estados Unidos, existe un gran interés en el uso de digestores anaeróbicos a gran escala para controlar el olor en las instalaciones ganaderas y la quema del biogás producido para hacer funcionar los generadores eléctricos. Comúnmente conocidos como digestores de metano, estas unidades a gran escala en realidad digieren estiércol y producen biogás, que se compone de dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) con cantidades más pequeñas de vapor de agua (H2O), sulfuro de hidrógeno (H2S) y, en algunos casos, amoníaco (NH3). El metano es un gas inflamable que se puede utilizar para producir energía y es el componente principal del gas natural de combustible fósil, comúnmente utilizado para calentar hogares.

Aunque no se usan ampliamente en los Estados Unidos, los digestores a pequeña escala se utilizan con éxito en todo el mundo para convertir pequeñas cantidades de estiércol, desechos de plantas y restos de alimentos en energía utilizable. Durante cientos de años, el biogás se ha utilizado en China e India (y más recientemente en África y América Central) para proporcionar gas para cocinar, calentar e iluminar, utilizando diseños muy simples y de baja tecnología. Esta publicación examinará varios de los diseños comunes para la construcción de microdigestores que se han desarrollado en todo el mundo y discutirá cómo los agricultores sostenibles en Estados Unidos pueden aprender una lección de sus contrapartes en el mundo en desarrollo.

Descargo de responsabilidad: Esta publicación pretende ser una introducción a la producción de biogás a microescala, y no un manual práctico completo sobre cómo construir y operar un digestor. Hay una lista de referencias al final de esta publicación, y sugerimos hacer una investigación adicional considerable antes de dedicar tiempo y recursos a un proyecto de biogás. Lo más importante es recordar que el biogás, aunque relativamente seguro, puede ser peligroso, inflamable y potencialmente explosivo si se maneja incorrectamente. Le sugerimos que tome todas las precauciones de seguridad posibles y cumpla con todas las leyes locales, estatales y federales que puedan aplicarse a un proyecto de digestor en su ubicación.

Uso del gas

Si decide construir el digestor, ¿cómo usará el gas? El biogás puede tomar el lugar del propano o el gas natural en muchos casos. El uso más común es para cocinar. Por supuesto, también se puede usar como fuente de calor: para complementar la calefacción del hogar, para calentar un gallinero, una incubadora de parideras u otro edificio pequeño para ganado, o para calentar un invernadero.

Un uso único que no ha sido ampliamente explorado en los Estados Unidos (pero sí en China) es usar el gas para alimentar un refrigerador de absorción. Este es un tipo de refrigerador que utiliza una llama de propano en lugar de un compresor eléctrico para crear el ciclo de enfriamiento evaporativo. Estos refrigeradores se encuentran comúnmente en vehículos recreativos y en lugares que no tienen electricidad o suministros de electricidad poco confiables. Aunque hay poca investigación disponible sobre el uso de metano para alimentar el enfriamiento por absorción, el metano tiene potencial para su uso por parte de los agricultores que pueden estar buscando opciones de refrigeración en áreas remotas.

Lo pequeño es hermoso

Hay varios problemas técnicos importantes que superar para operar un digestor a gran escala con éxito y usarlo para generar electricidad al por mayor. Mantener una salud bacteriana adecuada en un tanque digestor de 40,000 a varios millones de galones puede ser difícil, y los errores son costosos. Los digestores a gran escala requieren cientos, o miles, de cabezas de ganado para proporcionar estiércol adecuado, creando problemas de manejo de materiales. Para hacer funcionar equipos de generación eléctrica grandes y sensibles, el biogás debe ser “lavado” para eliminar la mayoría de los otros gases, lo que puede agregar trabajo y gastos. Los digestores grandes a menudo requieren un gerente de tiempo completo. Por otro lado, un microdigestor puede suministrar a una familia gas de cocina para dos comidas al día (o agregar calor a un invernadero o taller), del estiércol de unos pocos cerdos, vacas o pollos, o restos de comida y verduras y frutas podridas o inutilizables. Debido a que el costo de construcción es bajo, la materia prima es gratuita y el combustible se utiliza en la fuente, se puede minimizar el riesgo económico y maximizar la sostenibilidad.

En otras partes del mundo donde los recursos energéticos no están tan fácilmente disponibles como en los Estados Unidos, el microdigestor es una tecnología importante debido a su bajo costo (y la capacidad de adaptar materiales de rescate o materiales que comúnmente están a mano), simplicidad y beneficios ambientales y de salud. En lugares donde la madera se usa para cocinar y calentarse, la deforestación es una preocupación importante y la quema de madera puede causar problemas de calidad del aire y problemas respiratorios para los residentes, especialmente los niños pequeños. Un digestor doméstico puede reducir el trabajo de recolección de madera y proporcionar una fuente de combustible barata y abundante donde antes no había ninguna.

Biogas Basics: The Chemistry of Anaerobic Digestion

Las bacterias anaeróbicas y las arqueas son anteriores a la mayoría de las otras formas de vida en nuestro planeta, habiéndose desarrollado en el período en que la atmósfera terrestre era principalmente metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O). La digestión anaeróbica tiene lugar en ambientes con oxígeno limitado: bajo el agua en un pantano o pantano, en el fondo de un montón de compost o en el intestino de los animales. La digestión anaeróbica se utiliza en sistemas sépticos y plantas de tratamiento de aguas residuales para descomponer los desechos.

Las etapas de la digestión anaeróbica

Hay cuatro etapas en el proceso de digestión: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. Estas etapas deben manejarse desde el principio para iniciar un digestor, pero si el proceso se mantiene adecuadamente, la producción de metano debería requerir un mínimo de pruebas y tratamientos químicos. Las bacterias deben hacer su trabajo en las primeras etapas para utilizar el oxígeno en el material, y luego descomponerlo en ácidos grasos volátiles y alcoholes fermentados, antes de que las bacterias metanogénicas puedan comenzar a producir metano. El proceso es el siguiente:

• Hidrólisis: Las enzimas descomponen y licuan las moléculas más pequeñas y descomponen los polímeros grandes en el material.
• Acidogénesis: Los productos de la hidrólisis (monómeros solubles) se fermentan a ácidos grasos volátiles (o AGV) y alcoholes.
• Acetogénesis: Las bacterias acetogénicas descomponen los AGV y los alcoholes, el ácido acético, el dióxido de carbono y el hidrógeno.
• Metanogénesis: Las bacterias metanogénicas convierten el ácido acético y el hidrógeno en CO2 y metano. (Nota: Las tres etapas anteriores pueden tener lugar a temperaturas más bajas que la metanogénesis).

Temperatura y pH

Dos de los factores más importantes para la digestión anaeróbica adecuada y la producción de metano son la temperatura y el pH. La falta de regulación de estos dos factores es uno de los problemas más comunes con un digestor.

La mayoría de las bacterias anaeróbicas funcionan mejor en atmósferas más cálidas. Esta es la razón por la cual los microdigestores son más comunes en áreas más cercanas al ecuador. Esto no significa que un microdigestor no funcionará en climas más septentrionales, pero sí afecta las decisiones de diseño, ya que el digestor puede necesitar ser aislado o incluso calentado para producir grandes cantidades de metano. La digestión anaeróbica no se detiene completamente a temperaturas más bajas, pero la metanogénesis es la etapa más seriamente obstaculizada por las bajas temperaturas, y esto reducirá la producción de metano. Sin embargo, hay evidencia de que las materias primas a base de plantas pueden funcionar mejor a bajas temperaturas que los sistemas a base de estiércol (House, 2006).

Aunque los microdigestores en América Central o India a menudo funcionan completamente sin calor adicional o incluso aislamiento a temperaturas que van desde 60 grados Fahrenheit a más de 100 grados Fahrenheit, el diseño de microdigestor más popular en China es un diseño subterráneo, que utiliza las propiedades geotérmicas de la tierra para mantener una temperatura saludable. Esta publicación analiza las consideraciones de diseño a continuación, en la sección titulada Micro-Digester Designs: Global D.I.Y. technology.

Junto con la temperatura, el pH es vital para la salud del digestor. El pH es una medida de la acidez o alcalinidad (bajeza) del contenido del digestor. Al igual que en el sistema digestivo humano, demasiado ácido crea “indigestión” en el sistema anaeróbico.

Se dice que el agua pura es neutra, con un nivel de pH de aproximadamente 7. Los ácidos tienen números de pH por debajo de 7, mientras que las bases tienen números por encima de 7. Un digestor funciona mejor cerca del punto neutro, hasta un pH de aproximadamente 8.5. En las primeras etapas del proceso anaeróbico, cuando el digestor está produciendo ácidos, el pH puede caer a 6 o menos. Cuando alcance la metanogénesis, operará en el rango de 7.5 a 8.5.

Es importante recordar que el nivel de pH se vuelve menos problemático cuando el digestor está bien amortiguado, ya que puede tomar una cierta cantidad de ácido o material base que se le agrega sin alterar la digestión (Fry, 1973). La amortiguación es la capacidad del digestor para resistir el cambio de pH. Dado que el pH es un “indicador rezagado”, la amortiguación adecuada es importante para evitar problemas con la acidez (ver Figura 1).

En un digestor a gran escala, las grandes variaciones en el pH pueden ser catastróficas. En un microdigestor, sin embargo, las condiciones de pH alto o bajo pueden corregirse de manera relativamente simple. Una condición de alto ácido se puede tratar con pequeñas cantidades de cal, amoníaco o incluso bicarbonatos como bicarbonato de sodio.

Relación carbono/nitrógeno (C:N)

El carbono y el nitrógeno son los dos componentes que las bacterias anaeróbicas requieren para sobrevivir. Necesitan aproximadamente 30 veces más carbono que nitrógeno, por lo que la relación C: N de su sustrato debe ser de aproximadamente 30: 1. Esto es importante al formular su suspensión. Al determinar la relación C:N de materia prima como el estiércol, el alimento para animales y la cantidad de material de cama pueden afectar en gran medida las cantidades reales de carbono y nitrógeno; deberá ajustar su materia prima en consecuencia (consulte la Tabla 1).

Tabla 1: Relación de nitrógeno de carbono
Sustancia	C:N
Estiércol de vaca—Alfalfa	16:01
Estiércol de vaca: productos lácteos (con ropa de cama)	21:01
Estiércol de cerdo	14:01
Estiércol de oveja	20:01
Estiércol de pollo	15:01
Paja de avena	48:01:00
Tapas de nabo	19:01
Tallos de maíz	53:01:00
Recortes de césped	19:01
Girasol	30:01:00
Fuente: House, David. 2006. Manual de biogás. págs. 37-40.

Alimentación de su digestor: sustratos

En la alimentación y el cuidado adecuados de su digestor, debe recordar las “Siete Ss” del diseño del digestor anaeróbico (ver Tabla 2):

Tabla 2: Las siete S del diseño del digestor

1. Sustrato: El material orgánico que alimentará a su digestor. Esto puede ser estiércol, desechos vegetales, pulpa de papel u otro material biodegradable.

2. Lodo: El purín es la papilla homogénea que pasarás por el digestor. Para que se produzca una digestión eficiente, el material del sustrato debe triturarse o molerse y mezclarse con agua para formar una sustancia uniforme con 15 a 40% de sólidos, dependiendo del diseño de su digestor.

3. Estratificación: A medida que su suspensión se descompone en el digestor, se separará en capas. Estas capas, o “estratos”, son biogás, escoria, sobrenadante, lodo y sólidos. La mezcla de la suspensión evita la estratificación excesiva, pero siempre ocurrirá cierta estratificación, especialmente en los digestores “por lotes” (ver Diseños de microdigestores: Tecnología D.I.Y. global).

4. Escoria: La capa de espuma flota en la parte superior del material en el digestor, justo debajo del nivel del gas. El nivel de espuma está formado por material difícil de digerir como paja gruesa y grasa.

5. Sobrenadante: El líquido gastado de la lechada. El sobrenadante tiene un alto contenido de sólidos, por lo que es de alto valor como fertilizante, similar al “té de compost” (Diver, 2002).

6. Lodo: Debajo del sobrenadante líquido se encuentra la capa de lodo. El lodo son los sólidos orgánicos digeridos y semidigeridos. Este lodo puede proporcionar un excelente fertilizante compostado, pero dependiendo de la materia prima, es posible que deba secarse al sol para matar cualquier patógeno sobreviviente. Esto es más un problema con los sistemas basados en estiércol.

7. Sólidos (inorgánicos) o arena: La capa inferior consiste en aquellos sólidos no digeribles que encuentran su camino en el digestor. Estos podrían incluir tierra, arena, rocas pequeñas, plástico o metal, cualquier sólido inorgánico que pueda introducirse inadvertidamente en el sistema.

Diseños de microdigestores: tecnología D.I.Y. (Do-It-Yourself) global

Hay dos tipos básicos de diseños de digestores: procesadores de flujo continuo y por lotes. En un digestor de flujo continuo, el nuevo sustrato se alimenta regularmente en el digestor. La suspensión se mueve a través del digestor, empujando el material digerido (efluente). El material también se puede mover mecánicamente a través del digestor de flujo continuo con sinfines o bombas. Los digestores por lotes se cargan una vez y luego se permite que el material digiera. Cuando se completa la digestión, se elimina el efluente y se repite el proceso. Al agregar un tubo de entrada para alimentar el digestor y un tubo de salida para el efluente desbordante, se puede alimentar a un procesador por lotes con material adicional después de la puesta en marcha inicial para extender el ciclo, convirtiendo a la unidad en un procesador por lotes semicontinuo. Cada tipo tiene sus ventajas. Los digestores continuos producen biogás sin interrupción. Los digestores por lotes, por otro lado, son más simples y menos costosos de construir. Los diseños de flujo continuo se prestan mejor a los sistemas basados en estiércol, mientras que los procesadores por lotes pueden ser más apropiados para sustratos a base de plantas sin procesar.

Los tipos de microdigestores cubiertos en esta publicación se dividen en tres categorías, con alguna variación: estilo de bolsa o tubo en el suelo (flujo continuo); estilo domo en el suelo (lote semicontinuo); y diseño de capota flotante / tanque (por lotes o semicontinuo). Debido a que gran parte de la tecnología de biogás a microescala ha sido desarrollada por individuos y organizaciones no gubernamentales, estos diseños son simples y de “código abierto”, lo que significa que los diseños no son patentados y gran parte de la información sobre estos diseños es gratuita y está disponible en Internet. (Consulte la sección Recursos al final de esta publicación para obtener una lista de libros y sitios web para visitar para obtener información más detallada).

Bolsa enterrada

El digestor estilo bolsa enterrada es muy popular en toda América Central y puede ser apropiado para su uso en el sur de los Estados Unidos. Es un diseño de flujo continuo muy simple, especialmente adecuado para una granja familiar con solo unos pocos cerdos o vacas. Es un diseño muy económico, con piezas que se pueden adquirir por tan solo $ 50.

El sistema consiste en una zanja larga (aprox. 20 pies), forrada con un tubo de polietileno (polietileno) de 48 pulgadas de diámetro para formar la “bolsa”. Con una entrada en un extremo, una salida en el otro y un accesorio de salida de gas en la parte superior, es un diseño extremadamente simple (ver Figura 2). El tubo de polietileno está disponible por rollo, y se utiliza comúnmente como material de embalaje. Se sugiere una doble capa de 6 a 8 mil poli para evitar pinchazos, y una liberación de presión permite que el exceso de gas salga del sistema antes del inflado excesivo de la bolsa. Este diseño producirá cuatro horas de gas de cocina utilizable por día y requiere aproximadamente 100 galones de lodo para “cargar” el digestor, y 10 galones adicionales de lodo por día para mantener (Brown, 2004).

Cúpula en el suelo

El diseño de la cúpula en el suelo se utiliza ampliamente en China y puede tener un potencial considerable para la adaptación a los climas del norte en los Estados Unidos (Koottatep et al., sin fecha). Este diseño no es diferente a un tanque séptico de estilo occidental, y de hecho, un tanque séptico convencional de concreto fundido o fibra de vidrio podría modificarse para servir como digestor (ver Figura 3). En China, la letrina a menudo está conectada al digestor, por lo que también sirve como un sistema séptico. En los Estados Unidos, las leyes de zonificación y salud pública en la mayoría de las áreas no permitirían “aguas negras” desde el hogar hasta el digestor, a pesar de las ventajas obvias de tal sistema.

Este diseño implica un concreto fundido o bloque de concreto, o tanque de ladrillo y tapa. Si bien el gasto es mucho mayor que el de un digestor estilo bolsa (el costo típico es de $ 350 por 4 a 6 metros cúbicos), pero al usar el aislamiento natural de la tierra, el digestor estilo domo puede mantener una temperatura constante, incluso en climas más fríos (Nakagawa, 1981).

Techo flotante / tanque

El diseño de la capota flotante / tanque es uno que se adapta particularmente bien a los materiales disponibles. En este diseño, la suspensión está contenida en un tanque inferior, con otro tanque invertido o tambor que sirve como tapa, que es levantado por el biogás a medida que se genera (ver Figura 4).

Este diseño se utiliza ampliamente en la India en particular, donde ARTI (Instituto de Tecnología Rural Apropiada) ha desarrollado un diseño de tamaño familiar muy funcional que utiliza un tanque base de polietileno de 1,000 litros (264 galones estadounidenses) con un tanque de 750 litros (198 galones estadounidenses) como cámara de gas flotante interna (Voegeli et al., 2009). Este diseño se puede adaptar para usar tanques de cualquier tamaño, con un diámetro mayor para el exterior y un diámetro más pequeño para el tanque interior, y puede ser un diseño excelente y económico para experimentar. Muchos tamaños de tambores están disponibles de forma gratuita, y se puede hacer un digestor de prueba muy pequeño con un par de barriles y solo unas pocas piezas de plomería estándar (consulte la Figura 4).

Otros diseños

Se han desarrollado varios otros diseños que son variaciones de estos tres estilos básicos. Uno es un diseño híbrido que utiliza tambores sellados de 55 galones como digestores modulares que están conectados a un contenedor de almacenamiento de gas flotante / tanque separado. Otro estilo utiliza las bolsas de 275 galones comúnmente utilizadas para transportar productos químicos agrícolas e industriales. En general, los recipientes de plástico son preferibles a los tambores de acero para el recipiente digestor y los tanques de almacenamiento de gas, porque tanto la suspensión como el biogás en sí pueden corroer los tambores de acero con bastante rapidez.

Puesta en marcha, operación y mantenimiento

Arranque

La mejor manera de poner en marcha cualquier digestor anaeróbico es “sembrándolo” o “inoculándolo” con material de otro digestor sano y operativo. La introducción de bacterias anaeróbicas vivas en el nuevo digestor acelerará la puesta en marcha, y cuanto mayor sea la proporción de material inoculante utilizado, más probable es que tenga una puesta en marcha exitosa. Si solo se puede obtener una pequeña cantidad de material de semilla, entonces se debe agregar un nuevo sustrato lentamente en el transcurso de varios días para promover el crecimiento de las bacterias. Si no se dispone de material de un digestor existente, se puede utilizar lodo activo de una planta de tratamiento de aguas residuales. Algunos experimentadores de bricolaje han utilizado tratamientos comerciales de tanques sépticos para promover la puesta en marcha, pero solo hay evidencia anecdótica disponible sobre la efectividad del uso de iniciador séptico. Por supuesto, algunos materiales de sustrato ya contienen bacterias anaeróbicas. El estiércol o el material del fondo de una pila de compost contendrá algunas bacterias anaeróbicas y comenzará el proceso más rápidamente que la materia vegetal o vegetal fresca. En el caso del estiércol, cuanto más fresco, mejor. El material anaeróbico existe en el intestino, y a medida que se expone al aire comienza a morir. El estiércol seco probablemente contendrá muy pocas bacterias vivas.

Un digestor discontinuo generalmente será más fácil de arrancar que una unidad de flujo continuo porque, para este último, el tiempo de retención hidráulica (HRT) es menor que en un digestor por lotes. La TRH es el tiempo que tarda la suspensión en moverse a través del digestor. En una disposición de flujo continuo o semicontinuo, el digestor no debe ser “alimentado” durante varios días después de la carga inicial para permitir el crecimiento de las bacterias anaeróbicas. Durante este período de arranque, el pH debe controlarse de cerca para asegurarse de que la suspensión no se deslice en un estado ácido. Esto puede suceder fácilmente agregando material nuevo demasiado rápido. Si el número de pH comienza a disminuir, se puede necesitar cal u otros “antiácidos” para mantener el nivel de pH en el rango de operación anaeróbica.

Operación y Mantenimiento

Si se establece un ambiente saludable para sus bacterias anaeróbicas, se necesita muy poco esfuerzo para operar un microdigestor. En un diseño de alimentación continua, el sustrato debe agregarse diariamente. Un digestor discontinuo se carga y luego se deja solo (o agitado ocasionalmente) hasta que la producción de gas cae por debajo de un nivel aceptable. En un digestor pequeño de flujo continuo, la agitación ocurre a medida que se agrega el material y se mueve a través del digestor, aunque se puede agregar agitación mecánica adicional. La agitación de algún tipo es generalmente deseable porque sin ella, dependiendo del sustrato, se puede formar una gruesa capa de espuma y obstaculizar la producción de gas. Mantener los materiales del sustrato en suspensión ayudará a la descomposición uniforme del material y promoverá la digestión completa.

La carga del digestor será la operación más común, y esto implica la preparación de la lechada. El estiércol debe ser licuado, los restos de comida deben ser triturados, el cartón o las hierbas deben ser triturados. Recuerde, cuanto más pequeñas sean las partículas en su lodo, más feliz será su digestor. La cantidad que necesita para alimentar su digestor se llama tasa de carga. La tasa de carga se deriva de la cantidad de materia orgánica alimentada diariamente, dividida por el tamaño (volumen) del digestor. Un ambiente anaeróbico más saludable puede manejar una tasa de carga más alta, pero la sobrealimentación del digestor puede causar un aumento en el contenido de ácido y una reducción de la producción de gas. En pocas palabras, más materia prima no siempre es mejor.

La limpieza es necesaria cuando la producción de gas cae por debajo de un nivel aceptable. Esto será una ocurrencia regular en un digestor discontinuo, pero será menos necesario en un sistema de flujo continuo, ya que gran parte del material saldrá del sistema como efluente. En ambos casos, en algún momento durante la operación, será necesario eliminar algunos digestatos y sólidos inorgánicos.

Dependiendo del clima, calentar el digestor puede ser otra consideración. Obviamente, el uso de cualquier tipo de calefacción basada en combustibles fósiles como propano, aceite o electricidad no tiene sentido económico o ambiental, pero puede ser posible usar compost o calefacción solar, o capturar el calor residual de otra fuente, para mantener un digestor funcionando eficientemente en los meses más fríos.

Unas palabras sobre la seguridad

Recuerde, en todas las etapas de construcción, operación y mantenimiento de un digestor, se está exponiendo a peligros potenciales. Algunas materias primas, especialmente el estiércol, contienen patógenos o parásitos. Puede estar expuesto a ellos no solo en la fase de carga, sino también en la limpieza, dependiendo de los tiempos de retención. El proceso de digestión puede no matarlos a todos. En un sistema a base de estiércol, se debe tener especial cuidado para mantenerse limpio, sus herramientas y su área de trabajo.

El metano y los otros gases producidos pueden ser mortales. Si usted es un residente rural, probablemente haya escuchado historias de personas que han sido superadas por “gases sépticos” al limpiar un tanque séptico. Lo mismo puede ser cierto para un digestor anaeróbico. Recuerde, el digestor está diseñado para ser un ambiente libre de oxígeno: ¡bueno para las bacterias anaeróbicas, malo para los humanos!

Finalmente, por supuesto, el biogás es explosivo. Nunca fume ni use una antorcha o linterna en presencia de biogás, y use agua jabonosa, NO una llama, para detectar la presencia de biogás, a menos que se alimente a un quemador debidamente regulado.

Calidad del gas

Debido a que el biogás proviene fresco de un ambiente cálido y biológico, una buena cantidad de vapor de agua está presente en el gas. Los sistemas para eliminar la humedad deberán implementarse para una buena combustión. Estos pueden ser tan simples como lanzar la tubería de gas para hacer que la humedad vuelva al digestor, o crear una trampa de humedad hecha de un frasco o botella de vidrio. Otro problema potencialmente más grave es filtrar o “limpiar” el gas. Debido a la naturaleza corrosiva del sulfuro de hidrógeno y el amoníaco en el biogás crudo, las tuberías, los quemadores y, especialmente, los motores de los generadores pueden dañarse con el tiempo. Una serie de diseños para depuradores están disponibles en Internet, la mayoría utilizando vasos de precipitados o recipientes llenos de lana de acero, o burbujeando el gas a través de una solución de carbonato de sodio.

Presión

Lograr la presión adecuada para la combustión del biogás se puede hacer de varias maneras muy simples. En lugar de usar un compresor mecánico de alta tecnología, la mayoría de las personas usan el método de muy baja tecnología para agregar peso a la parte superior de la unidad de almacenamiento de gas, utilizando ladrillos u otros objetos pesados. Esto puede ser complicado con un digestor de bolsa, y se debe tener cuidado de no enganchar o perforar el plástico. Es necesario un poco de prueba y error, pero en combinación con una válvula reguladora y un orificio del carburador para ajustar la mezcla de gas / aire, se puede lograr fácilmente una llama buena y eficiente.

Beneficios ambientales del uso de biogás

Cuando se quema biogás, produce CO2, que es un gas de efecto invernadero. Sin embargo, el uso de biogás sigue siendo beneficioso para el medio ambiente. Junto con el CO2, el metano es uno de los gases de efecto invernadero que más preocupan a los científicos en su estudio del cambio climático global. Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), aunque hay menos metano en el medio ambiente que el CO2, el metano es aproximadamente 21 veces más poderoso para calentar la atmósfera que el CO2 (en peso). La vida química del metano en la atmósfera es de aproximadamente 12 años (U.S. EPA, 2010). Quemar el metano (en lugar de permitir que escape a la atmósfera), usar la energía y convertir las emisiones en CO2 reduce la potencia de los gases de efecto invernadero que se liberan, pero lo que es más importante, desplaza el uso de combustibles fósiles y evita la liberación de CO2 adicional.

La EPA estima que en los digestores lácteos a gran escala, por cada 10 vacas de las que se digiere anaeróbicamente el estiércol y se captura y utiliza el biogás, las emisiones de gases de efecto invernadero se reducen en una cantidad equivalente a sacar 4.3 automóviles de pasajeros de la carretera. Por supuesto, esta estadística no aborda la falta general de sostenibilidad de las operaciones de alimentación de animales confinados a gran escala. Otras fuentes estiman que los pequeños digestores pueden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en el equivalente de 5 a 7 toneladas métricas de CO2 en los hogares que actualmente queman madera (BMU, 2009).

Corrientes laterales: fertilizante y té de compost

Además de la producción de biogás, el otro beneficio importante de operar un digestor anaeróbico es el fertilizante y compost de alta calidad que produce. Esta corriente lateral del digestor puede proporcionar a su operación una gran cantidad de enmiendas de suelo de alto valor que se pueden usar en la granja o posiblemente venderse para obtener ingresos adicionales. Los productores orgánicos certificados deben consultar con sus certificadores para cualquier restricción.

El efluente y el sustrato gastado que quedan después de la digestión anaeróbica contienen concentraciones más altas de potasio, fósforo y nitrógeno que el estiércol crudo o los desechos vegetales que ingresaron al digestor. A diferencia de la materia prima cruda, el nitrógeno está más fácilmente disponible para las plantas porque ahora está en una forma mineralizada, en lugar de una forma orgánica.

Además, las semillas de malezas, los parásitos y los patógenos son un problema mucho menor que con el estiércol crudo. La temperatura y la falta de oxígeno en el ambiente anaeróbico es suficiente para destruir muchas semillas de malezas y patógenos. No obstante, particularmente en el caso de los digestores a base de estiércol, se recomienda encarecidamente que el sustrato gastado se seque al sol o se composte antes de la aplicación para eliminar cualquier posible patógeno o parásito superviviente.

Conclusión

Construir y operar un sistema de producción de biogás a microescala no es adecuado para todos. Puede ser desordenado y laborioso. Su clima regional, la materia prima disponible y la capacidad de usar el gas en su sitio determinarán si un proyecto es viable. Si está buscando un buen retorno de la inversión (ROI) en un modelo de negocio agrícola convencional, puede ser un caso difícil de hacer.

Por otro lado, si usted es un agricultor a pequeña escala que busca aumentar la sostenibilidad de su operación utilizando los recursos disponibles con una inversión de “capital de sudor” en lugar de efectivo, puede valer la pena explorar el biogás a microescala.

Referencias

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Producción de biogás a microescala: una guía para principiantes
Por Rich Dana
IP370
Ranura 369
Versión 082910

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.