Un biodigestor anaeróbico de mediana escala crea energía renovable en la granja

Por Chris Lent, Especialista en Agricultura de NCAT

Siempre me han parecido fascinantes las formas de convertir los “materiales de desecho” en recursos útiles en la granja. En mi granja, traté de reutilizar y reciclar los recursos tanto como fuera posible para cerrar el ciclo de entrada fuera de la granja. Creo que las granjas pueden volverse más resilientes a medida que dependen de menos insumos fuera de la granja. Entonces, cuando escuché que el digestor anaeróbico de escala media se estaba instalando en la Granja Orgánica de Dickenson College como una demostración de cómo las pequeñas granjas lecheras pueden utilizar estiércol y otros flujos de desechos para producir energía en la granja, estaba ansioso por tener la oportunidad de visitar la granja y ayudar a correr la voz a otras granjas.

En noviembre de 2023, el especialista en agricultura de NCAT, Eric Fuchs-Stengel, y yo tuvimos esa oportunidad. Viajamos a Dickenson College Organic Farm en Carlisle, Pensilvania, para visitar a Matt Steiman, Gerente de Energía y Ganadería Agrícola en la granja. La granja es una hermosa granja orgánica certificada situada en 90 acres en la parte centro-sur del estado, donde cultivan verduras y crían carne de res, cordero y ponedoras. Eric y yo estuvimos allí para filmar un recorrido en video del biodigestor anaeróbico de escala media recién instalado que transforma el estiércol de una lechería vecina, así como los desechos de alimentos del comedor de la universidad y los restaurantes locales, en gas natural que se puede usar para generar calor y electricidad.

Este proyecto de biodigestores llega después de años de investigación y experimentación con biocombustibles por parte de Steiman en la universidad. La idea de utilizar los productos de desecho de la granja y el área local para producir combustible y energía intrigó mucho a Steiman, por lo que comenzó a fabricar biodiésel que convertía el aceite de cocina usado en combustible para hacer funcionar el equipo de la granja. Dado que el subproducto de glicerina de la producción de biodiésel puede ser útil en la digestión anaeróbica de la materia orgánica que produce gas natural, comenzó a experimentar en 2010 con pequeños sistemas de digestores anaeróbicos para utilizar glicerina, lo que llevó a una serie de sistemas más grandes y culminó con el último biodigestor a escala de granja.

El proceso de digestión anaeróbica para la producción de gas natural es sencillo. Un tanque sellado crea un ambiente anaeróbico, o libre de oxígeno, donde una suspensión de materia orgánica puede ser “comida” o digerida por microbios que prosperan a ciertas temperaturas en condiciones de bajo oxígeno. El gas metano desprendido por los microbios en este proceso sube a la parte superior del tanque a un tubo de salida donde puede ser recogido y utilizado como fuente de combustible para la producción de calor o electricidad. El digestato sobrante, que contiene todos los nutrientes del material de desecho original, se recoge y se esparce en los campos de cultivo.

El tamaño y el costo de este nuevo proyecto de biodigestor requirieron consideraciones de diseño muy específicas para garantizar que tuviera el tamaño adecuado para que coincidiera con el flujo de desechos esperado y funcionara según lo previsto. El tanque digestor es un tanque de cemento de 10 pies de altura, 115,000 galones y 50 pies de diámetro enterrado a 8 pies en el suelo y sellado con una cubierta de goma de alta resistencia. En el tanque hay tubos calefactores y un agitador para mezclar la lechada. Se construyó un establo de estilo libre junto al tanque para albergar a las vacas lecheras y novillas. En un extremo del establo hay tres tanques de cemento enterrados que conforman el sistema de recolección de desechos para el digestor. Un tanque es para la recolección diaria de estiércol, el segundo es para la recolección de desechos de alimentos (hasta 3 toneladas por día) y el tercero es para recolectar el material de digestato que queda después del proceso de digestión. El digestato pasa por un proceso de eliminación de líquidos y luego se puede usar para cama en el establo. La parte líquida del digestato se prepara para ser utilizada como fuente de nutrientes para los campos de cultivo y las pilas de compost de la granja.

Este digestor está dimensionado para producir suficiente gas para que coincida con un motor combinado de calor y electricidad (CHP) de 50 kilovatios (kW). Para el trabajo se eligió un motor de la empresa europea TEDOM adaptado al biogás. La energía producida se utilizará primero para abastecer las necesidades energéticas de la granja y del propio biodigestor, y el exceso de producción eléctrica se venderá a la empresa de servicios públicos local. Este digestor único a escala de 150 vacas es pequeño en comparación con otros digestores en granjas en los Estados Unidos.

El financiamiento para este proyecto se obtuvo de múltiples fuentes, incluido el Programa de Incentivos de Calidad Ambiental (EQIP) de NRCS. Para los agricultores que buscan financiación para biodigestores, Steinman tenía varias sugerencias. Primero, dijo, hable con la oficina del condado del Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS, por sus siglas en inglés). Además, el Programa de Energía Rural para Estados Unidos (REAP, por sus siglas en inglés) es un programa de subvenciones administrado a través de la oficina de Desarrollo Rural del USDA. A través de REAP, los agricultores y las empresas rurales que cumplan con los criterios de subvención pueden solicitar subvenciones de hasta el 50% del costo de un proyecto de energía alternativa en la granja, incluidos los biodigestores anaeróbicos. Steiman también sugirió hablar con el Departamento de Agricultura y el Departamento de Gestión o Protección Ambiental de su estado como fuentes de financiamiento. También vale la pena investigar los distritos de conservación locales y las empresas de servicios públicos que pueden ofrecer fondos para proyectos de energía alternativa en las granjas.

Con este nuevo biodigestor, Steiman y Dickenson College están utilizando flujos de desechos agrícolas y de alimentos para generar energía renovable directamente en la granja y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Con casi 5,000 granjas lecheras solo en Pensilvania con un tamaño promedio de rebaño de 100 vacas, este proyecto tiene como objetivo mostrar cómo la producción de biogás puede funcionar para granjas medianas en todo el estado y el país. La universidad se está asociando con la Universidad Estatal de Pensilvania y grupos de productores agrícolas como PASA Sustainable Agriculture para utilizar este proyecto como una demostración sobre el terreno del diseño y la implementación de biodigestores del tamaño adecuado y para educar a los agricultores sobre los beneficios de la producción de biogás a esta escala.

Recursos relacionados de ATTRA:

Episodio 350. Biodigestor de escala media con Matt Steiman de Dickinson College

Uso, manejo y calidad del combustible de biodiesel

Producción de biogás a microescala: una guía para principiantes

Digestión anaeróbica de desechos animales: factores a considerar

Otros recursos:

Biogás – Granja Orgánica de Dickinson College

Granja orgánica Dickinson College – YouTube

Programa de Energía Rural para América Sistemas de Energía Renovable y Mejora de la Eficiencia Energética Préstamos y Subvenciones Garantizados

Iniciativa de Energía en la Granja, NRCS

Este blog es producido por el Centro Nacional de Tecnología Apropiada a través del programa ATTRA Sustainable Agriculture, bajo un acuerdo de cooperación con USDA Rural Development. ATTRA.NCAT.ORG.