Bio-Digestores

 

La materia orgánica y el estiércol del ganado pueden transformarse en energía utilizable. Dicha energía se conoce como energía de biomasa, la cual es posible aprovechar como fuente de electricidad y gas. El aprovechamiento de la materia orgánica contenida en el excremento animal es posible mediante la descomposición que llevan a cabo bacterias anaeróbicas. Durante el proceso se produce Gas Metano, bióxido de carbono, hidrógeno, nitrógeno y ácido sulfhídrico, que pueden ser almacenados en contenedores sellados a los que generalmente se conoce con el nombre de Digestores Anaeróbicos. El Gas Metano obtenido se utiliza como combustible, ya sea para cocinar, calentar agua, calefacción, y principalmente como fuente de energía eléctrica. Los subproductos del proceso en la obtención de Gas Metano: nitrógeno, fósforo y potasio, son fertilizantes orgánicos.

 El desarrollo de Digestores Anaeróbicos que procesan el estiércol del ganado para obtener gas y electricidad, continúa incrementándose de manera notable en países como China, Estados Unidos y Europa. Los factores que han ejercido mayor influencia sobre la demanda acelerada de Digestores Anaeróbicos son: el incremento en la confiabilidad técnica, y en el desarrollo exitoso de los sistemas operativos durante los últimos cinco años; una mayor conciencia acerca de la calidad ambiental; los apoyos gubernamentales en esos países con relación a éste tipo de sistemas; las políticas sobre energía diseñadas en esos países para promover fuentes de energía limpia y renovable; y el incremento en el costo de la energía no renovable procedente del petróleo.

La Digestión Anaeróbica es realizada mediante bacterias que no requieren de oxígeno para vivir. Esa misma Digestión Anaeróbica propicia la descomposición bacteriológica de los sólidos volátiles que se encuentran en el estiércol, y los transforma en Bio-Gas. De éste modo, se reducen el volumen y el mal olor en depósitos de estiércol utilizados para generar energía mediante Bio-Gas. Es así que el principal componente en el sistema para la Digestión Anaeróbica son las Bacterias Anaeróbicas que digieren bajo condiciones controladas la materia orgánica del estiércol contenido en depósitos sellados a fin de producir Bio-Gas. Casi toda la porción líquida orgánica del excremento es digerida, y el escaso líquido que queda es mayormente agua, que puede pasar a otro depósito para su evaporación, o ser utilizada en riego y fertilización orgánica. 

Beneficios como resultado de la Digestión Anaeróbica son: potencial para generar electricidad, gas, y reprocesar el calor generado durante el proceso; reducción de patógenos, virus, protozoarios y otros organismos causantes de enfermedades; mejoramiento en la aplicación de nutrientes al suelo, porque casi 70% del nitrógeno orgánico contenido en el excremento se convierte a Amonio que fuente primaria en fertilizantes orgánicos; reducción de malos olores; y disminución en la demanda de oxígeno biológico hasta 90% en el efluente tratado, reduciendo así el riesgo de contaminación en el agua.

La Digestión Anaeróbica se lleva a cabo en tres etapas: hidrólisis, formación de ácidos y generación de gas metano. Durante la primera etapa (hidrólisis), las enzimas bacterianas convierten las proteínas, grasas y azúcares contenidas en el estiércol en azúcares simples; en la segunda etapa (formación ácidos), las bacterias convierten los azúcares en ácido acético, dióxido de carbono e hidrógeno; y durante la tercera etapa (generación de Gas Metano), las bacterias convierten el ácido acético en Gas Metano y dióxido de carbono, se combina el hidrógeno con el dióxido de carbono para formar agua y metano. Las tecnologías en los Digestores Anaeróbicos para colectar Bio-Gas del estiércol son tres: Depósitos Anaeróbicos Cubiertos (anaeróbico=sin oxígeno); Digestores Completos de Mezclas; y Reactores Secuenciales, cuya tecnología está todavía en experimentación. 

El sistema en los Depósitos Anaeróbicos Cubiertos, requiere que el volumen total de excremento permanezca entre 40 y 60 días para su procesamiento en la producción del Bio-Gas que es transportado mediante tubería para su Combustión en un Motor-Generador de Electricidad. El excremento posteriormente al proceso, se deposita en estanque para evaporación y subsiguiente utilización en suelos agrícolas. El clima sumamente frío, podría afectar en cierta forma el funcionamiento de los Digestores Anaeróbicos que se emplean para generar gas y electricidad, porque en temperaturas bajas no sería posible generar calor suficiente para mantener la temperatura adecuada que se requiere de manera consistente en la producción de Bio-Gas a través del estiércol. Por ésta razón, los Digestores Anaeróbicos son más apropiados en climas templados ó calurosos. Este tipo de depósitos se cubre generalmente con plástico especialmente diseñado para evitar la entrada de oxígeno y soportar los rayos ultravioleta del sol. 

El sistema en los Digestores Completos de Mezclas consiste en dos tanques: mezclador y digestor, así como un tercer depósito para almacenamiento y evaporación. El tanque mezclador puede estar, ya sea debajo o sobre la superficie del terreno, y es llenado constantemente con excremento de los animales. Se utiliza una hélice giratoria en el tanque mezclador, para evitar que los sólidos queden en el piso interior del tanque antes de ser llevados hacia el tanque digestor. En éste sistema es esencial mantener un flujo y volumen constante de estiércol en ambos tanques, el mezclador y el digestor. En el tanque digestor, una bomba mezcladora hace circular el excremento alrededor para mantener la temperatura uniforme. Así mismo, puede utilizarse el calor que se genera y recupera durante el proceso, para mantener la temperatura en el digestor y optimizar la producción de Bio-Gas. En los Digestores Completos de Mezclas, el volumen total de excremento, debe permanecer entre 15 y 20 días para su procesamiento en la producción de Bio-Gas, lo cual significa que éste sistema ocupa menos espacio para almacenar y tratar el excremento. Aún cuando éste sistema es más complejo, los niveles de producción de electricidad y gas son mayores y más consistentes que en los Depósitos Anaeróbicos Cubiertos, lo cual reduce el tiempo necesario para amortizar la inversión. 

Para que exista potencial técnico en la aplicación de cualquiera de los sistemas anteriormente mencionados, es necesario que se mantenga constante la cantidad de ganado, cuya población no debe tener variación mayor a 20% por año. Habrá que recolectar el excremento diariamente o cada tercer día; el excremento libre del estiércol que se utiliza para cama del ganado; el excremento deberá estar exento de materiales extraños; mantener suficiente excremento almacenado para ser suministrado de manera constante al Digestor Anaeróbico.

Hay que considerar la cantidad y la calidad del Bio-Gas a producir en relación con las necesidades en la explotación ganadera, y para venta del excedente como energía eléctrica ó gas. La producción diaria de Bio-Gas instalada mediante Digestores Anaeróbicos en explotaciones ganaderas de Estados Unidos oscila entre 672 y 2100 Metros Cúbicos, equivalente a 13 y 42 millones de BTU en energía respectivamente, asumiendo un contenido de 55% de Gas Metano en el Bio-Gas. 

Los Depósitos Anaeróbicos Cubiertos y los Digestores Completos de Mezclas mantienen diferencias en cuanto a las características durante la producción de Metano: el sistema de Digestores de Mezclas produce calor y electricidad de manera constante durante el año, debido a la recuperación de calor en el sistema, aplicado durante el invierno en regiones con temperaturas bajas, mientras que el sistema en los Depósitos Anaeróbicos Cubiertos, puede producir Bio-Gas únicamente cuando la temperatura en el medio ambiente está por encima de los 18 grados centígrados. 

Las opciones para utilizar Bio-Gas, continúan siendo las mismas: generación de electricidad mediante combustión interna con recuperación del calor en el proceso, y combustión directa en equipo que normalmente utiliza gas propano o gas natural. Los motores y equipo diseñados para consumir gas propano o gas natural, mediante un ajuste en los sistemas de carburación e ignición, pueden fácilmente consumir Bio-Gas, siempre y cuando el Bio-Gas tenga la calidad suficiente. Un Motor-Generador que consume Bio-Gas, normalmente convierte 18 a 25% del Bio-Gas en energía (BTU) para electricidad. Habrá que considerar el tipo de generador más conveniente, de acuerdo con la cantidad de energía producida.  

Una sola vaca Holstein, alta productora de leche en lactancia, puede producir, a partir de su excremento, entre 3 y 4 Kilowatts Hora (KWH) de electricidad diariamente. Esto significa que, a través del excremento orgánico de 4 ó 5 vacas de éste tipo, es posible suministrar la cantidad total de energía eléctrica que se requiere en una casa grande, incluyendo todos los aparatos electrodomésticos. Por otra parte recordar que en relación con la potencia generada mediante el excremento del ganado, un Caballo de Fuerza (HP) es igual a 0.746 Watts, y que un Kilowatt son Mil Watts.  

El calor como resultado del proceso en la Digestión Anaeróbica, puede ser recobrado a través de intercambiadores de calor, para obtener una cantidad extra de energía equivalente a 7’000 BTU /hora, por cada kilowatt, lo cual puede hacer más eficiente el sistema hasta en un 40 ó 50%. 

La tecnología en los Digestores Anaeróbicos para generar electricidad continua avanzando. Ahora las investigaciones se enfocan hacia el uso de micro-turbinas para convertir el Bio-Gas en electricidad. Estas micro-turbinas de alta velocidad en pequeña escala (menos de 10 KW) requieren muy poco mantenimiento para producir electricidad de manera eficiente, con escasa contaminación a partir del Bio-Gas en el estiércol. Así mismo, está emergiendo una nueva tecnología que en principio opera mediante Celdas de Combustible, es decir como una batería de automóvil, pero que no descarga su energía por el uso. Estas Celdas de Combustible, pueden convertir el Bio-Gas en electricidad, con una eficiencia cercana al 40%, comparado con el 30% en los generadores de energía eléctrica. 

Decíamos que, mediante los sistemas de Digestión Anaeróbica, la mayor parte del Nitrógeno Orgánico se convierte en Amonio, un elemento fertilizante que se maneja de manera fácil, y sus propiedades son muchos mejores que las de los fertilizantes químicos inorgánicos.  

Algunos Digestores Anaeróbicos comenzaron a utilizarse en Europa después de la Segunda Guerra Mundial, debido a la falta de energía disponible en aquel entonces. Hoy existen más de 600 Digestores Anaeróbicos, nada más en Europa. Quiere decir que la confiabilidad de éstos sistemas es cada día mayor. Por otro lado están los sistemas de Digestión Anaeróbica que no operan de manera correcta, comúnmente como consecuencia de un mal diseño, otras veces por razón de una instalación inadecuada, como también debido a la deficiente calidad e incorrectas especificaciones del equipo. En éste sentido, habrá que seleccionar entre expertos calificados, porque cuesta menos amortizar un equipo costoso, que desechar un equipo barato inoperante.