Procesos Quimicos

VALORIZACIÓN DEL ESTIÉRCOL DE CERDO A TRAVÉS DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS

Antonio Carlos López Pérez

ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE PORCICULTORES

FONDO NACIONAL DE LA PORCICULTURA

ii

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INTRODUCCIÓN

A partir de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente Humano en 1972 en Estocolmo

ha crecido la conciencia sobre el deterioro del medio ambiente y sus consecuencias y en la Cumbre de La

Tierra en Río de Janeiro en 1992 la mayoría de los Jefes de Estado se sintieron comprometidos con la

problemática del medio ambiente. El informe “Nuestro Futuro Común” presentado en 1987 por la Comisión

Brundtland introdujo el término de “desarrollo sostenible”el cual se convirtió en la base de cinco documentos

de acuerdo de la Cumbre de la Tierra. Después de la Conferencia de Río, el concepto de desarrollo sostenible

se ha vuelto fundamental a nivel nacional e internacional y se define como aquel que “satisface las

necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias

necesidades”. En Colombia este principio está consignado en la Constitución Nacional.

Los problemas actuales para implementar el esquema de desarrollo sostenible en la agricultura se relacionan

principalmente con las dificultades conceptuales y con la falta de metodologías operacionales. La agricultura

sostenible abarca varios ámbitos, como la preservación de recursos naturales, las tecnologías limpias, las

tecnologías de bajo costo con el mínimo uso de insumos industriales, cultivos orgánicos, etc.

Las instituciones que rigen la política ambiental y que promueven el desarrollo sostenible deben decidir sobre

la estructura de incentivos, diseñar las políticas y ser capaces de ponerlas en práctica, involucrar al sector

privado y asegurar la participación de las comunidades.

En el marco de desarrollo sostenible, impulsado por el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo

Territorial en coordinación con el sector empresarial, se estableció el Programa de Producción Más Limpia.

La globalización de la economía, la necesidad de aumentar la competitividad de la industria nacional en los

mercados mundiales, que exigen cada vez más la producción ambientalmente limpia y mayores controles

ambientales, inducen un cambio progresivo hacia las nuevas tecnologías, más respetuosas con el medio

ambiente.

Cada año, la actividad microbiana libera entre 590 y 880 millones de toneladas de metano a la atmósfera.

Cerca del 90% del metano emitido proviene de la descomposición de biomasa. El resto es de origen fósil, o

sea relacionado con procesos petroquímicos. La concentración de metano en la atmósfera en el hemisferio

norte es cerca de 1.65 partes por millón.

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I. FUENTES DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA

Normalmente se habla en forma independiente de la energía solar y eólica, subrayando su disponibilidad

ilimitada. Sin embargo, estas fuentes de energía enfrentan grandes restricciones debido a su intermitencia y

baja densidad, lo cual obliga que para su utilización se requiera contar con almacenamiento de energía para

días nublados o de calma y ello hace que sus costos se eleven en un alto grado.

a. Energía solar. Se ha hecho énfasis en colectores planos en virtud de que su tecnología puede ser artesanal.

Su utilidad cubre el suministro de agua caliente para diversos usos domésticos o industriales y la requerida

en el digestor para su carga y calefacción.

b. Energía eólica. Se basa en las distintas formas de utilizar la energía del viento. Su aplicación será la

generación de energía eléctrica, bombeo de agua y disponibilidad de energía mecánica, abriendo de esta

manera la posibilidad de un sinnúmero de actividades productivas.

c. Energía hidráulica. La utilización de pequeñas caídas de agua, así como de ríos de pequeño caudal es

sumamente atractiva mediante ruedas hidráulicas, microturbinas y motores hidráulicos que podrían dar, a

los sistemas integrados, energía en forma continua para generación de energía eléctrica y energía

mecánica.

d. Digestores de desechos orgánicos. La fermentación anaerobia de desechos animales y vegetales bajo

ciertas condiciones de presión y temperatura, produce gas metano en cantidad proporcional a la cantidad

disponible de desechos.

Tabla. Usos y aplicaciones de los diferentes sistemas de generación de energía

Usos Solar Eólico Hidráulico Biogás

Alumbrado X X X X

Cocina X X

Bombeo agua X X X

Industria mecánica y eléctrica X X X

Industrias (eléctrica térmica) secado, destilación,

agua caliente.

X X

El poder calorífico del biogás lo convierte en un combustible apreciable, tanto en el ámbito doméstico,

alumbrado y cocción de alimentos, como en la industria, en la producción de energía calorífica, mecánica o

eléctrica al ser usado en caldera o en motores de combustión interna.

Tabla . Poder calorífico de diferentes combustibles y su equivalente referido al biogás

Combustible Poder calorífico kcal / m3 Poder calorífico kcal / kg Equivalentes a 1000 m3

de biogás

Biogás

Gas natural

Metano

Propano

Butano

Electricidad

Carbón

Petróleo

Fuel Oil

5.335

9.185

8.847

22.052

28.588

860 kcal / kw-hr

---

---

---

---

---

---

---

---

---

6.870

11.357

10.138

1.000 m3

581m3

603 m3

242 m3

187 m3

6.203 m3

776 kg

470 kg

526 kg

3

El biogás es incoloro, inodoro e insípido, por lo que es difícil detectarlo; pero por tener una densidad menor

que la del aire su peligrosidad asfixiante y explosiva disminuye al construir locales altos y con ventilación.

La temperatura crítica del metano es – 82º C (116.5º F) y una presión crítica de 45.8 kg / cm2 (673 psi),

características que obligan a utilizar el gas en su estado natural, ya que el equipo para licuarlo consume

demasiada energía y lo hace incosteable en unidades de poca producción.

Con respecto al CO2 es necesario tratar el gas con soluciones de sosa o de cal para eliminarlo o reducirlo. Con

ello se puede asegurar el incremento de su poder calorífico, pero la economía del sistema lo afecta

considerablemente, además de complicarlo. Un análisis de costo – beneficio de la ganancia de poder calorífico

contra consumo de reactivos, de agua y de energía llevarán sin duda a concluir que es más ventajoso usar el

gas con CO2.

Las presiones a las que con regularidad se comprime el biogás son de 7 a 10 kg / cm2 en instalaciones

pequeñas, de 28 a 35 kg / cm2 en instalaciones de tratamientos de aguas negras de tamaño regular y de 135 a

200 kg / cm2 en grandes instalaciones.

Ventajas al comprimir el gas:

Se facilita su transporte por tubería a los diferentes puntos de servicio;

Su volumen se reduce considerablemente y es posible abastecer cilindros para usar el biogás en vehículos

con motor de combustión interna de cuatro tiempos;

Se reduce el volumen del contenedor primario del digestor;

El gas puede ser empleado en motores diesel o gasolina estacionarios, diseñados o adaptados para gas;

La homogeneidad del gas aumenta por tener volúmenes considerables almacenados en el mismo punto.

Desventajas al comprimir el gas:

Casi el 25% de la energía procedente del digestor necesita ser utilizada para comprimir el gas. A su vez, la

eficiencia de compresión es 25%;

Se estaría comprimiendo 1/3 de gas que no es combustible;

Las posibilidades de fuga aumentan;

Los problemas de mantenimiento son mayores;

Hay problemas de especialización de personal.

Al decidir el sistema de lavado, compresión y almacenaje de biogás y conocer además el volumen producido

por día, se puede decidir la forma de energía en la que se va a transformar el gas.

Estas alternativas serían básicamente:

Tener toda la energía disponible como electricidad;

Tener un sistema combinado como energía calorífica y energía eléctrica;

Tener toda la energía directamente como energía calorífica.

Tabla . Consumo de biogás en l/h y kcal / h considerando un poder calorífico de 6.000 kcal / m3

Uso l / h kcal / h

Lámpara de capuchón

Quemador para estufa

Quemadores para horno

Estufa con 4 quemadores y 1 horno

Soplete de gas para plomero

100

320

420

2068

250

600

1.920

2.520

12.408

1.500

4

Refrigerador de adsorción 0.064 m3 (2.285 ft3)

Motor de combustión interna

83

500

500

HP - h

Cinética del proceso digestivo

La situación de la digestión anaeróbica es bastante compleja en comparación con la mayoría de las

fermentaciones aeróbicas estériles (por tanda o continuas). Esto se debe a la participación

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