Un biodigestor anaeróbico de mediana escala genera energía renovable en la granja
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Siempre me ha fascinado encontrar formas de convertir los «residuos» en recursos útiles para la granja. En mi granja, traté de reutilizar y reciclar los recursos tanto como fuera posible para cerrar el ciclo de insumos externos. Creo que las granjas pueden volverse más resilientes a medida que dependen menos de insumos externos. Por eso, cuando me enteré de que se estaba instalando un digestor anaeróbico de mediana escala en la Granja Orgánica del Dickenson College como demostración de cómo las pequeñas granjas lecheras pueden utilizar el estiércol y otros flujos de residuos para producir energía en la propia granja, me entusiasmó la oportunidad de visitar la granja y ayudar a difundir la información a otras granjas.
En noviembre de 2023, el especialista en agricultura del NCAT, Eric Fuchs-Stengel, y yo tuvimos esa oportunidad. Viajamos a la granja orgánica del Dickenson College en Carlisle, Pensilvania, para visitar a Matt Steiman, gerente de energía agrícola y ganadería de la granja. La granja es una hermosa finca en funcionamiento, certificada como orgánica, ubicada en 90 acres en la parte centro-sur del estado, donde cultivan hortalizas y crían ganado de carne, ovejas y gallinas ponedoras. Eric y yo estuvimos allí para grabar un recorrido en video por el biodigestor anaeróbico de mediana escala recién instalado, que transforma el estiércol de una granja lechera vecina, así como los residuos de alimentos del comedor de la universidad y de restaurantes locales, en gas natural que puede utilizarse para generar calor y electricidad.
Este proyecto de biodigestor surge tras años de investigación y experimentación en biocombustibles por parte de Steiman en la universidad. La idea de utilizar residuos de la granja y de la zona para producir combustible y energía le intrigó mucho a Steiman, por lo que comenzó a fabricar biodiésel que convertía el aceite de cocina usado en combustible para hacer funcionar los equipos de la granja. Dado que la glicerina, un subproducto de la producción de biodiésel, puede ser útil en la digestión anaeróbica de materia orgánica para producir gas natural, en 2010 comenzó a experimentar con pequeños sistemas de digestores anaeróbicos para aprovechar la glicerina, lo que lo llevó a desarrollar una serie de sistemas más grandes y culminó con el más reciente 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, es decir, sin oxígeno, donde una suspensión de materia orgánica puede ser «consumida» o digerida por microbios que prosperan a ciertas temperaturas en condiciones de bajo nivel de oxígeno. El gas metano que liberan los microbios en este proceso asciende hasta la parte superior del tanque, hacia un tubo de salida, donde puede recogerse y utilizarse como fuente de combustible para la generación de calor o electricidad. El digestato restante, que contiene todos los nutrientes del material de desecho original, se recoge y se esparce en los campos agrícolas.
El tamaño y el costo de este nuevo proyecto de biodigestor exigieron consideraciones de diseño muy específicas para garantizar que tuviera las dimensiones adecuadas para adaptarse al flujo de residuos previsto y que funcionara según lo planeado. El tanque digestor es un tanque de concreto de 10 pies de altura, 115,000 galones de capacidad y 50 pies de diámetro, enterrado a 8 pies de profundidad y sellado con un recubrimiento de hule de alta resistencia. Dentro del tanque hay tubos calefactores y un agitador para mezclar el lodo. Se construyó un establo de estilo libre junto al tanque para albergar a las vacas lecheras y las novillas. En un extremo del establo hay tres tanques de concreto empotrados en el suelo que conforman el sistema de recolección de residuos para el digestor. Un tanque sirve para la recolección diaria de estiércol, el segundo para la recolección de residuos alimenticios (hasta 3 toneladas por día) y el tercero para recolectar el digestato que queda después del proceso de digestión. El digestato pasa por un proceso de separación de líquidos y luego puede utilizarse como lecho en el establo. La parte líquida del digestato se almacena para usarse como fuente de nutrientes para los campos de cultivo y las pilas de compost de la granja.
Este digestor está diseñado para producir suficiente gas como para alimentar un motor de generación combinada de calor y electricidad (CHP) de 50 kilovatios (kW). Para este proyecto se eligió un motor de la empresa europea TEDOM adaptado al biogás. La energía generada se utilizará en primer lugar para cubrir las necesidades energéticas de la granja y del propio biodigestor, y el excedente de producción eléctrica se venderá a la empresa de servicios públicos local. Este singular digestor, diseñado para 150 vacas, es pequeño en comparación con otros digestores de granja en los Estados Unidos.
Matt Steiman explica cómo funciona una trituradora industrial capaz de procesar hasta 3 toneladas de residuos alimenticios al día para que puedan ser bombeados al tanque digestor. Foto: NCAT
La financiamiento para este proyecto se obtuvo de múltiples fuentes, incluido el Programa de Incentivos para la Calidad Ambiental (EQIP) del NRCS. Para los agricultores que buscan financiamiento para biodigestores, Steinman tenía varias sugerencias. En primer lugar, dijo, hablen con la oficina del Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS) de su condado. Además, el Programa de Energía Rural para Estados Unidos (REAP) es un programa de subvenciones administrado a través de la oficina de Desarrollo Rural del USDA. A través del REAP, los agricultores y las empresas rurales que cumplan con los criterios de la subvención pueden solicitar fondos de hasta el 50 % del costo de un proyecto de energía alternativa en la finca, incluyendo los biodigestores anaeróbicos. Steinman también sugirió consultar con el Departamento de Agricultura y el Departamento de Gestión o Protección Ambiental de su estado como fuentes de financiamiento. Asimismo, vale la pena investigar los distritos de conservación locales y las empresas de servicios públicos que puedan ofrecer financiamiento para proyectos de energía alternativa en las fincas.
Con este nuevo biodigestor, Steiman y Dickenson College están utilizando los residuos agrícolas y alimentarios 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 demostrar cómo la producción de biogás puede funcionar para las granjas de tamaño mediano en todo el estado y el país. La universidad se ha asociado con la Universidad Estatal de Pensilvania y con grupos de productores agrícolas como PASA Sustainable Agriculture para utilizar este proyecto como una demostración práctica del diseño y la implementación de un biodigestor del tamaño adecuado, así como para informar a los agricultores sobre los beneficios de la producción de biogás a esta escala.
Otros recursos:
Biogás – Granja orgánica del Dickinson College
Granja orgánica del Dickinson College – YouTube
Iniciativa de Energía en las Granjas, NRCS
Este blog es una producción del Centro Nacional de Tecnología Apropiada a través del programa de Agricultura Sostenible de ATTRA, en el marco de un acuerdo de cooperación con el Departamento de Desarrollo Rural del USDA.