Producción de biogás a microescala: una guía para principiantes

Por Rich Dana, especialista en agricultura del NCAT

Resumen

La digestión anaeróbica es un proceso bioquímico sencillo mediante el cual los residuos pueden convertirse en energía. Al utilizar estiércol, desechos vegetales, residuos de cultivos, restos de comida u otros desechos, 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 abono de alta calidad como subproducto). Esta publicación ofrece una guía para principiantes sobre cómo utilizar la digestión anaeróbica para producir biogás aprovechable a pequeña escala con una inversión mínima.

Para obtener más información sobre el biogás y un análisis de los digestores a gran escala basados en estiércol para explotaciones ganaderas, consulte la publicación de ATTRA titulada«Digestión anaeróbica de desechos animales: factores a considerar».

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 ocurre cuando la materia biodegradable se descompone en un entorno cerrado. Al controlar el proceso de digestión y capturar el biogás producido, podemos alimentar calderas, quemadores y generadores, e incluso, posiblemente, refrigeradores.

En Estados Unidos existe un gran interés en el uso de digestores anaeróbicos a gran escala para controlar los olores en las instalaciones ganaderas y en la quema del biogás producido para alimentar generadores eléctricos. Conocidas comúnmente como digestores de metano, estas unidades a gran escala en realidad digieren el estiércol y producen biogás, que está compuesto por dióxido de carbono (CO₂) y metano (CH₄), con cantidades menores de vapor de agua (H₂O), sulfuro de hidrógeno (H₂S) y, en algunos casos, amoníaco (NH₃). El metano es un gas inflamable que puede utilizarse para generar energía y es el componente principal del gas natural, un combustible fósil que se usa comúnmente para calentar hogares.

Aunque no son muy comunes en Estados Unidos, los digestores a pequeña escala se utilizan con éxito en todo el mundo para convertir pequeñas cantidades de estiércol, desechos vegetales y restos de comida en energía aprovechable. Durante cientos de años, el biogás se ha utilizado en China y la India (y más recientemente en África y Centroamérica) para proporcionar gas para cocinar, calentar y iluminar, utilizando diseños muy sencillos y de baja tecnología. Esta publicación analizará varios de los diseños comunes para construir microdigestores que se han desarrollado en todo el mundo y discutirá cómo los agricultores sostenibles de Estados Unidos pueden aprender de sus homólogos en los países 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. Al final de esta publicación hay una lista de referencias, y te recomendamos realizar una investigación adicional exhaustiva antes de dedicar tiempo y recursos a un proyecto de biogás. Lo más importante es que recuerdes que el biogás, aunque es relativamente seguro, puede ser peligroso, inflamable y potencialmente explosivo si se maneja de manera inadecuada. Le recomendamos 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 localidad.

Cómo usar el gas

Si decides construir el digestor, ¿cómo vas a utilizar el gas? El biogás puede sustituir al propano o al gas natural en muchos casos. El uso más común es para cocinar. Por supuesto, también se puede utilizar como fuente de calor: para complementar la calefacción del hogar, para calentar un gallinero, una incubadora de paridero u otra construcción para ganado menor, o para calentar un invernadero.

Un uso singular que no se ha explorado ampliamente en los EE. UU. (pero sí en China) es el uso del gas para alimentar un refrigerador de absorción. Se trata de un tipo de refrigerador que utiliza una llama de propano, en lugar de un compresor eléctrico, para generar el ciclo de enfriamiento por evaporación. Estos refrigeradores suelen encontrarse en casas rodantes y en lugares que carecen de electricidad o donde el suministro eléctrico es inestable. Aunque hay poca investigación disponible sobre el uso del metano para impulsar la refrigeración por absorción, el metano tiene potencial para ser utilizado por agricultores que busquen opciones de refrigeración en zonas remotas.

Lo pequeño es hermoso

Hay varios retos técnicos importantes que hay que superar para operar con éxito un digestor a gran escala y utilizarlo para generar electricidad para el mercado mayorista. Mantener una salud bacteriana adecuada en un tanque digestor de entre 40,000 y varios millones de galones puede ser difícil, y los errores salen caros. Los digestores a gran escala requieren cientos —o miles— de cabezas de ganado para proporcionar el estiércol necesario, lo que genera problemas de manejo de materiales. Para operar equipos de generación eléctrica grandes y sensibles, el biogás debe ser «depurado» para eliminar la mayoría de los otros gases, lo que puede aumentar el trabajo y los gastos. Los digestores grandes suelen requerir un administrador a tiempo completo. Por otro lado, un microdigestor puede abastecer a una familia con gas para cocinar dos comidas al día (o proporcionar calor a un invernadero o taller), a partir del estiércol de unos pocos cerdos, vacas o pollos, o de restos de comida y frutas y verduras podridas o inservibles. Dado que el costo de construcción es bajo, la materia prima es gratuita y el combustible se utiliza en el lugar de origen, 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 Estados Unidos, el microdigestor es una tecnología importante debido a su bajo costo (y a la posibilidad de adaptarlo a materiales de desecho o que se encuentran comúnmente a la mano), su simplicidad y sus beneficios para el medio ambiente y la salud. En lugares donde se usa leña para cocinar y calentarse, la deforestación es una gran preocupación y quemar leña puede causar problemas de calidad del aire y problemas respiratorios a los residentes, especialmente a los niños pequeños. Un digestor doméstico puede reducir el trabajo de recolectar leña y proporcionar una fuente de combustible barata y abundante donde antes no había ninguna.

Conceptos básicos sobre el biogás: la química de la digestión anaeróbica

Las bacterias y las arqueas anaeróbicas son más antiguas que la mayoría de las demás formas de vida de nuestro planeta, ya que se desarrollaron en la época en que la atmósfera terrestre estaba compuesta principalmente por metano (CH₄), dióxido de carbono (CO₂) y vapor de agua (H₂O). La digestión anaeróbica tiene lugar en ambientes con poco oxígeno: bajo el agua en un pantano o marisma, en el fondo de una pila de compost o en el tracto digestivo 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

El proceso de digestión consta de cuatro etapas: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. Estas etapas deben gestionarse desde el inicio de la puesta en marcha de un digestor; sin embargo, si el proceso se mantiene adecuadamente, la producción de metano debería requerir un mínimo de análisis y tratamientos químicos. Las bacterias deben realizar su trabajo en las primeras etapas para consumir el oxígeno presente en el material y, posteriormente, 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 presentes en el material.
• Acidogénesis: Los productos de la hidrólisis (monómeros solubles) se fermentan para dar lugar a ácidos grasos volátiles (o AGV) y alcoholes.
• Acetogénesis: Las bacterias acetogénicas descomponen los ácidos grasos volátiles (AGV) y los alcoholes, produciendo ácido acético, dióxido de carbono e hidrógeno.
• Metanogénesis: Las bacterias metanogénicas convierten el ácido acético y el hidrógeno en CO₂ y metano. (Nota: Las tres etapas anteriores pueden ocurrir a temperaturas más bajas que la metanogénesis.)

Temperatura y pH

Figura 1. Gráfico: David House

Dos de los factores más importantes para una 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 en un digestor.

La mayoría de las bacterias anaeróbicas funcionan mejor en ambientes más cálidos. Por eso, los microdigestores son más comunes en zonas más cercanas al ecuador. Esto no significa que un microdigestor no vaya a funcionar en climas más al norte, pero sí influye en las decisiones de diseño, ya que es posible que el digestor deba aislarse o incluso calentarse para producir grandes cantidades de metano. La digestión anaeróbica no se detiene por completo a temperaturas más bajas, pero la metanogénesis es la etapa que se ve más seriamente afectada por las bajas temperaturas, lo que reducirá la producción de metano. Sin embargo, hay evidencia de que las materias primas de origen vegetal pueden rendir mejor a bajas temperaturas que los sistemas basados en estiércol (House, 2006).

Aunque los microdigestores de Centroamérica o la India suelen funcionar sin calor adicional ni siquiera aislamiento, a temperaturas que oscilan entre los 60 grados Fahrenheit y más de 100 grados Fahrenheit, el diseño de microdigestor más popular en China es uno subterráneo, que aprovecha las propiedades geotérmicas del suelo para mantener una temperatura adecuada. Esta publicación aborda las consideraciones de diseño a continuación, en la sección titulada «Diseños de microdigestores: tecnología global de “hazlo tú mismo”».

Además de la temperatura, el pH es fundamental para la salud del digestor. El pH es una medida de la acidez o alcalinidad (basicidad) del contenido del digestor. Al igual que en el sistema digestivo humano, un exceso de ácido provoca «indigestión» en el sistema anaeróbico.

Se dice que el agua pura es neutra, con un nivel de pH de aproximadamente 7. Los ácidos tienen valores de pH inferiores a 7, mientras que las bases tienen valores superiores a 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 bajar a 6 o menos. Cuando llega a la metanogénesis, funcionará en el rango de 7,5 a 8,5.

Es importante recordar que el nivel de pH deja de ser un problema cuando el digestor cuenta con una buena capacidad tampón, ya que puede tolerar la adición de una cierta cantidad de material ácido o básico sin que ello afecte la digestión (Fry, 1973). La capacidad de amortiguación es la capacidad del digestor para resistir los cambios de pH. Dado que el pH es un «indicador rezagado», es importante contar con una amortiguación adecuada para evitar problemas de acidez (véase la Figura 1).

En un digestor a gran escala, las grandes variaciones en el pH pueden ser catastróficas. Sin embargo, en un microdigestor, las condiciones de pH alto o bajo pueden corregirse con relativa facilidad. Una condición de alta acidez puede tratarse con pequeñas cantidades de cal, amoníaco o incluso bicarbonatos, como el bicarbonato de sodio.

Relación carbono/nitrógeno (C:N)

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

Cómo alimentar tu digestor: sustratos

Para alimentar y mantener adecuadamente tu digestor, debes recordar las «Siete S» del diseño de digestores anaeróbicos (véase la Tabla 2):

Diseños de microdigestores: tecnología global «hazlo tú mismo» (D.I.Y.)

Existen dos tipos básicos de diseños de digestores: los de flujo continuo y los de proceso por lotes. En un digestor de flujo continuo, se introduce regularmente nuevo sustrato en el digestor. La suspensión se desplaza a través del digestor, expulsando el material digerido (efluente). El material también puede ser movido mecánicamente a través del digestor de flujo continuo mediante sinfines o bombas. Los digestores por lotes se cargan una sola vez y luego se deja que el material se digiera. Cuando se completa la digestión, se retira 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 que se desborda, se le puede agregar material adicional a un digestor por lotes después de la puesta en marcha inicial para extender el ciclo, lo que convierte a la unidad en un digestor por lotes semicontinuo. Cada tipo tiene sus ventajas. Los digestores de flujo continuo producen biogás sin interrupción. Los digestores por lotes, por otro lado, son más sencillos y menos costosos de construir. Los diseños de flujo continuo se adaptan mejor a los sistemas basados en estiércol, mientras que los digestores por lotes pueden ser más apropiados para sustratos vegetales sin procesar.

Los tipos de microdigestores que se abordan en esta publicación se dividen en tres categorías, con algunas variaciones: tipo bolsa o tubo enterrado (flujo continuo); tipo cúpula enterrada (por lotes semicontinuos); y diseño de tanque con tapa flotante (por lotes o semicontinuo). Dado que gran parte de la tecnología de biogás a microescala ha sido desarrollada por particulares y organizaciones no gubernamentales, estos diseños son sencillos y de «código abierto», lo que significa que no son de propiedad exclusiva y que gran parte de la información sobre ellos es gratuita y está fácilmente disponible en Internet. (Consulte la sección de Recursos al final de esta publicación para obtener una lista de libros y sitios web que puede visitar para obtener información más detallada).

Figura 2. Bolsa empotrada

Bolsa para enterrar

El digestor enterrado tipo bolsa es muy popular en toda Centroamérica y podría ser adecuado para su uso en el sur de EE. UU. Se trata de un diseño de flujo continuo muy sencillo, especialmente adecuado para una granja familiar con solo unos pocos cerdos o vacas. Es un diseño muy económico, cuyas piezas se pueden adquirir por tan solo 50 dólares.

Un digestor de bolsas enterrado en funcionamiento. Foto: Ian Woofenden

El sistema consiste en una zanja larga (aprox. 20 pies), revestida con un tubo de polietileno (poli) 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, se trata de un diseño extremadamente sencillo (véase la Figura 2). El tubo de polietileno se vende en rollos y se utiliza comúnmente como material de empaque. Se recomienda utilizar una doble capa de polietileno de 6 a 8 mil para evitar perforaciones, y una válvula de liberación de presión permite que el exceso de gas salga del sistema antes de que la bolsa se infle en exceso. Este diseño producirá cuatro horas de gas para cocinar utilizable por día y requiere aproximadamente 100 galones de lodo para «cargar» el digestor, además de 10 galones adicionales de lodo por día para su mantenimiento (Brown, 2004).

Cúpula enterrada

Figura 3. Cúpula enterrada

El diseño de cúpula enterrada se utiliza ampliamente en China y podría tener un potencial considerable para adaptarse a los climas del norte de Estados Unidos (Koottatep et al., sin fecha). Este diseño no difiere mucho de una fosa séptica de estilo occidental y, de hecho, una fosa séptica convencional de concreto moldeado o fibra de vidrio podría modificarse para funcionar como digestor (véase la Figura 3). En China, la letrina suele estar conectada al digestor, por lo que también funciona como un sistema séptico. En EE. UU., las leyes de zonificación y de salud pública en la mayoría de las zonas no permitirían que las «aguas negras» de la vivienda se vieran vertidas al digestor, a pesar de las evidentes ventajas de dicho sistema.

Este diseño consiste en un tanque y una tapa de concreto moldeado, bloques de concreto o ladrillo. Si bien el costo es mucho mayor que el de un digestor tipo bolsa (el costo típico es de 350 dólares para 4 a 6 metros cúbicos), al aprovechar el aislamiento natural del suelo, el digestor tipo cúpula puede mantener una temperatura constante, incluso en climas más fríos (Nakagawa, 1981).

Top/camiseta sin mangas

El diseño de tanque con tapa flotante es uno que se adapta particularmente bien a los materiales disponibles. En este diseño, la lechada se almacena en un tanque inferior, con otro tanque o tambor invertido que funciona como tapa, la cual es elevada por el biogás a medida que se genera (véase la Figura 4).

Un digestor sencillo con tapa flotante construido con materiales de desecho. Foto: Rich Dana, NCAT

Este diseño se utiliza ampliamente, sobre todo en la India, donde el ARTI (Instituto de Tecnología Rural Apropiada) ha desarrollado un diseño muy funcional para uso familiar 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 puede adaptarse para utilizar tanques de cualquier tamaño, con un diámetro mayor para el tanque exterior y uno menor para el interior, y puede ser una opción excelente y económica para experimentar. Hay bidones de muchos tamaños disponibles de forma gratuita, y se puede construir un digestor de prueba muy pequeño con un par de barriles y solo unas pocas piezas estándar de plomería (véase la Figura 4).

Otros diseños

Se han desarrollado varios otros diseños que son variaciones de estos tres estilos básicos. Uno de ellos es un diseño híbrido que utiliza bidones sellados de 55 galones como digestores modulares conectados a un contenedor flotante independiente para el almacenamiento de gas. Otro estilo utiliza los contenedores de 275 galones que se emplean comúnmente para transportar productos químicos agrícolas e industriales. En general, los contenedores de plástico son preferibles a los bidones de acero para el digestor y los tanques de almacenamiento de gas, ya que tanto los lodos como el propio biogás pueden corroer los bidones de acero con bastante rapidez.

Puesta en marcha, operación y mantenimiento

Start-Up

La mejor manera de poner en marcha cualquier digestor anaeróbico es «sembrarlo» o «inocularlo» con material proveniente de otro digestor sano y en funcionamiento. 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 probabilidades habrá de que la puesta en marcha sea exitosa. Si solo se puede obtener una pequeña cantidad de material de siembra, entonces se debe agregar el nuevo sustrato lentamente a lo largo 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 aficionados han utilizado tratamientos comerciales para fosas sépticas para facilitar la puesta en marcha, pero solo hay evidencia anecdótica sobre la eficacia del uso de estos iniciadores para fosas sépticas. Por supuesto, algunos sustratos ya contienen bacterias anaeróbicas. El estiércol o el material del fondo de una pila de compost contendrán algunas bacterias anaeróbicas e iniciarán el proceso más rápidamente que la materia vegetal fresca. En el caso del estiércol, cuanto más fresco, mejor. El material anaeróbico existe en el tracto digestivo y, al exponerse al aire, comienza a morir. Es probable que el estiércol seco contenga muy pocas bacterias vivas.

Un digestor por lotes suele ser más fácil de poner en marcha que una unidad de flujo continuo, ya que, en este último caso, el tiempo de retención hidráulica (TRH) es menor que en un digestor por lotes. El TRH es el tiempo que tarda la suspensión en atravesar el digestor. En un sistema de flujo continuo o semicontinuo, no se debe “alimentar” el digestor durante varios días después de la carga inicial, a fin de permitir el crecimiento de las bacterias anaeróbicas. Durante este período de puesta en marcha, se debe monitorear de cerca el pH para asegurarse de que la suspensión no entre en un estado ácido. Esto puede suceder fácilmente si se agrega material nuevo demasiado rápido. Si el valor del pH comienza a bajar, es posible que se necesite cal u otros «antiácidos» para mantener el nivel de pH dentro del rango de operación anaeróbica.

Operación y mantenimiento

Si se establece un entorno adecuado para tus bacterias anaeróbicas, se requiere muy poco esfuerzo para operar un microdigestor. En un diseño de alimentación continua, el sustrato debe añadirse diariamente. Un digestor por lotes se carga y luego se deja sin intervención (o se agita ocasionalmente) hasta que la producción de gas caiga por debajo de un nivel aceptable. En un digestor pequeño de flujo continuo, la agitación ocurre a medida que se agrega el material y este se desplaza a través del digestor, aunque se puede agregar agitación mecánica adicional. Por lo general, es recomendable algún tipo de agitación porque, sin ella, dependiendo del sustrato, se puede formar una capa espesa de espuma que obstaculice la producción de gas. Mantener los materiales del sustrato en suspensión ayudará a la descomposición uniforme del material y promoverá una digestión completa.

La operación más común será la carga del digestor, lo cual implica la preparación de la suspensión. El estiércol debe licuarse, los restos de comida deben triturarse y el cartón o el pasto deben desmenuzarse. Recuerda: cuanto más pequeñas sean las partículas de tu suspensión, mejor funcionará tu digestor. La cantidad que necesitas para alimentar tu digestor se llama tasa de carga. La tasa de carga se calcula dividiendo la cantidad de materia orgánica que se introduce diariamente entre el tamaño (volumen) del digestor. Un ambiente anaeróbico más saludable puede soportar una tasa de carga más alta, pero sobrealimentar el digestor puede provocar un aumento en el contenido de ácido y una reducción en 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 ocurrirá con regularidad en un digestor por lotes, pero será menos necesario en un sistema de flujo continuo, ya que gran parte del material saldrá del sistema en forma de efluente. En ambos casos, en algún momento durante la operación, será necesario retirar parte del digestato y de los sólidos inorgánicos.

Dependiendo del clima, el calentamiento del digestor puede ser otro aspecto a considerar. Obviamente, utilizar cualquier tipo de sistema de calefacción basado en combustibles fósiles, como el propano, el petróleo o la electricidad, no tiene sentido ni desde el punto de vista económico ni ambiental; sin embargo, podría ser posible utilizar compost o calefacción solar, o aprovechar el calor residual de otra fuente, para mantener el digestor funcionando de manera eficiente durante los meses más fríos.

Unas palabras sobre la seguridad

Recuerda que, en todas las etapas de la construcción, operación y mantenimiento de un digestor, te expones a posibles riesgos. Algunas materias primas, especialmente el estiércol, contienen patógenos o parásitos. Puedes estar expuesto a ellos no solo durante la fase de carga, sino también durante la limpieza, dependiendo de los tiempos de retención. Es posible que el proceso de digestión no los elimine por completo. En un sistema basado en estiércol, debes tener especial cuidado de mantenerte a ti mismo, tus herramientas y tu área de trabajo limpios.

El metano y los demás gases producidos pueden ser mortales. Si vives en una zona rural, probablemente hayas oído historias de personas que han sido víctimas de los «gases sépticos» al limpiar un pozo séptico. Lo mismo puede ocurrir con un digestor anaeróbico. Recuerda que el digestor está diseñado para ser un ambiente sin oxígeno: ¡bueno para las bacterias anaeróbicas, pero malo para los humanos!

Por último, como es obvio, el biogás es explosivo. Nunca fumes ni uses un soplete o una linterna en presencia de biogás, y usa agua jabonosa —NO una llama— para detectar la presencia de biogás, a menos que se esté alimentando a un quemador debidamente regulado.

Calidad del gas

Dado que el biogás proviene directamente de un entorno biológico cálido, el gas contiene una cantidad considerable de vapor de agua. Para lograr una buena combustión, será necesario implementar sistemas para eliminar la humedad. Estos pueden ser tan sencillos como inclinar la tubería de gas para que la humedad vuelva al digestor, o fabricar un colector de humedad con un frasco o una botella de vidrio. Otro problema potencialmente más grave es el filtrado o “lavado” del gas. Debido a la naturaleza corrosiva del sulfuro de hidrógeno y el amoníaco presentes en el biogás sin procesar, las tuberías, los quemadores y, especialmente, los motores de los generadores pueden sufrir daños con el tiempo. En Internet se pueden encontrar varios diseños de depuradores; la mayoría utiliza vasos de precipitados o recipientes llenos de lana de acero, o bien hace burbujear el gas a través de una solución de carbonato de sodio.

Presión

Se puede lograr la presión adecuada para la combustión del biogás de varias maneras muy sencillas. En lugar de usar un compresor mecánico de alta tecnología, la mayoría de las personas recurre a un método muy sencillo que consiste en agregar peso en la parte superior del depósito de gas, utilizando ladrillos u otros objetos pesados. Esto puede resultar complicado con un digestor de bolsa, por lo que hay que tener cuidado de no enganchar ni perforar el plástico. Se requiere algo de prueba y error, pero al combinarlo con una válvula reguladora y un orificio de carburador para ajustar la mezcla de gas y aire, se puede lograr fácilmente una llama buena y eficiente.

Beneficios ambientales del uso del biogás

Cuando se quema el biogás, sí produce CO₂, que es un gas de efecto invernadero. Sin embargo, el uso del 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 EE. UU. (EPA), aunque hay menos metano en el medio ambiente que CO₂, el metano es aproximadamente 21 veces más potente que el CO₂ a la hora de calentar la atmósfera (en términos de peso). La vida química del metano en la atmósfera es de aproximadamente 12 años (EPA de EE. UU., 2010). Quemar el metano (en lugar de permitir que se escape a la atmósfera), aprovechar 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, sustituye el uso de combustibles fósiles y evita la liberación de CO₂ adicional.

La EPA estima que, en los digestores lecheros a gran escala, por cada 10 vacas cuyo estiércol se digiere anaeróbicamente y cuyo biogás se captura y utiliza, las emisiones de gases de efecto invernadero se reducen en una cantidad equivalente a retirar 4,3 autos de pasajeros de las calles. Por supuesto, esta estadística no aborda la falta general de sustentabilidad de las operaciones de alimentación animal confinadas a gran escala. Otras fuentes estiman que los digestores pequeños pueden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en una cantidad equivalente a entre 5 y 7 toneladas métricas de CO₂ en hogares que actualmente queman leña (BMU, 2009).

Productos derivados: Fertilizante y té de compost

Además de la producción de biogás, otro beneficio importante de operar un digestor anaeróbico es el fertilizante y el compost de alta calidad que genera. Este producto secundario del digestor puede proporcionar a tu operación una gran cantidad de enmiendas para el suelo de alto valor que pueden utilizarse en la granja o, posiblemente, venderse para obtener ingresos adicionales. Los productores orgánicos certificados deben consultar con sus organismos certificadores para conocer cualquier restricción.

El efluente y el sustrato residual que quedan después de la digestión anaeróbica contienen concentraciones más altas de potasio, fósforo y nitrógeno que el estiércol sin tratar o los desechos vegetales que se introdujeron en el digestor. A diferencia de la materia prima sin tratar, el nitrógeno está más fácilmente disponible para las plantas, ya que ahora se encuentra en forma mineralizada, en lugar de en forma orgánica.

Además, las semillas de malezas, los parásitos y los patógenos representan un problema mucho menor que en el caso del estiércol crudo. La temperatura y la falta de oxígeno en el ambiente anaeróbico son suficientes para destruir muchas semillas de malezas y patógenos. No obstante, especialmente en el caso de los digestores a base de estiércol, se recomienda encarecidamente que el sustrato usado se seque al sol o se convierta en compost antes de su aplicación, a fin de eliminar cualquier posible patógeno o parásito que haya sobrevivido.

Conclusión

Construir y operar un sistema de producción de biogás a microescala no es una opción adecuada para todos. Puede ser un proceso complicado y que requiere mucho trabajo. El clima de tu región, la materia prima disponible y la capacidad de utilizar el gas en tu propiedad determinarán si un proyecto es siquiera viable. Si buscas un buen retorno de inversión (ROI) dentro de un modelo de negocio agrícola convencional, puede ser difícil justificarlo.

Por otro lado, si eres un agricultor a pequeña escala que busca aumentar la sustentabilidad de tu operación utilizando los recursos disponibles con una inversión de «trabajo propio» en lugar de dinero en efectivo, tal vez valga la pena explorar la opción del biogás a microescala.

Referencias

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BMU — Ministerio Federal Alemán de Medio Ambiente, Conservación de la Naturaleza y Seguridad Nuclear. 2009. Miniplantas de biogás para hogares. Número de proyecto: 08_I_036_VNM_A_Biogas, 54 p.

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Producción de biogás a microescala: una guía para principiantes
Por Rich Dana
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Esta publicación ha sido elaborada por el 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.