Resumen

La digestión anaeróbica es una solución alternativa para la gestión de los residuos ganaderos que ofrece ventajas económicas y medioambientales. Esta publicación ofrece una introducción a la tecnología del biogás, a los aspectos que hay que tener en cuenta en el diseño de los digestores y a los costes del sistema, además de analizar el proceso de digestión, la producción, los usos y los riesgos. Se incluyen tablas útiles y recursos adicionales.

Introducción

El aumento de los precios de la energía, el endurecimiento de los requisitos normativos y la mayor competencia en el mercado están llevando a muchos actores del sector ganadero estadounidense a plantearse la digestión anaeróbica de los residuos animales. Consideran que esta tecnología es una forma de reducir costes, abordar las preocupaciones medioambientales y, en ocasiones, generar nuevos ingresos.

Aunque desde la década de 1970 se han instalado cientos de sistemas de digestión anaeróbica en Europa y Estados Unidos, no fue hasta la década de 1990 cuando empezaron a ponerse en marcha en Estados Unidos proyectos mejor diseñados y con mejores resultados. En la actualidad, se calcula que hay unos 97 proyectos a escala de explotación agrícola en funcionamiento, en fase de puesta en marcha o en construcción en granjas porcinas, lecheras y avícolas de todo el país. (1)

Entre los principales subproductos de la digestión anaeróbica se encuentran los sólidos y líquidos digeridos, que pueden utilizarse como enmiendas del suelo o fertilizantes líquidos. El metano, el componente principal del «biogás», puede utilizarse como combustible para diversas aplicaciones de cocina, calefacción, refrigeración e iluminación, así como para generar electricidad. La captura y el uso del metano también evitan su liberación a la atmósfera, donde tiene un potencial de calentamiento global veintiún veces mayor que el del dióxido de carbono. (2)

Vacas y terneros en las colinas del sur de Iowa

Vacas y terneros en las colinas del sur de Iowa. Foto: Lynn Betts, USDA/ARS

A pesar de sus numerosas ventajas, los sistemas de digestión anaeróbica no son adecuados para todas las explotaciones agrícolas. La iniciativa conjunta de los Departamentos de Agricultura y Energía de EE. UU. y la Agencia de Protección Ambiental para promover proyectos de biogás se conoce como AgStar. AgStar estima que la digestión anaeróbica podría resultar rentable en unas 7.000 explotaciones agrícolas estadounidenses. (3) Una cuestión fundamental es la planificación; cada sistema debe diseñarse para adaptarse a diversos factores. Esta publicación ofrece una visión general de dichos factores e identifica recursos para obtener información detallada adicional. Varios de estos recursos incluyen herramientas de análisis computacional que ayudan a los usuarios a determinar si un sistema de digestión anaeróbica podría ser una incorporación rentable a su explotación.

Proceso de digestión

La digestión anaeróbica funciona mediante un proceso de dos etapas para descomponer la materia orgánica (es decir, los sólidos volátiles) en ausencia de oxígeno. El biogás se produce como subproducto de la digestión. En la primera etapa, las bacterias anaeróbicas conocidas como «formadoras de ácidos» convierten los sólidos volátiles del estiércol en ácidos grasos. En la segunda etapa, estos ácidos se convierten a su vez en biogás mediante bacterias más especializadas conocidas como «formadoras de metano». Con una planificación y un diseño adecuados, este proceso de digestión anaeróbica, que lleva millones de años funcionando en la naturaleza, puede gestionarse para convertir el flujo de residuos de una granja en un activo.

Existen varios tipos de digestores anaeróbicos.

Lagunas cubiertas: un depósito de purín cubierto por un pontón u otra cubierta flotante. Unas placas de sellado se extienden por los laterales del pontón hasta el interior del líquido para evitar que el gas acumulado se exponga a la atmósfera. Diseñado para utilizar purín con un contenido de sólidos del 2 % o menos, este tipo de digestor requiere un alto rendimiento para que las bacterias puedan actuar sobre una cantidad suficiente de sólidos y producir gas. Se utiliza con mayor frecuencia en las regiones meridionales más cálidas, donde el calor atmosférico puede ayudar a mantener la temperatura del digestor, y es el diseño más económico de instalar y operar. Aproximadamente el 18 % de todos los digestores actualmente en uso en los EE. UU. son sistemas de lagunas cubiertas.

Mezcla completa: un depósito similar a un silo en el que se calienta y se mezcla el estiércol, diseñado para tratar estiércol con un contenido de sólidos de entre el dos y el diez por ciento. Se trata del sistema más caro de instalar y mantener, pero resulta especialmente adecuado para explotaciones que lavan el estiércol. Aproximadamente el 28 % de todos los digestores en uso en EE. UU. son de este tipo.

Flujo de empuje: un tanque cilíndrico en el que el gas y otros subproductos son empujados hacia un extremo por el estiércol nuevo que se introduce por el otro extremo. Este diseño admite entre un 11 % y un 13 % de sólidos y suele emplear tuberías de agua caliente a lo largo del tanque para mantener la temperatura necesaria. El sistema de flujo de empuje, más adecuado para explotaciones ganaderas que retiran el estiércol mecánicamente en lugar de lavarlo, representa más de la mitad de todos los digestores actualmente en uso.

Biopelícula fija: se llena un depósito con un sustrato plástico que alberga una fina capa de bacterias denominada «biopelícula». Este diseño es apto para concentraciones de sólidos de entre el 1 % y el 2 %, y utiliza un tiempo de retención más corto, de tan solo dos a seis días. (5) Solo alrededor del 1 % de los sistemas instalados actualmente en EE. UU. son de este tipo.

También se están diseñando e instalando varios sistemas híbridos, lo que constituye un claro indicio de que no existe un único sistema que sea adecuado para todas las situaciones, ni siquiera para la mayoría de ellas.

Iniciar el proceso de digestión no es difícil, pero sí requiere paciencia. El tanque digestor se llena de agua y luego se calienta hasta alcanzar la temperatura deseada. A continuación, se añade lodo «semea» procedente de una planta municipal de tratamiento de aguas residuales hasta alcanzar entre el 20 y el 25 % del volumen del tanque, y luego se van incorporando cantidades cada vez mayores de estiércol fresco durante un periodo de seis a ocho semanas hasta alcanzar la carga de alimentación deseada. Suponiendo que la temperatura dentro del sistema se mantenga relativamente constante, debería producirse una producción constante de gas en la cuarta semana tras la puesta en marcha. Las bacterias pueden necesitar de dos a tres meses para multiplicarse hasta alcanzar una población eficiente. (6)

Existen dos rangos de temperatura distintos que resultan más adecuados para la producción de gas, y en cada uno de ellos actúan bacterias diferentes. Las bacterias mesófilas funcionan de manera óptima en el rango de 32 °C a 43 °C. Las bacterias termófilas son más productivas en el rango de 49 °C a 60 °C. La digestión termófila elimina más bacterias patógenas, pero tiene unos costes más elevados debido al mantenimiento de temperaturas más altas, y los digestores termófilos pueden ser menos estables. La digestión bacteriana en lagunas cubiertas a temperaturas inferiores a 90 °F se denomina psicrofílica. Psicrofílico significa que prefiere temperaturas más bajas; sin embargo, la digestión se ralentiza o se detiene por completo por debajo de los 15 °C o 21 °C, por lo que estos digestores no producen metano en todo momento.

La temperatura dentro del digestor es fundamental, ya que la conversión máxima se produce a unos 35 °C en los digestores mesófilos convencionales. Por cada descenso de 11 °C en la temperatura, la producción de gas se reduce en aproximadamente un 50 %. (7)

Aún más importante es la necesidad de mantener la temperatura constante. El funcionamiento óptimo se da cuando los productores de metano consumen todos los ácidos aproximadamente al mismo ritmo al que los productores de ácido los generan. Variaciones de tan solo 5 °F pueden inhibir a los productores de metano lo suficiente como para alterar el equilibrio del proceso y, posiblemente, provocar un fallo del sistema. (7)

La temperatura es solo uno de los muchos factores importantes para poner en marcha y gestionar con éxito un sistema de digestión anaeróbica. (7) Entre los demás factores clave se incluyen:

Tasa de carga. El diseño del sistema determinará las tasas de carga y el contenido, pero la experiencia indica que, por lo general, lo más eficaz es una carga uniforme, a diario, de estiércol con un contenido de sólidos de entre el 6 % y el 10 %. El tiempo de retención de la carga en el digestor suele oscilar entre 15 y 30 días.

Mezclado. El estiércol cargado debe mezclarse con regularidad para evitar que se asiente y para mantener el contacto entre las bacterias y el estiércol. La acción de mezclado también evita la formación de espuma y facilita la liberación del biogás.

Nutrientes. La mejor digestión se produce con una relación carbono-nitrógeno de entre 15:1 y 30:1 (lo ideal es 20:1). La mayoría de los estiércoles animales frescos se encuentran dentro de este rango y no requieren ningún ajuste. Sin embargo, puede producirse un desequilibrio de nutrientes si se incorporan a la carga cantidades excesivas de estiércol de corral de engorde sin tratar. La adición de residuos de cultivos o hojas (ambos pueden tener un alto contenido en carbono) puede mejorar el rendimiento del digestor.

Gestión. Los digestores anaeróbicos requieren un seguimiento regular y frecuente, principalmente para mantener una temperatura constante y garantizar que el flujo del sistema no se obstruya. Si no se gestiona adecuadamente la sensibilidad del digestor a su entorno, puede producirse una disminución significativa de la producción de gas, cuya corrección puede llevar meses.

Seguridad. El trabajo con biogás procedente de digestores anaeróbicos, y especialmente con metano (el principal componente del gas), exige una precaución extrema. El metano, cuando se mezcla con el aire, es altamente explosivo. Además, dado que el gas de los digestores es más pesado que el aire, desplaza el oxígeno cerca del suelo y, si aún hay sulfuro de hidrógeno presente, el gas puede actuar como un veneno mortal. Es fundamental que los sistemas de digestores se diseñen con una ventilación adecuada para evitar estas situaciones peligrosas.

Almacenamiento. Debido a la alta presión y la baja temperatura que se requieren, no resulta viable licuar el metano para utilizarlo como combustible líquido. En su lugar, el gas puede recogerse y almacenarse durante un tiempo hasta que pueda utilizarse. El método más habitual para recoger y almacenar el gas producido por un digestor es mediante una cubierta flotante: un pontón lastrado que flota sobre la superficie del líquido de un depósito de recogida y almacenamiento. Las placas de faldón situadas a los lados del pontón se sumergen en el líquido, creando así un sellado y evitando que el gas entre en contacto con la atmósfera exterior. El almacenamiento a alta presión también es posible, pero resulta más caro y peligroso, por lo que solo debe llevarse a cabo con la ayuda de un ingeniero cualificado.

Biogás: un recurso que requiere cuidado

El biogás producido en un digestor anaeróbico contiene metano (entre el 60 % y el 70 %), dióxido de carbono (entre el 30 % y el 40 %) y diversos gases tóxicos, entre ellos sulfuro de hidrógeno, amoníaco y mercaptanos derivados del azufre. Además, el biogás suele contener entre un 1 % y un 2 % de vapor de agua.

Contenido energético y valor relativo del biogás

Con un contenido aproximado de metano del 60 %, el biogás tiene un poder calorífico de 600Btu/pie cúbico. A modo de comparación,en la tabla 1se presenta el poder calorífico de otras fuentes de energía conocidas.

Tabla 1: Contenido energético de los combustibles más comunes
Propano
92 000 Btu/gal
Gasóleo
138 000 Btu/gal
Gas natural
1 000Btu/pie cúbico
Gasóleo n.º 2
138 000 Btu/gal
Electricidad
3.414 Btu/kWh
Carbón
25 000 000 Btu/tonelada
Fuente: Barker, James C. 2001. Gas metano como combustible a partir de residuos ganaderos: resumen. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Publicación n.º EBAE 071-80.

Al situar estos valores de contenido energético en el contexto de un sistema de digestión anaeróbica, es posible estimar la producción de energía por animal, tal y como se muestra enla Tabla 2. Enla Tabla 3, el Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte ha convertido las cifras de contenido energético dela Tabla 2en rendimientos netos de biogás en comparación con otras cuatro fuentes de energía habituales.

Tabla 2. Contenido energético del biogás procedente de diversos animales

porcina (según
por cabeza)
Productos lácteos
(por
cabeza)
Carne de vacuno
(según
cabeza)
Aves de corral
(gallinas ponedoras)
(por ave)
Peso del animal (libras)
135
1,400
800
4
Contenido energético previsto
Contenido energético bruto (Btu/cabeza/día)
2,300
27,800
16,600
180
Contenido energético neto (Btu/persona/día) (se destina el 35 % del contenido bruto al funcionamiento del digestor)
1,500
18,000
10,700
110
Fuente: Barker, James C. 2001. Gas metano como combustible a partir de residuos ganaderos: resumen. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Publicación n.º EBAE 071-80.
Tabla 3. Rendimiento neto de biogás de diversos animales
Porcino Productos lácteos Carne de vacuno Aves de corral
(ponedoras)
Equivalente en electricidad
—– por persona y año —–
kWh (rendimiento de generación combinado del 20 %)
32
385
230
2.5
Valor (a 0,085 $/kWh)
$2.76
$32.73
$19.55
$0.21
Equivalente en gas natural
Mcf
0.55
6.60
3.90
0.04
Valor (a 11,04 $/Mcf)
$6.07
$72.89
$43.07
$0.44
Equivalente al propano (gas LP)
Galones
6
72
43
0.45
Precio (2,00 $/galón)
$12.00
$144.00
$86.00
$0.90
Equivalente al fuelóleo n.º 2
Galones
4
48
28
0.3
Precio (2,00 $/galón)
$8.00
$96.00
$56.00
$0.60
Fuente: Barker, James C. 2001. Gas metano como combustible a partir de residuos ganaderos: resumen. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Publicación n.º EBAE 071-80. Actualizado a los precios de 2006 por el NCAT.

Usos del biogás

Debido al elevado coste y a la dificultad que entraña la licuefacción del biogás, su uso como combustible para tractores no resulta viable. Sin embargo, el biogás tiene muchas otras aplicaciones en las explotaciones agrícolas, incluyendo prácticamente cualquier ámbito en el que se utilice el gas natural: para cocinar, calefacción (calefacción de locales, calentamiento de agua, secado de cereales), refrigeración e iluminación. En la mayoría de los casos, los equipos diseñados para quemar gas natural requerirán ciertas modificaciones para adaptarse a las características de combustión del biogás, que son ligeramente diferentes.

El biogás también puede utilizarse para alimentar generadores con el fin de producir vapor y electricidad. En algunos casos, la electricidad puede venderse a una empresa de suministro local, posiblemente mediante un acuerdo de medición neta. No obstante, esta opción debe estudiarse con antelación para asegurarse de que la empresa de suministro está dispuesta a aceptar este tipo de acuerdos.

El Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte ha elaborado varios ejemplos concretos sobre cómo se puede aplicar el biogás en las explotaciones agrícolas:

  1. Una vivienda de tres dormitorios bien aislada que necesita 900 000 Btu/día para la calefacción en épocas de frío podría abastecerse con 50 vacas lecheras, 600 cerdos o 7870 gallinas ponedoras (suponiendo que alrededor del 35 % del biogás producido se utilice para mantener la temperatura del digestor).
  2. Una explotación lechera que utilice la media nacional de 550 kWh por vaca al año podría cubrir el 70 % de sus necesidades eléctricas con biogás (suponiendo una eficiencia del generador del 20 % y que alrededor del 35 % del biogás producido se utilice para mantener la temperatura del digestor).
  3. Una explotación porcina que consume aproximadamente 55 kWh de electricidad y 22 litros de gas licuado de petróleo por cerdo al año (incluidas la planta de pienso y el incinerador) podría cubrir el 40 % de sus necesidades energéticas con biogás (suponiendo una eficiencia del generador del 20 % y que alrededor del 35 % del biogás producido se utilice para mantener la temperatura del digestor).

El número de animales necesario para que un sistema de digestión sea rentable depende de su situación y de lo que desee obtener del digestor. Algunas explotaciones lecheras con tan solo 100 vacas han instalado sistemas de digestión rentables para el control de olores que, además, producen sólidos digeridos. (8)

Refinado de biogás para obtener biometano

El biogás producido en el digestor de metano está compuesto principalmente por metano y dióxido de carbono, con trazas de sulfuro de hidrógeno y otros gases. El biogás, tal cual, puede utilizarse directamente para la calefacción y la cocina. Sin embargo, el uso de biogás sin tratar en equipos de calefacción y en motores de combustión interna provocará averías prematuras debido a la naturaleza corrosiva del sulfuro de hidrógeno y del vapor de agua. El dióxido de carbono presente en el biogás reduce el poder calorífico del gas. Cabe señalar que el biogás procedente de la digestión de residuos animales no contiene algunos de los contaminantes presentes en el biogás de los vertederos o de las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales y, por lo tanto, es más fácil de depurar.

El sulfuro de hidrógeno es corrosivo y maloliente. Se puede eliminar del biogás inyectando menos del seis por ciento en volumen de aire en el biogás dentro del depósito de gas, añadiendo cloruro de hierro a la corriente de entrada del digestor, o haciendo pasar el biogás a través de virutas de madera impregnadas con óxido de hierro (esponja de hierro) o a través de carbón activado. El dióxido de carbono puede eliminarse haciendo burbujear el biogás a través de agua en un depurador de lecho compacto de columna vertical. Por último, la humedad puede eliminarse haciendo pasar el biogás a través de un serpentín refrigerado. (9)

Riesgos asociados al biogás

Aunque el metano es un recurso energético muy prometedor, los componentes del biogás distintos del metano (sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua) tienden a inhibir la producción de metano y, con la excepción del vapor de agua, son nocivos para las personas y/o el medio ambiente. Por estas razones, el biogás producido debe «depurarse» adecuadamente mediante técnicas de depuración y separación adecuadas.

Además, el metano en sí mismo representa un grave peligro, ya que es inodoro, incoloro y difícil de detectar. El metano también es altamente explosivo si entra en contacto con el aire atmosférico en proporciones de entre el 6 % y el 15 %. Por estas razones, se recomienda que los edificios estén bien ventilados; que los motores, el cableado y las luces sean a prueba de explosiones; que se utilicen supresores de llama en las tuberías de gas; y que se utilicen alarmas y dispositivos de detección de gas.

Factores de diseño de los digestores

Los digestores se instalan principalmente por motivos económicos y/o medioambientales. Los digestores representan una forma de que el ganadero convierta un residuo en un activo económico, al tiempo que resuelve un problema medioambiental. En condiciones ideales, un sistema de digestión anaeróbica puede convertir la acumulación constante de estiércol de una explotación ganadera en un combustible para la calefacción o la refrigeración de una parte de la explotación, o para su posterior conversión en electricidad destinada a la venta a una empresa de servicios públicos. Los sólidos que quedan tras el proceso de digestión pueden utilizarse como enmienda del suelo, aplicarse en la propia granja o ponerse a la venta en otros mercados. Lamentablemente, estas condiciones ideales rara vez se dan, en parte debido a una planificación y un diseño defectuosos.

Para cualquiera que esté considerando instalar un sistema de digestión anaeróbica, lo más importante que debe tener en cuenta es que la situación de cada agricultor es única y, por lo tanto, requiere un análisis minucioso de muchos factores. La instalación de estos sistemas puede resultar bastante costosa, por lo que el propietario debe comprender perfectamente la finalidad del sistema y sus aspectos económicos.

El tamaño del sistema viene determinado principalmente por el número y el tipo de animales que atiende la explotación, la cantidad de agua de dilución que se va a añadir y el tiempo de retención deseado. El más manejable de estos factores es el tiempo de retención; unos tiempos de retención más largos implican una descomposición más completa del contenido del estiércol, pero requieren un tanque más grande.La Tabla 4, elaborada por el Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, presenta un conjunto de tasas de carga y proporciones de dilución recomendadas para diferentes animales. Otras fuentes ofrecen recomendaciones similares, aunque diferentes, lo que subraya la importancia de trabajar con un profesional con experiencia en el diseño de sistemas de digestión anaeróbica.

Tabla 4. Contenido energético del biogás procedente de diversos animales

o porcino (por cabeza)

o porcino (por cabeza)
Carne de vacuno
(por cabeza)
Aves de corral
(gallinas ponedoras)
(por ave)
Criterios de diseño
Peso del animal (libras)
135
1,400
800
4
Total de estiércol fresco y orina
(gal/día)
1.35
12.5
6.1
0.032
Contenido en sólidos (%)
Antes de la dilución
10.0
15.0
15.0
25.0
Tras la dilución
6.7
8.0
8.0
8.0
Volumen total de residuos tras la dilución de «
» (gal/día)
2
24
12
0.1
Producción de sólidos volátiles
(VS, libras/día)
1
12
5
0.038
Índice de carga del digestor (libras de materiaorgánica/pie cúbicode digestor/día)
0
0
0
0.125
Volumen del digestor (pies cúbicos por cabeza)
5
47
19
0.3
Tiempo de retención (días)
20
15
13
22.5
Probabilidad de destrucción de VS (%)
50
35
45
60
Rendimiento previsto de gas
Rendimiento (porpie cúbicode volumen del digestor)
1
1
1
1
Rendimiento (pies cúbicos por persona ydía)
4
46
28
0.29
Contenido energético bruto (Btu/cabeza/día)
2,300
27,800
16,600
180
Contenido energético neto (Btu/persona/día) (se destina el 35 % del contenido bruto al funcionamiento del digestor)
1,500
18,000
10,700
110
Fuente: Barker, James C. 2001. Gas metano como combustible a partir de residuos ganaderos: resumen. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Publicación n.º EBAE 071-80.

El Servicio de Extensión de la Universidad Estatal de Carolina del Norte ofrece a continuación varios ejemplos ilustrativos (véasela tabla 5) de cómo se puede calcular el tamaño de los tanques digestores utilizando la información dela tabla 4.

Los digestores deben ser herméticos y estar situados de tal forma que puedan calentarse, normalmente mediante tuberías de agua caliente que entran y salen del tanque del digestor. Es posible calentar el agua utilizando el metano producido por el digestor. El tanque también debe estar aislado para ayudar a mantener unas temperaturas de funcionamiento óptimas. Muchos profesionales aprovechan el efecto aislante del suelo enterrando, al menos parcialmente, el tanque del digestor en un foso o amontonando tierra contra los laterales del tanque.

Tabla 5. Configuración del tamaño del tanque de digestión
Ejemplo 1: rebaño lechero de 100 vacas
Estiércol fresco con un 15 % de materia seca
1.250 galones al día
Agua de lavado del centro lechero
500 galones al día
Agua de dilución necesaria para un contenido de sólidos del 8 %
600 galones al día
Volumen total de residuos generados
2.350 galones al día
Tiempo de retención en el digestor
15 días
Capacidad del depósito (15 × 2350)
32 250 galones
Sugerencia: Depósito redondo de 5,5 m de diámetro x 5,6 m de altura
Ejemplo 2: Explotación de cría y engorde con 200 cerdas
Estiércol fresco con un 10 % de materia seca
2.830 galones al día
Agua adicional procedente de nebulizadores, etc.
1.415 galones al día
Volumen total de residuos generados
4.245 galones al día
Tiempo de retención en el digestor
20 días
Capacidad del depósito (20 × 4 245)
84 900 galones
Sugerencia: Depósito redondo de 7,3 m de diámetro x 7,6 m de altura
Ejemplo 3: Explotación avícola de 50 000 gallinas ponedoras
Estiércol fresco con un 25 % de materia seca
1.620 galones al día
Agua de dilución necesaria para un contenido de sólidos del 8 %
3.440 galones al día
Volumen total de residuos generados
5.060 galones al día
Tiempo de retención en el digestor
22,5 días
Capacidad del depósito (22,5 x 5060)
113 850 galones
Sugerencia: Depósito redondo de 2,13 m de diámetro x 8 m de altura
Fuente: Barker, James C. 2001. Gas metano como combustible a partir de residuos ganaderos: resumen. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Publicación n.º EBAE 071-80.

Como se ha señalado anteriormente, es importante mezclar de forma periódica —aunque no necesariamente continua— el contenido del digestor para maximizar la producción de gas. Esta mezcla puede realizarse mediante un mezclador mecánico; mediante un compresor, que devuelve el gas recogido al digestor en forma de burbujas; o mediante una bomba de estiércol de circuito cerrado. (6) El Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad de Purdue sugiere que el mezclador mecánico funciona bien, siempre que se mantenga un buen sellado hermético. Purdue Extension también proporciona la siguiente fórmula para determinar la potencia necesaria para mezclar el contenido del digestor:

hp = 0,185 × % de sólidos totales × capacidad de líquido (en miles depies cúbicos)

A modo de ejemplo, un digestorde10000 pies cúbicosque contenga residuos con un 6 % de sólidos necesitaría un mezclador de 11,1 CV (0,185 × 6 % × 10).

Costes del sistema

El coste de un sistema de digestión anaeróbica puede variar considerablemente en función de su tamaño, sus fines y su grado de sofisticación. El coste de un sistema de laguna cubierta puede oscilar entre un mínimo de 25 000 dólares para 150 animales (cerdos) y un máximo de 1,3 millones de dólares para 5000 animales (ganado lechero). Los digestores de flujo pistón oscilan entre 200 000 dólares para 100 vacas lecheras y 1,8 millones de dólares para 7000 vacas lecheras. (10)

Por supuesto, estos costes deben sopesarse con las fuentes de ingresos generadas por los subproductos de la digestión. En 1998, Mark Moser, Richard Mattocks, la Dra. Stacy Gettier y Kurt Roos —todos ellos expertos de gran prestigio en el campo de los digestores anaeróbicos— estudiaron la rentabilidad económica de siete proyectos de digestores AgSTAR. Los ingresos procedían de la generación de electricidad, de la venta de fibra digerida para compost y de la reducción de los costes de gas natural y propano, así como de la reducción de los costes de lecho. Los costes y los ingresos anuales de cuatro de estos proyectos están disponibles en el Proyecto de Minnesota. De los tres proyectos restantes, dos se desarrollaron principalmente para el control de olores más que para la rentabilidad financiera, y el tercero experimentó problemas que le impidieron obtener los ingresos esperados. (11)

Los evaluadores del programa AgSTAR consideran que la digestión anaeróbica puede resultar competitiva en términos de costes en comparación con las prácticas convencionales de gestión de residuos (por ejemplo, tanques de almacenamiento, estanques de almacenamiento o lagunas). Según se indica, cuando se aprovecha el biogás producido por el sistema, los digestores pueden alcanzar períodos de amortización de entre tres y siete años, lo que resulta considerablemente más atractivo que los costes irrecuperables que suelen asociarse a los enfoques convencionales. (12)

Costes de construcción y beneficios anuales
Barham
Granja
Cubierto
Lagoon
$289,474
46 000 $
al año
Martin
Familia
Granja
Cubierto
Lagoon
$95,200
16 000 $
al año

Se pueden consultar otroscasos prácticos sobre digestoresen el Programa de Gestión del Estiércol de la Universidad de Cornell.

Una vaca y su ternero en un prado del sur de Iowa.

Vaca y ternero. Foto: Lynn Betts, USDA/NRCS

Resumen

Los digestores anaeróbicos se instalan por diversas razones: como medio para resolver problemas medioambientales, como forma de reutilizar de manera rentable un recurso que, de otro modo, se desperdiciaría, y como fuente de ingresos adicionales. Todos estos factores suelen influir en la decisión del propietario de instalar un sistema.

Sin embargo, si se quiere hacer bien, esta decisión no es sencilla. Debe implicar una planificación y un diseño minuciosos, preferiblemente con el asesoramiento de un ingeniero profesional o de alguien con amplia experiencia en sistemas de digestión anaeróbica. Este proceso de planificación debe tener en cuenta una larga serie de factores.

Factores a tener en cuenta

  • Los beneficios concretos que se obtendrán
  • El número y el tipo de animales que se van a servir
  • Dónde se podría instalar el sistema
  • Cómo se recogerán y se transportarán el estiércol y otros insumos hasta el sistema
  • Cómo se mantendrán las temperaturas requeridas
  • Cómo se mitigarán todos los riesgos asociados al proceso, algunos de los cuales son considerables
  • Cómo se gestionarán los resultados
  • El tiempo necesario para la supervisión y la gestión

Recursos de evaluación

Dado que la instalación y el mantenimiento de los digestores anaeróbicos resultan costosos, es necesario analizar las consideraciones mencionadas anteriormente, así como muchas otras, y tenerlas en cuenta en un estudio de viabilidad económica. Se han elaborado diversos recursos para orientar a los futuros propietarios de estos sistemas a lo largo de este proceso de evaluación:

  • El programa AgSTAR, el principal recurso de Estados Unidos para obtener información y asistencia sobre digestores de metano.
  • Manurenet, el principal recurso canadiense que también incluye proyectos y proveedores de Estados Unidos y otros países.
  • Existen diversas fuentes que ofrecen formularios de autoevaluación para estimar las posibilidades de éxito de la instalación de un sistema de digestor. El Servicio de Extensión Cooperativa del Departamento de Ingeniería Agrícola de la Universidad de Purdue ofrece una evaluación completa con un ejemplo detallado de cómo debe utilizarse. Aunque algo anticuada (publicada en 1980), los pasos de la hoja de cálculo y la mayoría de los valores utilizados siguen siendo válidos. Solo será necesario actualizar algunos de los valores monetarios, como el precio actual de la energía. En Environomics se puede encontrar otraherramienta de evaluación.

Referencias

1. AgStar Digest. Invierno de 2006.

2. Página web sobre el metano de la Agencia de Protección Ambiental

3. AgStar: Oportunidades de mercado para los sistemas de recuperación de biogás

4. Hansen, R.W. 2001. Generación de metano a partir de residuos ganaderos. Publicación n.º 5.002. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Colorado. Ft. Collins, CO. 6 p.

5. AgStar Digest. Invierno de 2003.

6. Jones, Don D., John C. Nye y Alvin C. Dale. 1980. Generación de metano a partir de residuos ganaderos. Publicación n.º AE-105. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad de Purdue, West Lafayette, IN. 15 p.

7. Barker, James C. 2001. Gas metano como combustible a partir de residuos ganaderos: resumen. Publicación n.º EBAE 071-80. Servicio de Extensión Cooperativa de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, Raleigh, Carolina del Norte. 10 p.

8. El Proyecto de Minnesota. Sistemas de digestores anaeróbicos para explotaciones lecheras de tamaño medio.

9. Conservación sostenible. Biometano a partir de residuos lácteos: manual sobre la producción y el uso del gas natural renovable en California.

10. Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. Guía de sistemas operativos. Programa AgSTAR. 4 págs.

11. Moser, Mark A., Richard P. Mattocks, la Dra. Stacy Gettier y Kurt Roos. 1998. Beneficios, costes y experiencia operativa en siete nuevos digestores anaeróbicos agrícolas. Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. 7 p.

12. Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. 2002. Gestión del estiércol mediante sistemas de recuperación de biogás: mejor rendimiento a costes competitivos. 8 págs.


Digestión anaeróbica de residuos animales: factores a tener en cuenta
Por John Balsam
Actualizado por Dave Ryan
Especialistas en energía de NCAT
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Slot 218
Versión 102506

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 Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). ATTRA.NCAT.ORG