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Biodigestores: aprovechar residuos para generar energía

El biogás es una opción que contribuye a fortalecer la seguridad energética al ofrecer ventajas competitivas respecto a otras fuentes alternas de energía.

ENRIQUE AVILA SOLER*

El presente artículo hace una particular reflexión respecto a viabilidad de invertir en proyectos de biodigestores en México. Sin embargo, esta tecnología es de reciente aplicación y no existe parámetros o estándares definidos, por lo que se tiene que diseñar e innovar de acuerdo a las características del entorno. Años atrás, la normativa nacional era limitante.

Actualmente, se está permitiendo desarrollar este tipo de alternativas en las modalidades de capital propio, con financiamientos y apoyos de la administración federal y privadas. Surgiendo un área de oportunidad bastante ambiciosa en la que se reduce el impacto ambiental, detona la economía e incursiona en la independencia de combustibles
fósiles a cambio de la producción de energía limpia en el mediano y largo plazo.

INTRODUCCIÓN

La crisis energética nacional e internacional es un riesgo latente, quizás inminente, dada el agotamiento del petróleo convencional y los altos precios de los hidrocarburos. En la gráfica 1, se muestra los niveles cuantitativos de incorporación de reservas 3P(1) de hidrocarburos del año 2001 a 2010 en México, donde se observa que se consumen volúmenes mayores a los que se restituyen.

Se tiene una tendencia hacia otras fuentes de energía y la producción de gas natural y al aseguramiento del suministro de gas para las futuras generaciones. En este caso, se trata del equipo para producir biogás llamado biodigestor o digestor que genera combustible, reduce considerablemente costos de producción para el caso de combinarse con otra actividad productiva y es una iniciativa impulsada por la autoridad y normatividad competente que brindan el Programa Nacional de Desarrollo de Bioenergéticos.

El mercado nacional de biogás es un nicho que está creciendo debido a que es competitivo contra otros combustibles.

Los proyectos de bioenergéticos tienen factibilidad en muy diversos niveles: en lo humano se evitan enfermedades y plagas, en lo económico se crean empleos, pequeñas y medianas empresas y desarrollo, y en lo social no involucran la transformación de alimentos de la canasta básica, es decir, no afectan la seguridad alimentaria.

MARCO TEÓRICO

Desde la existencia del hombre había indicios del biogás, ya que se producía en forma natural en pantanos, bosques, mares e incendios. En el año de 1776, Alejandro Volta descubre metano al analizar agua estancada, detectando que salía un vapor. Humpry Dhabi, en 1808, produce gas metano en un laboratorio, el cual se toma de referencia como el inicio de la investigación en biogás. En 1869 por primera vez se utiliza éste en un hospital de Bombay. A principios del siglo pasado, en Asia se implantaron 120,000 biodigestores pequeños sin calefacción; en 1939 la India contaba con equipos para aplicar en climas fríos o cálidos. Durante la Segunda Guerra Mundial hubo una racionalización de combustibles que originó que los investigadores se interesaran, creando avances en el tema a un paso acelerado.

En 1970 China llevó a la práctica el uso de biogás en mayor escala al contar con siete millones de digestores rurales en funcionamiento, los cuales proveían de cocción e iluminación (2). Entre 1973 y 1985, Alemania tuvo un pequeño boom con el propósito de producir energía y proteger al medio ambiente. A partir de esos días a la actualidad, China, India, Holanda, Gran Bretaña, Suiza, Italia, España, Estados Unidos, Filipinas, Alemania, son líderes y han avanzado sobre el tema.

¿Qué es biodigestor (o digestor)?

Un biodigestor es un sistema natural y ecológico (contenedor) que aprovecha la digestión anaeróbica o ausencia de oxígeno de las bacterias para convertir cualquier residuo orgánico en gas y fertilizante, En la foto 1 se presenta el proceso del biogás y en la foto 2 se observa la parte externa de un modelo de biodigestor.

Objetivo del biodigestor:

Transformar residuos orgánicos en gases y, a la vez, reducir las emisiones a la atmósfera con el propósito de obtención de energía, permitiendo bienestar económico, desarrollo social y cultura ambiental.

Ventajas de un biodigestor:

  • Produce biogás naturalmente, que es combustible.
  • Evita el uso de leña que contribuye a la deforestación.
  • Permite aprovechar residuos orgánicos.
  • El lodo producido en el proceso genera fertilizante.
  • Promueve el desarrollo sustentable evitando la emisión de gases de efecto invernadero.
  • Elimina problemas de sanidad: evita malos olores, insectos y controla los microorganismos capaces de generar enfermedades.
  • Obtención de beneficios adicionales por la venta de bonos de carbono.
  • Cumple con la normatividad nacional e internacional.
  • Impide la contaminación de mantos acuíferos.
  • Permite tener personal especializado en esta rama.
  • Existe la opción de incursionar en proyectos de vanguardia.

Desventajas y riesgos:

  • Su ubicación debe estar cercana al almacén donde se tiene la materia orgánica.
  • La temperatura debe ser entre 15 y 60°C, lo que encarece el proceso en climas fríos.
  • El biogás dentro de su composición tiene el subproducto llamado sulfuro de hidrógeno, que es un gas tóxico al ser humano y corrosivo a todo equipo del proceso.
  • Existe riesgo de explosión o incendios, en caso de no cumplirse las normas de seguridad, mantenimiento y del personal.

¿Qué aspectos se deben considerar para el diseño de un biodigestor?

Se debe determinar siete variables que influyen en el buen desempeño. La primera es el monto de capital que está dispuesto a gastar; segundo es la cantidad y calidad de biogás que se quiere obtener; tercero es el tipo de la materia prima con que se cuente; cuarto el tamaño del biodigestor; quinto las características del terreno; sexto el uso que se le dará al abono orgánico y por último, la temperatura del lugar donde se instalará ya sea a nivel de ambiente o invernadero.

Dentro de los anteriores factores técnicos, se evalúa el residuo orgánico, la composición de acuerdo a la relación carbono e nitrógeno, la intensidad de agitado en el mezclado hasta que se tenga el pH de 7-7.2 y la existencia de baterías formadoras de metano conjuntamente con la temperatura del proceso de fermentación: Psicrofílica (15-18 °C), Mesofílica (28-33°C), Thermofílica (50-60 °C).

¿Cuántos tipos de biodigestores existen?

En el mercado tecnológico solo existen dos formas y se mencionan a continuación (3):

  • Biodigestor de flujo discontinuo (BFD):

Es aquel en donde el residuo se deposita al inicio del proceso y la descarga se hace hasta que finaliza; requiere de mayor mano de obra, un espacio para almacenar la materia prima y un depósito de gas.

  • Biodigestor de flujo continuo (BFC):

Son aquellos en donde el residuo se descarga de manera continua o por lo menos una vez al día, requiere de menos mano de obra, de una mezcla más fluida o movilizada de manera mecánica y un depósito de gas.

¿Cuáles son los insumos o materias primas y sustitutos que utiliza un biodigestor; en qué estado de materia están naturalmente?

La materia prima que se emplea en este equipo en específico son residuos agrícolas que son todos los desperdicios agropecuarios y cultivos energéticos, residuos sólidos urbanos que son toda materia orgánica desechada y productos que produzcan gases dentro de la basura, así como residuos industriales que no se aprovechan al máximo quedándole poder calorífico. Las aguas residuales son descarga a drenaje, las cuales llevan una cantidad de materia orgánica disuelta abundante que puede ser aprovechada. En su defecto, hay varios sustitutos en el caso de contingencia se mezcla uno con otro ó todos, y se obtendrá el mismo resultado. Los estados de materia en que se encuentran son líquidos, semisólido y sólidos(4), siendo éstos de fácil manera de conseguir, tal como se muestra en la Figura1 del origen en forma natural de insumos que conforman la biomasa.

Estructura de un biodigestor:

Constan de dos partes:

a) Cámara de fermentación en donde la biomasa sufre la descomposición.

b) Cámara de almacén de gas. Existe también las siguientes, pero varían según el tipo de biodigestor:

  • La pila de carga. Ingresa el residuo.
  • La pila de descarga. Se obtiene el residuo usado.
  • El agitador. Remueve los residuos.
  • La tubería de gas. Salida para su uso.
  • Inversión para un biodigestor:

Puede ser a través de las siguientes modalidades:

a) Recursos propios, en donde el interesado en contar con esta tecnología solventará todos los costos del proyecto, dado que tiene la solvencia conómica para llevarlo a cabo.

b) La segunda se aplica cuando el capital requerido del proyecto estimado no es suficiente, por eso se busca financiamiento, apoyo y benéficos del Gobierno Federal a través del Programa Nacional de Desarrollo de Bioenergéticos por medio de las instituciones gubernamentales y privadas correspondientes.(5) Estos planes consisten en ofrecer montos máximos hasta un millón de pesos en la construcción de biodigestor o hasta 250 mil pesos para generador de electricidad. Cabe aclarar que la cantidad prestada y apoyo dependerá de la situación financiera del solicitante-tamaño-costos producción y que el beneficiario aporte el 50% o más de la inversión, ya que existe un acuerdo entre ambas partes se fija la tasa de interés, el plazo de pago, la posibilidad de algún periodo de gracia, el beneficio en la tasa de interés; siempre y cuando tenga garantías, comisión de apertura, apoyo para el desarrollo de documentos e inclusión de Mecanismos de Desarrollo Limpio. Esta propuesta se considera una buena oportunidad para seguir potencializando la infraestructura nacional.

Justificación del proyecto de un biodigestor.

Los proyectos estratégicos de bioenergía se justifican porque son rentables, ya que generan modelos de producción agropecuarios, ambientales, energéticos y económicos. Los costos de biodigestores se estiman a partir de tres mil pesos, los cuales generaran ahorros de un 20% al 85 %.

En la gráfica 2 se puede observar que a partir del año 2007 hasta el 2010, las autoridades mexicanas han impulsado con mayor presupuesto a la fuente alterna conocida como biomasa con beneficios de financiamientos y apoyos a proyectos para la construcción, remodelación o equipamiento de biodigestores, dada la sobreproducción de residuos orgánicos que son desaprovechados y que pueden reducir riesgos para la seguridad energética.

CONCLUSIONES

  • El biogás es una opción que contribuye a fortalecer la seguridad energética al ofrecer ventajas competitivas respecto a otras fuentes alternas de energía que preservan al medio ambiente. Tiene rentabilidad favorable por los diversos planes que ofertan los programas de bioenergéticos. Años atrás no existía la posibilidad de invertir y era complicado colocar la materia orgánica en el mercado. Esto causaba que los periodos de recuperación de capital fueran de 15 a 20 años: en la actualidad, con el empleo de biodigestores, la recuperación es de 1 a 10 años.
  • Los gobiernos federal, estatales y municipales se ven rebasados por los tiempos que les impiden que se garantice el adecuado seguimiento de manera sostenida y sustentable a la vez se hace más lenta la innovación tecnológica. Por eso, el uso de biodigestores se debe considerar como compromiso de mediano a largo plazo al reforzar el Plan de Seguridad Nacional.

• Ingeniero industrial en Upiicsa-IPN; M. en C. en Administración, Planeación y Económia de los Hidrocarburos en Esia Ticoman-IPN; especialidad en Administración de Proyectos en Unitec. Se ha desarrollado en los sectores automotriz, almacenador, servicios, educación y construccion. Actualmente labora para la empresa ZBL Universa México como unidad de fomento de desarrollo y economico, especialista fi nanciero, en Cordoba, Veracruz ([email protected]).


(1) Se llama: Reserva 1P a la reserva probada. Reservas 2P: Suma de las reservas probadas más las reservas probables y Reservas 3P: suma de las reservas probadas más las reservas probables más las reservas posibles.
(2) Enciclopedia de Energía y Tecnología, Considine Douglas M. 2005, México Barcelona, tomo 5.
(3) Las partes del un biodigestor fueron tomadas del Simposio Centroamericano sobre Aplicaciones de Energía Biomásica. Diseño y Construcción de Biodigestores,2ª edición, Editorial Tecnológica de Costa Rica, Costa Rica, 1985.15 Charles, Ross. Handbook of Biogas Utilization, 2ª edición, U.S Departament of Energy, USA, 1988.
(4) Elementos de física y química. Editorial Plus Ultra.
(5) SENER=Secretaría de Energía, SAGARPA=Secretaría de Agricultura Ganadería Desarrollo Rural Pesca y Alimentación, FIRCO= Fideicomiso de Riesgo Compartido, FIRA= Fideicomisos Instituidos en Relación con la Agricultura, SEMARNAT=Secretaría de Medio Ambiente y Recursos
Naturales, SE=Secretaría de Economía, SHCP=Secretaría de Hacienda y Crédito Público, F.R.=Financiera Rural, BID=Banco internacional de desarrollo.

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Publicado por layerlin en Dic 31, 2011 Imprimir ésta entrada Imprimir ésta entrada y archivado en Sin categoría. Puede seguir los comentarios a esta nota a través de RSS 2.0. Puede dejar un comentario o un trackback a esta nota

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