Energía A Debate

La digestión anaeróbica de la biomasa rural brinda soluciones
integrales a problemas energéticos, ambientales y alimentarias.

JOSÉ ARIAS CHÁVEZ*

¿Quién duda que la contaminación de las aguas, tierras y aire sea uno de nuestros principales problemas? ¿Quién no sabe de la escasez de agua dulce para consumo humano, animal y riego? Y aunque pocos lo saben aún, el metano es no sólo uno de los gases de efecto invernadero, sino el que pronto va a ser el segundo en importancia, tras el bióxido de carbono (CO₂) y superando ya a los clorofluorocarbonos (CFCs). ¿Habrá quién dude que el problema mundial de la alimentación para una población creciente sea acuciante? ¿Y el problema de la energía?

Pues bien, todos estos graves y notorios problemas tienen en la digestión anaeróbica de la biomasa rural una formidable e integral solución. Esta tecnología debería tomarse como una prioridad estratégica, pues ella:

1. Recicla nutrientes y energía. Por el hecho de usar como insumo los desechos de humanos y animales, ya sean sus excretas o residuos de los cultivos conque ellos se alimentan, esta tecnología no compite con otras formas de producción de alimentos, lo que por ese solo hecho le da ventaja sobre otros biocombustibles como la leña, el biodiesel y sobre todo con el etanol, cuyo auge actual es promovido amañadamente, obedeciendo más a imperativos geopolíticos y propagandísticos.

2. Reduce la contaminación y el efecto invernadero. Los residuos y desechos, excretas o sobrantes de la producción alimentaria se convierten en un problema ambiental de contaminación al pudrirse aeróbicamente en el ambiente, o al degradarse anaeróbicamente en pantanos, ciénagas o en el subsuelo, y permitir que el biogás se escape libremente, incrementando los gases de efecto invernadero, lo que va más allá de la mera contaminación sanitaria y se traduce en el acelerado cambio climático global que se agrava día con día. Si se toma en cuenta que el CH₄ es 23 veces peor como GEI que el CO₂, se comprende la importancia de impedir la pudrición al aire o la anaerobicidad espontánea y de reducir estos efectos al aprovechar los desechos para formar nutrientes y energéticos. Por tales razones, las eventuales ventas de bonos por reducción de CO₂ tienen mediante la digestión anaerobia controlada un mayor beneficio económico, muy apreciable para las comunidades rurales pobres y para las pequeñas y medianas empresas agropecuarias, al producir mayores y mejores utilidades que otras formas de reducción del CO₂.

3. Ahorra y recicla agua. Puesto que para el manejo eficiente de estos desechos y para garantizar la anaerobicidad del tanque digestor se requiere un sello de agua, usar el agua de aseo de establos y animales, y así reciclar esta agua totalmente como parte del proceso, contribuye sensiblemente al ahorro de ese líquido y a su reciclaje como agua de riego o de alimentación pecuaria y en cultivos piscícolas. De este modo, se aprovecha íntegramente un elemento vital que es escaso ya y lo será aún más.

4. Promueve la estabulación del ganado y con ello trae beneficios directos y útiles efectos colaterales. Primero, fomenta que el ganado antes disperso en el campo se concentre en establos, facilitando su cuidado, manejo e higiene, ya que esa concentración facilita recoger el estiércol, que de otro modo quedaría en el campo. La estabulación también hace que el ganado gaste menos energía deambulando en busca de su comida y evita el pisoteo de los arbolitos y renuevos de reforestación que también así se salvan de ser comidos por el ganado libre (o al menos la mitad del tiempo si están en semiestabulación). Eso, a su vez, estimula la formación de cooperativas ganaderas en el medio rural y de paso, la solidaridad comunitaria y social. Y por si fuera poco?

5. Produce, junto con excelentes fertilizantes y alimentos pecuarios y acuícolas, una energía renovable, abundante, limpia y descentralizada, precisamente donde más se necesita.

¿QUÉ ES LA DIGESTIÓN ANAERÓBICA DE LA BIOMASA?

Si recordamos que la biomasa es, como la palabra lo indica, la masa de la materia viva (o que fue viva), su digestión anaeróbica es la que ocurre en ausencia del aire. La digestión es el proceso en el que los seres vivos que se alimentan de otra materia viva (o que fue viva), la biodegradan (o sea, bajan el grado de complejidad de esa materia para alimentarse de ella) para así poderla metabolizar y asimilar a sus propios tejidos vivos. Entonces, la digestión anaeróbica de la biomasa es el proceso natural o artificial que biodegrada la materia orgánica, que es o fue viva, en un ambiente en ausencia del aire (oxígeno).

Ese proceso es el que efectúan las bacterias anaerobias (llamadas así porque actúan y viven sólo en condiciones de anaerobicidad, o ausencia del oxígeno del aire), seres vivos tan antiguos en la vida del planeta, que se originaron y crecieron en las épocas pretéritas en que la atmósfera terrestre estaba esencialmente formada de bióxido de carbono, vapor de agua y, gracias a ellas, de metano (CH₄), por lo que también se las llama bacterias metanogénicas.

Esta propiedad es la que las hace indispensables para obtener biogás (mezcla de dióxido de carbono y metano, principalmente), que es un excelente combustible. Este proceso, además, deja como residuos en el fondo del dispositivo llamado digestor unos lodos digeridos y un líquido (denominado sobrenadante), que son un excelente fertilizante agrícola, tan rico en nutrientes que puede ser utilizado como complemento y aún suplemento alimenticio para especies animales como peces, camarones, langostinos y aún rumiantes.

De este modo, se comprende que al únicamente utilizar sobrantes y residuos de los alimentos ya producidos y consumidos y, por lo tanto, no competir con la producción de alimentos, sino complementándola, esta tecnología se constituye en eficaz reciclador de agua, energía y nutrientes. Por cierto, al comparar los beneficios de sus productos directos e indirectos, la digestión anaeróbica de la biomasa rural demuestra que su valor económico por la aplicación como fertilizante agrícola es superior, de dos a cuatro veces, que como combustible o energético directo y hasta entre 10 y 20 veces si se usa como insumo de alimentación pecuaria. Afortunadamente, la producción de biogás combustible no excluye para nada la producción y reciclaje de los nutrientes, por lo que, además de ser una ecotécnica maravillosa, es doblemente generosa con la tierra de la cual saca sus insumos. En donde sí habría que escoger es entre el uso de los nutrientes ya digeridos para su utilización como fertilizantes agrícolas o como insumos de alimento animal. En todo caso, esa decisión es para escoger entre uno de esos beneficios, además del biogás. Es hora de dejar claras sus ventajas ante otros biocombustibles como la leña, el biodiesel o peor aún, el etanol, que dicho sea de paso, es un sofisma energético, económico y ambiental, a causa de la adicción al transporte automotor.

ELEMENTOS BÁSICOS PARA DISEÑAR DIGESTORES ANAEROBIOS

Para iniciar el diseño de un digestor es necesario evaluar la cantidad de biomasa disponible, que, obviamente, mientras más abundante sea, más conveniente será su utilización, de modo similar a un aprovechamiento hidráulico o a un sistema de utilización de la energía eólica, geotérmica, etc.

1º. Se calcula cuánta biomasa hay y de qué tipo y características. Se estima tanto la cuantía en kilogramos como el volumen que se obtiene por día.

2º. Se calcula su composición por porcentaje de humedad (% de sólidos totales), su grado de acidez-alcalinidad (pH) y su proporción de contenido de carbono/nitrógeno (la óptima es 30). Estos valores se calculan experimentalmente o se consultan en tablas que contienen tales datos para los materiales más comunes, tanto estiércoles y orina de distintas especies animales, como de diferentes plantas, cosechas u otros posibles insumos como papel o aserrín.

3º. Se calcula si a esa biomasa (materia prima) hay que agregarle o quitarle agua, escoger una mezcla de materiales óptima con relación C/N cercana a 30, consultando las tablas de referencia antes citadas, para lograr una mezcla con una proporción de entre 8 y 18% de sólidos totales, y estimar cuantos serían sólidos volátiles (también a partir de dichas tablas).

4º. Para calcular el volumen total diario a procesar, una vez determinada la cantidad de biomasa y sus agregados o reducciones de agua u otros materiales, cuál será la porción en volumen diario a introducir al digestor.

5º. Dadas las características del sitio con su clima (si es tórrido, cálido, templado o frío) se estima la cantidad de biomasa, la tecnología disponible y la calificación de la mano de obra local, así como los recursos económicos y materiales disponibles. Podrá determinarse si se ha de construir un digestor, sea de carga y descarga continua (p. ej. diaria) o discontinua (p. ej. semanal, mensual o por temporada o cosecha) y ello puede determinar también la forma geométrica. Por ejemplo, se puede considerar la porción diaria como una “rebanada” de pan de caja, en volumen, y después decidir si el rango de la digestión anaeróbica será a temperatura ambiente o más bien baja, para usar bacterias del rango intermedio de calor (mesofílicas) o de una temperatura alta sostenida (termofílicas).

6º. El tiempo de residencia de la biomasa se calcula entre 40 y 70 días si se trata de temperaturas ambientes y con bacterias de ese tipo, de entre 25 y 45 días para las de rango mesofílico y hasta menos de una semana si se trata de procesos más cuidadosos y calientes, utilizando bacterias termofílicas.

7º. Se ha de cuidar que el pH de la mezcla sea lo más cercano a neutro (6 a 7.5) y que el tamaño de las partículas de la materia prima no exceda de 5cm.

8º. Habrá de tenerse previamente preparada una buena cantidad de inoculo consistente en una primera carga de biomasa semilla de otros digestores o estercoleros, que se añade a una buena cantidad de paja con algo de cal espolvoreada. Se deja madurar amontonada unos 3 a 6 días para introducirla al digestor vacío y así comenzar a cargarlo, ya sea de un solo lote o con cargas diarias hasta completarla en días o semanas, ya en condiciones cerradas de anaerobicidad. La producción de biogás empezaría entre las 2 y 6 semanas hasta llegar a estabilizarse en un régimen normal.

Un resumen de las ventajas y conveniencias estratégicas de la biomasa ante las crisis energética, alimentaria y ambiental sería:

a) Recicla agua, nutrientes y energía, ya escasos o valiosos mundialmente.

b) De un problema mundial como es la contaminación ambiental y la falta de sanidad rural, se obtienen recursos muy valiosos: excelentes fertilizantes y/o nutrientes para alimentación pecuaria, y biogás combustible.

c) Promueve la estabulación o semi estabulación del ganado en condiciones energético-sanitarias convenientes, fomentando las cooperativas y la solidaridad comunitaria.

d) Como consecuencia de todos los efectos descritos, contribuye a mitigar el efecto de invernadero, en especial las emisiones de CH₄, que, como se dijo antes, es mucho más pernicioso que el CO_2. Por ello, sus beneficios eventuales por la venta de bonos de reducción de GEI son mayores.

Finalmente, un comentario sobre el metanol, que es un derivado del metano, el principal componente del biogás. Este compuesto está a temperatura ambiente en forma líquida y puede ser un combustible directo, e incluso sustituir a la gasolina directamente en vehículos (de hecho, suele usarse en las carreras de autos, por su mayor contenido oxigenante) y, por supuesto, a partir de ese metano o del metanol, podría construirse toda una “metanoquímica”, equivalente a la petroquímica conocida. Es decir, a partir de la fermentación anaeróbica podríamos convertir a estos hidrocarburos en un recurso virtualmente renovable, a diferencia de sus otros homólogos hidrocarburos, obtenidos del petróleo y el gas natural, que hasta hoy, son un recurso no renovable, en vías de agotamiento.

Etanol, el menos conveniente de los agrocombustibles

En la jungla de teorías, propuestas y decisiones neuróticas, que caracteriza esta época de crisis energética, el etanol, en su aplicación como combustible vehicular, hoy tan mañosamente en boga, es el biocombustible que reúne los peores defectos. Las razones para ello son variadas, unas simples y otras complejas, a saber:

a) La elemental: que requiriendo insumos que han de cultivarse (maíz, soya, caña de azúcar, etc.) ex profeso para este propósito, requiere tierras de labor y, por tanto, es una competencia real y perniciosa para los alimentos;

b) Aparte de esa competencia desleal e inmoral en un mundo con hambre, todavía contrasta más que ese producto se dedica a una de las peores plagas ambientales y energéticas del mundo: el transporte automotor. Un trágico ejemplo de ello es que el Congreso de Brasil, presionando por su presidente y éste a su vez por Bush, el año pasado decretó que la Amazonia ya no tendría su extensión reconocida de 4 millones de kilómetros cuadrados, sino sólo de 2 millones, lo que abre esa extensión “sobrante” al irresponsable y así criminal, cultivo masivo de caña para los autos;

c) En términos tanto energéticos como económicos, producir etanol para este uso es un contrasentido palpable, pues su ciclo de proceso completo, desde el cultivo de sus insumos, su irrigación, fertilización, plaguicidas y cosecha, consume tantos recursos de hidrocarburos que es una opción económica y energéticamente mas costosa que los hidrocarburos que supuestamente sustituirá;

d) Además, el proceso requerido desde el cultivo hasta su transporte y distribución, produciría más gases de efecto invernadero que los combustibles que pretende reemplazar. Ello ha sido reconocido hasta por el Premio Nobel de Química Mario Molina, el MIT, Al Gore y Fidel Castro, hasta por The Economist y el Scientific American.

El biodiesel, según sus diversos variantes y origen, puede compartir o no, la misma condena que el etanol. Si lo que se propone es cultivar vegetales para obtenerlo, es igualmente cuestionable, aunque en menor medida si para su eventual elaboración se utilizan plantas silvestres como la higuerilla, la jatropha o el lirio acuático, que son endémicas de muchas zonas no utilizadas agrícolamente, o que hasta se les considera “plagas” vegetales.

El caso que sí nos parece plausible y hasta recomendable, es el de la elaboración de biodiesel a partir de aceites usados, ya sea como un reciclaje de aceites lubricantes o hasta de las populares “fritangas”.

– José Arias Chávez.

* Profesor-investigador del Programa de Energía de la Universidad Autónoma de la Ciudad de México. Ha llevado a cabo experiencias prácticas en digestión anaeróbica, entre otros para el Proyecto Xochicalli, Casa Ecológica Autosuficiente; para la OLADE, la Secretaría de Agricultra, los gobiernos de Michoacán, del DF y de Cuba (ppariasx@hotmail.com ).