Argentina. Biodigestión Anaeróbica en el Sector Avícola en ...
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Casos de Estudios para la Implementación de la Biodigestión Anaeróbica en el Sector Avícola en Argentina.
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Casos de Estudios para la Implementación de la Biodigestión Anaeróbica en el Sector Avícola en
Argentina.
El Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA) es un organismo estatal descentralizado con autarquía operativa y financiera, dependiente del Ministerio de Agroindustria de la Nación. Fue creado en 1956 y desde entonces desarrolla acciones de investigación e innovación tecnológica en las cadenas de valor, regiones y territorios para mejorar la competitividad y el desarrollo rural sustentable del país.Sus esfuerzos se orientan a la innovación como motor del desarrollo e integra capacidades para fomentar la cooperación interinstitucional, generar conocimientos y tecnologías y ponerlos al servicio del sector a través de sus sistemas de extensión, información y comunicación.
La institución tiene presencia en las cinco ecorregiones de la Argentina (Noroeste, Noreste, Cuyo, Pampeana y Patagonia), a través de una estructura que comprende: una sede central, 15 centros regionales, 52 estaciones experimentales, 6 centros de investigación y 22 institutos de investigación, y más de 350 Unidades de Extensión
Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria
Situación Energética
Provincia Bs. As.: Importa casi 100% de la energía utilizada
Sólo se autoabastece por eólica de las cooperativas
(ínfimo porcentaje).
Interior:
Al problema del recurso se le suma el
de infraestructura y costos en transporte y distribución eléctrica y
GLP.
Situación Ambiental
Provincia Bs. As.: 900.000 bovinos lecheros en 2800 tambos
500.000 porcinos en establecimientos de más de 100 animales.2000 establecimientos avícolas Frigoríficos y otros establecimientos que generan residuos y efluentes.
Contaminación de suelos; aguas superficiales y napas. Olores; insectos; GHG. Afectan a la sanidad humana, animal y ambiental.
Consecuencias
La aplicación de la normativa existente implica el cierre de casi la totalidad de los establecimientos.
Solución:
Generación distribuida con Energía primaria
Renovable y Local en tambos, producción porcina, avícola, agroindustria:
Eléctrica + Térmica = BgDA + CgET
Agregado de valor en Origen, trabajo local, insumos nacionales.Mayor eficiencia, ahorro en costos de transporte.
Mayor Sustentabilidad Ambiental – Efluentes, Suelos, GEIs
Problema Energético Rural Pampeano
¡¡ Energía Ajustable a demanda !!
Relevamiento de plantas de Biogas INTI-Probiomasa 2016
http://www.probiomasa.gob.ar/es/biblioteca.php
BgDA hoy
¿Qué hace falta para la transición?
Pocos casos: por necesidad ambiental extrema
(control de olores): Marcos Paz, Hernando.
Por convicción personal: Guadalupe Norte (Sta Fe), Capioví
(Misiones).
Inexistencia de políticas públicas. Sin control de
parámetros ni instalaciones.
Desarticulados del sistema
científico-tecnológico,académico y normativo.
BgDA a Futuro
BgDA en cada establecimiento pecuario intensivo y semi-intensivo, industriales con residuos orgánicos, eventual alternativa de producción
agrícola.
Recursos humanos.Viabilidad técnica y económica,
sistemas BgDA eficaces y eficientes.
Regulaciones energéticas, ambientales y de instalaciones
eficaces.
Sector Avícolas Ponedoras
Producción de Huevos
Fuente: CAPIA
Cantidad de Gallinas
Fuente: CAPIA
ProvinciaProducción de
huevos% Nacional
Entre Ríos 258 22,69
Buenos Aires 486 42,74Córdoba 71 6,24
Santa Fe 133 11,70
Neuquén 21 1,85
Rio Negro 20 1,76
Catamarca 0 0
Tucumán 15 1,32
Salta 23 2,02
Jujuy 9 0,79
Mendoza 77 6,77
Santiago del Estero 0 0
Chubut 4 0,35
La Rioja 0 0
San Luis 0 0
San Juan 20 1,76TOTAL 1137 100
Imagen Distribución de las Granjas Avícolas con Producción de Huevos. Año 2016. (Senasa)
42,74%
Granja Avícola
JUSTIFICACIÓN
❖Se genera 1.400.000 ton/año de Guano❖Los residuos no reciben ningun tipo de
tratamiento
Causando problemas de olores
Contaminación de acuíferos
Proliferación de patógenos y otros vectores
Emisión de gases de efecto invernadero.
• Transformar la materia orgánica en biogás, obteniendo además un efluente estabilizado.
• La Producción es constante durante todo el año. Los galpones de producción pueden tener desde 3.000-80.000 gallinas dependiendo la capacidad y tecnología empleada.
• Éstos residuos poseen abundante Nitrógeno y Fósforo
JUSTIFICACIÓN
Características Guano de Ponedoras
Biomasa húmeda: gallinas ponedoras
16.596,78 tep/año
Cual es el Riesgo ?
Suerte Teórico Escala Piloto Escala Planta
$$$$$$
Incertezas
Laboratório
Cual es el Riesgo ?
Suerte Teórico Escala Piloto Escala Planta
$$$$$$
Incertezas
Laboratório
Potencial de Biogás Teórico
LA IMPORTANCIA DE UN BUEN MONITOREO:
- Cantidad de residuos/efluentes- Composición de las fases sólidas y líquidas- Análisis de las corrientes
-Humedad, Materia Seca (ST)-Materia Organica: COT, DQO, DBO, SV-Amonio-Proteína-Lípidos-Fibras -Metales-Biogás/Metano
Potencial teórico de biogás/metano
𝐶𝑐 𝐻ℎ𝑂𝑜𝑁𝑛𝑆𝑠 + 𝑦𝐻2𝑂 → 𝑥𝐶𝐻4 + 𝑛𝑁𝐻3 + 𝑠𝐻2𝑆 + 𝑐 − 𝑥 𝐶𝑂2
1𝑥 = ∙ (4𝑐 + ℎ − 2𝑜 − 3𝑛 − 2𝑠) 8
14
𝑦 = ∙ (4𝑐 − ℎ − 2𝑜 + 3𝑛 − 3𝑠)
Donde,
Simplificando (para substratos sin N y S):
𝐶𝑐𝐻ℎ𝑂𝑜 →𝑐 ℎ 𝑜
+ − 𝐶𝐻4 +2 8 4
𝑐 ℎ 𝑜− + 𝐶𝑂22 8 4
Potencial teórico de biogás/metano
•Ejemplo:•Cual es el volumen de biogás producido de 1 g de glucosa?
• 𝐶6𝐻12𝑂6, > 99% pureza
• Volumen de biogás CNTP: 22,4 L/mol
•𝐶6𝐻12𝑂6 → 3𝐶𝐻4 + 3𝐶𝑂2 1 mol glucosa genera 6 mol de Biogás
• MC
= 12 g/mol; MH
= 1 g/mol; MO
= 16 g/mol
Mglucosa
= 180 g/mol
1 g de glucosa = 0,005555 mol 0,033333 mol de biogás
~ 750 mL
CAMINO DE LOS ANALISIS (weender Futtermittel-Analyse)
Sustrato
sólidos volátiles (SV) agua
sólidos totales (ST) ceniza
proteína (RP) grasa (RL) fibras (RF)Sustancias N-libres (nfe)
celulosa lignina
almidón azúcar Hemicelulosa Pectinas
NPNproteína
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Maíz ensilado Resultados de los análisis "weender Futtermittel-Analyse"
Unidad Valorvariación Biogas
[l/kg SV]
Ø Biogas
[l/kg SV]metano
[%]
sólidos totales [%] 29
ceniza [g/kg ST] 53
proteínas [g/kg ST] 92 600-700 650 72,5
VQRP (proteínas digeribles) [%] 57
grasa [g/kg ST] 42 1000-1250 1100 70,5
VQRL (grasa digerible) [%] 82
fibras [g/kg ST] 185 700-800 750 52,5
VQRF (fibras digeribles) [%] 63
Sustancias N-libres [g/kg ST] 628 700-800 750 52,5
VQNfE (Sustancias N-libres) [%] 78
Ejemplo:
25
Resultados del cálculo Unidad masa [kg/kg ST]
masa [kg/kg SV]
Biogas [l/kg SV]
metano [l/kg SV]
sólidos volátiles 0,947
proteínas digeribles [kg/kg SV] 0,05244 0,05537 36,0 26,1
grasa digerible [kg/kg SV] 0,03444 0,03637 40,0 28,2
Hidratos de carbono digeribles [kg/kg SV] 0,6064 0,6403 480,2 252,1
26
Biogas [l/kg masa
fresca]Biogas
[l/kg SV]
metano [l/kg masa
fresca]metano [l/kg SV]
metano [%]
Característica teórica del Sustrato (Baserga): 153 556 84 306 55,1%
27
Cual es el Riesgo ?
Suerte Teórico Escala Piloto Escala Planta
$$$$$$
Incertezas
Laboratório
Reactores Batch Inyección de Nitrógeno
Estufa a 36°C Sistema de medición de biogás
ENSAYO DE POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
ENSAYO DE POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
ENSAYO DE POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
Sistemas automatizados (comerciales)
ENSAYO DE POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS - PRODUCTIVIDAD
Cual es el Riesgo ?
Suerte Teórico Escala Piloto Escala Planta
$$$$$$
Incertezas
Laboratório
Ensayos contínuos/semi-contínuos (Piloto)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
28,0 78,0 178,0 228,0
CO
V (
kgSV
/(m
3 .d))
Pro
du
tivi
dad
e d
e B
iogá
s (L
N/(
L reat
or.d
))
128,0
Tempo de operação (Dias)
R2
COV
✔ Verificación de processos (downscale)✔ Simulación de partida de reactores✔ Diferentes configuraciones de
reactores
GENERACIÓN Y COMPOSICIÓN DEL BIOGÁS
1 Kg de DQO removida genera 350 L CH4
Se deberá monitorear la producción y calidad del biogás para poder determinar la EFICIENCIA DEL REACTOR.
¿CÓMO SE MIDE EL VOLUMEN GENERADO?
BIOGÁS: Mediante caudalimetros o mediante
desplazamiento de un gasómetro de campana
invertida
¿CÓMO SE MIDE LA CALIDAD DE BIOGÁS?
Con sensores de metano
Con cromatografía gaseosa
Sensor de metano
Cromatografía gaseosa
Casos de estudio Locales
Laboratorio de Biocombustibles EEA Pergamino
Buenos Aires Argentina
Sector Aves EEA Pergamino Buenos Aires
Argentina
OBJETIVOCaracterizar el guano producido en un galpón de 100 gallinas ponedoras.
Valorizar energéticamente este residuo por medio de un ensayo discontinuo de biodigestion anaeróbica.
Evaluar el proceso de degradación, mediante el ensayo en reactores anaeróbicos pilotos con agitación y control de temperatura.
CARACTERIZACIÓN GUANO DE GALLINA
0,088 Kg Excretas/ave. día
Livianas Pesadas
0,169 Kg Excretas/ave. día
Fuente: ASABE, 2010 Fuente: Datos propios
CARACTERIZACIÓN GUANO DE GALLINA
Hermeticidad Inyección de Nitrógeno
Estufa a 36°C Sistema de medición de biogás
ENSAYO DISCONTINO DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
Resultados
81,78 L/kg
Armado
• Tubos de PVC 160 mm de diámetro,volumen de 7.5 L y tubería de ½”
Armado
Calefacción
Ensayo en Reactores Continuos
Ensayo en Reactores Continuos a escala Piloto
3 reactores de 10 L de Capacidad
Con control de agitación y temperatura
Velocidad de carga de 1,5 Kg SV/m3
Tiempo de residencia de 37 días.
Biogás Generado
Composición del Biogás
MultiTec® 540
Composición del Biogás
Parámetros del Proceso
Eficiencia de eliminación de materia orgánica : 65%Tasa de mineralización de proteínas: 90%
Rendimiento de Biogás
0,169 Kg Excretas/ave
. día
13,9 L Biogás/ave.
día
9,6 L Biogás/ave.
día
69%
Fuente: Datos propios Ensayo discontinuo Ensayo continuo
Rendimiento Energético
Guano (kg/Ave.Día) Guano (Kg/100 Aves.Día)
0,17 17Biogás (L/Kg) Biogás (L/17Kg)
81,78 1390,26Eficiencia (%) Biogás (L/17Kg)
69 959,28
¿Para que puede servir el biogás?
IluminaciónSistemas de calefacción
Cocción de alimentos
Generación de energía
1 m3 de biogás/día
1 lámpara de gas durante 12 horas
Cocinar durante 2-3 horas con un quemador mediano
Calentar agua en un termotanque de 110 litros durante 1 a 3 horas
Hacer funcionar un motor de 1 HP de ciclo Otto durante 1 hora
Conclusiones
Se pudo cuantificar el residuo del guano de aves generado.
Se logro producir biogás en forma estable
Se logro obtener el valor de rendimiento del proceso.
Información valiosa que posibilitará llevar adelante proyectos de este tipo.
Evaluación de la Performance de la digestión anaeróbica y la co-digestión
de residuos solidos orgánicos en reactores
semicontinuos
Producción N de animales/establecimiento
Kg excretas/animal.d
Kg Residuos/establecimiento.d
Aves ponedoras 10000 0,10-0,150 1000
Evaluar la performance de la digestión anaeróbica guano de avicola ponedora y la codigestión de guano con residuos frutihortícolas
OBJETIVO
MATERIALES Y METODOS
✔ 8 % TS✔ VE: 19 L✔ T: 34.5 1.4 ºC✔ Periodo de adaptación: 7 meses (OLR of 0.5, 1, 1.5 y 2 gVS/l.d)✔ Estado estacionario: OLR of 2gVS/l.d , 114 días✔ PARAMETROS:-En el lodo: pH, DQO, ST, SV, ácidos orgánicos volátiles (VFA), alcalinidad total (AT) and alcalinidad parcial (AP) una vez por semana; nitrógeno total kjeldhal (TKN), Total ammonia nitrogen (TAN) and nitrógeno amoniacal libre (FAN) en las últimas seis semanas.- En biogas: producción diaria (l) y contenido de CH4, CO2 and H2 por cromatografia gaseosa en las últimas seis semanas.Análisis Estadístico: ANOVA (INFOSTAT)
Reactor Gasometer
Bag
PM-FVW; 1:1PM
Monitoreo del Proceso
pH VFA/TA
PM-FVW 7.44 ± 0.32a 0.84 ± 0.06a
0.10 ± 0.04a
PM 7.55 ± 0.23a 0.85 ± 0.06a
0.11 ± 0.06a
CONDICIONES ESTABLES
VS d(%) COD d(%) TKN (g/l) TAN (g/l)
PM-FVW 64.94± 8.91a 65.07 ± 3.22a 3.16 ± 0.72a 2.55± 0.16a
PM 58.47 ± 7.36a
62.72 ± 17.4b 4.36 ± 0.33b 3.38 ± 0.33a
Elevada eficiencia de remociónde la materia organica
Altos niveles de nitrógenototal y amoniacal
✔ ALTOS VALORES DEPENDIENTES DE PH✔ NO HUBO INHIBICION
BIOGÁS
✔ Codigerido✔ Disminución del rendimiento en
guano solo ( FAN )
PM 114 d (>FAN)
PM-FVW>PM 32%+
✔La codigestión con residuos frutihorticolas mejoro la
produccion de biogas
✔FAN afecto el rendimiento de metano en PM
✔Adaptacion de bacterias
✔Monitoreo del proceso
Co-Digestión de Guano deGallina con Alperujo de Oliva
Distribución territorial de los residuos
Caracterizacióndelos residuos:
Alperujo•Residuo Estacional.
• Compuesto por agua, y rico en
Carbono (grasa, aceite y fibra).
•Los residuos generados oscilan
entre 20-100 T/día.
Guano de Gallina
Residuo Constante durante todo
el año.
Posee abundante Proteína
(Nitrógeno y Fósforo).La producción puede generar de
1-13 T/día de estiércoldependiendo la capacidad ytecnología empleada.
•
•
•
3 Viabilidad TécnicaEnsayo discontinuo
Hermeticidad Estufa a 36°C
Inyección de Nitrógeno
Viabilidad TécnicaEnsayo discontinuo: Medición de Biogás
Biogás (L/Kg de Sustrato)
En el Territorio
Otros Estudios
Ensayos de fitotoxicidad
Ensayos en maceta
Ensayos con sustratos de Humedales construidos
Características del Efluente (Potencial Biofertilizante)
•pH: 8.24
•C.E.: 19,51 dS/m
•NH4: 2.790 mg/L
•NH3: 463 mg/L
Solo las diluciones del 1-3% tuvieron
IG>80
ENSAYOS DE FITOTOXICIDAD
IG<50 alta fitotoxicidadIG entre 50-80 fitotoxicidad moderadaIG>80 no presenta fitotoxicidad
Bioensayo de toxicidad
Las concentraciones (v/v) correspondientes a los tratamientos fueron:0% (control, agua destilada), 1,5%, 3%, 6%, 12% y 25%.
Número de semillas germinadas por día
0
2
4
12
10
8
6
0 1 2 4 5 63
Días
Núm
ero
sem
illas
ger
min
adas
0%Control
1,50%
3%
6%
12%
25%
0 1 2 3 5 6 7
IG (%
)
4CE (mS/cm)
Relación entre Indices de Germinación (IG%) y Conductividad Eléctrica (CE) en los Tratamientos
120
100
80
60
40
20
0
80706050403020100
0% 1,50% 12% 25%
Longitud Radícula (mm)
Lon
gitu
d R
adíc
ula
(mm
)
3% 6%Tra ta mientos
ab
c
d d
a
454035302520151050
0% 1,50% 12% 25%
Longitud Hipocótilo (mm)
Lon
gitu
d H
ipoc
ótilo
(mm
)
3% 6%Tra ta mientos
aa
b
c c
a
Ensayo en macetas en invernáculo
suelo solo (testigo 1)suelo + dosis baja
efluentesuelo + dosis alta efluentesuelo + dosis baja fert qco con N
y Psuelo + dosis alta fert qco con N y P
Macetas sin plantas
Macetas con plantas
Lactuca Sativa
suelo + planta (testigo 2) suelo + planta + dosis baja efluente suelo + planta + dosis alta efluente
suelo + planta + dosis baja fert qco con N y P suelo + planta + dosis alta fert qco con N y P
EfluenteDosis baja: 6,5 ml efluente/kg suelo – 70 kg N/ha y 21 kg P/ha Dosis alta: 19,5 ml efluente/kg suelo – 210 kg N/ha y 63 kg P/ha
Fertilizante químicoDosis baja: 70 kg N/ha y 21 kg P/haDosis alta: 210 kg N/ha y 63 kg P/ha
Se realizóMuestreo inicial de suelo una semana después de la aplicación delos tratamientos y muestreo final de suelo a cosecha.Determinaciones en suelo: CE, pH, CO, Pext, Ntotal, NO3
-, NH4
+, Ca, Mg, Na y K, CBM, Respiración, Csoluble y qCO2.
Evaluaciones durante el ensayo:•Índice de verdor
•Necrosis foliar en hojas apicales
•Senescencia foliar
A cosecha•Altura de plantas• N* hojas por planta• Senescencia foliar• Índice de verdor• Necrosis foliar• Peso fresco biomasa
aérea• Peso seco biomasa
aérea•Diámetro foliar por toma fotográfica
Peso seco biomasa aérea (g)
Peso fresco biomasa aérea (g)
Co-digestión de guano con Junco Guano-Junco: 5:1 base húmeda (80% guano-20%junco)
105L/kg H
96 L/kg H
80 L/kg H
Guano+Junco>G 31%+
Co-digestión de guano con Junco Guano-Junco: 5:1 base húmeda (80% guano-20%junco)
635L/kg sv
615L/kg sv
550L/kg sv
Guano+Junco>G 16%+
