El abastecimiento de energticos comerciales como la electricidad, gas natural o licuado y otros, al medio rural, tiene grandes restricciones debido

al aislamiento, dispersin, falta de vas de comunicacin, etc., de muchasde las comunidades rurales.

Una de las soluciones capaces de ayudar a resolver en parte esta situacin est en las plantas de biogs, las que pueden operar a partir de casi toda la materia orgnica, especialmente de residuos agrcolas y basuras as como de desechos de animales y humanos. Por medio de este proceso se obtienen gas combustible y fertilizantes, resolviendo al mismo tiempo serios problemas ambientales al convertir desechos que hacen proliferar larvas y moscas, en recursos tiles.

El biogs es una mezcla de gases cuyos principales componentes son el metano y el bixido de carbono, el cual se produce como resultado de la fermentacin de la materia orgnica en ausencia de aire, por la accin de un grupo de microorganismos.

Cuando esta mezcla de gases se produce en forma natural, se le llama

gas de los pantanos, fue descubierto y reportado por Shirley en1667 y es el responsable de los llamados fuegos fatuos. Volta fue el primero en reconocer una relacin entre el gas de los pantanos y la vegetacin en descomposicin en el fondo de los lagos.

Con el trmino biogs se designa a la mezcla de gases resultantes de la descomposicin de la materia orgnica realizada por accin bacteriana en condiciones anaerobias.

La composicin de biogs depende del tipo de desecho utilizado y las condiciones en que se procesa.

Los principales componentes del biogs son el metano (CH4) y el dixido de carbono (CO2). Aunque la composicin del biogs varia de acuerdo a la biomasa utilizada, su composicin

aproximada se presenta a continuacin (Werner 1989):

GAS Metano, CH4

VOLUMEN 54 - 70% volumen

Bixido de carbono,CO2 Hidrgeno, H2

27 45%

1 - 10%

Nitrgeno, N2

0.5 3%

Acido H2S

Sulfdrico,

0.1%

Como se seal anteriormente, el biogs se produce mediante el proceso de fermentacin de la materia

orgnica en ausencia de aire o sea en condicionesanaerbicas, quedando como residuo el proceso de lodo estabilizado que es un excelente mejorador de suelos con un alto valor fertilizante.

Debido a esto ltimo, es factible procesar los desechosanimales y residuos agrcolas que se encuentran presentes en el medio rural para producir gas combustible, sin afectar el uso actual que se le da a estos materiales, los que generalmente se reincorporan a los terrenos de cultivo.

Un digestor de desechos orgnicos o biodigestor es, en su forma ms simple, un contenedor cerrado, hermtico e impermeable (llamado reactor), dentro del cual se deposita el material orgnico a fermentar (excrementos de animales y humanos, desechos vegetales-no se incluyen ctricos ya que acidifican-, etctera) en determinada dilucin de agua para que a travs de la fermentacin anaerobia se produzca gas metano y

fertilizantes orgnicos ricos en nitrgeno, fsforo ypotasio, y adems, se disminuya el potencial contaminante de los excrementos.

El fenmeno de biodigestin ocurre porque existe un grupo demicroorganismos bacterianos anaerbicos presentes en el material fecal que, al actuar sobre los desechos orgnicos de origen vegetal y animal, producen una mezcla de gases con alto contenido de metano (CH4) llamada biogs, que es utilizado como combustible. Como resultado de este proceso genera residuos con un alto grado

de concentracin de nutrientes y materia orgnica (ideales comofertilizantes) de moscas. que pueden ser aplicados frescos, pues el tratamiento anaerobio elimina los malos olores y la proliferacin

Se deben controlar ciertas condiciones pH, presin y temperatura a fin de que se pueda obtener un ptimo rendimiento.

Tipos de biodigestores

Los biodigestores se clasifican en dos grandes tipos de Flujo Discontinuo y de Flujo Continuo.Biodigestores de flujo discontinuo

La carga de la totalidad del material a fermentar se hace al inicio del proceso y la descarga del efluente se hace al finalizar el proceso; por lo general requieren de mayor mano de obra y de un espacio para almacenar la materia prima si esta se produce continuamente y de un deposito de gas (debido a la gran variacin en la cantidad de gas producido durante el proceso, teniendo su pico en la fase media de este)o fuentes alternativas para suplirlo.

Biodigestores de flujo continuo

La carga del material a fermentar y la descarga delefluente se realiza de manera continua o por pequeos baches (ej. una vez al da, cada 12 horas) durante el

proceso, que se extiende indefinidamente a travs deltiempo; por lo general requieren de menos mano de obra, pero de una mezcla mas fluida o movilizada de manera

mecnica y de un deposito de gas (si este no se utiliza ensu totalidad de manera continua).

TEMPERATURA DE FORMACION DE BACTERIASEl proceso se lleva a cabo en un amplio rango de temperaturas, desde 15 hasta 60 grados centgrados. Sin embargo, para que las bacterias formadoras de metano trabajen en forma ptima, se requiere mantenerlas a temperaturas que oscilan entre 30 y 60 grados centgrados, dependiendo del tipo de bacterias que se adapten y desarrollen.

TIEMPO DE RETENCIN Las bacterias requieren de un cierto tiempo para degradar la

materia orgnica.

La velocidad de degradacin depende en

gran parte de la temperatura, ya que a mayores temperaturas el tiempo de retencin requerido para obtener una buena produccin de gas es menor.

VALOR DE ACIDEZ (pH) Una vez estabilizado el proceso fermentativo el pH se mantiene en valores que oscilan entre 7 y 8,5. Debido a los efectos buffer que producen los compuestos bicarbonato-

dixido de carbono (CO2-HCO3) y Amonio -Amonaco (NH4NH3) el proceso en s mismo tiene capacidad de regular diferencias en el pH del material de entrada.

Las desviaciones de los valores normales es indicativo de un fuerte deterioro del equilibrio entre las bacterias de la faz cida y la metanognica provocado por severas

fluctuaciones en alguno de los parmetros que gobiernanel proceso.

AGITACION Y MEZCLADO Los objetivos buscados con la agitacin son: remocin de los metabolitos producidos por las bacterias metangenas, mezclado del sustrato fresco con la poblacin bacteriana, evitar la formacin de costra que se forma dentro del digestor, uniformar la densidad bacteriana y evitar la formacin de

espacios muertos sin actividad biolgica.En la seleccin del sistema, frecuencia e intensidad de la agitacin se debern realizar las siguientes consideraciones: El proceso fermentativo involucra un equilibrio simbitico entre varios tipos de bacterias. La ruptura de ese equilibrio en el cul el metabolito de un grupo especfico servir de alimento para el siguiente implicar una mema en la actividad biolgica y por

ende una reduccin en la produccin de gas.

NUTRIENTES Adems de una fuente de carbono orgnico, los microorganismos requieren de nitrgeno, fsforo y otros factores de crecimiento que tienen efectos complejos. Los niveles de nutrientes deben de estar por encima de

la concentracin ptima para las metanobacterias, yaque ellas se inhiben severamente por falta de nutrientes.

Sin embargo, la deficiencia de nutrientes no debe ser un problema con los alimentos concentrados, pues estos aseguran en ms que suficientes las cantidades de

nutrientes.

TOXICIDADLos compuestos txicos incluso en bajas concentraciones, afectan la digestin y disminuyen los niveles de metabolismo. Las bacterias

metanognicas son generalmente las ms sensibles, aunque todos los grupos pueden ser afectados. Un nutriente esencial tambin puede ser txico si su concentracin es muy alta.

METANOGENESIS El dixido de carbono es comn en la naturaleza y es un producto importante del metabolismo energtico de los organismos

quimioorganotrficos. Los procariotas reductores de CO2 ms importantes son los metangenos, un grupo de arqueobacterias anaerbicas estrictas que emplean generalmente el H2 como donante de electrones.

Hay por lo menos diez substratos que se convierten en metano por la accin de uno u otro metangeno, todos los cuales liberan energa adecuada para la sntesis de ATP.

La conversin de acetato a metano aparece como un proceso ecolgico muy importante en digestores de residuos y en

medios

anxicos

de

agua

dulce,

donde

no

hay

una

competencia excesiva por el acetato con otras bacterias.

A pesar de que la produccin de metano est muy extendida, son pocos los compuestos de carbono que sirven como precursores directos de la metanognesis. Por lo tanto, es un proceso que depende de la produccin de esos compuestos por otros organismos, a partir de la materia orgnica compleja.

Se puede

construir un biodigestor anaerbico casero a partir de un

bidn (turril) con capacidad entre 120 y 220 litros, en este caso seutilizo una garrafa de fren reciclada de capacidad de 13.2 lt. No se necesitan grandes conocimientos tcnicos ni materiales difciles de conseguir para su construccin.

El diseo propuesto es bastante comn, y adicionar residuos orgnicosdiariamente. Como residuo orgnico de este biodigestor utilizaremos restos de comida y restos de vegetales ya que el 90-96% de las verduras es agua, y para demostrar el contenido de agua en los restos de comida a continuacin una tabla de valores, ya que el agua tiene un papel importante en la descomposicin de la materia orgnica.

ALIMENTOS

N de muestra

Humedad g/100 g Promedio

Materia grasa g/100g Promedio

Colesterol mg/100g Promedio

VSCERAS Y HUEVOS Riones de vacuno Hgado de vacuno Sesos de vacuno Hgado de ave Yema de huevo ALIMENTOS GRASOS 4 4 3 4 6 76,2 67,7 77,6 72,1 50,7 2,4 4,4 10,8 4,7 31,4 348,9 300,8 2.420 454,7 1.118,6

MantequillaManteca cerdo Aceite pescado Margarina origen marino Manteca hidrogenada origen marino

3 2 2 4 4

18,415,9 -

79,9100 100 80,6 100

178,768,5 423,1 252,6 132,2

Margarina origen marino vegetal 2

-

80,0

22,2

Manteca hidrogenada origen marino vegetal-

2

100

10,8

Los usos para este biogs podran ser cocinar algunos alimentos, calefaccionar una estancia, iluminar o simplemente para proyectos o experimentos caseros. Para esto ltimo sera muy til un mechero Bunsen ya que

permite regular el flujo de gas y la mezcla de aire-biogsde forma sencilla.

El biodigestor debera construirse de acuerdo a ladisponibilidad continuacin. de recursos y no tratar de hacerlo exactamente con los materiales que mencionar a

Acurdese de las tres R; reducir, reusar y reciclar.

Materiales y su descripcin:Como material principal utilizamos dos garrafas de freones recicladas, con el correspondiente aseo, ya que los recipientes deben estar bien limpios para que no exista qumico alguno que pueda interferir en el crecimiento de los

microorganismos.

Una manguera para riego de para la conexin entre garrafas, ya en una se realizara la produccin y en la otra como deposito del biogs.

Se hizo soldar una cupla de en un lado de la 1ra garrafa para utilizarlo como entrada para los residuos, y un tapn de plstico para caera de para cerrar la entrada de los residuos de forma que no escape el biogs.

En la 2da garrafa, se hizo soldar un pico (que forma parte del tapn de una manguera de gas) el cual servir para conectar con la 1ra garrafa mediante la manguera.

Abrazaderas, para asegurar la manguera. Pintura color negro para pintar la 1ra garrafa de produccin, para que as absorba mas calor y se acelere un poco la degradacin.

Pedazo de bombril, que servir como filtro en el paso del biogs al depsito.

Un manmetro para controlar la presin del biogs.

Como embudo, la mitad de una botella plstica de 2 lt.

Los resultados se empezaran a ver a partir de los 15 dias o un poco mas.

GENERALIDADESEl diseo de una planta de biogs depender del tipo y cantidad de desechos disponibles, de las

condiciones climticas, as como de los materiales deconstruccin de que se disponga en cada sitio.

Con objeto de minimizar los costos de la planta, sta deber ser de un tamao adecuado a cada necesidad, construida hasta donde sea posible con materiales y mano de obra locales.

DIMENSIONAMIENTO Y DISEO Antes de proceder al diseo de una planta para el medio rural, es preciso determinar el potencial de generacin de biogs presente, con el objeto de definir su factibilidad, tomando en cuenta que la forma de manejo del ganado en estas comunidades impide recolectar todo el estircol producido por sus animales. Por lo tanto, la condicin a satisfacer es que se pueda disponer de una cantidad mnima de desechos que permita producir el biogs requerido para satisfacer las necesidades que se pretenden cubrir.

Los datos experimentales que a continuacin se presentan permiten hacer este tipo de clculos.Estircol Fresco producido al da 10.00 (a) Cerdo (.) Gallina (.) Heces Humanas 02.25 00.18 00.40 Lts. de biogs (b) por cada Kg. fresco 60 78 62 70

Tipo de Animal

UBICACION Una decisin importante es la relativa al lugar donde se construya una planta de biogs. Deber ser un sitio donde la materia prima est accesible y el agua requerida est disponible, para efectuarla carga diaria. Se debe procurar estar lo ms cerca posible del punto del biogs y al mismo tiempo facilitar el empleo del bioabono o su almacenamiento en caso de ser necesario.

La topografa del lugar as como las caractersticas del suelo, tendrn influencia en el tipo de digestor, tcnica constructiva y costos.

Los niveles de las aguas subterrneas pueden tambin obligar a utilizarcierto tipo de planta o a cambiar la ubicacin. Desde el punto de vista meteorolgico, deber buscarse un sitio al abrigo del viento, de preferencia un lugar soleado, cuidando que la insolacin no provoque fallas por esfuerzos trmicos en las cpulas expuestas al sol.

ESQUEMA DE OPERACIN DE UNA PLANTA DE BIOGS

MANTENIMIENTO Es esencial que todos los componentes del sistema estn libres de fugas de gas para eliminar prdidas del mismo, y acumulacin de gas combustible en reas confinadas, por motivos de seguridad, as como la entrada de aire al sistema lo que inhibe el proceso. Por lo tanto, se debern efectuar inspecciones rutinarias por lo menos una vez por semana, para asegurar que no se presente este tipo de fallas, y permitir su correccin en el momento de ser detectadas.

UTILIZACIN DEL BIOGS El biogs puede usarse directamente en quemadores, como por

ejemplo en estufas, lmparas, refrigeradores, etc., o bien puedeser utilizado como combustible en mquinas de combustin interna.

Si el biogs se va a quemar directamente, slo es necesario eliminar las gotas de agua en suspensin que son arrastradas por el gas al salir del digestor, evitando as la obstruccin de las tuberas en las que se maneja el biogs. Una forma de eliminar esta agua es haciendo pasar el gas a travs de un separador de lquidos, que consiste bsicamente en un

recipiente que guarda una temperatura ms baja que el biogs,para condensar el vapor de agua y atraparlo. Si el gas va a ser usado como combustible en un motor de combustin interna, es necesario eliminar las trazas de cido sulfhdrico (H2S). Para quitar esta impureza se hace pasar el biogs a travs de una trampa de limadura de hierro, mediante la cual quedan eliminadas las trazas de HS.

En definitiva los biodigestores ofrecen una serie de ventajas medioambientales y econmicas:

Producen biogs, que puede ser usado como combustible para, por ejemplo, cocinar alimentos sin que adquieran un olor o sabor

extrao. Al utilizar esta fuente de energa se evita el uso de lea,contribuyendo a la disminucin de la deforestacin.

Permiten aprovechar los excrementos, restos de comida, desechos de mercado; evitando asi problemas de contaminacin de aguas, malos olores o criadero de insectos y controlan los microorganismos capaces de generar enfermedades (patgenos).

Coadyuvando a la salud de la poblacin beneficiaria con la instalacin de letrinas ecolgicas conectadas a los sistemas de biodigestin.

Mejorando la eficiencia energtica de las cocinas tradicionales, respetando el tradicional uso de esta forma de cocinar, sobre todo en rea rural.

Se introdujo una tecnologa, viable, culturalmente aceptable y eficiente para prevenir las emisiones de GEI, asegurando la sostenibilidad.

La construccin de biodigestores conlleva tambin una serie de inconvenientes:

Su ubicacin debe estar prxima a la zona donde se recoge el sustrato de partida y a la zona de consumo, tanto para acumular los desechos orgnicos como para abaratar los costes que supone la canalizacin del sistema. La temperatura debe ser constante y cercana a los 35 C, lo que puede encarecer el proceso de obtencin en climas fros.

Puede generar como subproducto sulfuro de hidrgeno, un gas txicoy corrosivo que puede adems reducir la capacidad calorfica del biogs, encareciendo el proceso por la necesidad de depurarlo. Puede haber posibles riesgos de explosin, en caso de no cumplirse las normas de seguridad para gases combustibles. Bajo poder calorfico en comparacin a los de hidrocarburos.

Garrafa de fren reciclada, pintada de negro para que absorba ms el calor.

La fotografa ilustra a la garrafa con la manguera de conexin y se puede observar la abertura por donde ingresara el residuo, con su respectivo tapn.

En

la

imagen

se

puede

apreciar la conexin entre las dos garrafas. La de color negro de produccin y la segunda de depsito.

Vista

panormica

del

biodigestor.