07 Febrero 2020

Sistema de biogás

Autor
Elizabeth Tilley, Lukas Ulrich, Christoph Lüthi, Philippe Reymond, Roland Schertenleib y Christian Zurbrügg (EAWAG/SANDEC)
Adaptado por
Leonellha Barreto Dillon (seecon)

Descripción del sistema

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Este sistema, conocido en México como sistema de biodigestores anaerobios, se basa en el uso de “un tanque cerrado, hermético e impermeable, comúnmente llamado reactor de biogás, dentro del cual se deposita el material orgánico a tratar (excrementos de animales y humanos, desechos vegetales-no cítricos, entre otros” (CONAGUA s.f.). En comunidades rurales, este sistema tiene como objetivo principal recolectar y usar el biogás como una fuente alternativa de energía, evitando el uso de leña para cocinar, lo que promueve la conservación de áreas naturales y bosques (CONAGUA s.f.); además de que es un combustible limpio que no genera partículas suspendidas o monóxido de carbono evitando la contaminación intramuros y, por consiguiente, enfermedades respiratorias (LINKE et al. 2013). Los afluentes del sistema pueden incluir orina, heces, agua de arrastre, materiales secos de limpieza, orgánicos (por ejemplo, desperdicios de mercado o cocina) y desperdicios de producción agropecuaria (en especial heces de animales).

Los materiales secos de limpieza pueden ser descargados en el reactor de biogás; sin embargo, para acelerar la digestión y garantizar reacciones homogéneas dentro del tanque, los materiales grandes deben romperse o cortarse en trozos pequeños. Los materiales como la madera o la paja son difíciles de degradar y deben evitarse en el sustrato. Las aguas grises pueden servir para mezclar e hidrolizar los desechos externos al sanitario que se agregan al sistema, sin embargo, no se deben agregar aguas grises con baja carga orgánica en el reactor de biogás, ya que reducen sustancialmente el tiempo de retención hidráulica. Este sistema utiliza como interfase de usuario un sanitario con arrastre hidráulico, aunque es más común la utilización del sanitario de tanque en el contexto mexicano. La taza está directamente conectada al reactor de biogás (biodigestor o digestor anaerobio) para la recolección y el almacenamiento/tratamiento. Asimismo, se podría usar adicionalmente un mingitorio seco conectado a un tanque de almacenamiento de orina para su recolección. La ventaja de separar la orina del reactor es que puede ser utilizada por separado como fuente concentrada de nutrientes sin contaminación por patógenos.

Debido a que el proceso de biodigestión se lleva a cabo en ausencia de aire, los microorganismos anaerobios convierten el material orgánico en biogás que se puede emplear para cocinar, iluminar con lámparas de gas o generar electricidad. Hay que considerar, sin embargo, que la carga orgánica de los humanos, en comparación con la de los animales es baja. Por ejemplo, una vaca puede producir suficiente estiércol para generar biogás y cocinar durante una hora y media al día, mientras que los desechos humanos producen biogás solo por 2 o 3 minutos al día (SISTEMA BIOBOLSA 2018). Por lo tanto, para una producción significativa de biogás, se recomienda la alimentación de estos sistemas con aguas negras más el estiércol animal.

El biogás producido debe ser usado de manera constante; por ejemplo, como combustible limpio para cocinar o para iluminación. Si el gas no se quema, se acumulará en el tanque y, al aumentar la presión, el material digerido saldrá expulsado hasta que el biogás escape en la atmósfera por la salida de material digerido. El metano, principal componente del biogás, es más nocivo para la atmosfera que el CO2, por lo que su liberación sin ser quemado no es recomendable. Asimismo, el proceso produce biol, un lodo rico en nutrientes derivado de la materia orgánica fermentada, que, según los agricultores que lo emplean como fertilizante, puede aumentar la producción de cultivos entre 20% y 50% (REDBIOLAC 2018). Si bien el lodo ha pasado por una digestión anaerobia, no está libre de patógenos y debe usarse con precaución, sobre todo si no se le da otro tratamiento. Dependiendo de cómo se utilice, podría requerir tratamiento adicional (por ejemplo, en lagunas de sedimentación/espesamiento o co-compostaje antes de su aplicación. Los lineamientos para el uso seguro de lodo han sido publicados por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y se mencionan, según corresponda, en las fichas de descripción de tecnologías.

Consideraciones para las zonas rurales de México

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Este sistema es recomendable en zonas rurales donde hay suficiente espacio, una fuente regular de sustrato orgánico para el reactor de biogás y un uso para el biol y el biogás. En México, existe amplia experiencia en el uso de sistemas de biodigestión, especialmente para gestionar residuos agropecuarios en granjas en los estados de Coahuila, Durango, Guanajuato, Jalisco, Michoacán, Nuevo León, Puebla, Querétaro, Sonora, Veracruz y Yucatán (SAGARPA-FIRGO 2009). Sin embargo, un diagnóstico (SAGARPA-FIRGO 2009) reveló una serie problemas relacionados con el diseño, la operación y el mantenimiento de las unidades, así como un desconocimiento generalizado del funcionamiento y los requerimientos de sistema por parte de los propietarios.

Otras experiencias mundiales en el tratamiento de aguas negras con biodigestores (GENSCH 2008; WAFLER et al. 2009) revelan la importancia de un buen diseño, sobre todo para asegurar el tiempo de retención hidráulica, y la capacitación y supervisión de los constructores, quienes ofrecen sistemas de biogás inadecuados, dando una mala reputación al sistema. Ya que la existencia de capacidades de la población es un factor fundamental para el éxito del sistema, los biodigestores son una excelente opción para las casas dispersas con capacidades y recursos, ya sea con suficiente agua o con escasa disposición de agua.

De acuerdo con CONAGUA (s.f.), en México se construyen diferentes modelos de biodigestores, tales como “el Chino”, “el Indio”, “el Xochicalli”, “el Olalde de Guatemala”, “los plásticos tubulares y rectangulares”, y se cuenta con el conocimiento académico, experiencias de agencias del estado y organizaciones no gubernamentales, así como empresas privadas que pueden apoyar en el diseño y supervisión de estos reactores. Ya que el reactor puede ser construido bajo tierra (por ejemplo, bajo tierras agrícolas y, en algunos casos, bajo caminos) y, por lo tanto, no requiere mucho espacio, este sistema también puede ser una opción para poblados de hasta 2500 habitantes con capacidades y recursos, tanto con disposición de agua suficiente como con escasa agua; sin embargo, se debe asegurar una fuente constante de estiércol, o de desperdicios de cocina o mercado abundantes.

Tecnologías de saneamiento del sistema

Recolección y almacenamiento / tratamiento

Tratamiento (semi-) centralizado

Referencias

Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Municipales: Zonas Rurales, Periurbanas y Desarrollos Ecoturísticos

CONAGUA (s.f.): Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Municipales: Zonas Rurales, Periurbanas y Desarrollos Ecoturísticos. Manual de agua potable, alcantarillado y saneamiento (MAPAS), libro 31. México D.F. (México): Comisión Nacional del Agua (CONAGUA). URL [Visita: 17.06.2018] PDF

Mesophilic anaerobic co-digestion of cow manure and biogas crops in full scale German biogas plants

LINKE, E., MUHA, I., PLOGSTIES, V. and WITTUM, G. (2013): Mesophilic anaerobic co-digestion of cow manure and biogas crops in full scale German biogas plants. A model for calculating the effect of hydraulic retention time and VS crop proportion in the mixture on methane yield from digester and from digestate storage at different temperatures. Science Direct URL [Visita: 01.10.2018]

Pour-flush toilets with biogas plant at DSK Training Institute, Gujarat, India - Draft - Case study of sustainable sanitation projects

WAFLER, M., HEEB, J. and OLT, C. (2009): Pour-flush toilets with biogas plant at DSK Training Institute, Gujarat, India - Draft - Case study of sustainable sanitation projects. Basel (Switzerland): seecon gmbh. URL [Visita: 17.06.2018] PDF

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