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lunes, 22 de julio de 2013

Energía eléctrica generada a partir de residuos ganaderos



Julieth Velandia García
Departamento comunicaciones Asocebú

Con la aplicación de tecnologías y tratamientos amigables con el medio ambiente, se evidencia la optimización de los residuos y desechos  generados por el sector ganadero, hasta el punto de crear energía eléctrica  aprovechable en forma eficiente y rentable para la empresa ganadera.

Los residuos ganaderos se originan como consecuencia de la agrupación de especies animales al servicio del hombre con el propósito de aprovechar sus productos. Durante los últimos años, se ha presentado un incremento de las explotaciones intensivas frente a las extensivas, siendo las intensivas responsables de generar una elevada carga contaminante de forma muy concentrada.

Las características de estos residuos son diferentes según la especie ganadera que los genere: bovino (diferenciándose, así mismo, los de terneros de carnicería, vacas lecheras y terneros de cría), porcino, avícola, ovino, entre otros. En las características de los residuos y, por ende, en su tratamiento, también influyen las características de la explotación ganadera, como la cama (paja, arena o estabulación).

Uno de los usos más interesantes del biogás es la generación de electricidad, pues se ahorra entre un  40 y 60 por ciento de los costos, con respecto de la proveniente del sistema interconectado.

El aprovechamiento de estos residuos será distinto según sus características. En este caso, los residuos forestales y ganaderos poseen un elevado poder calorífico y un grado de humedad relativamente bajo, lo que permite su incineración con recuperación de energía, su gasificación o pirolisis. Además, requieren de tratamientos bioquímicos orientados a la producción de biogás y generación de abono orgánico por su alta concentración de humedad.

Composición
La actividad ganadera produce residuos, principalmente, las deyecciones de los animales que en función de la duración y las condiciones de almacenamiento se pueden distinguir entre residuos en forma sólida (estiércoles) y líquida (purines). El estiércol es la mezcla de los excrementos sólidos y líquidos de los animales con otros aportados por el medio como la paja que forma las camas del ganado, siendo, por tanto, el residuo presente en las explotaciones con cama.

Este se debe almacenar en estercoleros adecuados con recogida de lixiviados. Y el purín es el estiércol licuado, ya que contiene el agua a presión que se emplea, también, como sistema de limpieza en los establos de las explotaciones intensivas, en las que debe existir un correcto sistema de evacuación del purín, que, finalmente, es almacenado en fosas.

El purín es un material no estéril, generalmente básico y bastante salino. Posee importantes cantidades de hidratos de carbono, lípidos, aminoácidos, proteínas, urea y compuestos azufrados, así como contenidos elevados de nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio y sodio. También contiene micronutrientes como hierro, cinc, cobre y manganeso, a la vez cantidades de elementos tóxicos como cadmio, plomo, arsénico o mercurio.

No obstante, su composición y la concentración de sus constituyentes, son muy variables, ya que dependen de diversos factores entre los que se encuentran la raza, el estado fisiológico, el tamaño de los animales, la dieta a la que son sometidos, el tiempo y el tipo de almacenamiento, la cantidad de agua implementada para la limpieza y la época del año.

En lo que respecta al ganado vacuno, en la Tabla No. 4, se muestran los valores de algunos parámetros de la composición media en purín vacuno:


Problemática
Con las primeras explotaciones ganaderas se garantizaba un equilibrio entre la agricultura y la ganadería, es decir, el número de animales de cada explotación iba condicionado por la superficie del terreno que permitía obtener una producción suficiente para alimentar el ganado, de modo que el estiércol producido era perfectamente absorbido por las tierras de la explotación. 

Los excrementos de los hatos ganaderos no se habían tenido en cuenta, ya que la solución rápida e inmediata para su eliminación era, y sigue siendo, su vertido al campo más cercano a los corrales que albergan los animales. Esta práctica ha sido y es correcta, si se tiene en cuenta la cantidad de purín vertido, el tipo de tierra y el destino agrícola que se le quiera dar a esta.



Es importante hacer un manejo eficiente en las fincas de los residuos ganaderos, adoptando modelos autosuficientes, que generen rentabilidad a las empresas ganaderas y, sobre todo, amigables con el medio ambiente.

Esto indica que la aplicación del purín al terreno como abono para posterior uso agrícola sin ningún tratamiento previo resulta positivo por el aporte de nutrientes (Nitrógeno, Fósforo y Potasio) a los diversos cultivos.

El problema radica, entonces, en que la concentración en número de animales ha variado, las explotaciones ganaderas intensivas en determinadas regiones está dificultando la eliminación del purín por este método tradicional, debido a que la aplicación continua de grandes volúmenes de residuos ganaderos sobre extensiones de tierra relativamente pequeñas, está causando un incremento excesivo de estos nutrientes, aparte de otro tipo de contaminantes como metales, que si bien con una dosis determinada puede resultar beneficioso, en exceso resulta perjudicial para el propio suelo y el entorno en general.

Por ello, el progresivo desarrollo de la ganadería intensiva y la disminución de la superficie agrícola ha provocado que dichos residuos pasen de ser un abono a un residuo que se debe gestionar adecuadamente, ya que un inadecuado manejo de las excretas ganaderas redunda en un grave y severo problema por su indudable impacto ambiental y de contaminación en las masas de agua, en el suelo y en la calidad atmosférica.

Julián Chará, coordinador de investigaciones del centro para la investigación en sistemas sostenibles de producción agropecuaria, Cipav, señala que “en el contexto de cambio climático actual, la ganadería es considerada una de las actividades rurales de mayor impacto, pues contribuye con el 18 por ciento de los gases de efecto invernadero en el mundo. Si bien, la mayor parte de estas emisiones corresponden al metano generado por la fermentación ruminal, el manejo inadecuado del estiércol puede también contribuir con emisiones de metano y óxido nitroso.

A nivel de los predios ganaderos, los residuos pueden ocasionar problemas como contaminación de fuentes de agua, suelos, generación de malos olores y proliferación de moscas u organismos vectores de enfermedades. En los potreros cercanos a las fuentes de agua, el depósito de estiércol por el ganado y la destrucción de los bosques aledaños a los riachuelos y nacimientos generan un creciente deterioro en la calidad del agua”.

Manejo adecuado y uso eficiente
Lo anterior ha llevado al planteamiento de diversos sistemas, métodos y tecnologías para el tratamiento, uso eficiente y reciclaje de los residuos ganaderos, adoptando modelos autosuficientes, que generen rentabilidad a las empresas ganaderas y, sobre todo, amigables con el medio ambiente, lo cual genera valor agregado y productividad al sector. A continuación se presentan algunos de ellos:

·         Uso de materias primas no convencionales para la alimentación
Como se mencionó anteriormente, la necesidad de incrementar la producción de alimentos de origen animal ha llevado a modificar los tradicionales sistemas de producción extensiva hacia sistemas más intensivos, particularmente, en producción de carne, apareciendo los sistemas de engorde a corral o feedlot.

Si consideramos que el costo de alimentación representa del 60 al 70 por ciento de los costos totales de producción, cualquier variación en este rubro incide fuertemente en la eficiencia productiva. Así, el incremento en el costo de concentrados tradicionales ha orientado la utilización de desechos y subproductos agroindustriales como recursos para la alimentación de rumiantes, solucionando así dos problemas: el costo de la ración y la contaminación ambiental provocada por problemas en la eliminación de tales productos.

La utilización de este tipo de insumos conlleva a desarrollar un proceso de investigación de las características nutricionales de dichos alimentos y de la respuesta animal a estos, con el fin de realizar sugerencias de utilización con una base nutricional que permita obtener una buena productividad animal, ya que se ha evidenciado el problema del bajo consumo voluntario de estos suministros y el de índole sanitario (contaminación bacteriana), sugiriéndose una serie de procesos para optimizar su calidad nutritiva y sanitaria.

·         Producción de Lombricompuesto
Julián Chara también hace la invitación a tratar los residuos sólidos con el material orgánico que puede ser procesado a través del uso de la lombriz roja (Eiseniafoetida). “Esta crece muy bien en el estiércol bovino y lo procesa hasta generar un material orgánico estable con una mayor disponibilidad de macro y micronutrientes y cargado de microorganismos benéficos que contribuyen a la mejora del suelo”.
 Estiércol bovino y residuos de cama transportados para la producción de lombricompuesto. (Reserva Natural Pozo Verde. Jamundí (Valle). Por Julián Chará.

Producción de lombricompost a partir de estiércol bovino. (Reserva Natural Pozo Verde. Jamundí (Valle). Por Julián Chará.

El proceso de producción de lombriz requiere de una alimentación constante en capas delgadas sobre las pilas y tiene la ventaja de que no necesita mezclado constante, pues las lombrices se encargan de mantener la aireación del material.

·         Separación Sólido - Líquido
Separar los residuos sólidos frescos en suspensión de los purines, es el primer paso a llevar a cabo en cualquier tratamiento diseñado para reducir la carga contaminante, prolongar la vida de los depósitos, mejorar la eficacia biológica del tratamiento y minimizar el impacto ambiental. Los tipos de separación sólido -  líquido pueden ser de naturaleza mecánica, como tamices, filtros y rejillas, y por decantación como balsas, fosas y decantadores circulares.

Este tipo de tratamiento primario se puede instalar como un pretratamiento en el que se reduce una parte importante de la contaminación para luego pasar a las siguientes fases de depuración, pero también se puede instaurar como método único, ya que es relativamente sencillo y económico, si el grado exigido no requiere de una depuración más completa con otros tratamientos más complejos.

·          
·         Depuración Biológica
Este procedimiento consiste en el desarrollo de una fauna bacteriana, en un medio aerobio o anaerobio, que se encarga de disminuir y asimilar los distintos parámetros contaminantes que contiene el purín. Este método puede conseguir reducciones en los parámetros contaminantes mayores al 90 por ciento. Los tipos de depuración biológica se pueden realizar por vía aerobia, como aireación en tanques o balsas, filtros biológicos o lechos de turba, o anaerobia por medio de digestores, balsas anaerobias, o balsas de digestión anaerobia potenciadas.

·         Biodigestores
Un elemento adicional que recomienda Chara, es el aprovechamiento de los residuos líquidos mediante la utilización de biodigestores, “en términos generales es un compartimiento hermético en el cual se fermenta la materia orgánica en ausencia de oxígeno. Como fruto de este proceso se obtiene un gas combustible que posee aproximadamente 66 por ciento de metano y 33 por ciento de bióxido de carbono”.

Biodigestor plástico de 120 metros cúbicos usado para la generación de biogás a partir de aguas residuales pecuarias. (foto Julián Chará)

Añade que las principales ventajas de adoptar este sistema se resumen en:
§  Generación de energía que puede ser empleada para remplazar combustibles en motores, para la cocción de alimentos, o para la calefacción de instalaciones.
§  Protección del ambiente por reducción de la carga contaminante de los residuos.
§  Producción de un excelente abono, pues los nutrientes presentes en los residuos no se afectan.
§  Su manejo es sencillo y no requiere de mantenimiento sofisticado.
§  El área necesaria para el procesamiento de la excreta es menor si se compara con los sistemas de tratamiento aeróbicos como las lagunas de oxidación.
§  El costo es relativamente bajo para algunos materiales y se puede recuperar la inversión gracias a que se economiza en la compra de otras fuentes de energía y de abonos.

·         Compostaje
Este método consiste en la mezcla del purín con paja, tierra y otros productos sólidos, de forma que se obtiene un estiércol sólido apto para ser transportado y aplicado como fertilizante, que también se puede utilizar para enriquecer terrenos pobres en materia orgánica con el fin de aportar esos nutrientes de los que carece, favoreciendo el desarrollo de algunos tipos de cultivos que de otra manera no podrían surgir.

Básicamente, lo que se busca es contemplar el purín como una materia secundaria valorizable, generadora de otros ingresos (aprovechando las fracciones generadas): líquido para riego, limpieza o vertido controlado a cauces públicos; sólidos, para la fabricación de compost o fertilizantes orgánicos, además de la concentración por vía anaeróbica para la cogeneración termoeléctrica partiendo del biogás producido.

Generalmente, todos los compuestos orgánicos de desechos están en capacidad de degradarse por medio del proceso de digestión anaerobia, generando como resultado biogás.

Usos e importancia del biogás
Este puede remplazar el gas natural en cualquier equipo accionado mediante este combustible, entre los cuales se encuentran estufas, calentadores de agua, aparatos de calefacción, lámparas y motores de combustión interna.

Así se ha podido determinar, a través de experiencias reales, que la manera más eficiente para utilizar el biogás es a través de los equipos para producir calor, los cuales presentan una eficiencia en su funcionamiento de hasta el 70 por ciento.

En este aspecto, el Coordinador de Investigaciones del Cipav destaca que uno de los usos más interesantes del biogás es la generación de electricidad, pues se ahorra entre un  40 y 60 por ciento de los costos, con respecto de la proveniente del sistema interconectado. Hoy se consiguen en el mercado plantas eléctricas adaptadas para el funcionamiento con biogás. También se pueden adecuar motores existentes para que funcionen total o parcialmente con biogás, el cual  puede remplazar hasta un 70 por ciento del diesel y el ciento por ciento de la gasolina en motores”.

Un ejemplo claro y evidente de lo anterior aplicando una mayor tecnología , lo desarrolla la empresa Abantia, con presencia internacional, la cual se destaca por ser líder e integral en soluciones y procesos de ingeniería aplicada, enfocados en la instalación, montaje, mantenimiento y construcción de proyectos <llave en mano> sostenibles y favorables con el medio ambiente. Abantia se fundó en 1944 como una empresa especializada en instalaciones eléctricas y frío. A partir de ese momento ha ido creciendo y sigue potenciando su expansión con la apertura de una nueva filial en Bogotá.

 Planta de tratamiento de purines SAVA- Sistema  evaporación de JUNEDA II – Lleida (España)

En palabras de Francisco Boada, presidente del grupo Abantia, “la inversión en Colombia obedece a una decisión estratégica, por ser este país potencia en Latinoamérica porque ofrece grandes oportunidades de negocio <llave en mano>. Este modelo de negocio se basa en la complementariedad de conocimientos, en la transmisión tecnológica con los profesionales locales, de tal forma que se fomente el trabajo en las zonas rurales. Los éxitos en Colombia nos vendrán de la mano con la conjunta colaboración de socios locales, ofreciéndoles soluciones integrales y valor añadido en su ámbito de actividad”.

Las plantas de tratamiento de purines. Incorporan una unidad de biodigestión anaerobia .

Hace algunos años, Abantia enfocó sus esfuerzos para buscar una solución técnica, económica y medioambientalmente viable para el tratamiento y reducción de los excedentes de purines de cerdo (residuos altamente contaminantes) y ganado bovino en zonas vulnerables.

La respuesta tecnológica al problema de los purines excedentes fue el proceso denominado Valpurén, que reúne la máxima calidad ambiental, potencializando al tope la eficiencia energética.

Las plantas de tratamiento de purines realizadas con este proceso incorporan una unidad de biodigestión anaerobia, con un tiempo de residencia de 18 días, que les proporciona una característica diferencial significativa desde los puntos de vista energético y ambiental.

El proceso Valpurén, desarrollado y patentado por Abantia, está implantado a nivel industrial, con resultados probados, tanto en producción de electricidad como en capacidad de tratamiento de las plantas.
La unidad auxiliar de cogeneración dispone de motores alternativos de alta eficiencia a gas natural y biogás que proporcionan la energía necesaria al proceso. La energía térmica generada en los motores se aprovecha en las etapas de concentración y secado, la energía eléctrica excedente, después del autoconsumo, se exporta a la red.

Francisco Palazón, country mánager para Colombia de Abantia, le manifestó a la revista EL CEBÚ que “una planta de este nivel mide alrededor de 200 a 300mts, con una inversión aproximada de 25 a 30 millones de dólares”.

En cuando a la trayectoria y experiencia que Abantia ha tenido en este proyecto específicamente, Palazón señaló: “tenemos cinco plantas funcionando en España y en estas plantas nosotros somos promotores e inversionistas conjuntamente con los ganaderos, que es el secreto de este tipo de proyectos; hay que implicar a los propietarios y trabajadores del sector en todo el proceso, desde el suministro de las materias primas hasta la puesta marcha y funcionamiento de la planta eléctrica”. Lógicamente, enfatiza Francisco Palazón: “nosotros participaríamos en la conducción de este negocio por varios años, formaríamos parte de esa sociedad, colaborándoles a las compañías colombianas, complementando los conocimientos y las tecnologías, en definitiva, sería una sociedad a riesgo compartido. Estos proyectos se basan en la concentración de ganaderos de la zona para que sean rentables”.

En lo que respecta a los beneficios medioambientales y económicos Palazón considera que indudablemente son infinitos, son procedimientos que no contaminan, terrenos que quedarían en pocos años no aptos para la agricultura, seguirían siendo útiles, además se enriquecen con el último subproducto, el compostaje. En cuanto a beneficios económicos, es importante resaltar que es una planta autosuficiente, se abastece de los propios residuos y vende el excedente eléctrico a la red conectada.

Piensen en el futuro, tenemos que dejar un mundo mejor que el que hemos recibido”, es el consejo que Francisco Palazón les da a todos los ganaderos del país y el planeta en general. 


BIBLIOGRAFÍA
Fundación para la Investigación y el Desarrollo Ambiental- FIDA- http://www.fida.es:8001/fida/VisNot?id=10dbda16c8bf75546f39f55561fbbbc
LÓPEZ, C.*; MENDIETA, C.A.; LÓPEZ, A.; PÉREZ S.O, I Simposio Iberoamericano de Ingeniería de Residuos, 2008.

HERNÁNDEZ LEHMANN Aurelio, Modelización de procesos biológicos para la eliminación de residuos ganaderos, teniendo en cuenta sus condiciones especiales, 2004.

Pedraza G.X,  Chará J., Conde N y Giraldo L. 2006. Biodigestores plásticos de flujo continuo para descontaminación productiva del agua. En: 75 Maneras de generar conocimiento en Colombia. Colciencias:  pp 112-113. ISBN 958-8290-13-9.

Pérez R. E. 2008. El lado oscuro de la ganadería. Revista Latinoamericana de Economía. Problemas del Desarrollo. Vol. 39. Núm 154. Jul-sep: 217-227.
Steinfeld H, Gerber P, Wassenaar T, Castel V, Rosales M y De Haan C. 2009. La larga sombra del ganado (versión en español). FAO-LEAD. 465 pp. ISBN 978-92-5-305571-5
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Agradecimientos: Julián Chará O., Coordinador de Investigaciones Centro para la Investigación en Sistemas Sostenibles de Producción Agropecuaria, CIPAV; Gloria Ximena Pedraza, Investigadora Área de Sistemas Acuáticos CIPAV ; Francisco Palazón- ABANTIA,
Country Manager para Colombia y Juan Eduardo Prada, INFORPRESS, Consultor Senior.






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