Diseño preliminar de un sistema de tratamiento anaeróbico para la producción de biogás a partir de desechos porcinos

Abstract

El uso de energías renovables (solar, eólica, biocombustibles líquidos, biogás, etc.) se está expandiendo alrededor del mundo debido a varias razones, algunas relacionadas al agotamiento de las reservas de combustibles fósiles y otras relacionadas al cuidado del medio ambiente y el control del calentamiento global. El cambio climático global es una de las amenazas con las que se enfrenta hoy la humanidad. A partir de la revolución industrial, las concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera se han incrementado rápidamente. Las actividades agrícolas y ganaderas contribuyen directamente a la emisión de gases de efecto invernadero, la mayor parte de las mismas es ocasionada por la ganadería que, después del sector energético, es la actividad más comprometida; aportando el 35% de las emisiones totales del país (Berra G., Finster L., 2002). La ganadería contribuye a la emisión de metano, por la fermentación entérica y las excreciones de los animales. Estas últimas también son fuente de óxido nitroso. En los animales no rumiantes (porcinos, equinos, mulares, asnales) la fermentación microbiana ocurre en el intestino grueso, que tiene una capacidad de producción de metano mucho menor que el rumen. El manejo del estiércol del ganado produce emisiones de metano y de óxido nitroso. El metano se produce mediante la descomposición anaeróbica del estiércol, mientras que el óxido nitroso se forma como parte del ciclo del nitrógeno, a través de la desnitrificación del nitrógeno orgánico presente en el estiércol y en la orina del ganado. Cuando el estiércol se dispone en sistemas que promueven las condiciones anaeróbicas (por ejemplo, en forma líquida en lagunas, tanques o fosas), la descomposición de la materia tiende a producir metano. Cuando el estiércol se maneja en forma sólida (por ejemplo, almacenamiento en pilas) o queda depositado sobre las pasturas y los campos naturales, tiende a descomponerse aeróbicamente y produce muy poco o nada de metano. Los porcinos son los principales responsables de las emisiones de metano, debido a que son la especie ganadera que se mantiene con mayor grado de confinamiento en el país, manejándose sus efluentes en forma líquida. (Berra G., Finster L., 2002). El tratamiento de los desechos porcinos reviste cada día de una mayor importancia debido a la dimensión del problema que representa la degradación de los recursos agua, suelo y aire,la proliferación de plagas sinantrópicas como moscas, roedores, ente otras y la generación de olores indeseables producidos cuando no poseen una correcta disposición. Entre algunos de los factores de contaminación ambiental podemos mencionar: • Eutrofización de aguas superficiales. • Problemas localizados de malos olores y polvos lo que puede generar conflictos sociales. • Contaminación por nitratos de aguas subterráneas. • Acidificación de aguas y suelos producida por amoniaco. • Dispersión de metales pesados (Cu, Zn) en agua y suelo. • Vuelco de materia orgánica no estabilizada con alto contenido de bacterias fecales, parásitos, larvas. • Aparición de insectos y roedores. • Emisiones descontroladas de gases efecto invernadero (GEI) a la atmósfera. En el caso de los sistemas productivos intensivos en corral se presenta la ventaja que las emisiones de desecho por deyecciones animales se encuentran controladas y presentan mayor facilidad su recolección y tratamiento y disposición final. Hoy en día se estima que el país posee 3.437.000 cabezas (MAGyP con datos de SENASA, 2012) y la cantidad de madres que se consideran en estrato comercial 345.000. En cuanto a la distribución del stock nacional por provincia, existe una marcada concentración en las provincias de la pampa húmeda, donde Buenos Aires posee el 26,77 %, Córdoba el 24,45 % y Santa Fe el 20,42 %. El resto del país tiene el 29 % del stock, destacándose por su importancia Salta, Chaco, Entre Ríos, Formosa, La Pampa, Santiago del Estero y San Luis ) (Vicari P., 2012). Estimación de la producción total nacional de efluentes porcinos en Argentina: • Cabezas totales: 3.437.000 (SENASA, 2011) • Madres que se consideran en estrato comercial: 345.000 • % de madres bajo sistemas de producción intensivos: 39 % • Madres bajo sistemas de producción intensivos: 134.550 • % de madres sobre el total de animales en confinamiento: 10 % • Animales en confinamiento: 1.345.500 • Producción promedio de efluentes por animal por día: 20lt • Producción total nacional de efluentes por día: 26.910.000 lt Teniendo en cuenta que la densidad del efluente, según el Instituto de Investigaciones Agropecuarias de Chile (2005) es en promedio igual a 1, se puede estimar la producción diaria de efluentes en nuestro país, en alrededor de 26.910 tn. Este dato nos muestra la magnitud del problema de los efluentes generados en nuestro país. (Vicari P., 2012). El tratamiento por digestión anaeróbica reviste una marcada importancia debido a que permite obtener biogás como producto del proceso. Este hecho tiene dos impactos positivos. El primero relacionado a la reducción de impacto ambiental por control de emisiones y el segundo relacionado con la obtención de un combustible gaseoso alternativo a los combustibles fósiles. Con respecto a los sistemas de producción en nuestro país, se estima que un 39 % se encuentran bajo confinamiento con una productividad promedio por madre/año de 20 animales terminados. (Vicari P., 2012) La producción porcina en Tucumán es desarrollada en casi todos los departamentos de la Provincia, sin embargo, los que muestran un mayor avance tecnológico-empresarial se localizan en los departamentos de: Burruyacú, Leales, Trancas, Cruz Alta, donde se concentra el 65% de la actividad porcina y la mayor producción granífera, principal insumo (alimento) para el desarrollo de la actividad. El stock de cerdos en la Provincia para el año 2013, en base a información del SENASA asciende a 24.047 cabezas distribuidos entre padrillos, cerdas, lechones, capones y cachorros que se reparten en 178 unidades productivas. El caso de estudio es una granja de cerdos denominada “Establecimiento Ayala” ubicado en la localidad de La Ramada de Abajo en el departamento Burruyacú. Esta explotación porcina intensiva posee un sistema de producción sobre pisos con desnivel a canales de recolección y sobre fosa, es decir, los animales están alojados en corrales sobre slats de hormigón por los que caen las deyecciones, el agua de limpieza y el desecho, tanto de alimentos como de agua de bebida de los animales, de manera que se produce una gran cantidad de estiércol denominado purín de consistencia casi líquida pero con una elevada carga en materia orgánica, nitrógeno y fósforo principalmente. El propósito del estudio es realizar el análisis de factibilidad técnica y diseño de un sistema de digestión anaeróbica para producir biogás por medio de un biodigestor tipo tanque agitado, el cuál podrá ser empleado en el emprendimiento para generar energía térmica reemplazando parcial o totalmente los combustibles fósiles que puedan estar empleándose actualmente. Todo ello dependerá del potencial de generación relacionado a la cantidad y las características del purín producido y de la posibilidad de captar y centralizar el tratamiento de la mayor cantidad posible de desechos para maximizar los beneficios. Con la implementación del proyecto de producción de biogás por medio de la digestión anaeróbica se pretende atacar dos problemas específicos. El primero relacionado al impacto ambiental generado por las explotaciones porcinas intensivas y el segundo como alternativa de generación de energías alternativas provenientes de fuentes renovables. El diseño se basará en el concepto de la mínima utilización de energía para el mantenimiento del sistema y maximizar el beneficio de la generación energética a partir de los desechos porcinos de la granja.