análisis de la conveniencia de la producción de

ANÁLISIS DE LA CONVENIENCIA DE LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES DE SEGUNDA GENERACIÓN: BIOGÁS DE RESIDUOS ORGÁNICOS

VANESSA ROGGERONI

MIGUEL HIGUERA MARÍN

UNIVERSIDAD DE MANIZALES

MAESTRÍA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE

INTRODUCCIÓN• Los Biocombustibles fueron presentados como una

alternativa ecológica a los combustibles fósiles, sin embargoexistela polémica de los biocombustibles entrecientíficos, ecologistas o agricultores quienes levantaron suvoz contra su actual modelo de desarrollo y esto vino de lamano de los cultivos energéticos (maíz, sorgo, caña deazúcar entre otros) dada la inquietud del aumento de losprecios de los alimentos básicos al competir con los cultivosalimentarios, entre otros inconvenientes (si la apuesta porlas tierras agrícolas irá en detrimento de los bosques, si haydisponibilidad de agua para estos nuevos cultivos, ladestrucción de los ecosistemas, el aumento de lasdesigualdades sociales. Ahora, al parecer esa inquietudpodría desaparecer con los biocombustibles de segundageneración, obtenidos de cultivos no alimentarios.



PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES DE SEGUNDA GENERACIÓN BIOGÁS DE RESIDUOS ORGÁNICOS.

Para la producción se pueden utilizar substratos como: Heces de cerdos, aves y ganado vacuno Residuos de agricultura como de la remolacha. Maíz, cebada, caña de azúcar, sorgo, u otros cultivos energéticos. Residuos orgánicos de la industria agroalimentaria como, residuos

vegetales, suero, levaduras, y residuos de destilerías y cerveceras. Desechos orgánicos de mataderos. Lodos de depuración.

En esta oportunidad, el análisis que se realizará es sobre la producción debiogás de residuos orgánicos, de excremento de algunos animales como laoveja, vaca, cerdo y el cuy o cobayos, de los cuales existen experiencias a nivelmundial y regional, así como muestras de su aprovechamiento delbiogás, para generación de electricidad, producción de gas para la preparaciónde alimentos en las cocinas, y en algunos casos para el transporte, sobretodoen zona rural.



BIOMASA

La energía de la biomasa fue la primera fuente de energía queconoció el hombre y la más importante pero su uso empezó amenguar con el inicio de la revolución industrial, en donde se lereemplazo gradualmente por combustibles fósiles.

Se entiende por biomasa a todas las materias orgánicas originadasde residuos de las plantas, residuos urbanos orgánicos, o de latransformación que producen los animales al alimentarse.



La biomasa se puede clasificar, según su origen ocaracterísticas, en:

Biomasa Natural

Biomasa Residual

Biomasa Residual seca

Biomasa Residual húmeda

Cultivos energéticos

Residuos sólidos Urbanos

Biocombustibles



OBJETIVOS• OBJETIVO GENERAL:

Analizar la producción de combustibles de segunda generación a partir de residuos orgánicos.

• OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Ampliar el conocimiento acerca de los combustibles de segunda generación.

Hacer un análisis de la influencia positiva o negativa, en el ámbito

social, público y sostenible.

Plantear posibles alternativas para el uso adecuado y sostenible de

biocombustibles de segunda generación.

Analizar las posibles fuentes de suministros para la producción de materia

prima en la producción de biocombustibles de segunda generación.



MARCO TEÓRICO• El biogás es una combinación de gases que se genera en medios naturales o en dispositivos

específicos, el cual se obtiene por las reacciones de biodegradación de componentesorgánicos, mediante la acción de microorganismos (bacterias metanogénicas, etc.), y otrosagentes, en ausencia del aire. El producto resultante está constituido por metano(CH4), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y otros gases en menorproporción. Este gas se ha denominado gas de los pantanos, puesto que en ellos se produceuna biodegradación de desechos vegetales.

• Existen dos tecnologías básicas para el procesamiento por medios biológicos de la fracciónorgánica de los residuos:

biodigestión aeróbica

biodigestión anaeróbica



ETAPAS DE LA PRODUCCIÓN DE BIOGASLa digestión anaeróbica consta de tres (3) etapas:

Fermentativa la acetogénica la metanogénica

Alrededor del 70% del CH4 total producido procede de la descarboxilación del ácido acético, deacuerdo con la reacción:

CH3-COO- + H2O <======> CH4 + HCO3-El CH4 restante proviene de los sustratos ácido carbónico, ácido fórmico y metanol. De todos, elmás importante es el ácido carbónico que da lugar a CH4 mediante un proceso de reducción queutiliza el H2 producido en etapas anteriores:

HCO3- + 4H2 + H+ <======> CH4 + 3H2O

Los productos finales de la biodigestión anaeróbica son, entonces, una mezcla gaseosade CH4 y CO2 con pequeñas proporciones de H2, N2 y H2S, comúnmente denominadabiogás; y los efluentes líquidos depurados.

La energía liberada en la reacción es utilizada en su mayor parte para la conversión debiogás y en menor extensión por los microorganismos para satisfacer susrequerimientos vitales de metabolismo, crecimiento y reproducción.



PARÁMETROS Y OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO

Contenido de sólidos del sustrato.

Demanda Química de Oxígeno.

Relación Carbono/Nitrógeno.

Temperatura del sustrato

PH

Disponibilidad de nutrientes

Inhibidores

Velocidad de alimentación

Tiempo de Retención

Recirculación

Agitación

Actividad del lodo

Carga hidráulica

Carga Orgánica



Los principales parámetros que se deben tener en cuenta, son

COMPOSICIÓN DEL BIOGAS

• El biogás es una mezcla de gases compuesta principalmente pormetano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), con pequeñasproporciones de hidrógeno (H2), nitrógeno (N2) y sulfuro dehidrógeno (H2S). En cuanto a las proporciones, se reportan rangosasí: CH4: 40-70% vol, CO2: 30-60 % vol, otros gases (H2, H2S):1.5%vol, aunque para efectos prácticos, se le asigna la composición 60%CH4 y 40% CO2 (Vallés et al., 1980).



PROPIEDADES DEL BIOGAS

• Como cualquier gas, las propiedades características del biogásson la presión y la temperatura, las cuales son dependientes ytambién se ven afectadas por el contenido de humedad.

• Los factores de mayor interés son (Vallés et al., 1980): Cambioen el volumen como función de la temperatura y la presión.Cambio en el valor calorífico como función de latemperatura, la presión y el contenido de vapor de agua.Cambio en el contenido de vapor de agua como función de latemperatura y la presión. El poder calorífico del biogás es deaproximadamente 6 kWh/m3, lo cual equivale más o menos amedio litro de diesel. El poder calorífico aprovechabledepende de los quemadores o de los aparatos.



APROVECHAMIENTO DEL BIOGAS

• Generación de electricidad

• Quemadores y Calderas



EXPERIENCIA DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS CON ESTIÉRCOL DE VACA-CHINA

Asia es el continente que más utiliza el biogás: China posee combustible de usodoméstico a base de biogás en las zonas rurales al igual que en la India en donde lasfamilias lo utilizan como combustible doméstico.

El nuevo sistema de Huishan evitará que el metano–que es un gas de efectoinvernadero 23 veces más potente que el dióxido de carbono–llegue a la atmósfera.También reducirá los residuos y los olores, y producirá un valioso fertilizanteorgánico que es más seguro que el estiércol crudo.

La operación en Huishan es 10 veces mayor que los sistemas para la generación deelectricidad a partir de estiércol de vaca convencionales. Su gran escala podríaayudar a hacer el proyecto más económico.

El nuevo sistema de generación de electricidad de Huishan procesará los residuos de60.000 vacas y producirá 5,6 megavatios de potencia. Éste generará suficienteelectricidad para satisfacer las necesidades de 3.500 hogares de tamañoestadounidense.



BIOGÁS PARA UN AUTO ESCARABAJO-INGLATERRA

Excremento y desechos orgánicos, esas son los elementos necesarios para elaborar el

combustible de un auto diseñado por ingenieros británicos que funciona a gas metano.Se trata de un “Bioescarabajo”, que, aseguran sus creadores, no se diferencia en nadacon un auto normal.

"Si dejamos de lado las diferencias internas que le permiten funcionar con metano, esen todo sentido igual a un auto común y corriente", explicó MohammedSaddiq, ingeniero de la firma de energía sostenible GENECO, a cargo del diseño delprototipo.

Esta planta produce unos 18.000 metros cúbicos de biogás al año. Si lo convirtiésemosen biocombustible para vehículos, y reemplazáramos al combustible fósil, podríamosdejar de emitir 19.000 toneladas de CO2",

El biogás –combustible utilizado por el auto– es producido desde hace varios añospor la planta de tratamiento de aguas residuales de Avonmouth, en las afueras deBristol, Inglaterra



EXPERIENCIA DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS CON ESTIÉRCOL DE CUY-PERÚ

Desarrollando en la pequeña chacra ecológica de una hectárea, Bioagricultura Casa BlancaPerú, hace más de diez años, en 1994, el Ing. Ulises Moreno decidió construir unbiodigestor, modelo chino, con el fin de aprovechar mejor el estiércol producido por los cuyes.

Cada semana se alimenta el biodigestor con una mezcla de estiércol de cuy y agua, en proporción de1:3, lo que permite contar con un volumen suficiente de gas para toda la semana.

Una vez que el biodigestor comienza a producir biogás, esta energía puede ser utilizada comocombustible en la cocina o para el alumbrado en forma directa, mediante lámparas de gas. Si secuenta con un generador eléctrico que funciona con gasolina, previa modificación delcarburador, se puede hacerlo funcionar con el biogás (metano) para producir electricidad.

Por otro lado, se obtiene de manera constante bioabono líquido o biol, que no sólo esun excelente abono orgánico para nuestros cultivos, sino que, por su contenido defitohormonas, es un valioso activador del crecimiento y floración de las plantas, enparticular de los frutales.

El tercer producto del biodigestor se obtiene anualmente al realizar la descarga, cuandose recolecta el bioabono sólido o biosol, el cual es un excelente abono para los cultivos.



EXPERIENCIA DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS CON ESTIÉRCOL DE CERDO-PERÚ

• Desde Junio de2006, Ciudad Saludable ejecuta un sistemaintegral de manejo de residuos sólidos y aguas residualesgenerados en las casas granja de esa parte de la Región Callaoprovincia de Lima.

• El proyecto consiste en aprovechar las excretas y orina de loscerdos, para generar gas combustible (biogás) y un fertilizanteorgánico (biol).

• En las viviendas de las familias donde se han implementadolos biodigestores, se usa para la cocción de los alimentos y elcalentamiento de los mismos animales, mediante las estufasinstaladas en los corrales de los cerdos o chanchos, mientrasque el biol y el compost se utiliza en los biohuertos que sepueden acondicionar en las casas granja.



ASPECTOS

Sociales

Ambientales

Comercialización en 10 años:

Mercedes Ballesteros, responsable de biomasa del Centro deInvestigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas(Ciemat),afirma que estos biocombustibles de segunda generacióncomenzarán a comercializarse dentro de unos diez años.

Sin embargo, su comercialización se ve todavía lejanaporque, según datos de la Agencia Internacional de la Energía(AIE), en todo el mundo sólo funcionan 66 plantas de demostraciónde biocombustibles de segunda generación y la viabilidad de estosproyectos todavía no está clara.



VENTAJAS Su uso disminuye el consumo y la dependencia de combustibles fósiles que además de ser

altamente perjudiciales para la atmósfera por la generación de gases contaminantes, comomonóxido y dióxido de carbono, óxido de azufre y nitrógeno (CO, CO2, SOx y NOx) liberados porlos motores de combustión contribuyendo al cambio climático, son tóxicos para los seres vivos yno son renovables. Los biocombustibles al ser renovables se pueden convertir en una fuenteinagotable de energía. Esta característica permite que, en países subdesarrollados y con grandiversidad como Colombia, puedan ser una alternativa dinamizadora de la economía ycontribuya a la seguridad energética.

Contribuyen al aprovechamiento de tierras con poco valor agrícola ya que podrán sergenerados en suelos no agrícolas, abandonados o degradados.

Por la diversidad de materias primas necesarias no comestibles, no suscitarárivalidad con la industria alimenticia, aunque tal vez posiblemente se generecon la que emplee madera o fibras vegetales. Los biocombustibles de segundageneración se han convertido en una opción de creación de riqueza. A medidaque las materias primas (granos en este caso) avanzan sobre los eslabones delproceso productivo, se va generando valor agregado.



DESVENTAJAS Una de las principales desventajas, es la llamada comúnmente ‘’ crisis

alimentaria‘’, los biocombustibles constituyen un riesgo social, debido que elgobierno emite subsidios y tarifas preferenciales, para aumentar la producción debioenergía, sin tener políticas reguladoras, permitiendo consecuencias directascomo el alza de los alimentos en cereales para el consumo humano, yconsecuencias indirectas elevando el precio de las carnes y derivados lácteos silas materias primas son insumos de ganado.

Promueven la desintegración y migración de las comunidades rurales, ya que porun lado dejan de producir sus bienes de autoconsumo, y por otro pierden latenencia de tierras por la explotación empresarial a gran escala, recibenremuneraciones y condiciones laborales injustos. Además contribuye a ladeforestación y depredación de ecosistemas por la tala indiscriminada deterrenos para sembrar productos destinados a la producción de biocombustibles.

Otra desventaja significativa son los altos costos iníciales de producción.

Por otro lado algunos expertos consideran que los recursos dedicados a estosbiocombustibles sería mejor destinarlos a tecnologías más prometedoras.



CONCLUSIONES Toda acción tiene una reacción, y el caso de los combustibles obviamente no está

exento de ello; actualmente a partir de ésta realidad se ha tornado una discusión, quepermite replantear la viabilidad de generar energía a través de la biomasa; en la cualtenemos ventajas y desventajas que ya se mencionaron.

Después de analizar ventajas y desventajas de los biocombustibles fabricados a partirde materia orgánica podemos concluir que la mejor forma de encarar los problemasmedioambientales si es la utilización de recursos energéticos renovables y para esto, labiotecnología presenta diversas alternativas tecnológicas.

Pero a su vez esta producción de energía debe producirse bajo una serie defundamentos como, la sostenibilidad económica, social y ambiental , de talforma que , favorezcan no solo al desarrollo sino al hombre, lo que conlleva aun ingrediente ético agregado basado en que el uso de la energía, latecnologías, y la ganancia que esta produce, se ejecuten de forma imparcial yjusta para todos, que no conlleven a prebendas desiguales a los paísesdesarrollados y perjudiquen a los más pobres.



El uso de las fuentes alternativas de energía, no es solouna necesidad económica sino que es una alternativainmensamente viable para un desarrollo sostenible yaque mientras satisface necesidades actuales conserva elmedio ambiente para las futuras generaciones.

De acuerdo con lo que hemos analizado anteriormentequeda claro que el futuro del medioambiente está ahoraen los biocombustibles de segunda generación, queserán muy seguramente una excelente opción parasustituir a los combustibles fósiles, y contribuirán en lalucha contra el calentamiento global.



VENTAJAS Su uso disminuye el consumo y la dependencia de combustibles fósiles que además de ser

altamente perjudiciales para la atmósfera por la generación de gases contaminantes, comomonóxido y dióxido de carbono, óxido de azufre y nitrógeno (CO, CO2, SOx y NOx) liberados porlos motores de combustión contribuyendo al cambio climático, son tóxicos para los seres vivos yno son renovables. Los biocombustibles al ser renovables se pueden convertir en una fuenteinagotable de energía. Esta característica permite que, en países subdesarrollados y con grandiversidad como Colombia, puedan ser una alternativa dinamizadora de la economía ycontribuya a la seguridad energética.

Contribuyen al aprovechamiento de tierras con poco valor agrícola ya que podrán sergenerados en suelos no agrícolas, abandonados o degradados.

Por la diversidad de materias primas necesarias no comestibles, no suscitarárivalidad con la industria alimenticia, aunque tal vez posiblemente se generecon la que emplee madera o fibras vegetales. Los biocombustibles de segundageneración se han convertido en una opción de creación de riqueza. A medidaque las materias primas (granos en este caso) avanzan sobre los eslabones delproceso productivo, se va generando valor agregado.



FUENTES BIBLIÓGRAFICAS



• Ruiz Albina, Zela César; Desde labasura, cambiando mentes ycorazones, Ciudad Saludable, Lima 2009.

• Seminario Biocombustibles y DesarrolloSostenible, Unidad 2 Maestría de DesarrolloSostenible y Medio Ambiente.

• Disposición final y tratamiento de losresiduos sólidos, Programa Desafíos yHerramientas para la Gestión Integral deResiduos, Instituto para la calidad PontificiaCatólica del Perú y Ciudad Saludable. Lima2004.

• http://www.naturalenergy.es

• http://www.biodisol.com/

• http://www.textoscientificos.com

• http://www.biodieselspain.com

• http://www.emison.com

• http://minutouno.com.ar/minutouno/nota/133649-Disenanauto-que-anda-gracias-a-excremento-humano-ydeshechos

análisis de la conveniencia de la producción de

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