Experiencias de obtenciExperiencias de obtencióón de n de energenergíía no convencional renovablea no convencional renovable

Dra. Dra. LornaLorna Guerrero S.Guerrero S.

UTFSMUTFSM

CARNE

DEYECCIONESDEYECCIONES

Reciclo de nutrientes

RIEGO/DISPOSICIRIEGO/DISPOSICIÓÓN N SUELOSUELO

Residuo

CAUCE CAUCE RECEPTORRECEPTOR

DS 90DS 90 DS 46DS 46 DS 609DS 609

NChNCh 13331333Regulación

Especial

BPABPABuenas

Prácticas Agrarias

TratamientoTratamientoRevalorizaciRevalorizacióónn

AdecuaciAdecuacióónn

MORTALIDAD

BPABPA

ExcesoExceso

?

FRACCIÓN LÍQUIDA

CARNE

DEYECCIONESDEYECCIONES

Reciclo de nutrientes

Residuo

TratamientoTratamientoRevalorizaciRevalorizacióónn

AdecuaciAdecuacióónn

MORTALIDAD

BPABPA

ExcesoExceso

?

ADECUACIADECUACIÓÓN: N: ¿¿Por quPor quéé??

Porque . . . Porque . . .

La utilización directa de materia orgánica frescaen agricultura presenta inconvenientes:

Fitotoxicidad: por compuestos orgánicos, elementos y sustancias minerales, …)Inmovilización del nitrógenoDeficiencia de oxígeno a nivel de las raíces de la plantaElevación excesiva de la temperatura en la zona de la rizosfera.

AdecuaciAdecuacióón n ⇔⇔ Tratamientos Tratamientos

Tratamiento: Combinación de procesos unitarios con el objetivo de modificar las características de los residuos para adecuarlosa la demanda como producto de calidad.

Esta adecuación puede ser:Para equilibrar oferta y demanda en el tiempoPara mejorar el transporte y aplicaciónPara mejorar la composición

Para aumentar la capacidad de gestión

AdecuaciAdecuacióón n ⇔⇔ TratamientosTratamientos¿¿CuCuááles?les?

Reducción de materia orgánicaReducción de materia orgánica y nutrientes

TRATAMIENTO TRATAMIENTO ANAEROBIOANAEROBIO

COMPOSTAJECOMPOSTAJE

NITRIFICACINITRIFICACIÓÓN N DESNITRIFICACIDESNITRIFICACIÓÓNN

Fracción sólida

Fracción líquida

Fracción sólida y/o líquida

ESTIÉRCOL

RepresentaciRepresentacióón esquemn esquemáática del ciclo sostenible tica del ciclo sostenible de la digestide la digestióón anaerobia de deyecciones n anaerobia de deyecciones

animales junto con otros residuos organimales junto con otros residuos orgáánicos.nicos.ESTRATEGIAS TECNOLESTRATEGIAS TECNOLÓÓGICASGICASpara evitar para evitar contaminacicontaminacióónn por por nutrientesnutrientes

BASADAS EN BASADAS EN RECUPERACIRECUPERACIÓÓNN DE NUTRIENTDE NUTRIENTES:ES:Procesos simples: Separación de fases, compostaje de la fracción sólida.

Procesos complejos: Precipitación, concentración por evaporación, stripping de amoniaco. La digestión anaerobia favorece estos procesos. Los precios de la energía definen su viabilidad.

ESTRATEGIAS TECNOLESTRATEGIAS TECNOLÓÓGICASGICAS

BASADAS EN LA BASADAS EN LA ELIMINACIELIMINACIÓÓNN (PARCIAL) DEL N:(PARCIAL) DEL N:Nitrificación – Desnitrificación aplicado a la fase líquida y uso como bioabono de la sólida.

Futuros desarrollos en ANNAMOX. La digestión anaerobia previa es factor clave. Los precios de la energía definirán, otra vez, la viabilidad.

LOS FACTORES ENERGLOS FACTORES ENERGÉÉTICOS Y SU ECONOMTICOS Y SU ECONOMÍÍA A SON LIMITANTES PARA MUCHAS ESTRATEGIASSON LIMITANTES PARA MUCHAS ESTRATEGIAS

Toma de decisiones para la selecciToma de decisiones para la seleccióón de la n de la estrategia mestrategia máás adecuada para la gestis adecuada para la gestióón de n de fecasfecas, , teniendo en cuenta la limitaciteniendo en cuenta la limitacióón por N en el suelo n por N en el suelo

como factor limitante como factor limitante

¿Exceso de N?

Exportarlo Eliminarlo Programa de aplicaciónen el suelo

¿Costos de transporteasumibles?

Tratamientos de reducción deNutrientes o Volumen

SI

SI

NO

NO

QUQUÉÉ HACER . . .HACER . . .

Debe existir un programa nacional en donde estén consideradas tres áreas o líneas de acción:

Institucional• Visión, liderazgo y propósito• Vinculación: estatal, sectores educativo y productivo.Técnica• Tecnologías apropiadas para cada tamaño y tipo de granjas• Implementación y demostración de proyectos

Financiera• Conocimiento del mercado; análisis financiero de proyectos• Enfoque de atraer inversión de los sectores privado y público

ACTIVIDADES INSTITUCIONALESACTIVIDADES INSTITUCIONALES

Objetivos: asegurar un programa integrado, y con poten-cial de ser sostenible a largo plazo.

– Identificar e incluir actores claves• Públicos y privados, a nivel nacional, estatal, regional y municipal.

– Estudios, análisis de mercado (perfil de país)• Enfoque coherente: visión, propósito, liderazgo • Prioridades; necesidades institucionales

– Desarrollar y fortalecer capacidades• Experiencias internacionales; historia de experiencias locales• Programas basados en proyectos piloto

– Buscar participación en el desarrollo de políticas

ACTIVIDADES TACTIVIDADES TÉÉCNICASCNICAS

Objetivos: crear interés y credibilidad, demostrando factibilidad..

– Instalar proyectos piloto, demostrando beneficios de tecnologías apropiadas• Experiencias y tecnologías internacionales; adaptadas, apropiadas• Proveedores y empresas de ingeniería locales• Monitoreo, evaluación y documentación.

– Desarrollar y fortalecer capacidades• Transferencia de conocimientos, tecnologías y experiencias• Capacitación en base a proyectos piloto; en campo• Preparación / adaptación de guías, manuales, métodos

– Trabajar con base en metodologías• Adaptación de metodologías internacionales • Desarrollo de métodos locales

ACTIVIDADES FINANCIERASACTIVIDADES FINANCIERAS

Objetivos: Conseguir apoyos financieros diversos para hacer crecer el programa.

– Desarrollar y promover análisis económicos y financieros• Estudios y análisis de costos y beneficios de diferentes perspecti-

vas: desarrolladores; gobiernos; sociedad.

– Contacto continuo con entidades financieras• Bancos comerciales, de desarrollo, multilaterales• Integración con otros programas de gobierno (ambientales, apoyo

al sector rural, pecuario …)

– Promover la difusión de resultados• Estudios de caso, presentaciones, talleres

ALGUNOS EJEMPLOS

CRIADERO DE CERDOS

2500 madres

OBJETIVOOBJETIVO

Estudiar la mejor opción para el tratamiento de residuos en base al perfil de una ganadera ubicada en la zona central de Chile, desde un punto de vista de sustentabilidad económica y ambiental.

LINEA BASELINEA BASE

Tratamiento actual:

• Separación sólido-líquido ⇒ Sólido es utilizado.

• Laguna anaerobia descubierta y sin impermeabilización.

• Wetland para refino

ALTERNATIVAS PROPUESTASALTERNATIVAS PROPUESTAS

i) Separación sólido–líquido (75% eficiencia). El sólido separado se destina a alimentación animal. ii) Laguna anaerobia, con recuperación de biogás.iii) Efluente de la laguna debe ser destinado a riego (se requieren app. 400 há), ya que no cumple norma

chilena: 35 mg DBO5/L y 50 mg NTK/L.iv) Puede haber digestor para cerdos muertos.

Alternativa 1: Alternativa 1: Énfasis en la producción de biogás:

Alternativa 2: Alternativa 2: Énfasis en la eliminación de nitrógeno:

i) Separación sólido–líquido (75% eficiencia). El sólido separado se destina a alimentación animal.

ii) SBR (Sequential Batch Reactor), para nitrificación – desnitrificación (eficiencias > 90%).

iii) Afinamiento final en wetland. iv) Digestor de cerdos muertos: 197 m3 metano/día

(25% de las necesidades energéticas del plantel).v) Configuración riesgosa, que cumple la norma

chilena, pero necesita de un control estricto de variables: automatización de todos los procesos.

ALTERNATIVAS PROPUESTASALTERNATIVAS PROPUESTAS

i) Separación sólido–líquido (75% eficiencia). El sólido separado se destina a alimentación animal.

ii) Laguna anaerobia, con recuperación de biogás.iii) Elfuente de laguna con dos opciones:

a) Todo a un SBR (Sequential Batch Reactor), paranitrificación – desnitrificación. Para tener C/N = 5,5, hayby-pass de purines crudos (sin sólidos suspendidos).

b) Se deriva una parte del efluente para riego de 100 há.

iv) Afinamiento final en wetland. v) Digestor anaerobio de cerdos muertos.

Alternativa 3: Alternativa 3: Eliminación de nitrógeno y materia orgánica, con separación de sólidos suspendidos: a)

b)

Alternativa 4: Alternativa 4: Eliminación de nitrógeno y materia orgánica, sin separación de sólidos suspendidos:Es idéntica a la alternativa 3, pero no hay separación previa de sólidos suspendidos.

CONCLUSIONESCONCLUSIONESEvaluación conceptual de las alternativas

Evaluación económica de las alternativas

Alternativa Producción de energía*

Necesidad de suelo agrícola

Riesgo de NO cumplimiento del DS 90 Costo operación

1 Alta Alta Alto (no se cumple) Bajo2 Baja Media – baja Medio-bajo Alto

3.a Media – baja Media – baja Bajo Alto3.b Media – baja Media – alta Bajo Alto4.a Media – baja Media – baja Bajo Alto4.b Media – baja Media – alta Bajo Alto

Alternativa VAN al 10% (US$) TIR Inversión (US$) Rentabilidad (%) Payback2 -11 710 194 NF 1 131 407 -1 035.01 NF

3.a -11 554 703 NF 1 191 697 -969.60 NF

3.b 1 307 403 13.24 1 379 207 94.79 14

4.a -7 639 513 NF 1 372 083 -556.78 NF

4.b -1 942 693 2.70 1 386 920 -140.07 19

LA DIGESTIÓN ANAEROBIA EN CHILE

HITOSHITOS1970: Comienzan en Chile los estudios e investigaciones, a nivel laboratorio de procesos anaerobios, especialmente de excretas animales. EIB - PUCV1990: Primer Taller Latinoamericano de DA, México1995: Primer reactor piloto UASB (4 m3). PUCV.1996: Primer reactor piloto filtro anaerobio (8m3). Relleno Sanitario El Molle. USM – PUCV.1996: Primer reactor tamaño industrial UASB. CCU de Antofagasta. 1997: Reactor UASB de fibra. Chiletabacos

Reactor UASB de fibra de

vidrio instalado en Chiletabacos

HITOSHITOS1999: Primer reactor granular con tecnología no holandesa. CCU Temuco. El 2005 ⇒ utilización del biogás en calderas

HITOSHITOS1999: Primer reactor granular con tecnología no holandesa. CCU Temuco.

2000: Primer reactor EGSB. Yeast Brocades

HITOSHITOS1999: Primer reactor gra.nular con tecnología no holandesa. CCU Temuco.

2000: Primer reactor EGSB. Yeast Brocades

2001: Reactores purines de cerdo.

HITOSHITOS1999: Primer reactor gra.nular con tecnología no holandesa. CCU Temuco.

2000: Primer reactor EGSB. Yeast Brocades

2001: Reactores purines de cerdo.

2001: Reactores lodos PT. El Trebal

Planta La FarfanaPlanta La Farfana ProducciProduccióón de biogn de biogáás en Planta La Farfanas en Planta La Farfana

Antorchasexistentes

ProducciProduccióón de biogn de biogáás en Planta La Farfanas en Planta La Farfana

Destino desde mayo 2008Destino desde mayo 2008::

• Uso Interno: 20%• Red gas natural:80%

Mayo de 2008: Aguas Andinas, a través de su filial Gestión y Servicios, inauguró la operación de la planta de tratamiento de biogás de La Farfana, entregando con ello energía renovable a Metrogas. Con el desarrollo de este proyecto, cuya inversión asociada fue de US$3 millones, Aguas Andinas estásuministrando a Metrogas un volumen de 24 millones m3, lo que beneficia a más de 100.000 habitantes de Santiago.

HITOSHITOS1999: Primer reactor gra.nular con tecnología no holandesa. CCU Temuco.

2000: Primer reactor EGSB. Yeast Brocades

2001: Reactores purines de cerdo.

2001: Reactores lodos PT. El Trebal

2001: Primer reactor UASB tecnología nacional. Pisco Capel.

2006: Primer reactor IC. Agrofoods.

2008: Se crea la Red del Biogás

HITOSHITOS2010: Primera plantación con fines energéticos: maíz como cosustrato de la digestión anaerobia de excretas de ganado bovino. Planta de biogás Los Ángeles.

Estabilización de estiércol bovino correspondiente a una engorda de novillos estabulada.Primera en su tipo a nivel sudamericano ⇒ producción de cultivos energéticos como co-sustratos para la producción de biogás.Primer módulo (de 4) considera el estiércol de 800 novillos y la producción de maíz (silo planta entera) de 150 hectáreas.

SUSTRATOS:-13.440 t/año excretas animales-11.260 t/año cultivos energéticos

TOTAL: 24.700 t/año

Potencia instalada: 1.021 kW el.

HITOSHITOS2010: Primera plantación con fines energéticos: maíz como cosustrato de la digestión anaerobia de excretas de ganado bovino. Planta de biogás Los Ángeles.

2011: Primera planta anaerobia para producir energía: biometano.

Primer proyecto sólo con fines energéticos.

Ubicado en la Región de Valparaíso, Quilpué.

Operará con excretas de pavo, de gallinas ponedoras y paletas de tuna (2011).

Se está en etapa de ingeniería conceptual, especial-mente en lo que se refiere a la eliminación y/o recuperación de nutrientes.

Se producirá biometano (4,2 millones de m3/año), el cual se inyectará a la red de gas natural. Este biometano lo compra CODELCO – Ventanas.

OTROS PROYECTOS

PLANTA PILOTO: GALLINAS PONEDORAS

OTROS PROYECTOS

PLANTA PILOTO: GALLINAS PONEDORAS

OTROS PROYECTOS

PLANTA PILOTO: GALLINAS PONEDORASHacia un desarrollo bioenergHacia un desarrollo bioenergéético tico

del sector agropecuario: del sector agropecuario: oportunidades y desafoportunidades y desafííosos

Dra. Dra. LornaLorna Guerrero S.Guerrero S.

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