Tecnologías para producir biogás con un biorreactor porcino (4ta. Parte)

Este artículo aporta conocimientos, tecnologías, sistemas de producción, la aplicación de ideas prácticas, información científica y contribuciones reales para conocer las múltiples fases y factores en la producción de gas metano, con ello poder generar ingresos y valores integrados a la economía circular de una granja porcina en confinamiento, aprovechando rentablemente las excretas para producir con el biogás energía calórica y generar electricidad, como aprovechar sosteniblemente la materia orgánica como mejorador de suelos agrícolas.

Diagrama básico representativo de la transformación de las excretas para producir energía y materia orgánica. Diagrama esquemático con la entrada de excretas y la salida de productos como gas, líquidos y sólidos.

El calentar las excretas por 3 días a 70°C mejora la producción de gas metano 40%, lo mismo un pretratamiento por debajo de 110°C es redituable. La producción de gas metano alcanza su máximo a los 15 días y después va bajando paulatinamente su ritmo de producción. al agotarse las fuentes de alimento del medio microbiano. Por ello se sugiere una retención de líquidos de 15-30 días. La producción de biogás se favorece a los 36°C y haciendo una codigestión de 75% de excretas de cerdo con 25% de gallinaza alcanza 0.60 m3 de CH4/Kg demanda química calculada de oxígeno (COD reducido). Un biorreactor elimina la demanda química de oxígeno (DQO) entre 80-90% y los sólidos suspendidos totales se reducen 60-75%.

Sistema Pasivo. – El gas recuperado se agrega como componente a un tratamiento existente.
Sistema de Bajo Rango. – La entrada de excremento al digestor es la fuente principal de alimento para los microrganismos formadores de metano.
Sistema de Alto Rango. – Los microorganismos fermentadores de CH4 son retenidos en el digestor para incrementar la eficiencia. Ya es un inóculo con especies y poblaciones adaptadas.

Reportes de México 1era 1997, 2da 2001, 3ra 2006, 4ta 2009, 5ta 2012, Informe bienal 2015. USCUSS uso del suelo, cambio de uso el suelo y silvicultura. las emisiones nacionales de México en agricultura es el 6.4% del total, el sector energía es el mayor causante de GEI y CO₂ equivalente. Para las actividades porcinas hay un modelo dirigido de tres niveles que mediante el aprovechamiento circulante integra ingresos adicionales a la granja.

En la digestión anaeróbica el medio microbiano usa como alimento las excretas sólidas de porcinos, hay un gran grupo de Archea metanogénicas interactuando en la fermentación junto a diversos micoorganismos y bacterias facultativas, primero generado excreciones de diferentes metabolitos, unos compuestos activan el crecimiento poblacional y sucesión de otra especie, hasta transformar 90% de la materia orgánica en biometano.

Antorcha o mechero para quemar el gas metano. Flama producida con el biogás. Se libera CO₂ quemado en lugar de CH4. No se aprovecha el biogás para transformarlo en electricidad u otra fuente de energía aprovechable

Motor de combustión generador de gas a electricidad. Del escape del motor, el intercambiador de calor usa la energía calórica para enfriar un tanque. Al gas sobrante se le reduce su volumen con un compresor para ser usado como combustible de vehículos terrestres. Esquema de 2da generación sin laguna, separación de sólidos, proceso de nitrificación-desnitrificación, remoción de fósforo y desinfección.

SISTEMAS DE REACTORES ANAERÓBICOS CON SECUENCIA EN TANDAS.

La laguna de oxidación con ventiladores sin cubierta superficial, el Bunker y la laguna anaeróbica profunda de una sola cámara de fermentación es cosa del pasado. Las malas experiencias habían dejado una mala impresión Feuchter 2024. Una laguna profunda se acidifica pH bajo por la pérdida de CO₂ ácido y por ello el NH3 es alto, como los ácidos grasos volátiles (acetato, ácido propiónico, ácido butírico, isobutírico) en la capa superficial son indicadores de fallas en la digestión anaeróbica o a la falta de tiempo de adaptación de la comunidad microbiana. La sedimentación de la materia orgánica limita la formación de un potencial existente de metano. El biorreactor moderno con avances alcanzados en investigación debe ser eficiente con poco tiempo de retención de líquidos para completar rápidamente el tratamiento de la digestión y respiración anaeróbica de la materia orgánica, con la máxima producción de bioenergía verde y captura de biogás compuesto de (50-75%) de CH4 y (25-50%) de CO₂, gases entre 2-8% compuestos de nitrógeno N₂, H₂, H₂S, NH3, O₂, S₂ y otros 130 diferentes gases provenientes de la descomposición de las excretas, incluyendo el vapor H₂O; con un valor calorífico de 5300 kcal/ m3 de metano (600-1000 BTU/ft3) Neshat 2017. La producción de biogás puede generar beneficios ambientales muy valiosos, más allá el conjunto de la energía producida y de los biofertilizantes como mejoradores agrícolas.

Cálculo para las emisiones anuales. Con tablas y valores.

https://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/gp/bgp/4_3_CH4_Animal_Manure.pdf

i.-Tipo de animal

j.- Sistema anual

DISEÑOS TECNOLÓGICOS DISPONIBLES PARA FERMENTAR EXCRETAS

Para colectar y aprovechar los excrementos porcinos en confinamiento a escala agroindustrial. https://lpelc.org/technologies-for-anaerobic-digestion-of-flushed-swine-manure/

HRT= Volumen del reactor/Volumen de salida diaria SRT= Masa sólida del reactor/Masa sólida de salida diaria. .. Continuara CO