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Soluciones Integrales Para El Aprovechamiento De Residuos Orgánicos Provenientes De Viviendas Rurales Manuel Iván Cardozo Naranjo David Guillermo Guerrero Calderón Sebastián Andrés Lancheros Castañeda Martha Camila Luna Espíndola Deivyd Gerardo Parra Riaño Laura Viviana Ramírez Cortés María Eugenia Calderón– Profesora Tutora Universidad Nacional de Colom bia Facultad de Ingeniería Taller de Proyectos Interdisciplinarios Bogotá, Colom bia Abril, 2016

CONTENIDO

Contenido 1. RESUMEN EJ ECUTIVO ................................................................................................. 3 1.3.

PALABRAS CLAVES ................................................................................................. 4

2. INTRODUCCIÓN..............................................................................................................4 3. DESCRIPCIÓN DE ANTECEDENTES ........................................................................7 4. CASOS DE ÉXITOS DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE DESECHOS PECUARIOS EN COLOMBIA. ......................................................................9 5. DESCRIPCIÓN DEL CONTEXTO............................................................................... 11 5.1.

Político:....................................................................................................................11

5.2.

Económico: ............................................................................................................12

5.3. 5.4.

Social - Cultural.....................................................................................................14 Tecnológico............................................................................................................15

5.5.

Ambiental ................................................................................................................19

5.6.

Legal ......................................................................................................................... 20

5.7.

Biogás Ecológico en el MUNDO ....................................................................... 23

6. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ......................................................................25 7. ANALISIS DOFA ............................................................................................................26 8. ANALISIS DE CONTEXTO...........................................................................................27 9. ENTREVISTAS REALIZADAS. ................................................................................... 29 10. PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN. ................................31 10.1. Tecnologías disponibles, criterios de selección del tamaño del biodigestor y rango de inversión inicial. ................................................................... 33 11.

ALTERNATIVAS DE USO DEL PRODUCTO Y DEL SUBPRODUCTO ......... 37

11.1. Aplicación del producto: Generación de energía en una planta de generación o de cogeneración (CHP)......................................................................... 38 11.2. Aplicación del producto: Venta directa del biogás o de biometano.......39 11.3. Aplicación del subproducto: fertilizante ........................................................39 12.

REFERENCIAS ..........................................................................................................40

1. RESUMEN EJECUTIVO El presente trabajo aborda el planteamiento de un paquete tecnológico con el propósito de dar a conocer la tecnología para el aprovechamiento de los desechos de origen pecuario en la obtención de energía eléctrica o térmica en las granjas y fincas que posean ganado bovino. En diferentes zonas rurales del país existe una gran producción de desechos orgánicos que no son utilizados eficientemente, a pesar de su alto potencial en la generación de energía y materias primas. Aún con este potencial energético, en muchas de estas zonas no se ha logrado asegurar el abastecimiento de energía, ya sea en forma térmica o eléctrica. Solo en el departamento de Arauca en 2014, se reportaron cerca de 300.000 cabezas de ganado con una producción de residuos de 3000 ton/ día que tienen un potencial de producción de biogás de 120.000m3 capaces de iluminar más de 1.500.000 de bombillas. El principio de la tecnología para producir biogás se basa en la fermentación anaerobia de la biomasa en un biodigestor para la formación de gas metano que puede ser utilizado para generación de energía eléctrica mediante el movimiento de una turbina o como combustible. Este tipo de tecnología trae consigo gran variedad de ventajas tales como ahorros en servicios asociados a energía eléctrica, control de malos olores por la acumulación de excremento y regulación de enfermedades y desarrollo de insectos. El alcance del proyectó será la presentación de un paquete tecnológico con la descripción del proceso y los conocimientos básicos que se requieren para aplicar es te tipo de innovaciones en las fincas que posean ganado vacuno.

1.1.

OBJ ETIVO GENERAL

Formular el diseño de un paquete tecnológico para el aprovechamiento de desechos orgánicos de la actividad pecuaria en la generación de energía y productos de valor agregado en la zona rural de Arauca, Colombia.

1.2.

OBJ ETIVOS ESPECÍFICOS

➢ Realizar una inves tigación de la normativa vigente para este tipo de procesos, as í como de procesos similares que hayan sido realizados a la fecha. ➢ Determinar la cantidad de materia prima disponible en la zona para establecer la capacidad de producción. ➢ Elaborar un documento informativo para describir el proceso de aprovechamiento de recursos.

1.3.

PALABRAS CLAVES

Residuos pecuarios, biogás, biodigestor, proceso anaerobio, fermentación. 2. INTRODUCCIÓN Colombia, es un país con una alta producción ganadera y de agricultura, que se extiende en más del 50% del territorio nacional. Solamente en el sector ganadero, en el año 2014 el inventario bovino nacional se situó en 22.593.283 cabezas, con un crecimiento anual de 0.9%. La Figura 1, presenta el inventario bovino de la última década, donde en general ha exis tido una tendencia a la alza en la producción ganadera en todo el país. En cerca de 25 de los 32 departamentos en Colombia, exis te actividad ganadera, de la cual, en la mayoría de departamentos exis te una tendencia a la alza, com o se muestra en la figura 2 (Con aumento en el último año en zonas del Vaupés y de Sucre, y manteniéndose constante en otros departamentos de alta producción tales como Cundinamarca, Cesar y Magdalena). [1] Gran parte del territorio nacional se encuentra destinado a la producción ganadera, siendo la actividad económica de una gran población de colombianos del país. En Colombia se reportan cerca de 510.000 predios ganaderos, de los cuales cerca del 43% corresponde a pequeños ganaderos y el 37% a medianos ganaderos. [1] Dada la importancia de la producción ganadera en Colombia, es importante identificar las falencias de esta actividad, a lo largo del territorio nacional. Actualmente, la ganadería en Colombia tiene como problemática, la alta producción de residuos como estiércol en los terrenos dedicados a esta actividad. Por cada 3 animal, se generan aproximadamente cerca de 19 m de estiércol al año, que no tienen ningún aprovechamiento a pesar de las capacidades energéticas y en la producción de materias primas como biogás.

Figura 1 (Izquierda). Inventario Bovino de la última década. [1] Figura 2. (Derecha) Variación porcentual del inventario bovino por departamento. [1]

La producción de residuos orgánicos y su aprovechamiento se torna importante, cuando se considera que no solo existe producción ganadera en Colombia, sino que por el contrario, además la producción porcina y de pollo en el país, igualan la producción ganadera actual. De la misma manera, en el sector agrícola se generan cerca de 20 millones de toneladas al año de productos de corta y larga duración, en la que muchas veces se generan cerca del 50% de residuos por la cosecha de cada producto. El poco manejo y aprovechamiento de esta gran cantidad de residuos orgánicos generados por la alta producción agrícola y pecuaria del país, desemboca en diferentes problemáticas, entre ellas los problemas ambientales y de salud asociados. Malos olores, contaminación de efluentes y aguas subterráneas, improductividad de las tierras y otras consecuencias, hacen parte de la larga lista de factores que requieren del manejo de esta masa de residuos producida en los sectores rurales. La biomasa generada de la producción rural, tanto aquella de origen vegetal como de origen animal, por su composición química (Rica en proteínas y fibras), hacen que sean materiales con alto potencial de aprovechamiento en la producción de energía o en la producción de materias primas derivadas de su tratamiento como el biogás. El biogás corresponde a un producto generado de la digestión aeróbica de residuos orgánicos con una alta composición de metano y propano, que lo hacen un combustible apropiado para múltiples usos. A partir de los residuos pecuarios es 3 posible generar cerca de 0.05 m por kilogramo, y a partir de residuos agrícolas, es 3 posible generar entre 300 – 600 m por tonelada de residuo. En las tablas 1 y 2, se presentan los rendimientos típicos de la producción de biogás desde estiércol y residuos agrícolas, respectivamente. [2] Tabla 1. Rendimientos típicos en la producción de biogás desde diferentes tipos de es tiércol. [2]

Tabla 2. Rendimientos típicos en la producción de biogás a partir de diferentes tipos de residuos agrícolas. [2]

Uno de los principales usos del biogás es en la producción de energía eléctrica, debido a su alto potencial energético. La tabla 3, presenta las características energéticas del biogás. Tabla 3. Características del potencial energético del biogás. [2]

Aún con el potencial energético de todos estos residuos, no ha sido posible asegurar la cobertura total energética en todo el País. Más de 120.000 usuarios en todo el país aún no poseen acceso al Sistema Nacional Interconectado, procedentes de diferentes municipios en departamentos como Antioquia, Cauca, Nariño, entre otros. La tabla 4, presenta las estadísticas de las zonas no interconectadas del país.

Tabla 4. Distribución geográfica de las zonas no interconectadas en el país. [3]

La tecnología para solucionar el problema energético de las zonas no interconectadas del país a partir de biogás, ya exis te, sin embargo, debido a la reciente legislación en el tema, así como la dispersión de la misma, no es un tecnología fácil de adaptar. La legislación actual exige entre otros, la construcción, la capacitación y el monitoreo de la producción de biogás. Por es ta razón, se requiere de un sistema capaz de aprovechar los residuos orgánicos de las zonas rurales del país en diferentes soluciones (tales como energía, producción de biogás u otros), adecuadas a las necesidades de los productores. 3. DESCRIPCIÓN DE ANTECEDENTES Anteriorm ente se han realizado estudios acerca del aprovechamiento de residuos por medio del proceso de digestión. A nivel local, en la Universidad Nacional ya se había realizado un estudio compuesto de un diseño y un análisis económico para una planta productora de biogás a partir de residuos de ganado vacuno, en el que se realizó el dimensionamiento de establos, sistemas de recolección y mezcla e la materia prima, el digestor y el sistema para el tratamiento del gas obtenido; todo a partir de los desechos producidos por 1300 reses. De este estudio se concluye que es factible técnica y económicamente la construcción de una planta de m anejo de residuos de ganado vacuno en los campos de Colombia. [4]

Antes , en el año 2003, la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), dentro de la formulación de un programa básico de normalización para aplicaciones de energías alternativas y difusión, publicó una guía para la implementación de sistemas de producción de biogás, con la unión temporal ICONTEC-AENE. Este documento informativo contiene aspectos como las referencias normativas , generalidades del proceso de producción de biogás, la forma de recolección y almacenamiento de los residuos, así como su pre tratamiento y las formas de utilización del biogás producido, entre otros. También señala recomendaciones para el sistema de producción, as í como los riesgos que puede tener su operación y otras condiciones especiales. El objetivo principal de este documento consiste en proveer información técnica básica para la implantación y el us o de sistemas de producción de biogás en instalaciones agropecuarias en Colombia. [5] Se encuentra también una Compilación de Tecnología del Biogás, publicada en la Biblioteca Virtual de Desarrollo Sostenible y Salud Ambiental, realizada por Juan Pablo Silva Vinas co, quien es miembro de la Escuela de Ingeniería de Recursos Naturales y del Ambiente de la Universidad del Valle. Este documento contiene algunos fundamentos de la tecnología de producción de biogás, parámetros de operación de los sistemas de producción de biogás y un análisis del balance de la demanda de energía con la producción de biogás. Este documento contiene información de varias fuentes, nacionales e internacionales, de estudios realizados previamente con respecto al tema. [6] A nivel internacional, en el año 1997 se realizó en la Habana, Cuba, una reunión regional sobre biomasa para la producción de energía y alimentos; el registro escrito se encuentra disponible en el depósito de documentos de la FAO. Una de las ponencias de esta reunión fue acerca del aprovechamiento de desechos agropecuarios para la producción de energía, realizada por Daniel Alkalay, del departamento de procesos químicos de la Universidad Técnica Federico Santa María en Valparaíso, Chile. Dentro de la ponencia se discuten diversas formas de aprovechamiento de desechos de la agricultura y de la crianza de animales que puedan tener como producto o subproducto una forma de energía, dentro de las cuales se encuentra la producción de etanol, biogás, pirolisis, gasificación y licuefacción de los desechos. Según esta ponencia, la producción de biogás como forma de energía puede hacerse en un predio individual, a escala agrícola o industrial, con una tecnificación de simple a media y con una intensidad capital baja. [7] A nivel internacional, en el año 2004 se planteó en Costa Rica un proyecto de la utilización de biogás para la generación de electricidad, en el modelo de desarrollo eléctrico nacional. En este proyecto se propone un esquema en el que se utilizan los desechos de animales como pollos y vacas para generación de electricidad, que sería utilizada en el ordeño de las vacas y en el engorde de los pollos. Dentro de es te proyecto, se incluye un proceso de entrenamiento del personal encargado de la operación de los biodigestores para garantizar un funcionamiento adecuado. Una de las personas involucradas en este proyecto es la ingeniera Irene Cañas, quien se desempeña como vicepresidenta suplente de la junta Directiva de la Refinadora Costarricense de Petróleo. [8]

Adicionalmente, en el año 2012, Lorena Nodar Balseiro realizó para su trabajo de fin de máster en la Universitat Politécnica de Valéncia una planta de biogás en la finca Mouris cade. El trabajo consistió en crear una guía de manejo de la planta de biogás que estaba en construcción en dicha finca. Abarcó parámetros de funcionamiento y recomendaciones de manejo de la planta, además de recomendaciones para la gestión del residuo del proceso. [9] 4.

CASOS DE ÉXITOS DE PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE DESECHOS PECUARIOS EN COLOMBIA.

Al día de hoy, son varias las granjas de producción bovina que han optado por tecnologías de aprovechamiento de los desechos pecuarios para la generación de energía eléctrica y biogás como combustible.

Tabla 5: Casos de éxito en la producción de biogás a partir de estiércol animal. Elaboración de los autores. País

Ciudad

Tipo de desecho pecuario

Capacidad del biodigestor

Características del biogas

Usos

pH = 7.2, C=4.08%, . Electricidad N=0.11%, P2O5=0.11%, . Bi ocombustible me tano =55%

Brasil

Belém, PA.

Búfalo

23 m3

Col ombi a

Ipiale s

V acas

5 m3

Perú

Tacna

Cerdos

2 m3

Metano 60%, CO 2 30%, N=0,13%

Argentina

Hernando

Cerdos

50 m3

Metano 68%

-

. Bi ocombustible

. Bi ocombustible

.Electri cidad

Perú

Lurín

Cuy

10 m3

-

. Electri cidad . Bio combustibl e

Indi a

Karnataka

V acas

9 m3

pH= 7.5, 68% me tano , 26% CO2

. Electri cidad . Bio combustibl e

70% me tano, 30% CO 2

. Electri cidad . Bio combustibl e

Argentina

Buenos Ai res

V acas

800 m3

Observaciones

Tomado de:

Se carga diariamente al biodigestor 500 Kg de https://www.infoteca.cnptia.em estiercol con 267 L de agua. No hubo adi ción de brapa.br/bitstre am/doc/381158/1 bacterias me tnogénicas /CircTec46CPATU.pdf

Se carga 12 kg de estiercol , 34 L de agua (proceso batch) Se obtuvo una producci ón diaria de biogás de 400 L a partir de los 18 dias de iniciada la ferme ntaci ón. La empresa PFI Energy & Ecology puso en marcha una microturbina utilizando bi ogas de ori gen porcino produciendo energía el éctri ca subiéndola a l a red de Hernando

https://www.youtube.com/ watc h?v=Jiyc2-J3Uwg

El biodige stor fue montado en el 2005. Se carga 1 Ton de estiercol con 200 L de rume n una vez al año y 4 m3 de agua. Cada semana se alimenta estiercol de cuy y agua en una proporción de 1:3. La capaci dad del biodigestor es de 2 m3 de biogas al día. I ndia cuenta con aproximadame nte 10.000 unidades instaladas de este tipo

http://w ww.agriculturesnetwork. org/magazines/latinamerica/energia-en-lafi nca/produccio n-de-bi ogas-conestiercol-d e-cuy https://www.myclimate .org/fi lea dmin/myc/klimaschutzprojekte/i ndien- 7149/kli maschutzprojektindie n-7149-project-story.pdf

El proyecto se i mplementó a fin ales de 2015 sumin istrando energía eléctri ca a 200 vivie ndas con el biogas produci do por 500 vacunos los cuales generan 13, 5 toneladas de estiércol al día.

http://sobrelati erra.agro.ub a.ar/ un-pueblo-que-ya-usa-energiagenerada-con-el-e stiercol-de-l asvacas/

http://w ww.perusolar.org/wpcontent/uploads/2013/01/6.pdf http://biodiesel.com.ar/6569/bi o gas-a-partir-de-excremento-decerdos

5. DESCRIPCIÓN DEL CONTEXTO 5.1. Político: En el ámbito político se deben tener en cuenta los decretos que actualmente rigen la distribución y la generación de biogás. Para esto se tienen en cuenta los siguientes decretos y artículos dictados en la normatividad colombiana: Para esto se deben tener en cuenta los siguientes aspectos: ● Los gobiernos locales que permitan y brinden apoyo al proyecto. ● La disposición gubernamental que haya por parte de los consejos municipales y el congreso. ● Los intereses particulares. De acuerdo a esto, se tienen en cuenta las siguientes normas y resoluciones dictadas por la comisión de regulación: ● Resolución CREG 066 de 2009: Resolución pública que adopta la comisión de Regulación de Gas y Energía con el fin de regular el servicio público domiciliario de gas combustible con biogás. ● Articulo 1 y 14 de la ley 142 de 1994 y 11 de la ley 401 de 1997 regula la normatividad para el suministro de gas, el cual independiente del origen debe ser tomado como servicio público. Además de que se debe tener en cuenta que el servicio de biogás parte de una actividad complementaria que también está tipificada en estos artículos y por lo tanto cuenta como servicio publico. ● Además el articulo 70 determina las formas de aprovechamiento y su regulación con los diferentes residuos producidos en el aprovechamiento del biogás. ● El artículo 72 establece los criterios que deben cumplirse para que los métodos de aprovechamiento se realicen de forma optima, de manera que la generación de residuos procedentes de este aprovechamiento sean los mínimos, para evitar el daño al medio ambiente. ● El documento 056 de la CREG. del 2009, no tiene en cuenta al biogás como una fuente de aprovechamiento comparada con el gas natural, por lo tanto no hay una política de estado seria que hable sobre el aprovechamiento y regulación del biogás. ● Debido a que es una forma de aprovechamiento que genera beneficios para la sociedad la CREG no considera necesario realizar una regulación para el precio del biogás como combustible, por lo que la entrada del biogás al mercado será libre y sin sujeción a precios máximos. ● Para el proyecto en cuestión se debe tener en cuenta que al iniciar el proyecto se debe reportar ante la superintendencia de industria y comercio las condiciones del

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proyecto, as í como las reglas previas que se deben tener en cuenta, todo esto según el artículo 7 de la ley 1340 de 2009 Además el reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS - 2000, da los lineamientos para la utilización de agua potable en su numeral B.2..3.3 donde se solicita conocer la cantidad de agua potable necesaria para el proceso industrial y la cantidad a ser utilizada en el proceso. Uno de los artículos más importantes en la regulación de este tipo de proyectos es el decreto 2981 de 2013 que da los lineamientos para realizar el aprovechamiento de los residuos sólidos generados independiente de la fuente que los genere, esto para evitar que las materias primas sean utilizadas de manera indiscriminada y no generar posibles elementos de contaminación. Además de esto da los lineamientos mínimos que se deben cumplir al momento de realizar el aprovechamiento de los residuos y la forma en que se debe disponer de estos y las acciones que se deben tomar antes los residuos producidos en este aprovechamiento. Por último se debe tener en cuenta que respecto a este tipo de proyectos la voluntad política es mínima y por lo tanto las regulaciones y normas que generen ayuda a este tipo de proyectos son muy pocas, además de que la continuidad de los diferentes gobiernos no permiten desarrollar proyectos de este tipo a largo plazo.

5.2. Económico: En el aspecto económico se deben tener en cuenta el impacto que podría traer la producción de biogás a las personas que habitan áreas rurales. En primera instancia se debe tener en cuenta el costo inicial que debe ser invertido para poder realizar la producción de biogás a partir de los excrementos de los animales, ya que este costo se debe justificar con las ventajas que implementar esta tecnología podría traer, como por ejemplo la producción de combustible para las cocinas de los hogares en donde se elimine la utilización de leña que trae a quien la usa graves consecuencias en su salud sobre todo en la parte de enfermedades respiratorias o la producción de un biofertilizante que reemplace los fertilizantes importados que son de alto costo, o mejor aún la producción de energía a partir del biogás utilizado en zonas donde el acceso a la electricidad se restringido. Las plantas de biogás pueden tener pequeños tamaños pero debido a que se está manejando un gas lo ideal es un tamaño mínimo recomendado y el costo de este inicia desde los U$ 15.000 y en donde los periodos de inversión oscilan entre los 4 y 7 años [1]. Otro as pecto a tener en cuenta son las capacidades que presentan cada uno de los potenciales productores de la materia prima con la que se va a trabajar como lo muestra la siguiente grafica:

Grafica X. Potencial de generación de biomasa del sector pecuario. Además se debe tener en cuenta que los materiales para la construcción de este pueden ser conseguidos fácilmente si el biodigestor va a ser construido de manera artesanal, y son materiales que no presentan un alto costo. Entre los materiales para su construcción es tán tuberías y uniones en PVC, tuberías galvanizadas, mangueras, correas, uniones, etc. Es por esto que económicamente es viable realizar un biodigestor de bajo costo que cumpla con las necesidades del cliente final. En un segundo aspecto está la parte de mantenimiento. En este punto se debe tener en cuenta que el mantenimiento es relativamente sencillo, ya que al ser materiales utilizados comúnmente y además son materiales de bajo costo, estos se pueden conseguir fácilmente y el realizar un mantenimiento no saldría costoso. El tercer aspecto es el impacto económico que podría traer a las fincas y granjas donde sea utilizado, y más si este va a ser utilizado para cocinar o para utilizarlo en la producción de energía. Y por ejemplo hablando en cifras en México con biodigestores aptos para recibir el estiércol de 800 vacas se puede producir 80kW/día, lo cual disminuye el gasto de la granja de 110 mil pesos a solo 8 mil pesos produciendo el 90% de la energía de la granja, logrando así que la invers ión realizada en la implementación de esta tecnología sea recuperada en algunos años y que des pués de estos se empiece a tener un ahorro considerable. Pero en el ámbito económico no solo es importante el biodigestor, también se deben tener en cuenta los costos de capacitación, adecuación de las zonas donde será instalado, el uso que se le va a dar al biogás, ya que su rentabilidad se hace mayor en los sistemas de cogeneración lo cual lleva a aumentar el costo de implementación de esta tecnología, ya que por esto se necesita de un generador, intercambiadores de calor y otros elementos que aumentan el costo de instalación de esta tecnología completa. En resumen la tecnología del biogás es una tecnología económica con la cual se puede producir energía a bajo costo teniendo en cuenta que la inversión inicial

puede ser recuperada de m anera directa si se va a realizar producción de energía con este y de manera indirecta al prevenir problemas en la salud o en la utilización de los residuos como fertilizante de alta calidad. Además también se debe tener en cuenta el costo de otros combustibles y sobre todo del petróleo que en muchos casos llega a estar demasiado costoso. En Argentina por ejemplo se están implementando nuevas formas de producción de energías a partir de recursos renovables, y entre es tos recursos está el biogás, con el cual se logra la producción de 1 MWh (Megavatio hora) a un costo de 189 dólares lo cual comparado con la producción de este mismo MWh en nuestro país está por encima del costo de producción por medio de las hidroeléctricas y term oeléctricas en donde este valor oscila entre los 50 - 100 dólares, por esto no es rentable la generación de biogás para competir con los costos de producción a gran escala, es mejor utilizarlo como una fuente alternativa de producción de energía en momentos en donde las hidroeléctricas y termoeléctricas se vean llevadas al límite como está sucediendo en estos momentos. Otro as pecto a tener en cuenta es la cantidad de animales con los que cuenta cada granja, ya que dependiendo de esto se podrá determinar los tamaños de los biodigestores, la cantidad de biogás diaria que pueda ser producida y el beneficio económico que este podría traer. Por último, hablando del paquete tecnológico que se quiere ofrecer, no solo en cos tos se deben tener en cuenta los costos de los elementos que compondrán el sistema, sino también los costos de capacitación, adaptación de los equipos que van a utilizar biogás, cos tos de adaptación del terreno y de las condiciones ambientales. 5.3.

Social - Cultural.

En el ámbito social y cultural se debe tener en cuenta el impacto que traería implementar esta nueva tecnología a la región. Es de vital importancia que en este aspecto se cumpla a cabalidad con todo lo establecido por las diferentes comunidades que se verán beneficiadas con este producto, ya que son ellas los usuarios finales y quienes se van a quedar con el paquete tecnológico implementado. Es por esto que en la parte social se requiere que como proyecto se realice un acompañamiento antes, durante y después de implementado el proyecto para que as í se logre un acople entre la comunidad y el proyecto que se quiere implementar que en este caso está representado por el paquete tecnológico. En la parte cultural el objetivo es lograr un impacto positivo en las comunidades rurales en donde se fomente la utilización de estas nuevas tecnologías, ya que mediante este proceso se está fomentando la utilización de energías renovables que permitan a la comunidad ayudar con el ambiente al utilizar desechos que generen contaminación y así lograr obtener beneficios a partir de esto, y además se crea una

cultura del reciclaje y del cuidado del medio ambiente para las próximas generaciones que terminaran heredando este tipo de sistemas. Otro im pacto importante en las comunidades será el hecho de que se reducirán las enfermedades producidas por moscas y larvas que se reproducen en las heces de los animales, además de que se reducirán las enfermedades por la utilización de la leña como combustible para cocinar. Además de lo anterior se generaran oportunidades de empleo para las comunidades de la región, debido a que se requiere personal para el mantenimiento de los biodigestores, para la recolección de la m ateria prima y para la capacitación de la comunidad en la utilización y aprovechamiento del biogás producido. Otro as pecto importante y que también genera un impacto positivo en las comunidades es la reducción de los costos en la producción de la energía que se utiliza y dependiendo del tamaño del paquete tecnológico así mismo será la cantidad producida de energía que sea aprovechable y que genere este ahorro. Además de lo anterior, también se requiere por parte de este grupo generar primero que todo generar confianza en las comunidades que utilizaran el proyecto, ya que para la gran mayoría de personas que fueron entrevis tadas esta es una producción de energía que es insegura y que además al provenir de desechos animales no es del todo limpia. Por esto se requiere de capacitaciones a las comunidades que tomaran el paquete para explicarles la forma en que funciona y para eliminar todos los mitos que surgen alrededor de este proceso mediante la explicación técnica del proceso y mediante la capacitación. 5.4.

Tecnológico

El biogás, como todos los combustibles usados en la producción de energía deben cumplir ciertos estándares, los cuales se presentan en la tabla 5.

Tabla 5. Características principales del biogás. [2]

Para la producción de biogás se requiere una tecnología básica, compuesta por un birreactor (Contenedor de las materias primas a digerir), un contenedor de gas, con los accesorios para la salida de biogás, entrada o carga de materias orgánicas primas y salida o descarga de materias orgánicas estabilizadas. Los componentes que se presentan a continuación están presentes en el proceso de producción, independientemente de la configuración del mismo. Reactor. Corresponde al dispositivo principal del proceso, en el cual ocurre el proceso bioquímico de degradación de la materia orgánica. Exis ten diversos tipos de biodigestores, sin embargo el más utilizado en la actualidad es el cilíndrico, debido a la facilidad en la carga y descarga de sólidos, así como de su limpieza. El reactor es tá inclinado en el suelo con el fin de extraer el materia inorgánico sedimentable y la fracción pesada del efluente. Algunos digestores de un mayor cos to, poseen cubiertas fijas o flotantes con el fin de impedir el escape de olores, conservar la temperatura, evitar la entrada de oxígeno y recoger el biogás producido. La figura 3, presenta los principales tipos de reactores utilizados para la producción de biogás. [2]

Figura 3.a. Principales reactores utilizados en la producción de biogás. Izquierda. Reactor tipo Chino. Derecha. Reactor tipo indiano. [2]

Figura 3.b. Principales reactores utilizados en la producción de biogás. Superior. Reactor tipo Horizontal. Inferior. Reactor tipo batch. [2] Entrada y Salida de Efluentes. Se trata de tubos verticales acoplados al reactor que permiten la entrada y salida de efluentes. Para la entrada, se utilizan usualmente 1 o 2 tubos de entrada, mientras que para la salida se utilizan más de 5, a diferentes alturas, con el fin de recoger a diferentes niveles los lixiviados producidos del proceso. Extracción de Lodos. Las tuberías de extracción de lodos suelen estar colocadas sobre bloques a lo largo del suelo inclinado del digestor. El lodo se extrae por el centro del reactor. Estas tuberías tienen, por lo general, 15 cm de diámetro o van equipadas con válvulas de tapón para evitar obstrucciones, y se utilizan para llevar periódicamente el lodo del biodigestor a un sistema de evacuación de lodos. Sistema de gas. El proceso de digestión produce de 400 a 700 litros de gas por cada kilogramo de materia orgánica degradada, según las características del influente. el gas se compone fundamentalmente de metano y anhídrido carbónico. El contenido en metano del gas de un biodigestor que funcione adecuadamente variará del 65% al 70% en volumen, con una oscilación de anhídrido carbónico del 30% al 35%. Dada la composición del gas, el sistema de gas se compone principalmente de: Cúpulas de gas, válvulas de seguridad y rompedora de vacío, apaga llamas, válvulas térmicas, separadores de sedimentos, purgadores de condensado, medidores de gas, manómetros, reguladores de presión, almacenador de gas y el quemador de los gases sobrantes. El esquema de producción de biogás, depende fundamentalmente del tipo de materia prima utilizado. A continuación se muestran los diferentes sistemas para la producción de biogás.

Figura 4. Producción de Biogás. Sistema de Contacto anaerobio.[2]

Figura 5. Producción de Biogás. Sistema tipo Batch.[2]

Figura 6. Producción de Biogás. Sistema de Reactores de Lecho.[2] De la misma manera, en la que exis ten diferentes formas de producción de biogás, exis ten variadas maneras de aprovechamiento del poder calorífico presente en este producto. La Figura 7, presenta los principales equipos que pueden funcionar con biogás.

Figura 7. Equipos para consumo de biogás.[2] El uso de una tecnología u otra, tanto para la producción como para el aprovechamiento del biogás, depende del análisis de las materias primas, la cantidad de biogás a producir y las necesidades del productor. 5.5.

Ambiental

La producción de Biogás resulta ser ambientalmente amigable debido a que, a diferencia de otros combustibles, la producción de CO2 no resulta ser el condicionante en este tipo de energía. Dada la necesidad de eliminación de residuos orgánicos y la generación de subproductos como fertilizantes que su aprovechamiento conlleva. [10] Adicional a esto, los biodigestores resultan ser una alternativa funcionalmente satisfactoria, pues el biogás que se produce puede ser utilizado para cocinar o calentar agua y así suplir algunas necesidades básicas del hogar, además de que el proceso ayuda a disminuir la cantidad de residuos orgánicos producidos mientras que los aprovecha. Además, la producción de biogás se constituye como una alternativa sustentable a los recursos no renovables como el gas natural, ampliamente utilizado diariamente. [11] Como el metano tiene un impacto climático 25 veces más grande que el dióxido de carbono, a las causas de emisiones no controladas de metano se les debe prestar particular atención; es por esto que la producción de biogás resulta ser una buena

opción debido a que evita que los residuos orgánicos provenientes de animales se degraden liberando sustancias contaminantes a la atmósfera. Igualmente, en el proceso de producción de biogás se debe tener cuidado con emisiones del metano producido a la atmósfera, que pueden ser producidas por fugas en el digestor, en las tuberías o en el almacenamiento de residuos. [12] 5.6.

Legal

La Comisión de Energía y Gas CREG 066 de 2009 establece la normatividad respectiva a la producción de biogás, el uso para la producción de energía y el consumo en la red de gas. Inicialmente establece las tarifas de biogás y de la energía generada del mismo. Ley 142 de 1994. A continuación se listan los aspectos más relevantes que estipula la regulación general de producción de biogás. Costo de Servicios. La disposición del biogás requiere la inversión de capital que depende con respecto a la magnitud de la función que se le va a dar al biogás, así como la fuente orgánica de alimentación. La infraestructura debe ubicar la captación y el tratamiento de los gases producidos en la digestión anaeróbica. Promoción de la Producción de Biogás. No existen políticas restrictivas en cuanto a la producción de biogás, ni exis ten políticas para incentivar la producción del mismo. Las cantidades producidas de biogás son marginales en cuanto a la oferta de gas natural. Configuración del Servicio. Se plantean tres configuraciones dependiendo del sistema de redes. Biogás en redes aisladas: Comercialización desde la producción, transporte, distribución. Biogás en redes aisladas sin distribución: Comercialización desde la producción, transporte. Biogás en redes de gas natural. Comercialización, transporte e inyección al sistema nacional o al sistema de distribución. La CREG define los estándares para su inyección en la red nacional. Costo del Biogás. La CREG considera el uso de biogás genera beneficios para la sociedad al utilizar biogás, no se establece un esquema de regulación de los precios del biogás. Será libre y sin sujeción a topes máximos. Resolución 135 de 2012. Servicio Público Domiciliario de Gas Combustible con Biogás. Es el conjunto de actividades ordenadas a la distribución de Biogás, por tubería u otro medio, desde un sitio de acopio de grandes volúmenes o desde un gasoducto central hasta la instalación de un consumidor final, incluyendo su conexión y medición. Abarca las actividades complementarias de comercialización desde la producción y transporte de Biogás por un gasoducto principal, o por otros medios, desde el sitio de generación hasta aquel en donde se conecte a una red secundaria.

Artículo 3°. Régimen para el Servicio Público Domiciliario de Gas Combustible con Biogás a través de Redes Aisladas, para atender Usuarios Industriales no regulados: El servicio público domiciliario de gas combustible con Biogás a través de Redes Ais ladas para atender usuarios industriales no regulados, se prestará bajo el régimen de Libertad Vigilada. Los prestadores de este servicio deberán: 1. Dar tratamiento neutral a todos aquellos usuarios que utilicen o deseen utilizar el servicio público domiciliario de gas combustible con Biogás a través de Redes Ais ladas, absteniéndose de cualquier actuación que pueda conducir a discriminaciones, prácticas restrictivas de la competencia, competencia desleal o abuso de posición de dominio; 2. Informar a sus usuarios, con la periodicidad que acuerden en los respectivos contratos, la cual en todo caso no s erá inferior a un año, las propiedades (e.g. poder calorífico, número de wobbe, densidad) y composición (e.g. cantidad de metano, dióxido de carbono, amoníaco, hongos, bacterias, patógenos, etc.,) del biogás comercializado. 3. Informar a la CREG y a la Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios inmediatamente celebren un contrato para atender usuarios industriales con Biogás a través de Redes Aisladas, las tarifas que determinen según el régimen de Libertad Vigilada, así como la forma en que estas serán actualizadas. En todo caso, estarán obligados a informar las tarifas cada vez que se produzca una modificación en ellas. 4. Acordar con los usuarios industriales en el contrato de prestación del servicio de gas combustible con Biogás, las condiciones de entrega y de recibo del gas, las condiciones y características de las instalaciones receptoras, y las responsabilidades que en relación con estos y los riesgos asociados al uso del combustible deberán asumir cada una de ellas. En todo caso, quien tenga a cargo la operación y el mantenimiento de la red será responsable por el adecuado funcionamiento y operación de la misma. Parágrafo 1°. Las empresas que presten el servicio público domiciliario de gas combustible con Biogás a través de Redes Aisladas deberán cumplir las normas técnicas y ambientales que sobre la materia hayan adoptado o llegaren a adoptar las autoridades competentes. Parágrafo 2°. Las personas que deseen prestar el servicio público domiciliario de gas combustible con Biogás a través de Redes Ais ladas a usuarios industriales no regulados, deberán constituirse como una Empresa de Servicios Públicos Domiciliarios ESP, en los términos establecidos en el Título I de la Ley 142 de 1994. Artículo 4°. Régimen para el Servicio Público Domiciliario de Gas Combustible con Biogás a través de Redes Aisladas, para atender Usuarios Residenciales, usuarios regulados o con destino al GNV: Hasta tanto la CREG no adopte las condiciones de calidad y seguridad aplicables a este servicio, no se podrá prestar el servicio público domiciliario de gas combustible con Biogás por Redes Ais ladas a usuarios

residenciales, a usuarios regulados, ni con destino al GNV. Otros aspectos regulatorios aplicables a la comercialización de Biogás en Redes Aisladas a usuarios residenciales, a usuarios regulados o con destino al GNV, tales como la regulación de precios, s e definirá cuando se adopten las condiciones de calidad o cuando la CREG a partir de los análisis correspondientes así lo considere. Artículo 5°. Inyección de Biogás en Redes de Gas Comb ustible. El Biogás únicamente se podrá mezclar con el gas natural en redes de transporte o distribución a partir del momento en que la CREG adopte los estándares de calidad aplicables al Biogás que se inyecte en redes de gas natural. Otros aspectos regulatorios aplicables al Biogás que se inyecta a redes de gas natural, tales como la regulación de precios, s e definirá cuando se adopten las condiciones de calidad o cuando la CREG a partir de los análisis correspondientes así lo considere. Artículo 6°. Integración Vertical. Las personas interesadas en prestar el servicio público domiciliario de gas combustible con Biogás por Redes Ais ladas, podrán realizar de manera integrada las actividades de comercialización desde la producción, transporte, distribución y comercialización de este servicio, pero en todo caso deberán llevar contabilidad separada para cada una de estas actividades y garantizar el libre acceso a las Redes Ais ladas a todos aquellos usuarios industriales no regulados que lo soliciten. Lo anterior sin perjuicio de que la Comisión, en ejercicio de sus funciones, pueda adoptar una decisión diferente, teniendo en cuenta, entre otros aspectos, los resultados de los estudios que se adelanten sobre la materia. CREG: Documento CREG – 056 de 2009. Da las definiciones respecto a la definición de biogás y su composición, además del análisis regulatorio del biogás y las propuestas para su manejo y regulación. Ademas se da una propuesta por parte de gas natural para realizar la distribución y regulación del biogás generado. Ley 697 de 2001. Por esta ley si dictamina que el ministerio de minas y energía será el encargado de realizar la regulación de los sistemas que usen energias alternativas, entre las cuales esta incluida el biogás, además de que incentivara la creación de nuevos sistemas que utilicen energias alternativas. Decreto 1220 de 2005. Determina los dos estudios ambientales que deben ser presentados: el diagnostico ambiental de alternativas y el estudio de impacto ambiental de proyectos de este tipo.

Reglamento para la producción primaria, procesamiento, empacado, etiquetado, almacenamiento, certificación, importación y comercialización de productos agropecuarios ecológicos del Ministerio de Agricultura. Mediante este reglamento se dictamina la forma en que deben s er dispuestos los residuos pecuarios, además de que se determina las condiciones de los residuos de la producción de biogás como abono. 5.7.

Biogás Ecológico en el MUNDO

No solo se habla de una normatividad en Colombia a cerca de la producción de gas. En los últimos años, en todo el mundo, se plantea además la Producción de Biogás Sos tenible para la generación de biogás ecológico. Basándose en estudios bibliográficos y en consultas a agricultores ecológicos, así como otros expertos , un proyecto de la Unión Europea (SUSTAINGAS) obtuvo las directrices generales de la producción de biogás ecológico:  La biomasa usada para generar biogás principalmente se origina en la agricultura ecológica, la producción de alimentos ecológicos y la conservación de material natural. El material de la agricultura convencional está limitado.  Los tipos de substrato incluyen principalmente cultivos de rotación, residuos de agricultura pecuaria o de producción de cultivos, material de áreas de conservación y/o residuos biológicos no contaminados (Esto significa libres de organismos transgénicos y niveles problemáticos de metales pesados) del procesado de alimentos o residuos domésticos.  El uso de cultivos energéticos como substratos está limitado dado que la finalidad del biogás ecológico es tener impacto positivo en la producción de alimentos, evitando una competencia por el uso del suelo.  El digestato se usa como fertilizante ecológico en el propio ciclo de nutrientes de la granja ecológica. La producción de biogás ecológico pretende mejorar la fertilidad del suelo en los sistemas de agricultura ecológica,  Un proceso seguro y eficiente con bajas emisiones, particularmente de m etano, es esencial para la sostenibilidad.  Se esperan impactos positivos en la calidad del agua, la conservación y la biodivers idad. Donde se considera esencial en la producción de biogás: Sostenibilidad de la calidad del suelo, evitar em isiones de metano, la composición de los materiales de entrada y la viabilidad económica. Otros asuntos importantes incluyen el trato justo para todas las personas implicadas, asuntos de salud y de seguridad y la eficiencia en la producción de gas. La regulación de la Unión Europea sobre la agricultura ecológica aporta criterios indirectos para a producción de biogás en granjas ecológicas con su obligación de minimizar el uso de recursos no renovables y con su lista de sustancias permitidas como fertilizantes en granjas ecológicas. La producción de biogás debe proporcionar oportunidades de beneficio para la granja y ajustarse al contexto socio económico

de la misma. Debe contribuir a la sostenibilidad general de la granja y a los principios de ecuanimidad, salud, ecología y cuidado. Deberá mejorar el reciclado de nutrientes y reducir las emisiones de gas del efecto invernadero. No debe tener un impacto negativo en el paisaje ni la biodivers idad. En la búsqueda de una generación de biogás eficiente, s ostenible y ecológica, s e sugieren las siguientes posibilidades:  Se debe evitar la competencia con la producción de alimentos; la mayoría de las entradas son los residuos de la granja y materiales de plantas de las áreas de conservación naturales. El uso de biomasa de granjas no ecológicas debe ser limitado y disminuido progresivamente; se deben utilizar fuentes locales. Se deben seguir las normas sobre fertilizantes y entradas de granja expuestas en las regulaciones ecológicas.  La fertilidad del suelo sostenible está en el punto de mira de la agricultura ecológica, s in embargo el digestato debe ser utilizado en principio en la propia granja. En caso de que el sustrato sea importado de fuera de la granja, esta norma debe ser ajustada y aplicada de acuerdo a la legislación nacional, ejemplo, las directivas de estiércol, normas de higiene, directivas de emisiones.  Las emisiones de metano deben ser evitadas (bien mantenidas por debajo del 5%) por medio de los tanques impermeables al gas y los espacios de almacenamiento cubiertos. La eficiencia energética debe ser optimizada, usando, por ejemplo, el calor residual.  El cuidado medioambiental debe ser considerado ya en la etapa de planificación: Las distancias de transporte minimizadas a lo necesario, procurar el máxim o de eficiencia energética, y evitar em isiones de gas de efecto invernadero.

6. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Figura 8. Planteamiento del problema

7. ANALISIS DOFA

FORTALEZ AS -Ahorro en servicio de energía eléctrica/calefacción. - Disminución de malos olores asociados alestiercoles. - Disminución deinsectos.

OPORTUNIDAD ES - Gran número de granjas y fincas con ganado bovino en Arauca, Colombia. - Sub producto de la fermentación puede ser usado como fertilizante

Figura 9. Análisis DOFA

DEBILIDAD ES -Desconocimiento de tecnologías para el aprovechamiento de desechos orgánicos. - Dificultades en el manejo de la materia orgánica y del biogás obtenido. - Baja aceptación social al manejo de desechos pecuarios.

AMEN AZA S - Costos asociados al montaje de las instalaciones del biodigestor - Recolección constante de materia orgánica -

8. ANALISIS DE CONTEXTO.

ACTO RES

TIPODEORGANIZACIÓN

ROLE S DE ACTO Públi ON Organizaci Persona Priva RES G Natural da ca ones Comunitari / as Investig ador Ecopet x Explota rol ción de petróleo s y gas.

Gase s del Orien te

Gober nación de Arauc a

x

x

INTER ÉS PRINCI PAL E interes es Proveer de gas a zonas urbanas de municipi os de Arauca.

CAPAC IDADE S

TIPODE ACTITU D “ “ “ + _ I ” “ ”

La Capacid ad económi ca y estructu ral es muy grande, sin embarg o, es a gran escala. Venta Mantene Su y capacid r sus distribu ventas ad de de gas ción de distribuc gas en en ión es cilindro cilindro muy en s. grande, zonas pero rurales. limitada a zonas muy alejada s. Promo Apoyar Mediant x ver proyect e proyect o que recurso mejore s y os en pro del calidad proyect bienest de vida os ar de de puede la campes apoyar comuni inos por ese

x

x

Diego Ferna ndo Remo lina

x

Eliseo Pinto

x

Camp esino s de Arauc a

x

dad del depart ament o. Médico veterin ario con amplia experi encia en sector agrope cuario. Agróno mo con experie ncia en abonos

medio de la producc ión de biogás. Apoyar mediant e su experie ncia en el desarrol lo del proyect o.

proyecto para sus campesi nos.

Interes a dos en aplicar las solucion es que se propon gan en sus fincas.

Disponer de las solucion es del proyecto para aplicar en sus fincas.

Diferente x s perfiles permite n la aplicació n de las solucion es en sus terrenos .

Gran x conoci miento y experie ncia en el sectory trabajo en BASF. Apoyar Amplia x mediant experien e su cia en el experie sector ncia y agropec recome uario, ndacion permite es la una formula opinión ción de concret las a y solucion valiosa es. para la formulac ión.

9. ENTREVISTAS REALIZADAS.

El día 13 de abril de 2016 realizam os una entrevista a Diego Fernando Remolina, actual coordinador técnico comercial en nutrición animal en BASF para Colombia, Ecuador, Venezuela, Chile y Perú. Remolina es graduado en veterinaria de la Universidad Cooperativa de Colombia y realizó un doctorado en nutrición animal en la Universidad Federal de Lavras en Brasil. Cuenta con una amplia experiencia en el sector ganadero, avícola y acuícola teniendo a su nombre numerosos artículos publicados. Remolina nos comentó acerca del acercamiento que ha tenido con los sistemas de producción de biogás a partir de desechos orgánicos implementado por algunos de sus clientes y el desempeño de este tipo de procesos, así como su apreciación personal al respecto. ¿Qué tipo de acercamiento ha tenido a los procesos para producir biogás a partir de desechos pecuarios? - Algunos de los clientes que tienen porcicultura y ganado bovino han adoptado este proceso como una alternativa para disminuir los costos de producción ligados al consumo de energía eléctrica, así como amortiguar el impacto ambiental que la práctica ganadera representa. Esta técnica la he vis to ampliamente aplicada en granjas en Chile y Brasil donde la ganadería representa una actividad de alta importancia para la economía de estos países. ¿Ha visto este tipo de tecnología implementada en Colombia? - La producción de biogás a partir de desechos orgánicos provenientes tanto de animales como los generados por la agricultura no es un tema desconocido en Colombia, sin embargo, son los grandes productores los que realmente lo han aprovechado dado que para su implementación es necesario contar con suficiente cantidad de materia orgánica para que resulte provechoso para su autoconsumo. ¿Qué condiciones son necesarias para producir biogás a partir de estiércol de ganado bovino? - Éste biogás es obtenido en un medio anaerobio en biodigestores donde la biomasa se mezcla con agua para formar una suspensión donde la materia orgánica se descompone por hidrólisis enzim ática. Los alcoholes y ácidos obtenidos en la fermentación son atacados por las bacterias para producir el metano. Es necesario contar con suficiente cantidad de agua alimentada al biodigestor, así como una adecuada agitación para asegurar la fermentación. La temperatura, tiempo de operación y pH también son factores primordiales.

¿Qué ventajas tiene la producción de biogás para una finca ganadera? - Principalmente la producción de un combustible que puede ser usado para generar energía eléctrica o para calefacción en las fases tempranas de los animales. También en la reducción de olores asociados a la acumulación de estiércol. En el proceso de digestión anaerobia se produce fertilizante que puede ser utilizado en plantaciones.

¿Qué deficiencias tiene el proceso? - La dificultad de almacenamiento y transporte del gas. También la recolección de la biomasa. ¿En general cuál es su opinión de este proceso? Pienso que es una buena alternativa, pero hace falta mayor conocimiento al respecto. No hay gran aceptación sociocultural al respecto. Además el manejo de la biomasa y el gas obtenido implica grandes retos. Realizam os una entrevis ta el día 19 de Marzo con el Ingeniero Agrónomo Eliseo Pinto, quien cuenta con amplia experiencia en el sector agropecuario, en especial en diferentes sistemas de producción de abonos en varios municipios del departamento de Santander. A lo largo de la entrevis ta nos comentó sobre las soluciones propuestas en este documento, basado en su experiencia y conocimiento. ¿Qué piensa de soluciones que permiten la producción de biogás a partir de desechos pecuarios?. -

Estas soluciones se han propuesto desde hace muchos años, diferentes propuestas y diseños se han implementado mostrando las ventajas que presentan es tos sistemas en lugares alejados, aprovechando la materia prima producida en diferentes granjas, con la posibilidad de generar biogás en el proceso. ¿Qué casos conoce donde se haya implementado soluciones para la producción de biogás a partir de desechos pecuarios?.

-

En diferentes municipios de Santander he tenido la oportunidad de ver casos de implementación de diferentes sistemas de producción de biogás tanto a partir de desechos pecuarios, como con desechos producidos en la cocina de las fincas que hicieron la implementación. Las aplicaciones del biogás que producen en estos lugares no son a gran escala, el biogás que producen está limitado a el uso para cocina en estos lugares.

¿Qué ventajas ve en la implementación de estos sistemas de producción de biogás?. -

La producción de biogás a partir de residuos pecuarios es una gran oportunidad para aprovechar los residuos generados por los animales de diferentes fincas, ya sean bovinos o porcinos. Las ventajas de este proceso, que incluyen el tratamiento de estos residuos que incentivan la cantidad de mosquitos y enfermedades, y en el proceso se da la producción de biogás para las múltiples aplicaciones dispuestas es claramente en valor agregado muy importante para estas fincas, proporciona energía limpia en diferentes aplicaciones que se requieran, incluso, en la proporción adecuada, por medio de un generador permitiría la producción de energía eléctrica para suministro del lugar. ¿Qué desventajas puede ver en la implementación de estos sistemas?.

-

El cos to de la implementación es un factor muy importante, es el factor principal para determinar la implementación de estos sistemas por parte de las personas interesadas. Adicional a esto, la eficiencia de los sistemas, el tamaño de las fincas y los animales y por lo tanto los desechos disponibles como materia prima, y además, la disposición del material, recoger y disponer del gas suponen un problema en la implementación de estos sistemas. ¿Cuál cree que es la razón por la cual, a pesar de que las soluciones propuestas desde hace años para la producción de biogás a partir de residuos pecuarios se han tratado, en general no se ha visto una implementación de estos sistemas en las zonas rurales de Colombia?.

-

Diferentes sistemas se han propuesto desde hace muchos años, diferentes instituciones han ofrecido asesoría para la instalación y us o de estos sistemas. Sin embargo, las mejores propuestas de diseño están enfocadas para clientes de tamaño industrial, mas no para fincas de tamaño regular o pequeño. Además, la falta de asesoría en todos los niveles de implementación, supone una falta considerable que no brinda la suficiente confianza a pequeños clientes para la implementación de soluciones. 10. PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN.

La primera solución planteada para la problemática antes mencionada es la implementación de un paquete tecnológico capaz de proveer de energía, ya sea en forma térmica o eléctrica dependiendo de la necesidad energética del cliente y sus preferencias, a los diversos terratenientes y dueños de las cabezas de ganado que producen la materia prima para la obtención del biogás. El paquete tecnológico estaría completamente adaptado a la localización geográfica, insumos disponibles, y principalmente a los requerimientos y deseos del cliente. En és ta solución, se debe realizar la gestión para la consecución de los materiales y equipos para la construcción de cada uno de los paquetes tecnológicos, hasta que se logre una operación satisfactoria. Una vez realizada la construcción del paquete

tecnológico, debe proveerse el servicio de mantenimiento de la planta para un funcionamiento óptimo a través del tiempo. En és ta solución el encargado de la gerencia de los insumos y las salidas de la planta es directamente el propietario de los terrenos y las cabezas de ganado, por lo cual el propietario tiene absoluta libertad y control sobre los diversos productos generados por la planta, al igual que sobre las ganancias producidas por las posibles ventas de bienes o servicios generados por la planta instalada. De la misma manera, es el propietario el que tiene la responsabilidad del buen funcionamiento de la planta. Esta solución implica la adecuación geográfica de los terrenos, ya que se debe disponer un espacio para que físicamente se encuentre la planta, al igual que ciertas modificaciones a la infraestructura exis tente y/o la creación de la infraestructura necesaria que no hace parte del paquete tecnológico de generación de biogás o energía a partir del biogás, por ejemplo, nuevos establos o vías de acceso para el ingreso de materiales y equipos. También, se pueden prever los cambios sociales que la implementación de paquetes tecnológicos con la capacidad de proveer con algún tipo de energía traiga a los dueños y posiblemente a los compradores de ésta energía. Gracias a que se tendría una fuente relativam ente constante de energía, se puede generar desarrollo de las regiones. Una fuente constante de energía permite la implementación de diversas tecnologías en una población que fomenten alguna actividad comercial, como la industria o el turismo, haciendo que el bienestar de ésta población aumente. Para el desarrollo de ésta solución, es necesario contar con el capital para el desarrollo del proyecto. La financiación de éste proyecto es totalmente asumida por el interesado en la implementación de la tecnología. Aun as í, dentro del paquete tecnológico puede ser incluida la educación financiera para desarrollo de proyectos con acompañamiento a través de la vida del proyecto, con el objetivo de fomentar el emprendimiento de las personas y que adquieran el paquete tecnológico como una parte fundamental para el mejoramiento de su calidad de vida. Es también necesaria la capacidad de transportar los insumos para la construcción en el sitio de la planta. Para esto, se debe tener ya sean vías de acceso terrestres o helipuertos que permitan el transporte de la diversa maquinaria y materiales al sitio. Se debe tener mano de obra calificada para el desarrollo de ciertas operaciones, por ejemplo, los procesos de soldadura de tuberías de gas o vapor a altas presiones. De la misma manera, debe ser también tenida en cuenta toda la mano de obra no calificada para el desarrollo del proyecto, y el tiem po que los dos grupos estarán realizando la obra. La segunda solución que se muestra es la implementación de una planta industrial para la obtención de biogás. Es una solución que tiene varias similitudes con la solución planteada anteriormente, pero tiene ciertas diferencias de gran importancia que hacen que se pueda ver com o otra solución. En esta solución, la materia prima es transportada desde los diversos lugares donde es generada hacia la planta industrial. Pos teriormente toda la materia prima es

procesada para la obtención de biogás, energía eléctrica, o vapor de agua a alta presión y temperatura. Cualquiera de estos productos es distribuido hacia la población a través de redes de energía, gas, o vapor. En ésta solución, la obtención de m ateria prima se hace a través de la compra de és ta a los propietarios del ganado. El proyecto debe entonces mantenerse con las ventas de la energía producida, en cualquiera de las tres formas, y de los subproductos del proceso. Igualmente, es importante recalcar que la gerencia de la planta debe ser ejecutada por personas contratadas para tal fin por la junta directiva del proyecto, lo cual presenta una diferencia con la solución anterior. Ésta solución también implica un cambio geográfico, pero ésta vez no dentro del terreno de un propietario de cabezas de ganado. El cambio geográfico implica la adquisición de un terreno para el procesamiento de la materia prima. En cuanto al cambio de la calidad de vida de la población, ésta solución también provee la oportunidad de desarrollar sectores comerciales por la disponibilidad de energía constantemente, logrando el mismo cambio social que la solución anterior. A diferencia de la primera solución, la financiación del proyecto no es obtenida por los dueños del ganado. En ésta solución, la financiación es asumida por los desarrolladores del proyecto, ya sea mediante préstamos o mediante la invers ión de divers as personas. Las personas interesadas en obtener los servicios pueden ser las invers ionistas del proyecto. En esta solución, además de recursos humanos para la construcción de la planta, también es necesario contar con personal para la operación de la planta. Para eso, se deben tener en cuenta todos los requerimientos legales para la contratación de personal, y contar con todo tipo de personal auxiliar encargado de las labores que no son directamente de la operación de la planta, pero que son necesarios para el correcto funcionamiento de la planta. Éste tipo de personal es por ejemplo recursos humanos, mantenimiento, auditoría, etc. Actualmente, la solución de una planta de producción de biogás está implementada en Holanda [14], y estudios se han hecho para su viabilidad en Aus tria [15]. 10.1. Tecnologías disponibles, criterios de selección del tamaño del biodigestor y rango de inversión inicial. Entre las alternativas que ofrecemos como parte de las soluciones integrales en los sistemas de generación de biogás, segmentamos las soluciones en tres grupos, de manera que las soluciones abarquen potenciales clientes de tamaño pequeño, mediano o grande, de acuerdo a las necesidades de los mismos, y a la producción y características de las propiedades donde se quiera implantar la solución.

Solución A

Para esta solución, optamos por la construcción de un biodigestor de bajo costo, en el que se usa plástico, específicamente polietileno tubular, geomembrana de PVC o polietileno, además, tuberías de 6“ para la entrada de estiércol y agua, as í como para la salida del biol. La conducción de biogás se hace con tubería de riego de 1⁄2” o 3⁄4” y se hace uso de accesorios comunes como llaves de esfera, codos, tes, etc. Todos estos materiales suelen estar disponibles en el mercado interno de cada país [21]. El biodigestor, al ser de plástico flexible, debe estar semi - enterrado en una zanja abierta en el suelo. Las medidas de un biodigestor familiar varían según las regiones, pero en todos los casos para ubicarlo es necesario disponer de un espacio de 1m de ancho x 8m de largo. En el altiplano, el biodigestor debe estar bajo una carpa solar para protegerlo del frio, e instalarlo con orientación de este a oeste.

Figura 10.Biodigestor de Bajo Costo. [21] La construcción e instalación de un biodigestor lleva una mañana (si la zanja ya es tá construida), y terminar de acondicionar toda la conducción de biogás lleva una tarde. Los biodigestores familiares producen unos 700 litros de gas al día, suficientes para cocinar unas tres horas por jornada. El biogás se almacena en unos reservorios hechos de plástico que tienen la función de una garrafa (bombona). Estos reservorios tienen que ser colocados cerca de la cocina y es tar en un espacio protegido bajo techo. Gracias a estos reservorios se da presión al biogás, garantizando aproximadamente una hora de cocina por cada reservorio. Sin reservorios, solo se tendrá́ de 20 - 30 minutos de biogás [21]. El costo de implementación de esta solución se encuentra entre los 2 millones de pesos para climas fríos, mientras que la invers ión baja a 1,6 millones para climas tropicales. La inversión se recupera en dos o tres años por los ahorros producidos en gasto de combustible, tiempo y mejora de la producción.

Para el uso y aprovechamiento de este biodigestor es necesario contar con animales suficientes para recoger unos 20 litros de estiércol fresco, para lo cual hay que contar con dos o tres vacas, o de 6 a 7 cerdos. Además se requiere un buen y constante acceso a una fuente de agua, ya que diariamente se necesitan unos 60 litros de agua para el biodigestor. Su vida útil es de 5 a 6 años.

Solución B Para esta solución, optamos por la implementación de una solución que permita aprovechar los residuos animales en instalaciones más grandes, tales como lecherías, para un rango de 50 – 70 animales, los cuales generan aproximadamente 400 Kg de desechos diarios, se hace necesario implementar una solución de mayor tamaño para tal nivel de desechos. Para este caso se recomienda la instalación de un biodigestor de planta de cúpula fija, este tipo contiene un depósito de gas fijo que se sitúa en la cima del digestor, el sustrato de digestión se desplaza al tanque de compensación. La presión del gas aumenta con el volumen de gas almacenado y con la diferencia de altura entre el digestor y la suspensión en el tanque de compensación. Este tipo de digestores se sitúa bajo el suelo, es más barato ya que no tiene piezas móviles y además de larga duración (hasta 20 años) porque no está́ e xpues to a daños físicos, sol y temperatura extremas. Además, permite el mejor aprovechamiento del espacio [22].

Figura 11.Biodigestor de cúpula fija [22]. El cos to de implementación de un biodigestor de este tipo es de aproximadamente 20 millones de pesos, y su invers ión se recupera en 3 o 4 años, un valor agregado de esta solución es la vida útil tan larga que tiene y su alta resistencia a el medioambiente. La producción de biogás de esta planta permitirá aplicaciones no

sólo en la generación de gas para cocinar, sino además para aplicaciones en calefacción y generación de energía en pequeña escala pero suficiente para la generación de un ahorro considerable a largo plazo. Solución C Esta solución está pensada para fincas de gran tamaño, ya sea en Ganado para carne o grandes lecherías, ya que las proporciones del biodigestor permiten el depósito de residuos de una cantidad aproximada de 200 animales. Las dimensiones de esta planta las podemos observar en la tabla Y. Tabla 7.Dimensiones de la planta del biodigestor [22].

Como vemos este diseño contiene complejos elementos tales como balsa de recepción, encargada de la recepción de los desechos animales de la finca, de manera que sea el espacio correspondiente donde la materia prima se homogenice antes de entrar al digestor. El digestor será el encargado de la mezcla complete, construido de hormigón y posee una cubierta plástica, su capacidad será aproximadamente de 240 m 3.

Figura 12.Digestor de la planta [22]. Esta planta cuenta además con una plataforma central, una balsa de almacenamiento digerido, un pozo de condensación, y además una caseta de generación donde se podrá disponer de un generador de 30 kW. La generación eléctrica prevista para esta planta gracias a este generador es de más de 116.000 kW/h/año, y se espera que contribuya al consumo de energía de la misma granja, generando un ahorro general del 60-70% aproxim adamente. El costo de implementación de la solución, incluido el generador, estaría en entre los 60-70 millones aproxim adamente, y su vida útil sería de 30 años. 11. ALTERNATIVAS DE USO DEL PRODUCTO Y DEL SUBPRODUCTO El principal producto derivado de la digestión anaeróbica de los desechos animales es el biogás. Este es un gas combustible, y puede ser en teoría usado en cualquiera de los ciclos termodinámicos para la generación de potencia mecánica o simplemente para la generación de calor. Ésta posibilidad de emplear el biogás en los divers os ciclos, se debe a su naturaleza fluida. Gracias a ésta, puede ser inyectado en las máquinas térmicas de combustión interna como lo son los motores Otto y Diesel, y las turbinas de gas. El problema de éste combustible, es que de la misma manera que el petróleo, posee una cantidad de impurezas que fomentan la contaminación ambiental, y promueven la corrosión y desgaste de las m áquinas que utilicen este combustible, ya sean de combustión interna o externa. También, es importante recalcar, que el gas producido por la digestión anaeróbica es una mezcla de gases, de los cuales no todos son combustibles. Esto produce que tanto a nivel volumétrico como a nivel másico, se disminuya el poder calorífico del combustible, disminuyendo consecuentemente su valor.

Es por eso necesario el procesamiento del biogás producido para la obtención de un producto de alto valor, y dependiendo de la finalidad del biogás, este podrá utilizarse con un menor grado de tratamiento con respecto a otras aplicaciones que necesitan un biogás más puro, pero más costoso. 11.1. Aplicación del producto: Generación de energía en una planta de generación o de cogeneración (CHP) La primera aplicación del biogás es la generación de electricidad y calor en una planta de cogeneración. En ésta aplicación, el biogás puede ser quemado ya sea en una caldera, un motor de combustión interna o una turbina de gas. Según la máquina que se utilice, se empleará un ciclo termodinámico específico (Moran & Shapiro, 2006). Si para la combustión del biogás se utiliza una caldera, se emplea el ciclo Rankine para la generación de potencia. Se puede adecuar este ciclo de modo que cuando el vapor sea creado mediante la combustión del biogás en la caldera, o el vapor se expanda en la turbina se tenga una salida de vapor para el calentamiento de otro fluido que puede ser utilizado como fuente de energía térmica. Si en vez de una caldera se utiliza un motor de combustión interna, se utiliza el ciclo Otto o Diesel, dependiendo de la configuración del motor. Con estos motores es posible adaptar un intercambiador de calor para aprovechar la energía de los gases de escape, y de la misma manera emplear éste fluido como fuente de energía térmica. Por último, si se emplea una turbina de gas, se utiliza el ciclo Brayton. De una manera análoga a los motores de combustión interna, es posible adaptar un intercambiador de calor a los gases de escape con el fin de aprovechar la energía que se desperdiciaría como calor de rechazo propia de los ciclos de potencia. Toda la energía térmica que se encuentra en un fluido puede ser distribuida para todos los procesos dentro de una planta que requieran tanto calor como electricidad. La energía térmica también puede ser distribuida de la manera que se vea necesaria, hacia aquellos usuarios que la necesiten, siempre y cuando el costo de es ta instalación no impida la ejecución de éste proyecto. Si el cos to de la implementación de ésta planta es demasiado elevado, se puede realizar solamente una planta generadora de energía eléctrica, o una caldera para la generación de vapor, dependiendo de la energía que más valor provea al usuario final. La energía térmica puede ser empleada en la calefacción de diversas áreas como el agua empleada para el aseo personal, de loza, y de ropa. También puede proveer de vapor a cocinas para la cocción de alimentos. Por último, esta energía puede utilizarse en la industria en diversos procesos que requieren energía térmica. En todas las aplicaciones anteriormente mencionadas para la generación de energía eléctrica o térmica es necesario someter al biogás a un proceso de limpieza que elimine todas las impurezas que puedan promover la corrosión en los equipos que lo utilizan.

11.2. Aplicación del producto: Venta directa del biogás o de biometano. El biogás puede ser vendido directamente para el uso industrial, aplicado como combustible. Gracias a que la Comisión de Regulación de Energía y Gas permite el desarrollo de gasoductos aislados, o sea que solo transportan biogás o biometano, se puede considerar la idea de vender a través de gasoductos aislados a las industrias aledañas el biogás producido. Teniendo en cuenta la principal locación de las plantas de biogás planteadas en el proyecto, se toma en cuenta que la mejor opción para éste caso es la mejora del biogás a biometano mediante la remoción del dióxido de carbono. El biometano tiene aproxim adamente 95% de metano en su composición (Wellinger, Murphy, & Baxter, 2013), lo cual lo hace óptimo para su utilización en el sector de transporte. Con este gas, es posible tener gas combustible en los motores adaptados para el uso en vehículos de gas natural, como ya ha pasado en Suecia (Wellinger, Murphy, & Baxter, 2013). Es importante recalcar que para que este gas sea viable, debe tener un alto grado de procesamiento, debido a que si no lo tiene, el poder calorífico se verá afectado, disminuyendo la potencia de los motores y por ende la satisfacción de los usuarios. 11.3. Aplicación del subproducto: fertilizante En la digestión anaeróbica de los desechos agroindustriales se produce biogás y residuos de fermentación. Debido a la materia prima en éste caso particular es principalmente estiércol de vaca, se puede utilizar el residuo de la digestión anaeróbica como fertilizante. Divers os estudios se han hecho mostrando que el uso de los residuos fermentados productos de la digestión anaeróbica como fertilizante no tiene ningún efecto advers o comparado con la aplicación del estiércol como fertilizante (Wellinger, Murphy, & Ba xter, 2013). Es de hecho mejor la aplicación de éstos residuos debido a que se disminuye el olor que produce el estiércol. De esta manera, se aprovecha tanto el producto principal, dentro de las dos opciones mencionadas anteriormente, como el subproducto. Esto hace que los desechos de la planta sean mucho menores, y se aproveche mas la materia prima.

12. REFERENCIAS

[1] FEDEGAN (Federación Nacional de Ganaderos), «Inventario Bovino Nacional, »Diciembre2014. [En línea]. Available: http://www.fedegan.org.co/estadisticas/inventario-bovino-nacional [Último acceso: 15 Abril 2016]. [2] FAO «ManualdeBiogás»2011. Santiago de Chile.

[3] UPME (Unidad de Planeación Minero Energética. Zonas no Interconectadas en Colombia. Septiembre 2009. [En línea]. Available: http://www.upme.gov.co/zni/ [Último acceso: 15 Abril 2016]. [4] J.M. Mantilla González C. A. Duque Daza y C.A. Galeano Urueña, «Diseño y estudio económico preliminar de una planta productora de biogás utilizando residuos orgánicos de ganado vacuno,» Septiembre2007. [En línea]. Available: http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S012056092007000300015&script=sci_arttext. [Último acceso:15 Abril 2016]. [5] Unidad de Planeación Minero Energética, «Sistema de Información de Eficiencia Energética y Energías Alternativas,» Marzo 2003. [En línea]. Available: http://www.si3ea.gov.co/si3ea/documentos/documentacion/energias_alternativ as/normalizacion/GUIA_PAR A_LA_IMPLEMENTACION_DE_SISTEMAS_DE_ PRODUCCION_DE_BIO.pdf. [Último acceso: 15 Abril 2016]. [6] J.P. Silva Vinasco, «Tecnología del Biogás,» 25 Septiembre 2002.[En línea]. Available: http://www.bvsde.paho.org/bvsaar/e/fulltext/gestion/biogas.pdf. [Último acceso:15 Abril 2016]. [7] D. Alkalay, «Apro vechamiento de desechos agropecuarios para la producción de energía,»3 – 6 Noviembre1997. [En línea]. Available: http://www.fao.org/docrep/006/ad098s/AD098S08.htm. [Último acceso: 15 Abril 2016]. [8] I. Cañas Díaz y M. Viquez Cam acho, «Utilización de biogás para la generación de electricidad,» 2004. [En línea]. Available: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/cd29/biogas.pdf. [Último acceso:15 Abril 2016].

[9] L.N. Bals eiro, «Planta de biogás: Finca de Mouriscade,» Universitat Politécnica de Valéncia, Valéncia, 2012 [10]

ALLPE «Medio Ambiente al día»Septiembre2006.[En línea]. Available: http://www.allpe.com/seccion_detalle.php?idseccion=278 [Último acceso:08Marzo2016].

[11]

SUSTENTATOR, «Energías Renovables al día» Mayo2015. [En línea]. Available:http://sustentator.com/blog-es/blog/2013/05/07/biogas-unaalternativa-ambiental-social-y-economica/ [Último acceso: 08 Marzo 2016].

[12]

MURPHY, Jerry; Wellinger, Arthury BAXTER, David.«The Biogás Handbook: Science, production and applications.» Woodhead Publishing Limited, Somerset, UK. 2013

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Gebrezgabher, S.A., Meuwissen M.P., Prins, B.A.,& Lansink, A.G.O. (2010). Economic analysis of anaerobic digestión — A case of Green power biogás plantin The Netherlands. NJAS – Wageningen Journal of Life Sciences,57(2),109-115

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Walla,C. & Schneeberger, W.(2008). The optimal size for biogás plants. Biomass and b ioenergy, 32(6),551-557.

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Energreencol. Mini–Biogás. Presentación. Bogotá, Colombia.2013.En línea: http://www.energreencol.com/ficheros_pdf/2013/Mini-biogas% 20plantas%20colombia.pdf

[16]

Red Agrícola. Biogás en Chile y el mundo: Tecnología que transforma un costo en beneficio. Artículo. Chile. 2013. En línea:http://www.redagricola.com/reportajes/energia/biogas-en-chile-y-elmundo- tecnología-que-transforma-un-costo-en-beneficio

[17]

Unidad de Planeación Minero Energética. Alternativas de utilización de biogás de rellenos sanitarios en Colombia. Presentación. Bogotá, Colombia – Julio11de2007.

[18]

Ordoñez María Del Carmen. Evaluación de la generación de biogás en rellenos sanitarios en Colombia en el marco del protocolo de Kyoto . Informe. Pereira, Colombia. 2011.

[19]

Wilches Camilo. Residuos urbanos en plantas de biogás. Conferencia. Bogotá Colombia. En línea: http://www.datasafe.com.co/CICCA/Foro_ Energias_Renovables/BWE.pdf

[20]

C.R.E.G. (Comisión de Regulación de Energía y Gas).Normas aplicables al servicio público domiciliario de gas combustible con biogás. Documento CREG 079.Colombia–2012.

[21] IDEASS, «Biodigestores de Bajo Costo» Mayo2016. [En línea]. Available: http://www.ideassonline.org/public/pdf/BrochureBiodigestoresESP.pdf [22] LORENA NODAR BALSEIRO, «Planta de Biogás: Finca Mouris cade» Ma yo2016. [En línea]. Available: https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251 /27866/Trabajo%20de%20fin%20de%20Más ter.pdf?sequence=1 [23] CREG-079. Normas Aplicables al Servicio Público Domiciliario de Gas Combustible con Biogás. (2012). Comision de Regulación de Energía y Gas . [24] Moran, M. J., & Shapiro, H. N. (2006). Fundamentals of Egineering Thermodynamics. Chichester: John Wiley & Sons, Inc. [25] Wellinger, A., Murphy, J., & Baxter, D. (2013). The b iogas handbook. Science, production and applications. Philadelphia: Woodhead Publishing.

IMPLEMENTACIÓN DE TECNOLOGÍAS PRODUCTORAS DE BIOGÁS

Tablade Contenidos I.

OBJETIVOS........................................................................................................................2

II.

¿QUÉ ES EL BIOGÁS? ....................................................................................................2 Ventajas de convertirse a biogás

III.

ANTECEDENTES Y CASOS DE ÉXITO..................................................................4

IV.

NORMATIVIDAD VIGENTE.......................................................................................4

V.

¿CÓMO ELEGIR EL BIODIGESTOR ADECUADO? .....................................................................................................................7 Empezando con la Producción de Biogás ¿Por qué utilizar biogás? ¿Es el biogás el proyecto correcto para mí? ¿En realidad funcionará? ¿Y cómo sería, cómo elijo mi planta? Solución A Solución B Solución C

VI.

Referencias......................................................................................................................... 14

VII.

ANEXO ..............................................................................................................................15

OBJETIVOS 

Realizar un acercamiento a lo que es el biogás, sus formas de obtención y sus usos.



Dar a conocer casos de éxito derivados de la aplicación de tecnologías de obtención de biogás.



Exponer la normatividad vigente que regula el proceso de obtención y usos del biogás actualmente



Orientar al usuario en el proceso de selección de un biodigestor adecuado, de acurdo a sus necesidades.

¿QUÉ ES EL BIOGÁS? El biogás es básicamente gas natural obtenido de la descomposición de residuos o desechos orgánicos. Su nombre “bio” se debe a que incluye en su producción el uso de materias primas que de otra forma no tendrían ningún valor. Las características generales que debe tener el gas para entrar en la categoría de biogás se presentan en la tabla 1. Tabla 1. Características generales del biogás (Gobierno de Chile, Ministerio de Energía; Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 2011)

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Dado que el biogás es considerado como una fuente de energía renovable ha generado interés en los últimos años, además de que la implementación para su producción no requiere de una gran inversión y puede ser relativamente sencilla. Otro de sus atributos consiste en que al producir biogás no solamente se obtiene éste sino también subproductos valiosos, como biofertilizantes o compost. Algunas ventajas adicionales de este sistema se nombran a continuación.

Ventajas de convertirse a biogás

 Versatilidad de uso Una de las más grandes ventajas del uso del biogás es el hecho de que a partir de desechos se puede producir un recurso que puede ser utilizado para la generación de energía térmica, puede utilizarse para la producción de energía eléctrica o como combustible en cocinas. Todo esto además de que, como se mencionó anteriormente, tiene como subproducto un biofertilizante, bastante útil en viviendas rurales.  Disminuye el impacto ambiental de la descomposición de desechos El proceso de producción que involucra esta forma de energía es muy importante debido a que ayuda a disminuir el impacto que tienen los residuos animales que se descomponen a la intemperie, liberando sustancias tóxicas al medio ambiente.  Eliminación de malos olores producto de la descomposición de desechos Dado que los desechos se concentran en una cámara en la que se descomponen (biodigestor), se disminuye o elimina el problema causado por los malos olores que generan los desechos cuando están distribuidos a lo largo del área en la que se encuentran los animales. Esto puede, a su vez, disminuir la cantidad de enfermedades respiratorias causadas por dichos olores.  Disminución del riesgo de contaminación de fuentes hídricas Dado que al descomponerse los desechos liberan líquidos, éstos pueden desplazarse por vía terrestre a cuerpos de agua subterráneos. Al localizar y tratar la forma en que se IM PLEM ENTACI ÓN DE TECNOLOGÍ AS PRODUCTORAS DE BI OGÁS - M AY 2016

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descomponen los residuos se disminuye el riesgo de que dichos líquidos lleguen a contaminar fuentes hídricas, evitando enfermedades por el consumo de aguas posiblemente infectadas. Igualmente, se reduce la proliferación de insectos que son atraídos por dichas aguas, evitando otras enfermedades.  Disminución de problemas respiratorios asociados al uso de leña En varias viviendas rurales se utiliza la leña como combustible para calefacción y cocción de los alimentos, y su recolección requiere de trabajo humano. Aparte de esto, tiene un impacto ambiental dado a que fomenta la tala de árboles, y se han realizado estudios que asocian la cocción con leña a problemas respiratorios (Chacón Chaves & Alfaro Rodríguez). Si se utiliza más biogás se pueden mitigar los diferentes efectos asociados al uso de leña en la salud de las personas.

ANTECEDENTES Y CASOS DE ÉXITO Se han realizado estudios varios acerca del aprovechamiento de residuos; por ejemplo, en la Universidad Nacional se realizó un estudio compuesto del diseño y análisis económico de una planta productora de biogás a partir de residuos de ganado vacuno. El estudio, realizado con 1300 reses, incluyo el dimensionamiento de establos, sistemas de recolección y mezcla de la materia prima. Este estudio concluye que la técnica es factible a nivel técnico y económico para el manejo de residuos de ganado vacuno. Se encuentran en la literatura muchos más antecedentes de este tipo de procesos y tecnologías, desde tesis de grado que la implementan, como cumbres y reuniones de entidades como la FAO acerca de cómo puede utilizarse la biomasa para la producción de energía y alimentos. Así mismo, existen una gran cantidad de granjas que han optado por utilizar sistemas y tecnologías de aprovechamiento de desechos pecuarios para la generación de energía eléctrica y biogás como combustible. En el Anexo se pueden observar varios casos de éxito aplicados.

NORMATIVIDAD VIGENTE En Colombia, la Comisión de Energía y Gas CREG, el Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio, así como el Ministerio de Minas y Energía, son los entes encargados de la creación, actualización, divulgación y cumplimiento de la normatividad respectiva a la producción y uso del biogás. IM PLEM ENTACI ÓN DE TECNOLOGÍ AS PRODUCTORAS DE BI OGÁS - M AY 2016

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A continuación se presenta la normatividad más relevante respecto a la producción y uso del biogás:  Artícul o 1 y 14 de la ley 142 de 1994 y 11 de la ley 401 de 1997

Regula la normatividad para el suministro de gas, el cual independientemente de su origen, debe ser tomado como un servicio público. El servicio de biogás parte de una actividad complementaria que también es tipificada como servicio público.  Resolución CREG 066 de 2009 Resoluciónpublicaque regula el servicio público domiciliario de gas combustible con biogás.  Articul o 70 Determina las formas de aprovechamiento y su regulación con los diferentes residuos producidos en el aprovechamiento del biogás.  El artículo 72 Establece los criterios que deben cumplirse para que los métodos de aprovechamiento se realicen de forma optima, de manera que la generación de residuos procedentes de este aprovechamiento sean los mínimos, para evitar el daño al medio ambiente.  Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS – 2000: da los lineamientos para la utilización de agua potable en su numeral B.2..3.3 donde se solicita conocer la cantidad de agua potable necesaria para el proceso industrial y la cantidad a ser utilizada en el proceso.  Decreto 2981 de 2013: da los lineamientos para realizar el aprovechamiento de los residuos sólidos generados independiente de la fuente que los genere, esto para evitar que las materias primas sean utilizadas de manera indiscriminada y no generar posibles elementos de contaminación.  Ley 142 de 1994: Se listan los aspectos más relevantes que estipula la regulación general de producción de biogás:    

Costo de Servicios. Promoción de la Producción de Biogás. Configuración del Servicio. Costo del Biogás.

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 Resolución 135 de 2012. Servicio Público Domiciliario de Gas Combustible con Biogás.  

 

Artículo 3°. Régimen para el Servicio Público Domiciliario de Gas Combustible con Biogás a través de Redes Aisladas, para atender Usuarios Industriales no regulados. Artículo 4°. Régimen para el Servicio Público Domiciliario de Gas Combustible con Biogás a través de Redes Aisladas, para atender Usuarios Residenciales, usuarios regulados o con destino al GNV. Artículo 5°. Inyección de Biogás en Redes de Gas Combustible. Artículo 6°. Integración Vertical

 CREG: Documento CREG – 056 de 2009. Da las definiciones respecto a la definición de biogás y su composición, además del análisis regulatorio del biogás y las propuestas para su manejo y regulación. Además se da una propuesta por parte de gas natural para realizar la distribución y regulación del biogás generado.  Ley 697 de 2001. Por esta ley si dictamina que el ministerio de minas y energía será el encargado de realizar la regulación de los sistemas que usen energías alternativas, entre las cuales está incluida el biogás, además de que incentivara la creación de nuevos sistemas que utilicen energías alternativas.  Decreto 1220 de 2005. Determina los dos estudios ambientales que deben ser presentados: el diagnostico ambiental de alternativas y el estudio de impacto ambiental de proyectos de este tipo.  Reglamento para la producción primaria, procesamiento, empacado, etiquetado, almacenamiento, certificación, importación y comercialización de productos agropecuarios ecológicos del Ministerio de Agricultura. Mediante este reglamento se dictamina la forma en que deben ser di spuestos los residuos pecuarios, además de que se determina las condiciones de los residuos de la producción de biogás como abono.

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¿CÓMO ELEGIR EL BIODIGESTOR ADECUADO? Empezando con la Producción de Biogás Una vez planificado un potencial proceso de producción de biogás, para el productor de residuos surgen diferentes dudas sobre la sostenibilidad, eficacia y sentido del proyecto. A continuación se presenta un enfoque práctico con el fin de solucionar las principales dudas de los productores.

¿Por qué utilizar biogás? Los proyectos de producción de biogás comienzan con la idea de mejorar la producción actual de la finca: -

Hacer mejor uso de los residuos de la granja.

-

Mejorar el suministro y calidad del estiércol y nutrientes.

-

Producir energías renovables.

-

Diversificar la producción de la granja

-

Evitar malos olores del estiércol y del abono.

-

Invertir fondos disponibles.

-

Reducir gastos energéticos a través de un recurso disponible.

Un proyecto de biogás exitoso es capaz de suministrar todas o la mayoría de las ventajas anteriores, sin embargo no es posible abordarlas todas solo.

¿Es el biogás el proyecto correcto para mí? Las demandas energéticas asociadas a la producción en la finca, así como la demanda de gas ( Cocina, por ejemplo) pueden ser solventadas a través de la producción de biogás, que demanda un capital a corto plazo pero que en principio genera la sostenibilidad de la finca. No es la primera vez que se genera biogás en una finca, y la experiencia en muchos países refleja la viabilidad de tal proceso. Los resultados de otros agricultores hablan por sí solos: el biogás tiene muchas ventajas para el sistema de cultivos e incrementa la rentabilidad de los procesos. Contar con la biomasa necesaria y asegurar un funcionamiento correcto son los pasos esenciales en la producción exitosa de biogás.

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¿En realidad funcionará? Los agricultores que ya han generado procesos de producción de biogás han generado sus propios criterios para el éxito de este tipo de proyectos: -

La situación del mercado determina en mayor medida que tamaño de planta, concepto y uso de biogás es viable en su situación particular.

-

Busca consejo de personas con experiencia en biogás.

-

Las autorizaciones y licencias costarán tiempo y energía.

-

El tamaño de la planta es esencial. Las plantas pequeñas de biogás son caras de construir y dirigir en comparación con su capacidad y rendimiento. Además, conceptos como hazlo tú mismo están limitados por las consideraciones de riesgos y las crecientes obligaciones en seguridad y legalidad. Por otra parte, el tamaño de la planta se restringe por la cantidad de biomasa disponible en condiciones razonables. Los esquemas de demanda y costos para calefacción, electricidad y/o gas deben también influenciar nuestra elección de la planta.

-

Es esencial asegurar la biomasa necesaria para la producción de biogás, que a su vez determina el tamaño de la planta.

-

No copie las ideas de otros agricultores. Cada proyecto necesitará adaptarse a las condiciones específicas de la finca.

El paquete tecnológico está en la capacidad de suplir las soluciones necesarias para asegurar una producción de biogás suficiente y eficaz, capaz de solucionar los inconvenientes energéticos de la finca actual. Solo se debe asegurar la cantidad necesaria de biomasa.

¿Y cómo sería, cómo elijo mi planta? La elección del tamaño de la planta es crucial para su éxito.

Para quién

Pequeña