Biodigestores…Biodigesters...

Biodigestores…Biodigesters...

Por Jesús Suárez Hernández*

(in english below

)

En la agricultura cubana, con énfasis en el sector cooperativo y campesino, se han difundido diversas tecnologías de producción sostenible. La tecnología del biogás ha trascendido por ser una alternativa eficiente para tratar los residuos que se generan en los sistemas productivos, además de tener como coproducto tanto un gas con excelentes cualidades como combustible, el cual contribuye de manera positiva en el balance energético de sistemas, como los efluentes que constituyen un apropiado bioabono. En esta ocasión comentamos tres tecnologías o plantas de biogás, también denominadas biodigestores.

Biodigestor de cúpula móvil Este sistema fue desarrollado por la Comisión de Industria Rural y Khadi de la India (KVIC). Su contenedor de gas es una cubierta con forma de una caja tapada directamente sobre el líquido o a una junta de agua alrededor de la boca del estanque. El gas producido en el estanque es recolectado y almacenado en la cúpula, a expensas de la flotación de esta; cuanto más gas contiene, más se eleva. El peso de la cúpula crea una presión sobre el gas contenido adentro; cuando se consume el gas, la tapa se hunde hacia abajo. En cuanto a la hidráulica, la introducción de nuevo material para descomponer por el tubo de entrada, crea una presión que impulsa el residuo o material ya descompuesto hacia afuera por el tubo de salida (figura 1).

Las cúpulas de estos equipos son hechas de laminado de acero o de hormigón armado con acero (figura 1). El peso de la tapa influye mucho en la presión por dentro del estanque, y es un factor que en el momento del diseño hay que prestarle atención. La tapa de hierro genera un alto precio (ocupa 30-40 % de todo el gasto de la obra). En Cuba esta tecnología es extremadamente interesante ya que producto del desmantelamiento de parte de la industria azucarera, en muchas regiones del país los productores de diversas formas han adquirido pailas, tanques de hierro y otros recipientes, los cuales con una pequeña adecuación son fácilmente adaptados como cúpula móvil para digestores de este tipo.

Biodigestor de cúpula fija Este equipo fue diseñado en China. El contenedor de gas y la laguna de compensación forman un conjunto hermético. El gas generado se almacena en la parte superior de la cúpula y por la parte inferior está el líquido en fermentación, el cual compensa las presiones que se generan en el interior del digestor. La piscina de compensación puede ser construida sobre el tanque de regulación de presión (figura 2). Los dispositivos de cúpula fija son construidos de ladrillo, cemento, arena y cabillas corrugadas de acero, lo que en muchos países lo hace más económico que el de cúpula móvil. Otro elemento que lo convierte en una alternativa popular es que es relativamente sencillo y el propio beneficiario lo puede construir. El digestor de cúpula fija es construido debajo de la tierra por lo que no ocupa espacio, mantiene temperatura estable en el invierno y su impacto visual al paisaje es casi nulo.

Biodigestor de bolsa de nylon Es una forma de equipo de biogás con tapa fija. El gas es contenido en la bolsa debido al carácter elástico de la misma y no es necesario el tanque de regulación de la presión, pero necesita peso sobre la bolsa para crear presión. Este equipo es fácil de montar, y barato, aunque su duración no es muy grande (inferior a un 25 % de la vida útil de un biodigestor de cúpula fija) (figura 3). Esta alternativa no ha sido muy popular en Cuba, producto de la indisciplina tecnológica con que fue montada la primera generación introducida en el país. En la actualidad varias agencias de cooperación y la industria cubana de la goma, están haciendo grandes esfuerzos por desarrollar un prototipo cubano, con materiales más resistentes y un precio más económico, como una buena alternativa para los productores porcinos.

Usos y realizaciones Cualquiera de estas tres alternativas es igualmente útil en cuanto al tratamiento de residuales, lo importante en todas es lograr la mayor hermeticidad, una adecuada colección del gas y una caída de la carga orgánica en la corriente de aguas contaminadas. Un elemento que hace a estos sistemas extremadamente importantes, son las características del efluente que se genera en el digestor, el cual es considerado entre los mejores abonos orgánicos utilizados. Los principales usos que la familia campesina le ha dado al biogás en las fincas, son:

• Cocción de alimentos: tanto para la familia como para los animales, en especial los cerdos.

• Calefacción: se destaca la calefacción de lechones y pollitos, los cuales necesitan una temperatura estable a lo largo del día y sobre todo en las noches de invierno.

• Iluminación: las lámparas de camiseta son una alternativa para los lugares que no tienen acceso a la luz eléctrica. También son utilizados faroles chinos adaptados.

• Refrigeración: es el tema más novedoso, pero ya existen campesinos utilizando refrigeradores que funcionan a gas (refrigeración por absorción), a partir del biogás para la conservación de alimentos.

• Generación eléctrica: con la adaptación de motores de gasolina a biogás y con la importación de grupos electrógenos, en varias fincas campesinas se utiliza el gas generado por las excretas para que funcionen pequeños grupos electrógenos que cubren la demanda energética de la vivienda en algunas horas del día.

En el marco del proyecto internacional Biomas-Cuba, liderado por la Estación Experimental de Pastos y Forrajes Indio Hatuey, y financiado por la Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación (Cosude), desde el 2009 se han construido y puesto en operación 101 biodigestores de diversas tecnologías: 89 de cúpula fija, uno de cúpula móvil, 10 tubulares plásticos, así como una laguna tapada de 400 m3, una nueva tecnología que se ha incorporado recientemente y que es apropiada para tratar residuales en unidades productivas con alta concentración de animales. El biogás producido en estos biodigestores se utiliza principalmente en la cocción de alimento humano y animal, así como en alumbrado, refrigeración y generación de electricidad.

* Doctor en Ingeniería Industrial. Investigador de la Estación Experimental de Pastos y Forrajes Indio Hatuey.

In Cuban agriculture, with an emphasis on the cooperative and peasant sectors, various technologies for sustainable production have spread. Biogas technology has emerged as an efficient alternative to treat the waste generated in production systems, in addition to having as a co-product a gas with excellent qualities as fuel, which contributes positively to the energy balance of systems, like the effluents that constitute an appropriate bio-fertilizer. On this occasion we discuss three biogas technologies or plants, also called biodigesters.

Mobile Dome Biodigester This system was developed by the Rural and Khadi Industry Commission of India (KVIC). Your gas container is a box-shaped cover capped directly over the liquid or to a water seal around the mouth of the pond. The gas produced in the pond is collected and stored in the dome, at the expense of its floating; the more gas it contains, the higher it rises. The weight of the dome creates a pressure on the gas contained inside; when the gas is consumed, the lid sinks down. Regarding hydraulics, the introduction of new material to decompose through the inlet tube creates a pressure that drives the waste or already decomposed material out through the outlet tube (figure 1).
The domes of these equipments are made of steel laminate or steel reinforced concrete (figure 1). The weight of the cover greatly influences the pressure inside the pond, and it is a factor that must be paid attention when designing. The iron cover generates a high price (it occupies 30-40% of all the cost of the work). In Cuba, this technology is extremely interesting, since as a result of the dismantling of the sugar industry, in many regions of the country, producers of various forms have acquired pailas, iron tanks and other containers, which with a small adaptation are easily adapted as mobile dome for digesters of this type.

Fixed Dome Biodigester This equipment was designed in China. The gas container and the compensation lagoon form a hermetic assembly. The generated gas is stored in the upper part of the dome and in the lower part is the liquid in fermentation, which compensates for the pressures generated inside the digester. The compensation pool can be built on the pressure regulation tank (figure 2). Fixed dome devices are constructed of brick, cement, sand, and corrugated steel rebar, which in many countries makes it cheaper than the mobile dome. Another element that makes it a popular alternative is that it is relatively simple and the beneficiary himself can build it. The fixed dome digester is built under the ground so it does not take up space, maintains stable temperature in the winter and its visual impact on the landscape is almost nil.

Nylon bag biodigester It is a form of biogas equipment with a fixed lid. The gas is contained in the bag due to its elastic nature and the pressure regulation tank is not necessary, but it needs weight on the bag to create pressure. This equipment is easy to assemble, and cheap, although its duration is not very long (less than 25% of the useful life of a fixed dome biodigester) (figure 3). This alternative has not been very popular in Cuba, as a result of the technological indiscipline with which the first generation introduced into the country was assembled. Currently, several cooperation agencies and the Cuban rubber industry are making great efforts to develop a Cuban prototype, with more resistant materials and a cheaper price, as a good alternative for pig producers.
Uses and embodiments Any of these three alternatives is equally useful in terms of waste treatment, the important thing in all is to achieve the best tightness, an adequate collection of the gas and a drop in the organic load in the contaminated water stream. An element that makes these systems extremely important are the characteristics of the effluent generated in the digester, which is considered among the best organic fertilizers used. The main uses that the peasant family has given to biogas on farms are:

• Food cooking: both for the family and for animals, especially pigs.

• Heating: the heating of piglets and chicks stands out, which need a stable temperature throughout the day and especially on winter nights.

• Lighting: T-shirt lamps are an alternative for places that do not have access to electric light. Adapted Chinese lanterns are also used.

• Refrigeration: it is the newest topic, but there are already farmers using gas-powered refrigerators (absorption refrigeration), from biogas for food preservation.

• Electricity generation: with the adaptation of gasoline engines to biogas and with the importation of generators, in several peasant farms the gas generated by the excreta is used to run small generators that cover the energy demand of the house in a few hours of the day.
In the framework of the international project Biomas-Cuba, led by the Experimental Station of Pastures and Forages Indio Hatuey, and financed by the Swiss Agency for Development and Cooperation (Cosude), since 2009 101 biodigesters have been built and put into operation of various technologies: 89 with a fixed dome, one with a mobile dome, 10 plastic tubular tubes, as well as a clogged lagoon of 400 m3, a new technology that has recently been incorporated and which is appropriate for treating residuals in production units with a high concentration of animals . The biogas produced in these biodigesters is mainly used in cooking human and animal food, as well as lighting, refrigeration and electricity generation.

* Doctor in Industrial Engineering. Researcher of the Experimental Station of Pastures and Forages Indio Hatuey.