Economía de los digestores anaeróbicos para procesar residuos animales

El beneficio del digestor de una granja usualmente requiere la utilización de energía y otros co-productos tales como sólidos de abonos que se separan para formar compost. El metano producido por este proceso puede quemarse para generar electricidad y/o calor. Bajo circunstancias favorables, también hay un potencial para purificar el metano en un biogás de grado gas-natural conveniente para uso familiar o industrial.

Algunos tipos de digestores están empezando a transformar el gas para cumplir los estándares del gas natural y poder ser transportado en camión o tuberías.

Cualquier materia orgánica puede ser procesada en un digestor. Lodos de aguas residuales, residuos sólidos municipales, residuos de la industria alimentaria, industria del grano y residuos de cultivos, residuos de la industria de pulpa y papel son algunos de los materiales que pueden procesarse en los digestores.

La digestión estabiliza los compuestos orgánicos volátiles que quedan en el abono de forma que puedan aplicarse a la tierra con pocos olores. Hay poco cambio en el valor de los nutrientes del abono y la materia orgánica que pasa en el proceso, que puede luego usarse como fertilizante.

Diseños de digestores

Los tres principales diseños de digestores para granjas son las lagunas anaeróbicas, plug-flow, y mezcla completa (reactor con un tanque movido continuamente). El contenido de sólidos del material digerido es un criterio importante en la elección del diseño del digestor. Los digestores Plug-flow trabajan mejor con un contenido sólido del 11-13 %, de forma que trabajan bien con estiércol de lecherías desde operaciones que colectan por desguace. El trabajo de los digestores de mezcla completa se realiza con un rango más amplio de 2 – 10 %, que las hace más convenientes para una gran variedad de materiales incluyendo purines, residuos de procesos y estiércol de lecherías. Las variaciones de estos tres diseños básicos se han desarrollado para realzar la producción de biogás y/o tratar con niveles variables de humedad y otras características del digestor.

Temperaturas del digestor

La tasa de digestión depende de la temperatura, por lo que los digestores anaeróbicos también se clasifican por la temperatura de trabajo. Los digestores mesofílicos trabajan a temperaturas que van de 35 y 40 ºF. Aquellos que trabajan entre  49 y 60 ºC son conocidos como termofílicos. Las lagunas cubiertas operan a temperaturas psicrofílicas por debajo de 35 ºC. Tienen un coste inferior y comúnmente se usan donde el olor central es el objetivo principal. Sin embargo, en algunas localizaciones más calientes los digestores de las lagunas cubiertas se usan con éxito para producir energía.

Instalaciones más convenientes como digestores

No es práctico procesar todo tipo de estiércol de ganado a través de los digestores. El potencial para la producción de metano depende del tamaño de la operación de la granja, frescura de los residuos, y concentración de materiales digestibles en el estiércol. Las operaciones con vacas en establos con limpieza diaria trabajan bien con digestores  ya que los residuos no se mezclan con suciedad o piedras y se mueven en el digestor mientras están frescos.

Otras aplicaciones del digestor

Las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales tienden a usar digestores para reducir el volumen de sólidos y minimizar la tierra requerida para extender el lodo. Para los residuos más diluidos como los de las plantas de tratamiento de residuos municipales o sistemas de estiércol fluyente, se diseñan digestores “fixed-film” o de filtro para retener las bacterias en algunos tipos de medios los bastante grandes como para descomponer los residuos antes que permitir que inmediatamente fluyan hacia afuera en el sistema.

Las carencias energéticas en Europa han llevado al desarrollo agresivo de los digestores, especialmente en Alemania, líder mundial en digestores de granjas con alrededor de 4000 unidades instaladas. Los pequeños digestores se usan en áreas rurales de India, China y otros países de Asia como fuentes de gas para cocinar.

Requerimientos de capital, costes de mantenimiento y operación

Los requerimientos de capital para instalar un digestor variarán extensamente dependiendo del diseño del digestor elegido, tamaño del equipo para la utilización del biogás y/o para separación de la fibra de estiércol. El rango de costes de capital para el diseño completo de un sistema de digestores se estima en $1.000 a $2.000 vacas dependiendo del tamaño del rebaño, con un coste para mantener el motor-generador de $0,015 a $0,02/kWh de electricidad generada. Los equipos auxiliares en los que se debe incurrir son cargos por conectar a la red eléctrica y equipo para retirar el sulfuro de hidrógeno, que puede añadir hasta un 20 % a la cantidad base. Cifrando el equipo auxiliar en un 10 %, los trabajos de inversión pueden estimarse en $1,2 millones para una operación de granja láctea con 700 vacas, subiendo a $2,7 millones para 2.800 vacas. Un separador de sólidos añadiría otro 12 % a estas cantidades. Hay un considerable interés en los diseños del digestor que son económicamente factibles en granjas pequeñas, pero algunos componentes del digestor es difícil bajarlos de escala. Un digestor de mix completo con un separador instalado en una granja láctea de Minnesota de 160 vacas en 2008 costó $460.000, o $2.875/vaca. Otro reciente estudio mostró que el equipo de generación eléctrica hizo subir en promedio un 36 % la inversión total en un grupo de 36 digestores, lo cual sugiere que un ahorro sustancial de costes puede conseguirse en las situaciones en las que el biogás puede usarse para calentar en vez de para producir electricidad. 

Bibliografía: Economics of Anaerobic Digesters for Processing Animal Manure. eXtension