Potencial de biogás de las principales actividades agroindustriales en la República de Honduras Ing. Carlos Talavera Williams, M.Sc., M.Phil, AMIChemE,

Potencial de biogás de las principales actividades agroindustriales en la

República de Honduras

Ing. Carlos Talavera Williams, M.Sc., M.Phil, AMIChemE, CIMEQH

CONTECNICA, S.A. de C.V.

Contenidos de la presentación

• Objetivos del estudio

• Enfoque del estudio: Agroindustrias analizadas, desechos generados, prácticas actuales de manejo

• Principales actividades del estudio

• Métodos: procedimientos de medición y muestreo, parámetros medidos en sustratos líquidos y sólidos

• Principales resultados

• Algunas experiencias de biogás en Honduras

Objetivos del estudio

• Establecer la cantidad de biogás derivable de la digestión anaeróbica de los principales desechos agroindustriales generados en Honduras, y

• estimar la posible reducción de las emisiones de gases de efecto de invernadero (GEIs) vinculados a esas fuentes, para

• ponderar formas para una inserción más beneficiosa de los productores agroindustriales nacionales generadores de biogás de desecho en el mercado internacional de Carbono logrando la captura, aprovechamiento y valorización de este combustible renovable.

• Comisionado por SNV (Servicio holandés de cooperación) + PNUD

Enfoque del estudio: agroindustrias analizadas

• Nueve centros de producción, representativos de las agroindustrias mas importantes a pequeña, mediana y gran escala se usaron como unidades de referencia.

• Actividades analizadas:– Beneficiado húmedo de café – Extracción de aceite de palma africana– Producción de azúcar de caña– Sacrificio y procesamiento de carne bovina y porcina– Salas de ordeño– Procesamiento de lácteos– Granjas avícolas– Granjas porcinas– Procesamiento de carne avícola (pollos)

Enfoque del estudio: Manejo actual de los desechos

Actividad Sustrato Manejo

Beneficiado húmedo de café

Aguas mieles; aguas de la desmucilaginadora

Laguna de estabilización; descarga en cauces naturales

Pulpa Apilado y compostaje; descarga en cauces naturales

Extracción de aceite de palma

Efluente de la planta extractora

Lagunas anaeróbicas cubiertas para producción de biogás; lagunas anaeróbicas; descarga en cauces naturales

Producción de azúcar de caña

Efluente del ingenio Lagunas anaeróbicas y facultativa; descarga en cauces naturales

Melaza Almacenamiento y venta

Sacrificio bovino/porcino

Efluente del matadero Lagunas de estabilización; descarga en cauces naturales

Harina de carne y hueso

Venta

Sebo Venta

Procesado de lácteos Efluente de planta Sistemas aeróbicos de crecimiento adherido + lagunas


Actividad Sustrato Manejo actual

Ordeño Efluente de las salas de ordeño Lagunas de estabilización

Estiércol no diluido Compostaje

Granja porcina Efluente de la granja Lagunas de estabilización

Sólidos sin digerir recuperados del efluente fresco

Alimento concentrado

Granja avícola Gallinaza: estiércol avícola + casulla de arroz

Venta como fertilizante /compostaje

Cuerpos de aves Compostaje

Procesamiento avícola

Efluente del matadero Lagunas de estabilización

Estiércol avícola Compostaje

Harina de plumas Alimento concentrado

Harina de carne Alimento concentrado

Laguna anaeróbica tratando efluentes de mataderoEsta laguna podría convertirse a un sistema de colección y valorización de biogás


• Lagunas de estabilización son el método más generalizado para el manejo de efluentes agroindustriales en la casi totalidad de las ramas que los producen.

• Poca utilización de otras tecnologías (sistemas aerobios intensivos de crecimiento adherido en lácteos)

• Hay sistemas lagunares equilibrados– logrando reducciones notables en las cargas orgánicas, – permitiendo reutilización del efluente tratado – o descarga a cuerpos receptores.

• En palma africana, desarrollo notable de proyectos de biogás: – efluentes ricos en materia orgánica degradable, – presentan altos potenciales de biogás y – permiten digestiones más estables sin necesidad de recurrir a adjuntos

químicos, que tienen un costo.


• lagunas de estabilización: – mayormente anaeróbicas, – generan gas metano a la atmósfera si la laguna no está cubierta.

• Presentan a veces problemas: – subdimensionamiento y/o sobrecarga, – desequilibrio y 'trabe ácido', – malos olores, – mal manejo de lodos y azolvamiento, – canalización y zonas muertas, – sangrado de bacterias y/o algas, – combustión del gas en la superficie y otros

• resultando en – sub-óptima calidad del efluente, – otros impactos ambientales (emisión de GEI entre ellos) y – pérdida de oportunidades de valorización del combustible.

Laguna facultativa sobrecargada‘fallo’ clásico de la laguna facultativa tal cual entendido usualmente; ocurre un cambio de metabolismo, de facultativo a (principalmente) anaeróbico como respuesta natural a la sobrecarga

Condición de ‘trabe ácido’ anaeróbicoColor amarillento de las aguas, escasa o ninguna actividad metanógena (poco o ningún burbujeo), pH < 4 y característico olor butírico (olor a mantequilla rancia)

Laguna anaeróbica en llamas

No es inusual que lagunas anaeróbicas activas descubiertas tomen fuego

Métodos de medición y muestreo• Medición de las corrientes de desechos líquidos y sólidos durante al

menos 3 días de producción en 6 sitios según método en tabla siguiente

• Muestreo de las corrientes líquidas de desechos para la formación de muestras compuestas para análisis en laboratorio

• Formación de muestras puntuales y compuestas de desechos sólidos para análisis en laboratorio

• 3 sitios de producción (palma, azúcar, lácteos): resultados previos de mediciones iguales, o más detalle

• Registro de las tasa de producción durante el período de medición para estimación de tasas específicas de producción de biogás permitiendo extrapolación a nivel nacional

Principales actividades

• Estimación del potencial de biogás para los sitios de producción analizados – basados en rendimientos ‘seguros’ citados en la literatura técnica abierta – empleando DQO total reducida en efluentes, y – materia orgánica seca en desechos sólidos.

• Extrapolación del potencial nacional de biogás de las actividades analizadas basado en las estadísticas oficiales de producción o datos de otras fuentes (asociaciones de productores).

• Vistas a 3 sitios industriales actualmente operando sistemas de digestión y producción de biogás (RAFA, cervecería; LAC y RCA, aceite de palma) para – documentar tipos de tecnología en uso, – capacidades instaladas, – usos para el biogás generado, – problemas tenidos en el desarrollo y operación de sus facilidades, – orden de magnitud de sus inversiones

Medición de corrientes líquidas y sólidas

Actividad Sustrato Método medición

Beneficiado húmedo de café Aguas mieles; aguas de la desmucilaginadora

Cubeta y cronómetro

Pulpa Estimación del volumen de pila

Extracción de aceite de palma Efluente de la planta extractora

Vertedero Parshall

Producción de azúcar de caña Efluente del ingenio Vertedero Parshall

Melaza Balance estándar de masa

Sacrificio bovino/porcino Efluente del matadero Flujo volumétrico en sumidero

Harina de carne y hueso Peso del sustrato del centro de producción

Sebo Peso del sustrato del centro de producción

Procesado de lácteos Efluente de planta Vertedero en V



Ordeño Efluente de las salas de ordeño

Cubeta y cronómetroFlujo volumétrico en sumidero

Granja porcina Efluente de la granja Balde calibrado/densidad aparente

Sólidos sin digerir recuperados del efluente fresco

Cubeta y cronómetroFlujo volumétrico en sumidero

Granja avícola Gallinaza: estiércol avícola + casulla de arroz

Medición volumétrica en carretilla calibrada

Cuerpos de aves Medición volumétrica en bolsa calibrada



Procesamiento avícola Efluente del matadero Vertedero en V

Estiércol avícola Determinación de peso

Harina de plumas Peso reportado por el centro de producción

Harina de carne Peso reportado por el centro de producción

Parámetros analizados en corrientes líquidas

Parámetros analizados Propósito Metódo

DQO total Estimación del potencial de biogás

ME 5220-D

DQO, soluble Distribución de carga orgánica entre fracciones particulada y disuelta;decisiones sobre las tecnologías aplicables

ME-5220-D

SSV ME-2540 D y E

SSF ME-2540 D y E

NTK Disponibilidad de nutrientes, inhibidores potenciales

AOAC 984.3 (ed 1990)

N-NH3 ME 4500 NH3 B y C

P Total ME 4500-P-C

Sulfatos Posible necesidad de desulfurar el biogás

ME 4500-SO4–E

Parámetros analizados en sustratos sólidos

Parámetros analizados Propósito

Materia seca/humedad Decisiones sobre tecnologías aplicables, posible necesidad de co-digestión; estimación de eficiencias de digestión

Materia orgánica seca Estimación del potencial de biogás

C:N:P Disponibilidad de nutrientes

N, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, C, Zn Inhibición potencial de la digestión

S Posibles necesidades de desulfuración

Bases de las estimaciones: sustratos líquidos

Lineamientos usados: • 0.21 kg CH4/kg DQO removido, equivalente a

• 0.35 Nm3 CH4/kg DQO removido,

• 0.53 Nm3 biogás @ 60% CH4/kg DQO removido

• Indicadores ‘seguros’ de rendimiento para la digestión de orgánicos biodegradables (Deublin and Steinhauser, 2009, Hall 1992).

• Nm3 se refiere al volumen del gas bajo condiciones ‘normales’ temperatura (293 K) and presión (1 atm).

Bases de las estimaciones: sustratos líquidos

• El biogás es una mezcla de principalmente metano y dióxido de carbono…

• …usualmente variando entre 55 y 70% CH4 y 30 a 45% CO2 (Deublin and Steinhauser, 2009)

• 60% CH4 se reconoce como un valor mínimo práctico para valorización del biogás, y por tanto se asume como la composición de referencia para este estudio, en ausencia de mejor información sobre la composición especifica de los biogases de diversos sustratos.

• El biogás de café está documentado al 62% CH4, y así supuesto.

Bases de las estimaciones: corrientes sólidas

• Se usaron los rendimientos específicos como función del contenido de materia orgánica biodegradable del sustrato expresados como Nm3 biogás @ 60% CH4/kg materia orgánica seca y documentados en la literatura técnica abierta.

• Rendimientos usados basados en determinaciones empíricas que integrarían el concepto de ‘eficiencia de conversión’, siendo innecesario asumirlo.

• Usualmente expresados como un rango de valores, no un número único.

• Para simplificar las estimaciones, cuando se cita un rango, el promedio de los extremos es el valor usado.

Bases de las estimaciones: Potencial nacional

• Bases anteriores permiten el cálculo del potencial de biogás en cada centro de producción.

• Para extrapolación a nivel nacional, se estimaron indicadores específicos de producción de gas para cada sustrato particular (líquido o sólido) en actividad analizada (gas/unidad de producción de referencia)

• Unidad de producción de referencia = materia prima procesada, producto producido, o activo productivo (e.g., Nm3/kg café cereza, Nm3 /cerdo, etc.)

Principales resultados

Potencial nacional bruto delas actividades analizadas

• 430 MNm3 biogás @ 60% CH4/año

• 448.4 MWt de potencia térmica

• 180.8 MWe de potencia eléctrica @ 40% conversión

• 105.6 MWt y 43.7 MWe de la cual sólo disponible durante 6 meses (ingenios)

• 133.2 MWt y 53.3 MWe sólo disponible durante 4 meses (café)

• 118.9 MUSD/año @ USD 110/MWh

1

0 20,000,000 40,000,000 60,000,000 80,000,000 100,000,000 120,000,000 140,000,000

Granjas avícolas, 129,179,854

Salas de ordeño, 84,545,289

Ingenios azucareros, 79,731,841

Beneficios húmedos de café, 44,320,230

Extractoras aceite de palma, 42,347,089

Granjas porcinas, 33,964,230

Lácteos, 7,527,018

Procesadoras carne pollo, 5,159,557

Mataderos, 3,310,726

Potencial bruto de biogás en la agro-industria hondureña

Nm3 60% CH4 biogás/año

Principales resultados

Potencial nacional neto debiogás de las actividades

analizadas

• Potencial neto es más bajo: 4 sustratos tienen costos positivos de sustitución si convertidos a biogás: – Melaza, – Harina de plumas, – Harina de hueso y carne– Sebo

• Potencial neto:

• 366.1 MNm3 biogás @ 60% CH4/año

• 365.9 MWt y 146.7 MWe @ 40% conversión term/elec

• 85.1% del potencial bruto

• 102.1 MUSD/año @ 110 USD/MWh

Granjas avícolas; 35.4

Salas de Ordeño; 23.2

Café; 13.3

Aceite de palma; 11.6

Granjas porquerizas; 9.3

Azúcar ; 5.3 Lácteos; 2.1Empacadoras de pollo; 1.1

Empacadora bov/porcina; 0.2

Potencia eléctrica neta derivable, MWe

Principales resultadosLas 3 actividades más interesantes fueron:

• Granjas avícolas (35.3% del potencial neto nacional; ‘gallinaza’ representa 33.2% de tal potencial neto nacional)

• Salas de ordeño (23.1% del potencial neto nacional; 20.9% estiércol no diluido)

• Beneficios húmedos de café, usando ambos la pulpa y corriente de efluentes del mucílago, representando el 12.1% del potencial neto nacional

• Juntos representan 70.5 % del potencial neto nacional de biogás.

• El potencial neto nacional es interesante, pero:

• La naturaleza y composición de los sustratos debe ser tomada en cuenta…

• … como también la configuración y concentración (escala) de los centros de producción puesto que eso afecta el tipo y escala de las tecnologías aplicables

• El grado actual del desarrollo técnico de la ganadería (ordeño, ganadería extensiva en potreros) limita las posibilidades de colección y procesamiento del sustrato.

Principales resultadosGranjas avícolas y beneficios húmedos:

• Sensible segmentación, mayormente en producción de café (92,706 productores; 2009-2010); escalas mas bien pequeñas a medias

• Operaciones de beneficiado permiten la fácil colección y transformación de los desechos.

• Granjas avícolas: muchas pequeñas, pocas de mayor escala (producción de huevos y crianza de pollos para engorde)

• Se requieren sistemas pequeños y medianos de biogás

Ganadería y ordeño:

• Requerirá de una ‘revolución tecnológica’ completa

• Practica usual: crianza extensiva del ganado en potreros y pastizales abiertos; ordeño en corrales.

• Práctica deseable: crianza estabulada y ordeño en salas de ordeño

• Difícil sino imposible colectar estiércol.

• Modificación de las prácticas actuales de manejo de ganado podría tener otras consecuencias ambientales muy positivas.

Principales resultadosPlantas extractoras de aceite de palma e

ingenios azucareros:

• Candidatos óptimos para digestiones a mayor escala

• Alta concentración de los centros de producción, alta escala de producción: 7 ingenios, 9 plantas extractoras

• Posible cosechar economías de escala

• Dadas las altas cargas orgánicas de sus efluentes, la extracción de aceite de palma es una actividad muy atractiva para la producción de biogás.

• Es el principal sector en el cual se han desarrollado proyectos de biogás en Honduras.

• La tecnología preferida han sido las lagunas anaeróbicas cubiertas (LACs)

• Aun cuando (algunos) ingenios azucareros operan lagunas de estabilización, no han adoptado técnicas de colección y valorización del biogás

• Naturaleza intermitente de la producción y tipo de efluente azucarero plantean retos técnicos (estabilidad, latencia de la digestión) que ameritan investigación y desarrollo.

Experiencias de biogás agroindustrial e industrial en Honduras

• La tecnología de biogás agroindustrial (part. a mediana y mayor escala) en Honduras es reciente (ca 2005):

– difusión en actividades que disponen de sustratos fácil, y/o convenientemente, fermentables, y

– que han podido entrever las ventajas de su uso, notablemente la industria de la palma africana.

– El Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) y sus vía el mercado de Carbono ha sido un factor causal

– La utilidad del gas como combustible primario (ahorros por sustitución de combustibles, ingresos por generación y venta de electricidad) han sido factores de empuje, particularmente después del colapso del mercado de Carbono.

• Tecnología logra crear un incentivo para la depuración de los desechos y el cumplimiento ambiental, al crear ingresos/ahorros, y no costos netos.


• particular relevancia en la industria palmera, – efluente es de alta concentración de materia orgánica– Suficiente contenido de nitrógeno para estimular al

alcalinidad creada por el metabolismo, ayudando a la estabilidad de los sistemas

• Tecnología en uso: – lagunas anaeróbicas cubiertas (LACs) y – tanques digestores agitados (TDAS)

• Industria de bebidas fermentadas y carbonatadas: – emplea Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente (RAFA), – tecnología más intensiva que las anteriores


• Otras actividades productivas (agrícolas a pequeña y mediana escala) – operan sistemas de digestión de desechos y producción de

biogás a pequeña escala– Importantes potenciales impactos positivos en la economía

y sostenibilidad de las unidades de producción pequeñas

• Tecnología en uso:– Digestor chino de domo– Digestor tipo ‘salchicha’– Otros posibles (semi-salchicha)

Laguna anaeróbica cubiertaLa industria de palma hondureña está implementando lagunas anaeróbicas cubiertas que permiten la captura y utilización del biogás. Ello ahorra los costos ambientales de la descarga a la atmósfera de un gas de efecto invernadero de 21 veces el poder de calentamiento global del CO2 y permite cosechar el valor de su poder calorífico.

Digestor anaeróbico (tanque reactor agitado)Segundo tipo de tecnología usado en el país, permitiendo superior carga orgánica especifica , agitación y mejor control de la digestión que las LACs

Sistema de desulfuración del biogás

La eliminación del sulfuro de hidrógeno del biogás es una necesidad para prevenir la corrosión de los materiales, especialmente acero y concreto. La imagen ilustra las torres de contacto para la desulfuración biológica del biogás.

Cubierta superior, RAFAImplementado en una industria de bebidas carbonatadas y cervezas, tratando las aguas residuales de ambas plantas

Digestor de domo, tipo ‘chino’

Digestor tipo ‘salchicha’Implementado en un centro experimental de agricultura alternativa, generando suficiente biogás para las necesidades energéticas del centro mismo

Cultivos de huertosAbonados con el efluente digerido, rico en nutrientes, indicando las bondades de la integración de la tecnología de digestión a las actividades productivas de unidades mas integrales de producción.

¡¡¡MUCHAS GRACIAS!!!

Potencial de biogás de las principales actividades agroindustriales en la República de Honduras Ing. Carlos Talavera Williams, M.Sc., M.Phil, AMIChemE,

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