César Sáez; Académico de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Católica de Chile y Profesor del Magíster en Ingeniería de la Energía MIE-UC, dirige el proyecto: “Instalación de prototipos de biodigestores para complementar las necesidades energéticas en escuelas de la Araucanía”
El proyecto es realizado en conjunto con un grupo de académicos del Campus Villarrica de la UC que dirige Martín Bascopé y es financiado por el Fondo de Acceso a la Energía (FAE) del Ministerio de Energía, Chile. Su foco es el fortalecimiento a nivel escolar de la educación por indagación en las ciencias, que lleva más de tres años ejecutándose en la Araucanía.
La digestión anaeróbica es un proceso biológico que persigue la descomposición de compuestos orgánicos biodegradables a través de la acción secuencial y coordinada por diversos grupos de microorganismos que producen finalmente metano y dióxido de carbono (biogás). El proceso se produce en condiciones anaerobias ya que los grupos microbianos responsables de la producción de metano, los metanógenos o metanogénicos, son muy sensibles a la presencia de oxígeno en el medio donde se desarrollan. En efecto, a concentraciones sobre 0,1 ppm de oxígeno disuelto, estos dejan de ser viables.
La digestión anaeróbica ocurre naturalmente en diversos ambientes. Es común identificarla en pantanos, ciénagas, marismas, sedimentos, fosas sépticas, y en el rumen de diversos animales conocidos como rumiantes.
En sus inicios el proceso buscó dar cuenta del estiércol generado en grajas para evitar la eutroficación de suelos, napas y cursos de aguas con cargas de nutrientes excesivas provocando un deterioro significativo de estos recursos. Su aplicación a la producción de energía como objetivo primario se produjo de manera más contemporánea, materializándose en plantas de tratamiento de residuos y producción de biogás de diversas escalas que utilizan diversas fuentes orgánicas (residuos) como insumos y producen, además de metano, un fertilizante comúnmente conocido como “digestato” que puede sustituir total o parcialmente el requerimiento de nutrientes de pastizales y cultivos diversos. En instalaciones más sofisticadas, la separación de la fracción líquida del digestato y su precipitación química permite la producción de compuestos cristalinos con características N:P:K para aplicaciones agronómicas específicas.
Llevar esta tecnología a un nivel comprensible y manejable por alumnos de enseñanza básica y media, además de alumnos de liceos técnicos y profesionales, es un gran desafío que requiere del apoyo de expertos en educación.
El acercamiento tecnológico materializado en sistemas de biodigestión anaeróbica atractivos para los niños, fáciles de operar y con funcionalidades adecuadas que permitan la transformación de residuos orgánicos en biogás, es un desafío que se ha abordado en el proyecto “Instalación de prototipos de biodigestores para complementar las necesidades energéticas en escuelas de la Araucanía”. Otros desafíos tecnológicos que deben superarse incluyen el control de temperatura del sistema de modo de hacer factible la producción de biogás a partir de residuos en climas fríos y zonas altiplánicas. En efecto, sistemas denominados mesofílicos operan óptimamente en torno de los 32°C, de modo que temperaturas inferiores a 15°C o superiores a 50°C pueden eliminar diversos grupos microbianos, deteniendo el proceso. Por su parte, los sistemas denominados termofílicos utilizan una biomasa que se desarrolla muy bien en torno de los 55°C, pero que es aún más sensible a temperaturas frías. El uso de invernaderos ayuda a conservar la temperatura en las temporadas frías, pero requiere de un sistema de enfriamiento eficaz para evitar el sobrecalentamiento en los meses más cálidos. La adición de energía extra al sistema para mantener una temperatura mínima viable durante el invierno también debe ser proporcionada por un sistema que use fuentes renovables de energía y que sea costo – efectiva respecto de la energía que produce el sistema como metano. Todos estos desafíos son elementos en los que debemos seguir trabajando para permitir una producción de biogás sostenida en los biodigestores que estamos instalando en las escuelas de la Araucanía.
Los biodigestores ya instalados en dos escuelas del sector y en el casino del Campus Villarrica (prototipo de pruebas) poseen una capacidad total aproximada de 2,5 m3. Pueden llenarse hasta 2/3 de su capacidad total y han sido diseñados para operar de forma semi-batch. Su alimentación principal estará dada por estiércol de vacas y otros animales de granja, además de restos de comida de los casinos de las escuelas. El material empleado en la construcción de los biodigestores fue importado desde Alemania, y resulta similar en apariencia al PVC reforzado, aunque de propiedades físicas y químicas muy superiores a este último.
Se acepta que el estiércol vacuno fresco con un 95% de humedad puede llegar a producir unos 20 litros de biogás en condiciones normales por cada kilo de estiércol húmedo. Por su parte, los digestores alimentados con una dilución de 1/3 de estiércol y 2/3 de agua permitirán la incorporación de un máximo de 80 L/d de mezcla para un tiempo de residencia de 30 días, donde 27,5 L/d será de estiércol fresco con un 95% de humedad. A este régimen, la cantidad de metano generada alcanzará los 300 litros diarios en condiciones normales (esto es, medidos a 0°C y 1 atm), esto es unos 2,7 kWh cada día de operación.
En suma, debemos hacer esfuerzos por permitir el acceso de la tecnología de digestión anaeróbica a todos quienes deseen beneficiarse de un sistema que valoriza residuos, produce energía y reduce los requerimientos de fertilizantes químicos convencionales, sistemas que aprovechan los ciclos virtuosos de la naturaleza y que gracias a la ingeniería pueden ser empaquetados para el beneficio de la humanidad.
