Monitorización y Evaluación comparativa de la tecnología de Biodigestión anaerobia como fuente de energía renovable en dos ámbitos familiar e industrial en Bolivia

Abstract

Tesis doctoral (Lectura 05/06/2012). Director: Manuel Jesús Díaz Blanco (Univesidad de Huelva). Tribunal: López Baldovín, Francisco (presidente); García Domínguez, Juan Carlos (secretario); Burgos Domenech, Pilar (vocal); del Río, José Carlos (vocal); Beckman, John E. (vocal). Bolivia, actualmente, es un país con grandes problemas estructurales entre los que destaca la falta de fuentes y correcta distribución de los recursos energéticos. Este hecho provoca una grave limitación para el desarrollo, fundamentalmente en el área rural. La presente investigaciópn pretende desarrollar y optimizar la tecnología de biorreactores de bajo coste para la obtención de biogás para su implementación en el área. Con ello se pretende lograr una mejora de la calidad de vida de poblaciones rurales y obligadas a vivir en un subdesarrollo por falta de oportunidades que brinden energía descentralizada de bajo coste y renovable. El presente documento es el resultado de una investigación realizada durante dos períodos 2007-2010 con el objetivo de analizar la influencia de las variables más importantes en el desarrollo de biodigestores en altiplano a 3800 m en condiciones de invierno. El estudio se ha dividido en tres grandes bloques. El primero es el análisis de la valoración de las necesidades energéticas de la zona rural de Cochabamba, con el fin de conocer la realidad rural de Bolivia. Además, este estudio implica un análisis técnico de los residuos existentes y características para producir energía a través de la transformación de los residuos orgánicos en biogás. Se demuestran las necesidades energéticas de las zonas rurales estudiadas, donde las fuentes de energía son escasas e ineficientes por lo que la obtención y uso de biogás a partir de residuos y desechos producidos puede representar importantes beneficios sociales y ambientales. En el segundo y tercer bloque se analiza y optimizan biodigestores utilizando residuos de matadero y de estiércoles de ganado vacuno en dos contextos, uno familiar y otro industrial. En el ensayo a nivel familiar, la optimización del sistema se realizó en base a la determinación del volumen y producción de biogás bajo diferentes condiciones de temperatura ambiente y alturas de instalación del biodigestor, tomando la temperatura interna, de entrada y salida del biodigestor. El análisis experimental incluyó las siguientes variables: se hicieron mediciones de los siguientes parámetros de funcionamiento del digestor: pH, temperatura, humedad y composición del biogás obtenido. La materia prima utilizada fue la mezcla de residuo orgánico de ganado vacuno en un 95% y un 5% humano. La temperatura exterior al biodigestor no presenta una gran influencia en el funcionamiento del mismo si el control de la temperatura interna es eficiente. Siendo las condiciones de operación más idóneas una temperatura interna promedio de 36ºC, un tiempo de retención hidraúlico de 40 d con la carga de sustrato al sistema (materia prima a degradar) de 20 kg d-1. En estas condiciones, el gas obtenido contiene entre 55 y 70% de metano y entre 30-45% de CO dado que el contenido energético del metano puro es 8556,2 Kcal m-3 en condiciones estándar de presión y temperatura. El ensayo a nivel industrial se desarrolló en Matadero La Paz. El experimento comprendió tres biodigestores: uno de polietileno de invernadero y dos en geomembrana de pvc. El análisis de las condiciones de funcionamiento de un sistema de biogás con el uso de residuos de matadero se realizó en invierno al considerarse que eran las más desfavorables. Los resultados mostraron que se presenta mayor producción de biogás, y niveles de pH cercanos al punto neutro. Los digestores con temperatura mayor interna generaron mayor cantidad de biogás. Por otra parte, a mayor porcentaje de sólidos totales la cantidad de biogás producido se mantienen constante, cuando la temperatura conserva esta misma tendencia, y además, se pudo determinar también la gran influencia que tiene el pH, la temperatura y la humedad en la producción de biogás para este tipo de influyente y de digestor. Los resultados obtenidos muestran que, en un proceso semicontinuo como es el de los biodigestores de pvc, el comportamiento de digestión de los reactores anaerobios, con porcentajes menores al 25.2% existe un efecto sinérgico alcanzando valores máximos de 6,45 Lbiogás d-1 y de 546,06 Lch4 kgsv-1, por lo que las condiciones de aplicabilidad de los biodigestores han sido influenciados por el incremento de la temperatura y en especial por las mezclas en la composición de la alimentación a los biodigestores.