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La tecnología del biodigestorpara el desarrollo ruralpara el desarrollo rural
SEMINARIO – TALLERBIODIGESTORES
“Promoción y aportes para mejorar la competitividad rural en el Perú” Lima, 23 y 24 de noviembre del 2011
RAÚL BOTERO BOTERO ‐MVZ, MSc.FACILITADOR DEL APRENDIZAJE
UNIVERSIDAD EARTH – COSTA RICArbotero@earth ac [email protected]
POBLACIÓN HUMANA Y DE ANIMALES DOMÉSTICOS
ÑA NIVEL MUNDIAL, ESTIMADAS AL AÑO 2011ESPECIE MILLONES DE UNIDADES
(Millardos)(Millardos)
HUMANA 7.000BOVINA Y BUFALINA 1.500OVINA Y CAPRINA 1.800PORCINA 1 000PORCINA 1.000AVIAR 18.00018.000FUENTE: Adaptado de FAO, 2009.
Incremento estimado a futuro d l bl ió di lde la población mundial
FUENTE: Naciones Unidas, World Population Prospects: The 2000 Revision Highlights, 2001
LA POBREZA EN AMÉRICA LATINA Y EL CARIBE• De 580 millones de habitantes en el año 2010, 280 millones son pobres. El 34% de la poblaciónes pobre (< US$ 2/día) y el 14% es indigente (< US$ 1/día) . La pobreza rural persiste, con 60% dela población del campo sumida en la pobreza (FAO, 2011). La pobreza tiene un componenteracial o étnico, pues es dos veces mayor entre los indígenas y afrodescendientes (Trigo, 2004).
• El problema no es solamente de distribución de ingreso, puesto que en este momento hay 128millones de personas sin instalaciones sanitarias. Esto contribuye con una alta mortalidadinfantil, a causa de la gastroenteritis. Hay 60 millones de personas sin acceso a agua potable y210 millones de personas que reciben aguas no tratadas Esto ocurre en la región que posee la210 millones de personas que reciben aguas no tratadas. Esto ocurre en la región que posee latercera parte del agua del planeta y la más rica del mundo en agua dulce y limpia (FAO, 2008)
• América Latina y el Caribe produce alimentos para alimentar tres veces a su población. Sinembargo, en este momento el 16% de todos los niños sufre de desnutrición crónica y hay 52embargo, en este momento el 16% de todos los niños sufre de desnutrición crónica y hay 52millones de personas con hambre
• Debido a la crisis económica, durante el año 2011 los alimentos y granos básicos alcanzaronprecios record históricos (FAO, 2011). La seguridad alimentaria retrocedió a los niveles de 1990p ( ) g(CEPAL, FAO, IICA, 2010)
• El coeficiente de Gini, que mide la desigualdad, es el más alto del mundo: 0,56 (Natanson,2008). América Latina y el Caribe es la región más desigual, no la más pobre del planeta
FUENTE: Botero, R. 2011. El biodigestor de bajo costo, su aporte a la mitigación delcambio climático y su potencial para reducir la pobreza rural en América Latina y elCaribe.
La energía es, para unos, lo que hace avanzar lacivilización; para otros el veneno que acabará concivilización; para otros, el veneno que acabará conella. El petróleo - que, al ritmo en que se consumeactualmente se agotará en cuestión de medioactualmente, se agotará en cuestión de mediosiglo - enciende guerras, crisis económicas ycatástrofes ambientales, al tiempo que estimula elprogreso económico. Los gobiernos inundanpueblos enteros para satisfacer con represashid lé t i l i t d d d íhidroeléctricas la creciente demanda de energía.También crece la impopularidad de la energíanuclear y el interés por las fuentes renovables denuclear y el interés por las fuentes renovables deenergía. La palabra clave aquí es sustentabilidad.
FUENTE:16 de Julio del 2011
http://www.ipsnoticias.net/_focus/energia/index.asp
RENDIMIENTO RENDIMIENTO REDUCCIÓN
CULTIVO Clima óptimoton/ha
32⁰ C
ton/ha
%
ARROZ 7,6 2,9 ‐ 547,6 2,9 54FRIJOL 2,9 0,0 ‐100
FUENTE: Quirós, E. 07, 2011.
Sitios que tendrán temperaturas promedio
dinero.com; 03-06-2011
p pmayores de 30⁰C en el año
2050
Las Regiones Tropicales tienen el mayor potencial para la producción de biomasa
1,200 gC/m2/año
i lRegiones con Alta PPN
Productividad Primaria Neta (gC/m2/año)
2,600 gC/m2/año
0 2625 Missing Sea
Productividad Primaria Neta (gC/m /año)
Source: FAO
• TALA ARBOLES Y MONOCULTIVOSTALA ARBOLES Y MONOCULTIVOS
Deforestación, quema y siembra de monocultivos
UTILIZACIÓN DE LEÑA EN EL PERÚ
•Para el año 2008, 11,3 millones de personas ó 2,3 millones defamilias peruanas dependían de la combustión de biomasa parapreparar a diario sus alimentospreparar a diario sus alimentos.•En la Costa, la Selva y la Sierra rurales, hasta los 3800 msnm,prevalecía la utilización de la leña como combustible, complementada
id í l bcon residuos agrícolas y bosta.•El consumo estimado de biomasa como combustible fue de 6kg/familia/día y el 80% de esa biomasa era leña.•Un árbol cosechado para leña pesaba en promedio 300 kilogramos,por lo que en el Perú 13´400.000 árboles/año se convertían en humo,sin posibilidad de regenerarlos anualmente de manera natural.p g•Con el uso de cocinas mejoradas (tipo Lorena), se podría reducir elconsumo de leña hasta en un 50%, sacar el humo de la cocina ypermitir la regeneración anual de los árboles utilizados para leñapermitir la regeneración anual de los árboles utilizados para leña.
FUENTE: La madera como fuente de energía en el Perú, 2008.
ESTUFA LORENAESTUFA LORENA Reduce hasta en un 50% el gasto de leña y saca el humo de la
cocina, comparada con una estufa de leña tradicional
EFECTOS DE LA EXPOSICIÓN PROLONGADA AL HUMO, SOBRE LA SALUD HUMANA
La exposición prolongada de las personas al humo, enambientes con poca ventilación (Cocinas, etc.), puede causarp ( , ), plas siguientes enfermedades:
• Carboxihemoglobina perinatalCarboxihemoglobina perinatal• Insuficiencia ponderal del recién nacido• Reducción de la función pulmonar en niños
Enfermedad obstr cti a crónica• Enfermedad obstructiva crónica• Enfisema pulmonar• Cáncer de pulmón, boca, tracto nasofaríngeo ylaringe• Asma bronquial• CataratasCataratas
FUENTE: Polución del aire doméstico por fogones tradicionales en el Perú, 2006.
Reducción de la temperatura ambiental en los SSPicomparados con pasturas sin árboles
en la región Caribe de Colombiaen la región Caribe de Colombia, periodos más secos de 2007 y 2008
40
45
50
20
25
30
35
15
ENE 15 ENE 16 ENE 17 ENE 18 ENE 19 ENE 20 ENE 21 ENE 22 ENE 23 ENE 24 ENE 25 ENE 26 ENE 27 ENE 28 FEB 1 FEB 2
Pastura sin Árboles 2007 SSPi 2007 Pastura sin Árboles 2008 SSPi 2008
14 grados Celsius menos en el SSPi
FUENTE: Lopera, Cuartas y Murgueitio, 2009.
PORCENTAJES DE DISPONIBILIDAD DE AGUA Y DE POBLACIÓN POR REGIONES DEL MUNDO
FUENTE: Agua para todos, agua para la vida. World Water Assessment Programme, 2003.
Disposición actual de las aguas servidas en los medios rural y urbano en América Tropicalmedios rural y urbano en América Tropical
ENERGÍA EN LOS ALIMENTOS
APROVECHAMIENTO 32 % 8,4 Mcal100 %
26 Mcal
BIOGÁS
EXCRETAS68 %
46 %11,9 Mcal
BIOGÁS
EXCRETASC S68 %
17,6 Mcal
EFLUENTEAbono orgánico
22 %
BIODIGESTOR
22 %5,7 Mcal
FUENTE: Adaptado de Víquez, J. 2010.
PÉRDIDA DE NUTRIMENTOS
Una hectárea:
Estos t i t
Alimento Estiercol
nutrimentos deben ser regresados al
PO4
Comida
sistema para cerrar el ciclo
PO4
Con el uso de ”Sanitarios ecológicos” los PO4ecológicos los nutrimentos pueden ser reciclados
Desechos
PO4
= 0 2 ha/persona= 0,2 ha/personaFolke Güntherhttp://www.holon.se
Datos Curiosos…
• Valor de las excretas humanas:Valor de las excretas humanas:
- Las personas producimos en promedio 1,3 litros de orina y entre135 a 270 gramos de heces frescas/día
- Una persona que usa un sanitario con tanque de 16 litros, gastahasta 35.000 litros de agua, para “desaparecer de su vista” 550litros de “desechos” humanos cada año
- Las heces y la orina producidas anualmente por una persona (20 kgen MS), poseen todos los nutrimentos necesarios para producir los
li t l i t i ióalimentos anuales que una persona requiere para su nutriciónadecuada
FUENTE: John Jeavons Costa Rica 2006FUENTE: John Jeavons, Costa Rica. 2006
¿ Por qué son necesarias lasBaterias Sanitarias Ecológicas ?
Hay 2 formas generales de manejar las excretas humanasE L ti A é i á d l
DESPERDICIO Y CONTAMINACIÓN DEL AGUA
La PRIMERA es:Descargarlas como un material de desechoa) Se quedan en la tierra (letrinas)b) Son “tratadas” con diferentes sistemasc) Se descargan directamente a ríos y arroyos
En Latino-América, más del 95% de estas descargas se hace sin tratamiento alguno
c) Se descargan directamente a ríos y arroyos.
La SEGUNDA es:Compostearlas en forma adecuada
USOS DEL AGUA POTABLELa única función del agua en el inodoro estransportar las excretas fuera de nuestra vistatransportar las excretas fuera de nuestra vista El inodoro consume el 35% del agua de un hogar promedio
FUENTE: Ponce, C. 2008
Sanitario Seco en el Centro Agroecológico “Las C ñ d ”Cañadas”. Huatusco, Veracruz, MéxicoTaza PorcelanizadaFUENTE: R. Romero, 2006
TUBO DE VENTILACIÓN
Más información:
Consejo Provincial del Guayas:251-1677 ext.: 106
SAMBITOSAMBITO:256-0577 ext.: [email protected]
Recolección de excretas sólidas, previo al lavado de los pisos de las o ó d s só d s, p o do d os p sos d sinstalaciones para el alojamiento y manejo de animales domésticos.
Esto permite reducir, a la mitad o menos, el gasto de agua para el lavado y racionalizar su consumo
Separador de sólidos por sedimentación y por flotaciónSistema de Descontaminación Productiva de Aguas Servidas
Finca Pecuaria Integrada. Universidad EARTH, 2008
SEPARADOR MECÁNICO DE SÓLIDOS Y UTILIZACIÓN DE EXCRETAS PORCINAS FRESCASUTILIZACIÓN DE EXCRETAS PORCINAS FRESCAS
• La función principal del• La función principal delseparador de sólidos es retenerla mayor cantidad de sólidos demás lenta digestión, presentesen las aguas residualesen las aguas residuales
• Los sólidos retenidos tienenpotencial para la alimentaciónanimal (Ej: cerdaza) y para laanimal (Ej: cerdaza) y para laproducción de abonosorgánicos
• Prepara el afluente al ingreso alPrepara el afluente al ingreso albiodigestor, para realizar ladescontaminación más rápidade las aguas servidas
FUENTE: P. González y R. Mayorga, 2006.
Concepto general de biodigestión
Metano
CO2
AmonioBiogás O2 AmonioH2S
AGUA, excretas,materia orgánica,desechos Hidrólisis
F ió
Medio anaeróbicoMedio anaeróbicoBiosol, aguas descontaminadas
biodegradables FermentaciónAcetogénesisDehidrogenaciónMetanogénesis
descontaminadas hasta en un 80%
g
PROCESO NATURAL DESCUBIERTO POR LOS CHINOS EN EL SIGLO XVIII
Generación de biogás según el sustrato (metros cúbicos de biogás por tonelada de sustrato orgánico fresco)(metros cúbicos de biogás por tonelada de sustrato orgánico fresco)
Cummins Power Generation Our energy working for you.
Composición del Biogás
Componente Porcentaje (%)Metano 40-75Metano 40 75Dióxido de carbono 25-55Vapor de agua 0-10Vapor de agua 0-10Nitrógeno 0-5Oxígeno 0 2Oxígeno 0-2Hidrógeno 0-1A i á id 0 1Aminoácidos 0-1Compuestos de azufre 0-1N t L i ió d l bi á d i d di d d l ti d t t
Our energy working for you.
Nota: La composición del biogás puede variar dependiendo del tipo de sustrato
Cummins Power Generation Our energy working for you.
Biodigestor de polietileno de bajo costo tipo Taiwáncosto, tipo Taiwán
(5 – 40 %)
(60 – 95 %)
PISO A NIVELFUENTE: R. Botero, 2010
Biodigestor de polietileno de bajo costo (US $ 200) a 50 msnmEl Bosque de Guácimo, Limón, Costa Rica, 2001.
Estufa eléctrica adaptada a biogásEstufa eléctrica adaptada a biogás. Medio rural, Guanacaste, Costa Rica.
FUENTE: Botero, R. 2011
Fáb i d E b tid S F i d VFábrica de Embutidos - San Francisco de Veraguas,Provincias Centrales, PANAMÁ
FUENTE: P. González y R. Mayorga, 2006
Porcícola Milano, Pocora, COSTA RICA (460 m3 de biogás almacenado)FUENTE: P. González y R. Mayorga, 2007.
Biodigestores cilíndrico y trapezoidal con salida para lodosFUENTE: Comercial Industrial Delta S.A. – CIDELSA, PERÚ
EXTRACCIÓN DE LODOS POR GRAVEDAD DESDE EL FONDO DE LA BOLSA DEL
BIODIGESTOR CIDELSA
FUENTE: Botero, R. 2011.
Biodigestor agroindustrial tipo Taiwán en PVC, descontaminando aguas servidas con excretas humanas.
Universidad EARTH, Costa Rica. Abril, 2009.
Biodigestor con 1800 m3 de capacidad y 3 días de retenciónCOMPAÑÍA MUNDIMAR – Chiquita Brand, COSTA RICA
FUENTE: BIOSINERGIA ALTERNATIVA, 2009
Utilización del biogás para operar motores a gasolina y diesela gasolina y diesel
FUENTE: Orozco J.E.; Carmona, F.A; R. Botero y C. Hernández, 2004.
Consumo y sustitución de combustible por biogás (60% CH4) en un motor a gasolina de 5 HP y 144 cc
Tipo deCantidad inicial de
bCantidad
fi lConsumo
t t lTiempo
didConsumo estimado
Tipo deCombustible
prueba final total encendido(Minutos)
Gasolina
Biogás
1.000 ml
1 000 litros
50 ml
450 litros
950 ml
550 litros
26
60
2,2 litros/hora
1m3 de biogásBiogás 1.000 litros 450 litros 550 litros 60 1m3 de biogás= 4 litros de
gasolina
Consumo y sustitución de combustible por biogás (60% CH4) di l den un motor diesel de 35 HP y 350 cc
Tipo de Combustible
Velocidad del motor Posición
de pieza
Cantidad inicial Retorno Cantidad
final Consumo Tiempo Sustitución
----RPM---- ----------------------------mL---------------------------- -Horas- ---%---
DieselMínimo * 3.000 360 2.100 540 1 0,00
1.500 * 3.000 160 1.470 1.370 1 0,00
Mínimo ** 3.000 440 2.420 140 1 74,1
Diesel + Biogás
1.500 ** 3.000 420 2.100 480 1 65,0
Mínimo *** 3.000 390 2.450 190 1 70,4
1.500 *** 3.000 370 2.140 490 1 64,2
* Sin uso de biogás** Biogás directo : aire perpendicular*** Aire directo : biogás perpendicular
FUENTE: Orozco J.E.; F.A. Carmona; R. Botero y C. Hernández, 2004.
Generación de energía eléctrica a partir de biogás con una planta CUMMINS construida para gas natural
U i id d EARTH R B t 2006Universidad EARTH - R. Botero, 2006.
Plantas acuáticas flotantes en canaletas de sedimentación y en lagunas y gde descontaminación. Reducen la proliferación de larvas de zancudos en zonas endémicas de Dengue y de Malaria, enfermedades humanas cuya
incidencia se verá incrementada debido al calentamiento global.
FUNCIONES Y OPCIONES DE UTILIZACIÓN DE LAS PLANTAS ACUÁTICAS FLOTANTESDE LAS PLANTAS ACUÁTICAS FLOTANTES
• Filtración en sus raíces de los sólidos suspendidos en las aguas servidas• Absorción de nutrimentos mineralesAbsorción de nutrimentos minerales• Absorción e inmovilización de metales pesados• Soporte en sus raíces a macroinvertebrados y bacterias• Producción de abonos orgánicos• Sustrato para el cultivo de champiñonesSustrato para el cultivo de champiñones• Aglomerados para construcción de muebles• Extractos de sus raíces, estimulan el crecimiento de plantas de vivero• Producción de papel• Producción de briquetas comprimidas (carbón)Producción de briquetas comprimidas (carbón) • Alimento para animales domésticos y peces• Limitan el ingreso de la radiación solar a la superficie del agua, manteniéndola fresca y
evitando la proliferación de larvas de zancudos, algas y plantas acuáticas sumergidas indeseables
• Atracción de insectos para lograr polinización cruzada y control biológico de plagas en cultivos aledaños
• Tanto las plantas acuáticas, como los vertebrados e invertebrados asociados a ellas, sirven como alimento y atracción para la avifauna, lagartos, tortugas, batracios, serpientes y peces nativos, sean estos nativos o introducidospeces nativos, sean estos nativos o introducidos
FUENTE: Botero, R. 2007
ResultadosHemiptera Resultados1 2 15 35 35 29
Hemiptera
0 5 13 16 37 41
Odonata La figura muestra la variaciónentre fosas en la población
1962 63
0 3157
Gastropoda
1080
420 490 0 0 0
Enchytreidae(escala 10veces menor)
pde macroinvertebradospresentes de cada orden.
En términos generales:
Ephemeroptera
420 0 0 0
0 0 0 0 7 0Bivalvia
874
13 7 0 0
Hirudinea
En términos generales:Hemiptera, Odonata yEphemeroptera aumentaronen cantidad.
9 34 15 172 77
Coleoptera
0 0 0 0 1 13en cantidad.
Enchytreidae e Hirudineadisminuyeron en cantidad.
Araneida
69
13
186 121 115142
Diptera Las poblaciones de Diptera yGastropoda presentaron undoble pico.
10 3 5 0 0 0
I II III IV V VIFosas
SISTEMA DE DESCONTAMINACIÓN PRODUCTIVA DE AGUAS SERVIDAS
FINCA PECUARIA INTEGRADA - UNIVERSIDAD EARTHFINCA PECUARIA INTEGRADA UNIVERSIDAD EARTHLaboratorio de Calidad de Aguas - Universidad de Costa Rica (2004 - 2011)
Sitios de Muestreo
DQO mg/l
DBO 5,20
/lS.S.Tmg/l
Grasas y
aceites pH Temperatura° C
Sólidos Sedimentables
l/l
Nitrógeno Totalmg/l
Fósforo Totalmg/l
Sustancias Activas al Azul de M tilMuestreo mg/l mg/l mg/l aceites
mg/lC ml/l Metileno
mg/l
Entrada al Biodigestor 3180 1360 3140 221 6,5 29,1 100 100 60 0,44
Salida del biodigestor 166 10,8 56 <8 8,2 31,5 0,9 166 16,1 0,39
Salida de las canaletas de 113 23,5 <8 <8 8,1 28,0 0,4 151 11 6 0 57sedimentación
, , , , 151 11,6 0,57
Salida de laúltima laguna 59 3,5 <8 <8 7,2 28,0 0,2 1,2 0,07 <0,18
NORMAS CIIU* 500 200 200 30 5 a 9 15 a 40 1 50 25 5
*Código Internacional Industrial Unificado*Código Internacional Industrial Unificado. Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales, Decreto Ejecutivo No. 33601 MINAE. DIARIO OFICIAL LA GACETA No. 55, 19 de marzo 2007. COSTA RICA. FUENTE: R. Botero, 2011.
Aportes potenciales del biodigestorpara el bienestar de la familia ruralp
• La caseta de protección del biodigestor permite secar la ropa mojada o lavada,conservar secos y sin ataque de plagas los granos, el heno, la sal para consumohumano y animal, el dulce, los fertilizantes y aperos de trabajo y deshidratar paray , , y p j y pconservar vegetales y cárnicos. El techo de la caseta permite captar agua lluvia limpiay sin contaminación, para almacenarla para el consumo familiar• La caseta se puede utilizar también como invernadero, para la producción de todotipo de cultivos en suelo o hidroponía, mariposario y ranario• El efluente del biodigestor se puede utilizar para el fertirriego de todo tipo decultivos, para el consumo de la familia y para la venta
ili l bi di f é i d l i i i i i l• Utilizar el biodigestor como fosa séptica del servicio sanitario, evita lacontaminación de las fuentes de agua corriente, permite descontaminar las aguassanitarias y evita problemas digestivos a la familia• Reduce la deforestación y permite racionalizar el uso de la leña del carbón de los• Reduce la deforestación y permite racionalizar el uso de la leña, del carbón, de losresiduos agrícolas y de la bosta seca para cocinar los alimentos• Se eliminan los malos olores y el consumo de aguas contaminadas• Permite obtener el pago por servicios ambientalesPermite obtener el pago por servicios ambientales
FUENTE: Botero, R. 2011. El biodigestor de bajo costo, su aporte a la mitigación del cambioclimático y su potencial para reducir la pobreza rural en América latina y el Caribe.
Posibles estrategias para masificar el aprovechamiento de la tecnología de los biodigestores
en el medio rural de América Latina y el Caribeen el medio rural de América Latina y el Caribe
• Capacitar y empoderar a los profesionales de campo y maestros, que laboran en losministerios, instituciones y centros de educación públicos y autónomos del estado, en lossectores de ganadería, agricultura, forestal, salud pública, energía, agua, cuencas y ambiente,para que presten la asistencia técnica, asesoren, capaciten y apoyen de forma genuina, sinpaternalismo y sin regalar nada, a líderes, productores y estudiantes de las comunidadesrurales en la planificación instalación mantenimiento reparación y renovación derurales, en la planificación, instalación, mantenimiento, reparación y renovación debiodigestores sencillos, de bajo costo, manejo y operación
• Que el estado elimine el impuesto a las ventas a todos los implementos y accesoriosrequeridos para la instalación y aprovechamiento de la tecnología de los biodigestores en elrequeridos para la instalación y aprovechamiento de la tecnología de los biodigestores, en elmedio rural
• Que los gobiernos destinen recursos para el pago justo, oportuno y permanente de losservicios ambientales prestados así por los productores rurales (Descontaminación Productivaservicios ambientales prestados así por los productores rurales (Descontaminación Productivade las Aguas Servidas, Reducción en la emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera,Reducción de la deforestación, Mejoramiento de la salud pública, etc.)
NOTA: Estas estrategias permitirían, no solo la adopción masiva debiodigestores, de efecto inmediato contra el cambio climático, sino queprocuraría bienestar a las familias y permitiría reducir la desigualdad y lapobreza rural actuales en América Latina y el Caribe