La tecnología del biodigestor
para el desarrollo rural
para el desarrollo rural
SEMINARIO – TALLER BIODIGESTORES
“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 RICA
rbotero@earth ac cr rbotero@earth.ac.cr
POBLACIÓN HUMANA
Y DE ANIMALES DOMÉSTICOS
Ñ
A NIVEL MUNDIAL, ESTIMADAS AL AÑO 2011
ESPECIE
MILLONES DE UNIDADES
(Millardos)
(Millardos)
HUMANA
7.000
BOVINA Y BUFALINA
1.500
OVINA Y CAPRINA
1.800
PORCINA
1 000
PORCINA
1.000
AVIAR
18.000
18.000
Incremento estimado a futuro
d l
bl ió
di l
de la población mundial
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 población es pobre (< US$ 2/día) y el 14% es indigente (< US$ 1/día) . La pobreza rural persiste, con 60% de la población del campo sumida en la pobreza (FAO, 2011). La pobreza tiene un componente racial 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 128 millones de personas sin instalaciones sanitarias. Esto contribuye con una alta mortalidad infantil, a causa de la gastroenteritis. Hay 60 millones de personas sin acceso a agua potable y 210 millones de personas que reciben aguas no tratadas Esto ocurre en la región que posee la 210 millones de personas que reciben aguas no tratadas. Esto ocurre en la región que posee la tercera 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. Sin embargo, en este momento el 16% de todos los niños sufre de desnutrición crónica y hay 52 embargo, en este momento el 16% de todos los niños sufre de desnutrición crónica y hay 52 millones de personas con hambre
• Debido a la crisis económica, durante el año 2011 los alimentos y granos básicos alcanzaron precios record históricos (FAO, 2011). La seguridad alimentaria retrocedió a los niveles de 1990
p ( ) 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 del cambio climático y su potencial para reducir la pobreza rural en América Latina y el Caribe.
HUELLA ECOLÓGICA DE LA HUMANIDAD
1961 – 2003
La energía es, para unos, lo que hace avanzar la
civilización; para otros el veneno que acabará con
civilización; para otros, el veneno que acabará con
ella. El petróleo - que, al ritmo en que se consume
actualmente se agotará en cuestión de medio
actualmente, se agotará en cuestión de medio
siglo - enciende guerras, crisis económicas y
catástrofes ambientales, al tiempo que estimula el
progreso económico. Los gobiernos inundan
pueblos enteros para satisfacer con represas
hid
lé t i
l
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d d
í
hidroeléctricas la creciente demanda de energía.
También crece la impopularidad de la energía
nuclear y el interés por las fuentes renovables de
nuclear y el interés por las fuentes renovables de
energía. La palabra clave aquí es sustentabilidad
.FUENTE:
16 de Julio del 2011
Fuente: Instituto Goddard NASA 2011 Fuente: Instituto Goddard, NASA, 2011.
INUNDACIONES Y SEQUÍAS EXTREMAS
EN EL MUNDO
EN EL MUNDO
2010 - 2011
RENDIMIENTO RENDIMIENTO REDUCCIÓN CULTIVO Clima óptimo ton/ha 32⁰ C ton/ha
%
ARROZ 7,67,6 2,92,9 ‐ 5454 FRIJOL 2,9 0,0 ‐100 FUENTE: Quirós, E. 07, 2011.Sitios que tendrán
temperaturas promedio
dinero.com; 03-06-2011p
p
mayores de 30⁰C en el año
2050
Las Regiones Tropicales tienen el mayor potencial
para la producción de biomasa
1,200 gC/m2/año
i
l
Regiones con Alta PPN
Productividad Primaria Neta (gC/m
2/año
)2,600 gC/m2/año
0 2625 Missing Sea
Productividad Primaria Neta (gC/m /año
)•
TALA ARBOLES Y MONOCULTIVOS
TALA ARBOLES Y MONOCULTIVOS
USO ACTUAL DE LA LEÑA COMO COMBUSTIBLE
EN EL MEDIO RURAL DEL MUNDO
UTILIZACIÓN DE LEÑA
EN EL PERÚ
•Para el año 2008, 11,3 millones de personas ó 2,3 millones de
familias peruanas dependían de la combustión de biomasa para
preparar a diario sus alimentos
preparar 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
b
con residuos agrícolas y bosta.
•El consumo estimado de biomasa como combustible fue de 6
kg/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 el
consumo de leña hasta en un 50%, sacar el humo de la cocina y
permitir la regeneración anual de los árboles utilizados para leña
permitir la regeneración anual de los árboles utilizados para leña.
ESTUFA LORENA
ESTUFA LORENA
Reduce hasta en un 50% el gasto de leña y saca el humo de la
cocina, comparada con una estufa de leña tradiciona
l
EFECTOS DE LA EXPOSICIÓN PROLONGADA AL
HUMO, SOBRE LA SALUD HUMANA
La exposición prolongada de las personas al humo, en
ambientes con poca ventilación (Cocinas, etc.), puede causar
p
(
,
), p
las siguientes enfermedades:
•
Carboxihemoglobina perinatal
Carboxihemoglobina 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 y
laringe
•
Asma bronquial
•
Cataratas
Cataratas
Elaboración artesanal e industrial, comercialización
y uso del carbón vegetal
Reducción de la temperatura ambiental en los SSPi
comparados con pasturas sin árboles
en la región Caribe de Colombia
en la región Caribe de Colombia,
periodos más secos de 2007 y 2008
40 45 50 20 25 30 35 15ENE 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
Uso del agua a través de la historia
reciente del mundo
Hay que utilizar………….
HUELLA ECOLÓGICA DEL AGUA
HUELLA ECOLÓGICA DEL AGUA
AGUA DULCE Y POTABLE
DISPONIBLE EN EL MUNDO
DISPONIBLE EN EL MUNDO
AGUA QUE HAS DE BEBER……
Disposición actual de las aguas servidas en los
medios rural y urbano en América Tropical
RIEGO DE CULTIVOS Y DE PRADERAS
CON AGUAS SERVIDAS FRESCAS
ENERGÍA EN LOS
ALIMENTOS
APROVECHAMIENTO
32 %
8,4 Mcal
100 %
26 Mcal
BIOGÁS EXCRETAS68 %
46 %
11,9 Mcal
BIOGÁS EXCRETAS C 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 Estiercolnutrimentos
deben ser
regresados al
PO4 Comidasistema
para
cerrar el ciclo
PO4 Con el uso de ”Sanitarios ecológicos” los PO4 ecológicos los nutrimentos pueden ser reciclados Desechos PO4= 0 2 ha/persona
= 0,2 ha/persona
Folke Günther http://www.holon.seDatos Curiosos…
• Valor de las excretas humanas:
Valor de las excretas humanas:
- Las personas producimos en promedio 1,3 litros de orina y entre
135 a 270 gramos de heces frescas/día
- Una persona que usa un sanitario con tanque de 16 litros, gasta
hasta 35.000 litros de agua, para “desaparecer de su vista” 550 litros de “desechos” humanos cada año
- Las heces y la orina producidas anualmente por una persona (20 kg
en MS), poseen todos los nutrimentos necesarios para producir los
li t l i t i ió
alimentos anuales que una persona requiere para su nutrición adecuada
FUENTE: John Jeavons Costa Rica 2006 FUENTE: John Jeavons, Costa Rica. 2006
¿ Por qué son necesarias las
Baterias Sanitarias Ecológicas ?
Hay 2 formas generales de manejar las excretas humanas
E L ti A é i á d l
DESPERDICIO Y CONTAMINACIÓN DEL AGUA
La PRIMERA es:
Descargarlas como un material de desecho a) Se quedan en la tierra (letrinas)
b) Son “tratadas” con diferentes sistemas c) 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 POTABLE
La única función del agua en el inodoro es transportar las excretas fuera de nuestra vista transportar las excretas fuera de nuestra vista El inodoro consume el 35% del agua de un hogar promedio
Sanitario Seco en el
Centro Agroecológico “Las
C ñ d ”
Cañadas”.
Huatusco, Veracruz, México
Taza Porcelanizada
TUBO DE VENTILACIÓN
Más información:
Consejo Provincial del Guayas: 251-1677 ext.: 106 SAMBITO SAMBITO: 256-0577 ext.: 221 www.sambito.com.ec mfsambito@gmym.com
DESCONTAMINACIÓN PRODUCTIVA DE AGUAS SERVIDAS
CON DESECHOS BIODEGRADABLES
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
s
instalaciones 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 flotación
Sistema de Descontaminación Productiva de Aguas Servidas
SEPARACIÓN DE SÓLIDOS POR GRAVEDAD
EN LAS AGUAS SERVIDAS
SEPARADOR MECÁNICO DE SÓLIDOS Y
UTILIZACIÓN DE EXCRETAS PORCINAS FRESCAS
UTILIZACIÓN DE EXCRETAS PORCINAS FRESCAS
•
La
función
principal
del
•
La
función
principal
del
separador de sólidos es retener
la mayor cantidad de sólidos de
más lenta digestión, presentes
en las aguas residuales
en las aguas residuales
•
Los sólidos retenidos tienen
potencial para la alimentación
animal (Ej: cerdaza) y para la
animal (Ej: cerdaza) y para la
producción
de
abonos
orgánicos
•
Prepara el afluente al ingreso al
Prepara el afluente al ingreso al
biodigestor, para realizar la
descontaminación más rápida
de las aguas servidas
EXTRUSOR
EXTRUSOR
ELÉCTRICO
Concepto general de biodigestión
Metano CO2 AmonioBiogás
O2 Amonio H2S AGUA, excretas, materia orgánica, desechos Hidrólisis F ióMedio anaeróbico
Medio anaeróbico
Biosol, aguas descontaminadas biodegradables Fermentación Acetogénesis Dehidrogenación Metanogénesis descontaminadas hasta en un 80% gGeneración 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)
Composición del Biogás
Componente
Porcentaje (%)
Metano
40-75
Metano
40 75
Dióxido de carbono
25-55
Vapor de agua
0-10
Vapor de agua
0-10
Nitrógeno
0-5
Oxígeno
0 2
Oxígeno
0-2
Hidrógeno
0-1
A i
á id
0 1
Aminoácidos
0-1
Compuestos de azufre
0-1
N t L i ió d l bi á d i d di d d l ti d t tOur energy working for you.
Nota: La composición del biogás puede variar dependiendo del tipo de sustrato
Biodigestor de polietileno de bajo
costo tipo Taiwán
costo, tipo Taiwán
(5 – 40 %)
(60 – 95 %)
PISO A NIVEL
Biodigestor de polietileno de bajo costo (US $ 200) a 50 msnm
El Bosque de Guácimo, Limón, Costa Rica, 2001.
Estufa eléctrica adaptada a biogás
Estufa eléctrica adaptada a biogás.
Medio rural, Guanacaste, Costa Rica.
Fáb i
d E b tid
S
F
i
d V
Fábrica de Embutidos - San Francisco de Veraguas,
Provincias Centrales, PANAMÁ
Porcícola Milano, Pocora, COSTA RICA (460 m
3de biogás almacenado)
FUENTE: P. González y R. Mayorga, 2007.
Biodigestores cilíndrico y trapezoidal con salida para lodos
EXTRACCIÓN DE LODOS POR GRAVEDAD
DESDE EL FONDO DE LA BOLSA DEL
BIODIGESTOR CIDELSA
Biodigestor agroindustrial tipo Taiwán en PVC, descontaminando
aguas servidas con excretas humanas.
Biodigestor con 1800 m
3de capacidad y 3 días de retención
COMPAÑÍA MUNDIMAR – Chiquita Brand, COSTA RICA
Utilización del biogás para operar motores
a gasolina y diesel
a gasolina y diesel
Consumo y sustitución de combustible por biogás (60% CH
4)
en un motor a gasolina de 5 HP y 144 cc
Tipo de Cantidad inicial de b
Cantidad fi l Consumo t t l Tiempo did Consumo estimado Tipo de Combustible
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 biogás
Biogás 1.000 litros 450 litros 550 litros 60 1m3 de biogás
= 4 litros de gasolina
Consumo y sustitución de combustible por biogás (60% CH
4)
di
l d
en 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- ---%---Diesel Mínimo * 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
Generación de energía eléctrica a partir de biogás
con una planta CUMMINS construida para gas natural
U i
id d EARTH R B t
2006
Universidad EARTH - R. Botero, 2006.
Plantas acuáticas flotantes en canaletas de sedimentación y en lagunas
y
g
de 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 FLOTANTES
DE 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 introducidos
peces nativos, sean estos nativos o introducidos
Resultados
HemipteraResultados
1 2 15 35 35 29 Hemiptera 0 5 13 16 37 41 OdonataLa figura muestra la variación
entre fosas en la población
19 62 63 0 3 157 Gastropoda 1080 420 490 0 0 0 Enchytreidae(escala 10 veces menor)
p
de
macroinvertebrados
presentes de cada orden.
En
términos
generales:
Ephemeroptera 420 0 0 0 0 0 0 0 7 0 Bivalvia 8 74 13 7 0 0 HirudineaEn
términos
generales:
Hemiptera,
Odonata
y
Ephemeroptera aumentaron
en cantidad.
9 34 72 77 15 1 Coleoptera 0 0 0 0 1 13en cantidad.
Enchytreidae
e
Hirudinea
disminuyeron en cantidad.
Araneida 69 13 186 121 142 115 DipteraLas poblaciones de Diptera y
Gastropoda presentaron un
doble pico.
10 3 5 0 0 0
I II III IV V VI
SISTEMA DE DESCONTAMINACIÓN PRODUCTIVA
DE AGUAS SERVIDAS
FINCA PECUARIA INTEGRADA - UNIVERSIDAD EARTH
FINCA PECUARIA INTEGRADA UNIVERSIDAD EARTH
Laboratorio de Calidad de Aguas - Universidad de Costa Rica (2004 - 2011)
Sitios de Muestreo DQO mg/l DBO 5,20 /l S.S.T mg/l Grasas y aceites pH Temperatura° C Sólidos Sedimentables l/l Nitrógeno Total mg/l Fósforo Total mg/l Sustancias Activas al Azul de M til Muestreo mg/l mg/l mg/l aceites mg/l C ml/l Metilenomg/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 0,9166
16,1
0,39 Salida de las canaletas de 113 23,5 <8 <8 8,1 28,0 0,4151
11 6
0 57 sedimentación , , , ,151
11,6
0,57 Salida de la última laguna 59 3,5 <8 <8 7,2 28,0 0,21,2
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.
Aportes potenciales del biodigestor
para el bienestar de la familia rural
p
•
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 consumo
humano y animal, el dulce, los fertilizantes y aperos de trabajo y deshidratar para
y
,
,
y p
j y
p
conservar vegetales y cárnicos. El techo de la caseta permite captar agua lluvia limpia
y sin contaminación, para almacenarla para el consumo familiar
•
La caseta se puede utilizar también como invernadero, para la producción de todo
tipo de cultivos en suelo o hidroponía, mariposario y ranario
•
El efluente del biodigestor se puede utilizar para el fertirriego de todo tipo de
cultivos, 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 la
contaminación de las fuentes de agua corriente, permite descontaminar las aguas
sanitarias 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 los
residuos 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 ambientales
Permite obtener el pago por servicios ambientales
FUENTE:
Botero, R. 2011. El biodigestor de bajo costo, su aporte a la mitigación del cambio climático y su potencial para reducir la pobreza rural en América latina y el Caribe.Infraestructura apropiada
Infraestructura apropiada
Posibles estrategias para masificar el aprovechamiento
de la tecnología de los biodigestores
en el medio rural de América Latina y el Caribe
en el medio rural de América Latina y el Caribe
• Capacitar y empoderar a los profesionales de campo y maestros, que laboran en los ministerios, instituciones y centros de educación públicos y autónomos del estado, en los sectores de ganadería, agricultura, forestal, salud pública, energía, agua, cuencas y ambiente, para que presten la asistencia técnica, asesoren, capaciten y apoyen de forma genuina, sin paternalismo y sin regalar nada, a líderes, productores y estudiantes de las comunidades rurales en la planificación instalación mantenimiento reparación y renovación de rurales, en la planificación, instalación, mantenimiento, reparación y renovación de biodigestores sencillos, de bajo costo, manejo y operación
• Que el estado elimine el impuesto a las ventas a todos los implementos y accesorios requeridos para la instalación y aprovechamiento de la tecnología de los biodigestores en el requeridos para la instalación y aprovechamiento de la tecnología de los biodigestores, en el medio rural
• Que los gobiernos destinen recursos para el pago justo, oportuno y permanente de los servicios ambientales prestados así por los productores rurales (Descontaminación Productiva servicios ambientales prestados así por los productores rurales (Descontaminación Productiva de 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 de
biodigestores, de efecto inmediato contra el cambio climático, sino que procuraría bienestar a las familias y permitiría reducir la desigualdad y la pobreza rural actuales en América Latina y el Caribe
