• Este artículo aporta conocimientos, tecnologías, sistemas de producción, ideas prácticas, información científica y contribuciones sobre las fases de la producción de metano

Fernando R. Feuchter A.*

Antecedentes históricos

La fermentación anaeróbica es una de las herramientas disponibles en el siglo XXI que ofrece ventajas para la transformación de heces a energía, hay más de 300 diseños. La fermentación del vino registra 8000 a. de C.

El proceso antiguo se conoce en Asia desde el siglo XXVI antes de nuestra era. Neshat 2017 enuncia que historiadores de Asiria y Persia describen el proceso de formar gas para calentar el agua de baño diez siglos antes de Cristo, algo así como colectar orines de esclavos para teñir la ropa.

Tener baños de vapor o albercas con agua caliente ha sido una tecnología que se extendió en el tiempo y geografía hasta el siglo XVI d. de C. En el siglo XVII Jan Baptita van Helmont determinó que el gas provenía de la descomposición de la materia en putrefacción. En 1776 el conde Alejandro Volta reporta la correlación de materia orgánica a gas producido. En 1804 Johan Dalton y Humprey Davy descuben que el gas invisible producido en la digestión anaeróbica es metano. Para 1959 en Bombay, India, se instala la primera planta de biodigestión. Se usa como iluminaria pública en 1900 en la ciudad de Exeter, Reino Unido, con gas producido con el drenaje urbano, incluyendo las evacuaciones intestinales. Hasta 1930.

Buswell identifica bacterias anaeróbicas que producen metano y se entienden los mecanismos de descomposición orgánica, procesos químicos y microbiológicos. Cuba instala digestores en 1940. China hacía lo propio para uso doméstico con desechos agrícolas y en 1940 en Alemania el biogás era combustible para el transporte municipal. Para 1970 China continuó instalando diez millones de biodigestores caseros al igual que la India adoptó estos bioprocesos energéticos para 4.5 millones de familias. Muchas personas se han beneficiado con estos minirreactores para el hogar.

Un programa en América Latina implementa en 1970 biodigestores caseros; Jamaica, en 1988, y Perú, en los Andes, en 2006. En Mount Pleasant, Iowa (EE. UU.), el 10 de mayo de 1972 ya estaba funcionando el primer biorreactor anaeróbico porcícola. Después se harían pruebas con bunkers de concreto armado y otros diseños. Pero en sí, su aplicación no prosperó extensivamente en Estados Unidos, ni vendiendo créditos de carbón para bajar la huella ambiental al mercado de valores.

Todavía hay un gran potencial para desarrollarse en todo el mundo. Las empresas de la comida rápida en EE. UU. están participando en la compra de bonos de mercado y compran carne a las granjas que tienen biorreactores de energías limpias. En escala grande de digestión anaerobia, en 2009 Belice usando una laguna cubierta con polietileno. El Instituto internacional de recursos renovables IRRI-México inició en 2012 la instalación de 265 biodigestores. Argentina instaló en 2020 biodigestores grandes, le siguen Chile y Colombia.

 

Introducción. Sistemas de biorreactores porcinos

No hay que esperar al año 2030 para reducir el impacto ambiental y valorizar el modelo de negocio potencial con las excretas como un insumo económicamente viable para transformarlo en bienes y servicios empleando nanotecnología innovadora para dejar que sea un producto de desecho.

Los excrementos son un recurso o materia prima para incrementar niveles de producción de alimentos de origen animal con la neutralización de carbono, producir energía y crear mejorador de suelos agrícolas para obtener un ingreso adicional a la acostumbrada venta de animales en pie.

El mundo crece en población, la prosperidad demanda incrementos en el consumo de carne y para mejorar la salud humana y longevidad se ingiere proteína animal. A mayor demanda de carne, más granjas se construyen y son muchos más los animales que hay que alimentar.

Los países del continente europeo y en particular España encabezan un crecimiento en la producción de proteína animal, sobresaliendo la porcicultura. Se implementa un programa de manufactura sostenible con las excretas, integrando procesos agroindustriales de valor agregado hacia una bioeconomía circular verde, aprovechando con creatividad los desperdicios contaminantes atmosféricos y ambientales, transformándolos en múltiples alternativas ecoeficientes de productos y servicios.

Desde 2024 es obligatorio al menos una cubierta de perlita flotante en las lagunas porcinas con aplicación neumática de hasta diez centímetros para que los gases de efecto invernadero (GEI) no sean liberados a la atmósfera. Se pueden remover nutrientes del 98 por ciento para derivados del amonio N- NH4+ sin desperdiciar el fósforo PO43- para uso agropecuario y además generar energía eléctrica para bajar costos de la granja como vender excedentes a la red de conexión federal.

Ya no hay desechos o desperdicios para tirar a la basura, todo es materia prima, hasta el biogás se recicla, el calor generado se integra al sistema de producción y las compostas son el sustento alimenticio para generar proteína con la crianza de insectos comestibles (Acheta domesticus, Alphitotius diaperinos, Grylloses sigillatos, Gryllus assimilis, Hermetia illucens, Musca domestica, Tenebrio molitor). Actividad productiva que está prosperando en el mundo.

Una tecnología de primera generación es usar caña de azúcar para producir etanol; la segunda generación consiste en usar desechos urbanos, agrícolas, forestales; la tercera generación consiste en producir biocombustibles con algas rojas y marrón; Pistia stratiotes, Neochloris oleoabundans, Chlorococcum; microalgas, espirulina, chlorella y otros cultivos unicelulares, se colectan carotenoides de spirilloxantin C42H60O₂ con propiedades antioxidantes; y de cuarta generación usar aguas residuales urbanas para producir energía y descontaminar el medio líquido para uso de riego.

Una realidad en el puerto de Topolobampo, Sinaloa, con el proyecto Mexinol que transforma gas metano en hidrógeno verde líquido que puede ser transportado en barco al puerto de Mazatlán. Algo similar ocurre en Finlandia donde una planta de biogás con energía renovable lo comprime a líquido para generar 100 GWh/año, más fertilizantes. Noruega colaborará con ellos en 2025.

La producción de H₂ vía la técnica de reformación del vapor de CH4 con un cambio de agua gasificada produce hidrógeno y CO. El H₂ calorífico de 122 kJ por gramo comparado con gasolina 40 kJ/g. Hay 30 plantas de desechos urbanos en México que generan electricidad. Otros usan efluentes para el cultivo de algas.

Una composta sólida utiliza en el metabolismo del carbono el 50 por ciento de la materia orgánica para el crecimiento microbiano, por ello se calienta la pila de excretas en estabilización. Si es por medio de vermicomposta de lombrices se estabiliza la materia orgánica y se convierte en un mejorador de suelos. Hay 4000 especies de lombrices, pero tan solo 12 son cultivadas.

La más popular es Eisenia fétida. Y la fracción de los líquidos de salida son un sustrato para el cultivo de microalgas u otros organismos y obtener derivados de proteína unicelular para alimento animal. En el cultivo de una microalga Neochloris oleoabundans se obtienen lípidos para biocombustible: Biodiesel, bioetanol, biometano, biohidrógeno.

Muchas empresas en el mundo participan voluntariamente al programa Zero Contaminantes 2040 y están comprometidos con la jornada de la coalición internacional del cambio climático 2050.

 

* Universidad Autónoma Chapingo

Centro Regional Universitario del Noroeste

Fuente: 2000 Agro