REVISTA BIMESTRAL
JUNIO - JULIO 2018 I NUMERO 156
BUENAS PRACTICAS
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Biogas hecho
CORRECTAMENTE

 
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Ing. Arg. Esp. Mec. Agricola Jorge A. Hilbert
MN 9337 * 01 * 01
Instituto de Ingeniería Rural INTA

Bruce Dale
Michigan State University Estados Unidos
 
   


Un grupo de más de 600 agricultores italianos organizados como el Consorcio italiano de biogás están rediseñando sus propios sistemas agrícolas para producir alimentos y bioenergía en un movimiento a nivel de campo a nivel nacional llamado Biogasdoneright™. Esta característica demuestra cómo es posible aumentar simultáneamente la viabilidad económica y la estabilidad de la agricultura al reducir los costos de los insumos agrícolas y permitir a los agricultores producir alimentos y combustible de forma más sostenible.

 

Los seres requieren comida para su supervivencia y desarrollo. Aproximadamente 2.000 kcal de energía alimentaria per cápita por día y alrededor de 50 gramos de proteína per cápita por día son los macronutrientes esenciales. Por lo tanto, los siete mil millones de personas en este planeta necesitan aproximadamente 5.100 millones de kcal por año y aproximadamente 130 millones de toneladas de proteína al año. Los cuatro principales cultivos comerciales (arroz, trigo, maíz y soja) por sí solos proporcionan alrededor de 8.200 millones de kcal por año y 240 millones de toneladas de proteína por año. Por lo tanto, producimos cultivos alimentarios que exceden varas veces las necesidades alimentarias humanas.

¿A dónde va el resto de la comida? Algo se pierde entre el campo y el consumidor, y algo de comida se desperdicia en las casas familiares, pero la mayoría del uso humano de la tierra es en realidad para producir alimentos para animales. Grandes fracciones de nuestros granos y semillas oleaginosas se usan para alimentar animales. El mayor uso humano de la tierra es el pasto, todo lo cual es para la producción de alimento para animales.

Por lo tanto, usamos el término "producción de alimentos / forrajes" para resaltar este hecho crucial. Nuestras elecciones dietéticas, no nuestros requisitos nutricionales esenciales, rigen los patrones de uso de la tierra de la humanidad. Usamos la tierra principalmente para alimentar a los animales, y luego consumimos la carne, la leche, los huevos y el queso que producen los animales.

 
 

Los seres humanos también requieren los variados y crecientes servicios que proporciona la energía. En los últimos siglos, hemos consumido grandes cantidades de energía fósil no renovable, por lo tanto, la riqueza producida por el uso de energía fósil no puede mantenerse a largo plazo. Necesitamos energía renovable y baja en carbono si queremos disfrutar de una prosperidad sostenible a largo plazo.

La bioenergía puede proporcionar los servicios de energía renovables y de baja emisión de carbono deseados. De hecho, para algunos servicios de energía críticos como la aviación, el transporte por carretera de larga distancia y el transporte marítimo, sólo los combustibles líquidos de alta densidad energética son adecuados.

La visión de cinco análisis independientes es que aproximadamente el 25% del total de los servicios de energía deben ser proporcionados por la bioenergía. La cantidad promedio de bioenergía requerida en estos escenarios es muy grande, alrededor de 130 exajulios de energía primaria por año. La naturaleza inherentemente distribuida geográficamente de la bioenergía también ayuda a garantizar que la riqueza derivada de la producción y el uso de bioenergía se distribuirá de forma más equitativa que en el caso del uso actual de combustibles fósiles. Propiamente producida y utilizada, la bioenergía puede ser sostenible.

¿Por qué la bioenergía es controvertida?

La razón principal de la controversia en torno a la bioenergía es probablemente el conflicto percibido con la producción de alimentos. Otra razón es que las prácticas agrícolas actuales a menudo contribuyen a los problemas ambientales, incluida la deforestación, la pérdida de biodiversidad y la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas. Por ejemplo, la agricultura en sí misma genera alrededor del 12% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero (GEI).

 
 

Preferiblemente, queremos que la producción de bioenergía mejore el potencial de producción de alimentos y también que proporcione beneficios ambientales significativos. Por lo tanto, respaldamos los comentarios del Director General de la Organización (FAO) da Silva, quien observa que: "En las últimas décadas ha habido muchos debates sobre la prioridad y la producción de alimentos versus biocombustibles. Pero hoy en día tenemos que pasar del debate sobre alimentos versus combustible a un debate sobre alimentos y combustibles…..".En años más recientes, la demanda para los biocombustibles ha apoyado los precios de los alimentos. Actuó como un apoyo para esos cultivos creando una zona de amortiguamiento y evitando que los precios agrícolas cayeran al punto que los productores agropecuarios se sintieran desalentados a producir el próximo año. Los biocombustibles crean una demanda adicional de productos agrícolas, incluidos los cereales y oleaginosas permitiendo una estabilización de precios y por ende un fuerte incentivo hacia la producción en todas las economías del mundo.

Hoy estamos mejor posicionados para evaluar mejor las oportunidades y los riesgos de la producción de biocombustibles y evaluar sus múltiples impactos sociales, ambientales y económicos.

Desde el punto de vista agronómico se podrían resumir los principales desafíos que enfrenta el sector en el siguiente listado:
› Déficit energético y creciente dependencia de combustibles importados.
› Déficit nutricional de los suelos.
› Incremento de los ciclos hídricos.
› Resistencia de malezas.
› Ajustados márgenes de ganancia.
› Reducción de la materia orgánica y deterioro físico de suelos.
› Costo creciente de los fertilizantes.
› Contaminación por efluentes de napas freáticas ríos y lagunas.
› Altos niveles de emisiones a la atmósfera de residuos orgánicos.

Por lo tanto, a los primeros desafíos agregamos toda esta nueva serie como demanda adicional, lo cual nos plantea un verdadero dilema como profesionales. Para darle solución debemos pensar al agro en forma sistémica incorporando conceptos básicos de la naturaleza como la circularidad y la reutilización. Comenzaremos entonces a desarrollar los diferentes aspectos ligados a lo que denominados "Biogas hecho correctamente" (BDR). Comenzamos con agrandar el campo para dar respuesta a un incremento sustancial de biomasa disponible. Para ello debemos pensar en el sistema de doble cultivo. Es que con los cultivos tradicionales como maíz y soja que sólo ocupan la tierra durante algunos meses del año permanece el campo "apagado" largos períodos con uso intensivo de herbicidas, resistencia de malezas y desequilibrio en el ambiente. El sol brilla, pero no hay fotosíntesis porque nada se planta y crece. Las principales razones por las cuales esta práctica no se ha difundido está basada en la competencia por el uso del agua y la baja o nula rentabilidad que tienen esa biomasa adicional.

En 2008 se creó en Italia una tarifa de alimentación nacional para la electricidad renovable algo parecido a lo que está ocurriendo en Argentina con los planes renovar. Esto provocó un explosivo desarrollo de plantas de Biogas abocadas fundamentalmente a la producción de electricidad. Un grupo de agricultores en el Norte de Italia, en el valle del río Po, decidió explotar las unidades de digestión anaeróbica (AD) para producir biogás que se quemaría en el sitio para producir electricidad para la red nacional.

El doble cultivo generalizado fue adoptado, mientras que el doble cultivo anterior no se practicaba ampliamente debido a la falta de mercados para la doble cosecha. Los cultivos tradicionales se cultivaron para abastecer los mercados de alimentos / forrajes existentes mientras que el segundo o doble cultivo (principalmente pastos anuales como el centeno de invierno, triticale, trigo forrajero o silaje de maíz después de grano de trigo, etc.) fue cultivado, cosechado, ensilado, y luego alimentado a los digestores para permitir la operación durante todo el año de los mismos. Los digestores también fueron crecientemente alimentados por estiércoles de animales y otros desechos y residuos agrícolas y agroindustriales aprovechando la plasticidad de esta tecnología para transformar en Biogás diversos productos orgánicos de todo tipo.

La biodigestión es muy flexible en cuanto a las materias primas que puede procesar y es una tecnología de costo de capital relativamente bajo sin requisitos de licencia para la tecnología de procesamiento o para enzimas comerciales o bacterias con sus costos asociados. Los rendimientos netos de energía de AD son relativamente altos. La energía del biogás representa aproximadamente 24-65% de la energía contenida en las materias primas empleadas.

Como segundo paso se buscó incrementar la eficiencia de conversión de la energía contenida en el Biogás. La generación eléctrica por medio de la combustión del biogás convierte aproximadamente el 37-41% del contenido energético Por lo tanto sólo 0.09-0.27 MJ de electricidad se exporta a la red por MJ de energía de materia prima. Como alternativa se buscó generar aprovechamientos de la energía térmica en el campo como el servicio de secado de forrajes o la pasteurización de celulosa remanente como cama para animales. Otra de las alternativas desarrolladas fue la purificación del Biogas y su inyección en la red de suministro. De esta manera se incrementa sustancialmente la cantidad de energía útil generada por las plantas.

La siguiente etapa fue la incorporación de conocimiento y tecnología en el uso de los efluentes que salen de los digestores. Considerando sólo el carbono, alrededor del 65-80% del carbono alimentado al digestor se convierte en biogás por lo tanto el efluente contiene una importante fracción que puede ser aprovechada por los suelos.

En los campos donde se comenzó
a implementar los principios del BDR continuaron produciendo alimento / forraje
a partir de la primera cosecha, como siempre lo han hecho; por lo tanto, no se produce un impacto en los mercados de alimentos / forrajes y ningún mecanismo de mercado para el cambio indirecto del uso de la tierra (iLUC) con sus emisiones de GEI imputadas.

El doble cultivo produce carbono adicional que se alimenta al digestor para la producción de bioenergía. La fracción líquida del digestato se devuelve a la tierra por irrigación ('fertirrigación'), reciclando así una gran fracción de los nutrientes minerales y proporcionando irrigación según sea necesario.

Los sólidos que salen de la unidad AD se incorporan al suelo emplean maquinaria específica con un tratamiento sitio específico y control de nutrientes. Esto ha generado que aumentan los niveles de carbono y mejora la fertilidad del suelo. Los niveles de carbono del suelo aumentan aún más con el doble cultivo, principalmente al descomponer las raíces del doble cultivo. Por lo tanto, el doble cultivo también aumenta la materia orgánica del suelo y la fertilidad del suelo.

La administración de digestato a largo plazo a los campos puede conducir a un mayor contenido de materia orgánica de los suelos. Esta práctica permite el secuestro de carbono en el suelo a largo plazo. Por lo tanto, la fertilidad del campo aumenta con el tiempo mediante la aplicación de residuos sólidos del digestor y la producción global del establecimiento crece brindando respuesta a varios de los puntos críticos de la agricultura ya planteados.

El doble cultivo reduce la erosión, protege aún más los suelos, captura nutriente móviles del suelo para su reciclaje y aumenta la capacidad de infiltración y retención de agua incrementando el total disponible para el desarrollo de los dos cultivos. Estos efectos positivos de la aplicación de digestato se han ido optimizando con el post procesamiento del efluente y el desarrollo de fertilizantes foliares como ejemplo. El sistema general funciona como un proceso biológico de captura y secuestro de carbono (BECCS) un servicio eco sistémico buscado en todo el mundo para capturar carbono que ya ha sido emitido y así poder acercarnos a los importantes compromisos del acuerdo de París.

El enfoque es intrínsecamente flexible y escalable. Se cultivan diferentes cultivos apropiados para los suelos y climas locales en diferentes áreas.
Desde 2010, aproximadamente 1500 unidades AD se han instalado en campos italianos y han comenzado a producir electricidad renovable. Estas unidades tienen una capacidad de producción eléctrica total combinada de alrededor de un gigavatio y cuentan con un costo de capital instalado de aproximadamente 3 millones de dólares estadounidenses por megavatio.
Se han creado alrededor de 12 000 nuevos empleos directos como resultado del crecimiento de la industria de AD en Italia.

La producción de alimentos no ha disminuido en los campos que aplican la técnica BDR. Los agricultores italianos participantes están produciendo alimentos y combustible. Un uso más intensivo ecológicamente de sus tierras hace que la materia orgánica del suelo y la fertilidad del suelo aumenten. Reciclar los nutrientes minerales reduce el costo de los fertilizantes comprados y elimina las emisiones de GEI asociado con la producción y el uso de esas entradas. El doble cultivo e incorporación de sólidos de digestato mejora significativamente el perfil de GEI de estos establecimientos haciéndolos candidatos a ingresar en los pagos adicionales por secuestro de carbono que se está desarrollando en el mundo.

Los ingresos de la producción de alimentos siguen siendo los mismos, pero los costos de los fertilizantes de entrada se reducen significativamente.

La electricidad producida es esencialmente otro cultivo comercial para el agricultor. La presencia de los digestores hace que las operaciones agrícolas sean más estables con ingresos distribuidos a lo largo del año.
Frente a inclemencias climáticas un cultivo alimentario con fallas se puede cosechar y alimentar al digestor para la producción de energía. Los campos han reducido su propensión a ciclos frente a inclemencias climáticas y ciclos de auge y caída de los precios de las materias primas agrícolas La solidez creciente económica les ha permitido a los establecimientos encarar crecientes inversiones para incrementar su eficiencia y productividad, así como multiplicar la cantidad de productos y servicios generados a partir del biodigestor como multiprocesador de materia orgánica.

La tecnología BDR es en resumen un rediseño de los sistemas agrícolas para producir alimentos y bioenergía, conjuntamente con grandes beneficios ambientales. Los principios aplicados a nivel de campo por productores comerciales durante los últimos años muestran resultados palpables del lado económico como ambiental. demostrando cómo es posible simultáneamente aumentar la viabilidad económica y la estabilidad de la agricultura mediante la reducción de los costos de insumos agrícolas y la habilitación de los productores para producir alimentos y combustible de manera más sostenible.

Bibliografía:
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- Energy Consumption and GDP: Evidence from 30 OECD and 78 Non-OECD Countries, Surrey Energy Economic Discussion Paper Series 113, University of Surrey, Department of Economics. June 2006. ISSN 1749-8384
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