BIOGS DE RESIDUOS AGROPECUARIOS EN LA REGIN DE LOS ROS

Poltica Regional de Desarrollo Silvoagropecuario 2014 - 2018

ASPECTOS GENERALES, EXPERIENCIAS Y POTENCIAL DE PRODUCCIN

BIOGS DE RESIDUOS AGROPECUARIOS EN LA REGIN DE LOS ROS

ASPECTOS GENERALES, EXPERIENCIAS Y POTENCIAL DE PRODUCCIN

Poltica Regional de Desarrollo Silvoagropecuario 2014 - 2018

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1 Introduccin 11

2 Descripcin y anlisis de alternativas tecnolgicas para la produccin de biogs 15 Autor: Mario vila Grothusen2.1 Aspectos metodolgicos 162.2 Digestin anaerbica; historia y actualidad 162.3 Descripcin de un biodigestor 172.4 Biogs 182.4.1 Composicin del biogs 182.4.2 Caractersticas y usos del biogs 182.5 Fases de la digestin anaerbica y produccin de biogs 192.6 Biofertilizante 202.6.1 Ventajas del uso de biol (fase lquida) 202.6.2 Ventajas del uso de biosol (fase slida) 212.7 Materiales, tipos y aplicaciones de biodigestores 222.8 Experiencias de biodigestin en el pas 262.9 Estado actual, produccin y uso de biogs en la Regin de Los Ros 282.10 Experiencias tecnolgicas pertinentes a produccin lctea ganadera 29

3 Estimacin de la produccin de biomasa, generacin de biogs y su potencial energtico 33 Autores: Alfredo Erlwein y Eliana Sotomayor3.1 Estimacin de las distintas biomasas residuales agropecuarias disponibles para la generacin 34 de biogs en la Regin de Los Ros 3.1.1 Aspectos metodolgicos 353.1.2 Biomasa residual lquida 363.1.2.1 Purn de vacuno de lechera 363.1.2.2 Estircol de porcino 383.1.2.3 Ferias ganaderas 383.1.2.4 Industria quesera 393.1.2.5 Residuos de beneficio de ganado (mataderos) 413.1.3 Biomasa residual slida 423.1.3.1 Estircol avcola 423.1.3.2 Industria cervecera 433.2 Potencial terico de biogs a partir de las biomasas disponibles 443.2.1 Aspectos metodolgicos 443.2.2 Potencial terico de biogs de biomasa residual lquida 453.2.2.1 Purn de vacuno lechera 453.2.2.2 Estircol de porcino 463.2.2.3 Ferias ganaderas 463.2.2.4 Residuos de la industria quesera 463.2.2.5 Mataderos 463.2.3 Potencial terico de biogs de biomasa residual slida 473.2.3.1 Estircol avcola 473.2.3.2 Residuos de la industria cervecera 483.3 Estimacin de la generacin de energa a partir de biogs obtenido desde las distintas biomasas 48 disponibles 3.3.1 Aspectos metodolgicos 483.3.2 Potencial regional total 493.3.3 Potencial regional de pequea escala 513.3.4 Estimacin de autoabastecimiento de biogs para cocina de una familia rural promedio 52

NDICE GENERAL

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4 Evaluacin econmica y social de sistemas prediales de biodigestin 57 Autor: Francisco Cerda4.1 Aspectos metodolgicos 584.2 Valorizacin de productos asociados a sistemas prediales de biodigestin (SPB) 604.2.1 Ingresos en sustitucin de energas (ahorro) 604.2.2 Excedentes energticos 624.2.3 Costos asociados al proyecto 624.2.4 Inversin 634.2.5 Costos de operacin y mantencin 644.2.6 Evaluacin y sensibilizacin privada de la inversin 644.3 Externalidades y consideraciones para la evaluacin social de un SPB 694.3.1 Disminucin de olores y vectores 694.3.2 Sustitucin de lea, menos deforestacin 694.3.3 Menor emisin de gas metano, disminucin del efecto invernadero 704.3.4 Control de malezas 704.3.5 Estabilizacin e higienizacin de purines 704.3.6 Cumplimiento de normas medioambientales 704.3.7 Criterios de evaluacin social 71

5 Normativa aplicable a proyectos de generacin de biogs 73 Autor: Eliana Sotomayor

6 Conclusiones generales 79

7 Anexos 82

7.1 Anlisis comparativo entre purin crudo y digestado 827.2 Anlisis de residuos de fosas spticas tratados con biodigestin 847.3 Clculo de potenciales de biomasa y energa 857.3.1 Datos referenciados 857.3.2 Encuestas y entrevistas a actores relevantes 867.3.3 Encuesta productores de leche (segmento de 0-10 vacas en ordea) 867.3.4 Encuesta productores de leche (segmento de 10-25 vacas en ordea) 877.3.5 Encuesta productores de leche (segmento de 50-100 vacas en ordea) 877.4 Encuesta ferias de ganado 887.4.1 Encuesta Tattersal de Ro Bueno 887.4.2 Procedimiento para deshacerse de los desechos (bostas y purines) 887.4.3 Cantidad promedio de desechos (bostas y purines) en un determinado tiempo 887.4.4 Encuesta FEGOSA Paillaco 887.4.5 Procedimiento para deshacerse de los desechos (bostas y purines) 887.4.6 Cantidad promedio de desechos (bostas y purines) en un determinado tiempo 897.5 Entrevista a criaderos de aves 897.5.1 Agrcola y avcola ciudad de Valdivia 897.6 Entrevista productores de queso 897.7 Encuesta industria cervecera 907.8 Anlisis Econmico 92 Bibliografa 94

Agradecimientos 97

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Tabla 1: Biodigestor de Domo Flotante tipo hind 22Tabla 2: Biodigestor de Domo Fijo tipo Chino 22Tabla 3: Biodigestor de Estructura Flexible 23Tabla 4: Biodigestor de Estructura Rgida y Gasmetro Externo 24Tabla 5: Biodigestor de Flujo Inducido, Estructura Rgida y Gasmetro Flexible 25Tabla 6: Detalle de nmero de animales y produccin de purines por tamao de explotacin 37Tabla 7: Detalle de nmero de cabezas de cerdo y produccin de purines por tamao de explotacin en la 38 Regin de Los Ros. Tabla 8: Purn producido segn tipo de animal, Tattersall 39Tabla 9: Purn producido segn tipo de animal, FEGOSA 39Tabla 10: Generacin anual de suero hmedo, seco y materia orgnica en la regin 41Tabla 11: Estircol de aves segn tamao de explotacin 42Tabla 12: Produccin de cerveza y bagazo para 4 empresas de la Regin de Los Ros 44Tabla 13: Factores de conversin de materia orgnica en biogs 45Tabla 14: Potencial valor terico de generacin de biogs a partir de la digestin anaerbica de purines 45 de vacunos de lechera Tabla 15: Produccin de biogs porcino 46Tabla 16: Produccin estimada de biogs para las industrias lcteas de la Regin de Los Ros 46

Figura 1 (A - B): Buses funcionando con biogs durante la segunda guerra mundial y posterior a ella 16Figura 2: Esquema de un biodigestor en base a purines 17Figura 3: Caldera a biogs 18Figura 4 (A - B): Caldera a biogs y grupo electrgeno a biogs 18Figura 5: Calefactor porcino a biogs, Centro de Educacin y Trabajo (CET ), Talca 19Figura 6: Grfico temperatura versus produccin de biogs 19Figura 7 (A - B): Aplicacin de biofertilizante 20Figura 8: Biodigestor de domo flotante, tipo hind 22Figura 9: Biodigestor de domo fijo, tipo Chino, Coltauco (Foto) 22Figura 10: Biodigestor de domo flotante, tipo hind (Foto) 22Figura 11: Biodigestores de estructura flexible (Foto) 22Figura 12: Biodigestor de domo fijo, tipo Chino 23Figura 13: Biodigestor de estructura flexible 23Figura 14: Biodigestor de estructura rgida y gasmetro externo 24Figura 15: (A - B): Biodigestor de estructura rgida y gasmetro externo (Foto) 24Figura 16: Biodigestor de flujo inducido, estructura rgida y gasmetro flexible 25Figura 16 (A-B): Biodigestor sistema estructura de hormign, domo flexible, agitacin constante y calefaccin 25Figura 17: Planta biogs en la regin de OHiggins para purines de cerdos (Foto) 26Figura 18: Cogeneracin con grupo electrgeno de 200 Kw a biogs en planta de Genera Austral 27Figura 19 (A - B): Planta de biogs para residuos lcteos de Schwager Energy, en Osorno 27Figura 20: Biodigestores de material flexible tipo laguna, en la Regin de los Lagos 27Figura 21: Biodigestores en fundo El Anima, sector Purranque 28Figura 22: Esquema de sistema de captacin y transformacin del biogs en energa elctrica en el relleno 28 sanitario Loma Los Colorados Figura 23: Sistema de biodigestin predial para 40 vacas, Chiscaihue 28Figura 24: Biodigestor estructura flexible tipo laguna, Reumen 28Figura 25 (A - B - C): Biodigestores de estructura rgida y domo flotante en la Regin de los Ros 29Figura 26 (A - B): Recoleccin, mezcla y llenado biodigestor domiciliario 30Figura 27: Biodigestor domiciliario de estructura rgida y cpula flexible para 20 cerdos, biogs para cocinar 30Figura 28: Biodigestor estructura flexible para 80 vacas, Puyehue 30Figura 29: Clasificacin de biomasas agropecuarias residuales analizadas en este estudio 36Figura 30: Composicin del potencial de biogs regional por tipo de biomasa 50Figura 31: Esquema general de evaluacin social y privada de un SPB 59

NDICE DE FIGURAS

NDICE DE TABLAS

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Tabla 17: Potencial de biogs Planta FRIVAL 47Tabla 18: Potencial regional de generacin de residuos orgnicos para la produccin de biogs en la industria de matadero 47Tabla 19: Potencial terico de biogs generado a partir del estircol de aves 48Tabla 20: Potencial de generacin de biogs a partir de los desechos slidos de la industria de la cerveza 48Tabla 21: Potencial regional: biogs total y mximo terico de generacin de energa elctrica y trmica 51Tabla 22: Potencial regional: biogs de pequea escala y valores de sustitucin de otros combustibles utilizados 52Tabla 23: Ejemplo de autosuficiencia trmica familiar a travs de la incorporacin de un biodigestor domiciliario 54Tabla 24: Costo energtico sin proyecto y beneficios de produccin energtica 62-63Tabla 25: Costos de inversin privada 63Tabla 26: Costos de mantencin privada 64Tabla 27: Determinacin del aporte privado y subsidio pblico, considerando sustitucin de lea (TIR 15%) 66Tabla 28: Determinacin del aporte privado y subsidio pblico, considerando sustitucin de GLP (TIR 15%) 67Tabla 29: Determinacin del aporte privado y subsidio pblico, considerando sustitucin de GLP (TIR 10%) 68Tabla 30: Especificaciones legales que actualmente son aplicables a proyectos de biogs 77Tabla 31: Potencial de produccin de biogs por animal 85Tabla 32: Materia seca, materia orgnica, rendimiento de biogs y contenido de metano para el suero de leche 85Tabla 33: Generacin diaria y anual de residuos en materia seca, expresados en kg por da y toneladas por ao 85Tabla 34: Valores de DBO5, slidos suspendidos totales, aceites y grasas presentes en los RILEs generados en 86

la planta FRIVAL Tabla 35: Volumen y materia seca de residuos generados por planta FRIGOBAL al ao 87Tabla 36: Flujos financieros 92

AFC Agricultura Familiar CampesinaBIOL Fase lquida del digestatoBiometanizacin Generacin de metano a travs de

fermentacin anaerbicaBIOSOL Fase slida del digestatoDBO5 Demanda biolgica de oxgenoDigestato Residuo estabilizado de la digestin anaerbicaERNC Energa Renovable No ConvencionalEstircol Deyecciones (fecas) animalesFRIGOBAL Frigorfico BalmacedaFRIVAL Frigorfico ValdiviaGasmetro Contenedor rgido o flexible para el

almacenamiento de gasGJ Giga Joule (1 GJ equivale a 0,28 MW)GLP Gas Licuado de PetrleoINDAP Instituto de Desarrollo AgropecuarioINE Instituto Nacional de EstadsticasKCAL Kilo caloraKWh Kilo Watt hora

MH Materia HmedaMOH Materia Orgnica HmedaMOS Materia Orgnica SecaMS Materia SecaMV Materia VerdeMW Mega WattMWe Mega Watt elctricoMWh Mega Watt horaPAS Permisos Ambientales SectorialesPurn Estircol diluido en aguas de lavadoQQM Quintales MtricosRdto RendimientoRIL Residuo Industrial LquidoSEA Servicio de Evaluacin AmbientalSEIA Sistema de Evaluacin de Impacto AmbientalSIC Sistema Interconectado CentralSISS Superintendencia de Servicios SanitariosSPB Sistemas Prediales de BiodigestinTRH Tiempo de Retencin HidrulicaUAE Unidad Animal Equivalente

GLOSARIO

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Publicado por

Instituto de Desarrollo Agropecuario (INDAP) y Gobierno Regional de Los Ros (GORE Los Ros),en el marco de la Poltica Regional de Desarrollo Silvoagropecuario 2014-2018, a travs delPrograma de Valorizacin de Residuos de la Actividad Silvoagropecuaria.

Gobierno Regional de Los RosBernardo OHiggins N 543 Valdiviahttp://www.goredelosrios.cl

Instituto de Desarrollo Agropecuario (INDAP)Comercio 423Ro Buenohttp://www.indap.gob.clDerechos Reservados Gobierno Regional de Los Ros, Registro de Propiedad Intelectual, ISBN: A-272244 Valdivia, Noviembre de 2016

Coordinacin y revisinMariela Leiva Brintrup, profesional de INDAPCarlos Martnez Crdenas, profesional de INDAPJorge Balboa Toro, profesional Gobierno Regional de Los RosDaniela Gnova Espinoza, profesional Secretara Regional Ministerial (SEREMI) de Agricultura

Colaboracin especial de Marianela Rosas Uribe, Coordinadora Regional Programa GEF Biogs

Coordinacin generalMario Mendoza Cabrera

FotografasMario Mendoza Cabrera, Biotecsur

EditorAlfredo Erlwein Vicua

AutoresMario Avila GrothusenEliana Sotomayor BohleAlfredo Erlwein VicuaFrancisco Cerda Rosenberg

Diseo y diagramacinJavier Tuteleers de Tern

Impresin y encuadernacinImprenta Amrica de Osorno, Noviembre de 2016

BIOGS DE RECURSOS AGROPECUARIOS EN LA REGIN DE LOS ROS

Aspectos Generales, Experiencias y Potencial de Produccin

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La Misin del Instituto de Desarrollo Agropecuario (INDAP) es contribuir al desarrollo econmico sostenible y a la valorizacin de la Agricultura Familiar Campesina y sus organizaciones, mediante una accin de fomento tendiente a fortalecer el capital humano, social, productivo, natural y cultural, de hombres, mujeres, jvenes y pueblos originarios en los territorios.

Por ello, nuestra institucin se encuentra continuamente en la bsqueda de nuevas herramientas e investigando distintos procesos productivos que permitan que nuestros agricultores tengan acceso a informacin relevante que facilite la adopcin y aplicacin de tecnologas acordes con el medio ambiente, y sostenibles en el tiempo.

La visin de nuestra institucin de fomento productivo nos mueve a actuar en red con otros actores pblicos y privados, en beneficio de la Agricultura Familiar Campesina, con quienes estamos ligados ntimamente. Son estas redes, que se formalizan a travs de convenios con otras instituciones, las que nos permiten trabajar en conjunto y lograr los objetivos planteados.

El presente documento, detalla el trabajo coordinado entre profesonales de INDAP, del Gobierno Regional de Los Ros y la Secretara Regional Ministerial (SEREMI) de Agricultura, en el marco de la Poltica Regional de Desarrollo Silvoagropecuario 2014-2018, quienes se dan cita para primero conversar, luego discutir y finalmente explorar una de las alternativas energticas renovables como es la utilizacin del biogs, el cual resulta factible de producir en los mismos predios de nuestros agricultores, estableciendo una alternativa de

PRESENTACIN

JORGE SANCHEZ SLATERDirector Regional INDAP Regin de Los Ros

generacin energtica que revaloriza los residuos prediales, haciendo eco a la creciente demanda que existe por parte de la Agricultura Familiar Campesina Regional, por incorporar Energas Limpias que permitan desarrollar un manejo cada vez ms sustentable de sus unidades productivas.

Cabe destacar que la investigacin presentada a continuacin est enmarcada en los pequeos y medianos productores, pretendiendo ser una herramienta til que constituya uno de los primeros pasos para evaluar la utilizacin de este tipo de tecnologas en predios manejados por productores agropecuarios de la Regin de Los Ros.

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INTRODUCCIN1

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En la Regin de Los Ros, el sector silvoagropecuario representa el 13% del Producto Interno Bruto y genera el 25% del empleo, siendo parte importante del motor econmico regional. Es por esta razn que la Estrategia Regional de Desarrollo 2009-2019 estableci como imperativo disear y ejecutar una poltica orientada a su fortalecimiento. La implementacin de esta poltica se desarrolla con nfasis en la investigacin e innovacin para hacer del sector silvoagropecuario y alimentario un sector ms competitivo y sustentable, que potencie su rol de motor econmico de la regin, con especial relevancia en los pequeos y medianos productores, quienes sern los principales beneficiarios de este instrumento.

El presente documento es producto de un trabajo de investigacin de carcter exploratorio sobre el potencial de produccin y utilizacin de biogs en explotaciones silvoagropecuarias de la Regin de Los Ros, con nfasis en la pequea y mediana agricultura. Su finalidad fue reunir antecedentes que orienten la toma de decisiones pblicas y privadas, incluyendo informacin tcnica y econmica, que d cuenta del potencial de implementacin de proyectos de biogs de origen agropecuario en la Regin de los Ros. Para ello, se trabaj tanto con informacin secundaria (estudios, manuales, reportes, tesis, libros, publicaciones cientficas, etc.) como con informacin primaria proveniente de las experiencias de miembros del equipo de trabajo del estudio, as como de entrevistas a actores relevantes de los diversos rubros con potencial de produccin de biogs.

El captulo dos de esta investigacin hace referencia a los principios y conceptos bsicos de la produccin de biogs, al anlisis de las alternativas tecnolgicas existentes para su produccin, as como del estado actual del arte en la produccin y el uso del biogs tanto en el mundo como en el pas y la regin en particular.

El captulo tres presenta una estimacin de las distintas biomasas agropecuarias residuales disponibles en la regin para la generacin de biogs, incluyendo biomasas slidas o lquidas, provenientes de la produccin pecuaria (lechera, porcinos, aves, ferias ganaderas), as como de la agroindustria (queso, cerveza, mataderos). Asimismo, se calculan los potenciales tericos de biogs y su energa calrica a partir de las distintas biomasas disponibles. Para ello se utilizan factores de conversin especficos para cada biomasa y atendiendo a las caractersticas de las explotaciones locales.

Finalmente se estima la generacin de energa trmica y elctrica, segn corresponda, a partir del biogs potencial de las distintas biomasas disponibles. Tambin se incluye un anlisis de autosuficiencia de biogs para la cocina de una familia rural campesina promedio, con algunos clculos respecto a las implicancias en eficiencia energtica y economa.

La presente publicacin se realiza por encargo del Instituto de Desarrollo Agropecuario (INDAP), en el marco de la Poltica Regional de Desarrollo Silvoagropecuario a travs del Programa de Valorizacin de Residuos de la Actividad Silvoagropecuaria con financiamiento del Gobierno Regional

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Se analiza en forma exploratoria

el potencial de produccin y

utilizacin de biogs en explotaciones

silvoagropecuarias de la Regin de Los

Ros, con nfasis en la pequea y

mediana agricultura

El cuarto captulo aborda una evaluacin econmica de la implementacin de Sistemas Prediales de Biodigestin (SPB), lo que implica produccin y uso de biogs para pequeos y medianos productores agroalimentarios. Se calculan beneficios, costos econmicos y sociales relativos a la implementacin de un SPB, mediante un estudio de flujos proyectados, ingresos y costos de produccin, mantencin y operacin. En el mbito de la evaluacin, mantencin y operacin, adems de un anlisis bsico del impacto y de las externalidades positivas que un proyecto de esta naturaleza conlleva.

En el captulo final se analizan las normativas vigentes que regulan tanto los distintos proyectos de generacin de biogs como los procesos productivos asociados y sus eventuales impactos en el medioambiente.

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Mario vila Grothusen

2 DESCRIPCIN Y ANLISIS DE ALTERNATIVAS TECNOLGICAS PARA LA PRODUCCIN DE BIOGS

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2.1 Aspectos metodolgicos

En el presente captulo se revis bibliografa, se incorporaron experiencias visitadas, consultas a encargados de biodigestores y la experiencia del autor que cuenta con una decena de proyectos de Biogs ejecutados y en funcionamiento. De esta manera, se procedi a realizar una sntesis del estado del arte del biogs desde lo ms general hasta llegar a los casos particulares en la Regin de Los Ros, haciendo hincapi en detalles tcnicos especficos de diferentes modelos de biodigestores y los diversos materiales que se usan en su construccin.

2.2 Digestin anaerbica: historia y actualidadLas primeras menciones sobre biogs se remontan al ao 1600. En el siglo XVI el cientfico y naturalista Alessandro Volta, realizo los primeros experimentos de combustin de biogs producido en pantanos. En el ao 1890 se construye el primer biodigestor a escala aplicada en la India y en 1896, en Exeter, Inglaterra, las lmparas de alumbrado pblico eran alimentadas por el gas recolectado de los digestores que fermentaban los lodos cloacales de la ciudad.

Tras la primera guerra mundial comienzan a difundirse en Europa las llamadas fbricas productoras de biogs, cuyo producto se empleaba en tractores y automviles de la poca (figura 1). En todo el mundo se difunden los denominados tanques Imhoff para el tratamiento de aguas cloacales colectivas y el biogs producido se utiliz para el funcionamiento de las propias plantas, en vehculos municipales y en algunas ciudades se lo lleg a inyectar en la red de gas comunal.

Durante los aos de la Segunda Guerra Mundial comienza la difusin de los biodigestores a nivel rural tanto en Europa como en China e India, que se transforman en lderes en la materia. Esta difusin se ve interrumpida por el fcil acceso a los combustibles fsiles de las dcadas posteriores. Recin en 1970, producto de una crisis energtica, se reinicia con gran mpetu la investigacin y difusin del biogs en todo el mundo, incluyendo la gran mayora de los pases latinoamericanos [1] [2] [3].

Figura 1 (A - B): Buses funcionando con biogs durante la segunda guerra mundial y posterior a ella .

Fuente: http://communitybysesign.co.uk/

En 1896, en Exeter, Inglaterra,

las lmparas de alumbrado pblico eran

alimentadas por el gas recolectado de los digestores que fermentaban los

lodos cloacales de la ciudad

A B

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Figura 2: Esquema de un biodigestor en base a purines.Fuente: Biotecsur.

Las ltimas dos dcadas han sido especialmente fructferas en cuanto a descubrimientos sobre el funcionamiento microbiolgico y bioqumico del proceso de produccin de biogs, gracias al nuevo material de laboratorio que permiti el estudio de los microorganismos que intervienen en ste, y que operan en condiciones anaerbicas. Estos progresos en la comprensin del proceso han estado acompaados por importantes logros tecnolgicos, como la incorporacin de sistemas de agitacin, control de temperatura y sistemas de premezcla, entre otros.

Segn Preston [4] los pases generadores de tecnologa ms importantes en la actualidad son: China (ms de 5 millones de biodigestores), India, Alemania (ms de 25.000 biodigestores), Holanda, Francia, Gran Bretaa, Suiza, Italia, EE.UU. y Filipinas. A lo largo de los aos, la tecnologa de la digestin anaerbica se ha ido especializando, abarcando actualmente diferentes campos de aplicacin con objetivos muy diversos. Hoy en Chile existen plantas industriales de biodigestin para tratar los desechos de la industria porcina, lechera bovina, tratamiento de aguas servidas y RILES de la industria lctea, como se ver en el captulo 2.8.

2.3 Descripcin de un biodigestor Un biodigestor es un estanque o contenedor cerrado, hermtico e impermeable (tambin llamado Reactor), dentro del cual se deposita el sustrato (material orgnico a fermentar como excrementos de humanos y animales, purines, hojas, pasto, frutas y desechos vegetales) agregando agua a la mezcla. Dentro del biodigestor se produce la descomposicin anaerbica, de la cual se obtiene Biogs y Biofertilizante. Este sistema tambin puede incluir una cmara o estanque de carga, una cmara o sistema de decantacin antes del reactor, un dispositivo para captar y almacenar el biogs, sistemas de agitacin y calefaccin dentro del biodigestor y cmaras o estanques de acumulacin post tratamiento a la salida del biodigestor. En la fi gura 2, se muestra esquemticamente el ingreso de sustrato al biodigestor, la salida de digestato y la salida de biogs desde la parte superior del biodigestor (Gasmetro) hacia un Grupo Electrgeno.

Esquema funcional de un biodigestor

Purines Biodigestor Biofertilizante Generador de electricidad y calor

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Figura 4 (A - B): Caldera a biogs y grupo electrgeno a biogs.

Fuente: Biotecsur.

2.4 Biogs El biogs es una mezcla de gases producto de la descomposicin microbiolgica que se puede encontrar, habitualmente, en la superfi cie de pozos o lagunas con deposicin de desechos orgnicos (por ejemplo: hojas de rboles, plantas o restos de origen animal) durante meses o aos. Es por esto que se le conoce tambin como el gas de los pantanos. El biogs contiene mayormente metano lo que lo hace interesante como combustible (fi gura 3), la otra gran parte es dixido de carbono que corresponde a un gas incoloro, inodoro y no combustible.

2.4.1 Composicin del biogs

La composicin de biogs depende del tipo de desecho utilizado y las condiciones en que se procesa. Generalmente contiene metano CH4 en un rango de 50 a 70% y dixido de carbono CO2 en un rango de 50% a 30%, dependiendo especfi camente de los contenidos de carbohidratos, protenas y grasas que contenga el sustrato. Adems el biogs tambin contiene algunas impurezas como cido sulfhdrico H2S, agua y algunos compuestos voltiles como hidrocarburos halogenados y siloxanos, entre otros [5].

En cuanto a los gases considerados impuros, es importante sealar al cido sulfhdrico H2S ya que es un compuesto corrosivo y se debe fi ltrar para evitar el deterioro de las cmaras de combustin en los motores que se alimentan con biogs. En cocinas o calderas se debe considerar salida de gases de combustin a la atmosfera asegurando que no existan escapes que pudieran ser inhalados.

2.4.2 Caractersticas y usos del biogs

El biogs por naturaleza es un combustible que en contacto con oxgeno y con una fuente de calor, genera fuego. Contiene 5.600 Kcal/m a presin atmosfrica [6]. De forma natural tiene similar olor al gas licuado, lo que permite detectarlo al olfato. Al ser quemado en una cocina no presenta mal olor. Al tener ms del 50% de metano es posible utilizarlo de forma similar al gas natural para generar calor en cocinas y calderas o generar energa elctrica con grupos electrgenos adaptados para funcionar con biogs (Figura 4).

Figura 3: Caldera a biogs.Fuente: Biotecsur.

Ver NCh 382, ao 2004, H2S clasifi ca como Clase 8.

A B

19

Figura 5: Calefactor porcino a biogs, CET (Centro de Educacin y Trabajo), Talca.Fuente: Biotecsur.

2.5 Fases de la digestin anaerbica y produccin de biogs

En el proceso de biodigestin anaerbica se distinguen cuatro etapas fases:

Hidrlisis Acidognesis Acetognesis Metanognesis

En la primera fase llamada hidrlisis se descomponen las molculas ms complejas, como protenas, hidratos de carbono y lpidos, que son hidrolizados por enzimas producidas por los microorganismos fermentadores. De esta descomposicin se producen compuestos solubles como aminocidos, azcares y cidos grasos de cadena larga, que pueden ser descompuestos por bacterias acidognicas. Producto de la accin de las bacterias acidognicas se generan cidos grasos de cadena corta, alcoholes, hidrgeno y dixido de carbono, siendo los cidos grasos de cadena corta transformados por los microorganismos acetognicos en cido actico, hidrgeno y dixido de carbono. En la ltima etapa, las bacterias metanognicas producen metano a partir del hidrgeno, dixido de carbono y cido actico [5].

Es importante destacar que este proceso solo puede realizarse dentro de un rango de temperatura que va desde 1C hasta los 60C como mximo, y dentro de este rango de temperaturas existen tres rangos donde intervienen diferentes tipos de bacterias metanognicas con diferentes velocidades de produccin de biogs. Estos rangos podemos clasifi carlos en [7]:

1. Rango Psicroflico (desde 1C hasta 25C), con producciones lentas de biogs.2. Rango Mesoflico (desde 32C hasta 42C), con producciones medias de biogs.3. Rango Termoflico (desde 50C hasta los 60C), con producciones altas de biogs.

En la fi gura 6 se observa que a altas temperaturas hay mayor produccin de biogs y en menor tiempo que a bajas temperaturas. Por otro lado a menores temperaturas se pueden lograr producciones similares de biogs aumentando el tiempo de residencia o Tiempo de Retencin Hidrulica (TRH), el cual se defi ne como el valor, en das, del cuociente entre el volumen del digestor y el volumen de carga diaria.

En trminos generales, la produccin de biogs a partir de una biomasa particular es proporcional a parmetros tales como el contenido de materia orgnica (medido como DBO5), slidos voltiles (materia combustible), y contenido energtico. Ello puesto que la produccin de biogs ser proporcional al contenido de carbono disponible.

Figura 6: Grfi co temperatura versus produccin de biogs [5].

15.000

10.000

5.000

0

Prod

ucci

n d

e bi

ogs

30C

20C

50C

0 50 100 150

Tiempo de residencia

ml/l

Das

Cantidad de gasMetano

Existen ejemplos en Chile de diversas aplicaciones para el biogs, como refrigeradores y cocinas domiciliarias, calderas industriales, lmparas para calefaccin en planteles porcinos (Figura 5), motores para generar movimiento mecnico y bombas o alternadores para generar electricidad.

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Figura 7 (A - B): Aplicacin de biofertilizante. Fuente: Biotecsur.

2.6.1 Ventajas del uso de biol (fase lquida)

Dentro de las ventajas del uso del biol, podemos mencionar las siguientes:

1. Al igual que otros fertilizantes orgnicos, permite un mejor intercambio catinico (capacidad que tiene un suelo para retener y liberar iones positivos) en el suelo, ampliando la disponibilidad de nutrientes. Igualmente, ayuda a mantener la humedad y mantiene un microclima adecuado para los organismos vegetales. En el caso de purines, la biodigestin de estos aumentara la disponibilidad de nitrgeno de la biomasa residual. Al respecto en el anexo 7.1 se adjunta una tabla con los resultados de anlisis comparativo entre purines y biol de la zona de Purranque, adems de resultados de otro ensayo.

Sistema de biodigestin a base de tres o ms estanques preparados para digerir desechos orgnicos secos o de fase slida.

Al respecto, los compuestos ricos en lignina, tales como madera (y sus derivados) o paja, presentan una baja digestibilidad y por ende menor produccin de biogs, as como sustratos con sustancias inhibidoras. Por otra parte, una relacin equilibrada de nutrientes en el sustrato evita una utilizacin incompleta de sustratos. Una relacin ptima carbono/nitrgeno/fsforo (C/N/P) es alrededor de 125/5/1.

2.6 Biofertilizante

Se le llama Biofertilizante a la materia orgnica (digestato) proveniente del proceso de biodigestin, el cual debe pasar dentro del biodigestor entre 30 y 100 das de TRH, dependiendo del tipo de biodigestor y temperatura de trabajo. En este proceso, parte de la materia orgnica se mineraliza, quedando los nutrientes disponibles para las plantas, por lo que es un fertilizante natural de buena calidad, que se aplica a praderas y cultivos. Este producto se compone de una fase slida llamada biosol y una fase lquida llamada biol, aunque comnmente se le llama Biofertilizante a ambas fases.

Existen biodigestores que utilizan solo la fase lquida (con separacin de slidos antes del biodigestor), por tanto el digestato ser lquido, y es aplicable directamente con sistemas de riego por aspersin o carro purinero. Otros biodigestores diseados para alimentarse con ambas fases (mezcla de slidos y lquidos), producen digestato con una mezcla de biol y biosol. Para regar esta mezcla se debe utilizar un carro purinero o separar las fases para poder usar el biol en un sistema de riego por aspersin (para evitar que se tapen las boquillas de los equipos de riego). En los biodigestores analizados en este estudio denominados Sistemas Prediales de Biodigestin (SPB) no se contempla el uso exclusivo de residuos slidos sin dilucin como sustrato, ya que esto requiere un sistema de biodigestin tipo Batch.

En la figura 7 se aprecian aplicaciones de digestato de purines de vacunos tratados en un biodigestor domiciliario y tambin se aprecia un sistema de riego con un carro adaptado para aplicar biol en praderas.

A

B

21

2. Se puede aplicar junto con agua en sistemas de irrigacin.

3. En pequeas cantidades, cuando presenta compuestos orgnicos bioestimuladores del crecimiento, es capaz de promover actividades fisiolgicas y estimular el desarrollo de las plantas, sirviendo para el enraizamiento (aumenta y fortalece la base radicular o las races de la planta), mejora el follaje, mejora la floracin y activa el vigor y poder germinativo de las semillas, traducindose todo esto en un potencial aumento significativo de las cosechas.

4. Ensayos realizados con diferentes cultivos en diversas partes del mundo muestran que utilizar solo biol sera suficiente para lograr la misma o mayor productividad que usando fertilizantes qumicos [8], [9], [10], [11], [12].

5. Cabe destacar que los desechos orgnicos sometidos al proceso de biodigestin

eliminan la mayora de patgenos, reduciendo drsticamente el riesgo de transmitir enfermedades y dispersar semillas de malezas. En un anlisis solicitado por la empresa Biotecsur, el ao 2012 se someti una muestra de RILES de fosas spticas a biodigestin durante 50 das y se analizaron las muestras digeridas. El resultado demostr que se elimina la presencia de coliformes y Salmonella, principalmente. Detalles del anlisis en el anexo 7.2

2.6.2 Ventajas del uso de biosol (fase slida)

A diferencia del biol, el biosol contiene la fraccin slida en donde se encuentra la mayor parte del carbono. Dentro de las ventajas del uso del biosol, al igual que otros fertilizantes orgnicos que contienen carbono, podemos mencionar las siguientes:

1. Regula la nutricin de las plantas. Los cultivos pueden ser fortalecidos y ocurrir una mejora del rendimiento o en la calidad del suelo.

2. Confiere a los suelos arenosos una mayor cohesin, mejorando con ello la retencin de los nutrientes en el suelo.

3. Mejora la estructura y la capacidad de retencin de la humedad favoreciendo la actividad biolgica del suelo y la porosidad del mismo.

4. Al combinarlo con materia orgnica acelera el proceso de compostaje.

5. Reduce la aplicacin de abono, al haberse digerido buena parte de la materia orgnica durante el proceso de biodigestin. Esto es e specialmente relevante en relacin al purn fresco.

6. Inhibe el crecimiento de hongos y bacterias que afectan a los organismos vegetales.

7. Al fortalecer la biologa y fertilidad del suelo, reduce los factores de erosin.

8. Mejora la disponibilidad de algunos nutrientes en comparacin con el purn, tal como se mencion para el biol.

22

Material Aplicacin Ventaja DesventajaDomo de Acero Para desechos Presin constante de Mayor difi cultado Fibra de vidrio, animales, salida del biogs, y costos de instalacinestructura de ladrillo, aguas negras. acepta alimentacin y mano de obra engreda. semiconstante. relacin a un sistema de estructura fl exible.

Figura 8: Biodigestor de domo fl otante, tipo Hind [13].

Tabla 1: Biodigestor de Domo Flotante tipo Hind

1. Cmara de llenado2. Tubo de entrada sustrato3. Cmara de biodigestin4. Domo o cupula/ gasmetro5. Salida de biogs6. Tubera de salida digestado

2.7 Materiales, tipos y aplicaciones de biodigestoresEn Latinoamrica se han desarrollado biodigestores del tipo estructura fl exible, buscando bajar los costos, mantener la efi ciencia y aumentar la rapidez en su instalacin, con la construccin de biodigestores enterrados (tipo laguna) usando la tierra como estructura soportante. Esta alternativa combinada con materiales de alta resistencia, como geomembranas elsticas y materiales resistentes al biogs, permiten una larga vida til, incluso con exposicin solar. En las siguientes tablas y fi guras se describen las distintas tecnologas y materiales para biodigestores ms conocidos.

Figura 9: Biodigestor de domo fi jo (tipo chino), Sector Coltauco.Fuente: Biotecsur.

Figura 10: Biodigestor de domo fl otante tipo Hind.Fuente: Biotecsur.

Figura 11: Biodigestor de estructura fl exible. Fuente: Biotecsur.

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Tabla 2: Biodigestor de Domo Fijo tipo Chino

Material Aplicacin Ventaja DesventajaLadrillo, mortero, Desechos de animales, Larga vida til (20 aos Altos costos de instalacincemento, greda, aguas negras, aproximadamente), alta en relacin a sistema deFibra de Vidrio, Metal. desechos vegetales. presin del biogs 1 a 1,5m estructura flexible, columna de agua. se requiere estructura Acepta alimentacin resistente para altas semiconstante. presiones del biogs.

Figura 12: Biodigestor de domo fijo, tipo Chino [13].

1. Cmara de llenado2. Tubo de entrada sustrato3. Cmara de biodigestin4. Domo fijo/ gasmetro5. Salida de biogs6. Tubera de salida digestado7. Cmara de acopio digestado

Tabla 3: Biodigestor de Estructura Flexible

Material Aplicacin Ventaja DesventajaPVC, Polietileno Todo tipo de desechos Segn material mediana y Requiere mayor proteccin (mangas de 0,1mm), orgnicos. larga vida til. Bajos costos para evitar roturas.HDPE, EPDM de instalacin en relacin a(geomembranas) sistemas de estructura rgida. 100% hermtico. Acepta alimentacin semiconstante.

Figura 13: Biodigestor de Estructura Flexible.

1. Cmara de llenado2. Tubo de entrada sustrato3. Cmara de biodigestin4. Domo o gasmetro flexible5. Salida de biogs6. Tubera de salida digestado7. Cmara de acopio digestado

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Tabla 4: Biodigestor de Estructura Rgida y Gasmetro Externo

Material Aplicacin Ventaja DesventajaEstructura de Fibra de Desechos orgnicos Rapidez en la instalacin cuando Difi cultad para realizarvidrio, Metal, Hormign. lquidos y slidos, aguas son estanques, prefabricados, limpieza por las puertas negras (WC). bajos costos de instalacin o tapas de entrada. con materiales plsticos. Tamaos limitados. Acepta alimentacin semiconstante.

Figura 14: Biodigestor de estructura rgida y gasmetro externo.

Figura 15 (A-B): Biodigestor de estructura rgida y gasmetro externo .Fuente: Valentina Torres.

1. Cmara de llenado2. Tubo de entrada sustrato3. Estanque de biodigestin4. Gasmetro externo5. Salida de biogs6. Tubera de salida digestado7. Cmara de acopio digestado8. Estanque con agua

A B

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Material Aplicacin Ventaja Desventaja

Tabla 5: Biodigestor de Flujo Inducido, Estructura Rgida y Gasmetro Flexible

Figura 16: Biodigestor de Flujo Inducido, Estructura Rgida y Gasmetro Flexible.

Figura 16 (A - B): Biodigestor sistema estructura hormign, domo fl exible, agitacin constante y calefaccin. Fuente: Biotecsur.

1. Estanque de recepcin2. Tubo de entrada sustrato3. Estanque de biodigestin4. Gasmetro fl exible5. Salida de biogs6. Tubera de salida de digestado7. Estanque de acopio digestado8. Agitador9. Calefaccin

Estructura de Hormign o Acero impermeabilizado, Cubierta fl exible de Geomembranas EPDM, PVC, HDPE.

Alta efi ciencia en relacin a sistemas sin calefaccin y sin agitacin como los anteriores citados. Vida til 20 aos (aproximadamente). Recomendado para procesos industriales.

Altos costos de inversin en relacin a los sistemas anteriormente citados, alta tecnologa instalada (agitacin, calefaccin).

Todo tipo de desechos orgnicos.

A B

26

2.8 Experiencias de biodigestin en el pasEn Chile existen actualmente 74 biodigestores instalados, de los cuales 18 unidades han sido instaladas para el sector lechero, el resto para el tratamiento de aguas servidas y RILES industriales. Adems, en distintas partes del pas se encuentran experiencias de biodigestores aplicados al sector domiciliario para tratar los desechos orgnicos de animales domsticos (cerdos, perros, aves de corral y ganado).

El tratamiento con biodigestores es una alternativa efi ciente para bajar la Demanda Biolgica de Oxigeno (DBO5) de los residuos orgnicos, en otras palabras, para reducir su contenido de materia orgnica. Es por esta razn que se han instalado biodigestores en grandes plantas de tratamiento como La Farfana en Santiago y Essal Osorno. En la planta depuradora La Farfana, las empresas Metrogas y Aguas Andina en Santiago producen biogs gracias al proceso de tratamiento de las aguas. En esta planta se producen cerca de 24 millones de m anuales de biogs, que permite sustituir al gas natural como materia prima en la produccin de gas de ciudad, benefi ciando a 100.000 usuarios este combustible en la Regin Metropolitana [14]. Otras plantas importantes han sido instaladas en planteles de produccin animal en confi namiento (cerdos o aves) de empresas como Agrosuper, para el tratamiento de los purines de sus planteles.

Los biodigestores de mayor tamao instalados en Chile son de estructura rgida y cpula fl exible o con gasmetro externo, integran agitacin y calefaccin permanente, los cuales se instalan para brindar energa elctrica y solucionar graves problemas de contaminacin. Este tipo de biodigestores tienen un mayor costo inicial y poseen sistemas que hacen ms complejo y costoso su operacin y mantenimiento. Por lo cual solo se han instalado principalmente en grandes lecheras sobre 1000 vacas estabuladas, en criaderos de ms de 20.000 cerdos y plantas de tratamiento de aguas servidas de gran tamao. En la zona central la empresa Genera Austral ha instalado ya dos plantas para tratar los desechos de la produccin porcina a gran escala, Santa Irene y Las Pampas, estas plantas se instalaron en la Empresa Max Agro, ubicadas en las comunas de Las Palmas y Pichidegua. Las plantas tienen una potencia instalada de 800 KW y generan energa elctrica para aproximadamente 2500 familias de la zona circundante [15].

Figura 17: Planta biogs en la Regin de OHiggins para purines de cerdos.Fuente: Genera Austral.

Schwager Energy 2016.

27

Estos reactores anaerbicos trabajan a temperaturas de 32 a 42 C (mesfila), o 52 a 60C (termfilas), poseen sofisticados sistemas de control y estn, generalmente, conectados a equipos de co-generacin (electricidad y calor, figura 18).

En trminos generales, la mayor parte de esta tecnologa se ha incorporado de las experiencias extranjeras, pero tambin se est desarrollando y aplicando tecnologa propia para el tratamiento de purines en lecheras y suero en queseras. Este es el caso de dos sistemas instalados por la empresa Schwager Energy (proyecto L&E, Lcteos y Energa) en la Regin de los Lagos, funcionando para digerir desechos de la produccin quesera tales como suero, lactosa y aguas de lavado. La primera planta, instalada en la ciudad de Purranque, produce energa elctrica con una potencia instalada de 400 KW para venta al SIC (Sistema Interconectado Central). La segunda planta de este tipo en funcionamiento se encuentra en la ciudad de Osorno (Figura 19) y produce biogs para reemplazo de gas licuado (GLP) en los procesos de produccin de queso [16].

En el sector lechero se han implementado ms de una decena de biodigestores, desde 20 a 300 vacas en ordea durante la ltima dcada, desarrollndose en la Regin de los Lagos modelos especficos de biodigestores para el tratamiento de desechos orgnicos en lecheras. En su mayora corresponden a sistemas de laguna con estructuras superiores flexibles de geomembrana (Figura 20) o reactores de hormign con gasmetro flexible. Estos sistemas producen biogs para generar electricidad y energa trmica. El biol obtenido se aplica en las praderas como fertilizante natural.

Uno de estos ejemplos es la planta de biogs instalada en el Fundo El Anima, sector Purranque, Regin de los Lagos (Figura 21), este sistema aprovecha los purines generados en los patios de espera de la sala de ordea por una masa de 200 vacas promedio, produciendo biogs para calentar el agua requerida en los procesos de limpieza de equipos, mejorando el proceso de canalizacin de los purines y obteniendo digestato (residuo estabilizado de la biodigestion) cuya fase lquida (biol) se aplica en praderas mediante un sistema de riego. Cabe destacar que en este proyecto las aguas servidas del bao de los operarios son ingresadas a los biodigestores. En el anexo 7.1 se presenta el resultado de un anlisis de nutrientes de purn crudo versus digestado para efectos comparativos.

A escala domiciliaria se han instalado biodigestores de estructura rgida con buenos resultados donde se han hecho funcionar refrigeradores con biogs. Una de estas experiencias se realiz el ao 2008 en la comuna de Empedrado, Regin del Maule y otra el ao 2010 en Coltauco (Figura 10). En este tipo de biodigestor se incorporan excretas de gallinas, cerdos y caballos. As mismo, en la Regin de Los Ros se han desarrollado iniciativas descritas en el punto 2.9.

Finalmente, si bien los rellenos sanitarios no son biodigestores propiamente tales, una importante produccin de biogs en Chile se obtiene de la captacin de ste desde rellenos sanitarios, como el caso del relleno Lomas Los Colorados, de la empresa KDM, en la Regin Metropolitana (Figura 22).

En el Km 35 al sur de Puerto Montt, la empresa REXIN utiliza el biogs de su relleno sanitario para calentar los lquidos percolados y evaporarlos en una torre, eliminando

Figura 18: Co-generacin con grupo electrgeno de 200 KW a biogs en planta de Genera Austral. Fuente: Biotecsur.

Figura 19 (A - B): Planta de biogs para residuos lcteos de Schwager Energy, en Osorno, 2016.Fuente: Biotecsur.

Figura 20: Biodigestores de material flexible tipo laguna, en la Regin de los Lagos, 2010.Fuente: Biotecsur.

A

B

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Figura 21: Biodigestores en fundo El Anima, sector Purranque, 2014.Fuente: Biotecsur.

Figura 22: Esquema de sistema de captacin y transformacin del biogs en energa elctrica en el relleno sanitario Loma Los Colorados [17].Fuente: elaboracin propia.

Figura 23: Sistema de Biodigestin Predial para 40 vacas, Chiscaihue, 2015.Fuente: Biotecsur.

Figura 24: Biodigestor estructura flexible tipo laguna, Reumen, 2015.Fuente: Biotecsur.

as riesgos de contaminacin. Es importante mencionar que los rellenos sanitarios no pueden considerarse tecnologas alternativas a los biodigestores, puesto que la eficiencia de captacin del biogs generado en stos, dado que se trata de contenedores abiertos a la recepcin de basura (no hermticos), flucta entre un 25 y 75% [18]. Ello implica un desaprovechamiento de energa e importantes emisiones de metano (un potente gas con efecto invernadero) a la atmsfera. Asimismo, por el hecho que los nutrientes se mezclan con diversas sustancias txicas del resto de basura, en el caso de rellenos sanitarios no se produce biofertilizante aprovechable.

2.9 Estado actual, produccin y uso de biogs en la Regin de Los Ros

En la actualidad en la regin se puede dar cuenta de tres experiencias piloto de produccin de biogs que permitir generar energa trmica para calentar agua y utilizarla en los diferentes procesos de produccin o su uso en el hogar. El primer piloto es un biodigestor para una lechera 40 vacas, el segundo para una lechera de 70 vacas y tres pilotos domiciliarios.

Caso 1En la localidad de Chiscaihue, comuna de Ro Bueno, en noviembre de 2015 se instal un SPB para 40 vacas, utilizando un pozo como estructura soportante para el biodigestor y una cpula flexible con geomembrana desmontable (Figura 23). El sistema cumple con tratar los purines de forma segura y limpia y generar biogs para calentar 80 litros de agua a 80C y realizar el lavado de los equipos de la sala de ordea.

Caso 2En la comuna de Paillaco, sector Reumen, en noviembre de 2015 se instal un SPB para 70 vacas tambin con sistema de cpula flexible e impermeabilizacin con geomembrana inferior, lo que permite trabajar grandes volmenes utilizando un pozo como estructura soportante del volumen interior (Figura 24). El sistema cumple con las normativas vigentes (DS 40 y DS 90) para el tratamiento de los purines de forma segura y limpia, generando biogs para calentar 150 litros de agua a 80C y realizar el lavado de los equipos de la sala de ordea.

Fuente: www.rexin.cl

Relleno sanitarioCampo de pozos

Estacin de succin y quema

Mdulos generadores

Transmisin

Transformadores

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Caso 3El ao 2015 , la Gobernacin Provincial de Valdivia desarroll un estudio, en el marco del proceso de modernizacin y mitigacin de riesgos del Ministerio del Interior sobre el autoabastecimiento hdrico y energtico a partir de la cosecha de aguas lluvias y la produccin de biogs a travs del tratamiento de residuos orgnicos que se llev a cabo en zonas rurales de las comunas de Mariquina (sector costero), Mfil y Los Lagos (sector cordillerano) de la provincia de Valdivia, proyecto en el cual se habilitaron tres pilotos con biodigestores de proceso continuo para uso domiciliario en la Provincia de Valdivia. Los biodigestores operan con estircol de bovino u ovino segn sea la disponibilidad de recursos en cada sector. Estos pilotos pretenden estimar la viabilidad del uso de energas proveniente de la generacin de biogs en sectores apartados de la provincia de Valdivia, revalorizando los desechos animales disponibles, disminuyendo la emisin de metano y contribuyendo a suplir parte de la demanda energtica necesaria en los hogares de familias rurales que trabajan economas de subsistencia o con micro emprendimientos cuyos procesos necesiten de energa (ejemplo: Artesana en lana, especficamente el teido de la misma). Estos pilotos estn operando desde agosto de 2015 (figura 25).

2.10 Experiencias tecnolgicas pertinentes a produccin lctea ganadera

En la Regin de Los Lagos existe la mayor cantidad de biodigestores del pas relacionados con produccin lctea ganadera, existindo 3 tipos de instalaciones:

Biodigestores de estructura rgida con gasmetro externo de capacidad industrial. Este tipo de plantas estn instaladas en Purranque, Osorno y Puerto Octay, para tratar suero de leche en la produccin quesera.

Biodigestores de tipo laguna con estructura superior flexible (gasmetro integrado) para lecheras, principalmente para lecheras pequeas a medianas. Este tipo de biodigestores estn instalados en predios lecheros para tratar los purines generados en los patios de espera, utilizando el biogs para generar electricidad y calor.

Biodigestores de tipo estructura rgida y gasmetro flotante, principalmente para instalaciones domiciliarias y sistemas de produccin a pequea escala. Como se mencion anteriormente, estos modelos de biodigestores se han instalado tambin en la Regin de los Ros para tratar los desechos de los baos y excrementos de animales.

En los biodigestores domiciliarios, las bostas recogidas se licuan con agua para ingresarlas al biodigestor (Figura 26). Junto con el purn de animales se puede ingresar las aguas negras y agregar otros desechos orgnicos disponibles como bagazo de la produccin de chicha, excremento de perros, excremento de aves gallinas, etc.

Figura 25 (A - B - C): Biodigestores de estructura rigida y domo flotante en la Regin de Los Ros, 2015.Fuente: Valentina Torres (A), Patricio Castro (B y C).

A

B

C

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Figura 26 (A-B): Recoleccin, mezcla y llenado biodigestor domiciliario, 2008.Fuente: Biotecsur.

Figura 28: Biodigestor estructura flexible para 80 vacas, Puyehue, 2013.Fuente: Biotecsur.

Es importante destacar que los biodigestores de geomembrana flexible en su mayora son bolsas con una entrada y una salida, por lo que no permiten una limpieza adecuada. Esto provoca que se colmate o se sature de solidos (fibra) despus de 2 a 3 aos aproximadamente, en los casos en que el sustrato que ingresa contiene mucha fibra y poca agua, obligando a reemplazar la bolsa completa. Es por esta razn que se recomienda instalar biodigestores con cpula desmontable ya sea flexible o rgida con gasmetro (Figura 27), que permita realizar limpieza y adems instalar un buen sistema de rejilla o separacin de slidos antes de ingresar al biodigestor.

Ambas tecnologas, Estructura Rgida (fibra de vidrio, plstico) y Estructura Flexible (figura 28), estn disponibles en el sur de Chile. Para predios con ms de 11 vacas y que producen en promedio ms de 100 litros de purines por da es conveniente considerar biodigestores de estructura flexible ya que los volmenes son ms grandes lo que dificulta trabajar con estructuras rgidas por los costos de transporte y montaje.

Figura 27: Biodigestor domiciliario de estructura rgida y cpula flexible, para 20 cerdos, biogs para cocinar, 2008.Fuente: Biotecsur.

A B

31

32

33

Alfredo Erlwein y Eliana Sotomayor

3 ESTIMACIN DE LA PRODUCCIN DE BIOMASA, GENERACIN DE BIOGS Y SU POTENCIAL ENERGTICO

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3.1 Estimacin de las distintas biomasas residuales agropecuarias disponibles para la generacin de biogs en la Regin de Los Ros

La biomasa es toda materia orgnica en su estado inicial o aquella procedente de la transformacin natural o artificial de la misma. La bioenerga o energa de la biomasa, corresponde a toda la energa proveniente de la quema directa de materia orgnica o a travs de los combustible derivados de sta (ya sea en estado gaseoso como el biogs o en forma lquida como los biodiesel) [19]. El hecho de que se trate de una transformacin reciente, excluye de este grupo a los combustibles fsiles, como el carbn, el petrleo o el gas natural [19], [20]. Segn su origen la biomasa puede clasificarse en:

Natural: Corresponde a toda la materia orgnica que se encuentra en la naturaleza sin ningn tipo de intervencin humana como, por ejemplo, el material orgnico muerto en un bosque.

Residual: Proveniente de procesos orgnicos (como los agropecuarios) o artificializados (como los agroindustriales). Algunas veces esta biomasa puede tener algn valor, y es posible su recoleccin, pasando de ser un residuo, a un insumo productivo.

Agrcola: Corresponde a la biomasa de cultivos agrcolas.

Es importante destacar que, si bien la bioenerga proveniente de biomasa agrcola (cultivos) es tcnicamente posible, ha sido realizada en diversos pases y presenta un dilema tico en relacin a la seguridad alimentaria cuando superficies de aptitud agrcola son utilizadas para la generacin de energa y no para el suministro de alimentos. Adicionalmente, teniendo en cuenta las proyecciones mundiales del crecimiento demogrfico y el aumento de la degradacin de tierras producto del manejo inadecuado, la erosin, el cambio climtico y la viabilidad de la bioenerga a travs de cultivos agrcolas no resulta una alternativa sostenible y justa a los combustibles fsiles. En contraposicin, la bioenerga y en particular el biogs proveniente de residuos agrcolas, se visualiza como una tecnologa clave en la transicin hacia una era de energas renovables, pues no solo utiliza como insumo desechos de un proceso anterior, sino que permite generar energa con bajo impacto ambiental y social. En consideracin con lo anterior, el potencial de biogs slo se calcul en base a la existencia de residuos, dejndose fuera los cultivos agrcolas en este estudio.

No obstante, es relevante notar que en determinadas situaciones el uso de cantidades limitadas de cultivos agrcolas para la produccin de biogs podra generar beneficios y externalidades positivas en la disminucin de la presin sobre el bosque en el caso de comunidades rurales que dependen de lea para la generacin de calor y cocina (ver ejemplo en captulo 3.3.4).

Compuesto proveniente de restos de organismos vivos o muertos. La parte viva son las races de las plantas, bacterias, lombrces, algas, hongos, etc. La parte muerta son los restos muertos o en descomposicin; hojarascas, madera y estircol. www.fao.org/docrep/009/ah645s/AH645S05.htm

La bioenerga y en particular el

biogs, provenientes de

residuos agrcolas se visualizan como

una tecnologa clave

en la transicin hacia una era de energas renovables

35

3.1.1 Aspectos metodolgicos

Para efectos de clculo, se consideraron diversas fuentes bibliogrficas disponibles, en algunos casos, el estudio se enfoc en anlisis de casos, detallndose todos estos a lo largo del captulo. Asimismo, una importante base metodolgica la constituyen tesis de pre y postgrado especficas en relacin a estimacin de potenciales de biogs en la Regin de Los Ros [19] [20] [21] dirigidas por el primer autor de este captulo, en donde se plantean estructuras y mtodos de investigacin, al tiempo que se generan bases de datos e informacin relacionada. Toda esta informacin es actualizada en el presente estudio y ampliada a otros recursos no estudiados previamente. Slo se incluyeron recursos del sector agropecuario, no considerndose otras materias primas con potencial de produccin de biogs, tales como los lodos de plantas de tratamiento de aguas o de salmonicultura. Tampoco fueron considerados los cultivos agrcolas para bioenerga, puesto que tal como se analiza en el texto, stos son cuestionados ambiental y ticamente, a excepcin de casos justificados de pequea escala.

Dentro de los supuestos asumidos en este captulo se encuentran:

Lecheras:

Energa biogs=6 Kwh/m (se asume 60% de metano) Dilucin de purines constante y equivalente a 50% Perodo produccin leche/vaca= 6 meses/ao Condiciones y superficie de corral/animal constante Produccin de fecas/animal constante, 10% del peso vivo Diferencia de peso/animal segn segmento productivo

Ferias Ganaderas:

Funcionamiento: 52 semanas /ao / 1 da /semana Permanencia de animales: 1,5 das /semana Rendimiento de estircol lquido: 40 m de biogs/ estircol lquido

Productores de cerdos:

Recoleccin de estircol: 40% de estimacin en base a diversas situaciones; animales en pastoreo, pastoreo con encierro nocturno y estabulacin permanente

Rendimiento de estircol lquido: 60 m estircol lquido

Aves:

70 m biogs/ m estircol

Se asume que en la AFC y pequea agricultura, los partos y produccin lechera se concentran en el perodo primaveral tendiendo a la estacionalidad ms que al funcionamiento continuo. Asimismo, se asume que en este segmento productivo los perodos de lactancia son menores que en los planteles altamente tecnificados o de gran escala.

La cantidad de purines de un plantel est determinada por la capacidad de recoleccin de estircol (principalmente en los patios de espera) y el grado de dilucin (determinado fuertemente por la separacin de aguas lluvias a travs de techumbre y canaletas). La extensin de los patios y techumbres vara sustantivamente entre planteles, variabilidad que se obva para efectos de clculo.

Como se aprecia posteriormente, se establecen pesos por animal diferentes para cada tamao de plantel, bajo la premisa que planteles ms grandes y tecnificados presentarn animales ms grandes (vacas de alta produccin) que planteles menores.

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Cerveceras:

El porcentaje de metano de este tipo de biogs es de 70% (alto), entonces la cogeneracin tiene mayor eficiencia que generacin de purines en AFC, logrando 3Kwh trmico y 2,5Kwh elctrico/m de biogs.

En este estudio se analiz la biomasa residual agroalimentaria disponible en la Regin de Los Ros con potencial para generacin de biogs, clasificndola como biomasa residual hmeda y biomasa residual slida (Figura 29).

Figura 29: Clasificacin de biomasas agropecuarias residuales analizadas en este estudio (adaptado de CNE-GTZ [22]).

BIOMASA

Biomasa slida

Biomasa lquida

Estircol avcola

Industria cervecera

Estircol vacuno

Estircol porcino

Ferias ganaderas

Industria quesera

Residuos de matadero

Dado que las diferentes biomasas varan en formato (lquido o slido), el contenido de humedad y potencial de generacin de biogs, no son presentadas comparativamente en este captulo, sino en el prximo, en trminos de produccin de biogs potencial.

3.1.2 Biomasa residual lquida

Se considera biomasa residual lquida a aquellos residuos que contienen menos del 10% de materia seca. Entre ellos es posible destacar a los residuos provenientes del tratamiento de aguas residuales domiciliarias, la agroindustria y los procesos agropecuarios (purines de porcino y vacuno) [20].

3.1.2.1 Purn de vacuno de lechera

El purn de vacuno corresponde a la mezcla producida por las excretas y orina de las vacas, el agua utilizada para el lavado de las instalaciones del plantel y las aguas lluvias captadas en los corrales de espera. En el caso de las lecheras de la zona sur de Chile, debido a la caracterstica climtica de alta pluviosidad, las aguas lluvia y las aguas de lavado (de equipos e infraestructura) representan casi la mitad de los purines generados en las lecheras [20].

37

En la regiones de Los Ros y Los Lagos, una vaca en ordea produce, en promedio 105 litros purn/da. En general, la generacin de purines est determinada por el manejo a nivel predial, el sistema de produccin, ya sea estabulado (con recoleccin de excretas) o en base a pastoreo (excretas en potrero no son utilizables) [21] y las dimensiones del patios de espera que determinan, en gran medida, la cantidad del agua lluvia colectada. En la Regin de Los Ros los animales estabulados no alcanzan el 5%, por lo cual la gran mayora del estircol generado, de caractersticas slidas, no es recolectado, quedando como abono en los potreros pastoreados [22].

De acuerdo a la literatura y entrevistas realizadas a productores de la regin de Los Ros, se determin que un animal produce en excretas el equivalente al 10% de su peso vivo al da y la dilucin de las excretas es de aproximadamente un 50% [20], lo que resulta en una produccin de purn equivalente al 20% del peso vivo por vaca al da. Es importante considerar que lo anterior estima solo el periodo colectable, el que corresponde entre a 3 a 4 horas diarias por 6 meses al ao por vaca en el caso de las explotaciones pequeas y medianas.

Conjuntamente, se determin el peso promedio de la vaca en ordea de acuerdo a la clasificacin de estratos segn tamao predial. Los estratos se determinaron de acuerdo a la tenencia de vacas promedio en ordea por productor, siendo mayor el peso en los planteles de mayor tamao. Esta segmentacin se realiz en base a la clasificacin realizada por el Instituto Nacional de Estadsticas (INE) [23], el cual define como pequeos productores lecheros a aquellos que poseen un rebao ganado de entre 10 a 49 cabezas. De la misma manera, el Instituto de Desarrollo Agropecuario (INDAP) se refiere a este segmento como "Agricultura Familiar Campesina (AFC) . Para el segmento superior a 50 vacas promedio en ordea se realiz el anlisis tambin en base a la informacin entregada por la Encuesta de Ganado Bovino [23]. Los resultados se presentan en la tabla 6. Detalles de clculo y coeficientes en anexo 7.3.1

Los estratos definidos para el segmento de AFC se estructuraron en base a la informacin entregada por los programas de fomento SAT, PAP, PDTI y PRODESAL de INDAP. Vara entre 34 a 260 lt purn/ vaca/ da

Tabla 6: Detalle de nmero de animales y produccin de purines por tamao de explotacin

Vacas en Vacas en Peso/vaca Establo Purines ordea ordea (kg) (hr/da) (m/ao)0 a 9 1.625 450 3 3.336 10 a 24 4.288 450 3 8.804 25 a 49 3.453 500 4 10.503 50 a 99 8.751 500 4 26.618 100 a 299 17.967 550 4 60.115 300 y mas 81.153 600 4 296.208 Total 115.148 405.584

Fuente: elaboracin propia, en base a INE 2011 [23].

Un animal produce en excretas el

equivalente al 10% de su peso vivo al da y la dilucin de las excretas es de

aproximadamente un 50%

38

De acuerdo a la tabla 6, se puede determinar que la Regin de Los Ros genera anualmente 405 mil m de purines provenientes de la lechera, de los cuales el 5,6% corresponde a explotaciones de pequeos productores.

3.1.2.2 Estircol de porcino

El sector porcino no presenta cifras significativas en la Regin de Los Ros [24]. A pesar de la existencia de empresas que elaboran productos en base a carne de cerdo, en la regin la mayora obtiene la materia prima desde criaderos ubicados en otras regiones como La Araucana y Bo Bo, incluso, a travs de importaciones desde Canad y Estados Unidos [25]. No obstante, la crianza de cerdos constituye una actividad que genera aportes a la economa local, especialmente en zonas rurales y sub-urbanas.

Para propsitos del estudio, se estim la disponibilidad de biomasa residual hmeda proveniente de la crianza de cerdo a partir de tres tamaos de explotacin. Adems, se asumi una produccin de 0,003 m de estircol/da [26] y una eficiencia de recoleccin de un 40%. En la tabla 7 se determina el total de cabezas de cerdo por estrato y la disponibilidad de produccin anual de biomasa para este rubro en Los Ros. Detalles de clculo y coeficientes en anexo 7.3.1.

Datos de peso de animales fueron obtenidos de entrevistas a productores de la Regin.

Tabla 7: Detalle de nmero de cabezas de cerdo y produccin de purines por tamao de explotacin en la Regin de Los Ros

Rango Cabezas de cerdos Estircol (m/ao)Menos de 50 cabezas 31.924 13.983Ms de 50 y menos de 500 1.594 698Ms de 500 700 307Total 34.218 14.988

Fuente: Elaboracin propia en base al Censo Silvoagropecuario 2007 [24].

De acuerdo a la tabla anterior, la disponibilidad de materia orgnica generada por la produccin de porcinos en la Regin de los Ros es de 15 mil m/ao. El segmento que corresponde a la agricultura familiar campesina (menos de 50 cabezas de porcino) genera un 93% de la biomasa total de excretas de porcinos producida en la regin.

3.1.2.3 Ferias ganaderas

En la Regin de Los Ros existen dos ferias de remate: FEGOSA, ubicada en la comuna de Paillaco, y Tattersall, ubicada en la comuna de Ro Bueno. Para la estimacin de la produccin de biomasa (principalmente purines bovinos, pero tambin excretas de otras especies, as como residuos orgnicos de las faenas), se utiliz la informacin que ambos establecimientos publican semanalmente sobre precios y cantidad de animales rematados, adems de la informacin proveniente de entrevistas. Detalle de entrevistas anexo 7.4

La disponibilidad de materia orgnica

generada por la produccin de porcinos en la Regin de Los

Ros es de 15 mil m/ao

39 Tabla 8: Purn producido segn tipo de animal Tattersall Tabla 9: Purn producido segn tipo de animal FEGOSA

En relacin al manejo de purines, Tattersall almacena las aguas de lavado y posteriormente las traslada a una planta procesadora que filtra y separa los compuestos slidos (excretas) de los lquidos. Los lquidos son eliminados a travs del alcantarillado, y los slidos son incorporados a las dems excretas producidas semanalmente por los animales rematados y luego son retirados del recinto (anexo 7.4.2, entrevista Tattersal). FEGOSA, por su parte, realiza un manejo similar con las aguas de lavado. Estas son almacenados en dos pozos purineros y una vez que los pozos se encuentran llenos, los purines son trasladados a una planta procesadora (anexo 7.4.5, entrevista FEGOSA).

Para la determinacin de la disponibilidad de biomasa residual hmeda de las ferias de ganado se analizaron datos de la temporada 2014, considerando 51 remates para el caso de Tattersal y 52 para FEGOSA. Adems, segn informacin recopilada en terreno se determin una permanencia de 1,5 das promedio de los animales en ambas ferias.

Los parmetros utilizados para determinar la cantidad de purn producido por animal se obtuvieron del estudio de Deublein y Steinhauser [32] (informacin detallada en el anexo 7.3.1). En las tablas 8 y 9 se detallan las cantidades de estircol lquido producido segn tipo de animal para cada feria.

Feria Tipo de Purn animal Cabezas/ao (m/ao)

Bovinos 40.197 123.000

Tattersall Porcinos 2.686 827

Ovinos 3.599 1.455

Equinos 7 18

Total 46.489 125.308

Feria Tipo de Purn animal cabezas/ao (m/ao)

Bovinos 34.676 57.909

FEGOSA Porcinos 1.785 280

Ovinos 1.784 670

Equinos 258 664

Total 38.503 59.523

Diferencias en produccin de purn/cabeza entre ferias se debe a diferente tipos de ganado en remates. En el caso de vacunos, dado por proporciones de vacas, vacunos de engorda, vacas de produccin lechera, bueyes, toro de reproduccin vacunos jvenes (2 aos) y ternero de crianza (1 ao). Vacas, vacunos de engorda.

Segn las tablas anteriores es posible determinar que la mayor cantidad de materia orgnica es producida en Tattersall, la que junto con la biomasa generada por FEGOSA suman aproximadamente 185 mil m de biomasa residual lquida proveniente de ferias ganaderas en la Regin de Los Ros.

3.1.2.4 Industria quesera

Las materias primas animales y vegetales para la elaboracin de productos alimenticios generan abundantes residuos susceptibles de ser aprovechados para la produccin de biogs. El uso de estos residuos incrementa la productividad en las plantas productoras dando simultneamente una solucin a problemas ambientales.

Fuente: Elaboracin propia. Fuente: Elaboracin propia.

40

Dentro de los residuos provenientes de la agroindustria con mayor potencial en la Regin de Los Ros, se encuentra la industria lctea y crnica [27].

En la Regin se elaboran diversos productos derivados de la leche, tales como: quesos, queso fresco y quesillo, leche fluida, mantequilla, crema fresca, manjar, yogurt y otros; siendo quesos, dentro de los productos con igual unidad de medida (kilogramos), el producto que presenta mayor elaboracin (kg) [28]. Por otro lado, de la totalidad de los productos lcteos, la produccin de queso es la nica que genera un residuo (o subproducto, segn el uso que se le d) de alta carga orgnica llamado lactosuero.

El lactosuero fue considerado por largo tiempo como un desecho difcil de tratar y eliminar debido a las grandes cantidades producidas en la industria del queso. Sin embargo, actualmente es una de las materias primas ms usadas en el mbito alimentario. Su principal aplicacin es la alimentacin animal, especialmente como sustituto de la leche en la alimentacin de cras de rumiantes y porcinos, pero tambin en procesos de cra y engorde. Sin embargo, la recogida y posterior secado del lactosuero para la obtencin de productos en polvo resulta nicamente rentable para grandes volmenes de lactosuero, por lo que las pequeas y medianas queseras no pueden almacenar en sus instalaciones las cantidades necesarias para rentabilizar su transporte. En estos casos, las opciones de gestin pasan por su eliminacin mediante vertido, la aplicacin a terrenos o su uso directo en alimentacin animal; alternativas que, sin embargo, presentan riesgos tanto ambientales como sanitarios si no se realizan de manera adecuada y controlada. Hoy en da, la posibilidad de introducir un tratamiento biolgico para el lactosuero, como la digestin anaerobia, se presenta como una opcin factible que puede permitir gestionar y valorizar econmicamente este sustrato, gracias al aprovechamiento energtico del biogs [29] [25].

En la Regin de Los Ros la produccin de queso fue de 51,5 millones de kilogramos durante el 2013, cifra inferior en -0,1% (0,03 millones de kilos menos) que el 2012, representando 44,4% del total de queso producido a nivel nacional [28]. Actualmente, en la Regin existen 39 fbricas en funcionamiento autorizadas por el Servicio de Salud (anexo 7.3.2), las cuales para fines prcticos de este estudio, sern divididas en lctea mayor y lctea menor, segn se define a continuacin:

Lctea mayor: corresponde a las plantas lecheras cuyos antecedentes productivos son recopilados mensualmente por la Oficina de Estudios y Polticas Agrarias ODEPA. Se le denomina mayor porque entre ellas se encuentran las empresas que procesan un volumen de leche superior a la industria lctea menor [28].

Lctea menor: corresponde a las empresas cuyos antecedentes son recopilados trimestralmente por el Instituto Nacional de Estadsticas y que, en general, cuentan con niveles de produccin menor [28].

En este estudio, se asumi que la mayor parte de estos residuos corresponden a lactosuero, sin considerar los residuos provenientes del lavado de estanques, derrames u otros. Adems, de acuerdo a informacin bibliogrfica [27] y datos recopilados en entrevistas a productores, se estim que por kilogramo de queso producido se generan 9 kilogramos de suero.

41

Tabla 10: Generacin anual de suero hmedo, seco y materia orgnica en la Regin

INDUSTRIA Queso promedio Suero hmedo Suero seco Materia orgnica anual 2013-2014 (kg) (kg) (kg) (Ton MS)Lctea menor 1.458.477 13.126.289 787.577 689Lctea mayor 49.843.252 448.589.264 26.915.356 23.551Total 51.301.728 461.715.552 27.702.933 24.240

Segn la tabla 10, la disponibilidad estimada de materia orgnica proveniente de la industria quesera en la Regin de Los Ros es de 24 mil toneladas, de las cuales el 3% corresponde a productores del segmento lctea menor.

3.1.2.5 Residuos de beneficio de ganado (mataderos)

La actividad industrial de matanza de ganado genera una gran cantidad de residuos slidos de variada composicin provenientes de las diferentes etapas del proceso. Dentro de estos residuos slidos se encuentran subproductos no utilizados (vsceras verdes, cabezas, patas), subproductos utilizados (vsceras rojas, cuero), grasas, estircol, contenido ruminal y decomisos de matadero. Estos residuos, suponen un sustrato muy adecuado para la biometanizacin [30].

Aproximadamente, entre un 20% y un 50% del peso del animal no es apto para el consumo [20]. Por lo tanto, la mayor parte de los desechos deben manejarse cuidadosamente en lo referente a su minimizacin, recoleccin, procesamiento y uso (reutilizacin) lo que disminuye considerablemente los daos ocasionados al medio ambiente, a los recursos naturales renovables y a la salud humana [30].

Para el anlisis potencial de produccin de biogs a partir de residuos de mataderos en la Regin de Los Ros, en base a la metodologa desarrollada por Vermehren [27] se cuantificaron los residuos de dos mataderos autorizados: Frigorfico Valdivia y Frigorfico Balmaceda (en adelante FRIVAL y FRIGOBAL, respectivamente). Para poder determinar la cantidad de residuos de beneficio de ganado, slo se consideraron ambas plantas de procesamiento, dejando de lado otras fuentes posibles, tales como mataderos clandestinos o faenamientos realizados en sectores rurales. En el caso de la planta FRIGOBAL, el flujo de residuos anuales se encuentra disponible en la Superintendencia de Servicios Sanitarios (SISS) y se utiliz como base la misma informacin utilizada para la planta FRIVAL. (Tabla 33, anexo 7.3.1).

De esta forma, segn el promedio de la produccin regional de queso para lctea mayor y lctea menor entre los aos 2013 y 2014 con datos de ODEPA y la cantidad de suero generado por unidad de queso producido, se estim la generacin anual de lactosuero para la regin (ver tabla 10). Detalle de coeficientes de clculo en tabla 32, anexo 7.3.1.

La disponibilidad estimada de

materia orgnica proveniente de la industria quesera

en la Regin de Los Ros es de

24 mil toneladas

Fuente: Elaboracin propia.

42

Para estimar los residuos de ambos mataderos se utiliz como base lo expuesto en la Declaracin de Impacto Ambiental de la planta FRIVAL, presentado en el Sistema de Evaluacin Ambiental [24] en donde se caracterizan sus RILEs (tabla 34, anexo 7.3.1). El volumen del flujo diario de residuos lquidos generados en la planta FRIVAL es de 650 m [31], asumiendo un funcionamiento de la planta durante los 365 das del ao. De acuerdo a esto, y considerando los datos presentados en las tablas 33 y 35 del anexo 7.3.1, se obtuvieron los valores de materia seca. La cantidad total de materia orgnica para la planta FRIVAL fue de 495 ton/ao y FRIGOBAL 25 ton/ao.

3.1.3 Biomasa residual slida

La biomasa residual slida incluye a todos los productos orgnicos no utilizados en las actividades agrcolas y ganaderas, las forestales y la de los procesos de las industrias agroalimentarias y de transformacin de la madera. Algunos ejemplos de este tipo de biomasa son la paja, el orujo, desechos de poda y raleos, aserrn, residuos de matadero, aceites y grasas, lodos provenientes de plantas de tratamiento de aguas (industriales y domsticas), residuos slidos urbanos y estircol avcola [20].

3.1.3.1 Estircol avcola

El estircol avcola se considera como biomasa residual slida, para las aves destinadas a la produccin de carne, este estircol se halla mezclado con una cama de aserrn, denominndose Guano de Ave para Carne (GAC) [20].

En este estudio, se clasific la produccin de aves para la Regin de Los Ros en dos estratos, definidos como: pequea y mediana explotacin [32]. La disponibilidad de biomasa se estim asumiendo que la produccin diaria de estircol lquido por ave es de 0,0001 m [33], [26], con una eficiencia de recoleccin del 50%. A continuacin, la tabla 11 detalla la cantidad de biomasa disponible en pequeas y medianas explotaciones. Segn sta, la produccin anual de biomasa residual slida proveniente de las pequeas y medianas explotaciones de la Regin de Los Ros es de 6,6 mil m al ao.

Rango Total aves Estircol animal (m/ao)Pequeas explotaciones 270.000 4.928Medianas explotaciones 95.000 1.734Total 365.000 6.662

Tabla 11: Estircol de aves segn tamao de explotacin

El estircol avcola se considera

como biomasa residual slida,

a diferencia del estircol

bovino y que al combinarse con agua (purines)

se clasifica como biomasa lquida

Fuente: Elaboracin propia.

43

3.1.3.2 Industria cervecera

La elaboracin de la cerveza trae consigo la generacin de residuos slidos, tales como orujo cerveceros (o bagazo), levaduras y los lodos generados durante el tratamiento de las aguas residuales. En particular el bagazo constituye un residuo con valor ganadero bovino dado su alto contenido calrico y alta palatabilidad, pese a sus restricciones de aprovechamiento dada su rpida perecibilidad. En caso de no poder aprovecharse estos residuos, el proceso de digestin anaerobia ofrece ventajas sustanciales para el tratamiento de los residuos orgnicos generados por esta industria, dada la posibilidad de generar energa renovable a travs de la generacin de biogs [34]. En particular el bagazo, dado su contenido calrico, presenta una buena generacin de biogs.

El consumo de cerveza artesanal en Chile equivale slo al 2% del total del mercado de bebestibles, pero ha ido creciendo con fuerza en un orden del 30 % anual [35].

Debido a su popularidad, la industria de la cerveza se ha ido diversificando. Es por eso que hoy en da se puede hablar de tres categoras: los cerveceros caseros, las mini cerveceras y las cerveceras industriales [36].

Los cerveceros caseros poseen equipos rudimentarios que permiten repetir de forma casera la misma receta en distintas producciones.

Las mini cerveceras (cerveceros artesanales, pequeos fabricantes) tienen un equipamiento ms sofisticado que el de los cerveceros caseros: tanques, bombas, filtros, entre algunos, pero no llegan al nivel de industrializacin que otras cerveceras.

Las cerveceras industriales poseen mayor equipamiento y tecnologa en el proceso, produciendo miles de litros que son comercializados en el mercado nacional e internacional.

En la Regin de Los Ros, la produccin de cerveza ha aumentado considerablemente durante los ltimos aos, existiendo actualmente un total de 23 cerveceras formalizadas y 8 en vas de formalizacin [37].

Del grupo de las 23 empresas formalizadas existentes en la Regin de Los Ros, se determin la produccin de bagazo para 4 empresas representativas del grupo de mini cerveceras (cerveceros artesanales, pequeos fabricantes). De acuerdo a la informacin recopilada en entrevistas realizadas a los productores (anexo 7.7), se estim una equivalencia de 3 a 4 kilos de malta por litro de cerveza y un 27% de materia seca para bagazo, segn lo determinado en anlisis de laboratorio. A continuacin, en la tabla 12, se detalla la produccin de bagazo para cada empresa.

44

Tabla 12: Produccin de cerveza y bagazo para 4 empresas de la Regin de Los Ros

Empresas Litros cerveza /ao Kg malta/ao Kg bagazo/aoA 204.000 51.000 86.400B 16.800 4.800 8.132C 7.680 2.400 4.066D 14.400 4.800 8.132Total 242.880 63.000 106.730

En base a informacin recopilada se estim que la produccin de cerveza de los 4 productores presentados en la tabla 12, representan el 5% de la produccin de la Regin. Es decir, la produccin de cerveza de la Regin de Los Ros bordea los 50 mil hectolitros, lo que representa una produccin de 2 mil toneladas de bagazo al ao.

3.2 Potencial terico de biogs a partir de las biomasas disponibles

3.2.1 Aspectos metodolgicos

Este captulo tiene como objetivo estimar el potencial terico de biogs, es decir la metanizacin de toda la materia orgnica disponible segn se calcul en el captulo anterior. Es importante afirmar que pese a que los recursos de biomasa pueden variar bastante a lo largo del pas o incluso el mundo, la produccin de biogs por tipo de biomasa particular debera ser relativamente constante, dado que la biodigestin es un proceso relativamente invariante si se cumplen condiciones mnimas de funcionamiento. Es por ello que utilizar datos referenciales de otros pases de condiciones similares (como pases con clima templado lluvioso, como en la Regin de los Ros), constituye una fuente de informacin relativamente confiable respecto de las producciones potenciales. Desgraciadamente, las tecnologas para pequeos y grandes predios o industrias existentes difieren mucho respecto a costos y a rendimientos, por lo que realizar generalizaciones es riesgoso e impreciso. Por esta razn, se decidi utilizar los factores de conversin estandarizados y ms frecuentes en la bibliografa existente, de manera de lograr representatividad de la informacin.

En la tabla 13 se muestran los factores de conversin de biogs segn la fuente de la biomasa, estimados a partir de datos bibliogrficos [1]. En el caso de los purines de lechera, el factor de conversin surge adems de la experiencia de la empresa Biotecsur en lecheras de las regiones del sur de Chile. En el caso del bagazo de cervecera, el valor fue estimado en base a resultados experimentales de produccin de biogs a partir de bagazo cervecero, realizados por el autor en el Instituto de Ingeniera Agraria y Suelos, Universidad Austral de Chile.

Fuente: Elaboracin propia.

45

Rango Total purines (m/ao) Biogs (m /ao) 0 a 9 3.336 83.408 10 a 24 8.804 220.095 25 a 49 10.503 262.572 50 a 99 26.618 665.441 100 a 299 60.115 1.502.865 300 y ms 296.208 7.405.211 TOTAL 405.584 10.139.592

Tabla 13: Factores de conversin de materia orgnica en biogs

Tabla 14: Potencial valor terico de generacin de biogs a partir de la digestin anaerbica de purines de vacunos de lechera

Biomasa Factor conversin Biogs (Lt) / Biomasa (kg o Lt) Lecheras - purines 25Quesera-suero 46Ferias ganaderas-estircol 40Cerdos- estircol 40Aves-estircol 70Bagazo de cervecera 110

De esta manera, con los factores de conversin y en base a las cantidades de biomasa disponibles abordadas en el captulo anterior, se calcularon los potenciales regionales de biogs. Adems del clculo de los potenciales regionales totales, se calcul el potencial de generacin de biogs de la produccin a pequea escala, esto es, cultivos en agricultura familiar campesina (Agricultura de Subsistencia y Pequeo Agricultor), produccin lctea menor (suero), productores de cerdos de menos de 50 cabezas y pequeas explotaciones de aves y cervecera artesanal.

3.2.2 Potencial terico de biogs de biomasa residual lquida

3.2.2.1 Purn de vacuno de lechera

El clculo del potencial de generacin de metano a partir del purn de vacuno se realiz para productores con menos de 50 vacas en ordea mediante la informacin proveniente del INDAP y para productores con un plantel mayor a 50 vacas en ordea de acuerdo a la informacin obtenida por el INE. En la tabla 14 se presenta el total de purines producidos por vacunos en ordea en la Regin de Los Ros, segn los resultados obtenidos en el captulo 3.1. Sobre la base de esta informacin se calcul un valor terico de generacin de biogs para cada segmento. En el anlisis se consider que por cada m de purn se producen 25 m de biogs.

Kilgramos en caso de residuos slidos, litros en caso de residuos lquidos.

El clculo del potencial de

generacin de metano a partir del

purn de vacuno se realiz para

productores con menos de 50 vacas

en ordea, mediante la informacin

proveniente de INDAP

Fuente: Elaboracin propia.

Fuente: Elaboracin propia.

46

3.2.2.2 Estircol de porcino

En la tabla 15 se presenta el potencial terico de generacin de biogs a partir de la digestin anaerobia de estircol para cada tamao del productor segn cabezas de ganado porcino, el cual fue determinado en este captulo. Para los clculos, se consider una eficiencia de recoleccin de materia orgnica del 40% y una produccin de 40 m por cada m de estircol.

Tabla 15: Produccin de biogs porcino

Tabla 16: Produccin estimada de biogs para las industrias lcteas de la Regin de Los Ros

Rango Total estircol lquido Biogs (m/ao) (m/animal/ao) Menos de 50 cabezas 13.983 559.308Ms de 50 y menos de 500 698 27.927Ms de 500 307 12.264Total 599.499

3.2.2.3 Ferias ganaderas

Para el caso de ferias ganaderas se consider una produccin de 40 m de biogs por cada m de purn estircol. Por lo tanto, la produccin potencial de biogs al ao para Tatterssall y FEGOSA es de 5.012.331 m y 2.380.917 m, respectivamente.

3.2.2.4 Residuos de la industria quesera

Considerando un promedio entre el valor superior e inferior del rango expuesto en el anexo 7.6 y un rendimiento de biogs de 875 (m/Ton MOS), se calcul la cantidad de biogs para la industria lctea mayor y menor. Para la industria lctea mayor tambin se calcul a nivel de planta, obtenindose los siguientes resultados:

INDUSTRIA Materia orgnica (Ton MS) Biogs (m /ao)Lctea Menor 689 602.989Lctea Mayor 23.551 20.607.069Total regin 24.240 21.210.058

3.2.2.5 Mataderos

Para el clculo de potencial de produccin de biogs de FRIVAL, las grasas fueron separadas de los RILEs segn lo sealado en la Declaracin de Impacto Ambiental (SEIA, 2005). Por lo tanto, para el clculo total de biogs se analiz por una parte, el potencial de las grasas y por otra el potencial del resto del RIL, utilizando en ambos casos, factores de conversin especficos para las grasas y para el RIL .

Fuente: Elaboracin propia.

Fuente: Elaboracin propia.

47

Parmetro Biogs (m/ao)Slidos suspendidos 174.331Aceites y grasas 87.329TOTAL 261.660

Tabla 17: Potencial de biogs Planta FRIVAL

Cabe destacar que tal como se aprecia en la tabla 34 del anexo 7.3.1, los valores de slidos suspendidos sumados a los de aceites y grasas son significativamente inferiores a los de la DBO5 (que es una variable indicadora de la cantidad de materia orgnica disponible para los microorganismos). Sin embargo, no se encontraron indicadores adecuados para transformar esta ltima variable en biogs, por lo tanto, se utilizaron los slidos suspendidos y las grasas para esto, de modo que es posible una subestimacin del potencial para esta industria [27]. Los resultados se muestran en la tabla 17:

Para estimar los residuos generados en la planta FRIGOBAL se consider el volumen de RILEs generados, segn lo sealado por la Superintendencia de Servicios Sanitarios, informacin que entreg a este organismo la planta de tratamiento de aguas residuales de la empresa Essal para el ao 2011, en la comuna de La Unin [27]. De acuerdo a estos datos, se estim el potencial de produccin de biogs del frigorfico. En la tabla 18 se seala el potencial de produccin de biogs para ambas empresas

Tabla 18: Potencial regional de generacin de biogs en la industria de matadero

Planta Biogs (m/ao)FRIVAL 261.660FRIGOBAL 13.269Total 274.929

3.2.3 Potencial terico de biogs de biomasa residual slida

3.2.3.1 Estircol avcola

De acuerdo al total de biomasa residual determinada, se calcul el potencial terico de biogs generado a partir del estircol de la crianza y engorde de aves para pequeas y medianas explotaciones en la Regin de Los Ros. En la tabla 19 se presenta el potencial terico de biogs generado a partir del estircol de la crianza y engorde de aves para pequeas y medianas explotaciones de la regin.

Para los clculos se estim una eficiencia