Resumen

Este proyecto de investigación se centra en el estudio de una nueva alternativa de combustible limpio, su modo de cultivo y reproducción. El método que se utilizara corresponde a Guillard & Rhyter Soluciones Nutrientes; esto para el medio de cultivo en la Spirullina. El método para la reproducción de biogás se llevara a cabo por medio de un prototipo casero que permita la reproducción y almacenaje del resultado final (biogás).

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Existe un abuso en combustibles fósiles (petróleo, gas natural, carbón) por lo que es el principal causante de las emisiones de gases de efecto invernadero, acelerando el calentamiento global.

El 53% de la basura que se genera en México es orgánica y el 47% inorgánica. El informe de “Estado de las ciudades de México” revela que el tratamiento de la basura orgánica en el país es limitado, en el país en el 2010 se reciclo el 4% de los desechos orgánicos.

Más de la mitad de los desechos son orgánicos, ¿Y si estos los utilizáramos para disminuir las emisiones de combustibles fósiles?

La descomposición de los desechos orgánicos que se generan en una casa habitación se pueden utilizar para crear gas natural y alimentar nuestros aparatos (estufa, calentador) y a su vez los desechos generados de la descomposición (biomasa) se convierten en fertilizantes naturales (lixiviados), libre de tóxicos.

Antecedentes

El biogás es una forma ecológica de generar gas. Se produce por la descomposición de residuos o materia orgánica. La tecnología que se requiere para poder producir biogás se llama biodigestor y es bastante simple ya que consta de una cámara donde se incorporan los residuos orgánicos como restos de comida, cosechas, estiércol, etc y se agregan bacterias anaeróbicas que son las que degradan la materia que luego de un tiempo se transforma en metano.

MICROALGAS: Son llamadas microalgas a una gran cantidad de especies que constituyen el fitoplancton que abarca desde organismos autótrofos hasta micro flagelados y micro ciliados autótrofos.

Su posición taxonómica ha sido de gran polémica entre botánicos y zoólogos, como ejemplo podemos mencionar el grupo de los dinoflagelados, conocidos por unos como microalgas y por otros como protozoarios

Conocidas comúnmente como algas verde-azuladas por su color verde-azulado (a veces rojizo, pardo o negro) y también como Cianofitos. Se caracterizan por ser:

• Procariotas (sin núcleo verdadero)

• Autótrofos (fundamentalmente)

• Constituidos por elementos idénticos aislados (unicelulares) o en cenobios filamentosos, planos o globulares

• Viven en medios húmedos o acuáticos con una gran adaptabilidad

• Tamaño entre 1 µm hasta varios micrómetros

BIOGAS: Dentro de los diferentes tipos de energías procedentes de la biomasa, uno de los principales usos que encontramos en la producción de energía a partir de la biomasa es el denominado como biogás. El biogás también es un producto de la descomposición de la materia orgánica y consiste en un tipo de gas combustible

La biomasa incluye plantas de crecimiento rápido, restos de animales, madera y algas cultivadas, por citar solo algunos sencillos ejemplos.

Es decir que muchas veces son desechos, que en este caso podrían reutilizarse y reciclarse para generar energía, energía de biomasa. Cuando se descompone genera gases que pueden utilizarse como combustible, principalmente el gas metano. Por eso se le suele llamar biogás, porque procede de materiales orgánicos, no de las entrañas de la tierra.

BIOMASA: La biomasa es la utilización de la materia orgánica como fuente energética. Por su amplia definición, la biomasa abarca un amplio conjunto de materias orgánicas que se caracteriza por su heterogeneidad, tanto por su origen como por su naturaleza.

En el contexto energético, la biomasa puede considerarse como la materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. Estos recursos biomásicos pueden agruparse de forma general en agrícolas y forestales. También se considera biomasa la materia orgánica de las aguas residuales y los lodos de depuradora, así como la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU), y otros residuos derivados de las industrias.

La valoración de la biomasa puede hacerse a través de cuatro procesos básicos mediante los que puede transformarse en calor y electricidad: combustión, digestión anaerobia, gasificación y pirolisis.

¿PARA QUÉ SE PUEDE UTILIZAR EL BIOGÁS?

La producción de biogás por descomposición sin aire (descomposición anaeróbica) es un modo útil para tratar residuos biodegradables, dado que produce un combustible de valor (el metano), y genera un desperdicio que puede aplicarse como abono genérico o acondicionador de suelo.

 Es una gran solución para abastecer de servicios de electricidad y gas a pequeñas ciudades y pueblos alejados.
Lo que se requiere para que esta energía alternativa sea exitosa es concientizar a la población de lo importante de no desechar su basura orgánica sino aportarla en los biodigestores para que funcionen.
La colaboración de la comunidad es fundamental para que funcione ya que una familia o grupo pequeño de personas no alcanza para generar tantos residuos como para alimentar al biodigestor.
Es importante cambiar nuestro comportamiento y ayudar si hay una planta de biogás en nuestra ciudad.
Tomar conciencia de que gran parte de los materiales que consideramos basura son en realidad materia prima que nos puede proporcionar abono, gas o electricidad.
Existen muchas experiencias exitosas en todo el mundo sobre el uso de biodigestores para fabricar gas.
Solo en Europa existen al menos 60 plantas de tratamientos de residuos orgánicos.
Esta energía es absolutamente renovable y limpia por lo que realmente colaboramos en mejorar el medio ambiente con el uso de este tipo de tecnología.

Este tipo de gas puede ser utilizado igualmente para producir energía eléctrica mediante turbinas o plantas generadoras a gas, así como estufas, secadores, hornos, calderas u otros sistemas de combustión a gas. El metano puede comprimirse del mismo modo que el gas natural que utilizamos para calentarnos. Así puede utilizarse en los motores de los coches como el gas fósil.

Objetivo

OBJETIVO GENERAL:

1. Generar y almacenar biogás a partir de desechos orgánicos y microalga spirulina.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

1. Elaborar un biodigestor casero, que sea funcional y fácil de armar.
2. Reutilizar los desechos orgánicos que desechamos en casa, que no sean cítricos.
3. Generar gas natural, a partir de la descomposición de desechos orgánicos, con ayuda de la microalga.
4. Registrar el tiempo en el que se descompone la materia orgánica y la microalga dentro del biodigestor casero.
5. Registrar el tiempo que transcurre para que se genere gas natural.
6. Registrar la cantidad de gas natural que se genera dentro del biodigestor.
7. Elaborar Bio-fertilizante a partir de “biomasa” (descomposición de desechos orgánicos y microalga)

Justificación

A partir de la problemática surge la necesidad de incentivar energías renovables, dentro de estas energías renovables se encuentran los biocombustibles. Esto para encontrar una innovación de energías limpias y generar así una energía alterna.

Las algas realizan las mayores aportaciones de oxigeno

Participan con cerca del 50% de la fotosíntesis

Consumen elevadas cantidades de CO₂

La utilización de las microalgas para la producción de biocombustibles es un tema de gran actualidad científica, en el que residen muchas expectativas para la producción a gran escala de biocombustibles que supongan una alternativa real a los combustibles fósiles.

Se ha determinado la viabilidad económica para la conversión del biogás en electricidad.

La implementación de nuestro Biodigestor casero, surge para demostrar la funcionalidad del mismo y así poder ayudar al medio ambiente desde casa con pequeñas acciones, y a su vez economizar en un activo fijo que resulta un desembolso fuerte en el gasto familiar.

Hipótesis

Sí se puede crear un biodigestor casero y echarlo a andar a partir de los desechos organicios, entonces se probara que podemos reducir las emisiones por combustibles fósiles y apoyar en el gasto familiar.

Método (materiales y procedimiento)

Este trabajo se realizará en Hogares de Castera, lote 13, Tultitlan, Edo Mex en una habitación aislada a las demás, utilizando como recipientes materiales no tóxicos como las cajas de Petri, matraces Erlenmeyer, garrafas, tanque de gas pequeño, mangueras para gas, tubos, etc.

Para la producción del biogás se necesitara de un biodigestor que en este caso se realizara un biodigestor  casero con un tanque pequeño que se va a acondicionar  con una manguera o tubos que se conecten con el garrafón donde estará el cultivo de las microalgas con los nutrientes para tener como resultado una biomasa que va a entrar por un tubo hacia el biodigestor que va a contener materia orgánica; esto en condiciones anaeróbicas, que va a ser descompuesta por la biomasa de las microalgas para que se genere el biogás, posteriormente este biogás generado pasara por una manguera hacia otro tanque para poder recolectarlo y cuantificarlo  para poder llevar a cabo el proyecto.

Para el cultivo de las microalgas:

Se proveerá el desarrollo de la especie de microalga cianobacterias donde se evaluarán las cepas adquiridas que se sometan a diversos ensayos para evaluar su resistencia ambiental, velocidad de crecimiento y la capacidad de obtener biogás.

Muchos factores contribuyen para el desarrollo óptimo de los cultivos de microalgas, algunos de éstos afectan las características del crecimiento.

Los requerimientos principales para el cultivo de microalgas son la penetración de la luz en el cultivo, la temperatura que dependiendo de las condiciones atmosféricas y de la microalga va de los 15°C -22°C, una salinidad de 0.37% aproximadamente y un PH de 7-9.

Una vez terminado este proceso el biogás producido en el biodigestor va a ser recolectado en un tanque de gas pequeño para llevar a cabo la cuantificación.

El desecho solido producido en el biodigestor se analizará para poder ocuparlo como un fertilizante.

Galería Método

Resultados

RESULTADOS

• 1- Se logra llegar al objetivo #2 de la siguiente manera:

Se modifico y reciclo un barril de cerveza Heineken que posiblemente se desecharía al terminar su contenido; con herramientas que encontramos en casa se perforo el barril e incorporo una válvula para el drenado de bio-fertilizante y biomasa además de tubo de PVC donde se ingresaran desechos orgánicos e Spirullina, y por medio una válvula externa del barril se adhirió una manguera que conectara a la válvula reguladora del gas, y al tanque almacenador del mismo.

• 2- Se logro llegar al objetivo #3 de la siguiente manera:

Durante una semana completa, se recolectaron desechos orgánicos generados durante las 3 comidas principales, en una familia promedio de 3 personas (2 adultos y 1 niño) estos desechos conformados por desperdicio de: manzana, kiwi, mango, zanahoria, chayote, champiñones, papaya, aguacate y cascara de huevo.

• 3- Se logro llegar al objetivo #4 de la siguiente manera:

Con la microalga cultivada durante 1 mes completo, e incorporada en nuestro biodigestor junto con la materia orgánica, comienza el proceso de descomposición de la misma que se verá aumentada gracias a la microalga Spirullina.

• 4- No se logro llegar aun a los objetivos #5 al #8 debido a que apenas se comenzó con el proceso de la siguiente manera:

A partir del día 20 de abril fue sellado nuestro biodigestor casero con la materia orgánica recolectada y la Spirullina cultivada. En un ambiente anaerobio, en un espacio sin luz directa de sol. Los siguientes objetivos a demostrar no se registrarán hasta el día de la exposición final donde se abrirá la válvula de gas y al termino del mimo, se registrará el tiempo de descomposición de la materia, el tiempo transcurrido en el que se genera bio-gas dentro de nuestro biodigestor; la cuantificación del bio-gas generado y drenaremos nuestra bio-masa y bio-fertilizante que incorporaremos en pequeñas plantas y flores durante la demostración y exposición.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

La reproducción del alga fue mas lenta de lo que se esperaba ya que su gramaje original era escaso y difícil de mantener en reproducción, en cuanto a la experimentación y proceso del proyecto del proyecto, se ve afectado por este ultimo percance de la reproducción. Sin embargo, la experimentación es exitosa y se llega a término, comprobando que podemos reproducir gas limpio a partir de micro alga (Spirullina).

Bibliografía

BIBLIOGRAFÍA

• Producción de biogás a partir de biomasa de la microalga scenedesmussp. Procedente de diferentes procesos. Tesis doctoral ramos Suarez 2014
• Microalgae to biofuels lifecycle assessment – multiple pathway evaluation. Algal research vol 5 pag 195-203
• Use of microalgae residues for biogas production. Chemical engineering journal , vol 242 pag 86-95
• Energía Alterna y Biocombustibles. Innovación e investigación para un desarrollo sustentable. Arturo Pérez Vázquez, Eliseo García Pérez. pp 53-65
• ·   https://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/bolarios/Doctorado/guiontebv.htmFecha de consulta: 15/junio/2015    5:37pm

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography