Abraham Hernández García[3ºXcaret], Dante Leonardo Salmorán Marín[3ºXcaret], Kevin Ranferi Becerra Ocaña[3ºXcaret]
El desarrollo de un biodigestor de basura orgánica como una solución sostenible para el tratamiento de residuos y la generación de energía renovable. En la actualidad, el manejo adecuado de los desechos orgánicos representa un desafío ambiental significativo. El biodigestor es una tecnología prometedora que permite descomponer la materia orgánica de forma anaeróbica, es decir, en ausencia de oxígeno, para producir biogás y fertilizantes naturales. Mediante la implementación de un biodigestor casero, se busca investigar su eficiencia en la conversión de residuos orgánicos en recursos útiles.
Este biodigestor descompone materia orgánica, como restos de comida vegetal y animal que se obtienen de la separación de la basura en mi casa para producir biogás y fertilizante natural. El proceso comienza con la recolección de los desechos orgánicos, que se depositan en un contenedor hermético llamado biodigestor. En este ambiente anaeróbico, las bacterias descomponen la materia orgánica y producen biogás, compuesto principalmente por metano. El biogás puede ser utilizado como fuente de energía para cocinar, calentar agua ,etc. El residuo líquido resultante, conocido como digestato, es un fertilizante rico en nutrientes que puede utilizarse para enriquecer el suelo de jardines . La construcción del biodigestor casero comenzó desde la selección adecuada de los materiales, como un contenedor resistente, tuberías y un sistema de escape de gas. Instalé un manómetro para medir el aumento de la presión del gas en Bar o PSI y de esta forma comprobar el aumento de la presión en el biodigestor debido al gas metano.
Los tiraderos de basura y los rellenos sanitarios cuando no siguen un plan de mejora causan problemas ambientales que afectan el subsuelo, el agua y el aire de la zona que les rodea. La flora y fauna se ven afectadas por los altos niveles de contaminación que quedan libres en el entorno lo cual puede producir un foco rojo de infecciones para la población sin contar con el desagradable olor en el medio casi irrespirable.Con el tiempo, alguna parte de los desechos se irá descomponiendo y otros tardarán muchos años en degradarse. Al separar la basura podemos aprovechar las propiedades de la basura orgánica en su proceso de descomposición.
Es importante continuar en la búsqueda de energías limpias con ayuda de las nuevas tecnologías sumando a el avance tecnológico y científico actual que ha generado satisfacciones a la humanidad y sin afectar el medio ambiente que nos corresponde cuidar.
Entre los casos que causan los problemas ambientales por contaminación debido a la basura, se encuentra la mezcla de los residuos industriales con la basura en general de la población, donde son mezclados sin ninguna precaución con la basura orgánica y son transportados a basureros a cielo abierto sin ser aprovechadas las propiedades y características de los diferentes tipos de desechos
La gestión adecuada de los desechos orgánicos se ha convertido en una preocupación ambiental fundamental en la sociedad actual. Los residuos orgánicos generados por actividades domésticas, agrícolas e industriales representan un problema tanto en términos de contaminación ambiental como de pérdida de recursos valiosos. En este contexto, los biodigestores han surgido como una tecnología prometedora para el tratamiento sostenible de la basura orgánica y la generación de energía renovable.
Un biodigestor es un sistema cerrado que utiliza microorganismos para descomponer la materia orgánica en ausencia de oxígeno, un proceso conocido como fermentación anaeróbica. Durante este proceso, se produce biogás, una mezcla de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), que puede utilizarse como fuente de energía para la calefacción, la generación de electricidad o el cocinado. Además del biogás, el biodigestor también genera un subproducto líquido y sólido, llamado digestato, que puede utilizarse como fertilizante natural en la agricultura.
Numerosos estudios científicos han demostrado la eficacia de los biodigestores en la gestión de los residuos orgánicos y la producción de biogás. Estos sistemas se han implementado con éxito en diversas escalas, desde a nivel doméstico hasta a nivel industrial, en diferentes regiones del mundo. Han demostrado ser especialmente beneficiosos en áreas rurales, donde la falta de infraestructuras de gestión de residuos y acceso a energía eléctrica es común.
Dos ejemplos de los estudios cientificos los presento a continuación:
Breve descripción de Estudio sobre biodigestores en comunidades rurales:
En un estudio realizado en una comunidad rural, se implementó un biodigestor a nivel comunitario para gestionar los residuos orgánicos generados por los hogares y las actividades agrícolas locales. El objetivo principal era evaluar la viabilidad técnica y socioeconómica de esta tecnología en un entorno rural con limitaciones de infraestructura y acceso a servicios básicos.
El estudio incluyó la construcción de un biodigestor adaptado a las necesidades de la comunidad, considerando la disponibilidad de materiales locales y la capacidad de procesamiento requerida. Se recolectaron los residuos orgánicos de los hogares y las granjas, y se introdujeron en el biodigestor para su descomposición anaeróbica. Durante el proceso, se registraron parámetros como la producción de biogás, la temperatura del sistema y la calidad del digestato generado.
Los resultados del estudio demostraron que el biodigestor era capaz de gestionar eficientemente los residuos orgánicos de la comunidad y generar biogás utilizable para cubrir parte de las necesidades energéticas locales, como la calefacción y la iluminación. Además, se observó que el digestato obtenido tenía un alto contenido de nutrientes y se utilizó como fertilizante en las tierras de cultivo, lo que mejoró la calidad del suelo y aumentó la productividad agrícola.
Este estudio científico no sólo validó la tecnología del biodigestor en un entorno rural, sino que también resaltó su impacto socioeconómico positivo al reducir los costos energéticos y promover prácticas agrícolas autosustentables y proporcionó una guía práctica para la implementación exitosa de biodigestores a nivel comunitario en áreas similares.
Análisis del potencial de biogás en un vertedero de residuos orgánicos
En otro estudio científico, se realizó un análisis del potencial de generación de biogás a partir de los residuos orgánicos depositados en un basurero. El objetivo principal era evaluar la viabilidad técnica y ambiental de utilizar el biogás generado como fuente de energía renovable en lugar de dejar que se liberen gases de efecto invernadero, como el metano, directamente a la atmósfera.
Se recolectaron muestras de los residuos orgánicos presentes en el vertedero y se analizó su composición para determinar el contenido de materia orgánica y estimar la cantidad de biogás que podría generarse. Posteriormente, se realizó una caracterización detallada del vertedero, considerando aspectos como la cantidad de residuos depositados, la profundidad y la distribución de los residuos orgánicos.
Utilizando estos datos, se llevó a cabo un modelo de simulación para predecir la producción de biogás a lo largo del tiempo y evaluar su potencial energético. También se realizaron análisis de costo-beneficio y de impacto ambiental para comparar la implementación de un sistema de extracción y utilización de biogás con la situación actual del basurero.
Los resultados de este estudio demostraron que el vertedero tenía un alto potencial de generación de biogás, lo que podría contribuir significativamente a la generación de energía renovable. La implementación de un sistema de extracción y utilización de biogás permitiría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, ya que el metano liberado durante la descomposición de los residuos se capturaría y se convertiría en una fuente de energía limpia. Además, se encontró que el proyecto de aprovechamiento de biogás presentaba beneficios económicos al reducir los costos de gestión del vertedero y generar ingresos a través de la venta de energía producida.
Este estudio científico resaltó la importancia de considerar los basureros de residuos orgánicos como una fuente potencial de biogás y energía renovable. Proporcionó información valiosa para la toma de decisiones en cuanto a la implementación de sistemas de captura y utilización de biogás en vertederos, destacando su contribución tanto en términos de mitigación del cambio climático como de gestión sostenible de los residuos.
En cuanto a los componentes de un biodigestor, existen diferentes diseños y configuraciones, pero todos comparten elementos básicos. Estos incluyen :
Tanque biodigestor o reactor donde se lleva a cabo la fermentación anaeróbica,
Sistema de alimentación para introducir los residuos orgánicos,
Sistema de control de temperatura y agitación,
Sistema de recolección y almacenamiento de biogás
Sistema de separación y tratamiento del digestato.
Los beneficios ambientales de los biodigestores son significativos. Además de convertir los residuos orgánicos en recursos útiles, reducen la emisión de gases de efecto invernadero, disminuyen la contaminación del agua y evitan la proliferación de olores desagradables y plagas. Además, el uso de biogás como fuente de energía renovable ayuda a reducir la dependencia de los combustibles fósiles y disminuye las emisiones de gases contaminantes asociados.
Por otra parte, es importante tomar en consideración los procesos que se llevan a cabo dentro del sistema del tanque biodigestor para producir el biogás de tal forma que tengamos los elementos para un buen manejo de esta tecnología.
Dentro de un biodigestor, se producen una serie de procesos químicos complejos que son fundamentales para la descomposición de la materia orgánica y la generación de biogás. Estos procesos están mediados por una variedad de microorganismos, principalmente bacterias, que actúan en diferentes etapas y condiciones específicas. A continuación, se explican detalladamente los principales procesos químicos que ocurren en un biodigestor:
Hidrólisis: En la etapa inicial del proceso, las enzimas extracelulares secretadas por las bacterias descomponen las macromoléculas orgánicas, como carbohidratos, lípidos y proteínas, en compuestos más simples. Este proceso, conocido como hidrólisis, implica la ruptura de enlaces químicos mediante la adición de moléculas de agua. Como resultado, se forman moléculas más pequeñas, como monosacáridos, ácidos grasos y aminoácidos.
Acidogénesis: En esta etapa, los productos de la hidrólisis son convertidos por bacterias acidogénicas en ácidos orgánicos de cadena corta, como ácido acético, ácido propiónico y ácido butírico. Estas bacterias son anaeróbicas facultativas, lo que significa que pueden crecer en presencia o ausencia de oxígeno. Durante la acidogénesis, se liberan protones (iones H+) y dióxido de carbono (CO2) como subproductos.
Acetogénesis: En esta etapa, los ácidos orgánicos generados durante la acidogénesis son convertidos por bacterias acetogénicas en acetato, hidrógeno (H2) y dióxido de carbono (CO2). Estas bacterias son también
anaeróbicas y utilizan procesos bioquímicos para sintetizar el acetato, que es una molécula importante para la etapa final de producción de metano.
Metanogénesis: La etapa final del proceso es la metanogénesis, donde los compuestos generados previamente son convertidos en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) por las bacterias metanogénicas. Estas bacterias son estrictamente anaeróbicas y son responsables de la producción de biogás en el biodigestor. El metano es el componente principal del biogás y es una fuente valiosa de energía renovable.
Es importante destacar que estos procesos químicos ocurren en diferentes zonas del biodigestor, ya que las bacterias involucradas tienen requerimientos específicos de pH, temperatura y condiciones de agitación. Por lo tanto, es necesario mantener un equilibrio adecuado de estas variables para garantizar un rendimiento óptimo del biodigestor.
En resumen, el biodigestor aprovecha una serie de procesos químicos mediados por bacterias para descomponer la materia orgánica en compuestos más simples y generar biogás. Estos procesos incluyen la hidrólisis, la acidogénesis, la acetogénesis y la metanogénesis, cada una con bacterias especializadas que desempeñan un papel fundamental en el proceso de descomposición anaeróbica. La comprensión y el control de estos procesos químicos son esenciales para optimizar la eficiencia y la producción de biogás en un biodigestor. Al comprender en detalle los procesos químicos involucrados, es posible diseñar y operar biodigestores de manera más eficiente, maximizando la producción de biogás y minimizando los subproductos no deseados.
Aprovechar las propiedades de la basura orgánica para generar gas metano por medio de un biodigestor.
A lo largo de los años la contaminación ha aumentado mucho ya que todas las personas son inconscientes de la cantidad de basura que tiran a lugares donde existen ecosistemas, océanos, áreas verdes, etc. Lo que queremos hacer con este proyecto es disminuir la contaminación que hay en el mundo ya que las personas no saben el daño que están causando al planeta ya que la contaminación del ecosistema por lo general es consecuencia de la rápida expansión y muchas veces sin planificación de las áreas urbanas y del asentamiento de numerosas industrias desde donde los contaminantes llegan a las aguas residuales.Es necesario ponernos a pensar entre otras cosas en la pérdida de hábitat y las afectaciones de la flora y fauna.Con este proyecto pretendemos capturar el metano que sale del almacenamiento de los contaminantes de la basura y transformarlo en gas .Entre los los feromonas que causan los problemas ambientales está la mezcla de los residuos industriales con la basura en general los basureros causan problemas ambientales que afectan el suelo el agua y el aire.Se considera peligroso a los desechos que sean inflamables o tóxicos existen varias formas de reducir el impacto de estas como el biogás que aprovecha la basura reduce los desechos de la contaminación
Si generamos biogás aprovechando las propiedades de la basura entonces podremos producir gas sin contaminar al medio ambiente.
Materiales
Bote de plástico herméticamente cerrado
Valvula tapa
Válvula de pvc lisa de ½ pulgada
Válvula de ½ pulgada de gas
tres codos de ½ a 90 grados de pvc
Un tubo de 1m de pvc de dos pulgadas
1 m de tubo de pvc de media pulgada
2 adaptadores macho y hembra (2 cada 1) (1 de 1 y de 0.5)
1.Conectar la válvula con tapa y el tubo de pvc de dos pulgadas con un adaptador macho y colocar un empaque de plástica para asegurar la unión
2.Realizar un orificio de 2 pulgadas en la tapa del bote de plastico para conectar la válvula con tapa y el tubo pvc
3.En el otro extremo de la tapa realizar un orificio de una media pulgada y conectar con un adaptador macho la válvula de gas con 5 cm de tubo de pvc de ½ pulgada
4:En la parte inferior del bote realizar otro orificio de ½ pulgada para conectar la válvula de pvc lisa
5.Unir los 3 codas de 90 grados con un pedazo de tubo de pvc de 20 cm y otro de 4 cm
6.Realizar un agugero de media pulgada al centro del bote y conectar el tubo con los codos
Obtuvimos un aproximado de 30 ml de biogás en 15 días de fermentación de los residuos orgánicos y 2.5 kilos de bioabono del residuo restante.
Este biodigestor es fácil de construir, los materiales necesarios se encuentran a un costo accesible, con este proyecto se pueden obtener varios beneficios como el aprovechamiento de residuos orgánicos para producir energía limpia y un abono para plantas y cultivos. Cumpliendo con la funcion de producir gas de manera amigable con el medio ambiente.
-Los biodigestores son una solución sostenible para la generación de energía renovable
-Convertir los residuos orgánicos en recursos beneficios ambientales son cambios significativos de los biodigestores.
-El uso de biogás como fuente de energía renovable ayuda a reducir la dependencia de los combustibles fósiles y disminuye las emisiones de gases contaminantes asociados.
26 de Mayo 2021 Estado de Mexico Contaminacion del medio ambiente https://edomex.gob.mx/medio_ambiente_2021#:~:text=Consecuencias%20de%20la%20degradaci%C3%B3n%20ambiental,Aumento%20y%20extensi%C3%B3n%20de%20enfermedades.
15 de abril de 2019 Argentina.org.ar Los residuos como generadores de energia https://www.argentina.gob.ar/ambiente/accion/biodigestores#:~:text=Al%20biodigestor%20se%20lo%20alimenta,y%20las%20bacterias%20metanog%C3%A9nicas%20act%C3%BAan.
6 de Noviembre 2019 La Juventud Opina Los probemas de la basura y una posible accion https://www.voicesofyouth.org/es/blog/los-problemas-de-la-basura-y-una-posible-accion#:~:text=Los%20basureros%20causan%20problemas%20ambientales,con%20materiales%20inertes%20y%20microorganismos.
