Estudio prospectivo para la producción de biogás con fines energéticos en la provincia de Sancti Spíritus. – CEEPI

Estudio prospectivo para la producción de biogás con fines energéticos en la provincia de Sancti Spíritus.

Informe Final de proyecto

 

Proyecto: Estudio prospectivo para la producción de biogás con fines energéticos en la provincia de Sancti Spíritus.

 

Tipo de proyecto: Proyecto institucional.

Institución ejecutora: UNISS

Colectivo de autores:

 

Investigador

 

Grado de participación Institución a que pertenece
Osvaldo Romero Romero 20% UNISS
Lisbet López González 70% UNISS
Luz Maria Contreras 70% UNISS
Ernesto Barrera Cardoso 70% UNISS
Janet Jimenez Hernandez 70% UNISS
Edelvys López Dàvila 70% UNISS
Edelvys Bravo Amarante 40% UNISS
Orelvis López 10% UNISS
Roxana Martín 10% UNISS
Elena Rosa Domínguez 10% UCLV
Orestes Hermida 60% MININT
Valentina A. Savrán 60% Jubilada
Nelson Cañizares Perez 10% UNISS
Yenima Martínez Castro 70% UNISS
Liliana Ramos Torres 40% UNISS
Viviana Ramos Mendoza 40% UNISS

 

Objetivos planteados en el proyecto

  1. Evaluar el impacto tecnológico, económico y ambiental de la utilización de los residuos orgánicos disponibles en SS para producir biogás con fines energéticos.
  2. Realizar un trabajo experimental para estudiar, mejorar y optimizar las posibilidades de producir biogás a partir de los residuos orgánicos de que se dispone en el territorio de SS.
  3. Realizar una propuesta tecnológica para producir biogás a partir de los diferentes residuos orgánicos de que se dispone en SS.

 

Ejecución del presupuesto

Se asignaron 14 000 CUP en cada año para la ejecución del proyecto de investigación institucional.

 

Otros recursos utilizados:

Para la realización del proyecto se utilizaron recursos provenientes del proyecto financiado por el VLIR: Biogas production from waste from local food, wood and sugarcane industries for increasing self-sufficiency of energy in Sancti Spiritus, Cuba. Dicho proyecto tuvo un financiamiento de 330 000 euros, los cuales fueron distribuidos en equipamiento, reactivos, estancias de investigación, pago de eventos, la cual fue la principal fuente de financiamiento en divisa para la realización de las investigaciones.

 

  

Resumen:

Estudios iniciales realizados en el marco del proyecto sobre el potencial de biogás en la provincia identifican como los potenciales más significativos por su cantidad y los residuos que se originan los provenientes de la producción porcina,la industria azucarera y los residuos agroindustriales del arroz. Estos a su vez no cuentan con un método eficaz de disposición final lo que implica afectaciones medioambientales.

En el proyecto se estudiaron las posibilidades de producción de biogás a partir de la paja de arroz, residuos porcinos, cachaza y las vinazas. Se determinó el potencial de biogás en régimen discontinuo a temperatura mesofílica y termofílica, en monodigestión y codigestión (mezcla con otros residuos), asi como con alternativas de manejo de sustratos con el fin de mejorar el rendimiento de metano durante el proceso de digestión anaerobia. Dentro de las alternativas consideradas estuvieron el pretratamiento termo-químico y el biológico para residuos lignocelulósicos como la cachaza y la paja de arroz, y la adición de  arcillas residuales de la petroquímica para residuos con un alto contenido de nitrógeno como los porcinos. Las mejores variantes fueron estudiadas en régimen semicontinuo en reactores de mezcla. Se determinó también el efecto de los sulfatos contenidos en las vinazas en el proceso de digestión anaerobia en régimen continuo en reactor de manto de lodo, y la identificación de la comunidad de microrganismos para los residuos porcinos, en mezcla con paja de arroz y en con arcillas.

Se demostró la validez del uso de la codigestión vinaza-cachaza y de la paja de arroz-residuo porcino como alternativas para incrementar el rendimiento de metano.

Con los criterios que emergen del trabajo experimental se realizó una propuesta tecnológica para la producción de biogás en la Empresa Agroindustrial de Granos “Sur del Jíbaro”, como caso de estudio, que incluye el análisis de prefactibilidad económica de la inversión y una valoración del efecto ambiental de esta alternativa de tratamiento.

De la valoración realizada se obtuvo que la alternativa más viable desde el punto de vista energético, económico y ambiental para el escenario de un ingenio azucarero sin destilería anexaes la que utiliza la digestión anaerobia de la cachaza pretratada por agua caliente presurizada, y para el escenario de un ingenio azucarero con destilería anexa es la codigestión de la cachaza sin pretratar con vinaza en reactores de tanque agitado.

Las arcillas residuales estimularon la codigestión de estiércol porcino y paja de arroz, dado por sus propiedades adsorbentes que reducen el efecto inhibitorio del nitrógeno amoniacal presente en el estiércol.La adición de paja de arroz y arcillas residuales a la digestión de estiércol porcino provocó cambios en la diversidad y dinámica de la comunidad procariota, donde las poblaciones favorecidas fueron bacterias celulolíticas, especies del filo Bacteroidetes y especies de archaeas de la familia Methanosaetaceae.

Se logró modelar el comportamiento dinámico de la reducción de sulfatos en la digestión anaerobia de las vinazas generadas en la producción de alcohol con lo cual se puede predecir fallos en las etapas metanogénesis y sulfurogénesis cuando se incrementa la carga de sulfato alimentada y el contenido de sulfuros en el biogás producido.

 

  

Cumplimiento de los Indicadores verificables

Los indicadores verificables aplicables al proyecto son la publicación de los resultados en revistas del primer nivel de la Ciencia, así como revistas nacionales del 2do y 3er nivel. También se participó en eventos científicos sobre la temática y se defendieron tesis de grado de doctorado, maestría e ingeniería.

Además se realizaron tres talleres de diseminación de los resultados con la participación de especialistas nacionales de la temática del biogás.

Talleres realizados:

Taller provincial: Resultados del proyecto biogás 20/12/2013

Taller provincial: Resultados del proyecto biogás 18/12/2014

Taller nacional: Biodigestión de residuos y producción de biogás con fines energéticos. 20/11/2015

Magnitud y características del aporte alcanzado:

La magnitud y características del aporte alcanzado se mostraron en artículos publicados, premios de la Academia,  eventos científicos y tesis de grado finalizadas (Tabla 1).

Los premios de la Academia de Ciencias de Cuba a nivel provincial obtenidos fueron:

  • Digestión anaerobia de residuos de la agroindustria azucarera cubana para la producción de biogás. Premio Academia de Ciencias de Cuba Luz Maria Contreras, Osvaaldo Romero, Ileana Pereda Reyes.
  • Adición de paja de arroz y arcillas residuales a la digestión anaerobia de estiércol porcino. Impacto sobre la comunidad procariota productora de metano. Premio Academia de Ciencias de Cuba Janet Jiménez Hernández, Gilda Guerra Rivera, Adalberto Noyola Robles, Margarita E. Cisneros Ortiz, Juan M. Morgan Sagastume, Yans Guardia Puebla, Edelbis López Dávila, Osvaldo Romero Romero
  • Modelación matemática del proceso de reducción de sulfatos en la digestión anaerobia de vinazas con altos contenidos de materia orgánica y azufre. Premio de la Academia de ciencias de Cuba. 2015. Ernesto L. Barrera, Jo Dewulf, Henri Spanjers, Osvaldo Romero Romero, Elena Rosa Domínguez.

Durante los tres años de duración del proyecto se lograron 17 publicaciones, de las cuales el 65% (11 publicaciones) fueron en revistas de la Web of Science o Scopus, y las restantes en revistas del 2do y 3er nivel.

Se participó en 35 eventos, de ellos 32 fueron internacionales. Se logró participar en dos eventos en el extranjero (España y Chile) con 9 ponencias. Dichos eventos fueron los Congresos mundiales de digestión anaerobia 13 y 14, reconocidos como los más importantes en la temática a nivel mundial.

Se defendieron tres tesis de grado, una por cada año. Además de 9 tesis de maestría y 8 tesis de ingeniería relacionadas con la temática del biogás.

En el Anexo se presenta una tabla resumen donde se relaciona toda la información referente a los artículos, eventos y tesis.

 

Tabla 1: Distribución de los artículos, eventos y tesis de grado por año.

Artículos Eventos Tesis de grado
1er nivel 2do y 3er nivel Nac Int Cuba Int Ext Dr Cs Ing
2013 2 2 1 10 5 1 4 0
2014 6 4 8 0 1 0 8
2015 3 0 1 6 4 1 5 0

 

 

Impacto planificado  y alcanzado

Se cumplió con los impactos planificados inicialmente en el proyecto. Como resultado de esto la UNISS fue seleccionada por el Ministerio de Energía y Minas para dirigir la promoción y desarrollo del biogás en la agricultura. El grupo de trabajo de biogás en la universidad tiene un reconocimiento nacional e internacional en la temática del biogás.

Dentro de los principales impactos alcanzados se encuentran:

  • Científico-tecnológico
  1. Potencial de biogás para la producción de biogás a partir de varias biomasas en Cubas, así como alternativas de mejora como codigestión, adición de arcillas y pretratamientos.
  2. Potencialidades energéticas, ambientales y económicas de la producción de biogás a partir de la paja de arroz para el caso de estudio de la empresa arrocera “Sur del Jíbaro”
  3. Valoración energética, ambiental y económica de la producción de biogás a partirde la cachaza y las vinazas de la destilería Melanio Hernández.
  4. Comportamiento dinámico del proceso de reducción de sulfatos durante la digestión anaerobia de una vinaza de alto contenido de materia orgánica y azufre
  5. Se ha incrementado el conocimiento sobre la posibilidad existente en el país para el aprovechamiento de la biomasa como una alternativa más para aumentar la producción energética.

  • Económico
  1. Se evaluó la factibilidad técnica y económica para la producción de biogás a gran escala con fines energéticos a partir de la paja de arroz, cachaza y vinaza.
  2. Se calcularon los ahorros por los costos evitados en combustibles fósiles para generar energía eléctrica.
  3. Se determinaronlas ganancias adicionales por las ventas de los certificados de emisiones a través del mecanismo de desarrollo limpio.

  • Social
  1. Se formación tres doctores
  2. Se ha incrementado la conciencia ambiental en las empresas y comunidades del territorio.

  • Medio ambiental
  1. Se han elaborado propuestas para el aprovechamiento de un alto volumen de residuos orgánicos que se originan en SS.
  2. Se ha trabajado en colaboración con especialistas del territorio en el diseño y construcción de biodigestores para el tratamiento de residuos con vistas a aprovechar el biogás en la cocción disminuyéndose las emisiones de gases que provocan efecto invernadero por sustitución de combustibles fósiles.

 

 

Dictamen del Consejo Científico o el Técnico Asesor sobre Informe Final de Proyecto

CONSEJO CIENTÍFICO

Aval de resultado científico

 

Título del Resultado.

Estudio prospectivo para la producción de biogás con fines energéticos en la provincia de Sancti Spíritus
CEEPI Autores: Colectivo de autores

 

 

El resultado es una investigación terminada. Sí  X  No_ Esta avalado por otras instituciones  Sí  _x__      No __
Responde a un proyecto de la UNISS realizado con éxito. Sí X          No El resultado final del proyecto ha sido defendido satisfactoriamente ante expertos. Sí  _x_       No  ___
Proyecto a que responde: Institucional Estudio prospectivo para la producción de biogás con fines energéticos en la provincia de Sancti Spíritus
Principales aportes del resultado al desarrollo institucional:

Se defendieron tres tesis de grado, dos en Cuba y una en Bélgica; 9 tesis de maestría (Ingeniería Industria, Eficiencia energética, Ingeniería Hidráulica) y 8 tesis de ingeniería relacionadas con la temática del biogás.

Durante los tres años de duración del proyecto se lograron 17 publicaciones, de las cuales el 65% (11 publicaciones) fueron en revistas de la Web of Science o Scopus, y las restantes en revistas del 2do y 3er nivel.

 

Principales aportes del resultado al desarrollo territorial o nacional:

Se realizó un estudio del potencial de biogás en Sancti Spíritus partir de biomasas de origen agrícola, industrial, pecuario y residuos sólidos urbanos. Se definen posibles tecnologías a aplicar, asi como alternativas de pretratamiento, codigestión y adición de arcillas con el fin de optimizar el proceso de digestion anaerobia.

Con los criterios que emergen del trabajo experimental se realizaron propuestas tecnológicas para la producción de biogás en la Empresa Agroindustrial de Granos “Sur del Jíbaro”, en la unidad empresaria básica Melanio Hernández, las cuales incluyeron el análisis de prefactibilidad económica de la inversión y una valoración del efecto ambiental de esta alternativa de tratamiento.

La Comisión del Consejo Científico de la UNISS aprueba y avala la presentación del resultado Sí  X          No __
Presidente Comisión Permanente

Vicepresidente CC

 

 

 

Rector y Presidente CC

 

Vínculo con instituciones extranjeras o internacionales logrado

Se realizaron estancias de investigación por 4 investigadores del proyecto en las instituciones extranjeras:

  • Universidad de Gante, Bélgica
  • Universidad de Delft, Holanda
  • Instituto agrario de Bornim en Potsdam, Alemania, ATB
  • Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM

 

Se mantienen vínculos de colaboración con otras instituciones

  • Instituto agrario de Bornim en Potsdam, Alemania, ATB.
  • Instituto para proyectos de ecología agraria y urbana adjunto a la Universidad Humboldt de Berlín, IASP.
  • Red de trabajo internacional para promover el desarrollo sostenible, IKN, Berlín, Alemania.
  • Universidad de dirección y comunicación en Potsdam, Alemania.
  • Empresa de consultoría de tecnologías biotecnológicas, B3, Potsdam, Alemania.
  • Red de biogás de universidades alemanas donde se vinculan junto al IASP las Universidades de Cottbus y Hohemheim.
  • Agraferm Technologies, agencia de tecnologías de biogás, Alemania.
  • Agrofarm 2000, Alemania.