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Pastos y Forrajes

versión impresa ISSN 0864-0394versión On-line ISSN 2078-8452

Pastos y Forrajes vol.41 no.2 Matanzas abr.-jun. 2018

 

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

 

Evaluación del potencial de producción del biogás en Cuba

 

Evaluation of the biogas production potential in Cuba

 

 

Jesús Suárez-Hernández1, Roberto Sosa-Cáceres2, Yeney Martínez-Labrada2, Alfredo Curbelo-Alonso2, Tania Figueredo-Rodríguez3 y Luis Cepero-Casas1

1Estación Experimental de Pastos y Forrajes Indio Hatuey, Universidad de Matanzas, Ministerio de Educación Superior, Central España Republicana, CP 44280, Matanzas, Cuba
Correo electrónico: jesus.suarez@ihatuey.cu
2Centro de Gestión de la Información y Desarrollo de la Energía CUBAENERGÍA, CITMA, La Habana, Cuba
3Sucursal Matanzas, Grupo Empresarial Labiofam, Matanzas, Cuba

 

 


RESUMEN

En Cuba se aprecia un significativo potencial para la producción y utilización del biogás, basado en la diversidad y el volumen de residuos contaminantes que generan los sectores agropecuario y agroalimentario; sin embargo, aún no se conoce con precisión este potencial para utilizar dicha información en los procesos de toma de decisiones que contribuyan al desarrollo nacional de la bioenergía. En tal sentido, el objetivo del artículo es brindar una evaluación del potencial de producción y utilización del biogás en el país. Para facilitar la evaluación se dividió el estudio por sectores (MINAG, MINAL, AZCUBA); dentro del sector pecuario, se subdividió en aves de corral, porcino (estatales y productores cooperativos) y ganado vacuno, pero solo se tuvo en cuenta la actividad productiva directamente vinculada al MINAG. En el caso del sector de la industria (MINAL y AZCUBA), se tomaron los datos de las 12 industrias más contaminantes y de las destilerías de alcohol, respectivamente. El potencial diario de producción de biogás es de 674 609 m3, en lo cual destacan la producción porcina y avícola; este potencial significa una producción de energía de 1 477 394 MWh/año, equivalente a 132 856 t de diésel, cuya importación cuesta a Cuba 48 615 065 USD según los precios actuales. Asimismo, si se considera la intensidad en CO2 del diesel, las emisiones evitadas por la sustitución de este combustible fósil por biogás se estiman en 440 778 t CO2 eq/año.

Palabras clave: bioenergía, polución, residuos.


ABSTRACT

In Cuba a significant potential for biogas production and utilization is observed, based on the diversity and volume of contaminating residues generated by the agricultural and agri-food sectors; however, this potential is not accurately known yet to utilize such information in the decision-making processes that contribute to national bioenergy development. In that sense, the objective of the paper is to offer an evaluation of the biogas production and utilization potential in the country. To facilitate the evaluation, the study was divided by sectors (MINAG, MINAL, AZCUBA); within the animal husbandry sector, it was subdivided into poultry, pig (state and cooperative producers) and cattle, but only the productive activity directly linked to MINAG was taken into consideration. In the case of the industry sector (MINAL and AZCUBA), data were taken from the 12 most contaminant industries and from the alcohol distilleries, respectively. The daily potential of biogas production is 674 609 m3, in which the pig and poultry production stand out; this potential means an energy production of 1 477 394 MWh/year, equivalent to 132 856 t of diesel, whose import costs 48 615 065 USD Cuba according to the current prices. Likewise, if the intensity in CO2 of diesel is considered, the emissions prevented due to the substitution of this fossil fuel by biogas are estimated in 440 778 t CO2 eq/year.

Keywords: bioenergy, pollution, residues.


 

 

INTRODUCCIÓN

La digestión anaerobia constituye una buena alternativa para tratar residuos con elevada materia orgánica biodegradable (Sosa, 2017). Por lo tanto, este tratamiento está indicado para aguas residuales agroindustriales, con alta carga de materia orgánica biodegradable: vertidos procedentes de la producción de azúcar, alcohol, cárnicos, papel, conservas y destilerías (Rahayu et al., 2015); residuos agropecuarios, como purines, estiércol (Bansal et al., 2017); y residuos urbanos que comprenden tanto la fracción orgánica de los residuos sólidos (Biogas Association, 2015) como los lodos de depuradora de aguas residuales urbanas (Frankiewicz, 2015).

Este tratamiento también está indicado para mezclas de residuos orgánicos de diferente origen y composición, aprovechando la sinergia de las mezclas y compensando las carencias de cada residuo por separado, en lo que se conoce como codigestión anaerobia (Agostini et al., 2015).

La producción de biogás mediante la fermentación o digestión anaerobia es ampliamente conocida, y existen diversos sistemas y tecnologías de tratamiento de aguas residuales y residuos orgánicos que permiten capturar los gases que emanan, tales como: los biodigestores de cúpula fija y campana flotante (modelos chino e hindú), el tubular plástico o manga de polietileno (modelo Taiwán), los de flujo pistón; los de laguna tapada con geomembranas de polietileno de alta densidad (HDPE o PEAD), etileno propileno dieno tipo M (EPDM) y policloruro de vinilo (PVC); los de segunda generación (flujo ascendente de lodos UASB, película fija, lecho expandido y lecho fluidizado); y los de tercera generación o híbridos de segunda generación, una mezcla de varios digestores en una unidad, entre los principales (Carreras, 2013). Su importancia radica no solo en la capacidad de estos para convertir los residuos orgánicos en combustible, sino en que dichos sistemas evitan la liberación a la atmósfera de gases como el metano (CH4), que genera 21 veces más efecto invernadero que el dióxido de carbono (CO2) gas utilizado como referencia (IPCC, 2007).

En Cuba, a principios de los años ochenta del siglo xx, la introducción de esta tecnología se enfocó principalmente a solucionar el impacto ambiental generado por destilerías y grandes centros porcinos y de engorde bovino; pero cobró gran auge entre las entidades productivas, sobre todo en vaquerías e instalaciones porcinas. Después con el paso del tiempo, un elevado número de estos sistemas fue desatendido, hasta que dejaron de funcionar la mayoría de las plantas instaladas; lo que se debió, principalmente, a los bajos precios de la corriente eléctrica en ese momento y a la poca motivación de las entidades hacia la utilización de las fuentes renovables de energía (Blanco et al., 2012).

Actualmente el escenario en Cuba es muy diferente, pero no menos complejo. Con la creciente entrega de tierras a pequeños productores, el incremento de las pequeñas y medianas producciones de cerdos con el consiguiente aumento de la contaminación hídrica y los elevados precios que ha alcanzado la energía en el país, la utilización del biogás se muestra como una alternativa apropiada. Los productores están motivados y las normas ambientales son más rigurosas, por lo que la demanda de digestores va en aumento, solo limitada por los costos y la disponibilidad de materiales; todo ello ha creado un ambiente favorable para el desarrollo del biogás, que es una solución inteligente para el tratamiento de las excretas animales que se generan.

En este sentido, el objetivo del artículo es brindar una evaluación del potencial de producción y utilización del biogás en Cuba.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

La evaluación se realizó como parte de la formulación del proyecto internacional BIOENERGÍA, que presentó el Estado cubano al Fondo para el Medio Ambiente Mundial (Global Environment Found GEF), el cual es coordinado por la Estación Experimental de Pastos y Forrajes Indio Hatuey (EEPFIH) y se enfoca a desarrollar políticas de apoyo a la bioenergía, a crear capacidades de fabricación y utilización de sistemas de producción de biogás y biodiésel, así como a desarrollar capacidades institucionales y humanas en estos temas. Se utilizó información del cierre del año 2013.

Para facilitar la evaluación se dividió el estudio por sectores (Ministerio de la Agricultura, MINAG; Ministerio de la Industria Alimentaria, MINAL; Grupo Azucarero, AZCUBA); dentro del sector pecuario (MINAG), se subdividió en aves de corral, porcino (estatales y productores cooperativos) y ganado vacuno; en el caso del sector de la industria (MINAL y AZCUBA), se tomaron los datos de las 12 industrias más contaminantes y de las destilerías de alcohol, respectivamente. En la ganadería vacuna solo se consideró la actividad productiva directamente vinculada al MINAG.

La información disponible para realizar este análisis solo permite realizar una valoración preliminar del potencial de producción de biogás y del número de instalaciones que se requieren para aprovecharlo. Los coeficientes e indicadores utilizados para determinar los volúmenes de producción de biogás y su equivalente en combustible convencional son los propuestos por Guardado (2007), Guardado y Flores (2008), Guardado y Vargas (2008) y Díaz-Piñón (2009), que son aceptados en este tipo de estudios a nivel nacional.

Los indicadores empleados en el cálculo del potencial en los sectores avícola, porcino y vacuno se muestran en las tablas 1, 2 y 3.

La producción anual de energía se calculó mediante la ecuación 1:

Producción de energía/año = producción de biogás/día x 365 días x contenido energético de 1 m3 de biogás (1).

Dónde: contenido energético de 1 m3 de biogás (expresado en calor) es 6 kWh/m3 (EEPFIH/Cubaenergía, 2014).

Asimismo, considerando que la intensidad en CO2 del diésel es de 3,135 kg CO2eq por litro, el potencial de emisiones a evitar por la sustitución de este combustible fósil se calcula mediante la ecuación 2:

Potencial emisiones a evitar = litros diésel/año x intensidad en CO2 del diésel (2).

En este análisis se utilizó el manual para calcular beneficios de los proyectos de eficiencia energética y fuentes renovables de energía para las emisiones de GEI (GEF Council, 2008), así como los resultados de EEPFIH/Cubaenergía (2014).

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En Cuba se han realizado numerosos estudios sobre biogás, con énfasis en su producción pero mucho menos en su utilización. Ejemplos recientes son los siguientes: en la producción porcina (Pérez et al., 2016; Suárez, 2017), en la producción animal con diversas especies (Savran, 2005; López et al., 2006), en residuos agrícolas (Martínez-Hernández et al., 2014) y en la industria azucarera (López et al., 2006; ICIDCA, 2011). Sin embargo, aún no se ha evaluado el potencial de producción de biogás a escala nacional, con un enfoque multisectorial.

 

Potencial de producción en el sector avícola

La producción de aves en el país es realizada, en su mayor parte, por el Grupo Empresarial Ganadero (GEGAN), de propiedad estatal, cuya estructura organizativa para la avicultura es la siguiente:

  • 11 empresas de producción de alimentos concentrados,
  • 19 empresas avícolas,
  • una empresa de producción de ocas,
  • la Empresa de Genética Avícola,
  • la Empresa de Abastecimiento Técnico Material,
  • la Empresa de Suministros, y
  • el Instituto de Investigaciones Avícolas.

Las empresas avícolas se subdividen en granjas, que se clasifican en: ponedoras, reemplazo y reproductoras.

Considerando la tabla 1 y la cantidad de animales existentes al cierre de 2013 en cada una de las granjas, en la tabla 4 se brinda el potencial de biogás y su expresión en toneladas equivalentes de petróleo en un año (TEP).

Es importante destacar que en las instalaciones de aves de corral en el país se recoge la excreta una vez terminado el ciclo, ya que si entran diversas personas las gallinas se asustan y no ponen huevos.

Con el fin de eliminar los olores se adiciona carbonato de calcio (cal) u otras sustancias, lo cual impide que las excretas puedan ser utilizadas para la producción de biogás. Para lograr su aprovechamiento energético por medio de tecnologías anaeróbicas, es imprescindible un cambio tecnológico que permita la recogida diaria de la excreta y evite el uso de la cal. Uno de los autores del presente artículo visitó una granja avícola con 80 000 gallinas ponedoras, en la que se utilizan esteras transportadoras de banda bajo cada hilera de jaulas; estas esteras extraen la gallinaza seca con una frecuencia inferior a 24 horas, para ser utilizada en dos biodigestores de laguna tapada de 500 y 900 m3, los cuales abastecen de electricidad a la granja mediante un motogenerador a biogás Caterpillar de 70 kW.

 

Potencial de producción en el sector porcino

La producción de carne de cerdo en Cuba es centrada por el GEGAN, responsable directo del 60 % de la producción entregada a sacrificio; mientras que el resto es asumido por pequeños y medianos productores privados, según informa ONEI (2013). Esta misma fuente señala que el 70 % del ganado porcino en existencia en el país pertenece al sector privado; uno de los mecanismos de vínculo entre el sector productivo estatal y el privado son los contratos de producción que se firman entre los productores privados y las empresas estatales (denominados «convenios porcinos»). Este enfoque para la producción de carne de cerdo no especializada en el sector cooperativo-campesino transformó dicho sector en la industria de producción alimentaria de mayor envergadura en Cuba; por tal razón, la información se encuentra dividida en convenios porcinos y granjas estatales.

La estructura organizativa de la cadena productiva porcina en el año 2013 se muestra en la figura 1. Cuba tiene 14 empresas porcinas provinciales estatales y 160 municipios con unidades territoriales vinculadas a estas empresas, las que pertenecen al GEGAN. Las granjas estatales se clasifican en: cría, genéticas, multiplicadoras e integrales.

Según datos estimados por el GEGAN, en 2013 existían 14 000 productores o campesinos con convenios. La cantidad de cerdos varía desde 30 hasta 2 000, pero el rango más común es 100-120 animales (Sosa et al., 2014). Sin embargo, solo el 5,5 % (valor ínfimo) de estos convenios poseían biodigestores como sistema de tratamiento; ello evidencia el enorme potencial existente y que no incluye al sector estatal, con una concentración animal superior.

Considerando los indicadores de la tabla 2, la cantidad de animales existentes al cierre de 2013 en cada una de las granjas, los convenios porcinos y la cantidad de excretas, se muestra el potencial de biogás y su expresión en toneladas equivalentes de petróleo en un año (tabla 5). El peso promedio de los cerdos en las condiciones de Cuba es de 50 kg, teniendo en cuenta el peso de inicio y de terminación en ceba de 80 kg (Sosa, 2007).

Referente a las perspectivas de producción y utilización del biogás en el sector porcino cubano, en el plan de inversiones del GEGAN previsto para el período 2013-2020 (Sosa et al., 2014) se incluyen:

  • 1 000 biodigestores de 22 m3 para tratar los residuales de 100-120 cerdos, en el sector cooperativo-campesino.
  • 36 plantas de biogás de medianas dimensiones en granjas estatales.
  • Utilización del biogás para la generación de electricidad.

A las acciones del GEGAN para el tratamiento de aguas residuales porcinas y la generación de energía se añaden las realizadas por otros actores (campesinos, cooperativas, granjas estatales y proyectos internacionales). En el caso de los dos proyectos internacionales coordinados por la EEPFIH, que priorizan a los productores porcinos por el alto impacto medioambiental, los resultados son los siguientes: AGROENERGIA, financiado por la Unión Europea y la ONG portuguesa Oikos, construyó 28 biodigestores en el municipio Martí (Matanzas); mientras el proyecto BIOMAS-CUBA, con financiamiento de la Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación (COSUDE), ha construido 179 biodigestores incluidas tres lagunas tapadas, una de ellas de 5 000 m3 (Suárez, 2017). Adicionalmente, otras acciones privadas, públicas y de cooperación han permitido la construcción y operación de otros 539 pequeños biodigestores.

 

Potencial de producción en el sector de la ganadería vacuna

La producción de carne y leche vacuna se realiza de manera predominante por el sector privado, que posee más del 80 % de las cabezas existentes de este ganado. Actualmente existe el Grupo Empresarial Ganadero, que coordina y apoya el desempeño de las empresas estatales, así como las cooperativas y campesinos.

La información de la cantidad de cabezas existentes, tanto en el sector estatal como en el privado, se encuentra a nivel de empresas, las cuales reportan los datos al Centro Nacional de Control Pecuario (CENCOP) y al Ministerio de la Agricultura (MINAG).

Aunque el ganado vacuno en Cuba se encuentra mayormente semiestabulado, con una concentración de los animales en horas nocturnas, para los cálculos solo se consideraron las vacas en ordeño (ONEI, 2013), dado que se cuenta con la garantía de que van a estar estabuladas al menos cinco horas diarias para el ordeño y en este período se recogen las excretas. Asimismo, se estimó que se recogen 5 kg de excreta por cada animal al día.

Tomando en consideración los indicadores que aparecen en la tabla 3, la cantidad de animales existentes al cierre de 2013 en cada una de las vaquerías y la cantidad de excretas, el potencial de biogás y su expresión en toneladas equivalentes de petróleo en un año se muestra en la tabla 6.

 

Potencial de producción en las industrias alimentaria y azucarera

Dentro de la industria alimentaria del MINAL, se consideran como más contaminantes o de mayor impacto ambiental las 15 empresas cárnicas, las cinco cerveceras, los 15 complejos lácteos y las cuatro destilerías de alcohol; de estas 39 empresas se seleccionaron 12 (31 %), por su gran impacto sobre el medio ambiente: una destilería, tres complejos lácteos, seis cárnicos y dos cervecerías. Los principales residuales que se generan en este sector son líquidos, e incluyen vinazas, mostos cerveceros y residuos de la producción de lácteos y cárnicos.

En la industria azucarera existen dos tipos de residuales básicos que se pueden tratar mediante tecnologías anaeróbicas, estos son: la cachaza (residuo en los filtros de jugo de la producción de azúcar de caña) y las vinazas que se generan en las destilerías de alcohol. En este análisis no se incluyen datos sobre la cachaza, debido a la poca información de que se dispone sobre su potencial para la producción de biogás y la viabilidad de este tratamiento.

En el caso de las destilerías en la industria azucarera, son 12 y están diseminadas a lo largo del país. Estas son las instalaciones más contaminantes dentro de AZCUBA. En la tabla 7 se muestra el potencial de producción de biogás en las industrias alimentaria y azucarera, y su expresión en toneladas equivalentes de petróleo en un año.

En resumen, el potencial de producción diaria de biogás es de 674 609 m3/día con 127 563 toneladas equivalentes de petróleo al año.

La producción anual de energía se calcularía como:

674 609 m3/día x 365 días x 6 kWh/m3 = 1 477 393 710 kWh/año = 1 477 394 MWh/año.

Asimismo, al considerar las 127 563 TEP, que una TEP equivale a 41 868 MJ y que el diésel tiene un poder calorífico de 40 200 MJ/t, se calcula que las 127 563 TEP significan 132 856 t de diésel, cuya importación cuesta a Cuba 48 615 065 USD sin incluir fletes y gastos de descarga al precio del West Texas Intermediate (47,57 USD/ barril) del 4 de septiembre de 2017 (Precio del Petróleo, 2017); y que por la densidad, la masa de un barril de 159 litros es de 130 kg. Este monto permitiría al Gobierno cubano importar, con los precios de dicha fecha, cualquiera de las siguientes cantidades:

  • 13 914 t de leche en polvo entera (3 494 USD/t; ODEPA, 2017);
  • 128 611 t de arroz molinado (378 USD/t; FAO, 2017a);
  • 150 511 t de harina de soya (323 USD/t; Ámbito, 2017); o
  • 360 112 t de maíz amarillo (135 USD/t; FAO, 2017b).

Si se consideran las 127 563 TEP y que 0,1418 t de diésel equivalen a un barril de 159 litros, estas TEP representan 884 273 barriles, o sea, 140 599 467,9 litros de diésel. Asimismo, el potencial de emisiones a evitar por la sustitución de este combustible fósil se estima en 440 779 t CO2eq/año, calculado como sigue: 140 599 467,9 litros diésel/año x 3,135 kg CO2eq/L = 440 779 339 kg CO2eq/año o 440 779 t CO2eq/año.

 

CONCLUSIONES

Existe un potencial significativo para la producción del biogás en Cuba, mediante la aplicación de tecnologías que permitan aprovechar económicamente diversos residuos agropecuarios y agroalimentarios, muy contaminantes y emisores de GEI.

Los resultados de esta evaluación pueden apoyar con información en los procesos de toma de decisiones que contribuyan al desarrollo nacional de la bioenergía, enfocada a sustituir importaciones de combustibles fósiles y a eliminar el impacto ambiental; en ello radica su importancia para los decisores nacionales, sectoriales y nacionales.

 

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Recibido el 9 de junio del 2016
Aceptado el 25 de octubre del 2017

 

 

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