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El nopal como fuente de energía

Actualmente el mundo conoce que existe un punto de quiebre en la cual la naturaleza ya no puede reparar el daño causado por la actividad humana, ejemplo de ello son las ciudades Chinas contaminadas con partículas de centrales termoeléctricas a carbón, en la India el río Ganges saturado de basura o mas cerca en las ciudades portuarias en el Perú con los desechos domiciliarios enviados al mar. Su alta contaminación producto de una actividad industrial irresponsable y crecimiento desmedido de la población vislumbra un sombrío futuro para sus habitantes comprometiendo su salud y desarrollo.
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Fecha de publicació: 09/07/2010, 16:43 h | (9721) veces leída

Cualquiera sea la actividad humana genera un impacto en el medio ambiente. En la medida que los países se desarrollan sus habitantes toman mas conciencia de la calidad de vida que desean.

 

Las necesidades de energía siempre son crecientes en una industria que se desarrolla. Dentro de las alternativas renovables quizás la energía eólica es una de las más utilizadas, las razones son múltiples pero normalmente se debe a que se usa lo que se conoce.

 

El biogás usualmente es obtenido por descomposición de basura en rellenos sanitarios, es considerado un producto marginal y no es visualizado como una alternativa a largo plazo, así mismo, esta limitada por la vida útil del relleno sanitario.

 

La biomasa del nopal permite la generación de energía limpia inagotable, renovable mediante granjas de energía. Es importante destacar que no se trata de un desecho sino de un cultivo que ha sido seleccionado por sus cualidades genéticas y de producción de biomasa.

 

El cultivo del nopal es uno de los cultivos de mayor importancia en el México de la actualidad no solo porque está integrado a la canasta básica, sino, además, representa una opción energética viable para la producción de biogás y energía eléctrica comparándolo con la jatropha. Como referencia una hectárea de nopal produce 43.200 M3 de biogás o bien el equivalente en términos de energía a 25,000 litros de diesel, al comparado con jatropha únicamente nos produce 3,000 litros de biodiesel por Hect. dejando muy claramente que aparte de ser su cultivo muy versátil y de bajo costo.

El nopal representa sin duda alguna, una excelente solución a la crisis agrícola actual en el campo.

 

El proceso de obtención de metano se genera sedimento orgánico y agua como subproductos los cuales son tratados mediante lombricultura para su incorporación al suelo. El agua nitrogenada obtenido del reactor es incorporada nuevamente en las plantaciones de nopal como fertilizante reinyectado en el sistema de riego tecnificado utilizado en plantaciones de nopales.

 

El gas natural de petróleo (GNP) es aquel obtenido de posos de gas en el mar o en la tierra normalmente asociados al petróleo, su explotación requiere altas presiones e infraestructura y debe ser purificado para su inyección a líneas de consumo residenciales o industriales.

 

El biogás de nopal corresponde a la misma molécula del gas natural, no obstante su producción es muy suave y no requiere maquinaria o dispositivos de alta complejidad, a diferencia del GNP el biogás contiene básicamente metano, dióxido de carbono y otros gases menores, por lo cual presenta ventajas desde el punto de vista técnico ya que tiene la misma capacidad calórica pero es más limpio. Por ende se puede utilizar exactamente igual como el GNP. Por ello los equipos que son útiles para GNP perfectamente pueden usar biogás de nopal sin mayores modificaciones.



¿Cuáles son las ventajas frente a los combustibles fósiles?

 

Lo principal, desde el punto de vista ambiental es la extracción de dióxido de carbono del medio ambiente mediante la fotosíntesis de las plantas, por lo cual el biogás al quemarlo solo genera una fracción de las moléculas de dióxido de carbono que ha fijado la planta.

 

¿Cuáles son los desechos que se generan el proceso?

 

El proceso de obtención de metano se genera sedimento orgánico y agua como subproductos los cuales son tratados mediante lombricultura para su incorporación al suelo. El agua nitrogenada obtenido del reactor es incorporada nuevamente en las plantaciones de nopal como fertilizante reinyectado en el sistema de riego tecnificado.

 

¿ Qué tipo de gas es generado y cuál es su poder calorífico?

 

El biogás generado contiene principalmente metano en un 75 % y dióxido de carbono en un 24 %, además de un 1 % de gases como nitrógeno e hidrogeno. Su poder calorífico es de 7.000 kcal/m3

 

Tabla 1 Emisión de contaminantes por unidad de energía

 

COMBUSTIBLE

Material particulado (mg/MJ)

OXIDOS DE AZUFRE

(MG / MJ)

ÓXIDOS DE NITRÓGENO

(MG /MJ)

Natural gas

2,4

0,3

69,0

Petroleo 2

6,6

330,0

65,5

Petrolo 5

65,2

699,6

82,0

Leña

2580,0

86,0

8,6

Biogás de fermentación de cladodios de nopal

0,0

0,0

0,0

FUENTE: Carvajal, 1998

 

Tabla 2. Poder calórico de distintos combustibles más utilizados .

 

Producto

Unidad

de venta

Densidad kg./l

Poder calorífico Kcal. / kg.

1 m3 de biogás equivale a :

Carbón

Kg.

 

7.000

1 kg.

Carboncillo

Kg.

 

7.000

1 kg.

Petróleo Diesel

Litro

0,84

10.900

0,76 l

Bencina

Litro

0,73

11.200

0,86 l

Parafina

Litro

0,81

11.100

0,78 l

Gas licuado

kg.

0,55

12.100

0,58 kg.

Leña

kg.

 

3.500

2,0 kg.

Gas de ciudad

m3

 

4.000

1,75 m3

Fuente: Balance de energía 1971-1990, Chile, Comisión Nacional de Energía

 

¿Por qué usar nopal?.


El nopal presenta excelentes características moleculares lo cual permite entregar una gran cantidad de biogás en muy corto tiempo, en términos comparativos para un mismo volumen de biogás el nopal se degrada 5 - 10 veces más rápido que el estiércol animal, ello permite que un mismo equipo sea 5- 10 veces más productivo. Además no produce ácido sulfhídrico el cual al ser quemado en contacto con el aire se transforma en óxidos de azufre y posteriormente en ácido sulfhídrico produciendo lluvia ácida.

 

¿ Cuales son las ventajas ambientales, sociales y económicas de este biocombustible?

 

Genera polos de desarrollo sustentables, tanto económicos, sociales y ambientales, además el nopal es renovable por lo cual los contratos a productores son en base a vida útil de proyecto a 15 años con lo cual el productor puede arriesgar su capital y los consumidores tienen garantizada la producción por un largo periodo.

La energía del nopal es limpia, inagotable, genera bonos de carbono, empleos permanentes y soluciona el problema energético en forma sustentable a corto, mediano y largo plazo.

 

 

 

¿Cuál es la razón de usar esta tecnología?

 

La tecnología existe desde hace mas de 100 años ha sido utilizada en india, China, Alemania y muchos otros países. Presenta ventajas significativas en cuanto a coste, beneficios ambientales y sociales. Además es considerada una solución muy suave desde el punto de vista ingeniería trabaja a bajas presiones y temperatura ambiental, comparado con la obtención de metano desde posos en alta mar.

 

¿Cuál es el rendimiento por hectárea?

 

El nopal es una planta extraordinaria, con un riego tecnificado, dos o tres cosechas anuales, permite entregar en forma continua desde 800 a 1.200 ton de biomasa / año, en términos de energía equivale a 20.000 - 25.000 litros de diesel/ hectárea.

 

¿Por qué no se ha hecho antes?

 

A lo largo de la historia de la humanidad se puede observar que los combustibles, así como los medios de transporte  y un sin número de inventos requieren no solo el conocimiento sino la capacidad tecnológica para su explotación, hace siglos se usaba la madera, luego el carbón que junto a la revolución industrial impulso el desarrollo de la humanidad.

El petróleo solo en los últimos 150 años, ha existido la capacidad técnica de extraerlo de posos terrestres y submarinos a gran profundidad.

En el caso del nopal, el biogás es utilizado hace mas de 100 años en china y otros países asiáticos, pero solo en 1984 (Contreras y Toha, U de Chile) se genero el conocimiento que esta planta era capaz de producir grandes cantidades de energía en condiciones marginales de cultivo.

 

¿A qué se debe que permite la venta de bonos de carbono?

 

Mediante el proceso de fotosíntesis las plantas vedes tomas dióxido de carbono del medio ambiente y lo transforman en compuestos orgánicos más complejos los que constituyen las distintas estructuras celulares de la planta.

Como cualquier proceso productivo existe un rendimiento máximo alcanzable en el caso del nopal aproximadamente el 90 % de la biomasa seca se puede transformar en biogás, el 10 % restante se transforma en sedimento y es arrastrado con agua que liberan las celular de los nopales.

El sedimento finalmente es comido por lombrices de tierra y trasformado en suelo (humus) y carne de lombrices para su posterior tratamiento hasta harina. 

 

¿ Es un sistema contaminante?

 

No, Todo el proceso es totalmente orgánico, no se utilizan pesticidas o elementos tóxicos que dañen el medio ambiente.

 

¿Se puede replicar?

 

Si, trabajamos con clúster de 1.000 hectáreas lo cual permite entregar un sistema modular para su replicación. El nivel de escalamiento es importante en relacion a los costos por ello estos sistemas son utiles a nivel de pequeña, mediana y especialmente gran industria.

 

¿Cuales son sus aplicaciones?

 

Grandes consumidores como maestranzas, cementeras, deshidratadoras, mineras que requieran grandes cantidades de energia calorica o electricidad pueden bajar en un 50 % sus costes de energia, ademas de todos los beneficios ambientales y sociales.

 

¿Donde se puede plantar?

 

El interés básico esta en suelos degradados, de baja calidad, puesto que el nopal se adapta bien a condiciones climáticas desfavorables para otros cultivos. Existen especies adaptada para suelos alcalinos, ácidos,

 

¿Requiere más agua que otros cultivos?

 

Todo lo contrario, el nopal es una planta de condiciones marginales, se puede cultivar en condiciones extremas de sequía.

 

¿La cosecha es manual o mecanizada?

 

Como variados procesos industriales es necesario mecanizar la cosecha para su optimo rendimiento productivo.

 

¿Es necesario que las plantaciones de nopal se encuentren cerca de mi consumo para generar electricidad?

 

Dependiendo de la legislación de cada país en algunos casos el estado conserva el monopolio de los combustibles y de la generación eléctrica, no obstante permite la autogeneración, es por ello es posible generar la energía eléctrica en un punto distante de una misma red y transportarlo por el sistema público hasta un punto de consumo donde es bajada.

 

¿Cuáles son los productos generados ?

 

Biogás, electricidad, agua nitrogenada, humus, harina de lombrices para alimentación animal, bonos de carbono

 

¿Cuál es el uso de las lombrices de tierra?

 

Permite tratar el sedimento generado en reactores anaeróbicos, transforma este efluente en más lombrices y humus para fertilizar suelo.

 

 

Ventajas de la energía del nopal para su implementación en México

 

 

Biomasa nopal

Disponibilidad

Continua 24 X 365 días

Mantenimiento

Bajo en condiciones de operación, cada dos años pintura. Poco personal

Tipo de energía generada

Eléctrica, biogás, térmica ( agua caliente)

Eficiencia generación energía

80-90 %

Duración de equipos e instalaciones

15-20 años

Beneficio ambiental

Genera suelo y fertilizantes orgánicos

Detiene erosión

Cambia el microclima reteniendo agua el suelo.

Extrae dióxido de carbono del ambiente.

Permite la venta de bonos de carbono

Proceso totalmente orgánico

Beneficio Social

Genera puestos de trabajo permanentes para siembra, cosecha, y plantas de proceso.

Mano de obra de baja calificación

Externalidades positivas

Culturalmente el cultivo del nopal es aceptado y favorecido por instituciones del estado.

Permite la apertura de nuevos mercados al ser considerada una empresa verde que cuida el medioambiente.

Costo instalación KWh instalado

US1100-1300/ KWH (no incluye ingresos por subproductos y bonos de carbono)

Recuperación de la inversión

1 a 2 años

 

 

 

 

 

Rodrigo Wayland Morales

Ingeniero en alimentos ( U Chile)

Ingeniero ambiental ( U de santiago de Chile)

www.elquiglobalenergy.com

 

 

 

 

 





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