La gasificación como alternativa de valorización energética de cama de pollo en Entre Ríos

La gasificación de cama de pollo es una alternativa que aborda dos grandes desafíos ambientales: la gestión de estos residuos que, en algunas regiones como Entre Ríos, se generan en grandes volúmenes; y la generación de energía a partir de fuentes alternativas ayudando a reducir el consumo de combustibles fósiles y así disminuir la generación de gases de efecto invernadero. El propósito del presente trabajo fue estudiar la factibilidad de gasificar cama de pollo. Para ello se realizaron estudios teóricos que predicen el poder calorífico del gas de síntesis a producir y se realizaron pruebas en un Gasificador de lecho móvil tipo Downdraft con dos camas de pollo, una de virutas de madera y otra de cáscara de arroz. Las pruebas muestran que la cama de pollo con viruta de madera gasifica bien mientras que no se pudo gasificar la cama de pollo con cáscara.

La gestión de desechos se encuentra entre los desafíos globales más importantes que enfrenta la sociedad actual para buscar un ambiente saludable y mejorado. Simultáneamente, la sostenibilidad energética requiere la generación de energías a partir de fuentes renovables que ayudarán a reducir el consumo de combustibles fósiles y a mitigar los gases de efecto invernadero. Por lo tanto el uso de desechos orgánicos sólidos junto con la biomasa es clave para la producción de energía sostenible y la eliminación de desechos. Dentro de las industrias que generan grandes cantidades de residuos está la referida a la producción de pollos parrilleros donde la denominada cama de pollo (CP) es el principal residuo generado por esta actividad. La misma está compuesta por el material inicial o “cama nueva”, las excretas, el alimento caído, agua y plumas. La provincia de Entre Ríos es el principal núcleo productivo de pollos parrilleros de la Argentina. En el año 2015 esta provincia concentró el 48,7% de la faena nacional, mientras que el restante 51,3% se distribuye entre el resto de las provincias. La cantidad de residuo de cama de pollo generado solamente en esta provincia es de alrededor de 783.000 toneladas anuales1 . El material inicial con que se hacen las CP varía según la localización de las granjas y en Entre Ríos se hacen principalmente de: cáscara de arroz, aserrín de eucaliptus o pino y viruta de pino. Se usa también cáscara de maní, cáscara de girasol y chips de eucaliptus o pino.

Este material “nuevo” (que ingresa al galpón seco) posee gran capacidad para absorber humedad y constituye ésta una de sus funciones principales. La CP impide además que el ave entre en contacto directo con el piso (por lo general de tierra) evitando de esta manera que pierda temperatura y también evitando la fricción del animal sobre la superficie dura del suelo que podría ocasionar lesiones con la consecuente disminución de la eficiencia zootécnica y pérdida de valor comercial del producto1 . Sobre este material “nuevo” y “limpio” se depositan los restos de alimentos, plumas y las deyecciones de las aves durante el período de crianza. Estas deyecciones tienen un elevado contenido de agua que es absorbido por la cama, además del agua que eventualmente puede derramarse de los sistemas bebederos o de los sistemas de riego.

De acuerdo a estimaciones del Ministerio de Agroindustria en su documento Buenas Prácticas de Manejo y Utilización de Cama de Pollo y Guano2 , un ciclo de producción de pollos parrilleros tiene una duración de 48 días, y los pollos tienen una tasa de conversión de alimento a peso ganado de 1,95 kg alimento/kg ganado, hasta llegar a un peso final de 2,36 Kg promedio. En estas circunstancias cada pollo parrillero generaría 4,9 Kg de deyecciones totales, de las cuales 1,3 Kg son sólidos. Considerando que se realizan entre 5 y 6 crianzas por año, se podría estimar una generación de entre 6,5 y 7,8 kg de sólidos totales de deyecciones por año por pollo criado. A la estimación de deyecciones, se debe adicionar la “cama nueva”, debido a que en un año se ingresan de 2 a 3 kg cama nueva por pollo. Por lo tanto la generación final de deyecciones más cama se estima entre 9-11 kg de material seco generado por unidad de pollo por año1 . Este residuo actualmente es utilizado como fertilizante para cultivos agrícolas extensivos, pasturas, plantaciones cítricas, horticultura y en otras provincias también se lo utiliza en el cultivo de la yerba mate, la vid y el tomate1 . Sin embargo una sobreaplicación de este material en el suelo puede conducir a un enriquecimiento de nutrientes en agua que resulta en la eutrofización de los cuerpos de agua, la propagación de patógenos, la producción de sustancias fitotóxicas, la contaminación del aire y la emisión de gases efecto invernadero3 . Es por lo tanto necesario sumar otras posibilidades de tratamiento y/o destino final de estos residuos, dado que los volúmenes generados son importantes. La digestión anaeróbica y la gasificación son procesos de generación de energía ambientalmente seguros que pueden utilizarse para la eliminación de estos desechos. La gasificación de biomasa es un proceso termoquímico que transforma la biomasa en una mezcla de gases combustibles, denominada Gas de Síntesis o Syngas y que puede utilizarse para la generación de energía térmica o eléctrica. Este proceso se desarrolla en un ambiente controlado y restringido en oxígeno, y además del gas de síntesis se obtienen productos en la fase sólida (cenizas y biocarbones)4 , y en la fase líquida (bio-oi o alquitranes)5 . El gas de síntesis está compuesto principalmente por CO, CO2, H2, N2, CH4 y otros en menor proporción, siendo su composición la que determina el Poder Calorífico del gas. La composición del syngas depende tanto de parámetros de funcionamiento del proceso de gasificación (agente gasificante, temperaturas, caudales, velocidades etc.) como de la característica de la biomasa procesada (humedad, composición, tamaño de partículas etc.).

Objetivos:

Verificar la factibilidad de gasificación de cama de pollos parrilleros mediante un gasificador tipo downdraft de desarrollo y fabricación local y nacional.

Materiales y métodos.

El Gasificador Downdraft es un prototipo desarrollado y construido por el grupo de investigadores de la Universidad Nacional de Córdoba formado por los Ingenieros Jorge Vera, Luis Bertolino y la Dra. en Física Marianela Carubelli. La gasificación es un proceso autotérmico ya que en la zona de combustión el ingreso de aire permite la combustión de la biomasa, generando el calor necesario para la reacción. Pero esta combustión es parcial, ya que se ingresa solamente una fracción del 25% al 40% del total de aire requerido para la combustión completa de la biomasa. El equipo puede procesar alrededor de 15 kg de biomasa por hora y produce 30 m3 de gas de síntesis por hora. Tiene una autonomía de funcionamiento de 1 a 3 horas (dependiendo de la densidad de la biomasa y del aire ingresado)

El flujo de material es vertical descendente, ingresando el mismo por la zona superior del reactor a través de compuertas con sellos herméticos. Debido a la alta temperatura la biomasa tiene en la parte superior una primera etapa de secado. A medida que va descendiendo la biomasa atraviesa una zona de pirólisis (proceso en ausencia total de oxígeno) en donde comienzan las reacciones termoquímicas de transformación de biomasa, generándose también alquitranes y vapor de agua. Luego la biomasa pasa a la zona clave del reactor que se conoce como garganta, en la cual se produce la oxidación (combustión parcial) de la biomasa. Ésta es la zona de ingreso controlado de aire, que se hace mediante boquillas inyectoras. Por último el material ya transformado pasa por una zona de reducción donde termina el proceso de reducción de los gases generados en la etapa anterior, lográndose la composición final del gas de síntesis. En la figura 1 se puede ver un esquema de un gasificador downdraft, donde se muestran las distintas etapas.

De acuerdo al tiempo de permanencia del material en cada etapa, el tamaño de las partículas se va reduciendo generando un flujo de gases combustibles, alquitranes y carbonilla residual. El material residual (10-11 % de biochar) que sale del gasificador está formado por fragmentos de diámetro reducido (su tamaño depende del tamaño de la biomasa ingresada) que puede ser utilizado como mejorador de suelos, además de un 2-3 % de cenizas y alquitrán. El material tanto sólido como gaseoso sale del gasificador con una elevada temperatura. El gas de síntesis generado es filtrado por un ciclón para retener partículas en suspensión y luego es quemado en un quemador para apreciar visualmente la llama. Las muestras de Cama de Pollo fueron tomadas de diferentes estibas (pilas) a campo, en el establecimiento de un contratista de la zona de Caseros, departamento Uruguay, Entre Ríos. Las camas poseían dos crianzas y alrededor de dos meses de estivadas a la intemperie. Una era CP de Viruta de madera de pino y eucalipto y la otra CP de cáscara de arroz. A los fines de bajar el nivel de humedad se pro-cedió a secar las muestras mediante estacionado bajo techo, obteniéndose los siguientes valores:

  • CP de virutas de madera: 11,34% de humedad.
  • CP de cáscara de arroz: 9,5% de humedad. Para los análisis próximos y últimos de la cama de pollo utilizamos fuentes bibliográficas6

Ensayo

Antes del inicio de la prueba con la cama de pollo, el equipo fue puesto en régimen durante aproximadamente 40-45 minutos para lo cual se utilizaron trozos de madera de palo borracho.

Una vez en funcionamiento y luego de que la madera se consumió, se comenzó la prueba con la cama de pollo. La primera prueba se realizó con CP de viruta de madera. Se introdujeron 21 Kg de este material en el gasificador. La segunda prueba se realizó con CP de cáscara de arroz, ingresando 23 Kg de este material en el gasificador.

RESULTADOS

En base al análisis último de la cama de pollo se calculó la composición del gas de síntesis que se espera para una razón estequiométrica del 30%, obteniendo el siguiente resultado: 21.7% CO, 12.1% CO2, 21.6% H2, 42.8% N2, 1.8% CH4 .En base a estos datos podemos predecir un gas de síntesis con un Poder Calorífico Inferior de 5.706 kJ/Nm3 . El gas producido tiene un contenido energético de: 102 kW de potencia térmica, y puede alimentar un generador eléctrico de 32 kW, siempre y cuando realicemos una limpieza de partículas y alquitranes presentes7 . La gasificación de todo el material de la CP de viruta de madera tuvo una duración total de 1 h 30 minutos. A los 25 minutos de comenzar ya se gasificaba bien el material, obteniéndose en el quemador una llama con tonos naranjas y azules. Se observó también la formación de bóvedas de la biomasa en el interior del gasificador, que dificulta la gasificación, por lo que es necesario generar vibraciones para romperlas, o en caso extremo de que esto no funcione abrir la compuerta superior y romper la bóveda manualmente para continuar gasificando. En contraste la gasificación de CP de cáscara de arroz no tuvo buenos resultados. No se consiguió obtener un gas de síntesis combustible en ningún momento. Para conseguir gasificarlo debió ser mezclado con trozos de madera.

CONCLUSIONES

La cama de pollo compuesta de viruta resulta en un material gasificable, que brinda una llama azul nítida. Mientras que en el caso de la cama de pollo compuesta de cáscara de arroz el proceso se dificulta por lo que se mencionó en párrafos anteriores. En este caso particular quedaron pendientes nuevos ensayos haciendo mezclas de este material con otros a los fines de establecer cuál sería la mezcla ideal. La formación de bóveda hizo necesario el agregado de un vibrador para evitar ese fenómeno, trabajo que se hizo luego de estos ensayos. Una alternativa posible es el pelletizado del material previo a la gasificación, para evitar la formación de bóvedas. Se prevé realizar medidas de la composición de syngas producido mediante cromatografía de gases, para constatar el valor de poder calorífico predicho con la teoría.

 

Fuente: INTA

 

 

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