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GENERACION DE BIOGAS COMO PRECURSOR DE FERTILIZANTES QUIMICOS MEDIANTE LA OPTIMIZACION DE RECURSOS EN LA AGRICULTURA AUTORES: Andrea Natalia Guallpa Allaico, Paulina Alexandra Hipo Hipo, Karla Marisol Vallejo Andi Riobamba, 2018 Palabras clave Digestor, biogás, efluente, vertidos, El biogás El biogás es un gas combustible que se puede generar en medios naturales o en dispositivos específicos como los biodigestores, este se genera por la biodegradación de la materia orgánica, mediante la acción de micoorganismos y otros factores en ausencia de oxígeno. (García, 2016). Está formada principalmente de metano y dióxido de carbono, pero también contiene diversas impurezas. La composición del biogás depende del material digerido y del funcionamiento del proceso. Cuando el biogás tiene un contenido de metano superior al 45% es inflamable. (Hilbert, 2015) Los biocombustibles de primera generación los componen el biodiesel, bioetanol y el biogás. Los biocombustibles de segunda generación son obtenidos a partir de materiales ligno-celulósicos como los generados en la actividad agrícola. Los biocombustibles de tercera generación son aquellos que utilizan la ciencia de la genética para mejorar el crecimiento, rendimiento y características de los cultivos energéticos para obtener materia prima de mejor calidad para producir biocombustibles. (Alejos, 2015) El biogás constituye una parte importante del ciclo biogeoquímico del carbono, el metano producido por bacterias es la última etapa en la cadena de degradación de material orgánico, constituida por: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. (Venegas, 2017) Para el diseño de un biodigestor se tiene que tomar en cuenta lo siguiente: factores humanos: disponibilidad de materiales construcción; materia prima como: residuos agrícolas, pecuarios; mano de obra; área disponible; factores biológicos: plagas y enfermedades; factores físicos: geografía, localización, aspectos climáticos, características del suelo y vías de acceso, factores utilitarios: finalidad del biodigestor si es de tipo energético, sanitario, fertilizante o integral. (Rochina, 2018) Un parte del metano generado en los rellenos sanitarios puede capturarse y aprovecharse como una fuente de energía renovable. Si este metano es liberado a la atmósfera, contribuye al calentamiento global 21-23 veces más que el dióxido de carbono. La reacción biológica principal ocurrida en los vertederos es la digestión anaeróbica, la cual se produce en tres etapas. En la primera, bacterias fermentativas hidrolizan los complejos orgánicos en moléculas solubles. En la segunda etapa, esas moléculas son transformadas en ácidos, dióxido de carbono e hidrógeno. Estos ácidos son acético, propiónico, butírico

y etanol. Finalmente, en la tercera etapa, las bacterias metanogénicas producen metano, ya sea por transformación de los ácidos en metano y dióxido de carbono o reducción del dióxido de carbono con hidrógeno. (Colomer, 2016) Composición del biogás El biogás también se le puede denominar como una fermentación microbiana, la cual da lugar a dos componentes: una mezcla de gases conocida como biogás y una suspensión acuosa o lodo que abarca los componentes que son difíciles de degradar y los minerales que inicialmente se encuentran presentes en la biomasa. Este proceso se encuentra por lo general en la naturaleza, en los páramos, en el fondo de los lagos, en posos de lodo líquido y en el rumen de los rumiantes. (Ávila, 2017)

COMPOSICION DEL BIOGAS Metano (CH4) 40% - 70%

Dióxido de carbono (CO2) 25% - 50%

Hidrogeno (H2) 1% - 2%

Nitrógeno (N2) 2% - 3%

Sulfuro de hidrogeno (H2S) 1.5% - 2%

Oxigeno (O2) 0% - 2%

Tabla 1: Composición del biogás. Respecto a las características del biogás se compone de 55 -70% de metano (CH4), 30-45% de dióxido de carbono (CO2), teniendo trazas de otros gases también, todo esto es equivalente de combustible con 0.60 – 0.65 L de petróleo/m3, en cuanto al límite de exposición se encuentra en un 6-12% de biogás en el aire, temperatura de ignición de 650-750 °C, la presión crítica responde a 74-88 atm, la temperatura crítica es de -82.5°C, su densidad es normal con 1.2 kg*m3, su olor característica es a huevo podrido y finalmente su masa molar es de 16.043 kg kmol-1. (Pérez, 2017) Una de estas tecnologías genera el aprovechamiento de los recursos biológicos mediante el proceso de fermentación anaeróbica de los desechos orgánicos de todo tipo para la producción de biogás, en muchos países se ven normativas de apoyo hacia las instalaciones de producción de energías renovables y específicamente para la producción de biogás, el sector agroindustrial es la principal fuente generadora de subproductos y compuestos orgánicos causantes de grandes impactos ambientales a nivel global. En el Ecuador la obtención de biogás crece principalmente en la zona rural donde los campesinos aprovechan los residuos orgánicos para producir esta energía alternativa a través de los llamado biodigestores familiares de bajos costos, Ecuador por sus condiciones geográficas, la riqueza de sus recursos naturales, cuenta con un enorme potencial de energías renovables útiles para la preservación del ambiente. (Brito, 2016)

Bioabono El bioabono es un residuo orgánico que se obtiene en el proceso de obtención de biogás. Durante el proceso anaeróbico, parte de la materia orgánica se transforma en metano, por lo que el contenido en materia orgánica es menor al de las materias primas. Gran parte de la materia orgánica de este producto se ha mineralizado, por lo que normalmente aumenta el contenido de nitrógeno amoniacal y disminuye el nitrógeno orgánico. (Álvarez, 2015) Metano El metano (CH4) genera un poder energético más alto siendo el componente de mayor interés. El análisis del biogás producido se realiza mediante cromatografía gaseosa empleando un cromatógrafo de gases cuyo funcionamiento es suministrar varios gases de alta pureza al cromatógrafo de gases, que fluye hacia el interior del inyector, pasa por la columna y se introduce en el detector. (Navarro, 2016) El metano tiene una considerable capacidad calorífica que es de 9,97 kW/m3, este sirve para la purificación de gas dentro de la agricultura para lo cual no es necesario utilizar ingredientes caros, sin embargo, en instalaciones industriales debe emplearse purificadores acorde al volumen de producción. (Ponce, 2016). Nitrógeno Otro elemento que se encuentra en la producción de biogás es el nitrógeno sin embargo según investigaciones este elemento no es un abono orgánico ni tampoco presenta actividad biológica, mas bien este elemento sirve como acondicionador del suelo .Como una alternativa y apoyo para dilucidar la calidad y actividad biológica de los abonos orgánicos se cuenta con la cromatografía adaptada de Pfeiffer, aplicada a los abonos orgánicos. (Camacho, 2015) El abono orgánico es en sí una masa o sustancia acuosa de color pardo-oscuro, es estable dado que sufrió una degradación anaeróbica y con buen poder fertilizante, luego de salir del biodigestor el abono ya no huele y tampoco atrae la atención de insectos una vez utilizado en los suelos, es una fuente de fitorreguladores que ayudan a las plantas a tener un mejor desarrollo, este genera mayor productividad a los cultivos con su aporte de minerales, especialmente nitrógeno. Los efectos del abono orgánico en el suelo son favorables, los hacen necesarios e incluso se puede decir imprescindibles en el uso y manejo de este recurso para mejorar y mantener su componente orgánico, sus características de una entidad viviente, su fertilidad física, química y biológica y finalmente su productividad. (Avila C. , 2016)

Características del biogás Entre las características que comprende el biogás se encuentran las siguientes:

Tabla 2: Características del biogás. (Cordero, 2015) Producción de biogás El biogás es un proceso que se obtiene a partir de los residuos orgánicos, gracias a la acción de microorganismos los cuales son sometidos a un proceso de digestión anaeróbica, este tipo de proceso tiene lugar solo sin presencia de oxígeno, para lo cual se utilizan unos compartimentos cerrados a los que se les denomina biodigestores. Además es un proceso que genera un efluente con alto potencial como un sustituto de los fertilizantes sintéticos usados en la actualidad. (López J. , 2017) Los estudios bioquímicos y microbiológicos realizados hasta ahora, dividen el proceso de descomposición anaeróbica de la materia orgánica en cuatro fases o etapas: 

Hidrólisis



Etapa fermentativa o acidogénica



Etapa acetogénica



Etapa metanogénica (Toscano, 2015)

Ilustración 1, clasificacion de biodigestores anaerobios de acuerdo con su tecnología

HidrólisisEn esta etapa los compuestos complejos como carbohidratos, proteínas y grasas se convierten en compuestos orgánicos más simples como aminoácidos, azúcares y ácidos grasos. Las bacterias hidrolíticas liberan enzimas que descomponen el material por medios bioquímicos. Las proteínas constituyen un sustrato muy importante en el proceso de digestión anaeróbica debido a que además de ser fuente de carbono y energía, los aminoácidos derivados de su hidrólisis tienen un elevado valor nutricional. Las proteínas son hidrolizadas en péptidos y aminoácidos por la acción de enzimas proteolíticas llamadas proteasas. Parte de estos aminoácidos son utilizados directamente en la síntesis de nuevo material celular y el resto son degradados a ácidos volátiles, dióxido de carbono, hidrógeno, amonio y sulfuro en posteriores etapas del proceso. (IDAE, 2015)

Etapa fermentativa o acidogénica Esta etapa se da por medio de bacterias fermentadoras que forman ácidos grasos más bajos como el acético, prebiótico y butírico junto con dióxido de carbono e hidrógeno. Además, también se forma pequeñas cantidades de ácido láctico y de alcoholes. Este grupo de microorganismos, se compone de bacterias facultativas y anaeróbicas obligadas, colectivamente denominadas bacterias formadoras de ácidos.

Etapa acetogénica En esta fase se da la formación de ácido acético, estos productos se convierten luego por medio de bacterias acetogénicas en precursores de biogás en donde estas bacterias deben coexistir en una comunidad biótica cerrada, las cuales consumen hidrógeno junto con dióxido de carbono durante la formación de metano, asegurando así un ambiente aceptable para las bacterias acetogénicas. A esta altura del proceso, la mayoría de las bacterias anaeróbicas han extraído todo el alimento de la biomasa y, como resultado de su metabolismo, eliminan sus propios productos de desecho de sus células. Estos productos, ácidos volátiles sencillos, son los que van a utilizar como sustrato las bacterias metanogénicas en la etapa siguiente.

Etapa metanogénica Durante la metanogénesis el ácido acético, el hidrógeno y el dióxido de carbono se convierten en metanos por medio de arqueas metanogénicas estrictamente anaeróbicas. Los metanógenos hidrogenotróficos producen metano a partir del hidrógeno y del dióxido de carbono, mientras que las bacterias acetoclásticas que forman metano lo producen por división del ácido acético.

El 70% del metano producido en los reactores anaeróbicos se forma a partir de la descarboxilación de ácido acético ya que, mientras todos los organismos metanogénicos son capaces de utilizar el H2 como aceptor de electrones, sólo dos géneros pueden utilizar acetato. El metano restante proviene de los sustratos ácido carbónico, ácido fórmico y metanol. (Reyes, 2017)

Micoorganismos involucrados en la producción de biogás Los microorganismo que intervienen en la producción de biogás varían dependiendo de los materiales que serán degradados. Los alcoholes, ácidos grasos, y los enlaces aromáticos pueden ser degradados por la respiración anaeróbica de los microorganismos. Estos utilizan, entre otros nutrientes, el nitrato, azufre, sulfato, carbonato, o Fe(III). (Moncayo, 2015)

En la primera y segunda fase de la degradación, participan bacterias de al menos 128 órdenes de 58 especies y 18 géneros. Las especies que se presentan principalmente son Clostridium, Ruminococcus, Eubacterium y Bacteroide. En la tercera y cuarta fase de la degradación, se encuentran principalmente bacterias metanogénicas. En la actualidad, se han identificado 81 especies, de 23 géneros, 10 familias y 4 órdenes. (Herrero, 2015)

Además, existen varios microorganismos que pertenecen al sistema ecológico de un biorreactor y que participan indirectamente en la degradación. Por ejemplo, Staphylococcus, especie se desarrolla con frecuencia en los digestores, puede provocar riesgos para la salud del personal que opera el digestor si no se toman las medidas sanitarias necesarias. En las cuatro fases de la degradación, las especies Acetobacter y Eubakterium tienen una participación similar en el proceso.

El proceso de transformación de la materia orgánica como el estiércol de ganado que es la materia prima principal, así como también la acción de bacterias mesófilas y termófilas que viven en ausencia de oxígeno es realizado dentro de un digestor que se da de la digestión anaeróbica, todo este proceso da el potencial de la producción de biogás es fuente de energía in situ. (Durazno, 2018) Los estiércoles han ocasionado impactos ambientales negativos como contaminación de suelo, agua, generación de gases que potencializan el efecto invernadero, debido a la falta de información y de manejo de estos insumos. En el caso de algunas familias que tienen cerdos, el manejo es técnicamente inadecuado y además los excrementos se desperdician. Por otra parte al estar dispersos en los terrenos ocasionan situaciones de insalubridad por los malos olores, entre otros; que disminuye la calidad de vida de las personas que se encuentran cerca a esta. (Osejos, 2018)

La digestión anaerobia o producción de biogás a nivel industrial es una gran alternativa referente a la obtención de energética renovable que a escala mundial. La variedad de tecnologías actuales de digestión anaerobia puede ser utilizada para cada tipo de sustrato. En estas plantas incluyen al menos cinco etapas básicas: 1) el pre tratamiento de los sustratos que son residuos orgánicos 2) la digestión anaeróbica 3) el post-tratamiento de los efluentes; 4) la purificación del biogás obtenido 5) la generación de energía en sistemas combinados de producción de electricidad y calor. (Barrera, 2018)

Ilustración 2, fases de la digestión anaerobia. Este proceso de digestión anaeróbica puede ser inhibido por la presencia de varias sustancias toxicas como metales pesados, compuestos halogenados entre otros. Estas sustancias pueden encontrarse en la materia prima, o en los subproductos de la actividad metabólica de los microorganismos anaeróbicos. (Diaz J. , 2017)

La fermentación anaeróbica se da por microorganismos de distinto tipo, en la producción de biogás participan las bacterias metanogénicas las cuales constituyen el último eslabón de la cadena de microorganismos encargados de digerir la materia orgánica y devolver al medio los elementos básicos para reiniciar el ciclo. Se estima que anualmente la actividad microbiológica libera a la atmósfera entre 590 y 880 millones de toneladas de metano, la producción de metano es la última parte del proceso y no ocurre si no han actuado los primeros dos grupos de microorganismos. (Chonlón, 2016)

Las bacterias metanogénicas participan en la descomposición de tejidos orgánicos en ambientes húmedos y carentes de oxígeno. A su vez, durante el proceso de descomposición orgánica son transformados a minerales, los cuales pueden ser utilizados fácilmente como fertilizante para los cultivos. La producción

de biogás va a depender principalmente, de los materiales utilizados, de la temperatura y del tiempo de descomposición. (Cruz E. , 2017)

Estas bacterias requieren de un ambiente propicio para poder sobrevivir y para multiplicarse hasta lograr alcanzar una población específica para que su acción sea la deseada. Para ello su medio tiene que tener las siguientes características: 

La ausencia de aire lo cual permite la supervivencia de los microorganismos.



Características del sustrato: temperatura mayor a los 20 C y el grado de acidez, donde este no debe ser muy acido menor a 6.5, para que puedan reproducirse las bacterias. (Arrieta J. , 2016)

Ilustración 3: Producción de biogás. (Romo, 2015) Durante el proceso de biogás se realiza un pretratamiento en donde se rompen las estructuras orgánicas en moléculas más sencillas que pueden llegar a ser mas susceptibles en la degradación microbiana, por lo tanto los pretratamientos pueden mejora las condiciones de los sustratos y puede facilitar la posible liberación de carbono y este acelera la solubilización o etapa de hidrolisis. (Bolivar, 2017) Las plantas de biogás, como tecnología para el tratamiento de residuales orgánicos, se ha ido extendiendo a diversos sectores productivos del país, especialmente en el sector campesino; sin embargo, muchas de las instalaciones que se construyen carecen de un análisis previo de viabilidad económica. Aún y cuando la opción de construir una planta de biogás resulte ventajosa en términos de reducción de impactos ambientales, también lo debe ser económicamente. (Nuñes, 2016)

Según (Hernández, 2015) el sector industrial, específicamente en los rubros alimenticio, textil, curtiembre y papeleras, es generador de importantes cantidades de residuos orgánicos. La misma característica que convierte en contaminantes a los residuos orgánicos, su alta carga orgánica, favorece su utilización como insumo para la generación de biogás, ya que este se produce precisamente por la fermentación de la materia orgánica. Los desechos agroindustriales comprenden un amplio conjunto de residuos orgánicos biodegradables, los cuales pueden ser clasificados en dos tipos generales: residuos de frutas o plantas y residuos provenientes de animales (estiércoles y purines). Los cuales requieren de un manejo específico para evitar la generación de problemas ambientales que a la postre se reflejan en la salud pública y el deterioro de los ecosistemas naturales. (Alcáza, 2017). En la agroindustria existen variedad de residuos biodegradables que se le puede dar un tratamiento adecuado como la generación de fuentes de energía, alimento para animales domésticos o para ser utilizados en los cultivos como fuentes de materia orgánica, nutrientes y agua para los cultivos de este modo podremos reducir la contaminación ambiental. (Delgado, 2016) La agricultura orgánica es un sistema de producción que trata de utilizar y aprovechar al máximo los recursos producidos en los distintos terrenos, dándole mayor preferencia a la fertilidad del suelo y la actividad biológica y así pudiendo optimizar el tiempo utilizando estos recursos no renovables y reduciendo o eliminando el uso de fertilizantes como plaguicidas sintéticos para proteger el medio ambiente y la salud humana. (Cordon, 2015) Las plantas agrícolas productoras de biogás usan principalmente lodo líquido proveniente de excretas de ganado, cerdos y guano de aves de engorde. La caracterización físico-química y microbiología de los efluentes resultantes ha constatado las potencialidades para la producción de biogás con fines energéticos destacándose los que tratan estiércoles porcinos, donde el metano supera el 70 %. (Martínez, 2018) Los componentes de residuos orgánicos que presentan una excelente biodegradabilidad (dada por el porcentaje de sólidos volátiles), favoreciendo una mejor producción de biogás, son los azúcares, el almidón y las proteínas. Otros componentes orgánicos como las grasas, aceites y la celulosa tienen una buena biodegradabilidad, aunque menor a la de los anteriores. (Cano, 2016) La generación de biogás es una alternativa que impide la quema de combustibles fósiles además esta alternativa es indispensable para asegurar la sustentabilidad y cuidado del medio ambiente. (Briseño, 2017). En la actualidad la evolución de este tratamiento no ha sido muy factible, aunque ya se empieza a utilizar el biogás generado a partir de residuos y cada vez tiene más importancia. (Sanchez, 2017)

Ilustración 4, factores que afectan la producción de biogás (Rodríguez, 2016) Fermentación anaeróbica La producción de biogás por descomposición anaeróbica se utiliza para el tratamiento de residuos biodegradables ya que en este proceso se obtiene un combustible de valor, además este proceso genera un efluente que se puede aplicar como abono energético en la agricultura (Leturia, 2015). La composición del biogás siempre va depender de tipo de desecho o residuo utilizado y las condiciones en donde se vaya a procesar. (INDAP, 2015) Cabe recalcar que tanto el gas metano como el dióxido de carbono son los responsables del calentamiento global para la reducción del mismo paralo cual se debe darles tratamientos a los residuos orgánicos y así podíamos estar ahorrando dinero en energía y abono además se reduciría el impacto ambiental que estos residuos provocan diariamente. (Zambrano, 2015) (Sogari, 2016) dice que la generación de biogás es una alternativa dentro de las energías renovables ya que ayuda a la reducción de los gases que producen el efecto invernadero, también el biogás serviría para aprovechar los desechos orgánicos generados dentro de los mataderos. El estiércol tiene un alto potencial como fertilizante orgánico en la agricultura, gracias a su contenido en nitrógeno, fósforo, potasio y materia orgánica entre otros. Sin embargo, la gran intensificación que la ganadería ha experimentado en las últimas décadas ha generado la concentración de grandes cantidades de estiércol en zonas muy concretas, dificultando su manejo. Las excretas de humanos y animales tienen un alto contenido de nitrógeno, por ende, durante la fermentación tiene una excelente velocidad de biodegradación y generación de gas. (Gonzales P. , 2015). El estiércol de los animales sería una buena opción para la generación de biogás ya que tiene un alto contenido de nitrógeno, fosforo, potasio, y materia orgánica y tiene un alto potencial como fertilizante orgánico en la agricultura. (Pain, 2015)

En cuanto a los factores que influyen en la producción de biogás se tiene: 

Tipo de sustrato: las materias primas fermentables pueden ser excrementos animales y humanos, aguas residuales orgánicas de las industrias (producción de alcohol, procesado de frutas, verduras, lácteos, carnes, y alimentos en general), rastrojo de las cosechas y diferentes tipos de basuras. Conjuntamente los excrementos de los animales se degradan dependiendo básicamente del tipo de animal y la alimentación a la que hayan estado sujetos. La cantidad de excrementos producidos al día por las aves con un peso vivo de 1,5 kgs lo que da en promedio es de 0,06 kg de estiércol por día.



Temperatura del sustrato: la temperatura mínima ideal es de 4° a 5° sin sobrepasar los 70°C como máximo. Dependiendo el tipo de bacteria se da la diferenciación entre los grados de temperatura: o

Psiccrofílicas: Menos de 20°C

o

Mesofílicas: Entre 20°C y 40°C

o

Termofílicas: Más de 40°C.

La actividad biológica y la producción de gas aumentan con la temperatura, con temperaturas mayores de 20°C se logrará mantener el calor mediante energía exterior al proceso, esto hace que se incremente la eficiencia y la producción de biogás sin embargo a su vez aumentan los costos y la complejidad de la tecnología. 

Velocidad de carga volumétrica: Es el volumen de sustrato orgánico cargado diariamente al digestor. Las diferentes formas de expresar este parámetro son las siguientes: Kg de material/día, Kg de materia seca/día; kg de sólidos volátiles/día todos se expresan por metro cúbico de digestor.



Valor de acidez (pH): el proceso de fermentación se realiza con valores entre 7 y 8,5.



Contenido de sólidos: La movilidad de las bacterias metanogénicas dentro del sustrato se ve limitada a medida que el contenido de sólidos aumenta, por este motivo puede verse afectada la eficiencia y la producción de gas. El porcentaje de sólidos óptimos oscila entre 8% y 12%



Agitación-Mezclado: Al agitar y mezclar la solución se remueven los metabolitos producidos por las bacterias metanogénicas, mezclado del sustrato fresco con la población bacteriana, se evita la formación de costras que se forman dentro del biodigestor, uniformar la densidad bacteriana y evitar la formación de espacios sin actividad biológica aumentando la eficiencia de producción.



Inhibidores: La presencia de metales pesados, antibióticos y detergentes en altas concentraciones inhiben e interrumpen el proceso de fermentación anaeróbica. (Chorkulak, 2016)

(Padilla A. , 2016) indica que el biogás tiene diversos usos entre ellos esta generar calor, en la producción de electricidad y refrigeración etc. sin embargo si el biogás es mezclado en una proporción de 1:20 con aire se convierte en un gas altamente explosivo que puede ser perjudicial para la producción del mismo, pero en la industria este gas es muy beneficioso. (Cuesta, 2015) nos indica que, sin embargo, los distintos usos que puede brindar el biogás va depender directamente de su contenido de metano. La generación de electricidad utilizando biogás en motores de combustión interna requiere de la purificación del combustible con la finalidad de reducir aquellos constituyentes que resultan agresivos para los motores o producen niveles de emisión de contaminantes por encima de los niveles permitidos. Las tecnologías más desarrolladas están relacionadas con la remoción de dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, y otros componentes que causan deterioro en los componentes de los motores como los siloxanos, que son compuestos siliconados fermentados que durante la combustión se convierten en silicatos y cuarzo disminuyendo el volumen de la cámara de combustión y aumentando la relación de compresión y la abrasión del motor. (Blanco, 2017) Los sustratos obtenidos para la generación de biogás provienen de las excretas de los animales como cerdo, vacuno, aves, también se extraen de los residuos de la agricultura, de los residuos orgánicos de la industria alimentaria como por ejemplo suero, residuos vegetales, levaduras, lodos y efluentes de cerveceras y destilerías. (Hernandez, 2015) El residuo obtenido de la biodigestión se puede aplicar como abono de suelo por lo que contiene nutrientes principalmente el nitrógeno, sin embrago otros nutrientes como el fosforo y el potasio no se encuentran afectados en su contenido y disponibilidad. (Lopez, 2015) El proceso de biodigestión puede darse por un grupo de microorganismos bacterianos anaeróbicos para que durante el proceso de biodigestión se transforme en biogás y fertilizante. (Ramos, 2016) La generación de biogás en los distintos tipos de biodigestores son imprescindibles ya que reduce cierta cantidad de metano y óxido nitroso debido a que estos tienen un calentamiento global más alto que el CO2. (Arrieta W. , 2016) La obtención de biogás genera prácticamente ciertas ventajas económicas por lo que un solo reactor realiza todo un proceso completo con un rendimiento excelente. Ya que el biogás producido tiene un valor comercial como combustible, por lo cual es posible utilizar para la generación de energía eléctrica y/o térmica o también puede realizarse su venta directa como gas valorado por su energético para sustituir combustibles fósiles. (Castro, 2016) Además, la generación de biogás en el proceso de biodigestión anaeróbica en los biodigestores puede producir subproductos biofertilizante con excelentes propiedades para la aplicación en la agricultura que puede separarse de una fase liquida BIOL a una sólida BIOSOL. Este bio-abono tiene la característica de no deja residuos tóxicos que pueden afectar al suelo. (Garcia, 2016).

En la fase liquida BIOL se produce la degradación de la materia orgánica en condiciones de anaerobismo, mientras que en el sólido Biosol se obtiene un potente liquido foliar para la producción orgánica. (Tapia, 2016) Biodigestores en la producción de biogás La adopción de biodigestores ha sido muy útil y muy alta entre agricultores de diferentes áreas donde la leña escasea o el acceso a electricidad u otras fuentes de energía es limitado gracias a este equipo ha sido beneficiados (Rivero, 2015) Un Biodigestor es un sistema natural el cual posee un ducto de entrada que es el afluente y un ducto de salida que es el efluente que es alimentado con estiércol, donde la digestión anaeróbica es realizada por las bacterias que ya habitan en el estiércol, para transformar este en biogás y fertilizante. El biogás puede utilizarse como combustible en las cocinas, o iluminación, y en grandes instalaciones se puede utilizar para alimentar un motor que genere electricidad. El efluente resultante de una planta generadora de biogás que trata residuos agropecuarios, aporta materia orgánica semidegradada y compuestos inorgánicos, que se pueden utilizar como acondicionadores del suelo en tierras de cultivo. Este bioproducto es un reconocido fertilizante orgánico de alta calidad y contiene como promedio: 8,5 % de materia orgánica, 2,6 % de nitrógeno, 1,5 % de fósforo, 1,0 % de potasio y un pH de 7,5. (López E. , 2017) Algunos digestores se cargan con las materias primas en una sola carga, luego de un tiempo de fermentación, si el contenido de materia prima disminuye el rendimiento de biogás va disminuir considerablemente para evitar esto se vacían los digestores completamente y se alimentan de nuevo dando inicio a un nuevo proceso de fermentación. (Varnero, 2017) Los biodigestores tienen un funcionamiento de régimen continuo y semi continuo. Dentro del régimen continuo se debe utilizar tanques herméticos con una salida de gas, en donde se debe cargar una sola vez y descargar cuando haya dejado de generar gas mientras que el régimen semi continuo entra la carga por un extremo y necesariamente debe salir por el otro extremo del biodigestor (Tay, 2017). Este tipo de biodigestores son los adecuados para procesar materia orgánica de descomposición lenta o baja disponibilidad. (Diaz G. , 2017) El efluente del biodigestor cumple una función fitosanitaria ya que actúa como repelente contra insectosplagas de los cultivos. El efluente es muy utilizado para fertilizar plantas acuáticas, plantas ornamentales y también encuentra aplicación para el cultivo de peces, pues se fertilizan los estanques para producir algas y fitoplancton que consumen los peces. (GRANTEC, 2016) Según (Crespo, 2015)los distintos tipos de biodigestores que existen deben tener siempre estos requerimientos: 

Disponer de un tanque con una entrada para que se pueda introducir la materia orgánica y el agua



Dos salidas, una para el gas, a la cual se le debe acoplar una manguera que tenga conexión directa a una cocina; y la otra para el compost y biol.

Además, es importante instalar un manómetro para controlar la presión interna del tanque y poder de esta manera evaluar la cantidad de gas producido a través del tiempo. La implementación de biodigestores para la producción de biogás sirve para la cocción de los alimentos de las familias de zonas rurales. Esto hace que se frene el deterioro del medio ambiente evitando el uso de la leña lo cual también ayuda a reducir la deforestación, protegiendo la biodiversidad de la zona, los nacimientos de los ríos, quebradas y fuentes para los acueductos municipales. (Pinzón, 2016). Uno de los tantos beneficios económicos es la producción de gas metano ya que se puede utilizar para iluminación, calefacción y así estaría reduciendo una cantidad de energía eléctrica del área en donde se está realizando el proceso. (Godoy, 2018) Usar digestores de calidad ayuda a reducir el volumen de materia y conservando su valor como fertilizante si presentar cualquier anormalidad en los cultivos. Según (Gonzales A. , 2017) El sistema de un biodigestor se compone de varios instrumentos como: 

Cámara de fermentación: En esta etapa es en donde se va almacenar la biomasa adquirida durante su proceso de descomposición.



Cámara de almacén de gas: Lugar donde el biogás va irse acumulando mucha antes de su extracción



Pila de carga: Es el espacio en donde la biomasa se va ir introduciendo luego de su proceso



Pila de descarga: es el espacio de salida en donde se van a retirar los residuos o desechos obtenidos en el proceso que no son útiles para la producción de biogás, sin embargo, a estos se les puede dar un tratamiento



Tubería de gas: finalmente esta es la etapa de salida del biogás

Los factores que influyen en el funcionamiento del biodigestor son: Temperatura y tiempo de retención, Relación carbono/nitrógeno, Niveles de amoniaco, pH, Contenido de agua de la mezcla, materiales orgánicos. (Salcedo, 2015) Según (Avila M. , 2017) menciona que los biodigestores durante su funcionamiento pueden ser afectados ya sea por la temperatura, pH, tiempo y especialmente por el tipo de inoculo que se vaya a utilizar para la producción de biogás por ende estas variables influirán directamente en el rendimiento de la generación de biogás. Según (Saltos, 2017). Los biodigestores están diseñados para trabajar en un tiempo determinado de 90 días aproximadamente, y este se alimenta mezclando homogéneamente el estiércol con el agua con relación 1:3 estos valores deben ser estrechamente conservadores

El uso de biodigestores es muy benéfico ya que optimiza el material orgánico, los residuos orgánicos obtenidos después de la biodegradación tiene una mayor riqueza, reduce la tala de bosques, produce biofertilizante rico en nitrógeno, fosforo y potasio, capaz de competir con los fertilizantes químicos, que estos son perjudiciales para el medio ambiente. (Salvador, 2016). La adopción de biodigestores en la actualidad ha sido muy alta entre agricultores de áreas donde la leña escasea o el acceso a electricidad u otras fuentes de energía es limitado. (Aguilar, 2015) Para la utilización de un biodigestor se recomienda por cuestiones de diseño, volúmenes, pues la excavación de un pozo en forma vertical puede resultar problemática, si es que el nivel freático esté muy cercano a la superficie y puede aparecer demasiada humedad. El agua puede circular en flujo pistón dependiendo el tipo de digestor a utilizar y el residuo orgánico que se va a procesar. (Rodriguez, 2015) Usos de los residuos obtenidos del proceso de biogás como fertilizantes Acondicionador El uso de los residuos del biogás como acondicionador tiene como principal papel la restitución al suelo de la materia orgánica estable o humus estable, debido a los compuestos orgánicos presentes en el bioabono como la lignina, celulosa y hemicelulosa, estos contribuyen a la formación de humus estable, previenen la erosión y aumentan la permeabilidad del suelo. Por otro lado constituyen también la base para el desarrollo de los microorganismos responsables de la conversión de los nutrientes en una forma que puede ser incorporada fácilmente por las plantas. El elevado contenido de amonio ayuda a evitar la pérdida de nitrógeno por lavado y lixiviación del suelo así como las pérdidas por volatilización producidas por los procesos de desnitrificación biológica. (Sandoval, 2015) Lodos de digestión anaeróbica Según (Salamanca, 2016), Cada seis o doce meses es aconsejable descargar totalmente el biodigestor continuo, para una adecuada mantención. Esto permite retirar del fondo del biodigestor los lodos de digestión que tienen un elevado contenido de agua, constituido por fracciones de materia orgánica estabilizada, nutrientes totales y disponibles, sales solubles, con valores de pH cercanos a la neutralidad, además enriquecido en inóculos microbianos metanogénicos. Por lo tanto, entre los usos más comunes de los lodos de digestión se tiene: 

Acondicionamiento de suelos.



Biofertilizante.



En mezcla para macetas



Recuperación de suelos o sitios degradados



Biorremediación de suelos

El digerido es el segundo producto de la biometanización, se trata de un lodo estabilizado formado por la mezcla de minerales y por productos poco degradables. A nivel de contaminación y presencia de patógenos, la calidad del lodo varía en función de la tecnología utilizada y de los valores que presenten los parámetros operacionales. (Muñoz, 2018) Biofertilizante Los biofertilizantes obtenidos del proceso de biogás se caracterizan por su aporte de elementos minerales, especialmente nitrógeno. Como subproducto después de la generación de biogás, se obtiene materia orgánica estabilizada rica en elementos minerales. En función a la carga usada y el proceso seguido, esta materia orgánica, también conocida como bioabono puede presentarse de dos formas: líquida y sólida. Biofertilizante en forma líquida: proveniente de digestores continuos con una alta tasa de carga y un bajo contenido de sólidos totales (inferior al 12 %), el inconveniente de éste es su comercialización por el estado físico de su presentación. Biofertilizante en forma sólida: proveniente de digestores batch o semicontinuos con buen poder fertilizante, que luego de ser secado se puede comercializar sin problemas. (Ustarroz, 2016) Todos los productos orgánicos obtenidos, independientemente del proceso utilizado para su estabilización, son buenos acondicionadores o mejoradores de las propiedades físicas de los suelos, ya que aportan niveles interesantes de materia orgánica estabilizadaLa incorporación de estos substratos orgánicos en el suelo permite mejorar la estructura de éste, reduciendo problemas de compactación y susceptibilidad de erosión. (Ramírez, 2016) Por otro lado, incrementan la capacidad de retención de agua, así como el intercambio gaseoso, favoreciendo el desarrollo radical. Sin embargo, la clasificación como biofertilizante, depende de las características bioquímicas de las materias primas utilizadas, de forma que si éstas contienen altos niveles de nutrientes, generarán productos con características de fertilizantes orgánicos. (Padilla S. , 2015) Cuando el biofertilizante presenta buena calidad puede ser aplicado de forma directa al suelo agrícola, aunque en otros casos se realiza la separación en sus dos fracciones: la fracción líquida puede ser utilizada como fertilizante o someterse a la eliminación de amoniaco y utilizar específicamente los nutrientes valiosos. Mientras que la fracción sólida se puede aplicar como enmienda orgánica. Sin embargo, con el uso de estiércol como materia prima se tienen rendimientos relativamente bajos de biogás; por ello, con frecuencia es mezclado y codigerido con otros materiales orgánicos que aumentan el rendimiento de biogás. (Constantino, 2017) Fertilizante Según (Chagoya, 2018), Para la obtención de fertilizantes de alto valor añadido, se utilizan materias primas denominada digestatato, es decir, la materia orgánica resultante del proceso de biogás, dichos

fertilizantes obtenidos se basan en que se trata de un producto que requiere dosis más bajas que los fertilizantes tradicionales y libera sus nutrientes de una manera lenta, lo que implica un menor impacto en el medio ambiente. Resulta un producto muy apropiado para ser utilizado en cultivos de alto valor añadido, como césped deportivo, cultivos ornamentales y cultivos agrícolas especialmente delicados. El digestato, es un material líquido residual, que se va generando en grandes volúmenes y presenta una elevada humedad relativa además tiene una considerable concentración en sales minerales como son el nitrógeno y fósforo. Se considera un recurso con valor fertilizante de nulo o bajo coste para los agricultores que se puede aplicar directamente, o por fracciones. (Sala, 2015) Este digestato concentrado se requiere utilizar como biofertilizante, por ende, el agua se retira para ser limpiada y recibir un tratamiento si es necesario y utilizada de manera adecuada para el riego de cultivos, tales como ensaladas y verduras. (Padilla J. , 2015) Mediante los tratamientos anaerobios que se realiza en la generación de biogás esto permite obtener efluentes con propiedades biofertilizantes que ayudan dentro de la agricultura además se puede obtener energía renovable.

Sin embargo, para aplicar la dosis correcta del efluente va depender de su

composición, tipo de suelo y de los requerimientos del cultivo. (Solano, 2015) La correcta gestión y tratamiento de estos residuos orgánicos contribuyen a mantener un medio ambiente saludable y además a disminuir los riesgos de contraer enfermedades por parte de la población, con el beneficio adicional de la generación de recursos económicos y la contribución a los objetivos de desarrollo sostenible. (Cruz A. , 2015) El aprovechamiento del digestato por ser un producto con un alto valor añadido, este cerrara ciclos de los nutrientes, reducirá las misiones de gases de efecto invernadero, además es un buen generador que mejorara los resultados económicos de las plantas de agro biogás y tiene un beneficio importante que reducirá los problemas existentes con el medio ambiente para así que sea el beneficio para todo los que nos rodean. (IPN, 2015) CONCLUSIONES: 

No es prudente dejar fuera de operación o funcionamiento el biodigestor por periodos largos, porque esto puede ocasionar que el proceso de digestión anaerobia se interrumpa. Si sea el caso de dejar fuera de operación por un tiempo determinado se recomienda mantener la carga diaria con material orgánico sustituto de origen animal o vegetal.



El proceso de digestión anaerobia es útil para tratar y depurar desechos y aguas residuales, siempre y cuando tengan un elevado contenido en materia orgánica ya sea de origen animal o vegetal



Una recomendación acerca de la producción de biogás generalmente para los agricultores es la recolección necesaria de los desperdicios orgánicos y los desechos animales, los cuales sirve para minimizar la contaminación del medio ambiente y genera recursos económicos para los propietarios de centros de crianza, optimizando recursos que los beneficia.



La generación de biogás puede ser uno de los principales recursos para mejorar la producción dentro de la agricultura ya que al generar este gas combustible se obtiene u material rico en nutrientes denominado bioabono, el cual se lo utiliza como un fertilizante en varios tipos de cultivos, en especial en aquellos que requieren mayores cuidados.

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