Biodigestores anaerobios para la reducción de contaminantes ganaderos una estrategia fiscal en las empresas porcinas
Biodigestors Anaerobs for the Reduction of Livestock Contaminants a Fiscal Strategy in Swine Companies

Beatriz Sauza-Ávila^[a], Dorie Cruz Ramírez^[b], Suly S. Pérez Castañeda^[c], Claudia B Lechuga-Canto^[d], Aníbal H. Cervantes-Monsreal^[e]

Resumen

Ante los retos que se presentan en el mundo relacionado con el cuidado al medio ambiente y al citar diversos autores quienes argumentan que los excrementos generan gases de efectos invernadero siendo malo para el medio ambiente, es necesario contar con energías alternas, estas puede producirse a través de excretas de animales específicamente en el caso de estudio se utilizará el generado por los cerdos los cuales son monogástricos, esta característica trae como consecuencia que no aprovechen al 100% los nutrientes de los alimentos que consumen esto provoca una excreta rica en nutrientes que las bacterias se sirven para su metabolismo, por lo antes expuesto el objetivo de esta investigación consiste en realizar un prototipo de biodigestor anaerobio para obtener energía renovable aprovechando las excretas en una granja, con ello se obtendrá biogás el cual será acondicionado por medios mecánicos, para el aprovechamiento seguro del mismo, generando un impacto positivo en el medio ambiente, de igual forma se medirán las estrategias fiscales que beneficien a la empresa en obtención de finanzas empresariales sanas, la metodología consiste en modelo descriptivo al identificar las características que tienen los biodigestores así como los aspectos biológicos a considerar, cuantitativo al calcular los requerimientos para el desarrollo del prototipo del biodigestor y las estrategias fiscales para producir el gas LP o gas natural. Actualmente la investigación se encuentra en proceso por tal motivo se presentan avances y resultados teóricos.

Palabras clave: Biodigestor, medio ambiente, estrategias fiscales.

Abstract

Faced with the challenges that arise in the world related to the care of the environment and citing various authors who argue that excreta generate greenhouse gases that are bad for the environment, it is necessary to have alternative energies, these can occur through of excreta of animals specifically in the case of study will be used the one generated by the pigs which are monogastric, this characteristic brings as a consequence that they do not take advantage of 100% the nutrients of the food that they consume this causes a excreta rich in nutrients that the bacteria they are used for their metabolism, because of the above, the objective of this research is to make a prototype anaerobic biodigester to obtain renewable energy by using the excreta in a farm, with this biogas will be obtained which will be conditioned by mechanical means, for the use sure of it, generating a positive impact on me gave environment, in the same way will be measured fiscal strategies that benefit the company in obtaining healthy business finances, the methodology consists of a descriptive model to identify the characteristics that have the biodigesters as well as the biological aspects to be considered, quantitative when calculating the requirements for the development of the biodigester prototype and fiscal strategies to produce LP gas or natural gas. Currently the research is in process for this reason advances and theoretical results are presented.

Keywords: Biodigester, environment, fiscal strategies.

Introducción

El manejo de las excretas de los animales, es una tarea complicada, que en muchas ocasiones resulta costosa debido a que no se cuenta con los medios suficientes para hacerlo o su manejo se sigue haciendo de manera tradicional colocándolo en tierras para cultivo. Esto en la mayoría de las ocasiones provoca serios problemas de contaminación, malos olores y la emisión de gases nocivos a la atmósfera además se requieren grandes extensiones de terreno, de acuerdo con Pinos, García, Peña, Rendón, González, y Tristán (2012), consideran que las excretas generadas en las ganaderías puede provocar impactos ambientales negativos, debido a la emisión de gases contaminantes hacia la atmósfera en México la regulación sobre excretas de animales es escasa y confusa sin especificaciones claras.

El objetivo para la presente investigación es: realizar un prototipo de biodigestor anaerobio para obtener energía renovable aprovechando las excretas en una granja, con ello se obtendrá biogás el cual será acondicionado por medios mecánicos, para el aprovechamiento seguro del mismo, generando un impacto positivo en el medio ambiente, de igual forma se medirán las estrategias fiscales que beneficien en obtención de finanzas empresariales sanas.

Para lograr el objetivo será necesario el tomar como población de estudio una pequeña empresa porcina situada en el Estado de Hidalgo, en dónde se implementará el biodigestor utilizando las excretas de los animales para que alimenten el biodigestor el cual se realizará con material considerado como desperdicio, con ello se buscarán las estrategias fiscales que beneficien en la disminución de pago de impuestos y a su vez traerá como consecuencia el cuidado al medio ambiente al utilizar el biogás.

A continuación se describe el contenido de lo que se presentará en este artículo, en primer lugar se presenta el marco teórico para ilustrar los conceptos que servirán de apoyo para la realización de la investigación, como son concepto de biodigestores, tipos de biodigestores, ejemplo de biodigestor, biogás, contaminación ambiental por excretas, pequeñas empresas, materia fiscal de la Ley del Impuesto Sobre la Renta, la metodología abordada, hipótesis, el objetivo general, objetivos específicos, el análisis de resultados teóricos, reflexiones finales,

Marco teórico

A continuación se define lo que es un biodigestor de acuerdo con Pérez (2010), en su forma más simple, un contenedor cerrado, hermético e impermeable (llamado reactor), dentro del cual se deposita el material orgánico a fermentar (excrementos de animales y humanos, desechos vegetales, etcétera) en determinada dilución de agua para que se descomponga, produciendo gas metano y fertilizantes orgánicos ricos en nitrógeno, fósforo y potasio.

Para determinar el tipo de biodigestor que se realizará en este proyecto es necesario primero conocer los tipos de biodigestores más comunes de acuerdo con García, A (2014), los biodigestores varían ampliamente de acuerdo con su complejidad y utilización los más sencillos caen dentro de la clasificación de digestores discontinuos o de cargas por lotes y los más complejos se caracterizan por poseer dispositivos que permiten alimentarlos, proporcionándoles calefacción y agitación. Resulta conveniente clasificarlos según su modo de operación con relación a su alimentación o carga en los siguientes tipos:

1. Continuos: Cuando la alimentación del digestor es proceso interrumpido, el efluente que descarga es igual al afluente o material de carga (que entra al digestor), con producciones de biogás, uniformes en tiempo. Son utilizados principalmente para el tratamiento de aguas negras, corresponde a plantas de gran capacidad, tipo industrial, en las cuales se emplean equipos comerciales para alimentarlos, proporcionándoles calefacción y agitación, así como para su control. Dado que se genera una gran cantidad de biogás, habitualmente, éste se aprovecha en aplicaciones industriales.
2. Semi continuos: cuando la primera carga que se introduce del digestor consta de una gran cantidad de materias primas. Posteriormente, se agregan volúmenes de nuevas cargas de materias primas (afluente), calculados en función del tiempo de retención hidráulica y del volumen total del digestor. Se descarga el efluente regularmente en la misma cantidad del afluente que se incorporó. Este proceso es usado en el medio rural, cuando se trata de sistemas pequeños para uso doméstico. Los diseños más populares son el digestor Indiano y Chino.
3. Discontinuos régimen estacionario: los digestores se cargan con las materias primas en una sola carga o lote. Después de un cierto periodo de fermentación, cuando el contenido de materia primas disminuye y se alimentan de nuevo dando inicio a un nuevo proceso de fermentación. Esto se conoce también como digestores Batch o Batelada.

Ejemplo de biodigestor

De acuerdo a lo aportado por Masera, O., Caralli, F., García, C., Riegelhaupt, E., Arias, T., Vega, J., Díaz, R., Guerrero, G. Cecotti, L. (2011), un biodigestor puede producir de 200 a 400 m3 de biogás por tonelada de materia fresca (tMF), aunque este valor varía mucho de acuerdo con la naturaleza de la metería prima digerida. En Europa se ha probado con múltiples desechos en el mismo digestor. La unidad que se utiliza comúnmente es la unidad ganadera que equivale a 500 kg de peso vivo del animal y permite comparar los rendimientos de biogás de distintos tipos de animales, una unidad ganadera produce entre 400 y 500 m3 de biogás al año. El biogás puede ser mejorado a biometano, un gas con calidad equivalente a la del gas natural, que puede ser mezclado con este último y ser usado en vehículos.

Biogás

El biogás se define como el “producto de la conversión bioquímica o digestión de biomasa orgánica se llama biogás a la mezcla constituida por metano (CH4) en una porción que oscila entre 50% y un 70% y dióxido de carbono que contiene pequeñas porciones de otros gases tales como hidrógeno, nitrógeno y sulfato de hidrógeno, todo esto se puede obtener con la ayuda de desechos orgánicos” Tobares (2012).

Para la Red Mexicana de Bioenergía, A.C (2017), el biogás es una mezcla conformada principalmente por el proceso biológico de biodigestión anaerobia, que consta de una serie de reacciones bioquímicas en la que residuos orgánicos so degradados o consumidos por un conjunto de microorganismos, como se muestra en la tabla número 1.

Otra definición coincidente con la anterior es: el biogás está constituido principalmente del Metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y una serie de impurezas que dependen del origen primario del biogás. (Pérez, 2010). La obtención del mismo es considerada una energía renovable como lo cita Tobares (2012), al decir que proviene de la biomasa y la energía geotérmica, la biomasa es, toda planta o materia que existe sobre la superficie: residuos agrícolas, residuos forestales, restos de todas las agroindustrias y cultivos energéticos entre otros.

En países del primer mundo como Alemania Italia y Reino Unido son responsables de más del 77% de la producción de biogás de la Unión Europea, según datos reportados por EnergyNews, (2017).

Los principales países están recurriendo a energías alternas que no dañen el medio ambiente y pos consiguiente generen el gas o energía eléctrica necesaria para satisfacer las necesidades de las personas, empresas u organismos, gracias al uso de biodigestores esto puede lograrse. Sin embargo mucho se habla de contaminación ambiental producto de las excretas, realmente cual es verdadero impacto, a continuación se hace mención de la contaminación causada por estos desechos y las consecuencias que esto puede tener.

Contaminación ambiental por excretas

Derivado de los altos índices de contaminación que se producen por las excretas de los animales es una situación muy delicada que afecta a toda la población, de acuerdo a datos proporcionados por (Sutton, Kephart, Verstegen, Canh, Hobbs (1999). Hace mención que existe una preocupación pública por la contaminación atmosférica de las unidades de producción de carne de cerdo la cual ha llevado a más investigaciones a desarrollar métodos para reducir y controlar los olores.

La  Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación FAO (2002), de acuerdo a un estudio realizado en granjas porcícolas a veintiocho municipios de los estados de Michoacán, Jalisco y Guanajuato declaro que  “el manejo de las excretas  en fresco agudiza aún más el riesgo de contaminación del ambiente debido a la volatilización”, de igual forma hace mención de lo que requieren los productores, siendo una prioridad para ellos la implementación de nuevos esquemas de manejo y uso de excretas.

Una opción para eliminar la contaminación producida por las excretas es haciendo uso de las mismas para beneficio y una solución utilizarla como energía alterna, generando biogás.

Pequeñas empresas

En México las empresas son clasificadas de acuerdo con lo establecido en el  Diario Oficial de la Federación publicado el 30 de junio de 2009, a continuación se presenta dicha clasificación en la tabla número 2:

Como se puede observar en la tabla 2 las empresas pequeñas cuentan entre 11 hasta 50 trabajadores, para esta investigación se propone la aplicación del biodigestor en este tipo de empresa dedicada a la producción de cerdos.

En México como se muestra en la tabla número 4 ocupa el primer lugar de producción el ganado bobino, en $1, 439,933.00 toneladas de carne y en segundo lugar lo ocupa el ganado porcino con un total de $1, 439,933.00 toneladas de carne producida. Considerando que excremento porcino es el que se utilizará para producir el biogás.

Aquí va la tabla 3

Fuente: Elaboración propia con datos de INFOSIAP.GOB

La empresa de estudio se ubica en el estado de hidalgo por eso motivo se toman los datos de la producción anual en el Estado de Hidalgo del ganado porcino situándose en segundo lugar como se muestra en la tabla número 4.

Materia fiscal Ley del Impuesto Sobre Renta

El gobierno de México a través de la Ley del Impuesto Sobre la Renta en su artículo 34, Fracción XIII, que a la letra dice: será deducible el 100% para maquinaria y equipo para la generación de energía proveniente de fuentes renovables o de sistemas de cogeneración de electricidad eficiente.

Estas estrategias fiscales establecidas en la legislación se deben traducir en beneficios para apoyar a las pequeñas empresas las cuales deben mantenerse en un mercado global tan competitivo y con ayuda de construir biodigestores que les ayuden a obtener energía como es el caso del biogás y a su vez les aporten beneficios para reducir la contaminación que se produce al criar ganado específicamente porcino, si gracias a lo anteriormente descrito los pequeños empresarios pueden tener beneficios en donde se reduzca su carga impositiva en el pago de impuestos y a su vez pueda contar con finanzas que apoyen a la construcción de biodigestores anaerobios.

Materiales y métodos

Para llevar a cabo el presente proyecto se estableció un modelo descriptivo al identificar las características que tienen los biodigestores así como los aspectos biológicos a considerar, cuantitativo al calcular los requerimientos para el desarrollo del prototipo del biodigestor y las estrategias fiscales para producir el gas LP o gas natural en una granja porcina.

Este proyecto se llevará a cabo en una granja porcina una vez diseñado y en operación el prototipo para el aprovechamiento seguro del biogás que es una energía renovable, quede el antecedente para ser aplicado en un futuro a gran escala es decir se pueda implementar a nivel nacional.

Mediante el uso de biodigestores anaerobios se reduce considerablemente la contaminación ambiental, como lo cita Campos (2011), “los biodigestores constituyen una valiosa alternativa para el tratamiento de los desechos orgánicos generados en las empresas agropecuarias pues permiten disminuir la carga de contaminantes”. En este proyecto se propone utilizar un biodigestor anaerobio de flujo semi-continuo, una variante del tipo Batch, acondicionado con los medios locales, manteniendo una temperatura de 35 °C en el interior utilizando un calentador solar de agua, esta agua será utilizada como sistema de calefacción utilizando un serpentín de plástico en el interior del biodigestor, el agua de calefacción se mantendrá en recirculación evitando así su desperdicio.

El biogás obtenido será comprimido mediante la adaptación de un compresor de refrigeración para ser almacenado en un contenedor cilíndrico de acero al carbón con capacidad de 50 litros hasta alcanzar una presión de 4 kg/cm2. Posteriormente el biogás pasará a través de un filtro con agua y viruta de acero para eliminar el sulfuro de hidrógeno que pueda contener el biogás, posterior a esto pasará por un filtro ciclónico para separar la humedad que pudiera contener el biogás purificado y finalmente se conducirá a la instalación de aprovechamiento.

El biogás será utilizado para alimentar las criadoras requeridas para el calentamiento de las zahúrdas, cada una de estas consume 415 kcal/h, considerando que el biogás contiene un promedio de 6018 kcal/m3, se requerirá el diseño de un biodigestor con capacidad de producir 10m3 de biogás para garantizar el suministro y evitar la compra de algún combustible.

El aumento constante en la demanda de alimentos, ha provocado que los productores pecuarios aumenten su producción a un ritmo muy acelerado, pero al mismo tiempo esto acarrea problemas en cuanto al manejo de residuos como las excretas de los animales. Si sumamos esto a la variación de los precios de los energéticos como el gas LP o el Gas Natural, obtenemos altos costos de producción; mismos que se ven reflejados en la venta del producto final. De aquí surge la necesidad de promover un manejo integral de las excretas pero, ¿Existe alguna manera de hacerlo sin aumentar los costos de producción? el biodigestor se colocará cerca de una granja, a través de ella se podrán medir los costos utilizando un sistema de costeo y con ello comprobar si habrá reducción de los mismos.

Hipótesis

Los biodigestores anaerobios son una opción confiable para el manejo sustentable de las excretas de los animales, esto se encuentra relacionado con las estrategias en materia fiscal.

Objetivo general

Realizar un prototipo de biodigestor anaerobio para obtener energía renovable aprovechando las excretas en una granja, con ello se obtendrá biogás el cual será acondicionado por medios mecánicos, para el aprovechamiento seguro del mismo, generando un impacto positivo en el medio ambiente, de igual forma se medirán las estrategias fiscales que beneficien en obtención de finanzas empresariales sanas.

Objetivos específicos

1. Diseño y construcción de un biodigestor.
2. Promover el uso de energías limpias en el ámbito agropecuario.
3. Reducir el uso de agua en el manejo de excretas en lagunas de oxidación.
4. Reducir los malos olores producidos por la descomposición de las excretas al aire libre o en lagunas de oxidación
5. Determinación de las estrategias fiscales.

Resultados y discusión

La obtención del biogás, su compresión y purificación, permitirá su aprovechamiento seguro, ya que se encontrará libre de sulfuro de hidrógeno, gas que al quemarse, se le relaciona con la formación de lluvia ácida, además de que el excedente de gas se puede aprovechar en los hogares lo que ayudará a mejorar la economía de los productores.

En el caso de los grandes centros de producción porcina, los excedentes de gas pueden ser convertidos en energía eléctrica aprovechable por los productores o se puede enviar a través de las líneas de distribución eléctrica.

Con el uso del biogás se evitará la quema de combustibles fósiles, se proveerá de energía limpia y renovable a la industria pecuaria, se ayudará a disminuir los costos de producción, se tendrá acceso a energía confiable, ya que la disponibilidad de esta dependerá solamente de los productores pecuarios.

Se mejorará el entorno ambiental al reducir los malos olores, se tendrá un mejor aprovechamiento del agua, ya que puede utilizar para regar campos de cultivo o huertas locales o invernaderos evitando así la contaminación de barrancas o desagües por excretas de animales.

Se obtiene un fertilizante de buena calidad que ayuda en el mejoramiento de suelos de uso agrícola, con esto también se colabora con la industria agroalimentaria.

Se demostrará que el biogás es una fuente de energía segura y de fácil manipulación y aplicación que cumple con los requerimientos de los productores pecuarios.

La maquinaria utilizada en la generación de energía es cien por ciento deducible de impuestos, permitiendo con ello que las empresas porcinas opten por invertir para obtener un beneficio fiscal.

Conclusiones

Los resultado obtenidos servirán como base crear confianza entre los productores pecuarios que aún no cuentan con sistema integral de tratamiento de excretas ya que no saben de los beneficios del uso de biodigestores y el aprovechamiento del biogás, a su vez se busca la implementación de proyectos a gran escala, ya que los biodigestores ofrecen la posibilidad de adaptarse a cualquier tipo de materia orgánica, con lo cual se podría aplicar a:

Agroindustrias alimentarias ya que este tipo de industria produce una gran cantidad de desechos orgánicos que aunque no sean contaminantes pueden ser aprovechados para producir energía reduciendo así sus costos de producción y demanda energética, evitando la quema de combustibles fósiles.

La producción porcina, producen gran cantidad de excretas, que tratadas adecuadamente pueden finalmente ser convertidas en energía eléctrica el cual es un recurso muy útil en esta industria.

El sector agrícola se verá beneficiado con la implementación de fertilizantes orgánicos obtenidos de los biodigestores, que son más baratos y amigables con el ambiente.

La población cercana será altamente beneficiada al no ser molestada con los olores desagradables que son producto de las excretas al aire libre.

Otro beneficio importante que se busca en el proyecto es comprobar a través de un sistema de costos si estos pueden ser reducidos beneficiando a las empresas agrícolas

Agradecimiento

Agradecemos al Dr. Jorge Zuno Silva, Director de la Escuela Superior de Cd. Sahagún, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, por su apoyo en la realización de este trabajo.

Referencias

Campos, B. (2011), Uso de la energía en la agricultura, Revista de Ciencias Técnicas Agropecuarias, volumen 20, número 2.

Diario Oficial de la Federación (2009), Clasificación de las empresas, Secretaría de Gobernación.

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Masera, O., Caralli, F., García, C., Riegelhaupt, E., Arias, T., Vega, J., Díaz, R., Guerrero, G. Cecotti, L. (2011), Cuaderno La biología en México, Situación actual y perspectivas, consultado el 18 de diciembre de 2017. http://rembio.org.mx/wp-content/uploads/2014/12/CT4.pdf

Pinos, J., García, J., Peña, L., Rendón, J., González, C., y Tristán, F. (2012), “Impactos y regulaciones ambientales del estiércol generado por los sistemas ganaderos de algunos países de América”, Agrociencia vol. 46 no. 4 México may/jun.

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Sutton, A., Kephart, K., Verstegen, M., Canh, T., Hobbs P. (1999). Potential for reduction of odorous compounds in swine manure through diet modification. J anim Sci. 77:430-9. Review. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10100673

Tobares, L. (2012) La importancia y el futuro del biogás en la Argentina. Santiago de Chile, 3er. Congreso Latinoamericano y del Caribe de Refinación, Buenos Aires, octubre 2012.

Uribe, L (2016), Tipos de biodigestores y sus diseños, consultado el 20 de octubre de 2017. https://www.aboutespanol.com/tipos-de-biodigestores-y-sus-disenos-3417696

 

^[a] Profesora Investigadora de la Escuela Superior de Cd. Sahagún, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Cd. Sahagún, Hidalgo, México, beatriz_sauza@uaeh.edu.mx, ORCID:https://orcid.org/0000-0002-7919-6792.

^[b] Profesora Investigadora de la Escuela Superior de Cd. Sahagún, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Cd. Sahagún, Hidalgo, México, doriec@uaeh.edu.mx

^[c] Profesora Investigadora de la Escuela Superior de Cd. Sahagún, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Cd. Sahagún, Hidalgo, México, sulysp@uaeh.edu.mx

^[d] Profesora de la Escuela Superior de Cd. Sahagún, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Cd. Sahagún, Hidalgo, México, claublc@uaeh.edu.mx.

^[e] Profesor Investigador de la Escuela Superior de Cd. Sahagún, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Cd. Sahagún, Hidalgo, México, anibal_cervantes@uaeh.edu.mx.