Potencial de biogás, energía eléctrica, reducción de CO2eq y rentabilidad de biodigestor-motogenerador para establos lecheros en México
Biogas potential, electrical energy, CO2eq reduction and profitability of biodigester-motogenerator for dairy barns in Mexico
Resumen
Objetivo: identificar a los estados líderes en producción lechera en México con potencial para la producción de biogás y evaluar la rentabilidad de los sistemas de biodigestores-motogeneradores. Metodología: se calculó el potencial de biogás, energía eléctrica y reducción de CO2eq para la actividad lechera en México y se utilizó la metodología de proyectos de inversión de Baca para realizar un análisis financiero exhaustivo para cinco tamaños de establos lecheros propuesto. Resultados: México podría producir 1,649.5 millones de metros cúbicos de biogás al año, lo que se traduciría en 2,327.3 GWh de electricidad al año, suficiente para abastecer a más de un millón de habitantes y se estima una compensación de 10,044 Mt de emisiones de CO2eq al año. Además, los establos más grandes, que albergan más de 2,000 cabezas de ganado, logran una recuperación de la inversión más rápida que sus homólogos más pequeños. Limitaciones: el estudio contempla el número de vacas lecheras por entidad federativa, ya que solo se dispone de información del número total de establos en México, pero no por entidad, lo que limita la especificidad de los resultados. Conclusiones: la implementación de sistemas biodigestores-motogeneradores se presenta como una estrategia viable, rentable y sustentable, alineando las necesidades energéticas con el cuidado ambiental en México.
Palabras clave:
desarrollo regional, biodigestores, biogás, energía eléctrica, establos lecheros, análisis de rentabilidadAbstract
Objective: To identify the leading Mexican states in milk production with potential for biogas production and to assess the profitability of biodigester-motogenerator systems. Methodology: The biogas potential, electric power potential and CO2eq reduction for dairy farming in Mexico were calculated and the Baca's investment project methodology was used to perform a thorough financial analysis of five proposed dairy barn sizes. Results: Mexico could produce 1,649.5 million cubic meters of biogas per year, which would translate into 2,327.3 GWh of electricity per year, enough to supply more than one million inhabitants and it is estimated to offset 10,044 Mt of CO2eq emissions per year. Moreover, the larger stables, housing more than 2,000 head of cattle, achieve a faster investment recovery than their smaller counterparts. Limitations: The study considers the number of dairy cows per federal entity, since information is only available on the total number of stables in Mexico, but not by entity, which limits the specificity of the results. Conclusions: The implementation of biodigester-motogenerator systems is presented as a viable, profitable, and sustainable strategy, aligning energy needs with environmental care in Mexico.
Keywords:
regional development, biodigesters, biogas, electrical energy, dairy barns, profitability analysisDescargas
Referencias bibliográficas
Almomani, F. y Bhosale, R. R. (2021). Enhancing the production of biogas through anaerobic co-digestion of agricultural waste and chemical pre-treatments. Chemosphere, 255, 1-13, doi: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126805
Alvarado, J. C., De Oliveira, O. R., De Oliveira, J., Damasceno, M. E. y Alvez, A. C. (2020). Uso do biodigestor na cuinocultura: uma alternativa à sustentabilidade ambiental na Região do Maciço de Baturité, Ceará. R. gest. sust. ambient., Florianópolis, 9(2), 783-818, doi: https://doi.org/10.19177/rgsa.v9e22020783-818
Baca, U. G. (2013). Evaluación de proyectos. 7ª Ed., México: McGraw-Hill.
Barrena, M. Á., Salazar, S. P., Gosgot, Á. W., Ordinola, C. M. y Huanes, M. M. (2019). Diseño del biodigestor tipo laguna cubierta para el establo de la Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza, Chachapoyas, Amazonas. Rev. de investig. agroproducción sustentable, 3(2), 63-70, doi: https://doi.org/10.25127/aps.20192.491
Benali, M., Hamad, T. y Hamad, Y. (2019). Experimental Study of Biogas Production from Cow Dung as an Alternative for Fossil Fuels. Journal of Sustainable Bioenergy Systems, 9, 91-97, doi: https://doi.org/10.4236/jsbs.2019.93007
Benavides, H. O. y León, G. E. (2007). Información técnica sobre gases de efecto invernadero y el cambio climático. Bogotá, Colombia: IDEAM.
Carmona, J. C., Bolívar, D. M. y Giraldo, L. A. (2005). El gas metano en la producción ganadera y alternativas para medir sus emisiones y aminorar su impacto a nivel ambiental y productivo. Revista Colombiana de Ciencias Pecuarias, 18(1), 49-63. Recuperado de https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=295022952006
Casas, M. A., Rivas, B. A., Soto, Z. M., Segovia, L. A., Morales, H. A., Cuevas, M. I. y Keissling, C. M. (2009). Estudio de factibilidad para la puesta en marcha de los digestores anaeróbicos en establos lecheros en la cuenca de Delicias, Chihuahua. Revista Mexicana de Agronegocios, 24(XIII), 745-756.
Centro de Estudios para el Desarrollo Rural Sustentable y la Soberanía Alimentaria (CEDRSSA, 2019). Situación de la Ganadería Lechera en el Sureste de México. Ciudad de México: Cámara de Diputados LXIV Legislatura.
Comisión Económica para América Latina y el Caribe (CEPAL, 2019). Evaluación e implementación de proyectos piloto de biodigestores en El Salvador. Ciudad de México: ONU. Recuperado de https://repositorio.cepal.org/server/api/core/bitstreams/806f1317-e56e-4f74-af4e-70fe27704ec6/content
Chen, Y. R. (1983). Kinetic Analysis of Anaerobic Digestion of Pig Manure and its Design Implications. Journal of Agricultural Wastes, 8(2), 65-81, doi: https://doi.org/10.1016/0141-4607(83)90105-1
Escalera, M. E., Gallegos, F. G. y Leal, V. J. C. (2014). Clean energy a cdm project option. European Scientific Journal, 10(15), 326-338, doi: https://doi.org/10.19044/esj.2014.v10n15p%25p
Espinoza-Arellano, J. J., Fabela-Hernández, A. M., López-Chavarría, S. y Martínez-Gómez, F. (2019). Impacto de las importaciones de leche en polvo y derivados lácteos en el precio al productor de leche de bovino en México. Agricultura, Sociedad y Desarrollo, 16(1), 123-139, doi: https://doi.org/10.22231/asyd.v1i1.985
Fideicomiso de Riesgo Compartido (FIRCO, 2007). Aprovechamiento de biogás para la generación de energía eléctrica en el sector agropecuario. Revista Claridades agropecuarias, 168, 3-40.
FIRCO (2011). Diagnóstico general de la situación actual de los sistemas de biodigestión en México. México: Sagarpa.
Food and Agriculture Organization (FAO, 2019). Guía teórico-práctica sobre el biogás y los biodigestores. Buenos Aires: FAO. Recuperado de https://www.fao.org/publications/card/en/c/CA5082ES/
FAO (2022). World Food and Agriculture-Statistical Yearbook 2022. Rome: FAO, doi: https://doi.org/10.4060/cc2211en
FAO (2023). Producción lechera. 11 de febrero de 2023. Recuperado de https://www.fao.org/dairy-production-products/production/es/
García, B. A. y Masera, C. O. (2016). Estado del arte de la bioenergía en México. México: Imagia Comunicación. Recuperado de https://rembio.org.mx/wp-content/uploads/2023/05/6d95688b94fb96e56675c3ff6387225f-2.pdf
Gasque, G. R. y Blanco, M. A. (2001). Zootecnia en bovinos productores de leche. México (DF): UNAM.
Gutiérrez, J. P. (2018). Situación actual y escenarios para el desarrollo del biogás en México hacia 2024 y 2030. Morelia, Michoacán: Red Mexicana de Bioenergía A. C. Recuperado de https://rembio.org.mx/wp-content/uploads/2023/05/Situacion-actual-y-escenarios-para-el-desarrollo-del-biogas-en-Mexico.pdf
Hashimoto, A. G., Chen, Y. R. y Varel, V. H. (1981). Theoretical aspects of methane production: state of the art in Livestock Wastes: A Renewable Resource. Michigan, USA: ASAE.
Hashimoto, A. G. (1984). Methane from swine manure: Effect of temperature and influent substrate concentration on kinetic parameter (K). Journal of Agricultural Wastes, 9(4), 299-308, https://doi.org/10.1016/0141-4607(84)90088-X
Hernandez-De Lira, O., Huber, D. H., Espinosa-Solares, T. y Balagurusamy, N. (2015). Methane emission and bioenergy potential from livestock manures in Mexico. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 7(5), 1-10, doi: https://doi.org/10.1063/1.4934564
Hernández-Anaya, A., Ruesga-Gutiérrez, E., Olmos-Cornejo, J. E. y Cortés-López, A. I. (2018). Impacto del uso de paneles solares por productores lecheros de los Altos de Jalisco. En R. Jarquín-Gálvez y A. Huerta-De la Peña (Eds.), Agricultura sostenible como base para los agronegocios (pp. 966-971). San Luis Potosí, S. L. P.: Sociedad Mexicana de Agricultura Sostenible A. C.
Instituto Mexicano del Petróleo (IMP, 2017). Reporte de inteligencia tecnológica: Biocombustibles gaseosos. México: SENER. Recuperado de https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/329908/Reporte_Inteligencia_Tecnologica_BIOGAS_Final.pdf
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, 2006). 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. Japan: Institute for Global Environmental Strategies (IGES).
IPCC (2013). Summary for Policymakers. En T. F.Stocker, D. Qin, G. K. Plattner, M. Tignor, S. K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley (eds.), Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (pp.11-59). Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press.
Lagrange, B. (1979). Biomethane 2: Principes-techniques utilization. La Calade, France: EDISUD.
Loera, J. y Banda, J. (2017). Industria lechera en México: parámetros de la producción de leche y abasto del mercado interno. Rev. Investig. Altoandin, 19(4), 419-426, doi: https://doi.org/10.18271/ria.2017.317
Mantilla, J. M., Duque, C. A. y Galeano, C. H. (2007). Diseño y estudio económico preliminar de una planta productora de biogás utilizando residuos orgánicos de ganado vacuno. Ingeniería e Investigación, 27(3), 133-142. Recuperado de https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=64327316
Martí, H. J., Pino, M. A. y Víquez, J. A. (2017). Biogás en el sector lechero en Chile (1a ed.). Chile: ONUDI-GEF.
Martínez-García, R. A., Espinosa-Solares, T., Flores-Velázquez, J., Rojano-Aguilar, A., Reséndiz-Cantera, O. y Arzeta-Ríos, A. J. (2020). Mejoramiento del desempeño hidrodinámico de un digestor anaeróbico de laguna cubierta mediante CFD. Biotecnia, XXII(1), 56-66. Recuperado de https://biotecnia.unison.mx/index.php/biotecnia/article/view/1125/363
Molina, M. V. M., Molina, V. P., Espinoza, J. de J., Contreras, M. J. G. y López, V. A. (2020). Viabilidad técnica y económica del uso de calentador comercial de agua a base de biogás en establos lecheros. Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas, 11(2), 391-403, doi: https://doi.org/10.29312/remexca.v11i2.2078
Ngo, T., Ball, A. S. y Shahsavari, E. (2021). The Current Status, Potential Benefits and Future Prospects of the Australian Biogas Sector. Journal of Sustainable Bioenergy Systems, 11, 14-32, doi: https://doi.org/10.4236/jsbs.2021.111002
Olivo, M. de L. y Soto-Olivo, A. (2010). Comportamiento de los gases de efecto invernadero y las temperaturas atmosféricas con sus escenarios de incremento potencial. Universidad, Ciencia y Tecnología, 14(57), 221-230.
Pinto, J. A., Barros, R. M., Silva, I. F., Tiago, G. L., De Oliveira, M. C., Vilas, T. F. y De Cássia, A. M. (2023). Study of the anaerobic co-digestion of bovine and swine manure: Technical and economic feasibility analysis. Cleaner Waste Systems, 5(2023), doi: https://doi.org/10.1016/j.clwas.2023.100097
Pizarro, C., Mulbry. W., Blersch, D. y Kangas, P. (2006). An economic assessment of algal turf scrubber technology for treatment of dairy manure effluent. Journal of ecological engineering, 26, 321-327, doi: https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2005.12.009
Roslee, J. H., Yasumura, A. T., Silva, I. F., De Souza, R. N., Gbedjinou, M. J., Nago, V. G., Tiago, G. L. y Barros, R. M. (2021). Assessment of electricity generation from biogas in Benin from energy and economic viability perspectives. Renewable Energy, 163, 613-624, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.09.014
Sanaye, S. y Yazdani, M. (2022). Energy, exergy, economic and environmental analysis of a running integrated anaerobic digester-combined heat and power system in a municipal wastewater treatment plant. Energy Reports, 8, 9724-9741, doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.07.155
Saynes, S. V., Etchevers, J. D., Paz, P. F. y Alvarado, C. L. O. (2016). Emisiones de gases de efecto invernadero en sistemas agrícolas de México. Terra Latinoamericana, 34, 83-96. Recuperado de https://www.scielo.org.mx/pdf/tl/v34n1/2395-8030-tl-34-01-00083.pdf
Scarlat, N., Dallemand, J. F. y Fahl, F. (2018). Biogas: Developments and perspectives in Europe. Renewable Energy, 129(2018), 457-472, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.03.006
Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural (Sader, 2019). Viable, elevar la producción lechera y alcanzar la autosuficiencia, coinciden productores y gobierno. 25 de marzo de 2023. Recuperado de https://www.gob.mx/agricultura/prensa/viable-elevar-la-produccion-lechera-y-alcanzar-la-autosuficiencia-coinciden-productores-y-gobierno-216512
Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (Sagarpa, 2018). Crece la producción de leche en México. 11 de febrero de 2023. Recuperado de https://www.gob.mx/agricultura/colima/articulos/crece-la-produccion-de-leche-en-mexico-sagarpa158944?idiom=es
Secretaría de Economía (SE, 2012). Análisis del Sector Lácteo en México. México: SE.
Secretaría de Energía (Sener, 2021). Balance Nacional de Energía 2020. México: Sener.
Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales e Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático (Semarnat e INECC, 2012). México Quinta Comunicación Nacional ante la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático. Distrito Federal, México: Semarnat e INECC.
Semarnat e INECC. (2022). México: Inventario Nacional de Emisiones de Gases y Compuestos de Efecto Invernadero, 1990-2019. Ciudad de México: Semarnat e INECC. Recuperado de https://unfccc.int/sites/default/files/resource/InventarioGEI_Mexico_1990_2019.pdf
Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera (SIAP, 2023). Anuario Estadístico de la Producción Ganadera. 13 de febrero de 2023. Recuperado de https://www.gob.mx/siap/acciones-y-programas/produccion-pecuaria
Solano, J. A. (2019). Pre-factibilidad de generación de energía en zonas ganaderas mediante la Biodigestión de residuos agropecuarios como apoyo a la transición energética en Venezuela. Rev. Tekhné, 22(3), 68-78. Recuperado de https://revistasenlinea.saber.ucab.edu.ve/index.php/tekhne/article/view/4091
United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC, 2013). ACM0010 Large-scale Consolidated Methodology: GHG emission reductions from manure management systems V. 8.0. (5th ed.). Bonn, Germany: UNFCCC.
United States Agency for International Development) and International Renewable Resources Institute of México (USAID and IRRI, 2015). Anaerobic Biodigester Technology in Methane Capture and Manure Management in Mexico: The History and Current Situation. México: USAID and IRRI. Recuperado de https://pdf.usaid.gov/pdf_docs/PA00MG6H.pdf
United States Environmental Protection Agency (USEPA, 2006). AgSTAR Digest. Washington D.C.: EPA.
U. S. Energy Information Administration (EIA, 2023). World Energy Projection System 2021. 9 de abril de 2023. Recuperado de https://www.eia.gov/outlooks/ieo/tables_side_xls.php
United States National Oceanic y Atmospheric Administration (USNOAA, 2023). Trends in Atmospheric Carbon Dioxide, Methane and Nitrous Oxide. 15 de marzo de 2023. Recuperado de https://gml.noaa.gov/ccgg/trends_n2o/
Velásquez-Piñas, J. A., Calle-Roalcaba, O. D., Miramontes-Martínez, L. R. y Alonso, L. A. (2023). Evaluación económica y ambiental de las tecnologías de utilización del biogás y perspectivas del análisis multicriterio. rev. ion. 36(1), 29-47. doi: https://doi.org/10.18273/revion.v36n1-2023003
Velásquez, J. A., Venturini, O. J., Silva, E. E., Almazan, O. O. y Calle, O. D. (2019). An economic holistic feasibility assessment of centralized and decentralized biogas plants with mono-digestion and co-digestion systems. Renewable Energy, 139, 40-51, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.02.053
Venegas, J. A., Espejel. G. A., Pérez, F. A., Castellanos, J. A. y Sedano, C. G. (2017). Potencial de energía eléctrica y factibilidad financiera para biodigestor-motogenerador en granjas porcinas de Puebla. Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas, 8(3), 735-740, doi: https://doi.org/10.29312/remexca.v8i3.47
Venegas, J. A., Aryal, D. R. y Pinto, R. R. (2019). Biogás, la energía renovable para el desarrollo de granjas porcícolas en el estado de Chiapas. Análisis Económico, XXXIV(85), 169-187, doi: https://10.24275/uam/azc/dcsh/ae/2019v34n85/Venegas
Vera, M. I. (2011). Desarrollo metodológico para el análisis de la viabilidad de un proyecto de microgeneración. (Tesis de Maestría). Universidad Nacional Autónoma de México, México.
Vera-Romero, I., Martínez-Reyes, J., Estrada-Jaramillo, M. y Ortiz-Soriano, A. (2014). Potencial de generación de biogás y energía eléctrica Parte I: excretas de ganado bovino y porcino. Ingeniería. Investigación y Tecnología, XV(3), 429-436, doi: https://doi.org/10.1016/S1405-7743(14)70352-X
Vera-Romero, I., Estrada-Jaramillo, M., Martínez-Reyes, J. y Ortiz-Soriano, A. (2015). Potencial de biogás y energía eléctrica. Parte II: residuos sólidos urbanos. Ingeniería Investigación y Tecnología, XVI(3), 471-478, doi: https://doi.org/10.1016/j.riit.2015.05.012
Vera-Romero, I., Estrada-Jaramillo, M., González-Vera, C., Tejeda-Jiménez, M., López-Andrade, X. y Ortiz-Soriano, A. (2017). Biogás como una fuente alternativa de energía primaria para el estado de Jalisco, México. Ingeniería Investigación y Tecnología, XVIII(3), 307- 320, doi: https://10.22201/fi.25940732e.2017.18n3.027
Vilas, T. F., Barros. R. M., Pinto, J. A., Silva, I. F., Silva, E. E., Vieira, A. R., Tiago, G. L., Arruda, A. K. y De Oliveira, M. G. (2023). Energy potential from the generation of biogas from anaerobic digestion of olive oil extraction wastes in Brazil. Cleaner Waste Systems, 4(2023), 100083. https://doi.org/10.1016/j.clwas.2023.100083
Williams, D., Buckenham, N. R., Black, N., Dowd, R., Andrew, C. y Swartz, J. (2020). Construction and Operation of the ABEC #3 Covered Lagoon Digester and Electrical Generation System. Visalia, California: California Energy Commission.
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