Energía muy mexicana con biomasa de nopal

En el municipio de Calvillo, Aguascalientes, se localiza la única planta en México que genera energía eléctrica a partir de pencas de nopal y excremento de vaca, proyecto financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y la empresa Cruz Azul.

Mario Leonel Quesada Parga, gerente de Fundación Produce Aguascalientes, comentó que este proyecto surgió porque productores de nopal de la región estaban buscando opciones para aumentar el consumo de esta cactácea, por ello, se acercaron al Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), con la finalidad de analizar alternativas que pudieran hacer más rentable su producción.

“El nopalito nomás vale en diciembre y enero, así como en Cuaresma, el resto de los meses no vale nada. Entonces se da eso y se da que China empezó a trabajar el nopal alrededor de 2004-2005, comenzaron a hacer una diversidad de productos, pero en agroindustria, hacen vinos tintos, aguardientes, todo ese tipo de cosas, entonces los productores querían una alternativa semejante”, dijo Quesada Parga

No era factible competir con la industria china, debido a que les llevaba varios años de ventaja, por ello buscaron sacar provecho de la fermentación del nopal a través de una fase gaseosa y de uso inmediato, pues para su almacenamiento se requeriría de mucho espacio, incrementando así los costos. Se propuso entonces la generación de energía eléctrica a través de la biomasa de nopal, un proceso que llevó aproximadamente siete años de investigación, y del que este 2017 se presentó la solicitud de registro de patente ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI).

Variedad de nopal

Miguel Ángel Perales de la Cruz, director de Innovación y Transferencia de Tecnología de Hermanos Perales Asesores, informó que para este proyecto comenzó a experimentar con la variedad de nopal Opuntia ficus-indica, misma que tiene un alto rendimiento productivo, pero al ser muy dulce, no es del gusto de los consumidores.

Esta variedad es producto de un mejoramiento genético tradicional que se desarrolló en el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias, mediante cruzas manuales con polen; sin embargo, desde el año 1984 no se le había dado una utilidad práctica.

“Empezamos a hacer trozos de nopal de diferentes tamaños, desde nopal molido hasta trozos de cinco centímetros, vimos que todos producían gas metano, pero entre más grande era el trozo, más dificultad de manejo tenía. Originalmente esto era una solución para alguien que vive alejado, donde usan leña, con un biodigestor de un metro cúbico podría generar el gas para hacer todas sus labores de cocina, con la posibilidad inclusive de generar energía eléctrica para dos o tres horas, conforme se fuera produciendo”, explicó.

Mario Leonel Quesada Parga.

El análisis arrojó que el nopal triturado es el que dio mejores resultados, pero escalarlo a nivel industrial no fue un proceso sencillo, ya que al ser un material muy fibroso, varios equipos que se probaron terminaron por licuarlo. Por ello se diseñó un triturador específicamente para este proyecto.

Estiércol, temperatura y biodigestores

Para acelerar el proceso de fermentación, realizó experimentos para determinar la eficiencia de mezclas entre nopales y estiércol de vaca. En una primera fase se hicieron pruebas con nopal solo o combinaciones donde esta cactácea representaba 80, 60, 40 y 20 por ciento de la mixtura. Los ensayos con menor cantidad de excremento producían más gas en menor tiempo.

“Posteriormente trabajamos con combinaciones de cero a 40 por ciento de estiércol, vimos que los mejores resultados los teníamos de 15 por ciento para abajo, entonces eliminamos el resto, y finalmente nos quedamos con mezclas de estiércol de entre dos y cinco por ciento. Manejamos una biodigestión anaeróbica con base en un proceso mesofílico, esto nos da en condiciones naturales los 25 a 32 grados Celsius”, agregó.

En la siguiente fase, realizaron un estudio de las temperaturas ideales para la generación de biogás, para ello se hizo una medición de las emisiones de calor de los microorganismos que realizan el proceso de descomposición. Por sí solos, generaban 35 grados Celsius, pero para que esta temperatura fuera constante era necesario definir el volumen adecuado.

“Observamos que lo ideal era trabajar con biodigestores de 10 metros cúbicos, pues vimos que estos ya no alcanzaban a controlar mejor la temperatura. De hecho, a uno le colocamos un intercambiador de calor, pero el que no tenía intercambiador de calor nos daba la misma temperatura, o sea, encontramos que del centro del biodigestor a la pared debería de haber por lo menos 80 centímetros para que pudiera generar su temperatura”, detalló.

Apoyo Conacyt

Perales de la Cruz indicó que las pruebas para la generación de biogás comenzaron con probetas de 250, 500 y mil mililitros, se fueron escalando a biodigestores con capacidad de cinco galones, 200 litros y un metro cúbico. En estos últimos se colocaron sensores para monitorear de la pared hasta el centro del biodigestor, así como la cámara y el receptor del mismo, para determinar cómo influye la temperatura en este proceso.

“Vimos que un biodigestor de 200 litros en condiciones de invernadero nos podía producir hasta 600 metros cúbicos de biogás por tonelada de nopal en invernadero. Cuando lo escalamos a uno de 10 metros cúbicos, nos dio una producción de 425 metros cúbicos de biogás, se nos bajó, pero ya no necesitamos invernadero ni calefacción. Valía la pena”, apuntó.

Una vez que se libera el biogás, hay que utilizarlo de manera inmediata, por ello se pasa a una cámara de motor de combustión interna, donde un generador eléctrico transforma el biogás en energía, posteriormente, esta se conduce hacia un sistema de elevación de voltaje y pasa a la red de la Comisión Federal de Electricidad (CFE). En promedio, con un metro cúbico de biogás generan 1.8 kilowatts.

“Presentamos los resultados a la empresa Cruz Azul, les dio seguimiento, trajo sus técnicos y analistas financieros, empezaron a ver la viabilidad del proyecto. Se dio una alianza con Cruz Azul, los productores del Comité Sistema Producto Nopal, con la academia, con INIFAP, el Instituto Tecnológico de El Llano —que pertenece al Tecnológico Nacional de México (Tecnm)— y la Universidad Tecnológica del Norte de Aguascalientes. Entonces acudimos a Conacyt, entramos a la convocatoria para Proinnova y se nos apoya con 18.6 millones de pesos”, detalló.

Con esos recursos, se construyó una planta que tiene capacidad de producir un megawatt por hora en condiciones a nivel del mar. En el municipio de Calvillo, donde finalmente se instaló, lo máximo que ha logrado producir son 920 kilowatts en una hora y su rendimiento promedio es de 875 kilowatts por hora. Con este proyecto, la empresa Cruz Azul logró reducir sus costos de 1.60 a 90 centavos por kilowatt.

Finalmente, Quesada Parga expresó que este proceso genera un esquilmo —el residuo de agua que queda después de la fermentación—, mismo que se está estudiando para su reutilización. Una posibilidad es utilizarlo como un recubrimiento de empaques que funcione como aislante; otra sería usarlo como biofertilizante, ya que el esquilmo es un vehículo para las bacterias y bacilos, Azotobacter y Nitrosomonas.