Investigación y reflexiones sobre el desarrollo de la industrialización del biogás a partir de residuos agrícolas

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　Investigaciones y reflexiones sobre el desarrollo de la industria del biogás a partir de residuos agrícolas. I. ¿Por qué es necesario desarrollar el biogás a partir de residuos agrícolas? 　　1. Ricos recursos de materias primas. En todo el país hay más de 1.800 millones de mu de tierra cultivable; si cada mu produce 0,5 toneladas de paja, eso suma 900 millones de toneladas en total. Si se incluye la paja producida en las zonas rurales de todo el país, tanto delante como detrás de las casas, la cantidad total seguramente superará los 1 mil millones de toneladas. Qué cantidad enorme de recursos. La mitad de los insumos agrícolas se utiliza para producir frutos, y la otra mitad, para producir paja. Estudiar la paja significa, en realidad, estudiar el problema de “recuperar esa otra mitad de los insumos agrícolas”. Esto tiene una importancia fundamental para resolver los problemas relacionados con la agricultura, las zonas rurales y los campesinos. 　　2. Necesidad real y urgente. **En su informe de trabajo de 2016, el primer ministro señaló que era necesario «aumentar el suministro de gas natural, mejorar las políticas de apoyo al desarrollo de la energía eólica, solar y de biomasa, y elevar la proporción de energías limpias». Se fomenta el uso sostenible de los residuos de cultivo, con el fin de reducir su quema directa. El desarrollo del biogás a partir de residuos vegetales permite no solo aumentar el suministro de biogás, sino también incrementar la proporción de energías limpias. Además, reduce en gran medida la quema directa de estos residuos. Se trata de una medida viable que resuelve varias necesidades urgentes al mismo tiempo. 　　3. La producción de biogás a partir de residuos vegetales ofrece una alta eficiencia energética y productiva. En las condiciones de la tecnología moderna, la digestión anaeróbica o metanización de los residuos vegetales permite obtener biogás de alta calidad. Al mismo tiempo, se logra conservar en la mayor medida posible los elementos nutricionales de las plantas, que luego regresan al suelo. El proceso de digestión anaeróbica es un elemento clave en el ciclo y uso de los materiales dentro de los ecosistemas agrícolas. Es la principal forma de aprovechar los residuos vegetales como recurso, y representa un desarrollo profundo de recursos potenciales. Tiene excelentes ventajas económicas y ambientales, y es la única fuente de energía de biomasa con efecto negativo en las emisiones de carbono. 　　II. Evolución del uso de la paja como materia prima para la producción de biogás. Durante mucho tiempo, el uso de la paja como materia prima para la generación de biogás ha representado un problema en nuestro país. Numerosos expertos y académicos de las universidades y centros de investigación del país han ideado diversos métodos y técnicas, y han realizado numerosas pruebas de investigación sobre el pretratamiento de la paja. Hay quienes abogan por el pretratamiento químico, otros por el pretratamiento por explosión, otros por el pretratamiento con forraje verde y aún otros por el pretratamiento por pudrición en montones. Se puede decir que existe una gran variedad de métodos, cada uno con sus propios defensores. 　　Yao Xuhua, agricultor de la provincia de Qingxian, de 64 años este año, dedicó más de 40 años a la investigación sobre el biogás a partir de residuos agrícolas. En el año 2006, sus investigaciones científicas lograron un avance significativo: utilizando solo tallos de maíz, una vez cortados en trozos pequeños, se podía utilizarlos en tanques de biogás para generar gas de manera eficiente. El entonces secretario del comité del partido del condado, Zhao Chaoying, trabajó directamente en el lugar. Calificó al biogás producido a partir de residuos agrícolas como “la quinta gran invención de China”. Ordenó que el presupuesto del condado asignara 200 mil yuanes para apoyar este nuevo proyecto, y también se encargó de que las comunidades rurales destinaran un terreno para ello. Del 15 de julio al 31 de agosto de 2007, el Instituto de Biogás del Ministerio de Agricultura realizó monitoreos en sitio del funcionamiento de la planta de biogás a base de residuos agrícolas recién construida en el condado de Qing. El 3 de septiembre, se formó un grupo de expertos encabezado por la investigadora Yan Li, con el director Li Jingming como vicepresidente del grupo. Los demás miembros del grupo eran los investigadores Mei Zili y Fu Zhengge, además del investigador asociado Zhao Yuexin. El grupo emitió una opinión según la cual “los datos relativos al funcionamiento de esta planta son fiables y precisos; la capacidad de producción de biogás es de 1,1 m3/m3·d. Por cada kilogramo de residuos agrícolas utilizados, se pueden producir aproximadamente 0,5 m3 de biogás. La tecnología utilizada en esta planta está a un nivel operativo adecuado, por lo que puede ser utilizada en otras instalaciones”. 　　En el año 2009, el Ministerio de Agricultura estableció dieciséis proyectos piloto para la producción de biogás a partir de residuos agrícolas en todo el país. En el año 2010, el Ministerio de Agricultura estableció treinta y un proyectos piloto para la producción de biogás a partir de residuos agrícolas en todo el país. 　　El biogás a partir de residuos vegetales en el condado de Qing ha captado la atención de universidades, institutos de investigación y empresas del país. A lo largo de los años, han sido innumerables los académicos que han ido allí para estudiar este tema, lo que ha contribuido al desarrollo acelerado del uso del biogás a partir de residuos vegetales en todo el país. El condado de Qing también ha creado una empresa especializada en biocombustibles para llevar a cabo trabajos de desarrollo tecnológico. El 26 de junio de 2012, un comité de evaluación, presidido por Zhao Lixin, director del Instituto de Planificación y Diseño del Ministerio de Agricultura y también director del Instituto de Energía y Protección Ambiental, y con Li Jingming, secretario general de la Sociedad China de Biogás, como vicepresidente, evaluó el proyecto titulado “Desarrollo de tecnologías para la fermentación a temperatura media y en alta concentración de residuos agrícolas con el fin de producir biogás, así como el desarrollo de equipos relacionados”. El comité llegó a la conclusión de que se trataba de una innovación nacional, que llenaba un vacío en el país y representaba un nivel líder a nivel nacional. 　　En 2015, el gobierno central destinó 2 mil millones de yuanes para apoyar 25 proyectos piloto a gran escala de biogás en todo el país, además de 386 proyectos a gran escala relacionados con el biogás. **La Oficina de la Comisión de Desarrollo y Reforma, así como la Oficina del Ministerio de Agricultura, también emitieron el «Plan de trabajo para la transformación y mejora de los proyectos de biogás en zonas rurales en 2015». Ese mismo año, la **Administración de Energía inició en Inner Mongolia un proyecto piloto para la producción anual de 200 millones de metros cúbicos de biogás. La principal materia prima para la producción de biogás es el estiércol de cultivos. 　　**Aunque ya han pasado diez años desde que los organismos competentes comenzaron a promover en todo el país la tecnología de biogás a partir de residuos agrícolas desarrollada por Yao Xuhua, esta tecnología aún se encuentra en su fase inicial de desarrollo. En otras palabras, estamos en vísperas de un gran avance en su industrialización. Se trata de una industria emergente estratégica, cuyo mercado podría alcanzar un valor de cuatro a cinco mil millones de yuanes. La industrialización del biogás a partir de los residuos agrícolas es, en realidad, solo cuestión de tiempo antes de que se desarrolle también la industrialización del biogás natural. 　　III. Principales problemas en el desarrollo del biogás a partir de residuos agrícolas 1. Baja rentabilidad de la inversión. Se manifiesta principalmente por grandes inversiones, un tamaño reducido, una baja producción y unos ingresos escasos. Según estimaciones aproximadas, desde el año 2003, nuestro país ha destinado decenas de miles de millones de yuanes cada año en subsidios para los agricultores, destinados a proyectos relacionados con el biogás. Si se incluyen los 2 mil millones de este año, ya asciende a más de 40 mil millones. Después de tantos años de esfuerzos, el biogás en nuestro país aún no se ha convertido en una industria viable. ¿Cuál es la causa de esta situación? Algunos expertos autorizados consideran que se trata principalmente de una cuestión de filosofía rectora. La gente suele considerar al biogás como una industria de interés público y benéfica, y tiende a depender de subsidios para sobrevivir; sin embargo, no se da cuenta de que de esta manera se pierde el impulso para el progreso tecnológico y el desarrollo. A lo largo de los años, ha habido menos investigaciones específicas sobre la rentabilidad económica de la inversión en biogás a partir de residuos agrícolas. Según los estándares de subsidios financieros del gobierno central para los años 2015-2016, se otorga un subsidio de 1500 yuanes por m3 para la construcción de proyectos a gran escala de biogás. Para una producción anual de 1 m3 de biogás, el subsidio es de 4,11 yuanes. Según estos criterios, la inversión necesaria para producir 1 m3 de biogás al año es de 11,74 yuanes ； Se otorga una subvención de 2500 yuanes por m3 para los proyectos piloto de producción de biogás. Para cada m3 de biogás producido anualmente, se concede una subvención de 6,85 yuanes. Según estos criterios, la inversión necesaria para producir 1 m3 de biogás al año debe ser de 17,12 yuanes. Es dudoso cuántos beneficios económicos pueden generar los proyectos que se mantienen de esta manera. 　　2. La eficiencia en la producción de gas por medio de proyectos de biogás a partir de residuos vegetales es baja. Actualmente, en el país, la tasa de producción de gas en muchos proyectos de biogás a partir de residuos agrícolas es muy baja. En aquellos proyectos que requieren inversiones de decenas de millones o incluso cientos de millones de yuanes, la tasa de producción de gas a partir de residuos de maíz secos solo alcanza unos 300 m3 por tonelada. Aún existe una gran brecha en cuanto al potencial de producción de biogás a partir de la paja de maíz; esto se debe principalmente a procesos inadecuados. El crecimiento y reproducción de los metanógenos es lento, mientras que los seres humanos somos impacientes. Siempre queremos que la paja se adapte a los diferentes tipos de digestores anaeróbicos, según nuestras propias ideas. Por eso existen numerosas formas de construir dichos digestores. Todos esperan que la paja se procese rápidamente para obtener más gas, pero en realidad el resultado es muy inferior a lo esperado. Mi opinión es que, ya sea que se construya un sistema de tipo flujo continuo, flujo forzado o completamente mixto, y sin importar quién sea el responsable del diseño y construcción, si su eficiencia en la producción de biogás es baja, entonces ese sistema es obsoleto; no tiene viabilidad y no merece ser promovido. Solo existe un criterio para medir el nivel de avanzado o atraso de los diferentes modelos: la cantidad de gas que producen. ¿Cuál es la verdadera razón de la baja eficiencia en la producción de gas en los proyectos de biogás a partir de residuos agrícolas? En última instancia, se trata de un problema de tecnología de fabricación inmadura e insuficiente. 　　3. La industria del biogás a partir de residuos agrícolas se desarrolla lentamente. Podemos observar este fenómeno: en primer lugar, hay muchas unidades involucradas en el diseño de la investigación; participan numerosas universidades y institutos de investigación reconocidos a nivel nacional ； En segundo lugar, hay muchas empresas que venden equipos, materiales e instrumentos relacionados con el biogás ； En tercer lugar, hay muchas empresas que se dedican a la construcción de plantas de biogás ； Cuarto, hay muchos proyectos que se construyen gracias a subsidios ； En quinto lugar, hay muchos casos en los que la construcción se completa, pero el funcionamiento no es adecuado ； En sexto lugar, son pocas las empresas que dependen de sus propios fondos para la construcción y que operan con los ingresos provenientes del biogás. Esto es algo que merece nuestra seria reflexión. 　　IV. Prácticas innovadoras con biogás a partir de residuos agrícolas En julio de 2013, Yao Xuhua comenzó nuevamente a explorar y poner en práctica nuevas soluciones. Primero, debe negarse a sí mismo, abandonar el “modelo de Qingxian” al que se había aferrado durante años, y dirigirse hacia los digestores anaeróbicos subterráneos o semisubterráneos. Han pasado tres años desde todo este esfuerzo, pero el cielo recompensa a quienes son perseverantes. A pesar de las dificultades económicas constantes, los resultados han sido muy buenos. 　　1. Se creó un nuevo modelo para el desarrollo del biogás a partir de residuos agrícolas. Paja pura, completamente subterránea o semisubterránea; integración de producción y almacenamiento de gas. Este modelo es beneficioso tanto para el almacenamiento de calor y la conservación de la temperatura, como para ahorrar espacio y reducir las inversiones. La paja no requiere un pretratamiento complejo, ni es necesario ajustar la relación carbono-nitrógeno, ni se necesita un mezclador mecánico. 　　2. Se innovó un nuevo proceso de digestión anaeróbica de residuos vegetales. Siguiendo las leyes objetivas de la lenta digestión anaeróbica de la paja y de la lenta reproducción de las bacterias metanogénicas, se ha logrado un largo tiempo de retención de agua, sólidos y microorganismos. Esto ha permitido alcanzar el nivel más alto a nivel nacional en la producción de biogás a partir de paja: se obtienen más de 0,5 m³ de biogás por kilogramo de paja deshidratada (con un contenido de humedad del 12%). 　　3. El proceso de digestión anaeróbica de los residuos vegetales es exotérmico. Este descubrimiento fue planteado por primera vez a nivel nacional por Yao Xuhua en el año 2013. Aprovechar al máximo la cantidad de calor generada durante el proceso de digestión anaeróbica de los residuos vegetales es de suma importancia para reducir el consumo energético y mejorar la eficiencia de la reacción de digestión anaeróbica. Esto es algo que merece una gran atención Observamos que los expertos del Instituto de Ciencias del Biogás del Ministerio de Agricultura, así como Shi Guozhong, Mei Zili y Long Enshen de la Universidad de Sichuan, también descubrieron este fenómeno durante los experimentos. 　　4. Se superaron problemas como la entrada y salida del biogás producido a partir de la paja, así como la formación de costras en la superficie de la paja. En consonancia con la formación de la cáscara, aprovechando sus características y potenciando su función, se diseñaron nuevos procesos y equipos para la alimentación y extracción de escorias. 　　5. Adaptarse a las necesidades del mercado creando múltiples proyectos prácticos. Por ejemplo, la fábrica de alimentos Shengfa en el condado de Qing, el sistema de calefacción de los edificios residenciales en Shuangtang, Tianjin; la fabricación de arados para el cultivo de tierras por parte de empresas siderúrgicas en Dingzhou, Hebei; y el uso del gas generado a partir de la paja para cocinar las tres comidas al día en las aldeas de Yuzhou, Henan. Todo esto demuestra cómo se utiliza el gas generado a partir de la paja. Se han realizado exploraciones útiles para el desarrollo a gran escala de este tipo de energía, tanto para usos civiles como industriales. Medios como CCTV, People’s Net, Xinhua Net y la revista “Minsheng Zhoukan” de People’s Daily han informado al respecto en numerosas ocasiones. Puede encontrar más detalles en línea buscando “Yao Xuhua biogás”. 　　V. Desarrollar en gran medida la industrialización del biogás a partir de los residuos agrícolas. 1. Revisar las indicaciones de Deng Xiaoping y otros líderes sobre el biogás. En julio de 1980, Deng Xiaoping, durante su visita a las zonas rurales de Sichuan para inspeccionar los proyectos relacionados con el biogás, dijo: “Es bueno desarrollar el biogás; se trata de una dirección viable para resolver los problemas energéticos en las zonas rurales, adaptándose a las condiciones locales”. El desarrollo del biogás requiere una planificación, con objetivos y direcciones claros. Para avanzar en la investigación científica, también es necesario lograr la “tresificación” del biogás: estandarización, serialización y universalización. De lo contrario, no será posible gestionarlo adecuadamente, ni se podrá garantizar la calidad. “Es algo muy bueno; todos deben prestarle atención”. 　　****Se ha señalado que “acelerar el desarrollo de la industria del biogás en las zonas rurales no solo cumple con los requisitos para desarrollar una economía basada en energías verdes y construir una sociedad que aproveche eficientemente los recursos, sino que también contribuye significativamente a la construcción de nuevas comunidades rurales socialistas”. En la actualidad, es necesario tomar medidas efectivas para abordar las dificultades y problemas que se presentan, con el objetivo de mejorar constantemente el nivel de desarrollo de la industria del biogás en las zonas rurales. 　　Revisar las instrucciones de Deng Xiaoping no solo nos hace recordar cómo el camarada Xiaoping planteó, de manera significativa, la pregunta de si el biogás podía utilizarse para cocinar riñones, sino que también nos hace comprender la gran importancia que Deng Xiaoping daba a la implementación de los principios de “tres modernizaciones” en relación con el uso del biogás. Ahora, la estandarización y la serialización ya están prácticamente logradas, pero la universalización sigue siendo un gran problema Si no se puede generalizar, ¿cómo se puede industrializar e industrializar? 　　Seguir las instrucciones de *y poner en práctica**** significa ser innovadores, mantener una estrecha relación con la realidad, tomar medidas efectivas para resolver las dificultades y problemas que se presentan, y lograr que el uso del biogás a partir de residuos agrícolas tenga características propias de China. En términos más concretos: primero, es necesario tomar medidas efectivas para aumentar la rentabilidad de las inversiones en biogás a partir de residuos agrícolas, reduciendo así los costos de producción. ¡Esto también es parte esencial de la reforma del lado de la oferta! En mi opinión, es necesario reducir la inversión en activos fijos necesaria para producir metano a partir de residuos agrícolas por metro cúbico, a menos de 4 yuanes. 　　En segundo lugar, es necesario abordar las dificultades y problemas que enfrenta la producción de biogás a partir de residuos vegetales. Se debe esforzarse por aumentar la eficiencia en esta producción, utilizando las tecnologías más avanzadas de digestión anaeróbica, de modo que se pueda obtener más de 0,5 m³ de biogás por cada kilogramo de residuos vegetales secos. 　　En tercer lugar, es necesario reducir o disminuir el consumo innecesario, con el fin de aumentar el nivel de energía que se obtiene del biogás producido a partir de los residuos agrícolas. De esta manera, se puede lograr que la energía generada por el biogás sea superior al 90%, mientras que el consumo propio de energía sea inferior al 10%. 　　En cuarto lugar, se busca mantener la simplicidad y facilidad de uso; las plantas de biogás a partir de residuos agrícolas con una capacidad anual inferior a 2 millones de m³ pueden ser mantenidas por 2 o 3 personas ； Una planta de biogás a partir de residuos vegetales con una capacidad anual de 10 millones de m³, mantenida por 7 u 8 personas. 　　En quinto lugar, es necesario prestar más atención a los beneficios económicos del biogás producido a partir de la paja. Al reducir los costos de inversión y aumentar la tasa de producción de gas, será posible que las plantas a gran escala para la producción de biogás recuperen toda su inversión en un plazo de 7 u 8 años. 　　En sexto lugar, es posible replicarlo y difundirlo a gran escala, logrando así de verdad la “triplicación” que imaginó Deng Xiaoping. En particular, se puede lograr la universalización, lo que a su vez permitirá mejorar constantemente el nivel de desarrollo de la industria del biogás en las zonas rurales. 　　2. Acelerar la transformación y modernización, y fomentar el rápido desarrollo de la industria del biogás a partir de residuos agrícolas. El año pasado, los **departamentos competentes presentaron el “Plan de trabajo para la transformación y modernización de los proyectos de biogás en las zonas rurales para el año 2015”. Considero que este plan es sumamente necesario y oportuno. Aquí hay algunos pensamientos y sugerencias personales: primero, es necesario realizar una transformación en la mentalidad, pasando de un modelo de desarrollo basado en la economía planificada a otro modelo ； 　　En segundo lugar, es necesario elevar los niveles de acción y de las medidas adoptadas, para que se adapten a las necesidades del desarrollo de la economía de mercado. 　　En tercer lugar, es necesario hacer concesiones en materia de políticas. La experiencia de más de 30 años de reforma y apertura nos demuestra que, ya sea en lo que respecta a la apertura de Shenzhen al exterior o a las reformas rurales en la aldea de Xiaogang, una lección fundamental es que, en los momentos cruciales de las grandes reformas, es preciso hacer concesiones y permitir que se superen ciertas restricciones. 　　Cuarto, **no se deberían seguir subvencionando las inversiones en la construcción de plantas de biogás; de esta manera, no será posible desarrollar la industria relacionada con el biogás**. 　　En quinto lugar, se recomienda implementar incentivos para los productos finales; se podría considerar una política de tres o cinco centavos. Es decir, se otorga una recompensa de 0,3 yuanes por cada metro cúbico de biogás, y de 0,5 yuanes por cada metro cúbico de biogás natural. 　　La importancia del desarrollo del biogás a partir de la paja es enorme. Según las estimaciones, una planta de biogás de gran tamaño, capaz de producir 11.000 m³ por día, puede generar 4 millones de m³ de biogás al año. Esto equivale a reemplazar 2.856 toneladas de carbón como fuente de energía convencional. También es equivalente a 2,4 millones de m³ de gas natural o 2.000 toneladas de petróleo crudo. Además, se logra reducir las emisiones de dióxido de carbono en 1.720 toneladas. Acelerar el desarrollo de la modularización seguramente cambiará la posición histórica de esta energía limpia, convirtiéndola en una “industria de nuevas energías basada en las zonas rurales”. Esto contribuirá significativamente a resolver los problemas relacionados con la agricultura, las áreas rurales y los campesinos en nuestro país. 　　Autor de este artículo: Zhang Hongyu