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El objetivo principal de esta reseña fue proponer diferentes usos de las fuentes renovables de energía para el desarrollo de la ganadería. La revisión de la literatura mencionada a lo largo del texto lleva fácilmente a discernir acerca del papel positivo que juega el uso de estas para la ganadería. Se aborda sobre la energía solar térmica, la Energía Solar fotovoltaica, el empleo de la Energía Eólica, Biodigestores y gasificación de biomasa. Propone explotar al máximo todas ellas con el propósito de alcanzar la sostenibilidad energética con disminución del impacto negativo sobre el medio ambiente. El uso racional de estos recursos permitiría el tratamiento de los residuales y la disminución de emisiones de CO2 a la atmósfera, lo que tiene repercusión en el calentamiento global y redundaría en una mejor calidad de vida.
Palabras clave: biodigestores, energía eólica, energía solar fotovoltaica, energía solar térmica, gasificación de biomasa
The main objective of this review was to propose different uses of renewable energy sources for the livestock development. The review of the literature mentioned throughout the text leads easily to discern about the positive role played by the use of these for livestock. It deals with solar thermal energy, photovoltaic energy, the use of wind energy, biodigesters and biomass gasification. It proposes to exploit all of them to the maximum in order to achieve energy sustainability with a reduction in the negative impact on the environment. The rational use of these resources would allow the treatment of waste and the reduction of CO2 emissions into the atmosphere, which has an impact on global warming and would result in a better quality of life.
Key words: biomass gasification, biodigesters, photovoltaic energy, solar thermal energy, wind energy
La denominada “crisis energética”, es un fenómeno progresivo e irreversible al cual se enfrenta el mundo actual. Esta situación se debe fundamentalmente al agotamiento de las reservas de petróleo mundial. El hidrocarburo se emplea como fuente directa de energía (en motores de vehículos u otros), y en la generación de otras energías como es el caso de la energía eléctrica (Iglesias y Morales 2013).
Por estas razones, ha surgido un creciente interés en la búsqueda de alternativas que permitan minimizar el consumo de este combustible fósil. Si bien el empleo eficiente y consiente de la energía es un eslabón fundamental, la incorporación de las fuentes renovables de energía es una opción sustentable y de gran futuro (Ahmad y Tahar 2014, Stolik 2014). Además de su gran potencial para mitigar el cambio climático, pueden aportar otros beneficios. Si se utilizan de forma adecuada, pueden contribuir al desarrollo social y económico, favorecer el acceso y la seguridad del suministro de energía y reducir sus efectos negativos sobre el medio ambiente y la salud (Guzmán et al 2017).
Teniendo en cuenta que la ganadería es una de las principales actividades económicas en las comunidades rurales y que para su desarrollo local tiene necesidades energéticas; el objetivo principal de este trabajo será proponer diferentes usos de las fuentes renovables de energía para el desarrollo de la ganadería.
La energía eléctrica ha representado un desarrollo tecnológico de gran impacto en el crecimiento económico de la humanidad y actualmente constituye aproximadamente el 65% de la producción de energía a nivel mundial. Sin embargo, aunque la instalación de plantas de generación de energía eléctrica a partir del petróleo, gas y carbón, pareciera bastante atractiva, al evaluar la inversión neta en este sector durante los últimos años, se observa que las inversiones en energía renovable para la generación adicional de energía eléctrica presenta un mayor incremento que las inversiones para generar más combustibles fósiles (REN21 2016).
Algunas de las energías renovables que se consideran para resolver esta situación son la solar, eólica hidráulica, biomasa, biocombustibles, mareomotriz, geotérmica, hidrógeno, entre otras. Existe no obstante, especial interés específicamente en la solar y eólica, por encontrarse disponibles en mayor o menor medida en cualquier parte del mundo y porque su aprovechamiento permite un crecimiento económico sustentable que no se encuentra atado a la volatilidad del precio de los combustibles fósiles (Bimal 2013, Ellaban et al 2014). Otro tipo de energía en desarrollo es la que proviene de los biocombustibles, pero existe la preocupación de que su uso provoque escasez y encarecimiento de los alimentos (Agüero- Rodríguez et al 2015, Beltrán et al 2017).
Cuba, teniendo en cuenta las direcciones principales para conformar una política energética acorde al desarrollo sostenible se ha trazado una serie de objetivos para elevar la eficiencia, donde se puedan reducir los consumos energéticos y minimizar el impacto ambiental. Esto se logra con la sustitución de fuentes de energía y con el empleo de tecnologías para atenuar los impactos ambientales que también se conocen como tecnologías limpias. El país hasta el 2014 tenía un consumo del 95.7% de combustible fósil y solo el 4.3% era de energía renovable. Por tal razón, tiene propuesto cambiar la matriz energética para el año 2030. Con esta proyección logrará mayor aprovechamiento de la energía renovable que aumentará hasta 24% y disminuirá el uso de los combustibles fósiles hasta solo utilizar 76% de los mismos (Figura 1 y 2).
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| Figura 1. Matriz energética de Cuba en el año 2014 | Figura 2. Matriz energética de Cuba para el año 2030 |
Fuente: Estudio realizado por: 8 OACE (MEP, MINEM, MINAG, MINDUS, MINCEX, MINTUR, MINAL, CITMA), 2 OSDE (AZCUBA, UNE), 6 centros universitarios (CUJAE, UH, UCVC, UCFG, UCMG, UOTE) y la Comisión Permanente para la Implementación y Desarrollo de los Lineamientos del Partido y la Revolución. 2014 | |
Aunque la energía no constituye un sector económico, su tratamiento exige estudiar el costo ya que de una forma u otra la producción de bienes y servicios la demandan para su funcionamiento. También las unidades ganaderas la necesitan para suplir sus necesidades energéticas, entre otras. Por esta razón se debe visualizar como un transcendental aspecto para el desarrollo sostenible de las actividades humanas. Se puede reducir de manera importante el consumo de energía si se enseñan los hábitos y estilos de vida adecuados a las buenas prácticas de uso eficiente durante la etapa educativa en todos sus niveles (Turrini 2006, Chel y Kaushik 2011).
Actualmente la energía solar térmica es la forma más eficiente y económica de usar la energía proveniente del sol. Esta tecnología está a punto de alcanzar la plena madurez, no obstante, se siguen encaminado investigaciones para lograr mayores reducciones de los costos a gran escala (Bravo 2015).
En 2015, la capacidad mundial de colectores solares térmicos, vidriados o no, se incrementó en más del 6% a pesar de la desaceleración del mercado, la cual se dio principalmente por la continua recesión de los mercados de Europa y China. Esta última, reportó alrededor del 77% de nuevas instalaciones de colectores solares de agua, seguida por Turquía, Brasil, India y Estados Unidos. A finales del año, la capacidad acumulativa de los colectores solares de agua alcanzó un estimado de 435 GWth (los colectores de aire añadieron otros 1,64 GWth), capacidad suficiente para generar aproximadamente 357 TWh de calor al año (IANAS 2016).
Cada metro cuadrado del territorio cubano recibe diariamente, como promedio anual, 5 kWh de energía solar, equivalente a la energía química acumulada en un litro de petróleo. Con el aprovechamiento tanto directo como indirecto de la energía solar se pueden satisfacer gran parte de nuestras necesidades energéticas (Arrastía 2002).
En el caso específico de su empleo en la ganadería, logra mejorar en gran medida los procesos de producción y aumentar el confort en diferentes instalaciones. El calentamiento de agua en las instalaciones ganaderas presenta un alto consumo de electricidad pues se utilizan resistencias eléctricas que tienen una alta demanda de energía. Por estas razones, el empleo de colectores solares que además son tecnologías ambientalmente sanas, permite disminuir no solo el impacto negativo de los gases de efecto invernadero que se generan por la quema de combustibles fósiles, sino también los costos.
Otro ejemplo lo constituye el uso de secadores solares. Se han descrito varios prototipos dependiendo de la capacidad y el flujo de aire principalmente. Sin embargo, los que se han empleado con mayor frecuencia son los directos o mixtos ya que permiten secar grandes volúmenes de forraje y granos para su incorporación a los concentrados. Estos tienen varias ventajas como el logro de mayor calidad del producto a secar, disminución de la contaminación con el medio y reducción del tiempo de secado, al homogeneizar la temperatura y la humedad en todo el volumen a secar, para que el producto mantenga la mayor cantidad de propiedades químicas y físicas (Roche-Delgado et al 2017).
El Instituto de Ciencia Animal (ICA) también está inmerso en minimizar el impacto negativo sobre el medio ambiente que provocan los altos consumos energéticos en las unidades ganaderas por concepto de calentamiento de agua. Pérez et al (2017) evaluaron el impacto ambiental y económico del uso de colectores solares en 3 unidades ganaderas de la Institución y encontraron que en todas las épocas del año se logra captar gran cantidad de energía solar con el empleo de esta tecnología. Con el uso de estos dispositivos, disminuyen de manera efectiva los consumos de energía eléctrica con un ahorro total de 21 535 kW/año, lo que representa 7.17 t equivalentes de petróleo y 5 814.45 USD. Además, el empleo de la energía solar térmica permite reducir las emisiones de CO 2 a la atmósfera en 19.61 t, lo cual representa beneficios ambientales considerables, por lo que representan una alternativa muy eficiente y de bajo costo que ayuda a disminuir los costos de las producciones ganaderas.
El descubrimiento del efecto fotovoltaico (FV) realizado por Becquerel en 1839 constituyó uno de los más importantes aportes a la ciencia en el siglo XlX. La tecnología solar se basa en el principio físico de convertir este tipo de energía, absorbida por un material altamente conductor, en corriente eléctrica. Hacia los años cincuenta los laboratorios Bell lograron fabricar una celda que podía convertir la radiación solar en electricidad. Este resultado tecnológico animó a otros investigadores y empresas a fabricar celdas fotovoltaicas de capa delgada.
El mercado de la energía solar FV se incrementó 25% en 2015 respecto al año anterior, lo que rompió el récord de 50 GW y aumentó el total mundial a 227 GW. La capacidad mundial de energía solar FV en el mercado anual de este año fue 10 veces mayor a la de hace una década. Una vez más, China, Japón y Estados Unidos reportaron la mayor parte en la capacidad añadida; sin embargo, los mercados emergentes en todos los continentes contribuyeron de manera significativa al crecimiento mundial, impulsados en gran medida por el aumento de la competitividad de los costos de energía solar FV (REN21 2016).
En Cuba, algunas universidades e instituciones del estado han comenzado a realizar esfuerzos valiosos para convertir en centro de investigación científica este tipo de energía. En Pinar del Río existe una empresa ensambladora. El país cuenta con diferentes parques que utilizan esta tecnología para la producción de electricidad. Están ubicados en la Isla de la Juventud, Cienfuegos y Santiago de Cuba. Sin embargo, en lo que más se ha incursionado fundamentalmente, a diferencia de otros países, es en llevar la energía eléctrica a las zonas rurales sobre todo las más intrincadas, donde no hay acceso a la red, en las casas particulares, escuelas, círculos infantiles, consultorios médicos, entre otros.
La ganadería no está exenta de estos cambios. Se pueden incorporar estos sistemas fotovoltaicos en lecherías y unidades pecuarias dependiendo de sus necesidades y la irradiación en cada una de las áreas. Pueden emplearse para sistemas de riego, cerca eléctrica y en la electrificación de la unidad. Con ello se logra humanizar el trabajo, disminuir los costos y contribuir al impacto positivo sobre el cambio climático y el medio ambiente.
En 2015, la energía eólica fue la principal fuente de nueva capacidad generadora de electricidad en Europa y Estados Unidos y la segunda más importante en China. A nivel mundial, se añadió un récord de 63 GW, sumando un total aproximado de 433 GW. Diversas compañías y otras entidades privadas continuaron inclinándose hacia la energía eólica como una fuente de energía confiable y de bajo costo, mientras que varios grandes inversionistas se sintieron atraídos por la estabilidad de sus rendimientos.
América Latina cuenta solamente con 1078 MW eólicos instalados, han incorporado 411 MW de los mismos en el año 2009. El país con mayor potencia eólica instalada es Brasil con 602.2 MW, pretendiendo totalizar en un futuro no muy lejano una potencia total instalada de 3140 MW (Latin American Wind Energy Association 2009).
Cuba es uno de los países del área que no cuenta con grandes yacimientos de petróleo, ni gas natural y que ha decidido invertir en la energía eólica. Esto se debe a que se considera que es una de las fuentes energéticas renovables más abundantes del territorio, por lo que su capacidad eólica instalable pudiera estar alrededor de los 3500 MW (Soltura y Roque, 2007). El resultado más significativo obtenido por el archipiélago en este campo fue la culminación en el año 2006 del Mapa Eólico de Cuba (Avila-Prats et al 2010). Existen en Cuba 14 parques eólicos, desde 1.51 MW hasta parques de 52.5 MW.
Desde hace dos siglos, en la ganadería se utilizan los molinos de viento en el bombeo de agua para el ganado y para las viviendas en zonas rurales (Werner-de Dios-Ortega y Errasti-Cabrera 2013). En la actualidad, debido a la necesidad de ahorrar el combustible fósil que se emplea en la generación de electricidad, en motobombas y tractores encargados del abastecimiento del líquido, se han realizado estudios para mejorar el diseño y con ello la eficiencia de utilización de los mismos (Avila-Prats et al 2010).
En el Instituto de Ciencia Animal (ICA) se realizó un estudio de la capacidad de los molinos eólicos multipalas actuales, como fuente de energía renovable ante los cambios puntuales del régimen de velocidad del viento. Se determinó su eficiencia energética, económica y su aporte ecológico en las condiciones concretas de una unidad ganadera. Se obtuvo un ahorro de 5 882.9 L/año (4 929 kg/año) de combustible Diesel en la sustitución de la electricidad para el bombeo y para el trasiego de agua con las pipas. Con ello se evitó la emisión de 17.27 t/año de contaminantes a la atmósfera; se obtuvo una ganancia de 5 882.94 pesos/año y la inversión se recupera en 1.7 años, lo que demuestra el beneficio económico, energético y medioambiental de esta alternativa energética (Ponce et al 2009).
En los procesos de descomposición natural, la biomasa libera metano (CH4), el metano es un gas con consecuencias severas para el efecto invernadero, que tiene una potencia de calentamiento global de hasta 23 veces mayor que el del CO2. Por ello, es medioambientalmente razonable su aprovechamiento energético (Martínez 2015). El biogás resultante está compuesto de entre 55-70% de CH 4, un 30-45% de CO2 y trazas de otros gases (Wonfang y Ralf 2011). En dependencia del por ciento del metano, el contenido calórico del biogás oscila entre 19 693 - 20 950 J/m3. Por lo que, potencialmente puede sustituir a diversos combustibles. Su rendimiento también depende de sus usos. Algunas de las equivalencias promedio de un m³ de biogás con 70 % de CH4, 30 % de CO2 aporta 6 000 kcal que equivale a 1.8 kWh de electricidad, 0.6 m³ de gas natural, 0.8 L de gasolina, 1.2 L de alcohol combustible, 0.3 kg de carbón, 0.7 L de fuel-oil o 2.7 kg de madera (Guardado 2014).
Las ventajas energéticas de su uso están relacionadas con ser una fuente de energía renovable que podría contribuir a la generación de energía eléctrica o térmica para la cocción de alimentos a partir de desperdicios alimenticios y de la excreta humana y animal en los biodigestores (Thu Hien et al 2014, Yen et al 2017). Desde el punto de vista ambiental, se valorizan los residuos a partir de su tratamiento y descontaminación, se reducen las emisiones de Gases de Efecto Invernadero y la contaminación del suelo, aire y agua así como se reducen los malos olores. Además, se pueden aplicar los lodos para el reciclaje de nutrientes lo que contribuiría en la reducción de la dependencia de los fertilizantes sintéticos y hacer más fácil el cultivar orgánicamente (Preston 2005) así como para la obtención de alimento animal (Bermúdez et al 2005). Socio económicamente, se generan empleos y contribuye al desarrollo rural (Sosa et al 2014).
Debido a que en el presente existe una creciente preocupación por el medio ambiente, se ha hecho necesario incrementar la investigación acerca de las fuentes alternativas para la producción de energía. Es por ello, que se han retomado diferentes tecnologías como la gasificación de la biomasa. Aunque los principios básicos de esta, se conocen desde hace más de un siglo, hoy puede ser una alternativa a los combustibles convencionales (Estrada y Meneses 2004).
La gasificación es un proceso térmico en el cual combustibles sólidos tales como madera, residuos agrícolas y otros tipos de biomasa seca se convierten en un gas combustible con el objeto de producir gas que puede quemarse en motores de combustión interna, turbinas o en equipos de producción de calor y potencia (Pérez et al 2012). Sin embargo, al utilizar estos materiales se deben tener en cuenta aspectos como la disponibilidad, costos de adquisición, tamaño de partícula, entre otros, para seleccionar la más adecuada para el gasificador (Cabrera et al 2013). Rodríguez (2010) realizó un estudio en una granja familiar donde combinaba la caña de azúcar y diferentes árboles forrajeros para la producción de piensos y combustibles. Los resultados mostraron que era posible la producción de energía eléctrica (50KWh diarios). Por su parte, Orosco et al (2018) confirmaron que la pulpa de café es una fuente apropiada de biomasa debido a la homogeneidad de sus partículas y a la baja producción de alquitrán.
El uso de esta alternativa en la producción ganadera sostenible permitiría además fomentar diversos sistemas de producción de forrajes multipropósito (Rodríguez 2010), contar con biocarbón para dietas alternativas y con ello contribuir a la reducción de emisiones de metano en la ganadería como demostraron Leng et al (2012) al utilizar biocarbón derivado de las cáscaras de arroz, en un estudio in vitro con fluido ruminal cuyo sustrato fueron raíces y hojas de yuca suplementadas con urea y nitrato de potasio. Por otra parte, se puede tener un mayor aprovechamiento térmico del syngas en diferentes procesos (van der Meijden et al 2010) como por ejemplo en la producción de quesos artesanales.
La revisión de la literatura mencionada a lo largo del texto lleva fácilmente a discernir acerca del papel positivo que juega el uso de diferentes fuentes de energía renovable para la ganadería. Propone explotar al máximo estas con el propósito de alcanzar la sostenibilidad energética con disminución del impacto negativo sobre el medio ambiente. El uso racional de estos recursos permitiría el tratamiento de los residuales y la disminución de emisiones de CO 2 a la atmósfera, lo que tiene repercusión en el calentamiento global y redundaría en una mejor calidad de vida.
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Received 20 April 2018; Accepted 2 May 2018; Published 1 June 2018