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PK – MA – 83 Generación de biogás con excremento de perros


Categoría: Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)
Área de participación: Medio Ambiente

Equipo: Generación de biogás con excremento de perros

Miembros del equipo:
Liam Nathan Rodriguez Cruz

Asesor: Rosalía Ornelas Enriquez

Escuela: Centro Escolar Zamá

Resumen

La generación de biogás es un proceso de descomposición de la materia a cargo de microorganismos, las heces de animales, como las mascotas pueden en un biodigestor generar biogás para uso casero. Esta fermentación es llamada también digestión anaerobia, porque se realiza son presencia del oxígeno.

Pregunta de Investigación

¿Es posible elaborar gas con las popos de mis perros?

Planteamiento del Problema

En la actualidad es común que las familias tengan una mascota, las cuales requieren cuidado y atención. Aunque las mascotas nos brindan compañía y cuidado, también generan deshechos que contaminan.

La contaminación que se genera con el excremento de las heces de perro afecta el ecosistema generando un impacto negativo en la biodiversidad, además de generar mal olor y promover la transmisión de enfermedades. Sin embargo, debido a su alto nivel de nutrientes lo hace un material útil para la generación de biogás o fertilizante, lo que nos permite sacarle provecho.

Antecedentes

El gas natural es un combustible fósil, al igual que el petróleo y el carbón se formó de los restos de plantas, animales como los dinosaurios y microorganismos que vivieron en la tierra hace millones de años atrás.

El descubrimiento del gas natural fue en la antigüedad en Medio Oriente, hace miles de años, aproximadamente 6000 A.C., se pudo comprobar que existían fugas de gas natural que prendían fuego al contacto con alguna chispa o similar, dando lugar a las llamadas “fuentes ardientes o fuentes de fuego”.

Fig. 1 El gas natural en la antigua China

En Persia, Grecia y en la India se levantaron templos para prácticas religiosas alrededor de este fenómeno natural. Sin embargo, estas civilizaciones no reconocieron inmediatamente la importancia de su descubrimiento.

 

El gas natural, que en su mayor composición es metano, fue utilizado por los pueblos chinos y persas hace miles de años como generador de temperatura.

 

Pero pasaron muchos años hasta que se dieran cuenta que el metano no solo se encontraba en el gas natural fósil, sino que se producía constantemente.

 

En el año 1776 el científico italiano Volta descubrió que el principal compuesto del gas natural era metano. Solo 100 años después, en 1884 se descubrió el origen microbiológico de la formación de metano con los trabajos que Charles Darwin, realizó sobre la fermentación.

 

En el año 1887 el científico Hoppe-Seyler pudo comprobar la formación de metano a partir de acetato. La misma observación hizo Omelianski en 1886 con guano de vacas. En 1888 Gayon obtuvo gas al mezclar guano y agua, a una temperatura de 35°C.

 

Soehngen descubrió en 1906 la formación de metano a partir de hidrógeno y dióxido de carbono. A su vez, describió los primeros dos organismos que participaban en la formación de metano.

 

Uno de los países que mayor interés ha mostrado por las fuentes de energía no convencionales, y en especial por la producción de biogás, ha sido Alemania (Hohlfeld et al., 1986). En 1920, Imhoff instaló el primer biodigestor en Alemania, este consistía en un estanque hermético, el cual era alimentado con material fermentable para la obtención de “biogás”.

 

Fundamentos Bioquímicos

El biogás está compuesto en un 50 a 70% de metano y un 30 a 50% de dióxido de carbono, además de contener hidrógeno sulfurado y otros gases de menor importancia, como el ácido sulfúrico que le da mal olor.

Fig. 2 Modelo atómico del metano

El gas natural que es extraído de la tierra y generado de materia orgánica que ha estado almacenado ahí por millones de años. O gas LP, gas licuado a presión que se obtiene por la destilación del petróleo, están formados mayormente de butano o propano.

Fig. 3.Modelo atómico del propano

Fig. 4. Modelo atómico del butano

 

 

 

 

 

Objetivo

Generar biogas con heces de perro.

Justificación

En mi familia tenemos dos perros como mascotas a los cuales quiero mucho “Kush” y “Luna” pero que, debido a la cantidad de comida que consumen hacen mucha popo. Mi papá y yo pensamos que podría haber alguna forma de aprovechar sus desechos y no tirarla a la basura, por eso pensamos en investigar sobre la generación de biogás.

Fig. 5. Luna y Kush

Hipótesis

Si obtengo la suficiente cantidad de heces de perro y las pongo a fermentar, entonces generaré biogas.

Método (materiales y procedimiento)

Para aprender sobre la generación de biogás realice tres tipos de investigación, una de tipo documental en artículos y videos sobre el tema,  otra de campo, acercándome a un especialista dedicado a su estudio y, finalmente, la investigación de tipo experimental en la construcción de un biodigestor anaeróbico casero para el aprovechamiento de los excrementos de mis perros.

  • Investigación documental

Al consultar sobre el tema, aprendí que el gas que utilizamos comúnmente en nuestros hogares puede ser gas natural que es extraído de la tierra y generado de materia orgánica que ha estado almacenado ahí por millones de años. O gas LP, gas licuado a presión que se obtiene por la destilación del petróleo. Ambos gases son no renovables, es decir, como provienen de sedimentos fósiles ya no se producen naturalmente.

Por el contrario, el  biogás es un gas renovable que se obtiene a partir de los desechos orgánicos de los alimentos, la agricultura o los animales (vacas, borregas, perros, etc). Donde hay materia biodegradable, es decir, materia que se descompone es posible obtener biogás.

El biogás está formado principalmente por metano y bióxido de carbono, pero también contiene sulfuro de hidrógeno e hidrógeno. El metano es el elemento más importante del biogás, ya que este es el elemento que lo hace inflamable, convirtiéndolo en un combustible.

 

Este tipo de gas produce mediante un proceso de digestión anaeróbica, es decir, la descomposición de la materia orgánica en ausencia de oxígeno. Este proceso se lleva a cabo en un biodigestor, que no es otra cosa que un contenedor cerrado donde se deposita dicha materia orgánica.

El proceso de obtención del biogás tiene lugar en cuatro etapas. A lo largo de ellas intervienen diversos microorganismos, principalmente bacterias,  capaces de descomponer la materia orgánica en moléculas y compuestos de diversa índole, liberando además gases como el hidrógeno o el metano. Estas etapas son:

  1. Hidrólisis

La descomposición de la materia orgánica por acción del agua.

  1. Acidogénesis

Las bacterias generadas con el agua fermentan o convierten los desechos, en ácidos.

  1. Acetogénesis

Las bacterias convierten los ácidos generados en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono.

  1. Metanogénesis

En esta etapa las bacterias consumen los ácidos acéticos para convertirlos en metano.

Fig. 6. Etapas de las reacciones que generan biogás.

Además del metano (CH4), el biogás contiene Dióxido de carbono (CO2), Ácido sulfúrico (H2SO4)  que le da mal olor.

  • Investigación de campo

Para conocer un poco más sobre el tema realicé una entrevista a un especialista en el tema y una encuesta a mis compañeros de grupo para saber qué tan conocido es el tema del biogás.

 

Entrevista:

Entrevisté al Ing. German Gómez Montoya, Ingeniero Químico formado en la FES Cuautitlán de la Universidad Nacional Autónoma de México quien me compartió información importante sobre el biogás.

Fig. 7. Entrevista al Ing. Germán

Le hice las siguientes preguntas:

  • ¿Qué es el biogás?
  • ¿Cuál es la diferencia entre el gas LP y el biogás?
  • ¿Qué beneficios podemos encontrar en la generación de biogás?
  • ¿Existen medidas de seguridad que debemos seguir si generamos biogás?

 

La información que me el Ingeniero Germán, me confirmó la importancia de la generación de biogás para el aprovechamiento de residuos orgánicos.

 

Después de la interesante entrevista con el Ingeniero Germán, quise saber qué tan conocido es este tema entre los niños de mi edad, por lo que realice una encuesta en mis compañeros. Esto me permitiría saber qué tan importante puede ser el que dar a conocer este tema.

Encuesta:

Utilizando Formularios de Google, apliqué la siguiente encuesta, cuyos resultados conoceremos más adelante:

Fig. 8. Formulario de Google aplicado a mis compañeros de clase.

  • Investigación experimental

Aprendí que para generar biogás necesitaba un biodigestor y que el gas que se generaba tenía un mal olor, provocado por el ácido sulfúrico que se produce también durante las reacciones de descomposición, por lo que elaboré un filtro para reducir este olor.

Para la generación de biogás debemos utilizar un biodigestor, elaboré uno en compañía de mi papá.

Materiales:

  • 1 m. manguera de gas
  • 1 m. tubo PVC 4”
  • 1 m. tubo PVC 2”
  • ½ m. tubo PVC 2”
  • 1 codo PVC 2”
  • ½ m. tubo PCV 2”
  • 1 tambo con tapa hermética
  • 1 tuerca unión
  • 2 tapas PVC 3”
  • 1 tapa PVC 4”
  • 6 espigas macho
  • 1 llave de paso de gas
  • 6 abrazaderas 5/8

          Herramientas:

  • 1 pistola de silicón caliente
  • 1 pistola de aire caliente
  • 1 segueta
  • 1 tornillo de banco
  • 1 caladora eléctrica
  • 1 taladro con sacabocado 2” y broca forstner.
  • 2 pericos
  • 1 lija para plástico

Procedimiento:

Con los materiales y herramientas enlistadas, realicé bajo la supervisión de mi papá un biodigestor casero y un filtro para olores. Los pasos para elaborarlos son los siguientes:

 

Filtro para eliminar los olores

  1. Verifiqué que estuviera todo el material.
  2. Corté el tubo de 2” a la mitad.
  1. Coloqué la tuerca unión a las dos partes del tubo PVC 2″.
  2. Coloqué los dos tapones de 2”
  3. Hice los orificios a los tapones con el taladro y la broca forstner.
  1. Coloqué dos espigas a los tapones, una en cada tapón. Me ayudó mi papá porque estaba muy duro.
  1. Rellené las dos mitades de tubo PVC con esponja de metal.

 

 

Elaboración del Biodigestor:

  1. Marcar el tubo PVC de 4” al tambo y cortarlo con la caladora eléctrica.
  2. Marcar tubo de 2” al costado del tambo y cortarlo el taladro con sacabocado de 2”.
  3. Cortar tubo de 2” en diagonal
  4. Mi papá me ayudó a pegar el tubo previamente cortado al codo y colocar dentro del tambo.
  5. Cortar 1 m. de tubo de 4”
  6. Cortar en diagonal el tubo de 4” y pegar al tambo
  1. Colocar tapa de 4” .
  2. Hacer orificio al tambo para colocar espiga y manguera  de gas, ajustándola con la abrazadera.
  3. Colocar llave de paso para gas. Para mayor facilidad se puede calentar la manguera con la pistola de aire caliente.
  4. Con otro pedazo de manguera conectar con el filtro, fijándolo con las abrazaderas.
  5. Mi papá me ayudo a sellar las uniones con silicón caliente.

Una vez terminado el biodigestor, comenzamos a utilizarlo, con los pasos siguientes:

  1. Recolecté las heces de mis perros.
  2. Les puse agua hasta cubrir las heces y las moví con un palito para que se deshagan, así permitir el primer paso de la generación del biogás: la hidrólisis.
  3. Una vez que las heces se vuelven líquidas, las colocamos en el biodigestor.

Repetimos los pasos anteriores todos los días, aprovechando las heces frescas y cuidando que no tengan piedras o basura, ya que esto afecta a las reacciones que se producen en el biodigestor, ya que no son biodegradables.

Un ambiente cálido ayuda a que las reacciones a su interior sucedan con mayor rapidez.

Galería Método


Resultados

Mi investigación arrojó los siguientes resultados:

La encuesta realizada en mi grupo me permitió conocer que un 70% de mis compañeros tienen mascotas.

Gráfico 1. Encuesta. Resultado pregunta 1

De quienes tienen mascotas, la mayoría tira sus heces a la basura.

Gráfico 2. Encuesta. Resultado pregunta 2

Un 85% de ellos les gustaría saber cómo aprovechar esos desechos.

Gráfico 3. Encuesta. Resultado pregunta 3

Pero muy pocos conocen qué es el biogas, solo el 15%.

Gráfico 4. Encuesta. Resultado pregunta 4

Por lo que puedo ayudar a dar a conocer esta técnica para reutilizar las heces de las mascotas.

En la entrevista realizada, pude comprender las diferencias entre el gas natural, LP y biogás, identificando que puedo aprovechar los desechos de mis perros y ayudar al ambiente.

Pero que debemos tener medidas de seguridad para que el biogás generado no se convierta en un material peligroso.

Así como a conocer la diferencia entre las moléculas del metano, propano y butano.

Para generar biogás elaboré en compañía de mi papá un biodigestor.

Y para eliminar el mal olor que el ácido sulfúrico da al gas, un filtro para reducir olores.

 

 

 

 

Galería Resultados


Discusión

La información arrojada nos permitió identificar la generación de biogás con heces de perros.

Conclusiones

Aprendí que el biogás es una mezcla resultado de un proceso químico en el que los desechos son fermentados por microorganismos, tal como lo plantee en mi hipótesis

Para generar biogás necesito un biodigestor el cual puede realizarse de forma casera.

Los beneficios de generar biogás son:

 

  • Es un combustible 100 % renovable, ya que se origina a partir de la materia orgánica de nuestro planeta.
  • Es respetuoso con el medio ambiente, porque puedes evitar la acumulación de toneladas de residuos orgánicos.
  • Fomenta el desarrollo y el ahorro familiar porque producir tu gas evita comprarlo.
  • Genera biomasa que puede utilizarse como abono.

Bibliografía

Fuentes bibliográficas:

  • MARTÍ Herrero J. (2019) Biodigestores Tubulares: Guía de Diseño y Manual de Instalación. Redbiolac. Ecuador.

 

  • MINENERGIA / PNUD / FAO / GEF (2011) Manual de Biogás, Proyecto CHI/00/G32, Santiago de Chile

 

  • Martí-Herrero J., Pino M., Gallo-Mendoza L., Pedraza G. X., Rodríguez L.,Víquez J. (2016) Oportunidades para el desarrollo de un sector sostenible debiodigestores de pequeña y mediana escala en LAC. Redbiolac

Fuentes electrónicas:

 

 

 

  • FACE Córdoba , (2018) El uso del gas natural en China, [Blog] Consultado el 16 de mayo, en:   http://facecordoba.coop/historias/125-gaschina

 

Vídeos:

—  [QUÍMICO – MANIÁCOS] (16 de diciembre de 2020). Biogás  [Video]. Youtube. Ecador https://youtu.be/QpXvU-VN-cA

 

—  [La Ruta del mexicano] (17 de agosto de 2022). Cómo hacer tu propio biodigestor. Tutorial  [Video]. Youtube México https://youtu.be/I4YwO5n9nBI

 

—  [Akunaipa] (19 de noviembre de 2020). Cómo construir un biodigestor.  [Video]. Youtube Colombia.

https://youtu.be/lZx-ZyTVaKA



PK – MA – 83 Generación de biogás con excremento de perros



PK – MA – 83 Generación de biogás con excremento de perros

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography