Biochemical methane potential of agro-wastes as a renewable source alternative for electrical energy production in Cuba

Inglés. Abstract The present Cuban economic model focuses on renewable sources of energy production, according to sustainable development strategies for 2030. However, the strategies do not consider biogas (or methane) due to, among other reasons, a lack of knowledge of its actual potential. Following the methodology of the batch anaerobic digestion process, the study shows the biomethane potential contained in the most critical agricultural solid wastes generated in Cuba, i.e., rice straw, cane straw, corn straw, bean straw, banana straw (leaves), coffee husk, and parchment coffee. Biochemical Methane Potential (BMP) was assayed by lab-scale (585 ml) batch reactors, using the pig manure anaerobic sludge as inoculum under mesophilic conditions (35 ± 2 °C). Physicochemical parameters (total volatile solids, pH, alkalinity, volatile fatty acid concentration, and alkalinity ratio) were determined for process stability, quantifying the biogas production daily. Subsequently, the BMP was calculated for all substrates. The results showed that corn straw (0.42 l CH4 per gram of volatile solids) contained the highest biomethane potential. Stability on all systems was obtained, demonstrating the viability of the inoculum used to start digesters that treat this waste. The total potential methane obtained was 1258 106 m3/year, which is enough to generate 3,750 GWh of power per year—equivalent to 18 % of the total annual electricity generation in the country.

Español; castellano. Resumen El modelo económico cubano actual se centra en las fuentes renovables de producción de energía, de acuerdo con las estrategias de desarrollo sostenible para 2030, pero dichas estrategias no consideran el biogás, debido, entre otras causas, al poco conocimiento de su potencial real. Siguiendo la metodología del proceso de digestión anaeróbica en lote, el estudio muestra el potencial del biometano contenido en los residuos sólidos agrícolas más importantes que se generan en Cuba, es decir, paja de arroz, paja de caña, paja de maíz, paja de frijol, paja de plátano (hojas), cáscara y café pergamino. El potencial bioquímico del metano se ensayó mediante reactores discontinuos a escala de laboratorio (585 ml), utilizando como inóculo un lodo anaeróbico de estiércol de cerdo en condiciones mesófilas (35 ± 2 °C). Se determinaron los parámetros fisicoquímicos (sólidos volátiles totales, pH, alcalinidad, concentración de ácidos grasos volátiles) para evaluar la estabilidad del proceso, y se cuantificó la producción diaria de biogás; posteriormente, se calculó el potencial bioquímico del metano para todos los sustratos. Los resultados mostraron que la paja de maíz (0,42 l CH4 por gramo de sólidos volátiles) contenía el mayor potencial de biometano. Se obtuvo estabilidad en todos los sistemas y se demostró la viabilidad del inóculo utilizado para poner en marcha los digestores que tratan estos residuos. El potencial total de metano obtenido fue de 1258 106 m3/año, lo suficiente para generar 3750 GWh de energía por año, equivalente al 18 % de la generación total de electricidad anual del país.