El dióxido de carbono (CO2) es componente natural de la atmósfera y base de todo ser vivo en nuestro planeta. Al mismo tiempo se liberan, entre otras, grandes cantidades de CO2 por combustión de madera, carbón, petróleo o gas.
A través del metabolismo natural de los animales y por el calentamiento de las naves se produce dióxido de carbono. El contenido de CO2 en el aire de la nave y su liberación al medioambiente se reduce en naves bien aisladas, con un concepto de ventilación optimizado y un sistema moderno de calefacción.
Condiciones legales generales
El reglamento sobre protección y explotación de animales regula la cantidad de CO2 permitida en el aire de la nave. El valor límite de concentración de gas CO2 por m3 de aire se fija en 3 000 ppm (*1*). Si se sobrepasa este valor considerablemente, los animales respiran más profundamente y la respiración se acelera. Gases nocivos, polvo y posibles agentes patógenos se inspiran en mayor cantidad.
Con ello aumenta el riesgo de enfermedad, al mismo tiempo empeora la toma de pienso y los animales están decaídos. Para conseguir resultados óptimos de producción, la cantidad de CO2 en el aire de la nave debería ser lo más baja posible.
En Alemania, la normativa «DIN18910» es la base de planificación más importante para dimensionar los sistemas de calefacción y ventilación. Describe cuánto CO2 expiran los animales (aves, cerdos, terneros, caballos) por hora. Adicionalmente tiene en cuenta factores de emisión con vistas a la quema de soportes energéticos fósiles como gas natural o gas propano.
Para la determinación de la tasa mínima de aire en invierno, se suman y calculan todos los emisores de CO2 que se encuentran en la nave con el método de «balance de dióxido de carbono». Esto significa: Cuanto más CO2 hay en la nave, más debe ventilarse; con ello aumentan las pérdidas de calor y también los costes de calefacción. Otro indicador importante para la calidad del aire es la humedad. Esta depende en gran medida de la concentración de CO2 en el aire de la nave.
Sistemas de calefacción
En calefactores con combustión directa, la energía calorífica de los gases quemados se emite junto con los humos de escape en la nave. Por ejemplo, para el combustible propano serían 150 g/h de vapor de agua y 230 g/h CO2 por kW de potencia de calefacción. Aunque los aparatos tienen un grado de eficiencia del 100 %, en la nave deberá ventilarse más, por los humos de escape; en caso contrario se superaría rápidamente el nivel límite de 3 000 ppm.
Ilustración 1: Cañón de gas con combustión directa
En calefactores con combustión indirecta, los humos de escape se expulsan al exterior por una chimenea. En la nave se evita la emisión de gases nocivos, lo que reduce significativamente la tasa mínima de ventilación. Cambiar a calefactores con combustión indirecta ahorra en la práctica un 20 % de costes de calefacción. Lo mismo sirve para calefacciones de agua caliente.
Ilustración 2: Calefactor a gas con combustión indirecta
Sistema de ventilación
El CO2 pesa más que el aire y se acumula próximo al suelo de la nave. Con elevadas concentraciones, el CO2 puede desplazar al oxígeno; por ello, debe extraerse con un sistema de ventilación adecuado. La ventilación lateral es, en nuestra latitud, el sistema de ventilación más confortable: El aire fresco entra simultánea y uniformemente a lo largo de toda la nave, consiguiendo dentro de lo posible que los chorros de aire llenen la nave entera. Así se consigue que tanto el vapor de agua producido por los animales, como el dióxido de carbono, se expulsen al ventilar.
Ilustración 3: Ventilación lateral con entradas de aire en pared y chimeneas de salida de aire en techo
Para adaptar de forma adecuada la tasa de ventilación a las exigencias de los animales, hoy en día se utilizan modernos ordenadores climáticos. Estos regulan la ventilación necesaria dependiendo de la temperatura, la humedad del aire y el contenido de CO2 y NH3 en el aire de la nave. Para ello, están disponibles varios sensores; se ocupan de medir y controlar los cambios en el aire de la nave: Los sensores son la base del control de climatización gestionado por ordenador.
Ilustración 4: El sensor de CO2 debe instalarse en la zona de los animales
Aumento de CO2 como causante del cambio climático
Por el creciente efecto invernadero, provocado por el excesivo dióxido de carbono en la atmósfera, el gobierno alemán decidió gravar con un impuesto de CO2 la energía fósil. El pistoletazo de salida fue en enero de 2021.
Desde entonces, los proveedores de energías fósiles para calefacciones, es decir, compañías de gas o electricidad, están oficialmente sujetos a impuestos a través de un sistema de certificación. Estas compañías cargan el gasto del impuesto de CO2 a las empresas o clientes particulares finales. Esto ocurre mediante incrementos sobre el precio a pagar por electricidad y gas. El precio por la expulsión de CO2 aumenta por tonelada sucesivamente desde 25 €/t a 55 €/t en el año 2025. Lo más probable es que la carga fiscal impuesta siga en aumento durante los años sucesivos.
Tabla 1: Impuesto de CO2 por tonelada emitida en Alemania | * acuerdo final todavía no definitivo
Para un ganadero con 42.000 animales, que instale una calefacción de combustión directa y para el que sea importante una yacija seca en días fríos y húmedos, puede influir así:
Tabla 2: Incremento costes por carga fiscal CO2 | * precio asumido por kilovatio hora para gas natural: 4,1ct/kWh | ** 1 kWh gas natural emite 0,202 kg CO2
Tabla 2 muestra que hay que contar con una carga impositiva considerable.
Tecnologías que reducen la emisión de CO2 existen desde hace tiempo, y se amortizan en pocos años. Entre ellas están las que aprovechan el calor emitido por sistemas de biogás, en forma de calefacciones de agua caliente, y sobre todo los intercambiadores de calor.
Utilizar la posibilidad de ahorro
Como ya se ha dicho, calefactores a gas de combustión indirecta o calefacciones de agua caliente son un primer paso para reducir costes de calefacción y emisión de CO2. Con menores tasas de ventilación – sobre todo con ventilación mínima – los productores de pollos ahorran en total el 20 % en calefacción. El ahorro neto por año resulta entonces de 5.200 €. El impuesto de CO2 acumulado durante cinco años se reduce en 6.000 €.
Hoy en día, los intercambiadores de calor presentan el mayor potencial de ahorro en costes de calefacción, pues el principio de funcionamiento se basa en la recuperación de la energía calorífica presente en el aire de la nave.
Un ejemplo es el intercambiador de calor Earny 2 de Big Dutchman, que trabaja sobre la base del principio de corriente cruzada: El aire caliente de la nave y el aire frío de fuera se introducen al mismo tiempo en el elemento intercambiador, pero sin que se mezclen. Una unidad de filtro integrada procura que en el intercambiador de calor solo entre aire de escape limpio.
Resultado: Earny separa hasta un 99 % del polvo. El aire fresco, precalentado, fluye en círculo y se distribuye por toda la nave con ayuda de varios ventiladores de circulación.
En Alemania se realizó en 2015 un ensayo de larga duración, durante ocho lotes de engorde y se obtuvo un ahorro del 44 %: Se compararon entre sí dos naves iguales de pollos con calefacción indirecta; una se gestionó sin intercambiador de calor, y la segunda se equipó con Earny – necesitando 20.500 m3 menos de gas. Este ensayo se puede consultar en la página web de Big Dutchman: «9000 euros de vuelta» (Revista DGS 49/2015).
Junto a un mejorado ambiente en la nave y unas emisiones reducidas de amoniaco, olores y polvo, se obtienen reducciones de costes de calefacción de hasta un 60 % según el modelo de intercambiador de calor. El tiempo de amortización implica unos cuatro años; quien reciba subvenciones de algún tipo, por ejemplo para aumento de eficiencia energética en el sector agropecuario, del Ministerio Alemán para Alimentación y Agricultura (BMEL por sus siglas en alemán), alcanza su meta de ahorro mucho más rápido.
Ilustración 5: Intercambiador de calor Earny 2 con certificado de la Sociedad Alemana de Agricultura (DLG)
Ilustración 6: Distribución de aire en nave con utilización de intercambiador de calor
Tabla 3 muestra el gran potencial: Si una nave se reequipa con una calefacción de combustión indirecta y después se instala un intercambiador de calor, el ganadero puede ahorrar hasta 84.500 € de los costes globales. Además, colabora significativamente con el medioambiente para la protección del clima, ya que emite 70 toneladas menos de CO2 por año.
Tabla 3: Comparación de los costes de calefacción con la utilización de un sistema indirecto y un intercambiador de calor (WT por sus siglas en alemán) en una nave de engorde de pollos con 42.000 aves en Alemania.
* precio asumido por kilovatio hora para gas natural: 4,1 ct/kWh | ** 1 kWh gas natural emite 0,202 kg CO2 | *** redondeado
Conclusiones:
- Una inversión en tecnologías de ahorro energético resulta cuatro veces positiva:
- animales más sanos y mejores resultados de producción por la mejorada climatización de la nave,
- disminución de emisiones de CO2 por el ahorro energético en calefacción,
- costes de calefacción significativamente reducidos por modernización del sistema de calefacción y la utilización de un intercambiador de calor y
- contribución a la protección del clima.
Axel Schulz y Janett Peschel, Big Dutchman International GmbH
Publicado en la revista DGS 26/2021
(*1*) ppm: partes por millón. 1000 ppm CO2 implica 1 volumen por mil (Vol.-‰) o 0,1 volumen por ciento (Vol.-%) o 1,83 g CO2 por metro cúbico (a 1013 mbar y 20 °C).