Closed-Loop Biodigesters on Small-Scale Farms in Low- and Middle-Income Countries: A Review

Abstract

Anaerobic digestion (AD) systems are prominent in low- and middle-income countries (LMICs), although their implementation within organic farms to enhance resource efficiency and “close the loop” has been limited. This paper thus reviewed existing literature on the potential of AD technologies as part of closed-loop rural family farming communities in LMICs. Data from eleven existing case studies matching this criterion was then collated to understand practical considerations of implementing and maintaining viable AD systems for small farmers. The case studies analyzed indicate that most, if not all, of the biogas produced in the AD process is used for household purposes such as cooking, lighting and heating. The AD systems are either based on the fixed biogas dome or the floating drum design, although the tubular flexible balloon model is mentioned as a low-cost alternative. Future research opportunities in this topic include studying the applicability of recommendations offered across different geographies, consideration of long-term sustainability and impact of biodigester technology, and sociocultural factors such as community ownership and indigenous practices.

A systematic review of the design considerations for the operation and maintenance of small-scale biogas digesters

“…The statement is universally recognized as a scientific strategy for performing systematic literature reviews. This technique of research summarizes and synthesizes the findings of existing literature on a particular research topic or field, allowing the opportunity to identify significant ideas, research gaps, forms of evidence to impact practice, and policymaking to guide future research [ 48 , 50 , 51 ]. It also emphasizes the scientific proof of the relationship between variables and reveals unexplored relationships [ 52 ].…”

Uso De Biodigestores Em Propriedades Rurais Para Sustentabilidade E Como Ferramenta Mitigadora De Gases De Efeito Estufa (Gee)

“…Nesse sentido, o biogás se demonstra como uma alternativa para os produtores rurais em relação à segurança energética. Esses resultados corroboram a pesquisa de Kulkarni et al (2021), que identificou que as propriedades rurais utilizavam o biogás principalmente para fins de suprimento da propriedade considerando as atividades de cozimento, iluminação e aquecimento.…”

“…Em especial, o biogás gerado a partir dos digestores anaeróbicos, é um combustível limpo e ecológico obtido pela conversão bacteriana da matéria orgânica de animais e resíduos agrícolas disponíveis em larga escala no campo (PARIHAR et al, 2019). Segundo Kulkarni et al (2021), no Brasil, por exemplo, o esterco de duas a quatro vacas pode fornecer gás de cozinha para uma residência com cinco a seis pessoas.…”

“…Alcócer et al (2020), demonstraram que o uso do biodigestor na suinocultura é uma alternativa sustentável que contribui na redução das emissões de GEE, redução dos impactos ambientais e na produção de energia renovável e adubo orgânico. Kulkarni et al (2021), observaram que a implementação dos sistemas de digestão anaeróbica nas propriedades rurais de agricultura familiar contribui na geração do biogás que é utilizado, em sua maior parte, para fins domésticos, nas atividades de cozimento, iluminação e aquecimento. Cortez et al, (2022), por sua vez, demonstraram que o uso de biodigestores tem a capacidade para aumentar o poder econômico de pequenos produtores e melhorar o saneamento básico em áreas remotas.…”

Rotas de conversão de matéria orgânica em Biodigestores Lagoa Coberta (BLC) no tratamento de águas residuárias de suinocultura

“…Entretanto, o BLC é um reator que opera em fluxo disperso e é altamente influenciado pelas condições climáticas da região. Apesar de ser uma das configurações mais empregada no Brasil para o tratamento de ARS(KULKARNI et al, 2021), ainda é limitado o estudo das rotas de conversão de matéria orgânica em biodigestores de escala plena, atendo-se somente ao monitoramento global do sistema (entrada e saída) e em poucos casos, da produção de biogás forma dissolvida no efluente podem chegar à 16-18% da DQO total que entra no sistema.Como consequência, a falta de informação sobre o balanço de matéria orgânica no sistema pode ocasionar (i) redução do potencial energético do sistema, (ii) piora na qualidade do digestato; (4.2. Material e métodos4.2.1.…”