Design of a sustainable biogas-driven irrigation system to enhance the cultivation of arabica coffee in Kenya for smallholder farmers

Kenyan coffee has witnessed a gradual decrease in yields over the past decade. While the decline has often been attributed to unfavorable government policies such as strict marketing regulations and fees, border measures, and high tariffs on production, there has recently been growing concern over the neglect of the interests of smallholder farmers. The aim of the study was to design a sustainable biogas-driven irrigation system for a typical small-scale farm size of 10 hectares to increase the yield of high-quality Arabica coffee. The work involved determining the green and blue water requirements for coffee in Kenya using the WATNEEDS Model, selection of an area suitable for coffee cultivation, design of an efficient irrigation system, delineation of the biogas plant, and computation of its energy production capacity in relation to the energy required for farm operations. The objective was to compare different irrigation systems and evaluate the possibility of using biogas, a cheap, clean, and renewable energy source, to meet the computed energy requirements. It was found that the drip irrigation system coupled with a relatively small covered lagoon type biodigester could amply support the farm's operations with regard to efficient water application and energy supply. With a farm size of 250 pigs producing at least 500 kg of manure per day, and considering the possibility of co-digestion with organic waste from the coffee plants and coffee pulp waste, the biogas plant has a power output larger than 7.7 kW.

Il caffè del Kenya ha visto una graduale diminuzione delle rese negli ultimi dieci anni. Mentre questo declino è stato spesso attribuito a politiche governative sfavorevoli come normative rigorose sulla vendita, misure alla frontiera e tariffe elevate sulla produzione, recentemente è cresciuta la preoccupazione per la negligenza rispetto agli interessi dei piccoli agricoltori. Lo scopo dello studio è progettare un sistema di irrigazione sostenibile a biogas per una tipica azienda agricola di piccole dimensioni (10 ettari) per aumentare la resa di caffè Arabica di alta qualità. Il lavoro ha comportato la determinazione del fabbisogno di acqua verde e blu per il caffè in Kenya utilizzando il modello WATNEEDS, la selezione di un'area adatta alla coltivazione del caffè, la progettazione di un sistema di irrigazione efficiente, la delineazione dell'impianto di biogas e il calcolo della sua capacità di produzione di energia in relazione all'energia necessaria per le operazioni agricole. L'obiettivo è confrontare diversi sistemi di irrigazione e valutare la possibilità di utilizzare il biogas, una fonte di energia economica, pulita e rinnovabile, per soddisfare i requisiti energetici calcolati. È stato riscontrato che il sistema di irrigazione a goccia accoppiato con un biodigestore di tipo lagunare coperto relativamente piccolo potrebbe supportare ampiamente le operazioni dell'azienda agricola per quanto riguarda l'applicazione efficiente dell'acqua e l'approvvigionamento energetico. Con un allevamento di 250 suini che produce almeno 500 kg di letame al giorno e considerando la possibilità di co-digestione con rifiuti organici delle piante di caffè e scarti di polpa di caffè, l'impianto a biogas ha una potenza superiore a 7,7 kW.