VALORIZACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS PARA LA

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1 VALORIZACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS EN CASTILLA-LA LA MANCHA Mercedes Grcí-Muñoz Mrtínez, Jun Pedro Felipe Sntos y Lourdes Rodríguez Myor. Alquimi Soluciones Ambientles. Polígono Industril Dimiel Sur c/ Clidd nº 3 (13250) Dimiel (Ciudd Rel) 12 de myo de 2011 TRATAMIENTOS ENERGÉTICOS DE RESIDUOS 2011 Alquimi Soluciones Ambientles

2 Alquimi Soluciones Ambientles Empres de bse tecnológic Cred en el ño 2005 Inversiones en I+D+i ( ): 3,1 millones de euros Objetivo: Ser un referente en l investigción plicd pr el provechmiento de Agus, Residuos y Suelos y pr l obtención de energí prtir de residuos y mteriles no reutilizbles o reciclbles

3 Alquimi Soluciones Ambientles Delegd pr el Norte Delegción Centro Alquimi Portugl Lisbo Centro de Alquimi en Andlucí pr l Innovción Centro de Investigción y Desrrollo pr l recuperción Ambientl 6

4 Alquimi Soluciones Ambientles I+D+i Gestión de Residuos Lbortorio y servicio de inspección Consultorí, y Servicios Ambientles Formulción de nuevos mteriles prtir de residuos industriles peligrosos y no peligrosos Trtmiento y reutilizción de gus residules Formulción de combustibles lterntivos Análisis de vertidos, lixividos y suelos Crcterizción de residuos y bioms Proyectos de Demolición y Resturción Ambientl Diseño e ingenierí mbientl Trtmiento y reutilizción de gus residules Descontminción ió de suelos Vlorizción de residuos orgánicos pr su provechmiento grícol y energético Otros productos de lto vlor ñdido Fbricción de nuevos mteriles Descontminción de suelos Compostje Acondicionmiento pr el reciclje de RNP Regrupmiento y trnsferenci de residuos Trnsporte Autorizdo de Residuos Crcterizción de bonos orgánicos y compost Control de depurdors Crcterizción de mteris prims Análisis de gus superficiles Servicio reglmentrio de tom de muestrs UNE-EN ISO 9001 Peritjes e Informes Judiciles Estudios de l Clidd de Suelos y Proyectos de descontminción Auditorís de Eficienci Energétic Sistems de Gestión Ambientl y de Clidd. Limpiezs industriles especilizds UNE-EN ISO UNE -EN ISO/IEC 17052

5 Alquimi Soluciones Ambientles Plnts piloto Plnt piloto de físico-químico Plnt Piloto de trtmiento tercirio Plnt piloto de electroxidción Plnt Piloto de formulción

6 Alquimi Soluciones Ambientles Plnt piloto de compostje Plnt piloto de biorremedición Plnt piloto de biogs Plnt piloto humedles rtificiles

7 Alquimi Soluciones Ambientles Nuestros Socios Tecnológicos Universidd de Cstill-L Mnch (UCLM). Deprtmento de Ingenierí Químic e Instituto de Tecnologís Químic y Mediombientl (ITQUIMA) Universidd Rey Jun Crlos de Mdrid (URJC). Deprtmento de Ingenierí Químic, Ambientl y de los Mteriles. Centro de Investigciones Energétics, Mediombientles y Tecnológics (CIEMAT) Centro de Edfologí y Biologí Aplicd del Segur-CEBAS. Consejo Superior de Investigciones Científics (CSIC) Instituto Tecnológico de l Cerámic (ITC). Universidd Jume I de Cstellón Universidd Politécnic de Vlenci (UPV). Deprtmento de Ingenierí Químic y Nucler. Centro del Agu y de ls Ciencis Ambientles y Deprtmento de Ingenierí Químic de l Universidd de Alicnte Centro de Instrumentción, Tecnologí e Innovción de l Universidd de Sevill (CITIUS)

8 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Introducción RESIDUOS ORGÁNICOS Nuestro modelo de desrrollo socio-económico produce enorme cntiddes de residuos. Por un ldo, cd ctividd, servicio o producto necesit mteris prims y energí. Por otro ldo, cd ciclo de vid termin con l producción de residuos, que no son otr cos que mteris prims y energí. Pr el cso de los residuos orgánicos, l situción es similr. genern millones de tonelds. Anulmente se

9 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Introducción RESIDUOS ORGÁNICOS L grn myorí de estos residuos son depositdos en vertederos donde se descomponen, de form espontáne, por l cción de los microorgnismos generndo metno (gs de potente efecto inverndero). FÁCIL Y RÁPIDA DESCOMPOSICIÓN EMISIONES DE GASES EFECTO INVERNADERO ESCASA REUTILIZACIÓN ENORME VOLUMEN DE GENERACIÓN

10 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Introducción RESIDUOS ORGÁNICOS L problemátic mbientl de los residuos orgánicos es ún más significtiv si se tiene en cuent que podrín ser provechdos pr producir energí renovble, limpi y utócton, o ser usdos como bono pr l gricultur o enmiend pr l recuperción de suelos empobrecidos. VALORIZACIÓN PARA USO AGRÍCOLA Y ENERGÉTICO Compostje Biogás Bioms Productos de lto vlor ñdido L legislción espñol y europe está impulsndo este tipo de trtmientos.

11 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Introducción BIOGÁS : Qué es? En sentido estricto, el biogás es un biocombustible producido prtir de l bioms y trvés de un proceso bioquímico conocido como digestión nerobi o biometnizción. Es un mezcl de gses: Metno (CH 4, 50-75%) Dióxido de crbono (CO 2, 20-40%) Otros gses en menor proporción: H 2 S, NH 3,N 2,O 2,H 2 y vpor de gu.

12 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Introducción BIOGÁS: Pr qué sirve? Combustible de clders, motores de cogenerción, combustible de vehículos, como gs nturl mientos retrtm Pr

13 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Introducción BIOGÁS: Diferentes usos En función de los residuos que se utilicen l composición del biogás presentrá lguns diferencis. Los sustrtos utilizdos tmbién son importntes en el seguimiento de l producción de biogás y en l composición finl del digestto. Tipo de gs Composición PCI (kwh/m 3 ) Biogás FORSU 60 % CH 4 33 % CO 2 1%N 2 6 % H 2 O Biogás Industri grolimentri 68 % CH 4 26 % CO 2 1%N 2 5 % H 2 O Gs Nturl 97 % CH 4 2,2 % CO 2 0,4 % N 2 6 6,8 10,3 Vertederos EDAR FORSU Residuos groindustriles, gnderos y grícols BIOGÁS Clder Motor generdor Microturbins Vehículos Redes de Gs Nturl Pils de combustible

14 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Introducción BIOGÁS: Por qué? Ventjs energétics Posibilidd de generción de energí neutrl desde el punto de vist de emisiones de CO 2 Blnce de energí positivo mucho más fvorble que otros sistems biológicos de eliminción de mteri orgánic Aprovechmiento de un fuente de energí renovble Biogás 50-70% CH 4 PCI: kcl/m 3 Rel Decreto 661/2007- ctulizciones Trif B.7.2 (digestores) Ventjs mediombientles Gestión más sostenible de los residuos Reducción de efectos de ls emisiones de CH 4 yco 2 Ventjs económics Ahorro en l gestión de los residuos Ingresos económicos derivdos de l producción de energí Ahorro de fertilizntes químicos Fomento de l ctividd industril

15 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Introducción BIOGÁS: En Espñ ~330 ktep (2007) ~184 ktep (2010)

16 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Introducción BIOGÁS: En Espñ - El primer pís de l UE en superficie de cultivo - El curto en producción gnder - El quinto en producción limentri nivel industril

17 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Introducción BIOGÁS: En Espñ Residuos disponibles Producción (millones de t/ño) Potenci de generción de biogás (millones de m 3 /ño) Potenci de generción de energí eléctric (millones de kw/ño) Subproductos gnderos Subproductos vegetles Subproductos cárnicos 3, Subproductos lácteos 3, Subproductos procedentes del pescdo 0, Otros 0, TOTAL 83, Fuente: Probiogs, 2009

18 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Introducción BIOGÁS: En Espñ Comuniddes Autónoms Producción de residuos (millones Potenci de generción de biogás (millones de de t/ño) m 3 /ño) Cstill y León 15, Andluci 12, Cstill-L Mnch 8,6 952 Argón 10,1 858 Ctluñ 12,3 767 Principles residuos Gnderos, lácteos y vegetles Vegetles, gnderos y cárnicos Gnderos, vegetles y lácteos Gnderos, vegetles y cárnicos Gnderos, vegetles y cárnicos TOTAL 59, Fuente: Probiogs, 2009

19 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto VALORIZACIÓN DE RESIDUOS ORGÁNICOS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS EN CASTILLA-LA MANCHA El trtmiento biológico de residuos orgánicos medinte digestión nerobi podrí ser un posible solución pr reducir o resolver los problems relciondos con el hecho de que el destino finl de un grn porcentje de ellos se el vertedero. Est ide no sólo signific un gestión más eficiente de los residuos orgánicos, sino tmbién l producción de energí renovble. Objetivo: Anlizr ls posibiliddes de implntción de est tecnologí en Cstill-L Mnch y evlur l dptción necesri de l mism.

20 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Etps: Estdo del rte Estudio de loclizción Recogid y crcterizción de residuos Pruebs de vlorizción Crcterizción y vlorizción del digestto Diseño de plnt piloto de demostrción

21 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Algunos de los principles i logros son: (1) L crcterizción de los residuos orgánicos producidos en Cstill-L Mnch (2) L evlución escl de lbortorio de producción de biogás prtir de diversos residuos orgánicos (discontinuo y semicontinuo) (3) El nálisis de residuos de codigestión y (4) L vlorizción de los digesttos Plnt de demostrción pr l producción de biogás con rector de 500 litros de volumen.

22 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Estudio de loclizción de residuos Comrcs: Tlver, Torrijos y L Sgr (rojo): purín porcino L Mnch de Ciudd Rel (nrnj): lctosuero L Mnch de Toledo (mrillo): purín porcino Cmpo de Cltrv y Pstos (verde más oscuro): estiércoles vcuno y ovino Centro, Cmpiñ y Montes (verde más clro): estiércoles ovino, gllinz y estiércoles vcuno Fuente : Probiogs, censos estdísticos, etc.

23 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Crcterizción ió fisicoquímic i i ph, Conductividd, Sólidos Volátiles, Sólidos Totles, Humedd, DQO, C/N, NH + 4, P totl, Metles, etc. Ensyos en discontinuo Codigestión Biogás Digestto Sólid Líquid

24 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto UNA NOTA SOBRE LA LEGISLACIÓN Subproductos de origen niml no destindos l consumo humno (SANDACH) Ctegorí 1: Por ejemplo mteriles específicos de riesgo (MER), productos derivdos de nimles los que se hyn dministrdo sustncis prohibids, residuos del ctering interncionl, etc. Digestto Ctegorí 2: Como estiércoles y contenido del tubo digestivo o nimles que muern sin ser scrificdos pr el consumo, incluid l errdicción de enfermeddes, entre otros. Ctegorí 3: Se trt de ls prtes de nimles ptos pr el consumo humno de conformidd con l normtiv comunitri, pero que finlmente no son destindos pr este uso. Fuente: MARM, 2009

25 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Residuos gnderos Mteri orgánic (>70% ST) ph óptimo: 7-8 C/N: 15-20; 3-10 (gllinz) Tiempos de retención: prox. 20 dís Producción de biogás (L/ kg SV): 200 (vcuno); 400 (gllinz y purín de cerdo) 70-80% de CH 4 Pesticids, ntibióticos o detergentes Contenido en pj de ls cms Gllinz: inhibición por monio Purines: lmcenmiento

26 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Residuos grícols Mteri orgánic (>90% ST) C/N >30-40 (90, pj) Tiempos de retención: >20 dís Producción de biogás (100 L/ kg SV): 300 (pj de cerel) hst 800 (ensildo de remolch zucrer) Pesticids Pretrtmientos: tmño de prtícul, hemicelulos, ligninocelulos Compostje del digestto

27 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Residuos de l industri i cárnic Índice de Frcción del Residuo producción de metno (m 3 /t de residuo) Hrins C2 469 Subproductos nimles psteurizdos 225 Mezcl residuos de mtdero 160 Hidrolizdos de crne y hueso Intestinos y contenidos estomcles (víscers) Contenido estomcl de cerdos 380 (*) Contenido del rumen 405 (*) Grss de flotción (*) Desperdicios de huesos, pieles y pelos 100 (*) Sngre 100 (*) Desperdicios de pieles 300 (*) (*) m 3 de biogás /t de residuo

28 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Residuos de l industri i cárnic Relción C/N de 2 8 ph idóneo El exceso de proteíns y grss puede provocr inhibiciones L psteurizción ument hst cutro veces el rendimiento en l producción de metno (Rutledge, 2004), y que ument l disponibilidd de los lípidos. Codigestión con residuos grícols u otros sustrtos orgánicos con elevd relción C/N. Mezcl Ind. Cárnic (1) Mezcl Ind. Cárnic + gndero (2) 123 L Biogás/kg SV 263 L Biogás/kg SV

29 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Residuos de l industri i lácte, fruts y hortlizs, etc. Compost chmpiñón Compost set Lctosuero Lodo lácteo 100 L/ kg SV Restos de frut Restos de cebolls Vinzs Lodos Acidificción Ácidos grsos volátiles Pesticids, desinfectntes 450 L/ kg SV (600) 170 L/ kg SV (550)

30 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Fuente: Aini, i 2009

31 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Digestto t Reducción de l mteri orgánic Fertiliznte (no se elimin el nitrógeno) Estbilizción totl o prcil (compostje) Higienizción prcil (termófilo) Reducción de olores Homogeneizción Reducción del volumen 5-10%

32 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Cso 1: Biogás prtir de residuos gnderos Principles prámetros de l crcterizción físico-químic Prámetro Gllinz Estiércol de Cordero Estiércol de Vc Purín de Cerdo ph 760 7, , , ,88 Conductividd (ms/cm) 3,20 3,81 2,13 24,70 Humedd (%) 72,78 67,78 11,41 96,42 Sólidos totles (% ) 27,22 32,22 88,59 3,52 Mteri Orgánic (SV) (% ST) 69,71 90,04 72,63 61,24 DQO (ppm) Relción C/N 18, ,5 Nitrógeno N-NH4 (ppm) Sodio (N)(mg/kg sms) 2.572, Metles ND* N.D* ND* N.D* ND* N.D* Zinc Producción de metno prtir de vlorizciones en semicontinuo Residuo Biogás (L Biogás/kg SV) %CH 4 Tiempo de retención Purín de cerdo Gllinz Estiércol de Vc Seco Estiércol de Cordero

33 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Cso 1: Estimción económic de un plnt de biogás prtir de estiércol de cordero Cstill-L Mnch: 1 millón de tonelds nules (27% de los residuos gnderos de l Región) Según nuestros resultdos, tiene un potencil de biogás significtivo Gestión ctul: Se retir de ls grnjs y se cumul en pils durnte un tiempo. Posteriormente, es usdo como bono pr los cultivos Comrc de Pstos : t/ño de estiércol de cordero (75% se suponen disponibles) L estimción resultnte es bstnte optimist con un periodo de retorno de 9 ños, situándose entre los modelos 2 y 3 ó 6 de biodigestión publicdos por el Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rurl y Mrino en CODIGESTION Concepto Cntidd de estiércol de cordero (75%) Volumen de biogás generdo Dtos Plnt de biogás kg/ño m3 de biogás/ño Contenido de CH 4 65 % Poder energético del biogás 5,61 kwh/m3 biogás Energí kwh/ Eficienci motogenerdor 38 % Hors de funcionmiento h/ Potenci generd kw Energí eléctric kwhe Trif según RD 667/ ,24 c /kwhe Ingresos por vents de electricidd Inversión por kw /kw Inversión biodigestión Inversión cogenerdor y conexión Inversión totl Coste de mntenimiento y operción (4% de l inversión totl) Costes de mno de obr (2% de l inversión totl) Intereses l 7% sobre el 50% de l Inversión totl (10 ños de mortizción) Costes totl Gnncis nules Periodo de retorno 9 ños

34 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Cso 2: Biogás prtir de residuos de l industri lácte Producción de metno Principles prámetros de l crcterizción físico-químic NH 5-10 ST MO DQO N-NH + ) LN CH4/kg SV Residuo ph 4 (%) (%ST) (mg/l) (mg/l) Leche cducd 6,8 10,4 64, b) LN CH4/kg SV Lodo lácteo 12,0 26,7 62, Mezcl de cducdos 4,5 13,9 73, Mezcl de cducdos con envse 48 4,8 18,88 73, Lctosuero 4,3 7,7 92, c) LN CH4/kg SV d) LN CH4/kg SV e) LN CH4/kg SV f) 205 LN CH4/kg SV

35 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Concept Biogs Plnt El proyecto Cso 2: Estimción económic de un plnt de biogás prtir de lctosuero 65% of the totl whey kg/yer 3 Methne production m3 methne /yer Energetic biogs potentil 5,61 kwh/m3 biogs Net Energy kwh/yer Electricl efficiency 38 % Working hours 7500 h/yer Espñ produce 3 millones de t/ño de residuos lácteos Cstill-L Mnch: 9,5% del totl ncionl Lctosuero: t/ ño Según nuestros resultdos, tiene un potencil de biogás Power 482 kw Electricity kwhe Electricity rtes (RD 667/2007) 13,8 c /kwhe Benefits from electricity sles Investment by kw 3500 /kw significtivo ifi Biodigestion investment Gestión ctul: comid pr el gndo Cogenertion unit nd Comrc de L Mnch (Ciudd Rel) : 74.3% del totl de connection to the power grid lctosuero ( ) L estimción resultnte es bstnte optimist con un periodo de retorno de 7 ños. CODIGESTION Totl investment (TI) Running costs: Mintennce nd opertion cost (4% of TI) Running costs: Lbour (3% of TI) 7% interest on 50% of TI (10 yer mortiztion) Totl Cost Annul Benefit (Net mrgin) Recovery period 7 yers

36 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Conclusiones El biogás podrí ser un tecnologí vible en Cstill-L Mnch Codigestión L implntción del biogás en Cstill-L Mnch supondrí un umento significtivo del biogás de digestores en Espñ Empleo y diversificción del medio rurl : gestión de residuos y l producción de energí Sistem pr l compensción de gses de efecto inverndero etc.

37 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch El proyecto Conclusiones: Algunos dtos económicos de un plnt 500 kw entorno los Fuente: Rodríguez, L. 2011

38 Biogs: Energí in situ pr Cstill-L Mnch Futuros proyectos Algunos tópicos de interés: Optimizción de los trtmientos biológicos de residuos Búsqued de nuevs lterntivs Desrrollo de nuevos servicios y productos Mejor de l producción de biogás: codigestiones, pretrtmientos, inóculo y microbiologí del proceso Reutilizción y depurción de digesttos Innovción tecnológic y estndrizción de l metodologí En este sentido, seguimos investigndo y relizndo otrs pruebs y experimentos con el fin de obtener más resultdos e informcióncercdelvibilidd del biogás en Cstill-L Mnch

39 Grcis por vuestr tención Y es tiempo de MADRID: investigr, provechr Pol. Industril Dimiel Sur C/ Alfonso Gómez nº 42, 2º, C/ Clidd, prcel 46 Ofic y reutilizr Dimiel (Ciudd Rel) Mdrid Es tiempo de lquimi Tel.: Tel.: Fx: Fx: lquimi@lquimiimsd.com