La obtención de biogás a partir de subproductos alimentarios

Transcripción

1 La obtención de biogás a partir de subproductos alimentarios La entrada en vigor de la normativa ambiental que limita el depósito en vertedero de residuos orgánicos biodegradables, junto con la actual crisis económica hace cada vez más necesario el desarrollo de alternativas de valorización y tratamiento Marta Cebrián. Área de Mejora Ambiental y Procesos. Unidad de Investigación Alimentaria. AZTI-Tecnalia Marta Cebrián es licenciada en Ciencias Biológicas por la Universidad del País Vasco. Su actividad investigadora en diversos Centros Tecnológicos se ha centrado en las áreas Medio Ambiental y Alimentaria, destacando la realización de diversos proyectos sobre tratamiento biológico de residuos orgánicos (compostaje y biometanización). Sus actividades en AZTI-Tecnalia, dentro de la Línea de Mejora Ambiental cubren el estudio y desarrollo de sistemas de minimización, aprovechamiento y valorización de subproductos alimentarios, así como la realización de estudios de Análisis del Ciclo de Vida (ACV) para la mejora ambiental de productos y procesos industriales. La entrada en vigor de la normativa ambiental que limita el depósito en vertedero de residuos orgánicos biodegradables (Real Decreto 1481/2001), junto con actual crisis económica hace cada vez más necesario el desarrollo de alternativas de valorización y tratamiento de estos residuos que permitan un máximo aprovechamiento de los mismos. La producción de biogás a partir de subproductos y residuos alimentarios, se presenta como una opción, aun poco explotada en este sector, pero con

2 posibilidades de desarrollo en los próximos años, debido al impulso que están experimentando las energías renovables. Introducción El sector agroalimentario ha evolucionado de forma significativa en las últimas décadas, debido entre otros factores a los avances tecnológicos y científicos. Sin embargo, este desarrollo debe ir siempre paralelo a un uso racional de los recursos naturales, así como a una correcta gestión y tratamiento de los residuos generados en el desarrollo de sus actividades. Además de las medidas de minimización, reutilización y reciclaje generales para todos los sectores industriales y que deben preceder a cualquier alternativa de tratamiento, la asignatura pendiente de este sector en materia medioambiental es obtener un aprovechamiento y valorización adecuada de dichos residuos y subproductos. Según datos del Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino, en España se generan más de 120 Millones de Toneladas de residuos procedentes de los sectores agrícola, ganadero y alimentario. Tan solo en la Comunidad Autónoma del País Vasco (CAPV) las industrias alimentarias y pesqueras, generan unos 4 millones de Toneladas de residuos y subproductos, una parte importante de los cuales puede ser utilizada en el desarrollo de nuevos alimentos, así como en alimentación animal o en la obtención de sustancias de alto valor como proteínas, antioxidantes, vitaminas Sin embargo, no todos los subproductos tienen un interés comercial que rentabilice su procesado y transporte o no cumplen con los requisitos sanitarios y de calidad requeridos, por lo que es necesario darles una salida adecuada de tratamiento. La biometanización y el compostaje son tecnologías de valorización que pueden aplicarse a la mayoría de estos subproductos debido a su alto contenido en materia orgánica

3 fácilmente biodegradable y a su elevada humedad. La biometanización o digestión anaerobia (DA), en concreto, presenta la ventaja de permitir una valorización tanto energética como agronómica de los subproductos al producir, por un lado, un combustible renovable como es el biogás, y por otro, un lodo estabilizado que puede ser utilizado como enmienda orgánica o abono. Sin embargo, en el caso de muchos de los subproductos alimentarios es necesario llevar a cabo estudios específicos que determinen la complementariedad desde el punto de vista técnico y logístico de su tratamiento conjunto o co-digestión, tanto para conseguir una mínima masa crítica, como para compensar las carencias de nutrientes, diluir sustancias tóxicas o ajustar diversos parámetros físico-químicos, necesarios para el correcto funcionamiento del proceso. La digestión anaerobia de subproductos alimentarios La digestión anaerobia es un proceso de degradación biológica de las sustancias orgánicas en ausencia de oxígeno libre, produciendo dióxido de carbono y metano en una mezcla denominada biogás que puede ser utilizada como combustible por su elevado poder calorífico y un lodo digerido o digestato con valor agronómico como fertilizante o enmienda orgánica. El proceso global tiene lugar en cuatro etapas (hidrólisis, homoacetogénesis, acetogénesis y metanogénesis), a través de la acción combinada de diferentes tipos de microorganismos. La digestión anaerobia puede aplicarse, en principio, a cualquier tipo de residuo biodegradable que no presente sustancias tóxicas para las bacterias en concentraciones elevadas, como por ejemplo, las deyecciones ganaderas, residuos agrícolas y restos de cosechas, subproductos alimentarios como residuos de matadero, lácteos, de trasformados vegetales o de pescado, aceites y vinazas, así como la fracción orgánica de los residuos urbanos (FORU) y las

4 aguas o lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs). La producción de biogás dependerá de la composición y biodegradabilidad de los residuos a tratar. A temperatura ambiente la producción de biogás es muy lenta, por lo que se suele trabajar en el rango mesofílico (35-40ºC) o incluso termofílico (55-60ºC). La principal ventaja que presenta la DA frente a otras alternativas de tratamiento biológico como el compostaje es que, mientras éste consume entre 30 y 35 KWh/Tm de residuos tratado, la DA es un proceso generador de energía (entre 100 y 150 KWh/Tm de residuo, según la IEA Bioenergy, 1996).. Existe una gran variedad de sistemas desarrollados específicamente para la digestión anaerobia en reactores. Los sistemas principales pueden clasificarse en húmedos o secos (dependiendo del porcentaje de sólidos totales introducidos en el reactor), de una o dos etapas (en función de si se separan o no las etapas de hidrólisis y fermentación de la etapa de metanogénesis) o sistemas en continuo o en discontinuo, según el tipo de alimentación. Hasta el momento, las principales aplicaciones de la DA se han centrado en el tratamiento de residuos ganaderos, lodos de EDARs y la FORU. En concreto, el empleo de la DA para el tratamiento de los residuos ganaderos está bastante consolidado en Europa (principalmente en Alemania, Dinamarca y Suiza), existiendo, ya en el año 2000, unas 780 plantas de este tipo. Sin embargo, la supervivencia económica de muchas de estas instalaciones sólo es posible si se lleva a cabo la incorporación de otros co-sustratos como residuos de matadero, aceite de pescado, aceite de freír, filtros de bentonitas, residuos domiciliarios o de agroalimentaria, que pueden ser incorporados hasta en un 37% y que permiten duplicar y hasta triplicar la producción de biogás.

5 En España aunque en los últimos años se han instalado diversas plantas para el tratamiento de la FORU (unas 12), las instalaciones para residuos agroindustriales presentan un considerable retraso respecto a otros países de Europa. Las pocas plantas existentes se sitúan en la zona de Cataluña, donde se concentra gran parte de la ganadería porcina intensiva (plantas de La Garriga o la de Vila-Sana, ambas en Lérida). En los últimos años, se han producido algunas iniciativas a escala piloto como la planta de co-digestión de residuos agrícolas y ganaderos de Segovia y existen plantas en proyecto como la de Karrantza en Bizkaia, para purines de vacuno, y la de Requena en Valencia, para purines de vacuno y residuos cítricos. En lo que respecta a la industria alimentaria, existe alguna instalación para el tratamiento de aguas en empresas de alimentación y bebidas como la de Mahou-San Miguel en Alovera (Guadalajara) y recientemente se ha puesto en marcha plantas piloto como la de la empresa Estrella Levante en Murcia para bagazo de cerveza o las de residuos de matadero en Extremadura y Asturias. A pesar de este incipiente desarrollo, la utilización de residuos agroalimentarios en co-digestión con residuos ganaderos y agrícolas se presenta como una de las principales alternativas de valorización de sub-productos y residuos a desarrollar en los próximos años, debido por un lado a los altos rendimientos de generación de biogás que presentan, y por otro lado, al impulso dado por el nuevo Real Decreto 661/2007 de 25 de Mayo, que regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial. Entre las principales corrientes de residuos y sub-productos de la CAPV que por su composición, contenido en humedad y biodegradabilidad, podrían presentar un potencial de biometanización interesante desde un punto de vista económico

6 y técnico podemos destacar a priori : Residuos ganaderos como purines de cerdo y vaca, y gallinaza. Subproductos animales no destinados a consumo humano (SANDACH), como residuos de matadero o de acuicultura. Residuos de manzana prensada. Residuos del sector pesquero (restos de pescados de conserveras o descartes). Lodos de EDAR de industrias vinícolas, cárnicas, lácteas, conserveras de pescado, industrias de bollería y panadería. Productos descartados (caducados o no aptos para consumo) y lactosuero de industrias lácteas. Tierras de filtración, emulsiones de aceite en agua, restos de semillas oleaginosas de industria de la molinería, panadería y similar. Cascarillas de café Conclusiones La digestión anaerobia es una tecnología de valorización y tratamiento de residuos demostrada y ampliamente aplicada en todo el mundo, con posibilidades de desarrollo importantes al amparo de la nueva legislación de producción de energía eléctrica en régimen especial. Además de potenciar la correcta gestión de los subproductos y residuos orgánicos permite la producción de energía renovable, aunque presenta limitaciones como elevados tiempos de arranque y estabilización del proceso, alta sensibilidad a los compuestos tóxicos y necesidad de formación técnica para su correcta operación. Por otro lado, a menudo las condiciones reales del proyecto se desvían de las experimentales. Por lo tanto, debe aprovecharse la experiencia de otros países (Alemania, Suiza ) y adaptar la tecnología a cada tipo de sustrato y climatología, siendo imprescindible la colaboración

7 de diferentes sectores de producción para facilitar la gestión medioambiental. Como puntos a desarrollar y mejorar podemos destacar: La necesidad de estabilidad del marco retributivo de venta de Energía Eléctrica Mejorar técnicas para incrementar el rendimiento de producción de biogás en cantidad y calidad Implementar sistemas de co-digestión que favorezcan el tratamiento local Mayor especialización en este campo con formación profesional o cursos en sectores y asociaciones profesionales. Desde AZTI-Tecnalia se está trabajando en la adecuación de esta tecnología a los residuos agroalimentarios, habiéndose realizado ya algunos estudios sobre la viabilidad técnica y económica de su aplicación a diversas corrientes, como residuos de acuicultura o lactosuero. Por otro lado, se dispone de las instalaciones necesarias para la realización de pruebas en reactores a pequeña escala, habiéndose iniciado ya algunos proyectos al respecto, cuyos resultados se espera que puedan ser difundidos en breve. Bibliografía 1. Flotats, X., Campos E., Palatsi J., Bonmatí X. Digestión anaerobia de purines de cerdo y codigestión con residuos de la industria alimentaria Porci, Monografías de actualidad (2001a), 65, pp Flotats, X., Campos E., Palatsi J., Bonmatí A Tratamientos de residuos orgánicos y valorización agrícola. En: Aplicación agrícola de residuos orgánicos. J. Boixadera y M.R. Teira (Eds) Servei de Publicacions. Universitat de Lleida. Pp De Baere (2000) Anaerobic Digestion of Solid Wastes: state of the art. Water Science and Technology, 41, nº

8 3, pg Hedegaard M., Jaensch V., Anaerobic Co-digestion of Urban and Rural Wastes, Renewable Energy, Nº 16, , (1999) 5. Sharma V.K., Testa C., Gornacchia G., Lastella G., Farina R.. Anaerobic digestion of semi-solid organic waste available from orthofruit market: preliminary experimental results Energy Conversion & Management.Nº 40, , (1999) 6. Verstraete W., Vandevivere P., New and Broader Science and Technology Applications of Anaerobic Digestion, Critical Reviews Environmental, Nº28, , (1999). 7. An introduction to anaerobic digestion, retrieved