La obtención de biogás a partir de subproductos alimentarios

La obtención
partir
de
alimentarios
de biogás a
subproductos
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
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
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
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.
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
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
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 51-65
2. Flotats, X., Campos E., Palatsi J., Bonmatí A. 2001
“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 17-36.
3. De Baere (2000) Anaerobic Digestion of Solid Wastes:
state of the art. Water Science and Technology, 41, nº
4.
5.
6.
7.
3, pg. 2883-290.
Hedegaard M., Jaensch V.,”Anaerobic Co-digestion of
Urban and Rural Wastes”, Renewable Energy, Nº 16,
1064-1069, (1999)
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, 287-304, (1999)
Verstraete W., Vandevivere P., “New and Broader Science
and Technology Applications of Anaerobic Digestion”,
Critical Reviews Environmental, Nº28, 151-173, (1999).
An
introduction
to
anaerobic
digestion,
www.anaerobic-digestion.com, retrieved 17.08.07