Artículo Revista RETEMA: "La valorización de residuos orgánicos agroalimentarios para la producción y uso de biogás"

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La revista Retema publica en su número de marzo -abril de 2013 un artículo sobre la valorización de los residuos orgánicos obtenidos en las industrias de procesado de vegetales, elaboración de pan, galletas, pastas, industrias cárnicas o de productos pesqueros. para la producción de biogás. ainia está trabajando en el desarrollo de nuevas tecnologías sostenibles capaces de obtener hidrógeno y biogás en una misma instalación agroindustrial a partir de materias sobrantes.

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Artículo Revista RETEMA: "La valorización de residuos orgánicos agroalimentarios para la producción y uso de biogás"

  1. 1. Biogás La valorización de residuos orgánicos agroalimentarios para la producción y uso de biogás Situación actual y tendencias en la Comunidad Valenciana G. Silvestre, P. Gómez, B. Ruiz, A. Pascual AINIA Centro Tecnológico INTRODUCCIÓN. SITUACIÓN ACTUAL. La digestión anaerobia de residuos orgánicos agroalimentarios para la obtención de energía renovable y fertilizantes constituye una alternativa sostenible ampliamente demostrada en muchos países y que crece a gran velocidad tanto en Europa como en el resto del mundo. Según un reciente estudio ([1]) se prevé que durante los próximos cuatro años, 2012-2016, la capacidad instalada de producción de biogás en el mundo crezca un 60%. En España, el lento pero positivo desarrollo observado desde el 2007 hasta finales de 2011 se ha visto frenado bruscamente por la supresión de incentivos económicos así como por las recientes medidas legislativas. En este contexto resulta más imprescindible que nunca apostar por la innovación con el objeto de conseguir una mayor eficiencia de las tecnologías de digestión, considerar nuevos combustibles (biometano o biohidrógeno) y usos (inyección a red, uso en vehículos), reducir costes de inversión y operación de las plantas, mayor aprovechamiento de los digesta- 68 tos y puesta en valor económico de las importantes reducciones de emisiones de gases de efecto invernadero. La Comunidad Valenciana con casi 3 millones de toneladas/año de residuos agroindustriales, ocupa el 7º lugar en España en cuanto a volumen de residuos orgánicos disponibles para ser valorizados mediante digestión anaerobia. Este potencial podría dar Figura 1. Distribución del potencial de residuos disponibles y accesibles en la Comunidad Valenciana. Marzo - Abril 2013
  2. 2. Biogás lugar a unas 90 plantas de un tamaño medio de entre 200-500kWe si se aprovecharan todos los residuos agroindustriales. Sin embargo, solo existen 4 por lo queda un gran margen de desarrollo. 1. MATERIAS PRIMAS DISPONIBLES PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS Y BIOHIDRÓGENO EN LA COMUNIDAD VALENCIANA Se han considerado como materias primas agroindustriales para la producción de biogás, biometano y biohidrógeno los subproductos y residuos orgánicos generados en el sector agroalimentario. Se definen como materias primas accesibles aquellas que se generan y es posible recoger. Por ejemplo, una materia prima no accesible sería la consistente en las deyecciones generadas en la ganadería extensiva. Se definen como materias primas disponibles aquella fracción de las accesibles que no se destina a otros usos y que por tanto se puede utilizar para la producción de biogás, biometano o biohidrógeno. Tabla 1. Distribución porcentual del potencial de residuos accesible y disponible en cada una de las comarcas ganaderas de la provincia de Alicante [2]. POTENCIAL ACCESIBLE Ve G+An+Ve G An Ve % % Potencial Disponible % % % 49 6 45 36.986 58 5 36 18 31 51 17.788 19 30 51 32.103 29 3 68 25.008 30 2 68 Meridional 204.069 47 11 42 170.047 51 8 41 Muntanya 33.074 49 20 31 21.318 63 19 18 ALICANTE G+An+Ve G Potencial Accesible % Vinalopó 53.410 Central 23.779 Marquesat An POTENCIAL DISPONIBLE Nota. G: ganaderos, An: alimentarios de origen animal, Ve: alimentarios de origen vegetal. Las materias primas accesibles y disponibles en la Comunidad Valenciana son mayoritariamente las deyecciones ganaderas, seguidas de los subproductos alimentarios de origen vegetal, y por último de los subproductos de origen animal. En total en la Comunidad Valenciana hay un potencial accesible de 2.990.505 toneladas/año, de las cuales el 64% corresponde a deyecciones ganaderas, 26% a subproductos alimentarios de origen vegetal y 10% a subproductos de origen animal (Figura 1, izquierda). De las materias primas disponibles, anualmente se tendrían 2.565.800 toFigura 2. Distribución de las zonas de mayor potencial de residuos en la CV neladas (86% del potencial Marzo - Abril 2013 accesible), de los cuales el 70% corresponde con a las deyecciones ganaderas, 23% a los residuos de origen vegetal y el 7% a los de origen animal (Figura 1, derecha). Como principales conclusiones del estudio a nivel provincial se destacan las siguientes: • Las deyecciones ganaderas se concentran en la provincia de Castellón, mientras que las materias primas alimentarias de origen vegetal se localizan principalmente en Valencia y Alicante. • Bajo porcentaje de materias primas alimentarias de origen animal en la provincia de Castellón respecto al total de materias primas estimadas en dicha provincia, presentando valores superiores al 10% en el resto de provincias, y en el total de la Comunidad Valenciana. 69
  3. 3. Biogás Tabla 2. Distribución porcentual del potencial de residuos accesible y disponible en cada una de las comarcas ganaderas de la provincia de Valencia [2]. POTENCIAL ACCESIBLE G+An+Ve Ve G+An+Ve G An Ve % % Potencial Disponible % % % 94 1 5 2.643 94 1 5 93 3 4 142.451 95 2 3 166.583 70 2 28 148.479 72 2 27 Requena-Utiel 267.350 78 6 16 235.808 81 4 15 Foya de Bunyol 110.477 58 15 28 90.469 60 12 28 Sagunt 86.010 12 28 60 68.363 13 21 66 Horta de Valencia 315.282 23 34 43 255.618 25 29 46 Riberes del Xúquer 158.185 26 17 57 129.608 27 13 60 Gandia 92.801 26 8 65 76.680 25 6 68 VALENCIA G Potencial Accesible % Racó dʼAdemús 3.304 Alt Túria 154.021 Camps de Llíria An POTENCIAL DISPONIBLE Vall dʼAyora 23.081 80 2 18 18.545 86 1 12 Enguera i la CanalEnguera i la Canal 35.145 66 2 32 27.994 76 1 23 La Costera de Xàtiva 38.414 28 2 70 31.847 29 1 69 Valls dʼAlbaida 86.709 79 4 17 75.183 83 3 14 Nota. G: ganaderos, An: alimentarios de origen animal, Ve: alimentarios de origen vegetal. Tabla 3. Distribución porcentual del potencial de residuos accesible y disponible en cada una de las comarcas ganaderas de la provincia de Castellón [2]. POTENCIAL ACCESIBLE CASTELLÓN POTENCIAL DISPONIBLE G+An+Ve G An Ve G+An+Ve G An Ve Potencial Accesible % % % Potencial Disponible % % 161.536 98 2 0 156.051 99 1 0 Operaciones previas/pretratamientos: los sustratos pasan por una etapa de mezclado y homogeneización previa a la digestión anaerobia. Las plantas suelen disponer de tanques de recepción de líquidos separados de los sistemas de mezclado y alimentación de sólidos, para facilitar la operación de alimentación. % Alt Maestrat Baix Maestrat 384.261 95 1 4 359.806 98 1 1 Planes Centrals 241.877 93 4 2 226.404 97 3 1 Penyagolosa 39.347 85 12 3 35.314 90 9 1 Litoral Nord 115.673 68 7 25 92.395 81 5 14 La Plana 113.956 56 4 40 81.450 70 3 26 Palància 50.058 83 1 16 39.545 94 1 5 Nota. G: ganaderos, An: alimentarios de origen animal, Ve: alimentarios de origen vegetal. • Las provincias de Valencia y Alicante fueron las que presentaron mejores posibilidades de co-digestión con residuos de origen vegetal. Las tablas 2 y 3 incluyen la cuantificación de materias primas accesibles y disponibles para las diferentes comarcas ganaderas de la Comunidad Valenciana. 2. TECNOLOGÍAS DE DIGESTIÓN ANAEROBIA Y APROVECHAMIENTO DEL BIOGÁS EN LA COMUNIDAD VALENCIANA En este apartado se describen las tecnologías empleadas en las plantas de digestión anaerobia existentes 70 en la Comunidad Valenciana. Las plantas de digestión anaerobia, ya sea para producción de biogás, biometano o biohidrógeno siguen en general un esquema como el mostrado en la figura 3, aunque existen distintas alternativas tecnológicas disponibles para cada una de las etapas. A continuación se detalla la tecnología aplicada en cada una de las operaciones más relevantes en las plantas de biogás de la Comunidad Valenciana. La información aquí mostrada se ha recopilado a partir de datos publicados. Marzo - Abril 2013 Proceso de digestión anaerobia: la tecnología que se ha implementado a escala industrial en la Comunidad Valenciana ha sido la digestión o fermentación por vía húmeda (mezclas de sustratos con un contenido en sólidos totales inferior al 25%). Respecto a las configuraciones elegidas, el proceso de digestión anaerobia tiene lugar bien siguiendo la configuración digestor tipo flujo-pistón seguido de digestor tipo mezcla completa, dos digestores tipo mezcla completa en serie, o bien dos digestores tipo mezcla completa en paralelo seguidos de un tercer digestor mezcla completa. En relación con las condiciones de operación, suele operarse en una sola fase, temperatura mesófila (32-45ºC), tiempos de retención entre 30 y 80 días, y agitación continua mecánica. Sistemas auxiliares: A nivel de equipamiento, el proceso de digestión anaerobia cuenta en las plantas
  4. 4. Biogás compost registrado a partir de la fracción sólida y biofortificante orgánico a partir de la fracción líquida. Figura 3. Etapas de proceso de las plantas de biogás agroindustrial Acondicionamiento y aprovechamiento energético del biogás: El biogás se emplea para la producción de energía eléctrica y calorífica mediante un motor de cogeneración. La electricidad se vende a la red de distribución y el calor producido se utiliza para la calefacción de los digestores anaerobios. No se conoce ninguna experiencia de revaloriza- ción del calor para otros usos como calefacción de instalaciones públicas/industrias etc. aunque en algunas plantas se está estudiando esta posibilidad con industrias cercanas. A escala de demostración, existe una planta de purificación del biogás a calidad de biometano en las instalaciones de la planta de biogás de la Granja San Ramón (Requena). Esta planta incluye un sistema de depuración y acondicionamiento del biogás que permite su uso como combustible en vehículos. El proyecto en el de la Comunidad Valenciana con un alto grado de automatización y control de la instalación. Entre los sistemas de calefacción de los digestores, se encuentra la calefacción de los sustratos de forma externa, previa a introducir el material en los digestores, y también el sistema de tuberías calefactoras adosadas a los muros de hormigón y en la base del digestor. Como sistemas de agitación, se encuentran diferentes sistemas mezcladores sumergibles y de hélice, así como también el sistema de pala gigante. En relación con la seguridad, todas las plantas de biogás cuentan como equipamiento adicional con antorcha de seguridad, con objeto de poder quemar el biogás producido en caso de paro del motor de cogeneración por cualquier motivo (trabajos de mantenimiento o parada del generador). Acondicionamiento y uso del digestato: las plantas que llevan a cabo separación sólido líquido lo hacen mediante tecnología de presión helicoidal (separador tipo tornillo prensa). Todas las plantas disponen de un almacenamiento temporal del digestato previo a su utilización agrícola. En el caso de la Granja San Ramón, el digestato además se procesa para obtener productos de valor añadido: Marzo - Abril 2013 71
  5. 5. Biogás que se enmarca esta planta se denomina agroBIOMET (www.agrobiomet.es) y ha sido co-financiado por el MINECO y los fondos FEDER. Este proyecto consiste en la “Demostración de un sistema sostenible de producción y uso de biometano en vehículos a partir de residuos ganaderos y biomasas alternativas”. 3. EXPERIENCIAS INDUSTRIALES DE PLANTAS DE DIGESTIÓN ANAEROBIA EN LA CV Debido a la moratoria a las primas de las energías renovables en España (RD 1/2012) existe un limitado número de plantas de biogás agroindustrial en operación en la Comunidad Valenciana. Las plantas que se inscribieron en el registro de pre-asignación con fecha anterior a la moratoria, sí disfrutan de la prima a la generación de biogás. Este marco tarifario favorecía la instalación de plantas con un tamaño inferior a 500 kW pero próximo a dicho valor. Por ello, las plantas que actualmente se encuentran en operación en la Comunidad Valenciana tienen una potencia instalada cercana a los 500 kW. En la tabla 4 se resumen las principales instalaciones de digestión 72 Tabla 4. Resumen de plantas de digestión anaerobia agroindustrial en operación en la Comunidad Valenciana Planta Potencia (kW) Materias primas Productos Granja San Ramón (Requena, Valencia) 500 Estiércol de vacuno y subproductos vegetales agroalimentarios Energía eléctrica y térmica a partir de biogás, biometano, fertilizante comercial. Planta biogás TRAMAVE (Picassent, Valencia) 500 Subproductos alimentarios y deyecciones ganaderas Energía eléctrica y térmica a partir de biogás. APLITEC (La Vall d'Uixó, (Castellón) 500 Subproductos agroalimentarios, lodos de depuradora, deyecciones ganaderas. Energía eléctrica y térmica a partir de biogás. Biogás de Catí (Catí, Castellón) 500 Deyecciones ganaderas de distinto tipo. Energía eléctrica y térmica a partir de biogás. anaerobia agroindustrial que se encuentran en operación, así como las principales características de las mismas. Esta información ha sido recopilada a partir de la información hecha pública por las empresas gestoras y/o constructoras de estas instalaciones a través de distintos medios. CONCLUSIONES La valorización de los residuos orgánicos agroindustriales disponibles en la Comunidad Valenciana está lejos de ser completa. Existen cuatro plantas de digestión anaerobia para producción de biogás que utilizan una pequeña parte del potencial existente (que alcanzaría para construir hasta 90 plantas en su máximo teórico), construidas entre los años 2008 y 2012. Sin embargo, los cambios legislativos que afectan al sector de las energías renovables han detenido el crecimiento del sector, ya que las plantas con el modelo productivo actual han dejado de ser económicamente viables. Así pues, son necesarios nuevos modelos de negocio y/o entornos de aplicación diferentes que aseguren la viabilidad de las plantas aun con el escenario legislativo actual. Las tendencias actuales se orientan hacia la producción de biogás para autoconsumo, bien en forma de energía eléctrica o de biometano Marzo - Abril 2013 vehicular o sustitutivo de gas natural como combustible, así como la valorización de residuos orgánicos en digestores anaerobios existentes en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs). La digestión anaerobia en dos fases para producción de biohidrógeno es todavía incipiente, existiendo por el momento únicamente a escala de laboratorio y piloto [3]. Agradecimientos Este trabajo ha sido realizado en el marco del proyecto “Desarrollo de un nuevo proceso para la obtención de bio-hidrógeno y biogás mediante digestión anaerobia en doble etapa a partir de residuos orgánicos agroalimentarios (DIANA)” (IMDEEA/2012/57) cofinanciado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) y los fondos FEDER. REFERENCIAS [1] Ecoprog GmbH y Fraunhofer Institute for Environmental, Safety and Energy Technology UMSICHT (2012). Biogas to Energy (Analyst version) - The World Market for Biogas Plants 2012/2013. Research & Marketsʼ Report. [2] Alfonso D., Brines N., Peñalvo E., Vargas C., Pérez-Navarro A., Gómez P., Pascual A., Ruiz B. (2009). Informes de cuantificación de materias primas para la producción de biogás. Fichas comarcales. Proyecto PROBIOGAS. Disponible en http://www.probiogas.es. [3] Proyecto SLUDGE4ENERGY, http://www.sludge4energy.es

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