Valorización de residuos mediante microplantas descentralizadas de digestión anaerobia

Zusammenfassung

Este trabajo se centra en la determinación de la viabilidad técnica, ambiental y económica del tratamiento descentralizado de residuos orgánicos, mediante el uso de microplantas de digestión anaerobia, en consonancia con las estrategias europeas en materia medioambiental y energética. Se ha tenido en cuenta el desarrollo del proceso de digestión anaerobia, el estado del arte de la tecnología y también las implicaciones coyunturales de la implantación de dicha estrategia, destacando el transporte de los residuos y la valorización de los diferentes productos como elementos clave. Para ello se han utilizado las herramientas de análisis de ciclo de vida y coste de ciclo de vida. La estrategia de gestión de los residuos se basa en su digestión anaerobia a pequeña escala y muy cerca de sus puntos de generación, evitando así la emisión de gases de efecto invernadero producidos durante su degradación incontrolada. El proceso permite llevar a cabo, por un lado, la recuperación de energía en forma de biogás, considerando diferentes posibilidades de aprovechamiento, y por otro, una recuperación de nutrientes con la aplicación agronómica del digerido. Inicialmente se valoró la influencia de la logística del residuo en la evolución de la digestión, fijándose principalmente en los parámetros de estabilidad y rendimiento del proceso. Para ello se realizaron ensayos a escala de laboratorio en los que se evaluaron parámetros químicos y biológicos, unido al grado de estabilización alcanzado. Se observó que el pretratamiento permite llevar a cabo el proceso de forma estable sin reducir su rendimiento, el cual fue de 338 mL CH4 g SV‐1. Asimismo, se determinó que el análisis termogravimétrico resulta relevante a la hora de evaluar la degradación de los digeridos, específicamente la aplicación de la calorimetría diferencial de barrido que permitió observar relaciones significativas en diferentes puntos del rango de temperatura entre los 20 y los 700 °C. En la siguiente etapa del trabajo, se evaluaron ambiental y económicamente tres escenarios de valorización del biogás y de logística del residuo, ya que un adecuado suministro no solo influiría de manera directa en su cadena de valor y en la viabilidad económica, sino también en el impacto medioambiental de la estrategia de aprovechamiento. Se utilizaron para la evaluación herramientas de análisis de ciclo devida y coste de ciclo de vida. Este análisis permitió conocer la influencia de las diferentes alternativas utilizadas en diferentes indicadores ambientales como el agotamiento de recursos abióticos, calentamiento global, agotamiento del ozono estratosférico, ecotoxicidad acuática y terrestre o eutrofización entre otros. Este análisis puso de manifiesto que el transporte por carretera del residuo y la valorización del biogás en unidades de cogeneración resulta ser la mejor opción medioambiental debido al hecho de que la energía eléctrica y térmica producida mediante cogeneración sustituye a la producida mediante combustibles fósiles. A pesar de que ninguno de los escenarios evaluados resultó viable económicamente, la valorización del biogás mediante unidades de cogeneración, resultó ser la opción más favorable ya que presentó la menor cuantía de pérdidas (130.146 €) de los tres escenarios propuestos. El estudio también demostró que es necesario aumentar el valor ambiental y económico del proceso valorizando los digeridos para la producción de biofertilizantes. Posteriormente, se evaluó el estado de la técnica de las microplantas de digestión anaerobia mediante el análisis técnico y funcional de un prototipo. Para ello, se llevó a cabo un ensayo que se prolongó durante 15 semanas. Se evaluó el rendimiento biológico, la estabilidad del proceso, la producción de metano y el rendimiento energético mediante la determinación de los consumos asociados a los diferentes estados y sistemas de la instalación. Se puso de manifiesto la capacidad del prototipo para poder llevar a cabo el proceso, así como sus rendimientos energéticos (COPth de 2,64 y COPel de 0,95) para una velocidad de carga orgánica de 1,06 g SV Ldig‐1 d‐1. Por último, se evaluó dicha instalación en función de diferentes variables técnicas y operativas (p.e. carga orgánica del residuo, relación de dilución, periodo de alimentación, etc.) las cuales definen diferentes regímenes de funcionamiento. Esta evaluación permitió predecir la influencia de las variables en diferentes parámetros del proceso (velocidad de carga orgánica, tiempo de retención hidráulica, tasa de recirculación, etc.) y en los principales indicadores de rendimiento energético (COPth de 3,37 y COPel de 1,68) para una velocidad de carga orgánica de 2,7 g SV Ldig‐1 d‐1. Por otra parte, se puso de manifiesto que la tecnología se encuentra en un estado de madurez tecnológica avanzado (TRL de 7) pero que aún resulta necesario realizar mejoras en algunos de sus sistemas para disponer de un prototipo completamente desarrollado.