iCODA o impulso de la co-digestión anaerobia

Los residuos de origen orgánico presentan un gran problema debido a su fuerte carácter contaminante. Entre estos residuos se encuentran aquellos procedentes del sector primario (residuos agrícolas, ganaderos y forestales), los procedentes del sector secundario (industriales, agroalimentarios, textiles,…) y los procedentes del sector servicios o terciario (residuos sólidos urbanos –RSU- y lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales). Debido a la problemática ambiental que presentan, estos residuos necesitan ser tratados y es por ello que la Directiva 2008/98/CE establece un marco legislativo para la correcta gestión de subproductos generados por la actividad humana. En la Directiva se establece una priorización de tratamientos: prevención, reciclaje, valorización y desecho. Es por esto que se debe primar la prevención de la generación de residuos e intentar evitar el destino final en vertederos. En la UE, la tasa de generación de residuos municipales se sitúa en 4,984 kg residuos/año/persona de los cuales 10% corresponden a residuos de origen orgánico (se generaron 234 millones de toneladas de residuos orgánicos). De estos últimos, en el año 2014 se registró que el 28% de los residuos fueron reciclados, el 16% fue destinado a la generación de compost, 27% se incineró y un 29% se destinó a vertederos (Figura 1). España contribuye a un 9% de la generación de residuos de origen orgánico en la UE reportando anualmente 21 millones de toneladas. De estos, en España hasta un 60% de los residuos son destinados a vertedero (última opción recomendada por la Directiva 2008/98/CE) mientras que únicamente un 13% es reciclado y un 17% enviado a la generación de compost (Figura 1). Los planes actuales de gestión de residuos establecidos por los gobiernos comunitarios coinciden en plantear estrategias que reduzcan el destino final de los residuos en vertederos de modo que en 2035 se alcance un máximo de un 10% destinado a vertedero.

La digestión anaerobia se presenta como un proceso de alto potencial para la valorización, y por tanto gestión, de los residuos de origen orgánico con la ventaja adicional de la obtención de una corriente energéticamente valorizable (biogás) y otra fracción valorizable agronómicamente (digestato). Es por esto, que la tecnología de la digestión anaerobia y la consecuente producción de biogás es considerada como una fuente renovable de energía, ya que a partir de residuos se obtiene un producto -biogás- capaz de hacer frente a fuentes agotables como el petróleo o el carbón. En cuanto al digerido, su uso permite evitar la utilización de fertilizantes de origen sintético en cuya fabricación se invierte un alto volumen de energía y químicos que devalúan la sostenibilidad de su uso.

La tecnología de digestión anaerobia fue tradicionalmente vista como una vía de tratamiento apropiada para los lodos de depuradora en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), de forma que estas instalaciones podían obtener una fuente de energía con la que autoabastecer el propio proceso de depuración de las aguas residuales (disminuyendo por tanto los costes de operación y la dependencia con otras fuentes de energía) y obteniendo un lodo que ofrecía unas mejores características para ser posteriormente tratados. Observando las ventajas y facilidades que ofrecía esta tecnología, otros sectores industriales, como el agroalimentario, han optado por esta vía de tratamiento. Habitualmente, las instalaciones diseñadas suelen estar sobredimensionadas para poder hacer frente a situaciones puntuales de alta generación de residuos y en ocasiones esto repercute sobre la rentabilidad económica de las instalaciones (Bolzonella et al., 2006).

Para solventar las limitaciones encontradas en los procesos de mono-digestión anaerobia, se comenzó a realizar el tratamiento conjunto de varios residuos, denominado co-digestión anaerobia. Al introducir varios residuos en el digestor, se incrementa el caudal de biogás que se genera y por tanto la energía producida (Mata-Alvarez et al., 2014). Sin embargo, tradicionalmente la adición de residuos se realiza atendiendo a la disponibilidad de los mismos sin el empleo de metodologías que favorecen la optimización del proceso y/o que eviten episodios de desestabilización de los reactores, ambos escenarios con alta repercusión en la rentabilidad económica de las instalaciones actuales. Por ello un aspecto importante a la hora de implementar procesos de co-digestión es la estabilidad de la operación y por tanto la monitorización y control de la concentración de parámetros como ácidos grasos volátiles (AGVs) en el digestor es crucial para vigilar y asegurar la estabilidad de la operación. En los últimos años se han propuesto distintas estrategias de control basadas en la medición y control de AGVs (Puñal et al, 2002, Aguilar-Garnica et al., 2009, Méndez-Acosta et al., 2010). Sin embargo, estas estrategias de control fueron desarrolladas para procesos de mono-digestión y por tanto las acciones correctoras estaban basadas en la modificación de la velocidad de carga orgánica (VCO), modificando tanto la concentración de materia orgánica en la alimentación mediante dilución como el tiempo de retención hidráulico (TRH). A diferencia de los anteriores procesos, en la co-digestión anaerobia se ha tendido hacia la optimización de la producción de metano mediante la variación de las proporciones de los distintos sustratos. Para ello, se han implementado diferentes métodos que, manipulando la mezcla a introducir en el digestor permitían maximizar la producción de metano en el mismo (Álvarez et al., 2010, Wang et al., 2012).

Optimización de la co-digestión anaerobia basada en la aplicación Optiblender®

Optiblender® es una herramienta desarrollada en el seno de la Universidad de Santiago de Compostela (Garcia-Gen et al., 2014; García-Gen et al., 2015; Rodriguez-Verde et al., 2018) concebida para optimizar el rendimiento de los procesos de (co-)digestión anaerobia. Se trata de un sistema que empezó a desenvolverse hace 20 años, inicialmente con la mejora del funcionamiento de digestores a pequeña escala y tras varias etapas de perfeccionamiento, finalmente fue validado a escalas mayores en escenarios reales estableciéndose como un sistema apto para la optimización de plantas de biogás. A raíz de los trabajos desarrollados, el sistema de control Optiblender® fue finalmente patentado (ES 2 516 615 B2) siendo reconocida la invención a nivel español y europeo. Actualmente iCODA (impulso de la CO-Digestión Anaerobia), empresa spin-off de la Universidad de Santiago de Compostela tiene licenciada la patente que regula la metodología en la que se basa el funcionamiento de Optiblender®.

Optiblender® facilita la selección de los residuos más adecuados y monitoriza dinámicamente la planta de biogás, tomando decisiones sobre la dosificación de los distintos residuos atendiendo a la estabilidad del proceso. Así pues, Optiblender® rastrea un catálogo de residuos generados cerca de la instalación de digestión anaerobia y considerando las características de los mismos permite realizar la selección de los mismos (Blender) (Figura 2) teniendo en cuenta qué mezcla de residuos y qué proporción de los mismos proporcionarán una mayor producción de biogás sin comprometer la estabilidad del proceso. La mezcla es evaluada primero en un simulador (VirtualPlant) y a continuación, gracias al módulo Optimizer se puede ajustar la mezcla idónea de sustratos. Una vez seleccionados, tras mínimas adaptaciones en las plantas actuales, Optiblender® se adapta a la planta de digestión anaerobia y dará las pautas de dosificación de residuos de forma gradual, de modo que como objetivo final se alcance el máximo de producción de biogás teniendo en cuenta el diseño actual de la planta.

Optiblender® por tanto se trata de una herramienta flexible que puede ser empleada para disminuir el tiempo de arranque de digestores anaerobios asegurando una máxima tasa de tratamiento de los mismos, facilita la adaptación de los co-sustratos en procesos de mono-digestión, impulsa la producción de biogás teniendo en cuenta las limitaciones de cada sistema y asegura la máxima producción de biogás en digestores manteniendo en todo momento la estabilidad del mismo.

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