Pasado, presente y futuro de la innovación en el tratamiento de efluentes de la gestión de residuos

Tras la finalización con éxito del proyecto LIFE Methamorphosis en 2020, nace el proyecto LIFE INFUSION, que pretende dar continuidad a las investigaciones para el tratamiento de efluentes residuales y cerrar el círculo entre residuos y recursos y, a la vez, reducir los impactos sociales, económicos y ambientales que suponen las plantas de tratamiento de residuos.

En España, el sector del transporte representaba en el año 2018 el 27% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero y es responsable del 43% de las emisiones de los sectores difusos. Además, el transporte por carretera supone el 25% de estas emisiones (MITECO, Inventario Nacional de gases de efecto invernadero 2020). Por este motivo, el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan reducir las emisiones derivadas del transporte tiene un alto valor estratégico para alcanzar los objetivos de mitigación al cambio climático, tanto del Estado Español como de la Unión Europea.

La producción de biocombustibles es una vía de mitigación de emisiones, ya que su uso en vehículos terrestres motorizados, no sólo permite conseguir una disminución de las emisiones del dióxido de carbono (CO2) procedentes de este sector, sino que, además, puede contribuir significativamente a la mejora de la calidad del aire. En especial, en áreas densamente pobladas permite reducir, considerablemente, las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) en comparación con otros combustibles fósiles como el diésel. El uso del biometano en el sector del transporte supone respecto la gasolina un 25% (Tank-to-Wheel “del tanque a la rueda”) y un 80% (Well-to-Wheel “del pozo a la rueda”) menos de emisiones de CO2, así como hasta un 75% menos de emisiones de NOx en comparación con los vehículos diésel.

En el año 2018, la gestión de residuos y la agricultura contribuyeron con un 4% y un 12% respectivamente a las emisiones de gases de efecto invernadero en España. La digestión anaerobia de la fracción orgánica de residuos municipales y/o de los residuos agroalimentarios genera biogás que puede ser transformado en biometano, un potencial biocombustible asimilable al gas natural de origen fósil. A la vez, la introducción de este proceso de valorización rebajaría las emisiones difusas de gases de efecto invernadero de los residuos orgánicos.

El proyecto LIFE Methamorphosis

El proyecto LIFE Methamorphosis (LIFE14 CCM/ES/000865) nace hace 5 años con el propósito de actuar frente al cambio climático y alineado con las políticas de economía circular de la Comisión europea.

LIFE Methamorphosis, es un proyecto cofinanciado al 60% por el programa Life de la Comisión Europea y formado por un consorcio de empresas privadas y entidades públicas españolas; Aqualia, como coordinadora del proyecto; FCC Medio Ambiente S.A.; Naturgy;  SEAT S.A.; Área Metropolitana de Barcelona (AMB); y Institut Català d’Energia (ICAEN). Finalizó con éxito el pasado mes de septiembre de 2020.

Con un presupuesto total de 3.642.167 €, este proyecto contemplaba los mismos objetivos que el Programa LIFE, en especial, la mitigación del cambio climático mediante el uso de energía renovable y, en particular, la producción de biometano procedente de plantas de tratamiento de residuos. Así pues, el principal objetivo es mejorar la gestión de los residuos orgánicos, tanto municipal como agroindustrial, reduciendo el consumo energético de su tratamiento y produciendo biometano con calidades para uso vehicular o inyección en la red de gas natural. Para poder demostrar la viabilidad técnica y económica de la generación y uso del biometano, se ha realizado la demostración a escala semi-industrial de dos sistemas innovadores de tratamiento: el prototipo UMBRELLA y el prototipo METHAGRO.

Acciones demostrativas

El prototipo UMBRELLA, situado en la planta de tratamiento de residuos municipales Ecoparc 2 de Montcada i Reixac (Barcelona), optimiza energéticamente la depuración de las aguas residuales procedentes del tratamiento de la fracción orgánica municipal seleccionada en origen. Estas mejoras se realizan mediante la implantación de un reactor anaerobio de membranas (AnMBR) y el sistema Anammox ELAN® de eliminación autótrofa de nitrógeno. Gracias a estos procesos anaerobios y autótrofos innovadores, se ha conseguido eliminar más del 98% de los sólidos suspendidos y más del 75% de la materia orgánica presente en el agua residual, suponiendo además una reducción del 73% de la energía consumida si se compara con los sistemas aerobios de depuración convencionales.

Por otro lado, el prototipo UMBRELLA también cuenta con el sistema ABAD Bioenergy® de limpieza y afino del biogás producido para obtener biometano de calidad. Por cada m3 de agua tratada, se producen 4Nm3 de biometano apto para uso vehicular cumpliendo con la norma de automoción UNE-EN 16723-2:2018.

El prototipo METHAGRO, situado en la planta de tratamiento de purines Porgaporcs en Vila-sana (Lleida), demuestra la posibilidad de transformar el residuo orgánico de purines en biometano apto para uso vehicular e inyección a red de gas natural, cumpliendo con las normas UNE-EN 16723-2:2018 y UNE-EN 16723-1:2017, respectivamente. Esta transformación se realiza mediante un sistema de upgrading basado en membranas, capaz de producir 0,66 Nm3 de biometano por m3 de biogás generado.

El biometano generado en ambos prototipos se ha probado en cuatro vehículos ligeros de SEAT, los cuales han recorrido un total de 147.000 km. Después del análisis exhaustivo de los motores, se confirma que no se observan diferencias significativas en la durabilidad de los componentes, la potencia del motor, el consumo y las emisiones de escape entre el funcionamiento con biometano y con gas natural convencional, siempre y cuando la calidad del primero sea estrictamente conforme a la norma UNE EN16723-2:2018.

Del mismo modo, el biometano producido también se ha testado en camiones de recogida de residuos urbanos de FCC Medio Ambiente.

Potencial de replicación

Aunque LIFE Methamorphosis supone un proyecto de referencia tanto en el sector del tratamiento de residuos como en otros sectores de potencial interés, se confirma que los proyectos de generación de biometano todavía son poco viables económicamente. Para que el proyecto pueda ser replicado en otros puntos de España debe haber un plan de apoyo nacional para este tipo de plantas con un proceso de tratamiento de residuos respetuoso con el medio ambiente, así como un sistema de Certificado de Garantía de Origen que pueda incentivar la producción de gases renovables y promover su comercialización.

Y es que, basándose en la cantidad de biogás actualmente producido en España, según una estimación de ICAEN, se podrían abastecer con biometano 338.516 vehículos ligeros y 13.668 vehículos pesados. Lo que equivale a 39 y 3 veces más, respectivamente, la flota actual que circula con gas natural como combustible. En este escenario, el uso del biometano supondría la evasión de alrededor de 54.500 t CO2eq/año en España.

Conclusiones

Al desarrollar y demostrar tecnologías, métodos e instrumentos de innovación, el proyecto LIFE Methamorphosis es una contribución al cambio hacia una movilidad urbana sostenible y al desarrollo de las ciudades del futuro, bajas en emisiones de efecto invernadero y libres de polución.

La eficiencia energética de estas nuevas tecnologías permite reducir notablemente el consumo de energía y los costes asociados tanto a la propia generación de biometano como a la gestión de los residuos orgánicos municipales, principales productores de este biocombustible.

Así pues, el proyecto ha contribuido a asentar las bases para el despliegue del biometano como fuente de energía destacada en la transición energética en España y, a la vez, ha demostrado con éxito un enfoque de economía circular para el tratamiento de dos recursos: los residuos orgánicos municipales y los residuos agroindustriales.

Los resultados obtenidos mostraron la importancia de realizar una gestión sostenible de los residuos sólidos urbanos (RSU), y es que en Europa se generaron 219 millones de toneladas de estos residuos en 2018 de los cuales un 37% eran biodegradables. De acuerdo con la Directiva Marco de Residuos (2008/98/CE), a finales del 2023, la separación en origen y la cantidad reciclada de la materia orgánica municipal debería verse incrementada. Lo que supone un aumento del potencial de producción de biogás y, por lo tanto, de biometano, si se realiza una correcta gestión de estos residuos.

En el proyecto LIFE Methamorphosis quedó demostrado que el tratamiento actual de la fracción orgánica del residuo municipal separado en origen permite obtener energía renovable y un digestato rico en nutrientes, el líquido residual resultante aún supone un reto medioambiental.

El proyecto INFUSION

En este contexto, nace el proyecto LIFE INFUSION - Tratamiento intensivo de efluentes residuales y conversión en productos útiles y sostenibles: biogás, nutrientes y agua regenerada (LIFE19 ENV/ES/000283).

Se trata de un proyecto cofinanciado al 55% por la Comisión Europea mediante el Programa LIFE. En esta ocasión, el consorcio está formado por 8 entidades públicas y privadas de 3 Estados Miembros: Fundación Eurecat, responsable de la coordinación del proyecto; el Área Metropolitana de Barcelona; Aqualia; Compañía de Gestión de los Residuos Sólidos en Asturias (COGERSA); Ecoparc del Besòs, SA (EBESA); Instituto de Investigación y Tecnología Agroalimentarias (IRTA) – España; Detricon – Bélgica; y AMIU Genova – Italia.

LIFE INFUSION, con un presupuesto total de 3.119.601 €, tiene como objetivo desarrollar un sistema de tratamiento de las aguas residuales procedentes del tratamiento anaerobio de la fracción orgánica municipal separada en origen  y de los lixiviados generados en los depósitos controlados, que permita maximizar la recuperación de recursos de alto valor añadido como por ejemplo biometano, compost, biofertilizantes y agua regenerada.

Para demostrar la viabilidad medioambiental, técnica y económica de los procesos de innovación desarrollados, estos se implementarán en dos emplazamientos del territorio español: Ecoparc de Montcada i Reixac en Barcelona (Catalunya) y el depósito controlado de COGERSA en Gijón (Asturias).

Acciones demostrativas

La solución planteada por LIFE INFUSION se basa en un tratamiento que combina varias tecnologías tanto físico químicas como biológicas. Por un lado, se pretende testar un biorreactor anaerobio de membranas termófilo (tAnMBR) que permita reducir el contenido de la materia orgánica en el agua residual, produciendo un digestato higienizado y apto para aplicación como fertilizante, además de generar biogás, junto a la tecnología ABAD Bioenergy® (ya utilizada en el proyecto LIFE Methamorphosis) para transformar el biogás generado en biometano de manera eficiente y con bajos costes de operación. Y por otro, añadir un proceso de Stripping y contactores de membranas que permita recuperar el nitrógeno de los efluentes del tAnMBR y precipitarlo como sales de amonio con alto valor agronómico. Por último, se emplearán membranas regenerativas para obtener agua para uso agrícola.

Este conjunto de procesos será alimentado, inicialmente, con la fracción líquida del digestato del tratamiento del residuo orgánico municipal de Ecoparc en Barcelona. Y, después, la planta piloto demostrativa será trasladada al centro de tratamiento de residuos operado por COGERSA en Asturias, para ser evaluado con el lixiviado producido en un depósito controlado  y con la fracción líquida del digestato de la FORM de dichas instalaciones.

Resultados esperados

El proyecto LIFE INFUSION, del cual se prevé su finalización en agosto de 2024, pretende cerrar el círculo entre residuos y recursos y, a la vez, reducir los impactos sociales, económicos y ambientales que suponen las plantas de tratamiento de residuos.

Algunos de los resultados esperados son: la reducción en un 20% del impacto ambiental referente a los efluentes de agua residual generados en las plantas de tratamiento de residuos municipales; la producción de 6 m3 biometano/m3 agua tratada; así como la obtención de 24 kg (NH4)2SO4/m3 de agua tratada y de 0,4 m3 de agua regenerada/m3 de agua tratada.

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