SMARTGreenGas: valorización energética de residuos y efluentes

Con los objetivos a medio plazo de sustitución de combustibles fósiles es crítico desarrollar tecnologías de producción de energía primaria, altamente eficiente y económica, con fuentes renovables, como es el biogás. Se hace necesario desarrollar procesos que permitan el mejor aprovechamiento posible del biogás y a bajo coste.

El biogás es uno de los combustibles ideales para su aprovechamiento energético y para ello el proyecto SMARTGreenGas está apoyado y financiado por CDTI y la Comisión europea como parte del programa CIEN, ha desarrollado nuevas tecnologías y sistemas rupturistas para la valorización energética en las instalaciones de saneamiento y tratamiento de residuos (vertedero) así como sistemas de medición en continuo de la calidad del producto obtenido para facilitar su inyección en la red de gas natural.

Los objetivos se han organizado en torno a tres actividades: 

• Desarrollo de tecnologías para la optimización y conversión eficiente de biomasa en metano mediante integración de procesos.
• Nuevos procesos de biorefino y biovaloración del biogás de bajo coste
• Sistemas para el control y la distribución inteligente de biometano.

El consorcio

El proyecto coordinado por Aqualia aglutina empresas del sector del gasista como Nortegas y Naturgy, pymes como Dimasa, Biogasfuelcell, Ecobiogas y Diaqnostica implicados tanto en el desarrollo de nuevos procesos como en la instrumentación y control necesario para la monitorización de la calidad del biometano producido.

Desarrollos de Aqualia

Aqualia ha realizado diferentes tareas a lo largo de los 4 años de proyecto entre las que cabe destacar:

• Conversión de lodos de depuradora para la producción de biometano:
- Pretratamiento con nitrito
- Conversión biológica de CO2 en reactores anaerobios de alta presión autogenerada
- Nuevo proceso bioelectroquímico para la metanización de corrientes ricas en CO2
- Codigestión de las grasas separadas del agua residual
- Optimización mediante codigestión
- Optimización de la producción de biogás en EDAR mediante codigestión de residuos agroalimentarios
- Aumento de la calidad del biogás mediante el control de condiciones microaerobias en digestores de EDAR

Con todo ello finalmente establecer las tecnologías más adecuadas para la producción de biogás PIME (planta integrada de máxima eficiencia)

• Desarrollo de técnicas para la valorización del biogás:
- Proceso ABAD Bioenergy© para la transformación de biogás a biometano
• Control y distribución inteligente de biometano SMART Grid Gas

Pretratamiento con nitrito

Con el objetivo de maximizar la producción de biogás se ha estudiado el pre-tratamiento de lodos secundarios con ácido nitroso libre y con nitrito. En este trabajo se han tanto pruebas en el laboratorio como en digestores a escala industrial en la EDAR de Lleida. Para ello, dos digestores se alimentaron en continuo, uno con lodo sin pretratamiento (referencia) y otro con pretratado, lo que ha permitido evaluar la viabilidad técnico-económica del nuevo proceso.

Inicialmente los estudios previos en la bibliografía estudiada proponían la utilización de ácido nitroso para lo que era necesaria la aportación de nitrito y adición de ácido (HCl 1M). Sin embargo, el presente trabajo ha demostrado que la dosificación de nitrito supone un pretratamiento más efectivo y económico que el propuesto anteriormente. Así, se consigue ahorrar reactivos, tanque de reacción de la mezcla antes de adición a los lodos y eliminación de un reactivo potencialmente peligroso y difícil de manipular. 

Los resultados muestran un incremento en el potencial de biometanización entre el lodo pre-tratado (digestor B) y el lodo sin pre-tratamiento (digestor A) en un rango del 5-15%, lo que confirma una reducción de la eficacia del proceso a escala industrial comparado con los resultados preliminares en el laboratorio. Sin embargo, esta tendencia de incremento en el potencial de biometanización solo se alcanza/afianza después de los 100 días de ensayo, este resultado puede estar influenciado por los siguientes factores: temperatura del lodo, concentración de sólidos en el lodo y dosificación de nitrito, y evolución del fango en el tiempo. 

Un valor añadido del proceso es que el nitrito puede obtenerse utilizando el amonio excedente que tiene el lixiviado del lodo deshidratado evitando que parte de ese amonio sea de nuevo enviado a la línea de agua con el consiguiente requerimiento de capacidad y de aireación para su eliminación.

Es por todo ello y por la influencia de variables como el coste de los productos químicos necesarios, que la viabilidad económica del pretratamiento propuesto se ve comprometida y dependiente de condiciones locales como el coste de gestión de lodo excedentario o el uso final de biogás obtenido. Una de las opciones más atractivas es usar el biogás excedentario para la obtención de biometano de calidad vehicular mediante el proceso ABAD Bioenergy© que tiene un mayor valor añadido el escenario de rentabilidad cambia totalmente por lo que se deberá trabajar en la mejora de la rentabilidad, tomando como base al trabajo desarrollado en el proyecto. 

Incremento de producción de biogás mediante cogeneración

Durante más de un año se han realizado pruebas a nivel industrial de la adición como cosustrato de aguas glicerinosas procedentes del proceso de obtención de biodiesel a un digestor anaerobio de lodos de EDAR. Se han aportado aguas glicerinosas en adiciones desde el 0.5 al 1.2%, con una concentración de glicerina del 20%, a uno de los dos digestores en funcionamiento manteniendo el otro digestor como referencia, de manera que se puede evaluar comparativamente el impacto en la producción de biometano de la aportación de dicho cosustrato a lo largo del tiempo.

Los resultados obtenidos demuestran la viabilidad del proceso de codigestión y el aumento de un 40-45 % de la producción de biogás total de la instalación con aportaciones del orden del 1% de aguas glicerinosas solo con la aportación a uno de los digestores (gráfico 1).

En paralelo se han realizado pruebas de potencial de metanización a diferentes temperaturas, mostrando que el impacto de la temperatura de digestión en la producción de biogás de las aguas glicerinosas disminuye rápidamente por debajo de 40ºC y se reduce en un 18% al disminuir de 37 a 35ºC la temperatura de digestión, por lo que se considera necesario mantener temperaturas entre 37 y 40ºC para optimizar el proceso de codigestión.

Los estudios de codigestión se han llevado a cabo en otras EDAR operadas por Aqualia en las que los resultados han sido muy favorables utilizando residuos de la industria cárnica y láctea y se espera que el próximo año 2019 se puedan implantar a nivel industrial las recetas obtenidas que no pueden mostrarse aquí por razones de confidencialidad de las industrias involucradas pero que implicarán un mayor servicio público de la gestión de las depuradoras que realiza Aqualia dado que podrán tratarse residuos cerca de las zonas de producción y con ello aumentar la producción de biogás.

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