REVAWASTE

[Artículo Revista] Valoración de residuos múltiples en un nuevo concepto de instalación: “Planta Mixta”

Artículo publicado en revista técnica: FuturENVIRO.

Con el tratamiento conjunto de un amplio espectro de residuos en una planta integrada, el proyecto LIFE REVAWASTE da un paso de gigante en el campo de la gestión sostenible.

Dra. M. Dolores Hidalgo Barrio. CARTIF Centro Tecnológico
Eng. Marc Basany. InfinitVE

 

Antececentes:

El ritmo de vida de la sociedad actual ha aumentado el consumo de recursos, especialmente de aquellos que tienen un corto periodo de vida, lo que ha supuesto un aumento exponencial de la cantidad de residuos en vertedero. Por otro lado, la intensificación de las explotaciones ganaderas también ha supuesto un incremento de la cantidad de residuos ganaderos generados, los cuales presentan graves problemas ambientales si no se gestionan adecuadamente.
Con el proyecto REVAWASTE (LIFE12 ENV/E/000727) se propone dar solución simultáneamente a ambas problemáticas mediante la implantación de una nueva estrategia de gestión de residuos basada en el desarrollo tecnológico y la aplicación práctica del concepto de “Planta Mixta”.
El objetivo último de este modelo es reducir los costes asociados a los procesos de tratamiento de residuos y optimizar así su gestión, no sólo desde el punto de vista ambiental, sino también desde el punto de vista económico.

 

Carácter innovador:

Actualmente, en función del tipo de residuo que se considere (ganaderos, urbanos, industriales, etc.), éstos son gestionados y tratados en centros o plantas específicas para cada caso, desaprovechando sinergias entre tratamientos.
En este sentido, el aspecto más innovador que aquí se plantea es la gestión sostenible de un amplio espectro de residuos en una misma instalación, una “Planta Mixta”, que incluye en su diseño la identificación de fuentes y sumideros de energía, con objeto de cubrir las necesidades energéticas de unas etapas con la energía generada en otras, y así conseguir un equilibrio energético óptimo del sistema global. Esto último no se consigue cuando los diferentes residuos son tratados en plantas independientes, como viene ocurriendo habitualmente.
Figura1
Concepto Tecnológico Propuesto:

Se ha planteado el desarrollo tecnológico del concepto de “Planta Mixta”, que propone el tratamiento y valorización, en la misma instalación, de un amplio espectro de residuos: agro-ganaderos, industriales y la fracción no reciclable procedente de los Centros de Tratamiento de Residuos (CTR), (Figura 1).
Para la valorización de los residuos se ha propuesto la integración de un sistema de digestión anaerobia, mediante el cual se transforman los residuos orgánicos fácilmente biodegradables en biogás, y un sistema de tratamiento termoquímico de la fracción no reciclable de los residuos.

 

El sistema seleccionado para llevar a cabo la co-digestión anaerobia de estiércoles junto con otras corrientes residuales procedentes de industrias agroalimentarias es la fermentación anaerobia en dos fases (Figura 2). Se tienen evidencias de que con un diseño de digestión en dos fases, donde la acidogénesis se realiza en un digestor y la metanogénesis en otro, operando ambos sistemas en serie, se obtienen rendimientos de operación superiores en un 25% a los sistemas tradicionales de digestión en reactores de mezcla completa. La razón del mejor funcionamiento de este sistema en dos fases es que las poblaciones bacterianas que intervienen en las diferentes etapas del proceso de degradación anaerobia son muy variadas y requieren distintas condiciones para su desarrollo (por ejemplo, pH), lo que no se puede conseguir en un solo tanque de digestión. Es por ello que el bloque de digestión anaerobia está formado por dos tanques de digestión de diferentes volúmenes (se juega con el tiempo de residencia como variable de operación), ambos termostatados, con control de temperaturas, sondas de pH, temperatura y presión, caudalímetro de gases y sistema de agitación de velocidad variable.Previamente a la entrada de los residuos orgánicos al digestor acidogénico, estos deben ser triturados para conseguir favorecer el contacto del residuo con el microorganismo (menor tamaño del residuo = mayor superficie expuesta al microorganismo = mayor efectividad del tratamiento) y homogeneizados en un tanque para proporcionar una alimentación de composición uniforme al sistema de digestión.

 

Es por ello que en el bloque de pretratamiento de los residuos orgánicos incluye un triturador y un tanque de homogeneización, que puede servir además para realizar la hidrólisis de forma externa al reactor de acidogénesis si el proceso así lo requiriera.
diagrama2-noticia-futurenviro
El biogás generado se debe limpiar previamente a su utilización como fuente energética primaria de un motor de cogeneración. Además, también previamente a su valorización, se mezcla con el gas de síntesis que se obtiene como uno de los subproductos del sistema de pirólisistorrefacción. Por tanto, la mezcla – suma de los gases (biogás y gas de síntesis) – es la fuente de combustible primario del motor. Mediante esta valorización se obtiene energía eléctrica que se destina principalmente a autoconsumo de la planta, además de energía térmica que permite reducir la dependencia energética del exterior y, por ende, reducir los costes energéticos del total de la instalación.
El calor sobrante del funcionamiento del motor se destina principalmente a precalentar la mezcla a co-digerir antes del primer reactor y, posteriormente, a mantener el calor necesario en los digestores para que la temperatura del proceso metanogénico sea constante y prácticamente independiente de la temperatura exterior.
El digestato que sale del reactor metanogénico es llevado a un bloque de cristalización para su valorización como estruvita (fosfato de amonio y magnesio). Este proceso permite la recuperación conjunta de fósforo, elemento cada vez más escaso, y nitrógeno del efluente en un compuesto valorizable en agricultura. Se busca también la reutilización del agua/fracción líquida generada en el proceso para consumos viables en la planta y sus alrededores (limpieza de granjas, riego de cultivos, etc.). El sistema de pirólisis-torrefacción (Figura 3) está formado básicamente por un bloque principal de tratamiento térmico en condiciones controladas. La planta de tratamiento térmico permite la valorización (energética) de cualquier tipo de residuo que contenga carbono en proporciones determinadas, balanceado con otros componentes de interés, como el hidrógeno. En particular, el equipo aquí desarrollado permite la valorización por tratamiento térmico con presencia de catalizadores específicos de biomasa de diversa índole (forestal o agrícola), residuos orgánicos (de ciudades, granjas y/o cultivos específicos no energéticos), plásticos (de diversa composición), maderas, papel y cartón y bricks.En definitiva, el sistema desarrollado permite la valorización de los residuos urbanos (en el fondo,una combinación de todos los elementos anteriores) e industriales, basada en la concepción de proceso de torrefacción – pirólisis – gasificación.
El proceso térmico está planteado para obtener principalmente una fracción gaseosa de alto contenido de metano, complementado con etano y butano, consiguiendo, por tanto, un gas equivalente al gas natural en cuanto a su poder calorífico y composición. Como subproductos derivados del procesado térmico se obtiene una fracción líquida (apta como combustible con un tratamiento posterior debido a su alta acidez y composición) y una fracción sólida (apta para determinados usos: pellet de carbón o complemento de alto rendimiento de fertilizantes naturales).diagrama3-noticia-futurenviro
Los ratios de conversión gas – sólido – líquido pueden personalizarse según sea el interés específico del usuario final, mediante la gestión de los parámetros de la Planta Mixta. Así, se plantea una base principal de trabajo que es el tratamiento de las fracciones plásticas que no se pueden reciclar para obtener la correspondiente fracción gaseosa, que a su vez se condensará para obtener la fracción hidrocarbonada líquida, y el gas sobrante (gas de síntesis) se incorporará al proceso de valorización energética derivado de la co-digestión de los residuosagro-alimentarios (biogás), como ya se ha mencionado previamente.

 

Resultados esperados:

 

En base a los resultados previos obtenidos, se estiman los siguientes beneficios con la operación de la “Planta Mixta”:
  • Ahorro de un 80% de los costes de generación térmica y eléctrica en comparación con una planta de bio-digestión tradicional.
  • Ahorro de un 15% de los costes de generación térmica y eléctrica en comparación con una planta de pirolisis de residuos plásticos no reciclables tradicional.
  • Reducción entre un 65 y un 80% el impacto ambiental asociado a la deposición en vertederos de la fracción no reciclable procedente de los CTR.
  • Valorización del 100% del digerido producido en el proceso anaerobio como un fertilizante de liberación lenta, el cual ofrece como ventajas la reducción de la toxicidad a las plantas y de las pérdidas de nitrógeno al suelo.
  • Obtención de rendimientos de eliminación de sólidos volátiles de al menos un 90%: en el caso de que la planta de co-digestión trate unos 6.500 m3 de purín y co-sustratos al año esto se traduce en una generación mínima de gas metano de en torno a 300 Nm3 diarios (3.000 kWh).
  • Obtención de rendimientos de recuperación del nitrógeno contenido en el digestato en forma de estruvita del 95-98%: en el caso de que el digestato tenga un contenido en nitrógeno de 3,5 kg/t y 2,6 kg/t de fósforo se puede alcanzar una producción de estruvita de, aproximadamente, 1 t/d.
  • Valorización del 100% de los subproductos generados en el proceso de pirólisis-torrefacción como pellets de carbón, gas de síntesis y bio-hidrocarburos: tratando 1 t/día la planta prototipo produciría: 250 m3/año de bio-hidrocarburo, 17 t/año de biochar y 14 m3/h de gas.
Enlace a artículo original de la revista FuturENVIRO en formato PDF.
Enlace a artículo original de la revista FuturENVIRO en formato Flash.


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