Aprovechamiento de subproductos en la ind. agroalimentaria, por Andrés Pascual (ainia).pdf

CONTENIDOS DE LA PRESENTACIÓN

1. Introducción al aprovechamiento de subproductos agroindustriales. - Marco normativo. - Alternativas de aprovechamiento. Ejemplos:

Recuperación de compuestos de valor. Extrusión.Bio-producción.

- Alternativas de valorización energética.

2. Valorización mediante la producción de biogás. Caso práctico. El potencial en Asturias.

3. Coloquio.

Marco normativo.

MARCO NORMATIVO DE RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS

Legislación MEDIOAMBIENTAL

Unión Europea.- Directiva Marco de Residuos. 2008/98/CE. - Directiva de Vertederos. 99/31/CE. - Directiva IPPC. 2008/1/CE.

España.- Ley 10/1998. Residuos. - Orden MAM/304/2002. - Real Decreto 1481/2001. Vertederos. - Ley 16/2002. IPPC.


Legislación SANITARIA

Unión Europea.- Reglamento SANDACH (CE). 1774/2002. - … Modificado por el Reglamento (CE) nº1069/2009 (aplicable a partir del 4 de marzo de 2011).

España.- Real Decreto 1429/2003 SANDACH


Legislación CAMBIO CLIMÁTICO

Unión Europea.- Protocolo de Kyoto.

España.- Estrategia Española de Cambio Climático y Energía Limpia. Horizonte 2012. - Real Decreto 949/2009. Plan de Biodigestión de Purines.


Legislación ENERGÍA

Unión Europea.- Nueva Directiva de Energías Renovables. 2009/28/CE.

España.- Plan de Energías Renovables en España. PER 2005-2010. - Real Decreto 661/2007. Producción eléctrica en régimen especial.


Legislación AGRÍCOLA

Unión Europea.- Directiva de Nitratos. 91/676/CE.

España.- Real Decreto 261/1996. Nitratos. - Real Decreto 824/2005. Productos Fertilizantes.- Real Decreto 324/2000. Ordenación explotaciones agrícolas.

Tecnologías extractivas y de recuperación

Tecnologías extractivas y de recuperación

Introducción a la tecnologíaExtracción: operación básica de separación basada en la diferencia de solubilidad

de una sustancia (soluto) en dos medios.Tipo de materia prima: líquida, sólida; Tipo de compuestos a extraer: polares, apolares, estables, reactivos, termolábiles, etc. Tipo de agente de extracción

disolventes apolares (cloroformo, hexano, CO2-SCl, etc.)disolventes polares (alcohol, éter, etc.)

Otras operaciones de recuperación se basan en otros principios:Filtración: tamaño de partículaDecantación: diferencia de densidadCentrifugación: diferencia de masa relativa

Mediante la aplicación de las tecnologías de recuperación más adecuadas en cada caso, pueden obtenerse sustancial con potencial valor industrial

Materias primas infrautilizadas• hoja de olivo: oleuropeína• piel de naranja: aceite esencial, flavonoides • hollejos de uva: antioxidantes, flavonoides• subproductos de tomate: licopeno• subproductos de patata: fibra• subproductos de manzana: pectinas, fibra• subproductos lácteos: proteínas

Aplicaciones

Otras sustancias de interés• Ingredientes funcionales:

(Antihipertensivos, Antioxidantes, Reductores del colesterol, Antinflamatorios, Prevención de enfermedades degenerativas, etc.

• Fibras insolubles y solubles• Vitaminas: Vitamina E (tocoferoles)• Ácidos grasos: EPA, DHA, etc• Ácidos orgánicos• Aromas (ésteres, alcoholes, aldehídos, cetonas, etc.)• Colorantes (carotenoides, etc.)• Biocidas• Proteínas vegetales y animales• Etc.

Ejemplos de productos comerciales

• Piel de uva: fuente de fibra (aromas, esencias)antocianidinas, taninos, polifenoles (antioxidantes, mejora circulación sanguínea, dermoprotección)

Grape-Seed: extracto de semilla de uva GSN LAB.FARM.Extracto de Semilla de Uva 100 mg. Frascos de 30 vegica SOLGAR ESPAÑAAntistax. Cápsulas de extracto de hoja de Vitis Vinifera FHERArkocápsulas Vid Roja (hoja): polifenoles y antocianidinas ARKOCHIM-ESPAÑAMedilai Hoja de Viña. 60 cápsulas de 300 mg. MORALES SOLERVid Roja Fitosol Plantas Medicinales (Vitis vinifera, hojas) YNSADIETVid roja Gor: Cápsulas con polvo de hojas de Vitis Vinifera LAVIGOR 7000Vid roja Integralia (Vitis vinifera), hojas. Envase con GENERAL DIETETICAVid Roja Ysana Vida Sana (hojas) YSANA VIDA SANAVid roja, comprimidos simples extracto de hojas ELADIETColladeen, 60 cápsulas.(antocianidinas) LAMBERTS ESPAÑOLAVitis vinifera L. Extractos vegetales estandarizados COGNIS IBERIAExtracto nebulizado /Extracto hidroglicólico BROMATOS S.L.

Extractos derivados de uva/vid:

Ejemplos de extractos comerciales de tipo fitoterapéutico

Metodología de Trabajo

Ejemplo de proceso de recuperación

MACERACIÓNTiempo = t

Temperatura = TAgitación = ω

CONCENTRACIÓN EXTRACTO

EXTRACTO SECO

Agente de extracción = AVolumen de agente de extracción = V

FILTRADO

Masa de materia prima = m

Extracto acuoso

n veces

1. Revisión bibliográfica:» Composición química de la materia prima» Métodos de recuperación » Métodos de determinación de compuestos

2. Selección de métodos de recuperación»Tipo de extracción y de agente de extracción» Variables: relación disolvente/m.p.; T, t, etc.

3. Pruebas experimentales» Definición de métodos analíticos » Caracterización de la materia prima» Selección de variables operativas » Diseño experimental

4. Análisis de resultados y concreción del proceso

» Caracterización analítica de fracciones » Balances de materia y/o energía» Selección de condiciones operativas » Concreción del proceso de recuperación

El desarrollo de procesos a medida requiere el estudio experimental de etapas de proceso diversas empleando equipamiento específico

Extracciones convencionales:» sólido-líquido (maceración, Soxlet, destilación por arrastre de vapor, etc)» líquido-líquido

Extracciones con fluidos supercríticos» sólido- FSC (FSC500 y PFS20)» líquido -SFC (columna)

Purificación» decantación, centrifugación» evaporación/concentración (rotavapor)» cristalización, lavado » filtración convencional y tangencial (membranas)» precipitación química» etc.

Pretratamientos» secado (secaderos, estufas)» liofilización (liofilizador)» tratamientos químicos/enzimáticos

Determinaciones analíticas» Químicas» Cromatográficas (HPLC, GC-MS, etc.)

Equipamiento

Equipamiento para procesos avanzados: fluidos supercríticos

- V extractor=500mL- 3 ciclones de separación- Bomba de codisolvente- P: hasta 280 bar.- T: hasta 80ºC- F (CO2-SC): hasta 4kg/h

- diseño propio.- V extractor=5 L- 4 extractores- P: hasta 350 bar.- T: hasta 80ºC- F (CO2-SC): hasta 40kg/h

- Columna 5 m- Diámetro interno 100 mm- P: hasta 300 bar.- T: hasta 70ºC- F (CO2-SC): hasta 40kg/h- F alimento: has 15 kg/h

Planta FSC500 Planta PFS 20 Planta SPF 50-60

15/68

Esta ventajosa tecnología, en la que ainia tiene más de 15 años de experiencia, requiere instalaciones apropiadas para desarrollos

Equipamiento

Extrusión.

Introducción a la Tecnología de extrusión

• Extrusión es la operación de dar forma de un material moldeable forzando su paso a través de una restricción o apertura.

• En la actualidad, un extrusor se considera un reactor de alta temperatura y corto tiempo de residencia que transforma una amplia variedad de materias primas en intermedios modificados o productos finales.

Aplicaciones

Selección y procesado mediante extrusión de subproductos y productos intermedios de origen agroindustrial:

• Aperitivos y snacks.

• Alimentación para perros y gatos (petfood).

• Acuicultura.

Posibles subproductos y productos intermedios

• Calibres no comerciales: centrales hortofrutícolas.

• Melazas vegetales de alto contenido proteico.

• Sueros lácteos.

• Pulpas.

• Otras fibras.

Aplicaciones

Proteína texturizada de suero.

• El suero lácteo tiene un contenido en aminoácidos y unas características aromáticas que lo

convierten en una fuente de proteínas de alto interés.

• La Universidad Estatal de Utah, ha desarrollado una proteína de suero texturizada mediante

extrusión en el marco de un estudio para el desarrollo de productos de gran calidad

nutricional a partir de un producto de bajo valor añadido como es el suero sobrante de la

industria del queso.

• Un producto basado en la texturización de sus proteínas, puede ser un buen competidor de

otras proteínas texturizadas de origen vegetal.

APLICACIONES POTENCIALES:

• Análogos de carne.

• Sustituto de proteína cárnica en productos picados, cocidos y crudo-curados (meat extenders).

• Proteína funcional para snack y barritas energéticas.

OBJETIVOS: APROVECHAMIENTO DE UN SUBPRODUCTO AGROALIMENTARIO DE ORIGEN VEGETAL SUSCEPTIBLE DE SER PROCESADO MEDIANTE EXTRUSIÓN PARA INCREMENTAR SU VALOR AÑADIDO.

INGREDIENTE: RESIDUOS OBTENIDOS DE LAS SEMILLAS DE PLANTAS OLEAGINOSAS TRAS LA ETAPA DE EXTRACCIÓN DEL ACEITE. CONCENTRADOS PROTEICOS

Ejemplo y metodología: Enriquecimiento de snack con proteína vegetal

1ª ETAPA: CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA PRIMA

DETERMINACIÓN DE PARAMETROS QUÍMICOS:

Humedad, contenido en proteína, fibra, hidratos de carbono, etc.

2ª ETAPA: PRETRATAMIENTO DE LA MATERIA PRIMA

HUMEDAD 80% ETAPA DE SECADO

Mejorar la estabilidad y manejo del producto.

Acondicionado previo al proceso de extrusión.


MOLTURACIÓN

3ª ETAPA: ENSAYOS DE EXTRUSIÓN

• Preparación y selección de la formulación.Contenido en proteína: 8%

Contenido en fibra: 9%

INGREDIENTE ADICIONAL EN UNA FORMULACIÓN BASE

PARA SNACKS

• Selección de parámetros operativos.Caudal de agua

Caudal de alimentación

Perfil de temperaturas

Velocidad de husillos

• Control de parámetros respuesta


Energía mecánica específica (SME)

SME: 142 kJ/kg SME: 199 kJ/kg SME: 298 kJ/kg

Efecto de SME en la gelatinización de almidón (Microscopia Electrónica de barrido), Gropper et al. 2001.

Índice de expansión

Densidad aparente

Textura/Dureza

Análisis sensorial

4ª ETAPA: CARACTERIZACIÓN DEL PRODUCTO EXTRUSIONADO

Equipamiento

Para el desarrollo de procesos de extrusión, se emplea equipamiento específico

• Extrusor BC-21 corrotativo• Homogenizador• Secadero piloto• Molinos

Bioproducción.

Introducción

Algunos ejemplos de subproductos:

• Aguas de limpieza en industrias de procesado de vegetales, vinos, mostos, etc.

• Zumos, melazas, jarabes• Residuos de cultivos vegetales• Sueros lácteos

Algunos efluentes y subproductos de industrias agroalimentarias pueden ser de utilidad como medios de cultivo para la producción de microorganismo y/o sustancia de interés.

Se utilizan microorganismos adaptados a dichas materias primas (microbiota autóctona) y se evalúa su capacidad de producción de sustancias de interés industrial. Algunos ejemplos de compuestos de interés:

• Ingredientes funcionales: sustancias prebióticas y probióticas. • Lactatos para polimerización y fabricación de envases biodegradables y

envases activos.• Ácidos orgánicos (ácido láctico, ácido cítrico, etc.).• Péptidos bioactivos• Etc.

También es posible la generación de compuestos activos a partir de diversas especies de microorganismos no autóctonos, como microalgas:

• Proteína para alimentación humana y piensos para ganado

• Lípidos poliinsaturados

• Clorofilas

• Carotenoides: β-caroteno a partir de Dunaliella salina o Luteína a partir de Scenedesmus almeriensis.

• Pigmentos (Ficobiliproteínas)

• Polisacáridos inmunoestimulantes: Chlorella y Spirulina spp.

• Péptidos antihipertensivos: Chlorella y Spirulina spp.

• Biomasa celular para acuicultura: Tetraselmis e Isochrysis spp.

Aplicaciones


ESTADO DEL ARTE: DIAGNÓSTICO E IDENTIFICACIÓN DE ALTERNATIVAS

CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA PRIMA

ESTADO DEL ARTE: DIAGNÓSTICO E IDENTIFICACIÓN DE ALTERNATIVAS

CARACTERIZACIÓN DE LA MATERIA PRIMA

AISLAMIENTO E IDENTIFICACIÓN DE LA MICROBIOTA PRESENTE EN LA MATERIA PRIMA

AISLAMIENTO E IDENTIFICACIÓN DE LA MICROBIOTA PRESENTE EN LA MATERIA PRIMA

ENSAYOS DE APTITUD DE INÓCULO A ESCALA DE LABORATORIO: SELECCIÓN

ENSAYOS DE APTITUD DE INÓCULO A ESCALA DE LABORATORIO: SELECCIÓN

PLANTA PILOTO:UPSTREAM, ADECUACIÓN DE PARÁMETROS AL PROCESO: MODELIZACIÓN, ESCALADO Y VALIDACIÓN DE MODELOS

PLANTA PILOTO:UPSTREAM, ADECUACIÓN DE PARÁMETROS AL PROCESO: MODELIZACIÓN, ESCALADO Y VALIDACIÓN DE MODELOS

DOWNSTREAM: RECUPERACIÓN DE PRODUCTO.PRUEBAS DE EXTRACCIÓN DE COMPUESTOS ALTO VALOR AÑADIDO

DOWNSTREAM: RECUPERACIÓN DE PRODUCTO.PRUEBAS DE EXTRACCIÓN DE COMPUESTOS ALTO VALOR AÑADIDO

CONCRECIÓN DEL PROCESOALTERNATIVAS DE BIOPROCESO A NIVEL INDUSTRIAL

CONCRECIÓN DEL PROCESOALTERNATIVAS DE BIOPROCESO A NIVEL INDUSTRIAL

VIABILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICAVIABILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICA

Equipamiento

TEXTO TABLA VERDANA 11 NEGRITA


FERMENTACIÓN-RECUPERACIÓN-PURIFICACIÓNEQUIPOS MULTICUBAS (2-10L)PARA SCREENING DE COMPUESTOS A PARTIR DE MICROORGANISMOS



Valorización energética.

VALORIZACIÓN ENERGÉTICA SUBPROD. AGRO

BIOMASA

BIOCOMBUSTIBLES

SÓLIDOS BIOCOMBUSTIBLES

LÍQUIDOS

BIODIESEL BIOETANOL

BIOGAS

RESIDUOS Y SUBPRODUCTOS

AGROALIMENTARIOS

Energías Renovables

BIOMASA SÓLIDA

BIOMASA

SÓLIDA

BIOMASA

SÓLIDA

AGRICULTURA

INDUSTRIA ALIMENTARIA

• Residuos de poda cultivos leñosos.• Residuos de cosecha cereal (paja, rastrojos)

• Cáscaras de frutos secos. • Orujos de almazara.

TECNOLOGÍAS

• COMBUSTIÓN

APLICACIONES

• CALOR • ELECTRICIDAD

• CO-COMBUSTIÓN• GASIFICACIÓN• PIRÓLISIS

• CALOR • ELECTRICIDAD

• COMBUSTIBLE VEHCÍCULOS• PRODUCTOS

en desarrollo

Biocarburantes: BIODIESEL


• Aceites vegetales usados “de fritura”. • Grasas recicladas de origen animal.

TECNOLOGÍAS

• TRANS-ESTERIFICACIÓN.

APLICACIONES

• COMBUSTIBLE VEHÍCULOS. 100% o mezcla con diesel.

BIOMASA

BIOCOMBUSTIBLES

LÍQUIDOS

BIODIESEL

BIOMASA

BIOCOMBUSTIBLES

LÍQUIDOS

BIODIESEL

Biocarburantes: BIOETANOL

AGRÍCOLAS


• LIGNOCELULOSA:paja, cascarilla, etc.

• LIGNOCELULOSA:Bagazo de cereal, pulpa de fruta, etc.

TECNOLOGÍAS

• HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA.• FERMENTACIÓN ALCOHOLICA

APLICACIONES

• COMBUSTIBLE VEHÍCULOS. •Mezcla con gasolina previa conversión a ETBE.

BIOMASA

BIOCOMBUSTIBLES

LÍQUIDOS

BIOETANOL

BIOMASA

BIOCOMBUSTIBLES

LÍQUIDOS

BIOETANOL

en desarrollo

en desarrollo

• FERMENTACIÓN ALCOHOLICA C5.

en desarrollo

BIOGÁS

GANADEROS


• Estiércol. • Purines.

• Residuos animales.• Residuos vegetales.• Lodos.

TECNOLOGÍAS

• CO-DIGESTIÓN ANAEROBIA.

APLICACIONES

• CALOR.• ELECTRICIDAD.• FRÍO

BIOMASA RESDIUAL

BIOGAS

BIOMASA RESDIUAL

BIOGAS

• COMBUSTIBLE VEHÍCULOS. • RED GAS NATURAL.

en desarrollo

DISTRIBUCIÓN

• Residuos orgánicos superficies comerciales.

• Depuración biogas y concentración CH4

CONSUMO

• Residuos orgánicos domésticos.

OTROS

• Residuos producción biocombustibles (glicerina).

Biogás.

¿Qué es el biogás?

El biogás es un gas combustible compuesto principalmente de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2), que se obtiene como resultado de la fermentación anaerobia (en ausencia de oxigeno) de materiales orgánicos biodegradables.

Composición aproximada:

65% CH4 30% CO2 1-5% otros (H2, agua, NH3) <4.000 ppm H2S

1 m3 biogás equivale a la energía de 0.65 m3 de gas natural y puede llegar a producir 2.1 kWh de energía

eléctrica renovable

Tipos de biogás.

Vertedero Depuradoras FORSU ResiduosAgroindustriales

BIOGÁS

Caldera MotoGenerador Vehículos Redes de

Gas NaturalPilas de

CombustibleMicro

Turbinas

usos habituales usos emergentes

++

Digestores

Antecedentes. El biogás agroindustrial.

Pre-tratamientoMecánicoTérmicoBiológico

Co-digestión AnaerobiaDigestor/es

Biogás

Digestato

Depuración

Combustión En motor co-generación

Electricidad (€)Calor (€)

evacuación a red eléctrica

Calefacción, secado, … Real Decreto 661/2007

AlmacenamientoTanques

Aplicación como Fertilizante (€?)Sólido o Líquido

Acondicionado

residuo1

residuo2

residuo3

residuoN

MEZCLAEQUILIBRADA!!!

(€?)

(H2S + CO2)

COMPUESTOS ORGÁNICOS COMPLEJOS (carbohidratos, proteínas, lípidos)

COMPUESTOS ORGÁNICOS SIMPLES(azúcares, aminoácidos, ácidos grasos)

ÁCIDOS GRASOS VOLÁTILES(acetato, propianato, butirato, etc)

METANO Y DIÓXIDO DE CARBONOCH4 + CO2

ACETATO (2 carbonos)CH3-COO-

Hidrógeno gas y dióxido de carbonoH2 + CO2

ACIDOGÉNESIS

HIDRÓLISIS

35 %

20 %

17 %

72 % 28 %

13 %

10 %

5 %

ACETOGÉNESIS

METANOGÉNESIS SULFUROGÉNESIS

(H2S + CO2)















ACIDOGÉNESIS

HIDRÓLISIS

35 %

20 %

17 %

72 % 28 %

13 %

10 %

5 %

ACETOGÉNESIS

METANOGÉNESIS SULFUROGÉNESIS

PROCESO MICROBIOLÓGICOLa digestión anaerobia. Proceso bioquímico.

Ventajas de la CO-DIGESTIÓN

Aprovechar complementariedad química de los sustratos: mayor estabilidad y producción de biogás.

Compensar estacionalidad en la disponibilidad de sustratos.

Integración de los procesos de valorización (compartir instalaciones de reciclaje).

Integración de metodologías de gestión de los sustratos.

Ahorro de costes de inversión y mantenimiento.

Ejemplos y fotos de PLANTAS DE BIOGÁS AGRO.

LUGAR MEZCLA DE RESIDUOS DIGESTORES POTENCIAINSTALADA

TIPO DEPLANTA

Vila-Sana, Lérida

(España)

-11.500 m3/año de purín de cerdo (70%). -4.300 m3/año de residuos orgánicos agroindustriales de la zona (derivados de alcohol y aceites vegetales, lodos, residuos de frutas, cebolla y leche) (30%)

2 digestores en serie de 1.270

m3.

1 motor de 380kWe

Individual

Juneda, Lérida

(España)

-100.000 T/año de purín de cerdo de 70 granjas. -Lodos de matadero y subproductos producción biodiesel (<10%).

2 digestores de 3.000 m3

16,3MW (5-8%

procedente del biogas )

Centralizada

Karpalund, Kristianstad

(Dinamarca)

-36.000 T/año de estiércol (50%)-32.400 T/año de residuos alimentarios (45%)-3.600 T/año de residuos orgánicos domésticos (5%)

1 digestor de 4.500 m3

ND Centralizada

Ejemplos y fotos de PLANTAS DE BIOGÁS AGRO.

LUGAR MEZCLA DE RESIDUOS DIGESTORES POTENCIA INSTALADA

TIPO DE PLANTA

Holsworthy, Devon

(Reino Unido)

-116.800 T/año purines, estiércol y gallinaza de 30 granjas (80%). -29.200 T/año residuos alimentarios de la zona (20%).

2 digestores de 4.000 m3

2 motores de 2.1 MWe

Centralizada

Nistelrode

(Holanda)

-1.970 m3/año de gallinaza-742 m3/año de purin de cerdo-614 m3/año lodos de industrias cárnicas y del pescado

1 digestor principal 75 m3 y un secundario de

35 m3

Motor de 95 kW

Individual

Kaarssen

(Alemania)

-100.000 T/año purín vacuno-30.000 T/año de maíz de ensilaje

2 digestores x 5.500 m3 1 digestor secundario

2.500 m3

2 motores de 1.416 kW

Individual

Bueren-Haden

(Alemania)

-4.000 T/año purín-10.000 T/año residuos alimentarios

2 digestores principales de 1.527m3 y

2 secundarios de 2.661m3

1 motor de 630kW

Individual

El biogás en la Unión Europea y en España.Producción según origen.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

ktep

2005 2946 902 8602006 2700 868 13312007 2905 887 2108

Vertedero Depuradoras (1) Digestores (2)Fuente:Barómetro BiogásEurObserv´er2007 y 2008

(1) Lodos de EDAR urbanas e industriales

(2) Digestores agroindustriales (plantas centralizadas o individuales) y de FORSU.

Total UE(25) 2007 = 5,901 ktep (kilotoneladas equivalente de petróleo)

Fuente:Barómetro BiogásEurObserv´er2007 y 2008

(1) Lodos de EDAR urbanas e industriales

(2) Digestores agroindustriales (plantas centralizadas o individuales) y de FORSU.

Total España 2007 = 330 ktep (kilotoneladas equivalente de petróleo)

0

50

100

150

200

250

300

ktep

2005 236 49 202006 251 49 202007 260 49 21

Vertedero Depuradoras (1) Digestores (2)

2.1. RD 661/2007. Cambio de Escenario.

Análisis Económico. Ingresos venta energía eléctrica.

-

100

200

300

400

500

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Producción de biogás (m3/T)

Ingr

esos

por

Ele

ctric

idad

(Mile

s €)

10.000 T/a

20.000 T/a50.000 T/a40.000 T/a 30.000 T/a

Motores p<500kW60%CH4 en el biogásRto. Eléctrico motor= 35%Tarifa 0.13€/kWe . RD661/2006

Factores para el desarrollo del biogás.

DESARROLLO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES

•Alta dependencia (80%).•Elevado precio petróleo. •Garantía suministro.•Contaminación asociada a fuentes fósiles.•Objetivo 20% en 2020.

PROBLEMÁTICA RESIDUOS ORGÁNICOS

•Reducción progresiva de su disposición en vertedero.•Incremento coste gestión.•Impacto ambiental. •Búsqueda alternativas.

RD 661/2006NUEVA TARIFA BIOGÁS

• Nuevas tarifas:0,13 €/kWhe (p<500kW)0,09 €/kWhe (p>500kW)•Garantía 15 años.•Mayor viabilidad económica

PROBLEMÁTICACAMBIO CLIMÁTICO

•Emisión de GEI.•Kioto. •RD 987/2008•Futuro valor en proyectos de ahorro neto de GEI.

Potencial de biogás. España y Asturias.

El proyecto PROBIOGAS: PSE El proyecto singular y estratégico PROBIOGAS www.probiogas.es

Desarrollo de sistemas sostenibles de producción y uso de biogás agroindustrial en España

PROYECTOS SINGULARES Y ESTRATÉGICOS

Programa Nacional de Energía

El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE El proyecto singular y estratégico PROBIOGAS

Objetivo general:

Desarrollo de modelos sostenibles de producción y uso de biogás en entornos agroindustriales, así como la demostración de su viabilidad y difusión en España.

Alcance:

• Macro-proyecto (14 subproyectos o actuaciones). • 31 socios (15 centros de I+D y 16 empresas/instituciones) de 9 CCAA.• Duración 5 años (2007-2011).• Biogás procedente de “digestores”. • Materias primas “agroindustriales”:residuos/subproductos de la ganadería, agricultura y de la industria alimentaria. • Tecnología: “co-digestión anaerobia”.• Uso de biogás en distintas aplicaciones.

El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Estructura actual.

14 Subproyectos. TODOS EN CURSO !!.

APROBADOS EN 2007:

Sp1. Materias PrimasSp2. Producción

APROBADOS EN 2008:

Sp3. DigestatoSp4. Biogás

Sp5. Oficina Técnica y Difusión

Sp6. DEMO: Uso de biogás de subproductos agroalimentarios en pilas de combustible.Sp8. DEMO: Co-digestión de residuos cítricos y ganaderos.Sp9. DEMO: Co-digestión purines y glicerina.

El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Estructura actual.

14 Subproyectos:

APROBADOS 2009:

NUEVOS!!

Sp7. DEMO: Desarrollo de un modelo sostenible de producción de biogás y obtención de otros compuestos valorizables a partir de cultivos energéticos autóctonos y no alimentarios (tabaco y chumbera).Sp10. DEMO: Digestión anaerobia de subproductos del canal HORECA con aprovechamiento del biogás como combustible en vehículos.Sp11. DEMO: Demostración de la producción de abonos orgánicos a partir de la co-digestión anaerobia de residuos ganaderos y agroindustriales.Sp12. DEMO: Control y automatización de instalaciones de co-digestión anaerobia de purines de origen porcino y residuos agroindustriales.

Sp13. Observatorio de Biogás Agroindustrial.Sp14. Interrelaciones entre poblaciones microbianas y los parámetros de operación en digestores anaerobios.

El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Socios de PROBIOGAS. Actualizado octubre 2009.

PARTICIPANTES

ainia Centro Tecnológico (coordinador) Biogas Fuel Cell Biogas Nord España Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS-CSIC) Cespa Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) Dimargrasa Fundación Asturiana de la Energía (FAEN) Fundación CIDAUT Fundación Patrimonio Natural de Castilla y León Fundación Ruralcaja Gestcompost Giro Centre Tecnològic Granja San Ramón Grupo Abantia Guascor Hera Amasa Instituto para la Diversificación y el Ahorro de Energía (IDAE) Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA) Naturgas Protecma Purines Almazán Ros Roca Universidad de Cádiz Instituto de Recursos Naturales, Universidad de León (IRENA) Universidad de Oviedo Universidad Miguel Hernández de Elche Instituto de Ingeniería Energética y grupo RESIAGRI, Universidad Politécnica de Valencia Universidade de Santiago de Compostela Universitat de Barcelona

Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Sp 1: Inventario de Materias Primas. Metodología.

Cálculo del potencial de producción de biogás en España.

POTENCIAL TOTAL

Potencial derivado de toda la materia prima que se genera.Cantidad de materia prima calculada por indicadores estadísticos y coeficientes. Resultados a nivel PROVINCIAL y COMARCAL.

POTENCIAL ACCESIBLE

Parte del POTENCIAL TOTAL que puede ser objeto de gestión (recogida, transporte, almacenamiento) de forma viable. Ejemplo de material NO accesible: deyecciones ganaderas de explotacionesextensivas.

POTENCIAL DISPONIBLE

Parte del POTENCIAL ACCESIBLE que queda, una vez descontados los usos alternativos. Ejemplo de usos alternativos: alimentación animal, compost, recuperación de compuestos activos, etc.

Coeficientes PB

Coef. Productividad de Biogás (PB) de cada materia prima. Datos obtenidos de forma experimental (ensayos batch realizados en PROBIOGAS) o bibliográfica. Se aplican PBs suponiendo operación en continuo (no máximo potencial) donde el % biodegradación es menor.

POTENCIALENERGÉTICO

Potencial de producción de biogás. Calculado a partir de las toneladas disponibles de las materias primas y sus correspondientes PBs. Resultados en forma de POTENCIAL ACCESIBLE Y DISPONIBLE. Resultados a Nivel COMARCAL Y PROVINCIAL.

Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Mapa de Potencial DISPONIBLE Comarcal (GANADEROS).

P. Disponible: 41,2 mill T/año(84,3 % del P. Accesible)

1.130 ktep/año

Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Mapa de Potencial DISPONIBLE Comarcal (CARNICOS).

P. Disponible: 2,2 mill T/año(68,0% del P. Accesible)

32 ktep/año


45 ktep/año

Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Mapa de Potencial DISPONIBLE Comarcal (LACTEOS).


15 ktep/año

Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Mapa de Potencial DISPONIBLE Comarcal (PESCADO).


215 ktep/año

Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Mapa de Potencial DISPONIBLE Comarcal (VEGETALES).

Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE

RESULTADOS

MAPAS DE POTENCIAL DISPONIBLE

ASTURIAS

Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE

• Potencial Disponible en ASTURIAS:628.242 T/año de materias primas80 % Residuos Ganaderos (principalmente estiércol)20 % Otros residuos Agroalimentarios (principalmente subproductos

lácteos y cárnicos)

•27 millones de m3 de biogás/año (17 ktep/año)

ASTURIASPotencial DISPONIBLE Ganaderos % Otros Residuos % TOTAL %

Toneladas/año 500.483 80% 127.759 20% 628.242 100%m3 biogás/año 21.904.272 81% 5.085.937 19% 26.990.209 100%

ktep/año 14 83% 3 17% 17 100%

Resultados POTENCIAL DISPONIBLE en ASTURIAS


POTENCIAL DISPONIBLE RESIDUOS GANADEROS (T/año) % según especie animal

ASTURIASTOTAL=500.483 T/año

Otras especies; 58.043; 12%

Avícola ; 19.311; 4%

Bovino ; 421.538; 84%

Porcino; 1.591; 0%

Fuente: PROBIOGAS, 2009.

POTENCIAL DISPONIBLE RESIDUOS GANADEROS (m3 biogás/año)

%según especie animalASTURIAS

TOTAL = 21.904.272 m3biogás/año

Porcino; 52.793 ; 0%

Bovino ; 14.000.232 ;

65%

Avícola ; 2.514.821 ; 11%

Otras especies; 5.336.426 ; 24%



POTENCIAL DISPONIBLE RESIDUOS AGRÍCOLAS Y DE LAS INDUSTRIAS DE ALIMENTACIÓN (Toneladas/año)

ASTURIASTOTAL = 127.759 T/año

Vegetales; 0; 0%

Pescado; 935; 1%

Lácteos; 115.223; 90%

Cárnico; 11.560; 9%

Otros; 41; 0%


Fuente: PROBIOGAS, Diciembre, 2009.

POTENCIAL DISPONIBLE RESIDUOS AGRÍCOLAS Y DE LAS INDUSTRIAS DE ALIMENTACIÓN (m3 biogás/año)

ASTURIASTOTAL= 5.085.937 m3biogás/año

Otros; 29.024; 1%

Lácteos; 4.493.495; 87%

Pescado; 77.575; 2%

Vegetales; 0; 0%

Cárnico; 485.843; 10%



Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Resultados POTENCIAL DISPONIBLE en ASTURIAS

Potencial Disponible T/añoCangas de Onís 147.708 23,5%

Gijón 98.167 15,6%Mieres 87.695 14,0%

Belmonte de Miranda 84.534 13,5%Grado 72.076 11,5%Llanes 53.849 8,6%Oviedo 50.499 8,0%

Vegadeo 12.776 2,0%Luarca 12.328 2,0%

Cangas de Narcea 8.610 1,4%628.242 100,0%

Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Resultados POTENCIAL DISPONIBLE en ASTURIAS

Sp1: MATERIAS PRIMAS. Inventario de materias primas. El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Sp 8: Demostración. GRANJA SAN RAMON. (Valencia).

CASO PRÁCTICO. GRANJA SAN RAMÓN.

El proyecto PROBIOGAS: Objetivo y alcanceEl proyecto PROBIOGAS: PSE Subproyecto 8: GRANJA SAN RAMÓN

• GRANJA SAN RAMÓN

• Actividad principal: Producción de leche.

• Nuevas instalaciones en Requena (Valencia).

• Explotación de 2.000 animales. Futura ampliación.

• Generación estiércol: 35.000 T /año.

• Objetivo medioambiental:

– Valorización del estiércol mediante la obtención de biogás y digestatos para su uso agrícola.

Residuos y subproductos cítricos.

1. Excedentes.2. Producto fresco no conforme.

Escaso calibre.Fruta dañada físicamente (golpes, cortes, etc.)

Fruta alterada biológicamente.Fuera de especificaciones de calidad (color, acidez, azúcar, etc.)

3. Pulpa o rechazo de la transformación en zumos/conservas.

Alternativas de aprovechamiento.

Industria

pulpa

VER

TED

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O

Alimentación animal

Compuestos de interésFibras, aceites esenciales, antioxidantes…

BIOGÁS

Abonos y Fertilizantes

Digestato

NUEVA ALTERNATIVA!!merma

Potencial de biogás de sustratos orgánicos.

Fuente: lfl

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kg

SV

]

Residuos ganaderos

Residuos matadero

Residuos vegetales ind. agroalimentaria

Residuos agrícolas Otros

Co-digestión de cítrico & estiércol.

Parámetro Cítrico (C)

Sólidos totales (%) 18

Sólidos volátiles (%ST) 95

Biodegradabilidad anaero Excelente

Relación C/N 40

Biogás (l biogás/ kg SV) 700

pH 3,5

Alcalinidad -

Micronutrientes Baja

Aceites esenciales 0,5-3%

Pesticidas Ausencia

Materias no deseadas Ausencia

Fuente: ainia centro tecnológico

Estiércol (E)

8

80

Buena

10

300

8

Muy Alta

Alta

-

Ausencia

Ausencia

*Mezcla cítrico/estiércol = 33/66 en base seca (18/82 sobre mf)

Mezcla* 33/66

11,2

88

Muy Buena

35

370

7 (neutro)

Alta

Buena

<0,5%

Ausencia

Ausencia

+

Plantas Piloto de AINIA.

Unidad piloto ainia de biometanización a escala piloto en semi-continuo (UBIMET-C1000). Ubicación: S.A.T. GRANJA SAN RAMÓN, (Valencia).

Unidad piloto ainia de biometanización batch (UBIMET-B2).

Unidad piloto ainia de biometanización a escala piloto en semi-continuo (UBIMET-C36)


Estiércol cubículos

Estiércol camas

500 m3 Fermentador flujo-pistón900 m3

Cargador 45 m3

Cosustratos

Quick-mix

Post-Digestor 2200 m3

Separador

Digestato

Fracción sólida digestato

(biofertilizantesólido)

Fracción líquida (biofertilizante

líquido)

Motor 500 kWBiogás

Energía eléctrica (venta)

Energía térmica (autoconsumo)

PRIMERA FASE(prevista ampliación)


Animales en cama:recogida con pala y almacenamiento

previo en pilas

Animales en cubículos:arrobaderas canal depósito

500m3


Quick-mixMezcla las materias primas sólidas con el

estiércol recogido con arrobaderas y bombeado desde el tanque de acopio.

Cargador 45 m3 para materias primas sólidas.Introduce material al fermentador horizontal en

períodos de 15, 30 ó 60 minutos.

Rota-cutTriturador del material que pasa del primer digestor al

postdigestor.


Vista del interior Vista exterior

Características básicasVolumen: 900 m3

Agitación: 1 rpmST en el interior: 17% (máx)

Instrumentación3 sensores de temperatura2 presostatos1 caudalímetro de gas


Características básicasVolumen: 2200 m3

Agitación: 25 rpm

Vista del exterior

Vista del interior: cúpula

Vista del interior: agitador

Instrumentación2 sensores de temperatura1 presostato1 caudalímetro de gas


Distribuidor Cuadro general Analizador de gases (CH4, O2, H2S, H2)

Calefacción


Separador sólido-líquido

Balsa de almacenamiento de la fracción líquida


Aprovechamiento del biogás

Motor Jenbacher 526 kW (499 kW)Rendimiento eléctrico 40,4%Pretratamiento:

- Desulfuración por aire en los digestores- Deshumidificación

Aprovechamiento E térmica camisa y gases de escape

Antorcha para quemado del gas en exceso.


• CONCLUSIONES:

• Generación anual de energía equivalente a 850 toneladas equivalentes de petróleo.

• Generación de 4.000.000 kWhe / año (electricidad verde).

• Energía eléctrica y térmica equivalente para 307 viviendas.

• Reducción de emisiones de 2.808 t CO2.

• Reciclado de los digestatos en parcelas agrícolas próximas a la granja según plan de gestión a medida.

• Iniciativa innovadora hacia la excelencia en la gestión medioambiental de nuestras actividades ganaderas

SERVICIOS DE AINIA EN BIOGÁS.

centro tecnológico al servicio de la industria

Actividades de ainia en el ámbito del biogásI+D

ASISTENCIA TÉCNICA

centro tecnológico al servicio de la industria

ANÁLISIS

FORMACIÓN

INFRAESTRUCTURAS PILOTO Y LABORATORIOS

Gracias por su atención

MÁS INFORMACIÓN:

D. Andrés Pascualainia centro tecnológico, Parque Tecnológico de Valencia

Benjamín Franklin, 5-11, 46980 Paterna (Valencia)Email: [email protected]

Documents

Aprovechamiento de subproductos en la ind. agroalimentaria, por Andrés Pascual (ainia).pdf