Com tractar íntegrament els residus càrnics i les dejeccions per obtenir biogàs
· Investigadors de l’IRTA pretenen desenvolupar un sistema que permeti el tractament integral dels residus càrnics/dejeccions animals i la seva valorització energètica en base a la (co)digestió anaeròbia (biogàs).
· El procés es basa en un digestor enriquit amb bactèries sintròfiques oxidadores de l’acetat (SAO).
· El projecte representa una de les primeres implementacions del concepte de smart bioreactor a la biotecnologia ambiental.
Segons la Asociación Nacional de Industrias de la Carne de España (ANICE), el càrnic és el 4t sector industrial espanyol, i està constituït per unes 3.000 PIMES (escorxadors, elaboració de productes càrnics, etc.). Ocupa, amb diferència, el primer lloc de tota la indústria alimentària, amb una xifra de negoci de 21.164 milions d’euros (més del 20% del sector alimentari i el 2% del PIB total espanyol), essent l’ocupació directe superior al 20% del total de la indústria alimentària.
A Espanya es generen a l’any uns 2 milions de tones de residus animals, xifra que inclou 380.000 tones corresponents als animals que moren en la pròpia granja. La recollida i tractament suposa un cost anual aproximat de 150 milions d’euros.
D’altra banda, les dejeccions ramaderes són un dels residus més abundants, sent la seva aplicació com a fertilitzant la principal estratègia de gestió, tot i que en zones d’elevada densitat ramadera està limitada.
A més, a les zones vulnerables cal implementar sistemes per al processament de les dejeccions que facilitin la recuperació / exportació del nitrogen excedentari o, en última instància, la seva eliminació.
És en aquestes zones d’alta densitat ramadera on els excedents de les dejeccions (purins, fems, gallinassa …) tenen una sortida com a fertilitzant més complicada, per la qual cosa es fa necessari buscar altres sortides o valoracions que permetin passar d’un excedent problemàtic a un subproducte valoritzable (econòmicament o no).
L’IRTA participa en el projecte PIONER, dirigit a la reducció i valorització de subproductes i residus agroalimentaris. En concret, el projecte pretén desenvolupar una tecnologia innovadora que faciliti la gestió i valorització energètica (biogàs) dels residus agroalimentaris rics en greixos i proteïnes (residus carnis, cadàvers d’animals, etc.), juntament amb les dejeccions ramaderes, de manera que es puguin desenvolupar i incentivar models per a la producció d’energia per al seu autoconsum en granges i en indústries de transformació càrnia, disminuint la contaminació ambiental causada per la generació de nitrogen excedentari.
La tecnologia proposada en el projecte és la digestió anaeròbia. La viabilitat econòmica de la digestió anaeròbia depèn, entre altres factors, de la producció específica de metà per unitat de residu tractat i del cost / benefici que comporta la gestió dels nutrients generats (digestat). En aquest context, la tendència actual consisteix a operar les plantes de digestió anaeròbia en règim de codigestió anaeròbia, és a dir, combinant subproductes, generalment de la indústria alimentària, amb un elevat potencial energètic (com els residus carnis, rics en greixos i proteïnes), amb residus parcialment biodegradats (dejeccions animals, fangs de depuradora, etc.), per incrementar la producció específica de metà i unificar així la gestió de diferents residus.
No obstant això encara hi ha importants reptes en el procés que segueixen sense estar completament resolts a nivell tecnològic. D’una banda, la digestió anaeròbia de residus amb un elevat contingut de nitrogen (purins, residus carnis, etc.) pot comportar la inhibició d’alguns microorganismes, (concretament les anomenades arquees metanogèniques acetotròfiques), que són particularment sensibles a l’acumulació de l’ió amoni (NH4 +) i als àcids grassos volàtils.
Aquesta limitació pot ser superada mitjançant l’enriquiment amb altres bacteris (oxidadores sintròfiques de l’acetat) i arquees (arquees hidrogenotròfiques), en ser les dues poblacions més resistents als compostos citats anteriorment. Aquests bacteris es caracteritzen per la seva baixa taxa de creixement cel·lular i per la seva capacitat per a desenvolupar-se com litròtofs, produint acetat a partir d’H2 i CO2 o de realitzar el procés invers en sintròfia amb les arquees hidrogenotròfiques, en funció de la pressió parcial de l’hidrogen.
Un cop digerida la matèria orgànica, el nitrogen que conté es trobarà principalment en forma amoniacal en el digestat, per el que és necessària la seva gestió o tractament. La manera més eficient d’eliminar el nitrogen excedentari en aigües/residus és mitjançant la nitrificació/desnitrificació. Es tracta d’un procés microbiològic en dues fases en el que el NH4+ és oxidat per bactèries i arquees autòtrofes a NO3– en presència de O2 i CO2. El NO3– és posteriorment reduït per bactèries heteròtrofes desnitrificants a N2, en condicions anòxiques i amb CO2.
L’aeració i l’addicció de matèria orgànica constitueixen els principals costos d’aquest procés. En els anys 90 es descobrí que certes bactèries podien convertir el NO2– i el NH4+ a N2, procés conegut com a oxidació anaeròbia de l’amoni (ANAMMOX). En contrast amb la nitrificació/desnitrificació, només la meitat del nitrogen ha de ser oxidat a NO2–, essent les bactèries ANAMMOX autotròfiques (no és necessari aportar matèria orgànica), pel que la reducció de costos és considerable. L’ANAMMOX és una tecnologia relativament recent (2002). Tot i això, les bactèries ANAMMOX es caracteritzen també per una taxa de creixement extremadament lenta, el que pot dificultar l’estabilitat del procés.
En aquest sentit, els investigadors de l’IRTA pretenen desenvolupar un sistema compacte, automatitzat i autoregulable (menys dependent del control humà) per al tractament integral dels residus ramaders/càrnics. El concepte es basa en la combinació dels processos biotecnològics SAO i ANAMMOX per a la valorització energètica de la matèria orgànica i l’eliminació del nitrogen.
El procés es basa en un digestor enriquit en bactèries sintròfiques oxidadores de l’acetat (SAO). Un cop eliminada la matèria orgànica biodegradable, la fracció líquida del digestat serà tractada en un segon reactor de nitritació parcial/ANAMMOX per a l’eliminació autotròfica del nitrogen excedentari.
