CICYTEX investiga el aprovechamiento energético de la colza como biocombustible gaseoso

Posted on 22 diciembre, 2022

Texto:
Ana Isabel Parralejo Alcobendas, Luis Royano Barroso, Juan Cabanillas Patilla y Jerónimo González Cortés
Área de Cultivos Energéticos: Biomasa, Biogás y Biocombustibles de CICYTEX

La colza es un cultivo interesante para ciertas zonas de Extremadura, que encaja perfectamente en las rotaciones con cereales y leguminosas en los secanos. Este cultivo reúne todos los requisitos necesarios para fomentar la riqueza agroindustrial en las zonas de secano contribuyendo a conservar el medio ambiente y a cumplir con una economía circular, con aprovechamiento en cascada, es decir, primero aplicaciones de mayor valor añadido y alimentación. De este cultivo se pueden aprovechar los productos para su uso alimentario: aceite para consumo humano y torta proteica de colza para alimentación animal. Los subproductos ricos en aceite y proteína se pueden emplear en la obtención de bioenergía y biofertilizante.

La colza, forma parte de las acciones que se realizan para la consecución de algunos de los objetivos que en los que se está trabajando en el proyecto estratégico GREENHOPE, proyecto que tiene como objetivo primordial establecer estrategias agro-ganaderas para la sostenibilidad económica y medioambiental del secano extremeño.

Desde el punto de vista puramente agrícola, la colza posee un desarrollo vegetativo que se extiende desde Noviembre a Junio, por lo que aprovecha en condiciones de secano las lluvias de otoño e invierno.  En cuanto a las producciones de este cultivo oleaginoso se suele obtener de 2000 a 3000 kg/ha de semillas.

Una vez cosechada la planta de colza, sus semillas se someten a un proceso de extracción por presión para obtener aceite. De este proceso se obtiene como subproducto una torta proteica que actualmente se emplea para alimentación animal por elevado contenido proteico, pero precisamente por este motivo, además los residuos de la torta proteica se pueden destinar para producir biocombustible gaseoso debido a su alto contenido en nitrógeno, que compensa el alto contenido en carbono de otros residuos agrícolas para esta aplicación.

Subproductos de la colza para producción de biogás (biocombustible gaseoso) y digestato
Para poder entender todos los resultados que se van a exponer en relación al potencial de metano de los residuos de torta de colza es conveniente aclarar una serie de conceptos previos. El proceso mediante el cual se produce biogás o metano a partir de un sustrato determinado se denomina digestión anaerobia. Este proceso consiste en una degradación en ausencia de oxígeno por parte de ciertos microorganismos específicos de la materia orgánica presente en los sustratos a digerir. El gas que se genera tras este proceso se denomina biogás siendo su componente mayoritario el metano, aunque, además se encuentran presentes en menor proporción el dióxido de carbono, el monóxido de carbono, el amoniaco, el hidrógeno o el ácido sulfhídrico. Por regla general, la producción de este biogás durante los primeros días evoluciona favorablemente aumentando paulatinamente, sin embargo, al cabo de un determinado número de días, la producción comienza a disminuir hasta que las producciones apenas son representativas con respecto al total de la producción. En este momento el material ya se encuentra totalmente digerido, y se denomina digestato.

Tanto el biogás producido como el digestato final obtenido se pueden aprovechar de forma muy eficiente para producir energía y fertilizante orgánico, respectivamente. En cuanto al biogás, cuanto mayor sea su concentración en metano mayor será su riqueza calorífica puesto que la capacidad calorífica del metano es de 9,96 KWh/m³ [1]. Este biogás rico en metano puede ser empleado para producir calor o electricidad, para reemplazar como combustible en motores de vehículos adaptados para ello, o sustituir al gas natural. Sin embargo, para poder utilizar este biogás ha de ser purificado eliminando parte de los componentes que posee, excepto si se quiere aprovechar para quemar y producir calor.

El residuo de torta de colza obtenida tras el proceso de prensado en frío de las semillas recolectadas puede ser destinado para obtención de energía. La relación existente entre los nutrientes Carbono (C) y Nitrógeno (N) así como los restos de aceite sobrantes impregnados en este subproducto hacen de este residuo un excelente sustrato para emplear en procesos de obtención de biogás.

Para llevar a cabo este tipo de procesos en el Centro de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de Extremadura (Finca La Orden-Valdesequera) se han utilizado digestores anaerobios de laboratorio, con una capacidad de 4L de volumen útil. Estos digestores construidos de acero inoxidable, se encuentran en constante agitación para mantener homogeneizado el sustrato a digerir, y poseen un sistema de control de temperatura que permiten trabajar en diferentes regímenes. En este estudio los trabajos se han desarrollado a una temperatura en torno a 38 ºC. Todos los digestores anaerobios están conectados a unos contadores de biogás, que a su vez se acumula en bolsas especiales (bolsas Tedlar) para su posterior medida “in situ” mediante una serie de sensores que determinan la composición del biogás generado.

El elevado contenido en demanda química de oxígeno, de los nutrientes C y N, y de los sólidos volátiles de los residuos de torta de colza lo convierten en un sustrato adecuado para desarrollar un buen proceso de digestión anaerobia. Sin embargo, necesita del inóculo para regular los valores de pH gracias al parámetro alcalinidad.

El rendimiento obtenido en metano mediante este tipo de procesos es bastante bueno. Se pueden obtener prácticamente 387 L de metano por cada kg de materia fresca de residuos de torta de colza que se digiera. Por lo tanto, por cada tonelada de residuos de torta de colza se podrían obtener 387 L de gasolina, 387 m³ de gas natural o 3870 kWh de electricidad.

En cuanto al digestato procedente de los ensayos desarrollados con torta de colza, poseía un contenido en NPK de 0.28 % (N), 0.027 % (P) y 0.27 % (K). Se trata de un abono líquido que se ha de complementar con fertilizante mineral para llegar a la dosis que se desee para cada planta.

Referencias bibliográficas [1] Riaño, B.; Molinuevo-Salces, B.; Parralejo A.; Royano, L.; González, J.; García, M.C. Techno-economic evaluation of anaerobic co-digestion of pepper waste and swine manure. Biomass Conversion and Biorefinery, 2021; https://doi.org/10.1007/s13399-021-01831-0