Diseño de una planta de codigestión para la producción de biometano y fertilizante en la provincia de Soria

Escuela de Ingeniería de la Industria Forestal, Agronómica y de la Bioenergía Campus de Soria MÁSTER EN INGENIERÍA DE LA BIOENERGÍA Y SOSTENIBILIDAD ENERGÉTICA TRABAJO FIN DE MÁSTER TITULO: Diseño de una planta de codigestión para la producción de biometano y fertilizante en la provincia de Soria ~~~~~~~ AUTOR: Laura Gabriela Rojas Delgado DEPARTAMENTO: Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente TUTOR/ES: Israel Diaz Villalobos Ignacio de Godos Crespo SORIA, 21 DE JUNIO DE 2024 i DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y ORIGINALIDAD Dª Laura Gabriela Rojas Delgado, estudiante del Máster en Ingeniería de la Bioenergía y Sostenibilidad Energética de la Escuela de Ingeniería de la Industria Forestal, Agronómica y de la Bioenergía de la Universidad de Valladolid, DECLARO: Que el Trabajo Fin de Máster (TFM) que presento para su exposición y defensa titulado “Diseño de una planta de codigestión para la producción de biometano y fertilizante en la provincia de Soria”, es original y que todas las fuentes utilizadas para su realización han sido debidamente citadas en el mismo. Soria, 21 de junio de 2024 Fdo.: Laura Gabriela Rojas Delgado ii Resumen Título: “Diseño de una planta de codigestión para la producción de biometano y fertilizante en la provincia de Soria”. Departamento: Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente. Tutores: Israel Diaz Villalobos e Ignacio de Godos Crespo. Autor: Laura Gabriela Rojas Delgado Resumen: Los residuos provenientes de regiones con alta actividad agrícola y ganadera como lo es Soria y la comarca de Almazán suponen un gran desafío en cuanto a su gestión. La digestión anaerobia de estos residuos orgánicos permite que sean revalorizados a un producto de alto valor como el biogás y fertilizantes. Algunos residuos presentan ciertas limitantes en cuanto a la cantidad de biogás que pueden producir debido a su composición. Es por ello, que la realización de una codigestión anaerobia puede optimizar la producción de biogás si los sustratos que se escogen son complementarios entre sí. Un ejemplo de esto sería el caso a estudiar en este trabajo, donde se combinan con los purines y la paja de cereales. Los primeros tienen baja relación C/N y concentración de materia orgánica mientras que los segundos carecen de los nutrientes necesarios y tienden a acidificarse, por lo que su complementariedad permite mejorar la producción del biogás. Este Trabajo Fin de Máster se centra en evaluar el potencial de producción de biogás y fertilizantes en la comarca de Almazán. Se diseña una planta de codigestión que emplee los sustratos más abundantes en esta localidad, analizando las tecnologías disponibles de upgrading acorde con la pureza que se quiere lograr del biometano y el potencial que tiene el biometano producido para su uso en vehículos. Se obtuvo un potencial de producción de biogás de 4.717.565,26 m3/año y con un digestato (fertilizante) de 88.858.244,98 kg/año. Mientras que, para la planta de digestión se consideraron 3 digestores de 4000 m3 de mezcla completa de tipo cilíndrico con cúpula y con agitación por bombeo. En cuanto al upgrading, se consideró adsorción con carbón activo impregnado para eliminar sulfuro de hidrogeno, enfriamiento y adsorción con gel de sílice para eliminar vapor de agua, y finalmente, para eliminar el dióxido de carbono se empleó membranas. El biometano que se obtiene luego del upgrading tiene el potencial de beneficiar a 2822 vehículos compactos. Palabras clave: Codigestión anaerobia, residuos agrícolas y ganaderos, biogás, upgrading de biometano, fertilizante iii Abstract Waste from regions with high agricultural and livestock activity, such as Soria and Almazán region, pose a significant challenge in terms of management. Anaerobic digestion of these organic waste allows for its revaluation, transforming it into a highvalue product like biogas and fertilizers. Some wastes products have limitations regarding the amount of biogas they can produce due to their composition. Therefore, performing anaerobic codigestion can optimize biogas if the chosen substrates are complementary. An example of this is the case to be studied in this work, where liquid manure from pigs and cereal straw are combined. The first have a low C/N ratio and organic matter concentration, while the latter lacks the necessary nutrients and tends to acidify. Their complementarity allows for improved biogas production. This Final Master’s Project (TFM) focuses on evaluating the potential for biogas and fertilizers in Almazán region. It designs a codigestion plant that utilizes the most abundant substrates in this area, analyzing available upgrading technologies according to the desired purity of biomethane and the potential of the produced biomethane for use in vehicles. A biogas production potential of 4.717.565,26 m3/year and 88.858.244,98 kg/year of digestate (fertilizer) was obtained. For the digestion plant, three 4000 m3 completemix digesters, cylindrical with a dome and agitation by pumping, were considered. Regarding upgrading, the process includes adsorption with impregnated activated carbon to remove hydrogen sulfide, cooling and adsorption with silica gel to remove water vapor, and membrane separation to remove carbon dioxide. The biomethane obtained after upgrading has the potential to benefit 2822 compact vehicles. Keywords: Anaerobic codigestion, agricultural and livestock waste, biogas, biomethane upgrading, fertilizers iv Contenido DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y ORIGINALIDAD ................................................. i Resumen .................................................................................................................. ii Abstract ................................................................................................................... iii Contenido ................................................................................................................ iv Índice de tablas ....................................................................................................... v Índice de ilustraciones ............................................................................................. v Introducción ............................................................................................................. 1 1.1. Introducción .............................................................................................. 1 1.2. Estado del Arte ......................................................................................... 2 1.2.1. Biogás y codigestión .......................................................................... 2 1.2.2. Upgrading .......................................................................................... 5 2. Objetivos .......................................................................................................... 7 2.1. Objetivo general ........................................................................................ 7 2.2. Objetivos Específicos ................................................................................ 7 3. Metodología ..................................................................................................... 7 4. Resultados y discusión..................................................................................... 8 4.1. Identificación de los residuos disponibles para la codigestión .................. 8 4.2. Cuantificación del biogás .......................................................................... 9 4.2.1. Datos necesarios para calcular el biogás teórico ............................... 9 4.2.2. Cálculo de la relación C/N ............................................................... 10 4.2.3. Cálculos del biogás teórico .............................................................. 10 4.2.4. Resultados y discusión del cálculo de biogás teórico de la provincia de Soria y comarca de Almazán ......................................................................... 11 4.3. Diseño de la planta ................................................................................. 12 4.3.1. Diseño del digestor .......................................................................... 12 4.3.2. Depósitos de almacenamiento ......................................................... 14 4.3.3. Tuberías ........................................................................................... 15 4.4. Balance de energía ................................................................................. 16 4.4.1. Requerimiento de calor del digestor (balance térmico) .................... 16 4.4.2. Requerimiento energético (balance energético) .............................. 19 4.5. Upgrading ............................................................................................... 20 4.5.1. Consideraciones sobre la tecnología a emplear .............................. 20 4.6. Fertilizante .............................................................................................. 23 v 4.7. Diagrama de bloque ................................................................................ 25 4.8. Estimación de potencial para vehículos .................................................. 26 5. Conclusiones .................................................................................................. 28 6. Bibliografía ..................................................................................................... 29 7. Anexos ........................................................................................................... 31 7.1. Identificación de los residuos disponibles en la Provincia de Soria ..... 31 7.2. Cálculo de relación C/N y cantidad de biogás ..................................... 33 7.3. Concentraciones de los componentes del biogás ............................... 35 Índice de tablas Tabla 1. Residuos disponibles en la provincia de Soria .......................................... 8 Tabla 2. Materias primas por agrupación en Almazán ............................................ 9 Tabla 3. Datos para cuantificación de biogás .......................................................... 9 Tabla 4. Datos para relación C/N .......................................................................... 10 Tabla 5. Biogás teórico en la provincia de Soria. .................................................. 11 Tabla 6. Biogás teórico en la comarca de Almazán. ............................................. 11 Tabla 7. Resultados digestor. ................................................................................ 12 Tabla 8. Resultados de diámetro y alturas. ........................................................... 14 Tabla 9. Depósito de almacenamiento de purines. ............................................... 14 Tabla 10. Coeficiente de transmisión de calor global (Zhang, 2013). .................... 17 Tabla 11. Resultados de calor perdido en el digestor. .......................................... 17 Tabla 12. Datos para elevar la temperatura del sustrato. ...................................... 18 Tabla 13. Componentes del biogás teórico. .......................................................... 21 Tabla 14. Pureza requerida del biometano para vehículos ................................... 21 Tabla 15. Balance de masa. .................................................................................. 22 Tabla 16. Resultados de sólidos inertes y agua. ................................................... 23 Tabla 17. Resultados de digestato que se obtiene en la salida............................. 23 Tabla 18. Resultados del tanque de almacenamiento del digestato. .................... 24 Tabla A 1. Residuos Ganaderos de Soria. ............................................................ 31 Tabla A 2. Materias primas alimentarias de origen vegetal de Soria. .................... 32 Tabla A 3. Materias primas por agrupación en Almazán. ...................................... 32 Tabla A 4. Cálculo de relación C/N. ...................................................................... 33 Tabla A 5. Cálculo del potencial teórico de Soria. ................................................. 34 Tabla A 6. Cálculo del potencial teórico Almazán. ................................................ 34 Tabla A 7. Concentraciones de los componentes del biogás. ............................... 35 Índice de ilustraciones Ilustración 1. Digestor tipo cilindro con cúpula. ..................................................... 13 Ilustración 2. Temperatura media (°C) anual para Soria (AEMET, 2010). ............. 16 vi Ilustración 3. Diagrama de bloque del proceso. .................................................... 25 Ilustración 4.Diagrama de bloque del upgrading. .................................................. 26 Ecuación 1. Relación C/N...................................................................................... 10 Ecuación 2. Sólidos totales necesarios ................................................................. 10 Ecuación 3. Tiempo de residencia hidráulico. ....................................................... 12 Ecuación 4. Volumen del digestor. ........................................................................ 12 Ecuación 5. Relación altura/diámetro. ................................................................... 13 Ecuación 6. Volumen del cilindro. ......................................................................... 13 Ecuación 7. Volumen de la cúpula. ....................................................................... 13 Ecuación 8. Cálculo de diámetro de tuberías. ....................................................... 15 Ecuación 9.Calor perdido. ..................................................................................... 17 Ecuación 10. Energía necesaria para elevar la temperatura del sustrato. ............ 18 Ecuación 11. Energía térmica del biogás .............................................................. 18 Ecuación 12. Balance global general .................................................................... 22 Ecuación 13. Balance por componente ................................................................. 22 Ecuación 14. Ecuación para calcular la densidad a partir de ecuación de estado de gases ideales ........................................................................................................ 22 1 Introducción 1.1. Introducción La búsqueda de una transición energética para poder alcanzar la neutralidad climática en 2050 y la necesidad de gestionar los residuos orgánicos, ha impulsado la búsqueda de tecnologías que permitan transformar estos residuos en un producto de valor y aquí es donde entra en juego el biogás generado de una digestión anaerobia. De acuerdo con el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) (2020), España cuenta con un gran potencial disponible para la producción de biogás, el cual ha ido creciendo de manera modesta comparado con el resto de Europa, ya que actualmente existen 146 instalaciones con una producción energética de 2,74 TWh (para el año 2020), cuyas plantas están asociadas a vertederos, depuración de aguas residuales, sector agropecuario e industrial. Se busca que para el 2030, se multiplique 3,8 veces la producción del año 2020 (Secretaría de Estado de Energía, 2022). En el caso de Europa, se produjeron 21 bcm lo cual representa un 6 % del consumo de gas natural en Europa, mientras que, la producción de biometano solo creció de 3.5 bcm a 4.2 bcm. Un caso para resaltar es el de Dinamarca, cuya proporción de biometano en la red de gas estaba alrededor del 40% (EBA, 2024). En el 2019, Europa contaba con alrededor 18.943 instalaciones de producción de biogás, de las cuales 725 inyectaban el biometano generado a la red de gas (Secretaría de Estado de Energía, 2022; IDAE, 2020). La gran ventaja que presenta la obtención de biogás a través de la digestión anaerobia es que este permite utilizar y darle un nuevo valor a los residuos ganaderos, agroindustriales, lodos de depuradoras (EDAR) y las fracciones orgánicas de los residuos sólidos urbanos (RSU) para obtener biogás y el digestato, este último se puede emplear como fertilizante, lo cual a su vez fomenta la economía circular. Sin embargo, algunos residuos presentan cierta producción de biogás reducida debido a su composición. La codigestión anaerobia aprovecha la complementariedad de la composición de los residuos. Por ejemplo, los residuos ganaderos tienen una baja relación C/N y concentración de materia orgánica, pero tienen una concentración alta de nutrientes y capacidad de tapón. Por otro lado, los residuos alimentarios tienen una alta relación C/N y de materia orgánica, pero les falta ciertos nutrientes y suelen tener problemas de acidificación (Santolaria Capdevila, 2014). La combinación de ambos residuos puede lograr una buena complementariedad. 2 La provincia de Soria y la comarca de Almazán cuentan con una intensa actividad agrícola y ganadera, que seguramente genera una cantidad significativa de residuos orgánicos. La implementación de una planta de codigestión puede ayudar en la gestión de estos residuos, impulsando la producción de energía renovable de biometano y también de fertilizantes ricos en nutrientes. Este Trabajo de Fin de Máster busca evaluar el potencial de producción de biogás y fertilizantes que tiene la provincia de Soria y la comarca de Almazán. Esto con el fin de diseñar una planta de codigestión que pueda aprovechar los residuos locales más abundantes, además se evaluará el posible uso del biometano como combustible para vehículos y se evaluará el mejor método de purificación del biometano para este uso. Este proyecto se alinea con varios Objetivos de Desarrollo Sostenible de la Agenda 2030, empezando con el objetivo 7 “Energía asequible y no contaminante” ya que se busca aumentar la producción de biometano y que sea empleado como fuente de energía renovable. El desarrollo de plantas de biogás fomenta la economía circular, por tanto, se ajusta al objetivo 12 “Producción y consumo responsable” debido a que promueve la gestión sostenible y eficiente de los residuos, revalorizándolos para darles otro uso. Finalmente, en la búsqueda por reducir las emisiones de los gases de efecto invernadero, se ajusta al objetivo 13 “Acción por el clima”. 1.2. Estado del Arte 1.2.1. Biogás y codigestión El biogás es una mezcla de gases resultante de una digestión anaerobia. La digestión anaerobia es un proceso biológico en ausencia de aire donde la materia orgánica biodegradable se degrada por acción de diversos microorganismos en productos como dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) y otros gases (Sebastián Nogués et al., 2010, p. 207), igualmente se obtiene un digestato que puede ser utilizado como fertilizante. Este proceso, además de ser una buena alternativa para el manejo de residuos, permite obtener energía renovable. El digestato es el subproducto resultante de la digestión anaerobia que puede ser líquido, sólido o semilíquido. Su composición es, además de agua, materia orgánica parcialmente digerida, biomasa microbiana y materia inorgánica. Por esta composición, tiene uso potencial como fertilizante (Ramos Marín, 2015). El proceso de una digestión anaerobia se divide en cuatro etapas: 1. Etapa de hidrólisis: Es la primera etapa, donde los microorganismos degradan la materia orgánica en compuestos como proteínas, carbohidratos y lípidos. Es la etapa limitante del proceso si el material orgánico es muy complejo (Barrio Pérez, 2019; Sebastián Nogués et al., 2010, p. 209). 9 A continuación, se muestran los residuos más relevantes en la comarca de Almazán con sus respectivos rangos de la relación C/N: Tabla 2. Materias primas por agrupación en Almazán Materias primas por agrupación en Almazán Tipo de materia prima Producción (t/año) 1 C/N (rango) Purín de cerdo 87.720,00 9-192 Paja de cereal 78.222,00 80-1502,3 Nota. 1 los datos de producción de los residuos ganaderos son todos de la misma fuente: Alfonso et al., (2009). Mientras que la relación C/N viene de varias fuentes: 2(Rynk et al., 1992) y 3(Fry, 1973). Como se puede observar en la Tabla 2, los residuos más relevantes en la comarca de Almazán son los purines de cerdo y la paja de cereal (para ver los demás residuos disponibles, consulte la Tabla A3 en los Anexos). Estos dos sustratos han sido investigados ampliamente y, como se muestra en Tabla 2 con su relación C/N, se sabe que son complementarios. Por tanto, serán los sustratos que se emplearán en la planta de codigestión en este trabajo debido a su disponibilidad en la comarca y sus características complementarias para maximizar la producción de biogás. 4.2. Cuantificación del biogás 4.2.1. Datos necesarios para calcular el biogás teórico Para iniciar el diseño de la planta de biometano, se debe primero cuantificar cuanto biogás se puede producir a partir de los sustratos escogidos. Adicionalmente, se necesitan datos sobre cada sustrato como el porcentaje de materia seca, porcentaje de sólidos volátiles y el rendimiento de biogás. Tabla 3. Datos para cuantificación de biogás Purines de cerdo Paja de cereal Porcentaje de materia seca 1 3 - 10 86 Porcentaje de sólidos volátiles 2,3 75% 91,10% Rendimiento de biogás 1 0,3 - 0,8 0,2 - 0,5 Nota. 1 los datos de porcentaje de materia seca y rendimiento de biogás se obtienen de (Deublein & Steinhauser, 2008, pp. 60-62). Mientras que el porcentaje de sólidos volátiles viene de los informes de probiogás (informe de materias primas de origen ganadero e informe de materias primas alimentarias de origen vegetal) de: 2 (Alfonso et al., 2009, p. 8) y 3(Alfonso et al., 2010, p. 27). 10 En cuanto a los datos que se muestran en un rango en la Tabla 3, en este caso se considera el promedio entre ambos números. 4.2.2. Cálculo de la relación C/N Como se menciona en el estado del arte, el valor ideal de esta relación C/N debe de encontrarse entre 20/1 y 30/1, así que a partir de la siguiente formula se puede calcular los sólidos totales de la paja de cereal que se necesitan para satisfacer la relación C/N y hacer la codigestión con los purines de cerdo. Ecuación 1. Relación C/N 𝐾=𝐶∙𝑄+𝐶∙𝑄+⋯𝐶∙𝑄 𝑁∙𝑄+𝑁∙𝑄+⋯𝑁∙𝑄 Donde: K: C/N de la mezcla de materias primas. C: Porcentaje de carbono orgánico contenido en cada materia prima. N: Porcentaje de nitrógeno orgánico contenido en cada materia prima. Q: Sólidos totales de cada sustrato (kg). Despejando Q2, nos queda la siguiente ecuación: Ecuación 2. Sólidos totales necesarios 𝑄=𝑁∙𝑄∙󰇣𝐾−󰇡𝐶 𝑁󰇢󰇤 𝑁∙󰇣󰇡𝐶 𝑁󰇢−𝐾󰇤 Donde nos queda el cálculo para sólidos totales necesarios para el segundo sustrato a base de los datos de la relación C/N de cada sustrato. Tabla 4. Datos para relación C/N Purines de cerdo Paja de cereal Porcentaje de nitrógeno orgánico 3,1 a - 3,8 b 0,7 a - 0,5 b Relación C/N 14 a - 15 b 80 a - 150 b Nota. a (Deublein & Steinhauser, 2008, pp. 60-62). b(Fry, 1973). A partir de los datos de la Tabla 4, se calcular los sólidos totales de la paja de cereal necesarios. 4.2.3. Cálculos del biogás teórico Para calcular el biogás teórico, se realizó el siguiente procedimiento: 1. Cálculo de sólidos totales: se calcula con los datos de sustrato fresco (datos de probiogas) y con el promedio del porcentaje de materia seca. Queda en unidades de kg ST/año. 11 2. Cálculo de sólidos volátiles: se calcula con el valor resultante de sólidos totales y el porcentaje de sólidos volátiles. Queda en unidades de kg SV/año 3. Biogás teórico: se calcula con el valor resultante de sólidos volátiles y el rendimiento de biogás para cada sustrato. Queda en unidades de m3/año, aunque se puede después calcular para m3/día y m3/hora. En el caso de la paja de cereal, se empieza el cálculo con la relación C/N donde se obtienen los sólidos totales que se necesitan para satisfacer la relación 30/1. De ahí se sigue el mismo procedimiento para calcular el biogás teórico, con la excepción que se determina también la cantidad de paja de cereal fresca que se necesita anualmente. Se realizan estos cálculos para conocer el potencial de biogás en Soria como para la comarca de Almazán. 4.2.4. Resultados y discusión del cálculo de biogás teórico de la provincia de Soria y comarca de Almazán Consultar los anexos en las Tabla A 4, Tabla A 5 y Tabla A 6 para ver cómo se se obtuvieron los siguientes resultados: Tabla 5. Biogás teórico en la provincia de Soria. Cantidad de biogás de purines (m 3 /año) 9.812.205,00 Cantidad de biogás de paja de cereal (m 3 /año) 8.228.771,32 Total cantidad de biogás (m 3 /año) 18.040.976,32 Total cantidad de biogás (m 3 /día) 49.427,33 Total cantidad de biogás (m 3 /hora) 2.059,47 De la Tabla 5 se puede observar que se obtuvo un total de 18.040.976,32 m3/año, considerando la suma de ambos residuos. Esto representa una producción diaria de 49.427,33 m3 y una producción horaria de 2.059,47 m3. En cuanto a la comarca de Almazán, se obtuvieron los siguientes resultados: Tabla 6. Biogás teórico en la comarca de Almazán. Cantidad de biogás de purines (m 3 /año) 2.565.810,00 Cantidad de biogás de paja de cereal (m 3 /año) 2.151.755,26 Total cantidad de biogás (m 3 /año) 4.717.565,26 Total cantidad de biogás (m 3 /día) 12.924,84 Total cantidad de biogás (m 3 /hora) 538,53 De la Tabla 6 se puede observar que se obtuvo un total de 4.717.565,26 m3/año, considerando la suma de ambos residuos. Esto representa una producción diaria de 12.924,84 m3 y una producción horaria de 538,53 m3. 12 Estos resultados demuestran el gran potencial que tiene Soria y la comarca de Almazán para la producción de biogás a partir de residuos agrícolas y ganaderos. En este caso, Almazán representa alrededor de un 26% de toda la posible producción de biogás en Soria, un modelo piloto en esta comarca podría permitir evaluar la implementación de otras plantas de codigestión en las demás comarcas dentro de la provincia o incluso una centralizada en la provincia de Soria. 4.3. Diseño de la planta 4.3.1. Diseño del digestor El digestor que se va a utilizar en esta planta sería un tanque cilíndrico de mezcla completa (CSTR) con agitación de recirculación que trabaja a condiciones mesófilas a 35°C. Se seleccionó este digestor debido a que permiten tener una mezcla uniforme de los dos residuos seleccionados. Por su parte, la recirculación asegura de que se mantengan las condiciones del proceso y que se formen costras. La temperatura seleccionada es debido a que mientras más temperatura más eficiente es el proceso, garantizando así una mayor producción de biogás, pero sigue siendo una temperatura que no requiere un consumo excesivo de energía térmica. A partir de la siguiente ecuación: Ecuación 3. Tiempo de residencia hidráulico. 𝑇𝐻𝑅=𝑉 𝑄 Donde THR: tiempo de retención hidráulica (día), VR volumen del digestor (m3) y Q velocidad de carga (m3/día). A partir de la Ecuación 3, se despeja el volumen del digestor. Otras consideraciones que se deben de tomar en cuenta son las unidades de la velocidad de carga (m3/día), por lo que, se debe tomar en cuenta la densidad de la mezcla, en un estudio con los mismos sustratos tenían la siguiente densidad 937,55 kg/m3 (Barrio Pérez, 2019) y se emplea el flujo másico. Por otra parte, se debe de considerar un factor de corrección al volumen del digestor 1,24, esto es para tener en cuenta el volumen del gas. Por tanto, la ecuación queda así: Ecuación 4. Volumen del digestor. 𝑉=𝑇𝐻𝑅∙𝑚󰇗𝜌∙𝑓 Tabla 7. Resultados digestor. Digestor THR (días) 30,00 densidad (kg/ m3) 937,00 13 flujo masico (kg/día) 261.827,61 Q (m3/día) 279,43 factor de corrección 1,4 Volumen del digestor (m3) 11.736 De la Tabla 7, se observa que se obtiene un volumen total de digestor de 11.736 m3, por lo que se consideraran 3 digestores de 4000 m3. Esto permitiría mejorar el manejo operacional, por si llega a existir alguna variación estacional de los sustratos que se van a utilizar. Además, el mantenimiento y reparación de 3 digestores más pequeños puede ser más fácil para limpiar y mantener, como también, no habría necesidad de parar la producción ya que mientras se hacen las obras en uno, el otro puede funcionar perfectamente. Como se trata de un digestor de mezcla completa, se consideró del tipo cilindro vertical con una cúpula, parecido a la Ilustración 1Ilustración 1. Para este caso se considera una relación altura/diámetro de 1/2. Ilustración 1. Digestor tipo cilindro con cúpula. Ecuación 5. Relación altura/diámetro. ℎ𝐷=1/2 Ecuación 6. Volumen del cilindro. 𝑉=𝜋∙𝐷2∙ℎ Ecuación 7. Volumen de la cúpula. 𝑉=𝜋∙ℎ 6∙3𝑟+ℎ 14 Despejando y sustituyendo de la Ecuación 5 en la Ecuación 6, ya se puede conocer la altura y el diámetro del digestor. En el caso de la Ecuación 7, se considera que h2 será la mitad de h1. De esta forma, se obtienen que las alturas y el diámetro del digestor (Considerar que en caso de quedar en fracción se redondea el valor): Tabla 8. Resultados de diámetro y alturas. Diámetro (m) 23 Altura h1 (m) 8 Altura h2 (m) 4 En cuanto a los materiales con los que se construirá el digestor, se empleará hormigón reforzado (los tanques de preparación y de almacenamiento pueden ser de este material también) con alta resistencia a ataques químicos fuertes ya que pH varía durante la reacción y puede durar cierto periodo de tiempo en un pH más ácido. La parte del digestor que esté en contacto con el gas no puede presentar zonas angulares. La parte interior del digestor debe agregar impermeabilización en la zona interna, se tienen dos opciones: pintura de poliuretano que puede ser una opción económica pero relativamente duradera y no requiere de tanto tiempo de trabajo para instalarlo; cemento asfaltico es la opción más duradera y dependiendo del grosor que se utilice, se puede evitar necesitar reparaciones complejas, pero es la más costosa de todas las opciones disponibles. Por lo que, la impermeabilización sería para este caso con poliuretano. De igual forma, la parte exterior debe de aislarse para poder mantener las condiciones necesarias para la digestión anaerobia. Se empleará espuma de poliuretano. 4.3.2. Depósitos de almacenamiento Empleando nuevamente la Ecuación 3, se puede calcular el depósito de almacenamiento de purines. En este caso, se considera un tiempo de retención hidráulico de 10 días y una relación altura/diámetro de 1/4. Se obtiene los siguientes resultados: Tabla 9. Depósito de almacenamiento de purines. Depósito de Almacenamiento THR (días) 10,00 Densidad (kg/m 3 ) 1.000,00 Flujo másico (kg/d) 261.827,61 Caudal (m 3 /d) 261,83 15 Factor de corrección 1,25 Volumen del depósito (m 3 ) 3273 Relación H/D 0,25 Diámetro (m) 9 Altura (m) 2 En cuanto a la paja de cereal, el sistema de almacenamiento es con silos, considerando una densidad de la paja de 100 kg/m3 (AgroBioHeat, 2020) y de lo que se pueda almacenar de manera mensual. Se obtiene que en un mes el volumen necesario es de 6539 m3. Esto se consideró de esta manera debido a que el volumen total que se necesitaría para guardar la paja de cereal necesaria para todo el año es de 78471 m3, lo cual implicaría un espacio enorme y no sería práctico, sobre todo porque la cosecha se realiza 1 vez al año. Por lo que, es mejor considerar que este último valor es el volumen total de todos los silos existentes distribuidos en los diferentes terrenos por la comarca de Almazán y que mensualmente, se transporta la paja de cereal necesaria hasta la planta. Finalmente, se puede calcular el gasómetro o depósito de gas. De acuerdo a Deublein & Steinhauser (2008), la relación entre el volumen del digestor y el volumen del gasómetro se encuentra entre 1:1 a 1:3. En este caso, se emplea la relación 1:1, por lo tanto, el volumen del gasómetro será de 9819 m3. En este caso específico, se puede considerar un gasómetro con cubierta móvil a baja presión. Esta elección es debido principalmente porque sería un almacenamiento temporal, antes de que sea usado para energía térmica o antes de que pase por el upgrading. Por lo que este es un sistema simple y de bajo coste operativo, que permite ser ajustado según las fluctuaciones en caso de que haya cambios según las temporadas. El tanque de almacenamiento del digestato se podrá conseguir en la sección donde se cuantifica el fertilizante. 4.3.3. Tuberías Para el cálculo de tuberías, se utiliza la siguiente ecuación para saber el diámetro de las tuberías: Ecuación 8. Cálculo de diámetro de tuberías. 𝐷=𝑄∙4 𝑉∙𝜋 16 Donde, Q es el caudal volumétrico (m3/s), V es la velocidad del fluido en el interior de la tubería (m/s). En cuanto al caudal, este estará dividido entre tres, considerando que estas tuberías son las que transportan hacia los digestores. Tuberías Velocidad de flujo (m/s) 0,60 Caudal (m 3 /día) 87,28 Caudal (m/s) 0,00101 Diámetro (m) 0,05 Diámetro (in) 1,82 Tamaño comercial de tuberías 1 2 Nota. 1 (Henares, 2023). Las tuberías que se emplean son de material PVC para el trato con líquidos. 4.4. Balance de energía 4.4.1. Requerimiento de calor del digestor (balance térmico) Para mantener las condiciones ideales para la generación del biogás, es necesario mantener la temperatura dentro de los parámetros para una digestión mesófila. Para los cálculos se escoge una temperatura de 35°C. También se buscó la temperatura media en la comarca de Almazán en la Asociación Estatal de Meteorología, como se observa en la siguiente Ilustración 2 la temperatura esta 10-12,5°C, por lo que la temperatura que se tomará será de 11,3°C. Ilustración 2. Temperatura media (°C) anual para Soria (AEMET, 2010). 17 Ecuación 9.Calor perdido. 𝑄󰇗=𝑈∙𝐴∙∆(𝑇−𝑇) Donde, 𝑄󰇗 es el calor perdido (W), U es el coeficiente de transmisión de calor global (W/m2°C), A es el área de cada superficie del digestor y ∆𝑇 es la diferencia entre la temperatura del digestor y la temperatura ambiente. Los datos del coeficiente de transmisión de calor global se obtienen de la siguiente tabla: Tabla 10. Coeficiente de transmisión de calor global (Zhang, 2013). Estructura Coeficiente de transmisión de calor global (W/ m 2 °C ) Pared de concreto de 300mm de espesor, sin aislamiento ( en la superficie) 4,7-5,1 Pared de concreto de 300mm de espesor, con aislamiento (en la superficie) 0,6-0,8 Piso de concreto de 300mm de espesor (en contacto con tierra seca) 1,7 Cubierta de concreto fija de 100 mm de espesor con aislamiento de 25 mm 1,2-1,6 Cubierta flotante con aislamiento de 25 mm 0,9 - 1,0 Se obtiene los siguientes resultados: Tabla 11. Resultados de calor perdido en el digestor. PARED Área paredes (m2) 554,45 Coeficiente de transmisión de calor global (W/ m 2 °C) 0,8 T1 (°C) 35 T2 (°C) 11,3 Calor perdido en la pared (W) 10512,34 CUBIERTA Área cubierta (m2) 276,50 Coeficiente de transmisión de calor global (W/ m 2 °C) 1,2 T1 (°C) 35 T2 (°C) 11,3 Calor perdido en la cubierta (W) 7863,72 SUELO Área suelo (m2) 414,75 Coeficiente de transmisión de calor global (W/ m 2 °C) 1,70 T1 (°C) 35,00 T2 (°C) 11,30 Calor perdido del suelo (W) 16710,41 18 TOTAL Calor perdido total (W) 35086,48 Para que nos quede en kWh/d, se realiza lo siguiente: 𝑄󰇗=35086,48 𝑊∙ 1 𝑘𝑊 1000 𝑊∙24 ℎ 1 𝑑=842,08 𝑘𝑊ℎ/𝑑 Para saber la energía necesaria que se requiere para el sustrato se emplea la siguiente ecuación, tal como aparece en Barrio Pérez (2019): Ecuación 10. Energía necesaria para elevar la temperatura del sustrato. 𝐸=𝑄∙4,2𝑀𝐽 °𝐶 𝑡∙∆(𝑇−𝑇) Donde, Q es el caudal volumétrico diario (m3/d), el valor que le sigue es la capacidad calorífica específica y ∆𝑇 es la diferencia entre la temperatura del digestor y la temperatura del sustrato que se considera igual a la temperatura ambiente. A partir de la ecuación anterior, se obtiene el siguiente resultado: Tabla 12. Datos para elevar la temperatura del sustrato. Caudal (m 3 /día) 279,43 T1 (°C) 35,00 T2 (°C) 11,30 Capacidad calorífica especifica (MJ/°C t) 4,20 Energía necesaria (MJ/día) 27814,64 Energía necesaria (kWh/día) 7726,29 Finalmente, el consumo de energía térmica es: 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎=7726,29𝑘𝑊ℎ 𝑑+842,37𝑘𝑊ℎ 𝑑=8568,37𝑘𝑊ℎ 𝑑 Por lo que para estimar cuanto del biogás producido se necesitará para dar esta energía térmica, se empleará la siguiente ecuación: Ecuación 11. Energía térmica del biogás 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎=𝑄á∙𝑃𝐶∙𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 Donde, 𝑄á es el caudal del biogás (m3/d), PC es el poder calorífico del biogás, el rendimiento es de acuerdo al equipo que se emplee para generar la energía térmica. 25 mientras que, la fracción solida contiene un contenido de solidos totales superiores a 20% (Ramos Marín, 2015). La fase sólida, luego de su separación puede de ser utilizada de manera inmediata, como también se le pueden hacer tratamientos posteriores como compostaje para mejorar su estabilidad y características. Por otro lado, la fase liquida puede utilizarse directamente como irrigación del campo o desecharse (Martínez Hernández & Francesena López, 2018; Ramos Marín, 2015), pero dependerá de las normativas ambientales de como sebe ser su composición para su desecho. 4.7. Diagrama de bloque Para realizar el diagrama de bloque, se empleó el programa draw.io. Considerando los valores que se obtuvieron en los diferentes balances de masa realizados (estando en unidades de kg/d), se obtiene el siguiente diagrama: Ilustración 3. Diagrama de bloque del proceso. En la Ilustración 3, se observa todo el proceso en general. Los purines se almacenan inicialmente en el depósito de almacenamiento que actuará a su vez como un tanque de premezclado, mientras que la paja de cereales viene del silo, pasando por una trituradora hasta llegar al tanque de premezclado/almacenamiento de purines. Desde ahí, pasan al digestor, aunque es importante recordar que en el diseño se consideraron 3 digestores de menor tamaño, pero con el fin de explicar el proceso se simplificó, dibujando uno solo. 26 Finalmente, se obtienen las corrientes de biogás y digestato. El digestato pasa luego a un tanque de almacenamiento, que, según la sección anterior, luego se puede pasar por un post tratamiento para su uso como fertilizante. El biogás resultante tiene su almacenamiento (el gasómetro) y de ahí sale las corrientes, una hacia la caldera para poder suplir el calor que se necesita y la otra corriente que se hace pasar por el proceso de upgrading para obtener el biometano. Con el fin de que se pudiera observar cada parte del proceso bien, también se hizo un diagrama de bloques del proceso de upgrading que realiza esta planta. Esto se puede visualizar en la siguiente ilustración: Ilustración 4.Diagrama de bloque del upgrading. En la Ilustración 4, se puede observar cómo se van desarrollando el proceso de upgrading, luego de que la porción necesaria de biogás se va a la caldera para generar calor. El biogás con el que se empieza el proceso de upgrading, tiene la composición que se muestra en la ilustración, pasando primero por el proceso de eliminación de sulfuro de hidrogeno con adsorción sobre carbón activo impregnado, posteriormente se observa como las tecnologías de enfriamiento y adsorción con gel de sílice logran eliminar la cantidad de agua que sale del proceso. Finalmente, pasa el por las membranas para obtener el biometano mejorado. 4.8. Estimación de potencial para vehículos De acuerdo a Deublein & Steinhauser, p. (2008, p. 397), la presión necesaria que debe de tener un tanque en el vehículo debe de estar entre 200-250 bar. El tanque debe de tener un volumen de 200L. En teoría el biometano generado puede considerarse como GNC. Según (Ibáñez, 2020) los consumos de un vehículo pueden estar entre 3,5 a 4,37 kg por cada 100 km. Por lo tanto, si consideramos el consumo más grande de 4,37/100 km y que un vehículo al año recorre unos 20000 km/año, los cálculos quedan de la siguiente manera: 27 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 =281,61 𝑘𝑔 1 ℎ ∙24 ℎ 1 𝑑∙365 𝑑 1 𝑎ñ𝑜∙100 𝑘𝑚 4,37 ∙𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜∙𝑎ñ𝑜 20000 𝑘𝑚 =2822 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 De lo anterior, se podrían beneficiar 2822 vehículos de todo el biometano generado al año. Este valor, sin embargo, esta limitado a carros compactos, para vehículos empleados en una plantación agrícola puede que requiera más biometano para transportarse, incluso más si se tratan con camiones de transporte. Si se quiere emplear el biometano para un uso como Gas Natural Vehicular, se deben de considerar varios aspectos técnicos y operativos en cuanto a su almacenamiento. Este tipo de biometano se encuentra a unas presiones muy altas, por lo que los tanques deben de ser de compuestos reforzados capaces de resistir estas altas presiones y con las dimensiones adecuadas para el almacenamiento del biometano. El sistema de almacenamiento debe de contar con todas las medidas de seguridad para mantener las condiciones seguras y estables, es por ello, que se deben de instalar válvulas de seguridad y sistemas de control de presión. Por otra parte, se debe decidir si la planta contará con una estación de servicio para abastecer directamente a los vehículos, ya sea, porque lo emplearán los vehículos agrícolas o de transporte de la planta, o para abastecer al público local de la comarca. También, se puede considerar que el almacenamiento se haga a través del sistema de distribución del gas. Este último requerirá probablemente un diseño específico del sistema de almacenamiento y de logística operativa, además de que cumpla con todas las normativas y regulaciones que se requieran en del proceso. 28 5. Conclusiones Se evaluó el potencial de producción de biometano y fertilizantes en la provincia de Soria y en la comarca de Almazán. A nivel de provincia, Soria es una localidad enfocada principalmente en la actividad agrícola y ganadera. Por tanto, los residuos más abundantes presentes en esta localidad son referentes a estas actividades, por lo que para este diseño se consideraron los purines de cerdo y la paja de cereales. En la provincia de Soria se obtuvo un potencial de biogás de 18.040.976,32 m3/año, sin embargo, las dificultades que presentaría llevar a cabo una planta centralizada a nivel provincial implicarían muchos problemas logísticos y económicos. Por ello se planteó una planta centralizada enfocada en la comarca de Almazán empleando los mismos cosustratos. El diseño de la planta de codigestión que se propuso incluye 3 digestores de 4000 m3 de mezcla completa de tipo cilíndrico con cúpula y con agitación por bombeo. Las tecnologías de upgrading que se consideraron son: adsorción con carbón activo impregnado para eliminar sulfuro de hidrogeno, enfriamiento y adsorción con gel de sílice para eliminar vapor de agua y finalmente para eliminar el dióxido de carbono se empleó membranas. Todo esto se puede visualizar en el diagrama de bloques realizado con los componentes más importantes del proceso. Se obtuvo un potencial de producción de biogás de 4.717.565,26 m3/año y con una cantidad de digestato de 88.858.244,98 kg/año. Este último con un gran potencial para ser utilizado como fertilizante fomentando la economía circular. El biometano que se obtiene luego del upgrading es de 2.466.903,6 m3/año y cuenta con el potencial de beneficiar a 2822 vehículos compactos, promoviendo el uso de combustibles más limpios y reduciendo las emisiones de gases de invernadero. Esto último, ajustándose a los Objetivos 7, 12 y 13 de Desarrollo Sostenible de la Agenda 2030. Finalmente, la implementación de una planta de codigestión anaerobia en la comarca de Almazán tiene un gran potencial ya que tiene múltiples beneficios ambientales al mejorar la gestión de residuos orgánicos y reduciendo posibles emisiones de gases de efecto invernadero, como también tiene grandes beneficios económicos ya que genera empleos durante la construcción y gestión de la planta. En general, contribuyendo al desarrollo sostenible de la región. Para futuras líneas de trabajo, se propone considerar una localización especifica dentro de la comarca de Almazán, tomando en cuenta los factores logísticos y de infraestructura necesarios para que la planta de codigestión anaerobia sea lo más eficiente posible en cuanto a su operación, así como también, se debe de considerar los materiales de construcción adecuados para cada equipo y componente del proceso. También es esencial, realizar un análisis detallado de consumo de energía eléctrica, incluyendo los equipos excluidos en este trabajo tales como las transportadoras o los compresores necesarios en el proceso. Además, se propone profundizar en el diseño de los reactores escogidos para el upgrading. 29 6. Bibliografía Adelekan, B., & Bamgboye, A. I. (2009). Comparison of biogas productivity of cassava peels mixed in selected ratios with major livestock waste types. African Journal of Agricultural Research, 4, 571-577. AEMET. (2010). Valores climatológicos normales. https://www.aemet.es/es/serviciosclimaticos/datosclimatologicos/valoresclimat ologicos. Agencia Andaluza de la Energía. (2011). Estudio Básico del Biogás. https://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/es/biblioteca/estudio-basico-delbiogas Alfonso, D., Brines, N., Peñalvo, E., Vargas, C. A., Pérez-Navarro, A., Gómez, P., Pascual, A., & Ruiz, B. (2009, noviembre 7). Cuantificación de materias primas de origen ganadero. http://www.probiogas.es/. Alfonso, D., Brines, N., Peñalvo, E., Vargas, C. A., Pérez-Navarro, A., Gómez, P., Pascual, A., & Ruiz, B. (2010, marzo 11). Cuantificación de materias primas alimentarias de origen vegetal. http://www.probiogas.es/. Ardolino, F., Cardamone, G. F., Parrillo, F., & Arena, U. (2021). Biogas-tobiomethane upgrading: A comparative review and assessment in a life cycle perspective. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 139, 110588. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2020.110588 Barrio Pérez, A. (2019). Proyecto de ejecución de planta de producción de biogás para el autoabastecimiento energético de explotación porcina, ubicada en el término municipal de El Cubo de la Solana (Soria). http://uvadoc.uva.es/handle/10324/38110 Bernal-Martinez, A., González-López, G. I., & Cuevas-Rodriguez, G. (2020). Codigestión anaerobia como alternativa para el tratamiento de aguas residuales lácteas y la generación de biogás y biosólidos. En Mujeres en la Ciencia Ciencias ambientales, uso de recursos (pp. 115-141). ECORFAN. https://doi.org/10.35429/H.2020.8.115.141 Castaño Pérez, V., & Domínguez Carrero, J. I. (2010). Estudio de viabilidad de sistemas de purificación y aprovechamiento de biogás. http://213.229.136.11/bases/ainia_probiogas.nsf/DocumentosID/66BC65603F 6658EAC125773D002A3F3E Del Pino Gutiérrez, R. (2022). Evaluación de la utilización de biometano obtenido mediante upgrading a partir de biogás de la EDAR y el CTR de Valladolid como combustible en los autobuses urbanos [Trabajo Fin de Máster]. Universidad de Valladolid. Deublein, D., & Steinhauser, A. (2008). Biogas from Waste and Renewable Resources. Wiley-VCH. Dioha, I., Ikeme, C. H., & Nafiu, T. (2013). Effect of carbon to nitrogen ratio on biogas production. Int Res J Nat Sci, 1, 1-10. EBA. (2024). Activity Report 2023. https://www.europeanbiogas.eu/eba-activityreport-2023/ Elías Castells, X. (2005). Tratamiento y valorización energética de residuos (X. Elías Castells, Ed.) [Book]. Fundación Universitaria Iberoamericana. 30 Flotats Ripoll, X., Campos Pozuelo, E., Palatsi Civit, J., & Bonmatí Blasi, A. (2001). (2001). Digestión anaerobia de purines de cerdo y codigestión con residuos de la industria alimentaria. Porci, 65, 51-65. Fry, L. J. (1973). Methane Digesters for fuel gas and fertilizer (3.a ed.). Henares. (2023, julio 25). Diámetros tuberías PVC. https://www.desatascoshenares.com/blog/diametros-canerias-pvc-mm/. Ibáñez. (2020). Coches a gas natural comprimido en España: cómo funcionan, dónde repostar y todos los modelos que ya puedes comprar. https://www.xataka.com/automovil/coches-a-gas-natural-comprimido-comofuncionan-modelos-que-puedes-comprar. Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE). (2020). Biogás. https://www.idae.es/tecnologias/energias-renovables/uso-termico/biogas. Martínez Hernández, C. M., & Francesena López, Y. (2018). Tratamiento y utilización de efluentes instalaciones de biogás como abonos orgánicos, revisión y análisis. Centro Agrícola, 45(2), 83-92. http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S025357852018000200012&lng=es&nrm=iso&tlng=en Morero, B., Gropelli, E., & Campanella, E. A. (2011). Revisión de las principales tecnologías de purificación de biogás. https://core.ac.uk/outputs/158829583/?source=oai Muñoz Valero, J. A., Ortiz Cañavate, J., & Vázquez Minguela, J. (1987). Técnica y aplicaciones agrícolas de la biometanización (J. Ortiz-Cañavate & J. Vázquez Minguela, Eds.) [Unknown]. Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, Secretaría General Técnica. Probiogás. (2011, diciembre 20). Informe comarcal integrado, Almazán. Fichas comarcas. http://213.229.136.11/bases/ainia_probiogas.nsf/DocumentosID/93E510D197 4E08F9C1257A48004C0031 Ramos Marín, S. (2015). Biodegradabilidad Anaerobia de fracción orgánica de residuo urbano pretratado mediante esterilización [Proyecto Fin de Grado]. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas y Energía. Universidad Politécnica de Madrid. Rynk, R., van de Kamp, M., Willson, G. B., Singley, M. E., Richard, T. L., Kolega, J. J., Gouin, F. R., Laliberty, L. Jr., Kay, D., Murphy, D. W., Hoitink, H. A. J., & Brinton, W. F. (1992). Appendix A. Characteristics of Raw Materials. En R. Rynk (Ed.), On-Farm Composting Handbook (pp. 106-113). Northeast Regional agricultural Engineering Service. Cooperative Extension. Santolaria Capdevila, C. (2014). Diseño de un modelo semiempírico de Codigestión Anaerobia [Proyecto Fin de Carrera, Universidad de Zaragoza]. https://zaguan.unizar.es/record/13372 Sebastián Nogués, F., García Galindo, D., & Rezeau, A. (2010). Energía de la biomasa: Vol. II (F. Sebastián Nogués, Ed.; 1a Ed.) [Book]. Prensas universitarias de Zaragoza. Secretaría de Estado de Energía. (2022). Hoja de ruta del Biogás. https://www.idae.es/tecnologias/energias-renovables/uso-termico/biogas Tingshuang, G., Sánchez, M. D., Peiyu, G., Jianxin, L., Qingxiang, M., Cungen, Z., Zhenhai, Y., Zhishan, Z., Lujia, H., Jun, G., & Qiaojuan, Y. (2001). Crop residue 31 processing machines. https://www.fao.org/4/Y1936E/y1936e0c.htm#TopOfPage. Zhang, Y. (2013, agosto 15). Anaerobic digestion system. Energy balance. https://www.valorgas.soton.ac.uk/Pub_docs/JyU%20SS%202013/VALORGAS _JyU_2013_Lecture%2013.pdf. 7. Anexos 7.1. Identificación de los residuos disponibles en la Provincia de Soria Para identificar los residuos disponibles en la provincia de Soria, se emplearon los datos de recopilados por Probiogás en su informe de cuantificación de materias primas de origen ganadero (Alfonso et al., 2009), donde detallan los residuos disponibles por provincias de España y las consideraciones que realizan para saber el potencial disponible. Los datos de esta encuesta para la provincia de Soria se muestran a continuación, considerando también el rango de la relación C/N para estos residuos: Tabla A 1. Residuos Ganaderos de Soria. Residuos Ganaderos de Soria Tipo de residuo Producción (t/año) 1 Purín de cerdo - lechones 3.509,00 Purín de cerdo - cebo 335.460,00 Purín de cerdo - cerdas, verracos 85.418,00 Estiércol de vaca - cebo 26.847,00 Estiércol de vaca - reposición hembra 58.245,00 Estiércol de vaca - reposición macho 749,00 Gallinaza - gallinas ponedoras 1.404,00 Gallinaza - pollos de carne y otros 2.497,00 Restos de otras especies-ovejas y cabras (corderos y chivos) 8.219,00 Restos de otras especies-ovejas y cabras (hembras y machos) 120.235,00 Restos de otras especies-equinos (caballos, asnos y mulas) 2.035,00 Nota. 1 los datos de producción de los residuos ganaderos son todos de la misma fuente: Alfonso et al., (2009). En la Tabla A 1, muestra como los purines de cerdo provenientes de cebos son los que mayor producción al año tienen de todos los residuos ganaderos de la provincia de Soria. 32 Tabla A 2. Materias primas alimentarias de origen vegetal de Soria. Materias primas alimentarias de origen vegetal de Soria Tipo de materia prima Producción (t/año) 1 Retiradas hortalizas 671,00 Retiradas frutales no cítricos 13,00 No conformes hortalizas 130,00 No conformes tubérculos 136,00 No conformes frutales no cítricos 4,00 Transformación hortalizas 253,00 Transformación tubérculos 54,00 Transformación frutales no cítricos 5,00 Residuos industria vino 570,00 Paja de cereal 444.548,00 Lodos EDARI-Transformados vegetales 227,00 Nota. 1 los datos de producción de los residuos ganaderos son todos de la misma fuente: Alfonso et al., (2010). En la Tabla A 2, se muestran las materias primas alimentarias de origen vegetal, donde se observa que la materia prima de paja de cereal es la más abundante en esta provincia, mientras que los demás no son tan significativos. Para identificar los residuos disponibles en la comarca de Almazán, se emplearon los datos de recopilados por Probiogás en su informe comarcal integrado para la comarca de Almazán (Probiogás, 2011) donde detallan las materias primas por agrupación. Los datos de este informe se muestran a continuación, considerando únicamente aquellos que cuentan con datos y también el rango de la relación C/N para estos residuos: Tabla A 3. Materias primas por agrupación en Almazán. Materias primas por agrupación en Almazán Tipo de materia prima Producción (t/año) 1 Purín de cerdo 87.720,00 Gallinaza 3,00 Restos de otras especies 9.151,00 33 Mat. primas matadero de carne 963,00 Mat. primas de estabulación 357,00 Lodos EDARI-cárnica 693,00 Excedentes hortalizas 23,00 No conformes hortalizas 450,00 No conformes tubérculos 475,00 Transformación hortalizas 52,00 Transformación tubérculos 38,00 Paja de cereal 78.222,00 Cultivos energéticos 283,00 Nota. 1 los datos de producción de los residuos ganaderos son todos de la misma fuente: Probiogás (2011). En la Tabla A 3, se muestran las materias primas por agrupación en la comarca de Almazán. En esta se puede observar que los datos más significativos vienen de los purines de cerdo de la paja de cereal. 7.2. Cálculo de relación C/N y cantidad de biogás En la siguiente tabla se muestra el cálculo para la relación C/N: Tabla A 4. Cálculo de relación C/N. Soria k c/n 1 n% 1 Sólidos totales purines (kg ST/ año) c/n 2 n% 2 Sólidos totales paja (kg ST/ año) 30 14 3,1 21.804.900,00 80 0,7 30.900.658,29 30 15 3,8 21.804.900,00 150 0,5 20.714.655,00 Almazán k c/n 1 n% 1 Sólidos totales purines (kg ST/ año) c/n 2 n% 2 Sólidos totales paja (kg ST/ año) 30 14 3,1 5.701.800,00 80 0,7 8.080.265,14 30 15 3,8 5.701.800,00 150 0,5 5.416.710,00 En esta Tabla A 4, se hacen los cálculos con la Ecuación 2, aquí se obtienen los sólidos totales de paja que se necesitan para calcular la cantidad de biogás disponible en Soria y Almazán. 34 Tabla A 5. Cálculo del potencial teórico de Soria. Potencial teórico de Soria Purines (kg/año) 335.460.000,00 Porcentaje materia seca 0,07 Sólidos totales (kg ST/año) 21.804.900,00 Porcentaje de solidos volátiles 0,75 Sólidos volátiles (kg SV/año) 16.353.675,00 Rendimiento de biogás (m3/ kg SV/año) 0,60 Cantidad de biogás (m3/año) 9.812.205,00 Paja fresca (kg/año) 30.008.903,07 Porcentaje materia seca 0,86 Sólidos totales (kg ST/ año) 25.807.656,64 Porcentaje de solidos volátiles 0,91 Sólidos volátiles (kg SV/año) 23.510.775,20 Rendimiento de biogás (m3/ kg SV/año) 0,35 Cantidad de biogás (m 3 /año) 8.228.771,32 La Tabla A 5 muestra la secuencia de cálculos para obtener la cantidad de biogás de la paja y purines en Soria antes de hacer el total que se muestra en las secciones anteriores. Tabla A 6. Cálculo del potencial teórico Almazán. Potencial teórico de Almazán Purines (kg/año) 87.720.000,00 Porcentaje materia seca 0,07 Sólidos totales (kg ST/año) 5.701.800,00 Porcentaje de solidos volátiles 0,75 Sólidos volátiles (kg SV/año) 4.276.350,00 Rendimiento de biogás (m3/ kg SV/año) 0,60 Cantidad de biogás (m3/año) 2.565.810,00 Paja fresca (kg/año) 7.847.078,57 Porcentaje materia seca 0,86 Sólidos totales (kg ST/ año) 6.748.487,57 Porcentaje de solidos volátiles 0,911 Sólidos volátiles (kg SV/año) 6.147.872,18 Rendimiento de biogás (m3/ kg SV/año) 0,35 Cantidad de biogás (m3/año) 2.151.755,26