La co-digestión anaerobia es una tecnología ampliamente conocida y con una aplicación creciente en el tejido industrial español, ya que favorece el tratamiento sostenible y respetuoso con el medio ambiente de residuos orgánicos. Además, genera dos corrientes de alto valor añadido: el digerido, con potencial de valorización agronómica, y el biogás, que puede aprovecharse como fuente de electricidad, calor, combustible o transformarse en biometano. Se trata de un proceso bioquímico en el que una serie de microorganismos (bacterias y arqueas) facilitan y aceleran la conversión de la materia orgánica contenida en los residuos. Es decir, se desencadenan reacciones químicas controladas por un consorcio microbiano que debe encontrarse en un entorno estabilizado para que el proceso se desarrolle correctamente.
Debido a la interacción entre los residuos (sustratos) y los microorganismos (inóculo), seleccionar la dieta adecuada para cada proceso no es trivial. El inóculo opera bajo unas condiciones específicas que se van modificando a medida que el sistema se estabiliza. Introducir una dieta sin conocer el grado de adaptación del inóculo puede provocar problemas operacionales en la planta de biogás. Por ello, es conveniente adaptar la dieta al estado de aclimatación del inóculo, lo que favorece el desarrollo y crecimiento de la flora microbiana y permite ajustar progresivamente la dieta para operar en escenarios de mayor productividad.
Una forma de determinar la dieta más favorable para cada escenario es conocer la respuesta del inóculo. Aplicar sistemas que reproduzcan el comportamiento de los digestores ante distintos condicionantes permite evaluar si la dieta seleccionada es adecuada. En este sentido, las herramientas de simulación pueden resolver esta problemática. Basándose en los datos de entrada del proceso (caracterización físico-química de los residuos, temperatura, tipo de reactor, etc.), estos sistemas informan sobre la adecuación de los sustratos.
En particular, el software Opti_blender permite simular el comportamiento de digestores anaerobios y propone dietas adaptadas al grado de aclimatación de los microorganismos en cada etapa operacional (Figura 1). A partir de las simulaciones, el software predice el comportamiento de los digestores y propone modificaciones en la dieta para garantizar la estabilidad del proceso y aumentar la productividad. Este proceso debe aplicarse de forma continua y cíclica durante la operación, diagnosticando en cada momento el estado de los microorganismos y ofreciendo sustratos que estos puedan metabolizar.
Importancia de la configuración de la dieta durante las etapas de ingeniería
Al iniciar un proyecto en el que la co-digestión anaerobia será el eje central, el punto de partida son los residuos a tratar, es decir, la materia prima. La selección de estos residuos debe atender tanto a su disponibilidad en la zona de implantación como a su idoneidad para la digestión anaerobia. No obstante, una variable crítica y menos conocida en esta fase es la interacción entre la dieta y el inóculo. Iniciar el diseño con la mejor dieta disponible no solo garantiza un proceso estable, sino que también reduce los costes de implantación y operación.
Existen múltiples incertidumbres asociadas al diseño de la dieta sin conocer la respuesta del proceso, como posibles problemas operacionales o inhibiciones. Anticiparse a estos episodios permite tomar medidas desde el inicio, diseñando soluciones a medida para cada dieta y aumentando las garantías de éxito. Un caso frecuente es la presencia de residuos con alto contenido en nitrógeno (proveniente de proteínas), que puede derivar en inhibiciones. Para evitarlo, pueden contemplarse diferentes estrategias: evitar sustratos proteicos, implementar procesos de eliminación de nitrógeno o establecer planes de alimentación que favorezcan la adaptación del inóculo (Figura 2). En cualquier caso, tomar decisiones en fases tempranas mejora la viabilidad del proyecto y permite incorporar alternativas ante potenciales problemas.
Uso de software de simulación y control durante la operación de digestores
La operación de una planta de co-digestión anaerobia atraviesa varias fases, desde el arranque hasta alcanzar un estado estacionario que refleja la estabilidad del proceso. La evolución de este proceso está determinada por la presencia de microorganismos y su adaptación al entorno operativo, lo que exige diferentes estrategias según la etapa.
Durante la puesta en marcha, se aplican condiciones suaves para facilitar el arranque, aunque este suele ser lento debido a la baja velocidad de crecimiento de los microorganismos anaerobios. La monitorización mediante herramientas de simulación y control permite conocer el grado de aclimatación de la flora microbiana y tomar decisiones que aceleren el proceso. En un caso reciente, un digestor de 2.500 m³ tenía previsto alcanzar el estado estacionario en 22 semanas bajo un plan experimental convencional. No obstante, el uso de Opti_blender redujo ese plazo a solo 10 semanas gracias a la predicción y anticipación de las etapas operacionales.
El uso de herramientas de simulación y control es especialmente valioso en la operación en régimen de instalaciones de producción de biogás o biometano. La adaptación dinámica de los residuos al grado de aclimatación del inóculo favorece el crecimiento microbiano, estabiliza el entorno y mejora la rentabilidad. Así, gracias a la predicción de procesos y a la modificación continua de la dieta, se puede operar en escenarios de alta productividad, evitando zonas de baja eficiencia y escasa rentabilidad.
Conclusiones
El uso de herramientas que permiten conocer la respuesta del proceso de digestión anaerobia y de sus microorganismos ante distintas condiciones es clave para la toma de decisiones. Estas tecnologías mejoran la rentabilidad, viabilidad y estabilidad del proyecto desde su fase inicial hasta la operación industrial a pleno rendimiento.
Artículo escrito por:
Iván Rodríguez Verde
Director técnico
ICODA
