Paja de arroz para producir biohidrógeno

Paja de arroz para producir hidrógeno verde

La paja de arroz es un biorresiduo difícil de gestionar, convirtiéndose en un verdadero problema para los agricultores y el medio natural.

Las formas tradicionales de gestión, tales como la quema o el triturado y descomposición de la paja sobre el terreno, traen consigo consecuencias medioambientales y para la salud, como la emisión de gases de efecto invernadero y serias afecciones respiratorias en las poblaciones próximas a los cultivos.

Hay que tener en cuenta que el arroz es el segundo cereal de mayor producción del mundo (500 millones de toneladas/año) y que el volumen de paja de arroz que se genera durante el periodo de cosecha (unas pocas semanas) alcanza una media de 5-6 T de paja por hectárea de cultivo.

Ante esta situación, es necesario encontrar alternativas que pongan solución a la gestión de estos biorresiduos. 

Una de estas alternativas es la producción de biohidrógeno verde a partir de la paja del arroz.

Este es el objetivo del proyecto LIFE REPTES (Renewable bio-hydrogen production technologies from lignocellulosic waste and sewage sludge co-fermentation): ayudar a encontrar una alternativa a la quema de la paja de arroz, en el entorno del Parque Natural de la Albufera (Valencia), a través del desarrollo de un nuevo modelo circular que produzca biocombustibles verdes con estos biorresiduos y los lodos generados en las EDAR.

El origen de este proyecto parte de la problemática histórica en el área de influencia de la Albufera, donde la práctica de quema de la paja de arroz ha sido prohibida.

El problema de gestión de este biorresiduo hace urgente el encontrar soluciones viables, tanto medioambientales como económicas, para una gestión eficiente de la paja de arroz.

 

Claves del proyecto LIFE RETES

El proyecto LIFE REPTES está cofinanciado por la Unión Europea bajo el programa LIFE, en su convocatoria 2021 (Project 101074329).

En él participa el consorcio formado por el Grupo DAM (depuración de Aguas del Mediterráneo), que actúa de coordinador, el Consorci de la Ribera, el centro de investigación AINIA y nuestra empresa, Genia Bioenergy.

El proyecto, iniciado el pasado mes de agosto, tiene una duración prevista de 42 meses, para desarrollar una alternativa a la valorización de la paja de arroz, promueva el uso del hidrógeno verde y ofrezca una gestión sostenible a los biorresiduos.

Los socios del proyecto trabajaremos coordinados para integrar un modelo circular de producción de biohidrógeno, a partir de los subproductos lignocelulósicos de los que se compone la paja de arroz, junto a lodos de depuradora, mediante un proceso de fermentación oscura.

Este proceso de fermentación oscura, utilizando como sustrato la paja de arroz, resulta una solución innovadora para la producción de biohidrógeno.

La investigación también tendrá en cuenta el potencial de las corrientes fermentadas como co-sustratos de la digestión anaerobia en las EDAR, con el objetivo de mejorar el rendimiento de la producción de biogás, desde un 10% hasta un 40%.

Para el desarrollo del proyecto se contará con una completa instalación que permita la producción de biohidrógeno en un entorno real.

Esto, no solo permitirá reducir las emisiones netas generadas en el proceso de tratamiento de los biorresiduos, sino que también, con los resultados obtenidos se espera demostrar la viabilidad y escalabilidad del proceso de fermentación oscura en otros sectores, con diferentes residuos. 

Para esto último, es clave esta implementación y desarrollo en un entorno real.

 

El proceso de fermentación oscura

La fermentación oscura es el proceso que permite la obtención de biohidrógeno (hidrógeno de origen biológico) y consiste en la recuperación del hidrógeno generado durante las primeras etapas de la digestión anaerobia de residuos orgánicos (biomasa), en ausencia de luz y gracias a la acción combinada de un conjunto de bacterias anaerobias.

La recuperación del hidrógeno se realiza antes de que este sea consumido por las bacterias metanogénicas.

La fermentación oscura es, por tanto, una modificación del proceso de digestión anaerobia con el que se obtiene el biogás.

Esta modificación consiste en convertirlo en un proceso de doble etapa, separando, de manera física, las diferentes etapas microbiológicas.

De esta forma, en un primer digestor (digestor hidrolítico) se llevan a cabo la hidrólisis y acidogénesis, y en el segundo digestor (metanogénico), tienen lugar la acetogénesis y la metanogénesis.

El biohidrógeno es capturado en el primer digestor, gracias a unas condiciones concretas de pH, tiempos de retención hidráulica, temperatura, etc, que permiten la fermentación oscura y optimizan la producción del biohidrógeno.

El efluente resultante de este primer digestor, rico en ácidos grasos, pasa al segundo digestor donde continúa el proceso de digestión anaerobia para la obtención de biogás.

Esto supone la optimización del proceso de valorización energética de los residuos orgánicos, permitiendo la obtención de dos gases renovables de gran interés, el hidrógeno verde y el biogás.

 

Beneficios de la fermentación oscura

Entre los beneficios que puede aportar este proceso de fermentación oscura para la producción de biohidrógeno podemos destacar:

  • Incremento en la estabilización de la materia orgánica y reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.
  • Mayor producción de energía renovable, aumentando su competitividad en el mercado respecto a otras tecnologías.
  • Obtención de dos tipos de gases renovables de interés energético, el biohidrógeno y el biogás.
  • Obtención de mayor energía total de la combustión de ambos gases debido al poder calorífico del hidrógeno que es 2.6 veces superior al biogás.
  • Optimización de la valorización energética de los residuos orgánicos para la producción de gases renovables, gracias a la separación de fases, que incrementa la transformación de la materia orgánica.

 

La investigación y optimización de este proceso va a permitir mejorar el rendimiento energético de las plantas de biogás agroindustrial, permitiendo la obtención de biohidrógeno, al tiempo que se incrementa la producción de biogás.

Este proyecto es una muestra de la importancia del desarrollo de la I+D+i de los gases renovables para la optimización de los procesos y la tecnología necesaria para su obtención, logrando una producción energética competitiva, sostenible y segura.

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