Cicle de Conferències 2010 de Medi Ambient i Recursos Naturals

Fundació Gaetà Huguet

Vila-real, juny 2010

IES Professor Broch i Llop

Valorització de Residus

M. Teresa VicentDepartament d’Enginyeria Química

Escola Técnica Superior d’Enginyeria (ETSE)

Bellaterra. Barcelona

UNIVERSITAT AUTÒNOMA DE BARCELONA

Conceptes interrelacionats

Medi Ambient Desenvolupament Sostenible

Enginyeria Química

Enginyeria Ambiental

Biotecnologia Ambiental

Valorització de residus

Energies Renovables

Son conceptes multidisciplinaris i el seu estudi necessita la participació de professionals amb formació molt diferent:

biòlegs, químics, enginyers, geòlegs, economistes, etc

Desenvolupament sostenibleDesenvolupament sostenible

... camí necessari si es vol fer compatible el benestar actual dels països desenvolupats amb el de les futures generacions de totes les especies arreu del planeta

(Informe Brundtland, 1987)

+És un objectiu ambiciós en el que s’han de combinar criteris socials, econòmics i ambientals

Context actualContext actual

Consum de recursos actual en el planeta

Petjada ecològica (2006) 1,2 planetes

+

És necessari replantejar les activitats humanes per a que suposin un benefici per a l’entorn natural

Desenvolupament industrialDesenvolupament industrial

Extracció recursos TransportProducció Ús Deposició

Desenvolupament industrialDesenvolupament industrial

Beneficis

Eliminació o reducció de problemàtiques: contaminació de l’aire urbà

control de tòxics

Millora en l’accés a recursos bàsics:

aigua potable

aigües depurades = rius nets

Desenvolupament industrialDesenvolupament industrial

L’apropiament dels recursos naturals te un gran impacte sobre l’entorn

Gran esgotament de recursos, tant renovables com no renovables

Elevat consum de materials, proliferació de materials d’un sol ús, disminució dels temps de vida dels productes

Increment en la generació de residusIncrement en la generació de residus

Model lineal Model lineal ((cradle to grave : de la cuna a la tombacradle to grave : de la cuna a la tomba))

Extracció recursos TransportProducció Ús Deposició

Model cíclicModel cíclic

Extracció recursos TransportProducció Ús Deposició

Model cíclic Model cíclic ( ( cradle to cradlecradle to cradle: de la cuna a la cuna): de la cuna a la cuna)

Extracció recursos

TransportProducció

Ús

Deposició

copia el comportament dels ecosistemes naturals:

els residus d’una espècie són consumits o transformats per un altre organisme fins assolir un equilibri entre cada espècie i el seu entorn

Enginyeria AmbientalEnginyeria Ambiental

Objectius:

Fins ara resoldre problemes o impactes passats

Avui en diaredisseny de processos per evitar problemes

Evitar la generació de residus

Valorització de residusValorització de residus

Extracció recursos

TransportProducció

Ús

Els residus s’han de minimitzar,

millorant l’eficiència o modificant el sistema productiu

considerant-los subproductes del procés

buscant altres usos

Fletxes cap a l’interior del sistema = model cíclic

Valorització de residusValorització de residus

Paradigma: Paradigma: Cradle to CradleCradle to Cradle

Cicle biològic Cicle tecnològic

Biotecnologia AmbientalBiotecnologia Ambiental

Extracció recursos

Transport

Ús

Deposició

Desenvolupament, utilització i regulació

dels sistemes biològics

per a

remediació d’entorns contaminatsportar a terme processos amigables amb el

Medi Ambient

Biotecnologia AmbientalBiotecnologia Ambiental

Processos biotecnològics de valorització de residus:

MetanitzacióCompostatge

Els microorganismes degraden la matèria orgànica biodegradable dels residus per a

produir un nou producte valuós

Que és un residu?Que és un residu?

Tot allò que no volem

Residus biodegradablesResidus biodegradables

Residus animals: purins de porc

fems

Residus d’escorxador

Residus sòlids urbans

Residus agrícoles i forestals

Metanització de residus

una població mixta de microorganismes transforma la major

part de la càrrega orgànica en biogàs

RESIDU(matèria orgànica)

BIOGÀSoxigenX

Metanització de residus

3.47 kg de fusta0.61 L de diesel1.5 kg de carbó0.5 kg de butà1.25 kW electricitat

1 m3 de biogàs

Residu depurat

Digestat

CH4 (50-70%), CO2 (30-40%), H2 (5-10%), H2S

Residu

Reactor Anaerobi

Bacteris

Metanització de residus

1776Alessandro Volta descriu la quantitat de biogàs produït per la degradació de la matèria orgànica

1808Humphrey Davy detectametà en els gasos produïts per la descomposició del fem dels animals

1859 Primer reactor anaerobi(Bombay, India).

1930 Comença la recerca científicasobre el procés de metanització

Metanització de residus

Anys 1940-50 es construeixen les primeres Plantes de Metanització de residus animals

El biogàs es pot transformar en energia calorífica i energia elèctrica

Metanització de residus

Acidogènesis

Àcids grasos volàtils

AcetogènesisHidrógen, diòxid de carboni, àcid acétic

MetanogènesisMetà, diòxid de carboni, àcid sulfhídric

Hidròlisis

Monómers

Polímers

BIOGÀS

RESIDU

Metanització de residus

En el procés de metanització intervenen molts tipus de bacteris per realitzar múltiples reaccions en sèrie i en paral·lel

Cada tipus de bacteris tenen característiques diferents i degraden les molècules a velocitats diferents

Metanització de residus

Actualment és un procés científicament ben conegut es coneixen els microorganismes es coneixen les reaccions

Quin és el repte ?Dissenyar el “millor” reactor per a cada tipus de residu

Control del procés Rendiment elevat del procés

Enginyeria Química

Metanització de

Residus Sòlids Urbans

Creixement molt gran de la metanització de RSU

Número de Plantes i Capacitat de tractament (t), en Europa

Metanització de RSUMetanització de RSU

De tots els tipus de residus que composen els RSU nomes és valoritzable la

Fracció Orgànica dels Residus Municipals (FORM)

1,5 kg/habitant i dia

4 milions de tones per any

Metanització de Residus Sòlids Urbans

Metanització de Residus Sòlids Urbans

Metanització de

Residus Sòlids Urbans

Les Plantes de Metanització de RSU tenen un pretractament mecànic de triatge, previ al reactor biològic

Metanització de

Residus sòlids urbans

Per a que funcionen be les Plantes

Classificació en origen

Recollida selectiva

(separació de fraccions)Reactors de metanització de RSU

ECOPARC de Barcelona

Metanització de

Residus sòlids urbans

Recursos energètics (energies renovables) del mon

Si es fa recollida selectiva dels RSU i es separa adequadament la matèria orgànica, això repercutirà en el bon funcionament de les Plantes de metanització, i per tant en

recollir més quantitat de biogàs, produir més electricitat, substituir a energia fòssil Sostenibilitat!

Compostatge de

Residus Sòlids Urbans

El compostatge és un procés natural basat en la degradació microbiològica aeròbia de residus sòlids

orgànics.

Material inodor, estable i ric en matèria orgànica assimilable per microorganismes que el transformen en matèria inorgànica apta per a vegetals.

Compost :

Compostatge de

Residus Sòlids Urbans

Agricultura tradicional (renovació de la M.O. del sòl)

Vresidus biodeg Problemàtica!!!

Solució: COMPOSTAR

El procés de compostatge es basa en l’activitat d’un conjunt mixte de microorganismes (fongs i bacteris) presents en els propis residus

Compostatge de

Residus Sòlids Urbans

Compostatge de

Residus Sòlids Urbans

Bacteris: són els primers que intervenen, degraden la matèria orgànica més fàcil

Ascomicets: degraden els compostos orgànics complexos a temperatures termòfiles

Fongs: degraden els compostos més recalcitrants

Compostatge de

Residus Sòlids Urbans

El compostatge es pot portar a terme en

sistemes oberts

Pila estática Pila dinàmica

Compostatge de

Residus Sòlids Urbans

sistemes tancats

Túnels de compostatge

Eviten problemes d’olors i emissions

Millor control del procés

Compostatge de

Residus Sòlids Urbans

El compostatge també es pot realitzar individualment en el nostre jardí en la nostra terrassa en el nostre hort, etc

Compostadors

Compostatge de

Residus Sòlids Urbans

i utilitzar el compost com adob per al jardí, hort, etc…

Nosaltres també podem

contribuir a la

SOSTENIBILITAT

Efluents de papereraEfluents tèxtils

decoloraciódetoxificació

Biotecnologia AmbientalBiotecnologia Ambiental

Fong: Trametes versicolor

Biotecnologia AmbientalBiotecnologia Ambiental

Textile I ndustry

Wastewater

Trametes versicolor

Composting

T iempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Gluc

osa

(g/l

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (U

A/l

)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500%

red

ucci

ón d

e co

lor

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

GlucosaLacasaReducción colo r

68 52.5 59 72 4848

Bioreactor

Dye Grey Lanaset G

Treated wastewater

Purged biomass

Continuousd process

Textile I ndustry

Wastewater

Trametes versicolor

Composting

T iempo (d)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Gluc

osa

(g/l

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Laca

sa (U

A/l

)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500%

red

ucci

ón d

e co

lor

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

GlucosaLacasaReducción colo r

68 52.5 59 72 4848

Bioreactor

Dye Grey Lanaset G

Treated wastewater

Purged biomass

Continuousd process

Grup de recerca en:Grup de recerca en:

Biodegradació de contaminants industrials Biodegradació de contaminants industrials i valorització de residusi valorització de residus

GRACIES,

¿alguna pregunta?