El sector avícola es el segundo mayor productor mundial de carne con un 33%, tan sólo superado por el porcino (37%). En España, la industria avícola es una de las que mayor crecimiento ha experimentado en los últimos años, ocupando el 4º lugar en producción de huevos a nivel europeo por detrás de Alemania, Francia e Italia. El incremento en la demanda de carne de pollo, pavo y de huevos, ha desencadenado un importante conflicto asociado a la enorme acumulación de excrementos y de la cama de estos animales, lo que conlleva un serio problema medioambiental y, en la mayor parte de los casos, también económico.
Atendiendo a las emisiones de gases de efecto invernadero (GEIs) se ha estimado que la producción de carne de pollo y huevos supone el 8% de las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes del sector ganadero a nivel mundial. En lo relativo a las emisiones de GEIs derivados de la producción avícola, el mayor responsable del impacto es la producción de pienso con un 60%, al que se debe añadir un 20% adicional derivado de los cambios de uso del suelo motivados por la expansión de los cultivos. A continuación, la gestión y almacenamiento del estiércol es la siguiente responsable de emisiones de GEIs, suponiendo un 11%, siendo las restantes emisiones aquellas relacionadas con los consumos energéticos y las actividades de la propia instalación (lavado de las instalaciones, etc).
AVIENERGY, un proyecto basado en la bioeconomía circular
El proyecto AVIENERGY es un Grupo Operativo supra-autonómico que abarca las regiones de Galicia, Castilla y León y Murcia. Está integrado por 8 miembros: Fundación Empresa Universidad Gallega (Feuga) como representante del Grupo Operativo, EnergyLab, Demaux Manufacture S.L., Granja José Antonio García, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (Cebas-CSIC), Universidad de Vigo, Avícola El Charcón y Alimentos del Mediterráneo S. Coop. (Alimer). También colaboran el grupo Uvesa y la Fundación Alimer. El objetivo de AVIENERGY es promover un uso más eficiente de los recursos en el sector avícola aplicando una estrategia basada en los fundamentos de la bioeconomía circular, posibilitando un aprovechamiento más eficiente de los residuos generados en la actividad avícola para mejorar la competitividad y el impacto medioambiental del sector.
Dicha estrategia se centra en la valorización de las deyecciones generadas en las explotaciones avícolas (producción de carne) para su aprovechamiento como input para la obtención de una fuente de energía renovable y de fertilizantes y componentes para el aprovechamiento de nutrientes en suelo. La solución propuesta aspira a convertirse en una herramienta eficiente y medioambientalmente sostenible con la que contribuir a la reducción de gases de efecto invernadero a la vez que mejorar la competitividad del propio sector, reduciendo la dependencia energética de las explotaciones.
Durante el proyecto se han valorizado termoquímicamente (combustión) las deyecciones avícolas mediante un quemador especialmente adaptado a este tipo de residuos, que ha permitido la obtención de energía térmica que ha sido empleada para satisfacer la demanda de calor existente en las explotaciones. Las cenizas producidas durante la combustión se han tratado como un subproducto de valor que ha sido aplicado directamente en el suelo para el aprovechamiento de los nutrientes existentes, favoreciendo el crecimiento de los cultivos.
Adicionalmente, se analizó la viabilidad de implantación de un sistema de microcogeneración basado en un ciclo de Rankine orgánico (ORC) para la obtención de energía eléctrica que podrá ser utilizada en el futuro en las propias explotaciones. Como paso previo a la valorización de las deyecciones objeto de estudio, éstas fueron caracterizadas fisicoquímicamente con objeto de conocer su potencial como biocombustible en procesos de combustión. Asimismo, se llevaron a cabo diferentes procesos de secado natural y/o forzado que fueron estudiados por los ganaderos in situ, con objeto de reducir el contenido en humedad del residuo hasta valores óptimos para el proceso de combustión. El impacto ambiental de la solución propuesta ha sido evaluado mediante la metodología de Análisis de Ciclo de Vida (ACV).
Así pues, el objetivo fundamental del proyecto se basa en posibilitar un aprovechamiento más eficiente de los residuos generados en la actividad avícola para mejorar la competitividad y el impacto medioambiental del sector. Para llegar a tal fin, se plantearon una serie de objetivos específicos estrechamente vinculados a las actividades realizadas:
• Optimización del método de secado natural y/o forzado de las deyecciones, para mejorar su combustión.
• Desarrollo de un quemador adaptado a las deyecciones para recuperar energía térmica que puede ser aprovechada en las propias instalaciones de las granjas.
• Optimizar las condiciones de la combustión y así cumplir con la normativa aplicable en emisiones.
• Cuantificar la reducción de costes energéticos a través del aprovechamiento de la energía térmica y reducir los costes de calefacción en las instalaciones al menos un 50%.
• Caracterizar las cenizas obtenidas en el proceso y evaluar su potencial de valorización agronómica como fertilizante.
• Evaluación del impacto y efecto ambiental producido.
• Generar un efecto multiplicador en sectores objetivo.
En primer lugar y para determinar la viabilidad de las deyecciones objeto de estudio como combustibles en procesos de combustión, éstas fueron sometidas a análisis inmediato, elemental, de cenizas y determinación de poder calorífico. Conviene aclarar que los materiales estudiados fueron los procedentes de las dos granjas participantes en el proyecto: pollinaza o deyecciones de una granja de pollos de engorde y pavinaza o deyecciones de una granja de pavos.
Reducir la humedad
Los resultados obtenidos indican que estos biocombustibles cuentan con altos contenidos de humedad (valores entre un 27-29% en el caso de la pollinaza y de entre un 30-65% en el caso de pavinaza). Estos datos sugieren la necesidad de un proceso previo de secado para evitar la pérdida de material combustible y facilitar su manejo, transporte y alimentación a la planta de obtención de energía correspondiente. Es por ello que, dentro del proyecto, se llevaron a cabo procesos de secado natural y forzado obteniéndose reducciones en el contenido de humedad de hasta un 30%.
Las metodologías empleadas fueron secado natural con y sin volteo y secado forzado con ventilación con condiciones climáticas controladas y con sólo ventilación forzada, donde se redujeron los tiempos de secado 4 veces respecto al secado natural. Obtener un contenido de humedad baja con un tiempo de secado relativamente corto ha sido un factor primordial para seguir adelante con el proyecto, pues humedades por encima de un 30% generarían problemas de combustión al reducir de golpe la temperatura del hogar e imposibilitarían el inicio de la combustión de manera automática.
Las muestras analizadas presentaron asimismo un elevado contenido en cenizas (valores entre un 11-13% en el caso de la pollinaza y de entre un 17-20% en el caso de la pavinaza). Para evaluar en mayor profundidad el efecto de la presencia de las mismas éstas se analizaron mediante Rayos X, de donde se extrajo que los elevados contenidos de fósforo y calcio podrían conllevar riesgos asociados a la generación de depósitos sólidos de residuos de bajo punto de fusión, por lo que una estrategia de aditivado o pretratamiento de los combustibles podría ser necesaria. Este comportamiento se confirmó por el estudio de fusibilidad practicado, que reveló que las cenizas de ambos combustibles tienden a fundirse al alcanzar temperaturas entre 1.000 y 1.100°C.
Asimismo, pollinaza y pavinaza presentaron un elevado contenido en nitrógeno en su composición (2,62% en el caso de la pollinaza y 4,96% en el caso de la pavinaza), de azufre (valores de 1,92% en el caso de la pollinaza y de 2,70% en el caso de la pavinaza) y de cloro (2,66% en el caso de la pollinaza y 2,89% en el caso de la pavinaza) lo que supone un desafío a la hora de realizar su combustión, ya que ésta podría llevar asociada la emisión de óxidos de nitrógeno, de azufre y de ácido clorhídrico.
Por último, el poder calorífico de los materiales estudiados en base seca resulta apto para procesos de combustión (entre 15-18 MJ/Kg en el caso de la pavinaza y entre 16-18 MJ/kg en el caso de la pollinaza).
La presencia de valores moderados de los poderes caloríficos y el elevado contenido de cenizas condicionó sobremanera las dimensiones de la cámara de combustión del quemador diseñado, la velocidad de entrada del combustible, las velocidades de aire y la dosificación de las cantidades aportadas desde el silo de alimentación. Teniendo en cuenta estos resultados se diseñó un quemador de 50 kW adaptado al material de partida con parrilla fija, pero con un sistema de limpieza móvil para evitar la acumulación de combustible en la zona de entrada y facilitar la aireación correcta y distribuida en toda la parrilla.
Quemador adoptado en la Granja José Antonio García, uno de los 8 miembros que participan en este proyecto supra–autonómico que abarca las regiones de Galicia, Castilla y León y Murcia
Con objeto de minimizar las emisiones gaseosas previstas de la analítica del combustible, éstas fueron evaluadas. De los resultados obtenidos se observaron unos elevados niveles de emisión de inquemados, especialmente CO y materia particulada, indicativos de un proceso de combustión de baja eficiencia. A continuación, se adoptaron las medidas necesarias para minimizarlas fundamentalmente de un modo primario (optimización de la combustión). Para ello básicamente se inyectó aire secundario y se estableció una nueva distribución de gases en el interior del hogar.
Aunque se han minimizado las emisiones, éstas continúan siendo altas por lo que en la actualidad se está trabajando en optimizar aún más la combustión y en la posibilidad de implementar sistemas de limpieza en el gas de salida. Paralelamente se están determinando otros compuestos que pudiera haber presentes en las emisiones gaseosas procedentes de la combustión. Por otro lado, en cuanto a la emisión de compuestos orgánicos volátiles (VOCs), los niveles detectados son notablemente inferiores a los de otros combustibles convencionales.
Obtención de energía eléctrica
Finalmente se analizó la viabilidad de implantación de un sistema de microcogeneración basado en un ciclo de Rankine orgánico para la obtención de energía eléctrica. Los resultados obtenidos mostraron la factibilidad del uso del combustible avícola como fuente de energía eléctrica: se consiguió el funcionamiento en continuo del ORC y se alcanzaron valores de potencia eléctrica próximos a 3,2 kW, siendo 4,4 kW los valores máximos obtenidos en el equipo, lo cual abre una puerta a futuras implantaciones en granjas avícolas.
En cuanto a la valorización de las cenizas obtenidas en la combustión, se han llevado a cabo ensayos en maceta y en condiciones de campo con cultivos hortícolas. En estos ensayos se vio que el fósforo, a pesar de ser poco soluble en agua, era fácilmente asimilable por las plantas, por lo que podría sustituir totalmente a los fertilizantes minerales de fósforo. Por otra parte, se observó que las cenizas cuentan con una alta capacidad neutralizante: aproximadamente un 30% de las mismas es caliza, que puede sustituir el encalado en los suelos ácidos.
Por último y para demostrar la sostenibilidad de las tecnologías desarrolladas en el proyecto, se determinó el impacto ambiental de la producción de carne de pollo y pavo mediante ACV. Así, se determinó el perfil ambiental del escenario representativo de la situación convencional de producción de carne de pollo y pavo (escenario base) en relación al consumo energético y gestión de deyecciones ganaderas y del escenario tras implantar las tecnologías del proyecto, y se realizó una evaluación comparativa entre ambos.
Los resultados de este estudio muestran que las tecnologías y procesos desarrollados en AVIENERGY pueden reducir significativamente el impacto ambiental de la producción de las granjas de aves, hasta un 60%, debido a la valorización energética del estiércol y a los beneficios asociados: eliminación de las emisiones derivadas de su gestión convencional, reducción del uso de combustibles fósiles y reducción del consumo eléctrico de la red. Además, la generación de energía excedente puede producir beneficios ambientales capaces de compensar hasta un 48% de los efectos negativos generados por los restantes procesos en las granjas en las que se introduzcan las nuevas tecnologías desarrolladas en el marco del proyecto.
En definitiva, AVIENERGY ha permitido demostrar la viabilidad del empleo de residuos avícolas como biocombustibles en procesos de combustión y de microcogeneración, optimizando los procesos de secado previos y diseñando un quemador específicamente adaptado para las deyecciones avícolas. Asimismo, se ha probado la obtención de subproductos de alto valor añadido a partir de sus cenizas, con resultados altamente prometedores como fertilizantes en los ensayos de campo realizados. El proyecto arroja por tanto resultados extremadamente prometedores para la consecución de una economía circular en el sector avícola.
AVIENERGY es un proyecto de innovación cofinanciado en un 80% por el Fondo Europeo Agrícola de Desarrollo Rural (Feader) de la Unión Europea y en un 20% por el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, en el marco del Programa Nacional de Desarrollo Rural 2014-2020. La Dirección General de Desarrollo Rural, Innovación y Formación Agroalimentaria (DGDrifa) es la autoridad encargada de la aplicación de dichas ayudas. Presupuesto: 582.960,04 €. Subvención total: 565.160,04 €.
Más información:
https://avienergy.es
Agricultura y Desarrollo Rural de la Comisión Europea: https://agriculture.ec.europa.eu/common-agricultural-policy/rural-development_es
