Con el comienzo del siglo XXI, se ha visto incrementado el interés a escala mundial por las energías renovables, entre otros motivos, con el objetivo de disminuir el uso de combustibles fósiles y la emisión de gases de efecto invernadero, los cuales contribuyen al calentamiento global. Entre estas, la digestión anaerobia ha ganado relevancia debido a su capacidad para revalorizar residuos orgánicos y producir biogás, una fuente de energía renovable.
El proceso de digestión anaerobia consiste en la degradación de materia orgánica mediante la acción de diferentes tipos de bacterias en ausencia de oxígeno, produciendo metano y dióxido de carbono, principales componentes del biogás. El presente trabajo de investigación se centra en estudiar la viabilidad de implementación de una planta de producción de biogás en la Comunidad de Madrid, utilizando estiércol vacuno como sustrato principal. Además, se estudiarán alternativas de codigestión anaerobia para dicho sustrato con el objetivo principal de rentabilizar la producción y aumentar la eficiencia del proceso. Se hallarán especialmente favorables el lactosuero, el agua residual de las plantas de producción de lácteos y restos vegetales de la agricultura. Este proceso no solo revaloriza diferentes residuos, si no que además supone una simbiosis industrial beneficiosa para la industria láctea en dos de sus sectores, producción de leche (por el estiércol) y elaboración de productos derivados como mantequilla, queso o leche pasteurizada, donde se generan aguas residuales.
Se pudo comprobar que el uso de estiércol vacuno y lactosuero como sustratos para la producción de biogás presenta varias ventajas significativas. La codigestión de estos materiales no solo mejora la estabilidad del proceso debido a la diversidad de microorganismos involucrados, sino que también incrementa el rendimiento del biogás. El estiércol vacuno presenta una buena relación entre carbono y nitrógeno, además de altos niveles de carbohidratos por su contenido en celulosa, lignina y hemicelulosa. Además, el lactosuero, un subproductolíquido de la producción de queso, contiene altos niveles de lactosa, proteínas y grasas, que son fácilmente degradables por los microorganismos durante la digestión anaerobia.
La modelización del proceso de digestión anaerobia y el dimensionamiento de los equipos necesarios para la planta fueron etapas cruciales de este trabajo. Para el cálculo de biogás obtenido se empleó el uso del Biochemical Methane Potential. Los resultados obtenidos muestran que la codigestión de estiércol vacuno y lactosuero es altamente eficaz para la obtención de biometano, estimándose una producción diaria de 204,99 m³ de biogás para un caudal tratado de 32,13 m3 de sustrato, es decir, 0,03 m3 de biogás por cada kilogramo desustrato. Este volumen de biogás representa una contribución a la energía renovable de la región de unos 31 kWh al día. Por otro lado, el análisis económico reveló que, sin la obtención de subvenciones, el proyecto no es viable económicamente a corto plazo, ya que se obtuvo un flujo de caja anual de 5.242 €.
A pesar de las limitaciones económicas, el proyecto muestra un alto potencial para contribuir a la independencia energética y la descarbonización en la Comunidad de Madrid. La producción de biogás no solo proporciona una solución sostenible para la gestión de residuos agropecuarios, sino que también fomenta la economía circular y la creación de empleo en la región. Además, la producción de biogás implica la creación de una amplia cadena de valor empresarial, desde la gestión de residuos hasta la generación de energía y la producción de fertilizantes, a partir del digestato. Para mejorar la viabilidad económica del proyecto, se recomienda explorar la posibilidad de obtener subvenciones y aplicar políticas de apoyo gubernamental que incentiven la inversión en energías renovables. En conclusión, la implementación de una planta de biogás en la Comunidad de Madrid utilizando estiércol vacuno y lactosuero tiene el potencial de generar beneficios ambientales, económicos y sociales significativos.
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With the beginning of the 21st century, there has been a growing global interest in renewable energies, among other reasons, with the aim of reducing the use of fossil fuels and the emission of greenhouse gases, which contribute to global warming. Among these, anaerobic digestion has gained relevance due to its ability to valorize organic waste and produce biogas, a renewable energy source.
The anaerobic digestion process involves the degradation of organic matter through the action of different types of bacteria in the absence of oxygen, producing methane and carbon dioxide, which are the main components of biogas. This research focuses on studying the feasibility of implementing a biogas production plant in the Community of Madrid, using cow manure as the main substrate. Additionally, anaerobic co-digestion alternatives for this substrate will be studied with the primary goal of making production profitable and increasing process efficiency.
Particularly favorable substrates will include whey, wastewater from dairy production plants, and vegetable waste from agriculture. This process not only valorizes different waste materials but also creates a beneficial industrial symbiosis for the dairy industry in two of its sectors: milk production (due to the manure) and the production of dairy products such as butter, cheese, or pasteurized milk, where wastewater is generated.
It was found that the use of cow manure and whey as substrates for biogas production presents several significant advantages. The co-digestion of these materials not only improves the stability of the process due to the diversity of microorganisms involved but also increases the biogas yield. Cow manure has a good carbon-to-nitrogen ratio, as well as high levels of carbohydrates due to its cellulose, lignin, and hemicellulose content. Additionally, whey, a liquid by-product of cheese production, contains high levels of lactose, proteins, and fats, which are easily degradable by microorganisms during anaerobic digestion.
The modeling of the anaerobic digestion process and the sizing of the necessary equipment for the plant were crucial stages of this work. For the calculation of biogas obtained, the Biochemical Methane Potential (BMP) was used. The results show that the co-digestion of cow manure and whey is highly effective for obtaining biomethane, with an estimated daily production of 204.99 m³ of biogas for a treated flow of 32.13 m³ of substrate, which equates to 0.03 m³ of biogas per kilogram of substrate. This volume of biogas represents a contribution of about 31 kWh per day to the region’s renewable energy. On the other hand, the economic analysis revealed that, without subsidies, the project is not economically viable in the short term, an annual income of 5.242 € was estimated.
Despite the economic limitations, the project shows high potential to contribute to energy independence and decarbonization in the Community of Madrid. Biogas production not only provides a sustainable solution for managing agricultural waste but also promotes the circular economy and job creation in the region. Furthermore, biogas production involves the creation of a wide business value chain, from waste management to energy generation and fertilizer production. To improve the project’s economic viability, it is recommended to explore the possibility of obtaining subsidies and applying government support policies that incentivize investment in renewable energies. In conclusion, the implementation of a biogas plant in the Community of Madrid using cow manure and whey has the potential to generate significant environmental, economic, and social benefits.
Con el comienzo del siglo XXI, se ha visto incrementado el interés a escala mundial por las energías renovables, entre otros motivos, con el objetivo de disminuir el uso de combustibles fósiles y la emisión de gases de efecto invernadero, los cuales contribuyen al calentamiento global. Entre estas, la digestión anaerobia ha ganado relevancia debido a su capacidad para revalorizar residuos orgánicos y producir biogás, una fuente de energía renovable.
El proceso de digestión anaerobia consiste en la degradación de materia orgánica mediante la acción de diferentes tipos de bacterias en ausencia de oxígeno, produciendo metano y dióxido de carbono, principales componentes del biogás. El presente trabajo de investigación se centra en estudiar la viabilidad de implementación de una planta de producción de biogás en la Comunidad de Madrid, utilizando estiércol vacuno como sustrato principal. Además, se estudiarán alternativas de codigestión anaerobia para dicho sustrato con el objetivo principal de rentabilizar la producción y aumentar la eficiencia del proceso. Se hallarán especialmente favorables el lactosuero, el agua residual de las plantas de producción de lácteos y restos vegetales de la agricultura. Este proceso no solo revaloriza diferentes residuos, si no que además supone una simbiosis industrial beneficiosa para la industria láctea en dos de sus sectores, producción de leche (por el estiércol) y elaboración de productos derivados como mantequilla, queso o leche pasteurizada, donde se generan aguas residuales.
Se pudo comprobar que el uso de estiércol vacuno y lactosuero como sustratos para la producción de biogás presenta varias ventajas significativas. La codigestión de estos materiales no solo mejora la estabilidad del proceso debido a la diversidad de microorganismos involucrados, sino que también incrementa el rendimiento del biogás. El estiércol vacuno presenta una buena relación entre carbono y nitrógeno, además de altos niveles de carbohidratos por su contenido en celulosa, lignina y hemicelulosa. Además, el lactosuero, un subproductolíquido de la producción de queso, contiene altos niveles de lactosa, proteínas y grasas, que son fácilmente degradables por los microorganismos durante la digestión anaerobia.
La modelización del proceso de digestión anaerobia y el dimensionamiento de los equipos necesarios para la planta fueron etapas cruciales de este trabajo. Para el cálculo de biogás obtenido se empleó el uso del Biochemical Methane Potential. Los resultados obtenidos muestran que la codigestión de estiércol vacuno y lactosuero es altamente eficaz para la obtención de biometano, estimándose una producción diaria de 204,99 m³ de biogás para un caudal tratado de 32,13 m3 de sustrato, es decir, 0,03 m3 de biogás por cada kilogramo desustrato. Este volumen de biogás representa una contribución a la energía renovable de la región de unos 31 kWh al día. Por otro lado, el análisis económico reveló que, sin la obtención de subvenciones, el proyecto no es viable económicamente a corto plazo, ya que se obtuvo un flujo de caja anual de 5.242 €.
A pesar de las limitaciones económicas, el proyecto muestra un alto potencial para contribuir a la independencia energética y la descarbonización en la Comunidad de Madrid. La producción de biogás no solo proporciona una solución sostenible para la gestión de residuos agropecuarios, sino que también fomenta la economía circular y la creación de empleo en la región. Además, la producción de biogás implica la creación de una amplia cadena de valor empresarial, desde la gestión de residuos hasta la generación de energía y la producción de fertilizantes, a partir del digestato. Para mejorar la viabilidad económica del proyecto, se recomienda explorar la posibilidad de obtener subvenciones y aplicar políticas de apoyo gubernamental que incentiven la inversión en energías renovables. En conclusión, la implementación de una planta de biogás en la Comunidad de Madrid utilizando estiércol vacuno y lactosuero tiene el potencial de generar beneficios ambientales, económicos y sociales significativos.
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With the beginning of the 21st century, there has been a growing global interest in renewable energies, among other reasons, with the aim of reducing the use of fossil fuels and the emission of greenhouse gases, which contribute to global warming. Among these, anaerobic digestion has gained relevance due to its ability to valorize organic waste and produce biogas, a renewable energy source.
The anaerobic digestion process involves the degradation of organic matter through the action of different types of bacteria in the absence of oxygen, producing methane and carbon dioxide, which are the main components of biogas. This research focuses on studying the feasibility of implementing a biogas production plant in the Community of Madrid, using cow manure as the main substrate. Additionally, anaerobic co-digestion alternatives for this substrate will be studied with the primary goal of making production profitable and increasing process efficiency.
Particularly favorable substrates will include whey, wastewater from dairy production plants, and vegetable waste from agriculture. This process not only valorizes different waste materials but also creates a beneficial industrial symbiosis for the dairy industry in two of its sectors: milk production (due to the manure) and the production of dairy products such as butter, cheese, or pasteurized milk, where wastewater is generated.
It was found that the use of cow manure and whey as substrates for biogas production presents several significant advantages. The co-digestion of these materials not only improves the stability of the process due to the diversity of microorganisms involved but also increases the biogas yield. Cow manure has a good carbon-to-nitrogen ratio, as well as high levels of carbohydrates due to its cellulose, lignin, and hemicellulose content. Additionally, whey, a liquid by-product of cheese production, contains high levels of lactose, proteins, and fats, which are easily degradable by microorganisms during anaerobic digestion.
The modeling of the anaerobic digestion process and the sizing of the necessary equipment for the plant were crucial stages of this work. For the calculation of biogas obtained, the Biochemical Methane Potential (BMP) was used. The results show that the co-digestion of cow manure and whey is highly effective for obtaining biomethane, with an estimated daily production of 204.99 m³ of biogas for a treated flow of 32.13 m³ of substrate, which equates to 0.03 m³ of biogas per kilogram of substrate. This volume of biogas represents a contribution of about 31 kWh per day to the region’s renewable energy. On the other hand, the economic analysis revealed that, without subsidies, the project is not economically viable in the short term, an annual income of 5.242 € was estimated.
Despite the economic limitations, the project shows high potential to contribute to energy independence and decarbonization in the Community of Madrid. Biogas production not only provides a sustainable solution for managing agricultural waste but also promotes the circular economy and job creation in the region. Furthermore, biogas production involves the creation of a wide business value chain, from waste management to energy generation and fertilizer production. To improve the project’s economic viability, it is recommended to explore the possibility of obtaining subsidies and applying government support policies that incentivize investment in renewable energies. In conclusion, the implementation of a biogas plant in the Community of Madrid using cow manure and whey has the potential to generate significant environmental, economic, and social benefits. Read More
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