Descripció del projecte
El sector agroramader, degut a les seva elevada producció al nostre territori, porta associada la generació de grans quantitats de subproductes i residus orgànics (RO) (p.e. dejeccions ramaderes), sent el sector porcí el majoritari dins l’àmbit català.
A l’àmbit de la correcta gestió de residus, és prioritza la valorització enfront del tractament finalista; no obstant això, també han de ser tractats els residus originals o generats després de la seva valorització. No hi ha cap tractament que elimini o faci desaparèixer completament els residus. Els únics components eliminables, mitjançant la seva transformació en compostos gasosos innocus per al medi ambient, són part de la matèria orgànica i part del nitrogen, els quals poden passar a CO2 i N2. La resta de components només es poden transformar, separar o concentrar.
Hi ha diverses estratègies de tractament, però la idònia dependrà de la problemàtica concreta i de les fites que es persegueixin en la seva gestió. En el cas de les explotacions ramaderes, els principals problemes es deuen a la capacitat d’emmagatzematge dins de granja, o les emissions de GEH. Per al ús de les dejeccions, l’actuació prioritària sol ser la seva aplicació a cultius. També es pot avaluar la viabilitat tècnica i econòmica de la producció de biogàs, substituint un combustible fòssil i cobrint la demanda de calefacció de l’explotació.
Aquest doctorat té com a objectiu desenvolupar una nova solució biotecnològica innovadora per al tractament i la valorització de RO del sector agropecuari. La nova solució DNB es basa en la combinació de 3 bioprocessos (1-Digestió anaeròbia (D); 2-eliminació de Nitrogen (N); 3-Biofiltració de biogàs (B)) que es caracteritza per ser un sistema modular per al tractament de RO dissenyada per a cabals <10.000 t/a.
El digestor anaerobi i el gasòmetre de biogàs ocupa el espai d’un contenidor industrial, anomenant-lo Mòdul de Digestió Anaerobi (MDA). Aquesta tecnologia es troba actualment en un estat de desenvolupament TRL 6 (TRL significa en anglès Technology Readiness Level) i es pretén arribar a un TRL de 9 amb aquest doctorat. El procés d’eliminació de nitrogen mitjançant nitrificació parcial i anammox (PEN) es farà en un reactor extern al MDA. Aquesta tecnologia té un TRL de 2 i es vol arribar a un TRL 6 al final del doctorat. El procés de biodesulfurització (BTF) es farà en un reactor extern al MDA. Aquesta tecnologia té un TRL de 6 i es vol arribar a un TRL 9 al final del doctorat. Tots els bioreactors es construiran a escala pilot.
La planta pilot amb els bioreactors (MDA, PEN, BTF) s’instal·larà a una granja, dedicada a la producció porcina, de l’IRTA. L’entrada al MDA serà purí o la fracció clarificada de purí després d’una separació de fases. La sortida del MDA serà purí digerit; una fracció d’aquest digerit serà bombejat al PEN i la resta s’enviarà a la bassa de recepció o d’aigua recuperada de granja. El biogàs produït al MDA serà emmagatzemat al gasòmetre del propi digestor i posteriorment, serà desulfuritzat al BTF abans de ser cremat en una caldera dedicada a la generació d’aigua calenta.
El doctorat s’enfocarà al pilotatge de la nova solució tecnològica a les instal·lacions de l’IRTA. El candidat treballarà a escala laboratori (per generar els inòculs per als bioreactors PEN i BTF), a l’operació i la recollida de dades de la planta pilot i l’anàlisi dels resultats. El doctorand tindria accés a tota la informació interna de l’empresa ProCycla que podria fer servir per al desenvolupament del projecte, sempre sota un compromís de confidencialitat.
El doctorat es realitzarà dins del programa de Doctorat d’Enginyeria i Ciències Aplicades de la Universitat de Barcelona, però l’activitat investigadora es realitzarà a l’IRTA, concretament dins del programa de Sostenibilitat de Biosistemes. Aquest doctorat estarà centrat als àmbits de l’Enginyeria Ambiental, als Bioprocessos orientats a la valorització/ tractament de subproductes i residus orgànics per a la producció de biogàs i per la recuperació d’aigua apta per a la neteja d’instal·lacions o fertirrigació de camps agrícoles. Aquesta experiència permetrà al candidat adquirir habilitats i coneixements valuosos al camp de la digestió anaeròbia i la gestió sostenible de residus orgànics. A més, la col·laboració amb l’IRTA ofereix una oportunitat única per treballar en un entorn de recerca d’alt nivell.
L’objectiu principal d’aquesta tesi serà el desenvolupament i la validació de la combinació de processos DNB, amb les configuracions tecnològiques seleccionades per aquests bioprocessos. S’identificaran els indicadors tècnics i econòmics (calculats a partir de dades experimentals, així com la recopilació de dades bibliogràfiques) per la seva futura implementació en casos reals en el context present i/o a curt termini.
Els objectius secundaris seran,
• Validar a escala pilot la tecnologia MDA, basada en el procés de digestió anaeròbia, per a la producció de biogàs, mitjançant paràmetres com eficiència de degradació de matèria orgànica, productivitat de biogàs; eficiència energètica bruta; així com definir els costos.
• Validar la tecnologia BTF per eliminar el àcid sulfhídric del biogàs, mitjançant la determinació d’eficiència dels cultius bacterians utilitzats amb capacitat d’eliminació d’H2S, així com definir els consums energètics.
• Desenvolupar la tecnologia PEN per a eliminació de nitrogen, mitjançant la definició dels paràmetres d’operació (principalment, els requeriments de l’entrada a procés) que permetin el manteniment de l’activitat microbiana, així com definir la estratègia de operació per la degradació de nitrogen excedent.
