Estudio de la viabilidad técnico-económica del proyecto de construcción y operación de varias plantas de biodigestión de purines porcinos

Gil Cornide, José Ignacio (2017). Estudio de la viabilidad técnico-económica del proyecto de construcción y operación de varias plantas de biodigestión de purines porcinos. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Estudio de la viabilidad técnico-económica del proyecto de construcción y operación de varias plantas de biodigestión de purines porcinos
Autor/es:
  • Gil Cornide, José Ignacio
Director/es:
  • Vázquez Minguela, Jesús
  • Sánchez Escribano, María Guadalupe
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Fecha: Febrero 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería de Organización, Administración de Empresas y Estadística
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Uno de los sectores que más se ha modernizado en las últimas décadas es, sin lugar a dudas, el de la ganadería, destacando, entre los distintos subtipos, el de la ganadería porcina. El crecimiento de la demanda exterior de productos derivados del cerdo ha supuesto la necesidad de aumentar la producción y rebajar los costes de dicha industria con el fin de mantener (e incluso aumentar) su competitividad en un mercado cada vez más exigente y global. En la búsqueda de un mismo objetivo, la tendencia actual del sector pasa por la agrupación de lo que hasta ahora se podían considerar “pequeñas explotaciones” para dar lugar a otras más grandes en zonas muy concretas de la Península Ibérica. Este hecho, que busca sin lugar a dudas la reducción de los costes de almacenamiento, transporte, etc., ha transformado la estructura de la cabaña porcina en España pasando de un modelo extensivo a uno intensivo. Este nuevo modelo presenta todas las características de cualquier industria y, como tal, está sometida a un conjunto de normas y leyes que se encargan de regular su funcionamiento. Entre el conjunto de documentos normativos que afectan al sector porcino intensivo existen varios que hacen alusión a la gestión de los residuos que se producen en las explotaciones y que, a día de hoy, se ha convertido en un auténtico quebradero de cabeza para los dueños de las granjas. Este proyecto final de carrera tiene como objetivo último el análisis de una de las tecnologías que pueden contribuir a resolver el problema de la gestión de los purines porcinos, que en los últimos años no ha hecho sino agravarse. La gestión actual de los purines en España se lleva a cabo principalmente a través del suelo, empleando los purines como fertilizante. La utilización de esta vía, que representa el destino de prácticamente la totalidad de los purines generados en España, es consecuencia de las directrices contenidas en la normativa, principalmente europea, que abogan por la valorización de los mismos como fertilizante de campos de cultivo. Además, siempre que no exista un exceso de nutrientes en los campos de cultivo cercanos a la explotación, resulta el medio más económico, para el ganadero, de deshacerse de ellos. El principal inconveniente para la valorización agronómica de los purines se da en zonas donde existen elevadas concentraciones de nutrientes disponibles en el suelo. Esto puede ocurrir porque la explotación se encuentre en una zona de alta densidad ganadera o bien porque los agricultores empleen fertilizantes de origen mineral para satisfacer las necesidades de sus cultivos. En cualquier caso la Directiva de Nitratos no hace distinción al respecto y limita la cantidad de nitrógeno que puede aplicarse al suelo por hectárea y por año independientemente de su procedencia. La contaminación de las aguas por nitratos en determinadas zonas del territorio español y las apariciones en prensa de noticias sobre vertidos ilegales de purines son la cara más visible de la contaminación generada pero, la ganadería en general, y los purines en particular, son responsables también de un gran volumen de emisiones contaminantes a la atmósfera de distinta índole. Los periodos de fertilización abarcan pocas semanas al año y, mientras tanto, los purines deben permanecer almacenados en balsas durante meses. Durante el almacenamiento se producen cantidades importantes de emisiones contaminantes a la atmósfera que podrían ser evitadas si los purines se sometieran a un tratamiento inmediato. Además, aún en zonas donde la vía de fertilización resulta apropiada es posible que ésta no siempre se lleve a cabo según las recomendaciones que la normativa y los códigos de buenas prácticas hacen al respecto, generando como resultado, además de una fertilización pobre, un impacto medioambiental de considerable magnitud durante la aplicación del purín al suelo. En este sentido, y aunque no se han articulado aún mecanismos legales, basados en límites de emisión, que sancionen las prácticas inadecuadas, conviene adelantarse a su aparición a través de la búsqueda de soluciones, entre las disponibles actualmente, que permitan, al menos reducir el impacto medioambiental de este tipo de “residuos”. La idoneidad de una u otra solución y las posibilidades de éxito se ven influenciadas no sólo por los objetivos concretos que se establezcan sino también por la escala de aplicación del tratamiento y por determinadas condiciones del entorno. Este trabajo, cuyo objetivo final es determinar en qué medida puede contribuir la digestión anaerobia de purines porcinos a mitigar el problema descrito, parte de una breve introducción que permite aventurar los hitos que han conducido a la situación actual que vive el sector; de ella se desprenden los motivos que han llevado a la realización de este proyecto final de carrera y que han permitido, a su vez, fijar una serie de objetivos concretos a cumplir. Fijado el camino a seguir, el documento inicia una aproximación a la materia a través de la descripción del panorama actual del sector porcino intensivo en España, descrito a partir de una serie de tablas y gráficos que recogen de forma escueta sus características principales así como el funcionamiento habitual de una granja operada bajo este régimen. Así, conocido el origen de las deyecciones porcinas es posible describir de forma más acertada las propiedades de este “residuo” tan característico: en qué cantidades se produce, en qué condiciones y qué composición tiene. En este sentido, se da cuenta, a través de una profunda investigación bibliográfica, de las estimaciones de caudales y composición llevadas a cabo por diferentes organismos y autores versados en la cuestión. El documento recoge un listado de las principales estrategias de gestión habitualmente empleadas en la gestión de los purines porcinos y desarrolla sus características fundamentales, a través de una breve descripción que permite considerar cuáles de ellas resultan más apropiadas a la hora de mitigar los impactos medioambientales de las deyecciones ganaderas. Esta tecnología resulta ser de las pocas que, a priori, permitirían atajar los dos principales problemas de la agricultura, a un bajo coste, incluso en zonas de alta densidad ganadera: el exceso de nutrientes (fósforo y nitrógeno) y las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera. Queda patente a través del estudio realizado que no existe, a fecha de finalización de este proyecto, ninguna técnica, suficientemente extendida a nivel industrial, que permita resolver, en cualquier situación, el problema de los purines porcinos. Partiendo de esta base, y entre las alternativas contempladas, la digestión anaerobia se postula como la alternativa tecnológica más adecuada para resolver, al menos en parte, los problemas de contaminación ya mencionados. La estabilidad y sencillez del proceso, además de la gran cantidad de información recogida en la bibliografía, han permitido llevar a cabo un análisis exhaustivo de cómo funcionan las plantas de fermentación anaerobia que emplean como materia prima deyecciones líquidas excretadas por el ganado porcino. Así, a partir del estudio de diferentes alternativas se llega al diseño de una planta de biodigestión anaerobia de purines porcinos ciertamente versátil, capaz de adaptarse a distintos entornos geográficos, y que pese a la alta variabilidad de la materia prima utilizada proporciona buenos rendimientos de estabilización de la materia orgánica y producción de biogás. Dado que el biogás producido en los reactores anaerobios resulta la principal fuente de ingresos, a través de su combustión en motogeneradores, de este tipo de plantas, se ha dedicado un gran esfuerzo al análisis de varios modelos que permitieran estimar la cantidad de energía producida. Finalmente, por su fiabilidad y por ser un modelo ampliamente utilizado, se ha seleccionado el de Chen y Hashimoto que ofrece unos resultados coherentes y, en cierta medida conservadores. El análisis de viabilidad técnica, contenido en este documento, describe, de forma concreta, el tamaño y las características constructivas de los principales equipos y unidades y contiene además el procedimiento empleado para determinar el balance de materia del proceso. Así, el proceso ha resultado ser técnicamente viable aún con los exigentes requisitos que se han aplicado a su diseño: flexibilidad, robustez, sencillez y respetuoso con el medioambiente. Satisfechos los requisitos técnicos se ha procedido a evaluar en detalle la viabilidad económica de la construcción y operación de varias plantas, de distinta capacidad de tratamiento, para determinar, entre otros aspectos, el modelo óptimo a implementar en distintas situaciones. Para ello se ha realizado la estimación de los costes de inversión, los ingresos y los gastos de una planta tipo, con una capacidad de tratamiento de ochenta toneladas de purín al día, y a partir de ésta se han extrapolado los resultados a plantas de un tamaño superior. Además, se han tenido en cuenta los beneficios asociados a la economía de escala, muy presente en este tipo de instalaciones, y se ha generado un modelo que permite estudiar con relativa sencillez los principales índices de rentabilidad de un proyecto de estas características, en diferentes condiciones. A fin de establecer en qué situaciones, la construcción de este tipo de plantas puede contribuir a reducir los impactos medioambientales de los purines porcinos, se han estudiado distintas posibilidades a partir del planteamiento de varios escenarios entre los que se incluyen: el modelo de financiación habitual a partir de fondos privados y ajenos, modelos de financiación estatal, distintas condiciones del entorno (distancia media de la planta a las explotaciones), y posibles variaciones en las fuentes de ingresos y costes de la instalación. Los resultados obtenidos, y su discusión, resultan una parte fundamental de este proyecto y recogen un análisis completo que condensa de forma sintetizada las conclusiones más importantes al respecto. En cualquier caso, y pese a no ser uno de los objetivos iniciales del trabajo, el desarrollo del mismo ha quedado plasmado en un modelo de cálculo que, de ser validado por la experiencia, posibilitaría su aplicación a estudios posteriores, de carácter más concreto, a la hora de esbozar los costes (e ingresos) reales, derivados de la actividad de la gestión de las deyecciones ganaderas, con la mirada fija en una búsqueda de soluciones que partan de un modelo sostenible a escala local y que pueda exportarse a otras regiones afectadas por los mismos problemas.

Más información

ID de Registro: 45229
Identificador DC: http://oa.upm.es/45229/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:45229
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 17 Mar 2017 07:29
Ultima Modificación: 17 Mar 2017 07:29
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