Viabilidad y balance energético de planta de tratamiento y valorización de suero de quesería con producción de biogás y cultivo de microalgas

Abstract

Cantabria, y más concretamente la comarca de Liébana, es famosa por su tradición y elaboración de calidad en el sector quesero. Sector que produce grandes volúmenes de aguas residuales, habitualmente mal gestionadas, como subproducto de sus procesos de elaboración pero que a su vez poseen un interesante valor nutritivo. Este proyecto propone un estudio a nivel energético y de diseño, en función de la escala de aplicación (contemplándose dos escenarios: planta centralizada y planta integrada en quesería), de la implantación de una planta de tratamiento y valorización de un agua residual como es el suero de quesería. El suero se somete primero a una digestión anaerobia que reduce el contenido de materia orgánica, y el sustrato ya digerido alimenta una laguna de microalgas que depura los nutrientes. En el digestor se genera biogás, con el que puede producirse electricidad y/o calor que contribuyan a la demanda energética de la planta, y las microalgas cultivadas en la laguna pueden ser utilizadas para alimentación animal. De este modo, se promueve un sistema de economía circular y sostenible. El apartado de diseño del proyecto recoge el dimensionamiento de los elementos principales constituyentes de cada escenario de aplicación como son el digestor anaerobio, sistema de cogeneración y recuperador de calor y cultivo de microalgas. Se ha llevado a cabo un balance energético de la planta de tratamiento y valorización identificando los principales elementos consumidores y productores de energía. Los resultados muestran una capacidad de autoabastecimiento de la planta en términos de energía eléctrica en ambos escenarios de implementación. Sin embargo, en cuanto a la energía térmica se concluye que la demanda de calor supera a la producción en los meses con temperaturas más bajas, por lo que se sugiere la compra de combustible y la consiguiente generación de energía térmica adicional para suplir ese déficit. En el segundo supuesto de aplicación (planta descentralizada) la demanda eléctrica es bastante baja por lo que se optaría por destinar la totalidad de la producción energética a producir calor, descartando la cogeneración.

Cantabria, and more specifically the region of Liébana, is renowned for its tradition and high-quality production in the cheese-making sector. This sector generates large volumes of wastewater, often poorly managed, as a by-product of its manufacturing processes, yet these effluents possess significant nutritional value. This project proposes an energy and design-level study, based on the scale of implementation (considering two scenarios: a centralized plant and a plant integrated within the cheese factory), for the installation of a treatment and valorization facility for a specific type of wastewater—cheese whey. The whey is first subjected to anaerobic digestion, which reduces its organic matter content, and the digested substrate then feeds a microalgae pond that removes nutrients. Biogas is generated in the digester, which can be used to produce electricity and/or heat to meet the energy demands of the plant, while the microalgae cultivated in the pond can be used for animal feed. In this way, a circular and sustainable system is promoted. The design section of the project includes the sizing of the main components for each implementation scenario, such as the anaerobic digester, cogeneration system, heat recovery unit, and microalgae cultivation. An energy balance of the treatment and valorization plant has been carried out, identifying the main energy-consuming and energy-producing elements. The results show that the plant is capable of self-supplying electricity in both implementation scenarios. However, regarding thermal energy, it is concluded that heat demand exceeds production during colder months, suggesting the purchase of fuel and the subsequent generation of additional thermal energy to cover the deficit. In the second implementation scenario (decentralized plant), the electricity demand is quite low, so it would be preferable to allocate the entire energy output to heat production, discarding cogeneration.