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AGRALCO: valorización total de residuos vinícolas

Hace unos días, en el marco de la asignatura Valorización de Subproductos de la Industria Alimentaria, del Máster en Tecnología y Sostenibilidad en las Industria Alimentaria de la Universidad Pública de Navarra, tuvimos la ocasión de visitar la empresa Agralco S. Coop. Ltda., situada en Estella (Navarra).

Fundada en 1962, actualmente cuenta con 48 trabajadores en plantilla y factura anualmente más de 12 millones de euros. Es una sociedad cooperativa de la que son socios 250 bodegas y que da servicio a unas 450 (el 100 % de las bodegas de Navarra, y el 80 % de las de la D.O. Rioja), encargándose del tratamiento y valorización de unas 80.000 toneladas anuales de subproductos de vinificación (60.000 t de orujos y 20.000 t de lías).

Orujos almacenados al aire libre para su procesamiento

La empresa cuenta con un sistema integrado de gestión (ISO 9001 + ISO 14001 + OHSAS 18001), y realiza un aprovechamiento prácticamente completo de los subproductos que recibe, funcionando como una auténtica biorrefinería en la que se logra la obtención de diversos productos comercializables, la valorización energética de los residuos, y todo ello tratando de minimizar los impactos medioambientales de la actividad.

(1) PRODUCTOS OBTENIDOS

Alcohol (4.800 toneladas): se obtiene por destilación a partir de las lías, excedentes de vino, y sobre todo de las piquetas obtenidas al lavar los orujos. Mediante varias columnas de rectificación (1-Destrozadora, 2-Concentradora, 3- Hidroselectora, 4-Rectificadora, 5-Desmetilizadora) se obtienen alcoholes de distintas calidades: alcohol bruto (93,5 % vol.) destinado a la obtención bioetanol, alcohol rectificado (96,5 % vol.) parte del cual es deshidratado (alcohol 99,9 %) para su uso industrial o su uso en boca (bebidas espirituosas). Cuando la materia prima es un vino de cierta calidad también obtienen aguardientes (54-77 % en alcohol).

Tartratos (2.500 toneladas). Las vinazas desalcoholizadas resultantes de la columna de destilación 2 se someten a varios tratamientos (acidificación, neutralización, concentración por evaporación, y secado) para obtener tartrato de calcio (50 % de ácido tartárico).

Enocianina (200 toneladas). Este colorante rojo natural se obtiene únicamente en la época de vendimia, cuando se procesan de forma inmediata los orujos tintos frescos, por medio de su lavado, y posterior concentración a vacío y desionización del extracto líquido obtenido. El resto del año no se obtiene enocianina, porque los pigmentos antociánicos de los orujos se degradan con facilidad en cuanto pasan uno o dos días de almacenamiento. El colorante obtenido, dada su alta concentración, tiene una estabilidad mucho más elevada.

Tras el lavado, los orujos que quedan son sometidos a prensado, secado y trillado para separar las pepitas (7 % de humedad, 17 % de materia grasa) y los hollejos deshidratados (14.700 toneladas, 7 % humedad).

A continuación las pepitas se muelen, se comprimen en forma de pellets y se someten a un proceso de extracción con hexano, que permite obtener un aceite bruto de pepita de uva (1.200 toneladas). Actualmente están diseñando la planta de refinado de dicho aceite. El aceite de pepitas de uva es un aceite con un perfil de ácidos grasos mayoritariamente polinsaturado (ácido linoleico, principalmente), sensorialmente muy neutro, y bastante resistente a la temperatura. Por estas razones es un aceite muy apreciado desde el punto de vista culinario en China y otras regiones de Asia. En este momento la empresa produce un aceite bruto, pero están acometiendo las obras para construir una nave de refinado para su purificiación (retirada de ceras, mucílagos, acidez libre, etc.).

(2) TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Los procesos de valorización generan unos efluentes con una carga contaminante muy elevada. En la planta estos efluentes son sometidos a un doble proceso de depuración.

Primero un proceso de digestión anaerobia (biometanización) en el que producen biogás y un digestato líquido del cual a su vez se obtienen por espesamiento, filtración y secado unos fangos con aplicaciones agrícolas y, por otro, unos efluentes líquidos con una carga contamientante todavía elevada.

Estos efluentes líquidos sufren un segundo proceso de depuración consistente en procesos biológicos aerobios de desnitrificación para obtener finalmente unas aguas en condiciones de ser vertidas para su  tratamiento en la depuradora de aguas de Estella.

(3) APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO

La planta es un ejemplo de optimización energética. Desde este punto de vista, realizan un aprovechamiento casi completo de los recursos disponibles.

En primer lugar, el biogás generado en la digestión anaerobia se utiliza como combustible en varios motores de cogeneración en los que se obtiene electricidad, agua caliente y gases de combustión que son aprovechados en el secado de orujos. Nada menos que 3/4 partes de la electricidad consumida en la planta proceden de esta fuente. Esto supone un ahorro anual de más de 2.600.000 kWh.

Por otro lado, los hollejos deshidratados (14.700 toneladas) y la harina de pepitas desengrada (8.000 toneladas) se someten a combustión en una caldera de biomasa Antes de ser evacuados, los gases de combustión generados son aprovechados para la generación de vapor, y tambien para el secado de los orujos.

Otro proceso de optimización es el de concentración de los efluentes en un evaporador de triple efecto. Con esto se obtiene agua caliente secundaria a la que se le da uso, y se disminuye notablemente el volumen de efluentes a depurar.

Finalmente, conviene señalar que, si bien el etanol producido no se aprovecha en la propia planta, como se ha dicho antes buena parte de él tiene un uso posterior como biocarburante (mezclas con gasolina).

 

Manual FUSIONS para cuantificar “food waste”

Resulta evidente que se hace necesario disponer de métodos apropiados y aceptados que permitan cuantificar, monitorizar en el tiempo y comparar datos relativos a las pérdidas y desperdicio de alimentos y/o residuos alimentarios.

En este terreno, las dos iniciativas probablemente más sólidas y con un carácter más internacional son el “Estándar PDA” (WRI, 2016), que se describió en dos entradas previas, y el descrito en esta entrada, el “Food waste quantification manual to monitor food waste amounts and progression”, en adelante Manual FUSIONS publicado también en 2016 en el marco del proyecto UE “Reducing food waste through social innovation”.

Ambos protocolos se fueron desarrollando casi simultáneamente. FUSIONS participó en el proceso de creación del Estándar PDA, y en el propio Manual FUSIONS aparecen repetidas referencias al Estándar PDA. Por ello, ambos protocolos tienen bastantes similaridades pero también algunas diferencias, que vamos a tratar de resaltar aquí.

Estandar PDA vs Manual de cuantificación FUSIONS Fuente: traducido a partir de FUSIONS (2016) – Food waste quantification manual to monitor food waste amounts and progression

¿Hacia quién van orientados ambos protocolos?

El Estándar PDA persigue que exista una norma global de referencia que permita cuantificar y publicar datos sobre la pérdida y el desperdicio de alimentos de acuerdo a unos requisitos y procedimientos universalmente aceptados. Está dirigida a cualquier tipo de entidad, pública o privada, de cualquier tamaño: un gobierno, un municipio, una región, una empresa de cualquier tipo, ONGs, centros educativos, etc.

El Manual FUSIONS está dirigido principalmente a las autoridades competentes de los Estados Miembros de la UE, y pretende servir de guía para:

  1. Cuantificar los residuos alimentarios en cada sector de la cadena alimentaria
  2. Combinar las cuantificaciones sectoriales
  3. Informar de los resultados obtenidos en estudios nacionales de cuantificación de residuos alimentarios de una forma consistente y comparable.

¿Definen lo que se debe o no cuantificar?

El Estándar FDA no fija una definición concreta, sino que señala que cada entidad debe
decidir qué materiales cuantifica (las partes comestibles o alimentos, las partes no comestibles, o las dos cosas).

El Manual FUSIONS por su parte, sí establece una definición de “food waste”, que es la definición FUSIONS (2014), descrita en una entrada anterior.  En ella se contemplan tanto las partes comestibles (food) como las no comestibles, que “salen” de la cadena alimentaria.

¿Qué destinos de los materiales se contemplan?

Ambos protocolos contemplan básicamente los mismos posibles destinos de los materiales analizados, con algunos matices que aparecen en la tabla siguiente:

Destinos PDA vs FUSIONS

Destinos FUSIONS vs Destinos del Estándar PDA. Fuente: traducido a partir de FUSIONS (2016) – Food waste quantification manual to monitor food waste amounts and progression

Una cuestión importante en este punto es recordar que la definición FUSIONS de “food waste” excluye de la misma aquellos materiales que se dirigen a los destinos B1 y B2, y define para ambos otra categoría distinta (“valorisation and conversion”). Por ello, estrictamente hablando, un estudio de cuantificación de residuos alimentarios que siguiera el Manual FUSIONS no incluiría dicha categoría.

No obstante, el propio manual realiza una recomendación opicional señalando que la inclusión en el estudio de los destinos B1 y B2, puede ser interesante de cara a obtener una imagen completa de los flujos de materiales y comprobar las cantidades obtenidas de manera coherente.

¿Establecen los métodos de cuantificación a aplicar?

Ambos protocolos proponen (pero no imponen) los mismos 10 métodos de cuantificación (peso directo, contaje, análisis de composición de residuos, balances de materia, encuestas, etc.). En el manual FUSIONS estos métodos se describen muy brevemente, mientras que el Estándar PDA lo hace en detalle en un documento adjunto (WRI, 2016. Guidance on FLW quantification methods).

¿Establecen recomendaciones específicas para los distintos eslabones de la cadena alimentaria?

El estándar PDA está dirigido a cualquier entidad de cualquier sector, y no hace especial hincapié en recomendaciones sectoriales. Por su parte en el Manual FUSIONS los capítulos 4 a 9 están dedicados a hacer recomendaciones para la aplicación del mismo en:

  • Cap. 4. Estudios nacionales de cuantificación de residuos alimentarios (NFWQS: National Food Waste Quantification Study)
  • Cap. 5. Producción primaria (agricultura, ganadería, acuacultura, pesca)
  • Cap. 6. Procesamiento y manufactura
  • Cap. 7. Distribución mayorista y minorista
  • Cap. 8. Hostelería, restauración y catering
  • Cap. 9. Hogares

Combiene señalar para acabar que el  propio Manual FUSIONS dice que si bien no está diseñado como procedimiento operativo para la cuantificación in situ de los residuos alimentarios (por ejemplo en una industria alimentaria, un restaurante, una explotación agrícola o ganadera, etc.), las recomendaciones sectoriales que describe pueden ser muy útiles con dicho fin.

En este sentido, el uso combinado del Estándar PDA junto a las recomendaciones del Manual FUSIONS puede ser la mejor opción.

Referencias

 

 

 

 

 

La jerarquía de residuos en el ámbito alimentario, según WRAP

En una entrada anterior se señalaba cómo el artículo 8 de la Ley 22/2011 de residuos y suelos contaminados establece la muy conocida jerarquía de residuos que “servirá de orden de prioridades en la legislación y la política sobre la prevención y la gestión de los residuos”.

En esta breve entrada se presenta la adaptación que hace WRAP (Waste and Resources Action Programme, Reino Unido) de dicha jerarquía al ámbito de los residuos alimentarios de las empresas que operan en el sector de alimentos y bebidas.

La jerarquía establece que la opción más favorable es la minimización de residuos, es decir, la reducción de la cantidad de materias primas, ingredientes, productos no aprovechados y convertidos en residuos.

La redistribución de alimentos a través de bancos de alimentos o entidades semejantes entre la población más necesitada sería la siguiente opción, que evidentemente está muy condicionada por cuán percedero sea el alimento en cuestión, y por la existencia o no de la capacidad logística necesaria para hacer frente a la clasificación, almacenamiento y distribución segura e higiénica de los excedentes alimentarios.

La tercera opción sería dirigir los residuos/subproductos hacia la alimentación animal. Esta opción es probablemente la más frecuente en muchos subsectores alimentarios, en particular en las industrias de frutas y hortalizas, cervecería, azúcar, y en general, en el procesado de materias primas de origen vegetal.

Estas tres primeras opciones constituirían actividades de prevención, en el sentido de que impiden que alimentos comestibles se conviertan en residuos. Las siguientes opciones constituirían ya operaciones de tratamiento de residuos.

Dentro de estas opciones las más recomendables serían la transformación biológica de los residuos a través de digestión anaerobia y/o compostaje, entendidas estas como operaciones de valorización (reciclaje).

A continuación se situaría la valorización de los residuos a través de su incineración en condiciones controladas para la hacer posible la recuperación y aprovechamiento de la energía generada (en forma de calor, electricidad).

Y, por último, las opciones más desfavorables serían las de eliminación: la incineración sin recuperación energética y el vertido en vertederos o alcantarillado.

 

Biorefinería para la valorización de orujos de uva

Esta entrada es un resumen de la siguiente publicación, en la que un grupo de investigadores italianos traslada el concepto de biorefinería a la valorización de residuos vitivinícolas.

Martinez, G.A.; Rebecchi, S.; Decorti, D.; Domingos, J.M.B.; Natolino, A.; Del Rio, D.; Bertin, L.; Da Porto, C.; Fava, F.  Towards multi-purpose biorefinery platforms for the valorization of agro-industrial wastes: production of polyphenols, volatile fatty acids, polyhydroxyalkanoates and biogas from red grape pomace. Green Chemistry (2016), Vol. 18, 261–270

Los orujos de uva (aproximadamente 50 % pieles u hollejos, 25 % pepitas, 25 % raspones), son los principales residuos obtenidos en la elaboración de vino. Representan el 18% en volumen del vino producido, de modo que, teniendo en cuenta que en 2014 se produjeron 279 millones de hL de vino (OIV), la cantidad generada de este subproducto a nivel mundial fue de 5 millones de toneladas.

Hasta hace unos años la legislación europea obligaba a someter los orujos a destilación. No obstante el reglamento CE 479/2008 revocó esta obligatoriedad y promovío la eliminación gradual de los subsidios a la destilación.

En este contexto los autores señalan que muy probablemente esto favorezca la búsqueda de alternativas para la gestión y valorización de los residuos vitivinícolas. Su trabajo es una propuesta de aplicación del concepto de biorrefinería multi-propósito en etapas, persiguiendo una explotación completa de los orujos. En su opinión, las ventajas que presentan los procesos de biorrefinería multi-propósito en etapas, frente a opciones menos integradas serían:

  • Optimizar los costes de inversión
  • Diversificar los beneficios
  • Minimizar los residuos generados
  • Auto-suficiencia energética

La biorrefinería propuesta incluiría cuatro procesos secuenciales, en los que se obtienen diferentes productos:

Frago_biorefineria_residuos vino

1º- Extracción de polifenoles

Se compara la extracción con CO2 supercrítico con un 10 % de disolución acuosa de etanol al 57 % (v/v) (Figura 1), que se lleva a cabo en una planta piloto comercial, con la extracción convencional (con metanol).

Extracción de polifenoles

Figura 1: Esquema experimental de la extracción de polifenoles con CO2 supercrítico

Con CO2 supercrítico se extraen más compuestos polifenólicos y, selectivamente, más proantocianidinas. Asimismo, la actividad antioxidante es mucho mayor que la obtenida a través de la extracción convencional.

2º- Producción de ácidos grasos volátiles

Los orujos de uva resultantes tras la extracción de polifenoles, se someten a una digestión acidogénica anaerobia húmeda con microrganismos acidogénicos (Figura 2).

Producción de VFAs

Figura 2: Esquema experimental de la producción de ácidos grasos volátiles

Los orujos de los que se parte en esta fase contienen 81 % de sólidos volátiles y  85 % de materia orgánica susceptible de transformarse en ácidos grasos volátiles. La extracción de polifenoles previa no afecta a este proceso, y tras 16 días de digestión, la fracción líquida es relativamente rica en ácidos grasos volátiles totales (VFAs), especialmente ácido acético y ácido butírico.

Esta fracción líquida se destina a la producción de polihidroxialcanoatos (PHA) mediante fermentación con Cupriavidus necator, mientras que el residuo sólido se somete a digestión anaerobia para obtención de biogás.

3º- Producción de polihidroxialcanoatos

Se realiza un proceso en dos etapas (Figura 3):

Producción de PHAs

Figura 3: Esquema experimental de la producción de polihidroxialcanoatos

Se comparan los resultados alimentando el proceso con 20 % y 40 % del efluente rico en VFAs, obteniéndose mayor concentración de PHAs con el 40 %. Se comprueba que sólo los VFAs son los responsables de la producción de PHAs empleando también muestras control y comparando la reducción de la DQO empleando los efluentes ricos en VFAs vs. las muestras control. Asimismo, no hay ninguna sustancia en el medio que inhiba el proceso.

El polímero obtenido es prácticamente sólo PHA, y éste tiene pocas aplicaciones por su elevada cristalinidad y la cercanía entre sus temperaturas de fusión y degradación. No obstante, la adición de ácido propiónico o ácido valérico, ambos ácidos grasos volátiles, dan lugar a un co-polímero más fuerte y flexible.

4º- Producción de biogás

Con los sólidos resultantes de la digestión anaerobia, inoculando bacterias metanogénicas, se lleva a cabo una digestión anaerobia (Figura 4), obtiéndose biogás con una composición final de 67,4 % CH4 y 32,6 % CO2.

producción de biogás

Figura 4: Esquema experimental de la producción de biogás

Los autores señalan que el rendimiento obtenido es menor que partiendo de los orujos sin tratar; por lo que es necesario optimizar este proceso.

Información adicional:

Los siguientes enlaces corresponden a estudios sobre la valorización de orujos de uva, relacionados con las vías contempladas en este trabajo:

AINIA. Biorrefinerías, valor para desechos como hollejos, pepitas de uva y lías de fermentaciones vinícolas.

Energías Renovables. El valor de los hollejos y las pepitas de las uvas para el biogás.

Martín J. El futuro de los biocombustibles: Biorrefinerías integradas. Universidad de Valladolid, 2009