Stripping de amoníaco del digestato: cómo funciona, cuánto cuesta y qué se obtiene

El stripping de amoníaco es un proceso en el que el nitrógeno amónico se transfiere de un líquido (normalmente la fracción líquida del digestato tras la separación) a una corriente de gas, para luego ser fijado en un ácido en forma de sal, generalmente sulfato de amonio. La condición para una eliminación eficaz es desplazar el equilibrio NH₄⁺ ⇄ NH₃ hacia el amoníaco libre mediante el aumento del pH y la temperatura; la recuperación típica oscila entre varias decenas por ciento y más del 90 % del nitrógeno amónico. El producto, una disolución de sulfato de amonio, es un fertilizante nitrogenado concentrado con un volumen significativamente menor que el del digestato.

Principio de funcionamiento

1. Preparación del líquido: la fracción líquida tras la separación (para reducir los sólidos en suspensión y evitar la obstrucción del relleno) se calienta, a menudo con calor residual procedente de la cogeneración (CHP).
2. Aumento del pH: la adición de una base (hidróxido de sodio o cal) o la desgasificación de CO₂ eleva el pH a valores del orden de 9–10 o superiores; cuanto mayor sea el pH y la temperatura, mayor será la proporción de NH₃.
3. Eliminación: en una columna de relleno, el líquido desciende mientras que el aire o el vapor fluyen en contracorriente y arrastran el NH₃.
4. Absorción: la corriente de gas con amoníaco se dirige a un lavador con ácido sulfúrico; se forma sulfato de amonio (NH₄)₂SO₄, normalmente en forma de disolución con una concentración del orden de varias decenas por ciento en masa.
5. Circuito de gas: el aire tras el lavado puede volver al proceso de stripping.
6. Líquido tras el proceso: presenta un contenido reducido de nitrógeno amónico y puede utilizarse como diluyente en el digestor o aplicarse en el campo.

Debido al equilibrio, el NH₃ libre representa una fracción significativa del TAN solo a pH elevado. La fórmula se presentó en el artículo sobre la inhibición por amoníaco. A 70 °C, el pKa es aproximadamente 8,0, por lo que incluso a pH 9 predomina la forma libre.

Ejemplo de balance

Supuestos: 10 000 m³ de líquido al año, TAN = 3,0 g N/l (30 t N anuales), recuperación del 80 % (24 t N). El sulfato de amonio contiene aproximadamente un 21,2 % de N (28 / 132), por lo que la masa de sal = 24 / 0,212 ≈ 113 t (en forma sólida); en disolución al 35 %, esto equivale a unas 320 t de disolución anuales. Consumo de ácido sulfúrico: 1 mol de H₂SO₄ fija 2 moles de NH₃, es decir, 24 000 kg de N / 14 = 1 714 kmol de N → 857 kmol de H₂SO₄ ≈ 84 t de ácido al 100 % (aproximadamente 86 t con ácido al 98 %). Además, se requiere una base para elevar el pH y energía térmica para calentar el líquido. El consumo exacto depende de la alcalinidad del líquido (una alcalinidad elevada implica un mayor consumo de base).

Variantes tecnológicas

Ventajas

• reducción del contenido de nitrógeno en el líquido, facilitando el cumplimiento de los requisitos para su aplicación en campos,
• producto fertilizante de composición estable y bajo volumen, fácil de transportar,
• reducción de la inhibición por amoníaco cuando el líquido tras el proceso se recircula al digestor,
• posibilidad de comercializar el nitrógeno.

Limitaciones y costes

• costes de productos químicos (ácido, base), energía y mantenimiento,
• necesidad de separación previa y eliminación de sólidos en suspensión,
• incrustaciones de carbonatos en las columnas,
• gestión de la disolución de sulfato de amonio: estatus legal y calidad del producto (contenido en metales); su venta como fertilizante requiere cumplir con los requisitos para productos fertilizantes, que deben verificarse en cada caso concreto,
• riesgo de emisiones de amoníaco y necesidad de medidas de seguridad laboral al manipular ácidos y bases.

Cuándo es viable

1. El digestato presenta una alta concentración de TAN (varios g N/l) y aumenta el coste de gestión del nitrógeno.
2. Existe inhibición por amoníaco que obliga a limitar las dosis.
3. Se dispone de calor residual a bajo coste.
4. Existe un mercado para el fertilizante nitrogenado.

Lista de verificación para la decisión

• Mida el TAN, el pH, la alcalinidad y los sólidos en suspensión del líquido.
• Calcule el balance de N y el consumo de reactivos para la recuperación prevista.
• Verifique los requisitos legales para el producto y la instalación (emisiones, almacenamiento de productos químicos).
• Compare con alternativas: dilución, modificación de la mezcla de sustratos, transporte del digestato a los destinatarios.
• Solicite al proveedor referencias con digestatos de mezclas similares.

El stripping es una herramienta útil en instalaciones con exceso de nitrógeno, pero rara vez es la primera opción: en primer lugar, conviene optimizar la mezcla de sustratos y la logística.

Explotación y problemas típicos

En la práctica, los mayores problemas son la incrustación de carbonatos en el relleno de la columna (requiere lavados periódicos con ácido), la obstrucción del sistema por sólidos en suspensión debido a una separación insuficiente, la corrosión y las fluctuaciones en la concentración del producto. Es recomendable medir de forma continua el pH, la temperatura, el caudal de líquido y aire, así como la concentración de TAN a la entrada y salida; una disminución en la recuperación es la primera señal de contaminación del relleno. La disolución de sulfato de amonio se almacena en depósitos químicamente resistentes, con protección contra fugas y control de ventilación, y el personal requiere equipos de protección individual y formación en el manejo de ácidos y bases.