¿Pueden los sistemas alimentarios, además de alimentar a la población mundial, contribuir al ahorro de energía y mitigar la emisión de gases de efecto invernadero?

17 de febrero de 2022

¿Cuándo y Cómo pueden hacerlo? Una de las respuestas, con tecnología contrastada, es el aprovechamiento de los residuos ganaderos como contribución al ahorro de energía y la mitigación del cambio climático. Estamos viviendo una desbocada crisis de los precios de la energía. La volatilidad de los precios de la energía tiene caracteres espectaculares y me atrevería a decir que alarmantes probablemente influidos también por la pandemia del COVID 19.

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Efectivamente, durante los doce últimos meses (febrero 2021 a febrero 2022), el barril de petróleo Brent subió un 58,93 %, el gas natural un 51,80%, la gasolina un 60,99 %, el gasoil un 66,73 %, el carbón 161,97% y el etanol un 22,37 %. Pero las oscilaciones de los precios diarios de los combustibles emanan una volatilidad de precios muy superior en los dos últimos años. Se han producido bajadas y picos de precios diarios todavía más notables que oscilan en el otoño de 2020 desde 11,26 US$ el barril Brent de petróleo hasta 92,31 US$ en principios de febrero de 2022 y que hoy en día se acercan a los 100 US$. Es decir, una oscilación brutal que multiplica por ocho la variación de precios del petróleo en este breve periodo de tiempo.  Esta alborotada situación causa graves problemas con múltiples y diversos impactos económicos, sociales y sanitarios en la ciudadanía y particularmente en el funcionamiento de los sistemas alimentarios.

Las explotaciones agrarias que tienen una enorme dependencia de la energía fósil enfrentan una situación crítica. La crisis en el sistema de producción de alimentos, derivada de la deplorable situación energética, es evidente y la falta de capacidad de reacción de los afectados no ayuda a mantener su forma de ganarse la vida. La resiliencia de los que trabajan en la agricultura brilla por su ausencia.  

Por otra parte, en relación con el cambio climático, la  tipología de las actividades emisoras de Gases de Efecto Invernadero (GEI) en las explotaciones agrarias establece cuatro grupos nítidamente diferenciados que de mayor a menor impacto se exponen seguidamente: a) la fermentación entérica del ganado rumiante (vacuno, ovino y caprino) con una incidencia parcial del 40 % y global del 2,8% del total de emisiones mundiales; b) la gestión  del estiércol y de los excrementos del ganado con impacto parcial del 23 % y global del 1,61%; c) la utilización de fertilizantes inorgánicos sintéticos con efectos parciales  del 13% y globales del 0,91%; d) el cultivo del arroz con encharcamiento que supone un  parcial del 10 % y global del 0,7%; e) la quema de pastizales, residuos de alimentos y praderas con un parcial del 5% y global del 0,35%. Se puede apreciar que las dos terceras partes de las emisiones corresponden a los dos primeros epígrafes relativos a la ganadería.

La ventaja que presenta un análisis energético de los sistemas alimentarios   frente a un análisis de carácter económico es la permanencia de la huella energética de los diferentes elementos que participan en los procesos de producción, transformación, distribución y consumo de los alimentos a lo largo periodos dilatados en el tiempo. Caso completamente diferente de su huella económica que depende de la variabilidad y la volatilidad de los precios, de los fenómenos adversos súbitos como las erupciones volcánicas o de la aparición imprevista de una pandemia de enorme impacto en diferentes ámbitos laborales, sanitarios y sociales de la ciudadanía. Hay que añadir la diversidad de países con contextos diferentes e impactos notables según su distribución geográfica en continentes, regiones y ecosistemas del planeta. Circunstancia que todavía alborota un poco más el análisis y valoración de la huella económica de los alimentos.

La huella energética

El consumo energético para producir un Kg de fertilizante, deshidratar una tonelada de alfalfa verde o producir un kg de arroz, es decir su huella energética, está vinculado a un conjunto de relaciones técnicas cuantitativas de carácter permanente que solo se modificaría como resultado de un avance de la investigación científica que siempre incorpora incertidumbre en su plazo de aplicación. La práctica de la ingeniería, basada en la aplicación de conocimientos científicos contrastados, con elementos relacionados cuantitativamente, y una ejecución rápida, segura, y sujeta a cumplimiento en  plazo fijo identifica la huella energética como un coeficiente técnico constante. Son cantidades inalterables con independencia del tiempo y el lugar en el que se utilicen.

El Nexo operativo de alimentación, energía y cambio climático no solo identifica interrelaciones con sinergias y efectos adversos (trade-offs) sino que necesita cuantificar diferentes aspectos y coeficientes numéricos en las distintas tecnologías, manejando parámetros que definen el camino de resolución de los problemas.

El aprovechamiento de residuos en las explotaciones agrícola-ganaderas.

Constituye una fuente y un proceso relevante que puede contribuir al ahorro de energía y a la mitigación del cambio climático con la tecnología de digestión anaerobia, ausencia de oxígeno, de los residuos ganaderos estiércol, purines etc. Se persigue con ello reducir la huella contaminante de dichos residuos que es el 1,61 % de la emisión mundial de gases de efecto invernadero asi como alcanzar la autonomía energética de las explotaciones agrícola-ganaderas  

Basándonos en ello, se pueden aprovechar entre otros productos, los residuos ganaderos y estiércoles, que actualmente provocan graves problemas sanitarios y ecológicos con significativas contribuciones a las emisiones de gases de efectos invernadero GEI y que en el caso de depuración convencional mediante un proceso aerobio consumen grandes cantidades de energía.

La generación de biogás se puede traducir  de forma inmediata y sencilla, sin complicaciones, en producción de energía eléctrica, en tanto que los productos digeridos resultante del proceso de fermentación anaerobio, constituyen fertilizantes de gran calidad y fácil asimilación y  que a su vez, se  pueden aplicar  como principio nutritivo en cultivos hidropónicos, de microalgas y en  piscifactorías, Contribuyen de esta forma a la consolidación de la economía circular en las explotaciones agrícola ganaderas.

En los casos en que se lleve a cabo un tratamiento más completo, se puede obtener al final del proceso agua limpia desinfectada y fertilizantes solidos distribuidos con maquinaria agrícola sobre el terreno de la explotación agraria.  

Se trata, por consiguiente, de una acción de fines múltiples con impactos favorables a tres bandas, la fertilizante, la energética y la ecológica, en una operación consistente y significativa de contribución la mitigación del cambio climático.

Descripción del proceso de fermentación

El proceso digestivo realizado en ausencia de oxígeno mediante bacterias especializadas anaerobias requiere un depósito de fermentación que puede ser un silo hermético, aislado térmicamente dotado de tecnología de control que gestione el acceso y salida de productos semisólidos, líquidos y gaseosos y además dotado de control permanente de temperatura. Dicho deposito se le denomina en la literatura como “El Digestor”.

Una na vez cargado el digestor, y para que el proyecto se desarrolle es necesario que las bacterias aerobias eliminen todo el oxígeno introducido en los residuos. Cuando el oxígeno ha desaparecido comienza la digestión, dando lugar a una serie compleja de reacciones   ocasionadas por varias poblaciones bacterianas sucesivas. El desarrollo rápido de estas poblaciones bacterianas selectivas hace que no proliferen las colonias parasitarias de bacterias sulfo-reductoras o de la putrefacción.

En la gasificación se distinguen dos vías

  1. La reducción de gas carbónico CO2 +4H2 +bacterias que origina metano y agua
  2. La reducción de ácidos orgánicos + bacterias que originan metano y CO2.

La digestión de estiércoles por la segunda vía produce el 70% de los gases de digestión. Para que se cumpla el proceso descrito anteriormente es preciso que se cumplan dos tipos de condiciones

  1. Condiciones esenciales: desarrollo del proceso en anaerobiosis y existencia de bacterias especializadas metanizantes
  2. Otras condiciones: necesarias para el normal desarrollo del proceso o bien para aumentar la productividad del proceso de digestión, tales como las condiciones de la materia a digerir, el control de temperatura, el control del pH y el tiempo de la digestión.

La producción de biogás, así como su contenido en metano, a partir de un 1 kg de materia orgánica, varia ampliamente entre 100 y 600 litros de biogás con un contenido de metano entre el 50 y el 75 %.

El biogás tiene un peso específico más bajo que el aire (0,55 biogás /por litro de aire) circunstancia que supone una ventaja desde el punto de vista de la seguridad de las instalaciones. Su olor es característico y semejante al percibido en un establo, circunstancia que permite su detección en caso de fuga.

El poder calorífico del biogás oscila entre 5.000 y 6.300 kcal por metro cubico; menor que el del metano, 9.000 a 10.000 kcal / metro cubico, el del gas natural entre 10.000 y 20.000 y el del butano entre 25.000 y 30.000 kcal /m3.

El biogás al ser un excelente combustible puede utilizarse directamente en todos los aparatos de gas, domésticos e industriales mediante una pequeña adaptación de los que madores, Puede utilizarse también como carburante en los motores de explosión y diésel previa adaptación y reglaje.

La aplicación a los motores fijos de explosión presenta grandes perspectivas al poder utilizarse para la producción de energía eléctrica por grupos electrógenos, para bombeo y distribución de agua, y para otra instalaciones y centrales de calor -fuerza etc.

Una vez finalizada la digestión, además del biogas, se obtiene un residuo aprovechable con grandes propiedades fertilizantes. El proceso no disminuye el valor fertilizante de la materia prima empleada. El nitrógeno no sufre perdidas, como en los tratamientos normales de estiércoles y como mínimo se encuentra disuelto un 50% en forma de amoniaco, incrementando grandemente su capacidad de utilización. El contenido de fosforo permanece invariable y el potasio utilizable está comprendido entre el 75 % y el 100 %. El contenido en solidos se reduce después de la digestión en un 40-50 %. El DBO5, indicador de contaminación, del estiércol liquido se reduce entre 5 y 7 veces después de la digestión.

El material fluido del proceso puede directamente aplicarse como fertilizante, distribuyéndose sobre el terreno en cisternas o también en el riego por aspersión, siempre que se hayan filtrado las materias solidas.

El fluido puede utilizarse también para cultivos hidropónicos de forrajes uy algas e incluso incorporarse en las cadenas alimentarias de piscifactorías.

Ejemplos de Aplicacion

  1. Aprovechamiento de residuos ganaderos en una explotación de 100 vacas lecheras sin cebo de terneros

La producción diaria de purín en una explotación de 100 vacas lecheras es de 5,6 m3. Sería necesario un digestor de 100 m3. La producción disponible de biogás es de 95 m3 día pudiendo generar una potencia continua de 7,8 KW. Las producciones medias mensuales resultantes son de 5600 kWh y 9.900 megacalorias de agua caliente.

El consumo energético medio mensual de la explotación es de 3.100 kWh.

El balance energético permite una autonomía energética total en la explotación ganadera y provoca también excedentes positivos. Se obtienen en el proceso, además 40 toneladas/año de compost y 1.600 m3 de residuo digerido con contenido fertilizante de alta calidad y ahorro económico al sustituir la compra de fertilizantes sintéticos, que son además contaminantes.

  1. Aprovechamiento de los residuos ganaderos de 300 cerdas madres en ciclo cerrado.

La producción diaria de purín es de 10,8 m3. La instalación del digestor seria de 200 m3. La producción disponible de biogás que puede obtenerse es de 165 m3 día, pudiendo generar una potencia continúa de 13,7 kW y recuperar calor del grupo generador. Las producciones medias mensuales resultantes son de 9.800 kWh y 17.200 megacalorías (agua caliente a 80 ºC).

Los consumos medios de la explotación son 13.250 kWh y 21.000 megacalorías.

El balance energético es positivo. Ahorra energía. Permite por lo tanto un alto grado de autonomía de la explotación, teniendo en cuenta que durante los meses de invierno puede quemarse directamente el biogás para producir el calor necesario en la explotación, especialmente en las salas de parto de las cerdas madres. Además, se obtiene en el proceso 77 toneladas de compost y 3.100 m3/año de residuo digerido con contenido fertilizante. Aspecto este último que reduce la compra de fertilizantes sintéticos altamente contaminantes.

Conclusión

Existen tecnologías contrastadas  que permiten a los sistemas alimentarios contribuir al ahorro energético y la mitigación del cambio climático. La adopción de tecnología, capacitación, extensión agraria, inversiones, crédito, colaboración de la iniciativa público-privada en este tema son necesarios e imprescindibles.  Sabemos perfectamente lo que hay que hacer, como hacerlo y en plazo razonable.  Solo hace falta apoyo político y compromiso de acción de todos los agentes de los Sistemas Alimentarios.

Nota final. Este tema comenzó a investigarse en el Departamento de Proyectos de Ingeniería de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos de la Universidad Politécnica de Madrid, en colaboración con el Profesor P.N. Hobson, University of Aberdeen (UK) y apoyado  por la Diputación Provincial de Soria en 1980. 12 años antes que la celebración de la Cumbre de la Tierra de Rio de Janeiro.   

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