El digestato procedente de plantas de biogás incrementa hasta en un 60% la producción de raigrás

El tratamiento del purín en plantas de biogás reduce las emisiones y mejora la producción de forrajes. Son las dos principales conclusiones de dos proyectos complementarios coordinados por la Escuela Politécnica Superior de Ingeniería de la USC en el Campus de Lugo y el IRNAS-CSIC (Sevilla) y presentados recientemente en la 63ª Reunión de la Sociedad Española de Pastos celebrada en Lugo por los investigadores del grupo UXAFORES de la EPS Daniel Silva y Antonio Moreno.

El proyecto Agromanure se ha localizado en la comarca de Lugo en colaboración con la cooperativa Aira, desarrollando una planta piloto de biogás en la que obtener un digestato a partir de purín de vacuno con el que estudiar posteriormente su comportamiento agronómico como fertilizante, mientras que el proyecto Agrores se ha desarrollado tanto en Galicia como en Andalucía occidental enfocado en la producción de distintos subproductos a partir del digestato obtenido.

Ambos proyectos han recibido financiación del Ministerio de Ciencia e Innovación y de la Agencia Estatal de Investigación a través de fondos europeos y se extenderán hasta 2028, con la intención de analizar la viabilidad de escalar la planta piloto de producción de biogás diseñada por la empresa Sologás (planta de codigestión con un digestor de 7 m3 totales y 4,7 m3 de volumen útil) a nivel industrial y estudiar la mejor ubicación en el entorno de Lugo (entre Lugo y Guntín) para su instalación.

Se utilizó una planta piloto desarrollada por la empresa Sologás y se analiza la viabilidad de su escalado industrial

Para ello, el proyecto ha desarrollado, gracias a la participación del Laboratorio do Territorio (LaboraTe) y del Sistema de Información Territorial de la USC, un innovador Sistema de Apoyo a Decisiones Espaciales (SDSS), una plataforma geoespacial pionera en Europa que integra datos logísticos, agronómicos y legales para optimizar la gestión de purines y los digestatos resultantes de la digestión anaeróbica. Gracias a sus algoritmos de optimización, se reducen considerablemente (más de un 23%) los kilómetros de transporte, generando ahorros importantes en combustible.

Alternativa más eficaz y sostenible

Daniel Silva ha concretado el punto de partida del que surgen ambos proyectos: “nos encontramos con un empobrecimiento de los suelos, como consecuencia de una agricultura intensiva, y con una baja sostenibilidad ambiental, por contaminación de la atmósfera, el suelo y el agua, derivada de la fertilización a base de la utilización de abonos de síntesis química y la aplicación directa de purín”.

“Lo que proponemos es un sistema de economía circular donde el purín de las vacas de explotaciones lácteas se transforma con otros residuos de la industria agroalimentaria mediante digestión anaerobia y se obtiene un producto, que es un digestato, para aplicar como fertilizante en los propios cultivos de los que se alimentan esas vacas productoras del purín”, explica.

La aplicación directa de purín deriva en problemas ambientales

Por su parte, su compañero Antonio Moreno ha detallado los datos obtenidos en los ensayos realizados en campo (datos de producción en una pradeira en Meira) para comprobar y evaluar el potencial fertilizante de los lodos de digestión anaerobia (digestato) en comparación con el sistema de fertilización tradicional con purín de vaca, así como los experimentos llevados a cabo en laboratorio para medir las emisiones de gases de efecto invernadero en ambos casos.

“El balance de nutrientes del digestato, sobre todo la mayor presencia de fósforo, junto con el aporte de materia orgánica, hace que haya una mayor producción de hierba”, indica. Además, el digestato presenta unos valores de potencial de calentamiento global menores, por lo que se postula como una mejor opción a la fertilización tradicional con purines, concluye.

El purín: ¿un recurso o un problema?

Galicia cuenta con un censo total de animales en producción que generan purín de unas 690.000 UGM (incluye vacuno de leche, cebaderos de terneros, producción porcina y avicultura). En total se generan en la comunidad un total de 8,5 millones de metros cúbicos de purín al año, la mayor parte de vacuno (57%), seguido de porcino (35%) y avícola (9%).

Dentro de los proyectos del grupo UXAFORES de la Politécnica de Lugo, en los últimos años se ha realizado un muestreo de purines de vacuno lácteo en la zona centro-sur de la provincia de Lugo, seleccionando 10 granjas distintas cuyas analíticas de nutrientes y metales pesados han permitido obtener una radiografía de cómo cambia la concentración de purines de la zona con el tiempo, a fin de conocer este residuo para utilizarlo en digestión anaerobia.

El digestato tiene un 35% más de carbono que el purín y genera un 30% menos huella ambiental

“La digestión anaerobia de purines y subproductos genera un valor añadido, como es el biogás, que ayuda a optimizar los costes derivados de la confección de biofertilizantes más estables (35% más de carbono) y más ecológicos (30% menos huella ambiental)”, defienden los autores del estudio.

Proceso de tratamiento del purín

La codigestión anaerobia del purín para la producción de biogás es un proceso de tratamiento mesófilo (37-38ºC). Alcanzar estas temperaturas es importante de cara a la higienización del digestato resultante. Además, se trata de una digestión húmeda, en la que el porcentaje de materia seca no será superior al 12%.

Del purín obtendríamos biogás, por lo que sería una fuente de energía, y una serie de fertilizantes orgánicos

“El producto resultante contiene una concentración acuosa importante, por lo que tenemos que buscar la manera de recudir el contenido en agua del digestato, bien sea mediante procesos mecánicos (separación mediante tornillos o nanofiltración) o con compostaje”, explica.

Este proceso termófilo, mediante la mezcla del digestato con restos de poda y jardinería, supone un grado más de transformación y derivaría en la obtención de otro fertilizante más completo, el compost de digestato.

“Tenemos un problema, que es el transporte del producto final, debido al exceso de contenido acuoso, que se mejora al mezclar el digestato con restos secos de poda, porque estaríamos retirando agua y haciendo más eficiente y barato el sistema”, asegura Daniel.

Al mezclar el digestato con restos de poda logramos un compost que elimina agua e higieniza el producto, algo importante para cumplir con la legislación

Se trataría de una alternativa a la extracción mecánica de agua del digestato que mejora además la higienización y estructura del abono resultante. “A mayor temperatura, mayor higienización, algo importante para cumplir con la legislación”, explica Daniel.

Mezcla con otros residuos de la industria alimentaria

Durante los ensayos realizados en la planta piloto, se han probado distintas mezclas de purín de vacuno con otros residuos de la industria alimentaria. “El purín tiene un problema en cuanto a nutrientes, ya que es correcto en nitrógeno y potasio pero bajo en fósforo, por lo que buscamos otros residuos que aporten fósforo para complementar esa carencia”, justifica.

Lo que buscamos es equilibrar las carencias de fósforo del purín con otros residuos

“Tratamos que la mezcla tenga siempre al menos un 50% de purín. Probamos una primera dieta a partes iguales de purín y lodos de la industria láctea; otra en la que añadimos un 15% de residuos de la industria cárnica, 50% de purín y 35% de lodo de la industria láctea y próximamente añadiremos biochar de biomasa forestal a esa mezcla”, avanza.

 “Lo que vemos es que el equilibrio en el NPK mejora al añadir al purín otros residuos, sobre todo residuos de la industria láctea, obteniendo un digestato balanceado en nutrientes: C=29%C, N total=3,8%, C/N= 7,6, P=19,4g/kg y K=14,8g/Kg”, detalla Daniel.  

La calidad del biogás obtenido es buena y el digestato resultante sería apto para comercializar como fertilizante clase B

Este digestato resultante, con concentraciones equilibradas de nutrientes, sería apto para ser comercializado como fertilizante de clase B teniendo en cuenta los niveles de metales pesados y de bacterias patógenas, según la clasificación incluida en el Real Decreto 506/2013. Aunque la legislación no lo exige, se analizaron también los antibióticos, no detectándose su presencia en el digestato.

“Afrontamos distintos retos, como el de minimizar el contenido en metales pesados, para cumplir con la normativa de fertilizantes tanto española como europea, solventar la deficiencia de nutrientes, especialmente el fósforo, y maximizar la producción de biogás”, indica.

Al añadir a la mezcla residuos de la industria agroalimentaria se incrementa el porcentaje de metano y se reduce el de sulfhídrico

“En este sentido, necesitamos que el volumen sea adecuado y que en la mezcla haya un mayor porcentaje de metano posible (CH4) y reducir el sulfhídrico (H2S), que sería un inhibidor de poder energético”, aclara. En cuanto a la calidad del biogás obtenido, es buena, ya que su composición contiene un 65% de gas metano, un 31% de dióxido de carbono, un 3% de agua y un 1% de otros componentes.

Resultados en campo

Para comprobar la efectividad fertilizante del digestato se han llevado a cabo ensayos en fincas de experimentación en Meira, Guntín y A Pastoriza, con cultivos de pradera y maíz, y en Portomarín, con viñedo.

También colaboran distintas explotaciones con cultivos de frutas y hortalizas en ecológico, como Millo e Landras (Vilasantar) y Os Biosbardos (Cambre), donde se está probando el compost de digestato.

Los biofertilizantes obtenidos a partir de purines digestados han demostrado su eficacia en estas parcelas experimentales, aumentando hasta un 40% el fósforo disponible.

La mayor concentración de fósforo del digestato con respecto al purín deriva en una mayor producción de hierba

En los ensayos en pradera en Meira, por ejemplo, se ha comparado el uso de fertilizante químico (40 kg/ha), digestato (25.079 kg/ha) y purín (40.000 kg/ha). Se plantó una mezcla de raygrass inglés (Lolium perenne L.), raygrass híbrido (Lolium x boucheanum Kunth) y trébol blanco (Trifolium repens L.).

“Los datos de producción indican que a partir de la segunda cosecha se empiezan a observar diferencias significativas entre el purín y el digestato, resultando que el digestato produjo un 60% más que el purín en la tercera cosecha”, detalla Antonio. Con respecto al abono químico, el digestato aporta materia orgánica, mejora la estructura del suelo y produce una liberación de nutrientes más lenta.

Menor contaminación ambiental

Del mismo modo, con el objetivo de evaluar el impacto ambiental de las diferentes enmiendas agroganaderas, se llevó a cabo un experimento en condiciones controladas para medir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) —CO₂, CH₄ y N₂O— así como amoníaco (NH₃).

El estudio comparó cuatro tratamientos aplicados a suelos agrícolas: control sin fertilización, purín de vaca lechera, digestato y fertilizante químico. Esta iniciativa busca aportar datos relevantes sobre las emisiones asociadas al uso de enmiendas orgánicas frente a insumos convencionales, en un contexto de transición hacia una agricultura más sostenible.

El digestato reduce un 22% las emisiones de gases de efecto invernadero y de amoniaco en comparación con la aplicación de purín

El experimento se desarrolló en un fitotrón utilizando macetas con suelo agrícola procedente de una finca experimental en Meira, replicando las condiciones del campo. Las enmiendas se aplicaron en proporciones equivalentes a las del ensayo agronómico y se controlaron parámetros como la humedad, temperatura y aireación. Las emisiones de GEI se monitorizaron durante dos semanas mediante cromatografía de gases, mientras que el amoníaco fue capturado en una solución de ácido bórico y cuantificado por valoración. La remoción del suelo a las 24 horas simuló la incorporación del fertilizante, práctica habitual en el manejo del purín en Galicia.

Los resultados obtenidos indican que la aplicación de digestato reduce un 22% las emisiones de gases de efecto invernadero y de amoniaco comparado con los métodos tradicionales de aplicación directa de purines.

Como consecuencia de la degradación de la materia orgánica debido a la actividad bacteriana se desprende dióxido de carbono en condiciones aeróbicas y metano en condiciones anaeróbicas y de baja aireación. Del mismo modo, también se produce volatilización de amoníaco y óxido nitroso que se genera con la desnitrificación del nitrógeno orgánico.

“Del total de nitrógeno excretado por el ganado vacuno, un 23% se nos va a la atmósfera y otro 28% se nos va en forma de lixiviados, que provocan contaminación de las aguas”, indica Antonio Moreno.

El purín emite más dióxido de carbono y óxido nitroso que el digestato pero menos metano y amoníaco

El ensayo demuestra que las emisiones totales de CO2 del purín (22-25 kg CO2/ha) son mucho mayores que en el digestato (en torno a 10 kg CO2/ha), ya que una parte de ellas se transforman en metano en la planta de biogás. Con el metano, sin embargo, ocurre al revés, con emisiones en el digestato de 0,11 kg CH4/ha frente a 0,04 kg CH4/ha del purín.

“Se debe a cómo se encuentra la materia orgánica, ya que al sacar los lodos de digestión tenemos una materia orgánica que se encuentra en procesos parciales de metanogénesis, con lo cual todavía va a estar emitiendo metano unos días después de sacar este digestato de la planta de biogás. Aún así, hay que decir que las emisiones generales son bajas”, asegura Antonio.

“En cuanto al óxido nitroso, el purín tiene muchas más emisiones, mientras que en la volatilización de amoniaco pasa al revés, debido a la mayor concentración de amonios en el digestato que en el purín, ya que nos encontramos en un proceso de degradación de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas donde es más fácil que el nitrógeno orgánico pase a amonio antes que a nitrato”, explica.  

El abono químico NPK prácticamente no tiene emisiones en campo al carecer de materia orgánica, pero esto no quiere decir que no emita en el proceso de fabricación y transporte

La forma de poder comparar todos estos gases en su conjunto es mediante la fórmula de calentamiento global, pasando todas las unidades a equivalentes de dióxido de carbono (1CH4=28 CO2 y 1N2O=265 CO2), de tal forma que las emisiones totales del purín serían mayores que las del digestato.

“El purín tiene más emisiones globales, debido sobre todo a la gran cantidad de CO2 que emite. El potencial de calentamiento global del purín sería de unos 85 kg equivalentes de CO2 por hectárea, de los que más de 65 serían dióxido de carbono y 20 de metano, frente a los casi 70 kg equivalentes de CO2 del digestato, de los que 35 procederían del dióxido de carbono y otros 35 del metano”, detalla.

El uso de biochar durante la digestión o justo después podría mitigar las emisiones del digestato

“En este cálculo no se ha incluido el amoníaco, ya que no es un gas de efecto invernadero, pero todos sabemos que contamina”, admite Antonio, que advierte que en el proceso de digestión del purín en plantas de biogás “hay que tener cuidado con las emisiones de amoníaco y tratar de reducirlas”.

La siguiente fase del proyecto consistirá en tratar de reducir estas emisiones producidas por el digestato mediante la introducción de biochar vegetal, bien durante la digestión o justo después, buscando un efecto de mitigación de emisiones.