Optimización del compostaje de residuos agropecuarios para la recuperación de la energía calórica del proceso y empleo agrícola de los compost obtenidos
- Autores: Víctor Valverde Orozco
- Directores de la Tesis: Concepción Paredes Gil (dir. tes.), Irene Gavilanes Terán (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Miguel Hernández de Elche ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ángel Antonio Carbonell Barrachina (presid.), Frutos C. Marhuenda Egea (secret.), Liliana Suñer (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Recursos y Tecnologías Agrarias, Agroambientales y Alimentarias por la Universidad Miguel Hernández de Elche
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RediUMH
- Resumen
El manejo inadecuado de los residuos agropecuarios a nivel mundial está causando varios problemas ambientales. En Ecuador, la agricultura y ganadería, actividades que sustentan la economía, generan grandes cantidades de residuos con consecuencias medioambientales negativas si su gestión no se lleva a cabo de manera adecuada. En la actualidad, el manejo de los residuos agropecuarios y su disposición están provocando la contaminación del agua, suelo y emisiones de gases de efecto invernadero. Uno de los factores que contribuye a este fenómeno es la naturaleza de las prácticas agrícolas que se realizan por pequeños productores pertenecientes a la población rural, los cuales carecen de conocimiento y recursos para gestionar los residuos generados adecuadamente, y una escasa legislación que no controla estas prácticas. Por lo tanto, es necesario implementar estrategias de gestión sostenible para el tratamiento de estos residuos, como el compostaje. Este método se considera una opción eficaz, poco tecnificada y económica para la gestión de residuos orgánicos. Durante el proceso de compostaje se libera calor, como subproducto del metabolismo microbiano, que puede ser recuperado para proporcionar energía térmica y también se produce un producto higienizado y estabilizado con capacidad fertilizante denominado compost. Además, el proceso de compostaje puede optimizarse mediante diversas tecnologías centradas en el sistema de aireación empleado. Por lo tanto, en base a las consideraciones antes mencionadas, el objetivo general de esta tesis doctoral fue optimizar el proceso de compostaje de residuos agropecuarios en Ecuador para aprovechar la energía calórica generada durante el proceso y producir compost de alta calidad que se empleó como enmienda orgánica de suelos agrícolas. De esta manera, se espera reducir el impacto ambiental de los residuos agropecuarios generados en el país, transformándolos en recursos con valor energético y agronómico, contribuyendo al desarrollo sostenible y la economía circular. Para la consecución de este objetivo, primero se realizó un estudio sobre los principales cultivos, especies de ganado y residuos agropecuarios producidos en una zona rural ecuatoriana, como la Parroquia de San Andrés. Posteriormente, se optimizaron mezclas de varios de estos residuos para co-compostarlos y se evaluaron diferentes sistemas de aireación (pasiva, volteos y combinación de volteos y aireación forzada) en la producción de compost, estudiando su grado de estabilidad y madurez, contenido de nutrientes y metales pesados, valor económico de los nutrientes, consumo energético y emisiones de CO2. También, se evaluó la recuperación de calor durante la etapa termófila del compostaje a través de un intercambiador de calor situado en la parte central de la pila. Finalmente, se evaluó el efecto de la aplicación de compost de origen agro-ganadero en la producción de alfalfa (Medicago sativa L.), comparándolo con fertilizantes minerales y estiércol, y se calcularon los ingresos netos de la producción de este cultivo en función del tratamiento empleado. Los resultados obtenidos mostraron que los residuos agropecuarios analizados en la zona agrícola rural seleccionada presentaron características positivas para su compostaje, como adecuados valores de pH, notables contenidos de materia orgánica y macro y micronutrientes, y contenidos muy bajos en metales pesados. Sin embargo, estos residuos presentaron valores de la relación carbono orgánico/nitrógeno total inadecuados para el inicio del proceso de compostaje y algunos presentaron alta salinidad y elevada presencia de aniones y polifenoles solubles, con marcado efecto fitotóxico. Por este motivo, la estrategia de compostaje diseñada para estos residuos fue el co-compostaje de varios residuos en las proporciones adecuadas y se evitó el compostaje unitario de sólo uno de los residuos estudiados. Respecto a los sistemas de aireación empleados para co-compostar los residuos agropecuarios estudiados, no se encontraron diferencias significativas en la calidad de los compost obtenidos cuando se empleó la aireación pasiva o por volteos, mientras que el empleo del sistema de aireación combinado de volteo con aireación forzada consiguió compost con mayor contenido de materia orgánica y nutrientes, dándole un mayor valor comercializable, y un consumo de energía y de emisiones de CO2 asociadas mayores que cuando se empleó el sistema de aireación solo con volteo. En relación a la cantidad de energía recuperada del sistema de compostaje de residuos agropecuarios, se logró recuperar 14.528 W o 0,105 MJ de energía térmica por kg de materia seca inicial, sin afectar negativamente la calidad del compost obtenido, demostrándose que el compostaje de estos residuos puede ser una alternativa sostenible para producir energía térmica descentralizada para uso doméstico. Finalmente, el uso de compost elaborado con residuos agro-ganaderos como fertilizante orgánico en el cultivo de alfalfa tuvo efectos positivos en la fertilidad del suelo, como un aumento del contenido de materia orgánica y nutrientes (especialmente N y K), y en la producción de este cultivo en comparación con otros tratamientos de fertilización (fertilizante mineral y estiércol). También, se observó que el aumento de la producción de alfalfa con este tipo de compost compensó los costes de producción de compost, logrando así los mayores ingresos netos en comparación con los otros tratamientos estudiados.
De este modo, el compostaje de residuos agropecuarios se muestra como un método viable para gestionar estos residuos, obtener energía térmica sostenible y producir compost con calidad agrícola adecuada. Estos compost pueden ser reintegrados en los ciclos de cultivo que originaron los residuos, contribuyendo a cerrar los ciclos productivos agro-ganaderos, obteniendo mayor rentabilidad y desarrollo sostenible en un marco de economía circular.