Reducir las emisiones de amoníaco de las explotaciones lecheras es fundamental para lograr una producción animal ambientalmente sostenible que beneficie a los productores y a la sociedad en general. En el sector lácteo, el almacenamiento de estiércol es una fuente importante de emisiones agrícolas de CH4 y N2O. Las lagunas anaeróbicas son sistemas de almacenamiento habituales y la principal fuente de emisiones de gases de efecto invernadero, ya que proporcionan condiciones anaeróbicas ideales para los microorganismos productores de CH4 y son también una fuente de emisiones de N2O y NH3. Los nutrientes del estiércol pueden recuperarse y utilizarse para la producción de cultivos mediante la separación sólido-líquido, en la que los nutrientes del estiércol se eliminan y/o se tratan con diversas tecnologías para generar productos de valor añadido. Por otro lado, una gestión que permita la reutilización de las aguas residuales de las explotaciones lecheras proporciona un medio potencial para que los agricultores reduzcan la demanda de agua de alta calidad.

Los estudios muestran que se conoce poco sobre las emisiones de GEI de los sistemas de vermifiltración. Además, la mayoría de los estudios sobre vermifiltración se han centrado en experimentos de laboratorio a pequeña escala y en observaciones a corto plazo sobre la eficacia de la eliminación de sustancias orgánicas y nutrientes de las aguas residuales.

Evaluación de los sistemas

En este estudio, los investigadores supervisaron un sistema de vermifiltración comercial durante un año, cuantificando las emisiones de CH4 de un sistema de vermifiltración lácteo en comparación con las emisiones de CH4 de una laguna anaeróbica. El estudio también abordó los efectos de la vermifiltración en la calidad de las aguas residuales. Para evaluar el funcionamiento de los dos sistemas, se controlaron durante 12 meses los flujos de metano y la tasa de eliminación de sólidos volátiles, especies de N, salinidad, iones principales y oligoelementos de las aguas residuales.

Cómo funciona un sistema de vermifiltración

Un vermifiltro sirve simultáneamente como separador sólido-líquido, como sistema de tratamiento de aguas residuales y de sólidos separados, y como tecnología de recuperación de nutrientes. La vermifiltración ofrece la oportunidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de las explotaciones lecheras (tanto de N2O como de CH4), eliminar los elementos orgánicos y el exceso de nutrientes de las aguas residuales, aumentar la flexibilidad en el uso del agua, evitar los olores y recuperar los nutrientes del estiércol en las aguas residuales tratadas y el vermicompost. La práctica consiste en esparcir las aguas residuales sobre un sistema de filtrado que contiene lombrices, utilizando la acción conjunta de las lombrices y los microorganismos para tratar aeróbicamente las aguas residuales. Aunque los microorganismos degradan bioquímicamente los residuos orgánicos, las lombrices airean y fragmentan el sustrato y modifican sus características físicas y químicas, favoreciendo la actividad microbiana y la descomposición. La técnica no produce lodos, sino vermicompost, que tiene efectos beneficiosos para los suelos y los cultivos. El vermicompost es una fuente de macro y micronutrientes para las plantas, aumenta la biomasa y la diversidad microbiana del suelo, mejora la salud del suelo y tiene el potencial de secuestrar carbono.

Reducción de las emisiones de metano

Los investigadores comprobaron que las emisiones de metano del vermifiltro eran sustancialmente menores que las de la laguna durante todo el año(Figura 1). A lo largo de un año, el vermifiltro emitió un 97% menos de CH4 que la laguna en la misma unidad de superficie y un 99% menos de CH4 a escala real. La reducción del vermifiltro de la densidad de flujo de CH4 de la laguna osciló entre el 89% y el 100%. Las emisiones anuales estimadas de CH4 de la laguna fueron de 253.854 kg de CH4 en comparación con los 2.970 kg de CH4 del vermifiltro y los 308 kg de CH4 adicionales de los sólidos separados por el separador en el sistema de vermifiltración. En un año, el sistema de vermifiltro de tamaño completo podría reducir las emisiones de CH4 en 6264 t de_CO2eq.El factor de conversión de metano del sistema de vermifiltro fue mucho menor que el 77% del sistema de lagunas. Las menores emisiones de CH4 del vermifiltro se debieron principalmente a una menor tasa de emisión por unidad de superficie (densidad de flujo de CH4). Además, la inclinación mensual del vermifiltro aumentó la porosidad y la aireación para eliminar las condiciones que generan las emisiones de CH4.

Figura 1 – Comparación de las emisiones de CH4 del vermifiltro y de la laguna anaeróbica (La línea roja es la reducción de las emisiones de CH4 (%) del vermifiltro en comparación con la laguna anaeróbica).

Mejora de la calidad de las aguas residuales

El efecto del vermifiltro en la calidad del agua no solo determina la capacidad residual de las aguas residuales tratadas para emitir gases de efecto invernadero y contaminantes, sino también para proporcionar nutrientes a los cultivos cuando se aplican a la tierra. Durante el periodo de investigación 2019-2020, la vermifiltración redujo las concentraciones de NH3 de las aguas residuales en un 97% y el N total en un 84%. Los sólidos volátiles que quedan en las aguas residuales tratadas determinan su capacidad para producir más emisiones de CH4. De media, el sistema de vermifiltración eliminó el 87% de los sólidos volátiles de las aguas residuales; la reducción fue continua durante el año y osciló entre el 77% y el 96%. El vermifiltro eliminó la mayor parte del N de las aguas residuales, que se transformó en gas N2 benigno mediante la desnitrificación.
El vermifiltro eliminó otros componentes de las aguas residuales del estiércol lechero: el fósforo se redujo en un 84%, los sólidos disueltos totales y la conductividad eléctrica disminuyeron en un 42% y un 48%, respectivamente. También se redujeron las aguas residuales en la mayoría de los iones principales y en todos los oligoelementos.
Además del beneficio de la reducción del metano, el vermifiltro recuperó tanto en el agua tratada como en el vermicompost el 20% del N inicial que puede aplicarse a los cultivos, en comparación con el 60% del N inicial aportado por el agua del sistema de lagunas(Figura 2). La mejora de la calidad de las aguas residuales tratadas con respecto a las de la laguna aumenta las opciones de reciclaje de las aguas tratadas, lo que podría dar lugar a la reducción de la demanda de agua de alta calidad de la explotación.

Figura 2 – Visión general comparando el vermifiltro y el sistema de laguna anaeróbica.

Factores que influyen en las emisiones de metano y amoníaco

La determinación de las emisiones de metano o amoníaco de las explotaciones ganaderas es complicada por la naturaleza polifacética de los factores que regulan el proceso de volatilización, como la gestión del estiércol, la temperatura ambiente, la velocidad del viento y la composición y el pH del estiércol. Además, para cuantificar los métodos es necesario aplicarlos adecuadamente, teniendo en cuenta las ventajas e inconvenientes de cada uno de ellos. El material o el diseño del suelo y la frecuencia de recogida del estiércol son también factores mencionados en la mayoría de los estudios. La composición de la dieta o el uso de aditivos también desempeñan un papel clave en la reducción de las emisiones; por ejemplo, la mayoría de los trabajos de investigación muestran que la reducción de la concentración de proteína bruta y la degradabilidad de la proteína ruminal son herramientas poderosas para reducir la excreción de N y las emisiones de amoníaco en toda la explotación

En conclusión, la vermifiltración ofrece la oportunidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de las explotaciones lecheras (tanto de N2O como de CH4), eliminar la materia orgánica y el exceso de nutrientes de las aguas residuales, aumentar la flexibilidad en el uso del agua, evitar los olores y recuperar los nutrientes del estiércol en las aguas residuales tratadas y el vermicompost

El artículo se basa en el trabajo de investigación «A vermifiltration system for low methane emissions and high nutrient removal at a California dairy» (Un sistema de vermifiltración para reducir las emisiones de metano y eliminar una gran cantidad de nutrientes en una central lechera de California). El artículo completo se puede consultar en Bioresource Technology Reports Volume 18, June 2022.