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El metano es un potente gas de efecto invernadero (GEI) y, dentro de la cadena de suministro de la carne de cerdo, representa alrededor del 25% de las emisiones de GEI. La vida útil del metano en la atmósfera es corta en comparación con la del CO2, por lo que mitigar sus emisiones en granja podría contribuir significativamente a frenar el calentamiento global a corto plazo.
En las granjas de cerdos, el almacenamiento del purín es responsable del 85% de las emisiones de metano, por lo que la gestión de las deyecciones es el principal objetivo para reducir las emisiones de este gas. Entre las diversas estrategias de manejo o tratamiento que se están investigando actualmente, la acidificación a baja dosis del purín es un enfoque novedoso que podría ser presentado como una tecnología flexible y rentable para la acción climática.
Formación del metano y mecanismos de inhibición
El metano es producido por microorganismos especializados (metanógenos) que interactúan con otros grupos microbianos para degradar la materia orgánica presente en el purín. Los metanógenos activos en el purín son diferentes de los que se encuentran en el sistema digestivo de los animales, y la acidificación a baja dosis del purín actúa retrasando la adaptación y el crecimiento de los “nuevos” metanógenos que pueden sobrevivir en este entorno estresante.
La acidificación del purín con ácido sulfúrico altera los equilibrios químicos, inhibiendo los metanógenos. Además, un grupo especializado de bacterias puede utilizar el sulfato del ácido sulfúrico, compitiendo directamente con los metanógenos y produciendo sulfuro de hidrógeno, lo que refuerza aún más la inhibición de los metanógenos. Esto podría ayudar a mantener la inhibición a lo largo del tiempo.
¿Qué es la acidificación del purín?
La acidificación del purín con ácido sulfúrico concentrado (96%) se desarrolló hace aproximadamente 25 años en Dinamarca como un método para evitar la pérdida de amoníaco en el purín. Más tarde, se descubrió que este tratamiento también reducía eficazmente las emisiones de metano y que, de hecho, varios otros compuestos que contienen azufre también mostraban cierto grado de inhibición (Petersen, et al. 2012).
Estudios realizados en varios países han confirmado estas observaciones y han demostrado que el ácido sulfúrico es el agente más potente para inhibir las emisiones de metano. Esto nos llevó a plantearnos cuál sería el efecto de reducir la dosis de ácido sulfúrico sobre las emisiones de metano y amoníaco. ¿Cuál es el beneficio climático si usamos una dosis menor de ácido y cuáles son las compensaciones en términos de pérdidas de nitrógeno y ahorro de costos?
En 2021, se llevó a cabo un estudio a escala piloto que demostró que la acidificación a baja dosis con 2 kg de ácido sulfúrico por tonelada de purín de cerdo (un tercio de la dosis prescrita para disminuir las emisiones de amoníaco) podría ser altamente rentable para la disminución de las emisiones de metano, aunque con una menor reducción de las emisiones de amoníaco (Ma, C., et al., 2022).
Acidificación del purín en granja
El ácido sulfúrico concentrado es peligroso, por lo que se requieren soluciones técnicas para garantizar la salud y seguridad tanto del personal como de los animales. Ya existe una tecnología comercial completamente automatizada para la acidificación del purín en granjas de cerdos, pero los costos de inversión son elevados. También se puede acidificar el purín en tanques de almacenamiento exteriores, donde el ácido se añade durante una mezcla vigorosa. Esto debe ser realizado por personal capacitado que utilice el equipo de seguridad requerido y siga los procedimientos adecuados, y generalmente lo lleva a cabo un contratista.
Hoy en día, en muchas granjas de Dinamarca se realiza la acidificación en tanques de almacenamiento exteriores poco antes de la aplicación en el campo. En este caso, el objetivo es reducir las pérdidas de amoníaco durante la aplicación. Sin embargo, para reducir las emisiones de metano durante el almacenamiento, es necesario acidificar el purín en los tanques durante el período de almacenamiento.
Las emisiones de metano son particularmente altas durante el verano y principios de otoño, por lo que la acidificación debería realizarse en junio y nuevamente a principios de septiembre. El purín fresco de las naves se bombea al tanque de almacenamiento a intervalos regulares. Se debe añadir suficiente ácido en junio y septiembre para permitir esta dilución y aún mantener una concentración final de 2 kg de ácido sulfúrico por m3 de purín al final del período de almacenamiento.
La transferencia frecuente del purín desde la nave a un tanque de almacenamiento puede mejorar la reducción global de las emisiones de metano, al permitir la acidificación u otras tecnologías de tratamiento fuera de la nave. Sin embargo, muchas granjas de cerdos existentes tienen fosas profundas o fosas poco profundas con un sistema de vaciado por tapón, lo que impide su vaciado frecuente. Es necesario desarrollar y adoptar nuevos diseños de alojamiento para mejorar la gestión del purín.
Verificación de la eficacia de la acidificación a baja dosis
Basándose en los resultados prometedores a escala de laboratorio y piloto, la tecnología de acidificación a baja dosis está siendo evaluada ahora a escala práctica en un estudio que involucra 16 tanques de purín: ocho en granjas de cerdos y otros ocho en granjas de ganado vacuno. Se han acidificado seis de los ocho tanques. Se han recogido muestras de purín en varias ocasiones durante el almacenamiento, en diferentes posiciones y a distintas profundidades, para analizar la composición del purín y las tasas de producción de metano.
Es necesario que haya algo de purín en el tanque antes de añadir el ácido sulfúrico, por lo que el purín de cerdo se acidificó alrededor del 1 de julio y nuevamente en septiembre. La mayoría de los tanques recibieron purín fresco de la nave a intervalos regulares.
Los resultados del primer año del estudio confirmaron que la producción de metano puede ser inhibida de manera efectiva. Sin embargo, en los tanques con purín de cerdo, que son todos de alimentación inferior, a menudo se han observado bolsas de purín cerca de la entrada con altas tasas de producción de metano, incluso cuando el purín fue acidificado inicialmente. Por lo tanto, es necesario seguir trabajando para optimizar la tecnología de tratamiento y documentar la reducción global del metano. Se llevarán a cabo campañas de medición en granja en la próxima fase del proyecto.
En un nuevo desarrollo, una empresa danesa ha diseñado un sistema para la adición de ácido durante el bombeo del purín desde la nave hasta el almacenamiento exterior, que será evaluado durante este mismo año en una granja de cerdos y una de ganado vacuno. Esto minimizaría la necesidad de manipulación del ácido en la granja, garantizando al mismo tiempo una inhibición inmediata de los metanógenos.
Rentabilidad de la acidificación del purín
La rentabilidad de las estrategias de acidificación con dosis bajas se determinará en la primavera de 2026. Sin embargo, se realizó una evaluación preliminar de la rentabilidad basada en los resultados del estudio piloto.
El costo de la reducción de emisiones de GEI, expresado en euros por tonelada de CO₂ equivalente, se calculó en función de la dosis de ácido y la estrategia de aplicación (1, 3 o 10 tratamientos con ácido) (Fig. 2). Los costos considerados incluyeron la acidificación realizada por un contratista, el valor del ahorro de nitrógeno por la reducción de pérdidas de amoníaco, la reducción de las emisiones de metano y la prevención de emisiones de óxido nitroso derivadas del amoníaco.
El costo de los permisos de carbono de la UE es actualmente de 75 € por tonelada de CO₂ equivalente de forma que, dependiendo de la necesidad de mezclado durante el almacenamiento, la acidificación con dosis bajas podría ser una solución rentable. La acidificación del purín de cerdo en los tanques de almacenamiento entre 1 y 3 veces al año podría ser una estrategia eficaz para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero en la agricultura. La eficiencia de costos se puede mejorar aún más trasladando con mayor frecuencia el purín desde las granjas hasta los tanques de almacenamiento exteriores, lo que permitiría que la acidificación afecte a una mayor proporción de las emisiones totales de metano derivadas de la gestión de los estiércoles. Además, dado que la mayor parte de las emisiones de metano ocurren en verano y principios de otoño, la aplicación de la dosis completa de ácido, por ejemplo, 2,1 kg de ácido sulfúrico por m³ de purín en el volumen final, antes del verano, podría maximizar la reducción durante el período de mayor emisión y, al mismo tiempo, evitar un exceso de aporte de azufre al suelo cuando el purín se aplica en el campo.
