Diseño de instalaciones porcinas. Puntos estratégicos para el futuro (3/3): cambio climático

Bjarne K. Pedersen
04-jul-2024 (hace 4 meses 17 días)

En los últimos años, el cambio climático ha obligado a los gobiernos de todo el mundo a implementar leyes para reducir la huella de carbono de todos los sectores de la sociedad, incluida la producción porcina. Por tanto, se han desarrollado muchas tecnologías nuevas para responder a estas exigencias.

Gases de efecto invernadero

Los gases de efecto invernadero (GEI) se han convertido en una preocupación creciente durante las últimas décadas debido a sus posibles efectos nocivos sobre el clima global. La emisión de gases procedentes de la ganadería, que incluye dióxido de carbono (CO₂), metano (CH₄) y óxido nitroso (N₂O o N₂X), es uno de los principales contribuyentes de GEI. Además, también preocupa la emisión de amoniaco (NH₃).

En la producción porcina, la gestión de los purines es una fuente de emisiones de CH₄ y N₂O. Predomina el manejo del purín líquido, mientras que los sistemas a base de purín seco y paja están más presentes en la producción porcina extensiva y ecológica. La mayoría de las emisiones de GEI procedentes de la gestión de purín líquido son en forma de CH₄, mientras que el N₂O está menos presente y se genera más en los sistemas de purín seco. Este artículo se centra en la producción porcina a gran escala y, por tanto, principalmente en el manejo del purín líquido.

Tabla 1. Distribución de la emisión de equivalentes de CO₂ (CO2-e) por cerdo desde el nacimiento hasta el engorde con 115 kg (SEGES, 2021).

	Kg CO₂-e				Distribución %
	Lechón*	Destete-30 kg	30-115 kg	Total	Distribución %
Consumo de pienso	26	40	119	185	67
Metano, heces	6	6	35	47	17
Metano, gases intestinales	2	2	11	15	6
N₂O, heces	3	2	12	17	6
Consumo de energía	3	4	5	12	5
Total	40	54	182	276	100

*Incluida la contribución de la cerda.

Al intentar reducir los GEI es importante saber cómo es posible obtener la mayor reducción con el menor costo. De la tabla anterior se desprende claramente que el alimento constituye la mayor contribución a los GEI, mientras que el metano de las heces ocupa el segundo lugar. Obviamente, la contribución de los alimentos sólo puede reducirse mediante una mayor eficiencia alimentaria, que se atribuye principalmente a una mejor genética. Por lo tanto, nos centraremos principalmente en la reducción de metano, N₂O y otras tecnologías de conservación de energía. A continuación se presentan las tecnologías más importantes.

Refrigeración de los purines

La temperatura de los purines suele rondar los 20-24 ^oC, similar a la temperatura ambiente de la nave. A temperaturas menores, el crecimiento de los microorganismos será menor y la producción de CH₄, CO₂ y NH₃ disminuirá exponencialmente con la disminución de la temperatura.

Tabla 2. Ventajas e inconvenientes de la refrigeración de los purines.

Ventajas
Reduce las emisiones de GEI.
Puede utilizarse para recuperar la energía y destinarla a calentar las parideras, unidades de destete y zonas del personal mediante calefacción por suelo y calefactores.
El N retenido por la reducción de la emisión de amoníaco podría aumentar el valor de los purines como fertilizante.
Inconvenientes
Si no se puede aprovechar el excedente de calor generado por la refrigeración de los purines, el costo será demasiado elevado en la mayoría de los casos.

La refrigeración de los purines se realiza instalando tubos PEL de 25-30 mm en la base de hormigón de la fosa de purines. Los tubos se instalan con una distancia de 30-40 cm y se fijan al acero de refuerzo. Un circuito cerrado de tuberías conectadas a una o varias bombas de calor transporta agua fría a través de la base de la fosa de purines, reduciendo la temperatura de los purines y calentando el agua del interior de la tubería. La bomba de calor funciona como un frigorífico y enfría el agua a la vez que transfiere el calor recuperado a un sistema de tuberías para obtener agua caliente que se utiliza para calentar las zonas donde se necesita el calor, normalmente la lactancia y las unidades de destete. La bomba de calor funciona con electricidad y la producción de calor suele ser 4 veces superior a la entrada de energía en kW. Si el calor recuperado se utiliza en su totalidad, el efecto de los GEI es de 1.0, 0.8, y 3.4 kg CO₂-e por cerdo, incluyendo las cerdas reproductoras, cerdos de 7-30 kg y cerdos de 30-115 kg, respectivamente, con un efecto de refrigeración de 10 W/m².

Tabla 3. Refrigeración de los purines – efectos y costo de inversión.

Refrigeración de purines: refrigeración y emisiones
Refrigeración, W/m²	Reducción de las emisiones %			Inversión, EUR/plaza
Refrigeración, W/m²	NH₃	CH₄	Olores	Inversión, EUR/plaza
10	8-14	10-15	8	7-10
20	15-25	20-25	15	10-13
30	22-32	30-35	20	11-14

Retirada frecuente de purines

Los purines son una mezcla de orina, heces y agua, y si no se gestionan pueden descomponerse y producir CH₄. El proceso de descomposición puede controlarse retirando los purines con frecuencia y aplicándolos a los cultivos como fertilizante. La frecuencia de retirada de los purines suele ser de una vez cada 7 días.

Tabla 4. Ventajas e inconvenientes de la retirada frecuente de purines.

Ventajas

Inconvenientes
Reduce las emisiones de CH₄ y NH₃.
Mantiene el contenido de N en el líquido antes de que se evapore, ya que se ha estimado que la retirada frecuente de purines da lugar a 6-12 kg menos de CO₂-e por cerdo de engorde (SEGES, 2021).
No requiere un costo de inversión extra en la granja modelo que ya dispone de este sistema.
Los purines frescos tienen un mayor potencial de biogás que los purines más viejos. Por lo tanto, el efecto sobre los GEI es aún mayor si los purines se utilizan para la producción de biogás. El sistema es principalmente relevante en naves de engorde y cerdas, mientras que no se puede utilizar en unidades de destete debido a las pequeñas cantidades de purines.
El costo de la mano de obra aumenta ligeramente debido al vaciado más frecuente de las fosas. En Dinamarca, el costo adicional es de 0.4 EUR/cerdo de engorde con retirada semanal de purines. En granjas nuevas con retirada automática de purines, el costo es de 0.3 EUR/cerdo de engorde que cubre el costo de la inversión. En Dinamarca, se considera que un costo adicional de 1.1 EUR/cerdo de engorde es el máximo para el uso de tecnologías medioambientales.

En los sistemas de purines convencionales, los tapones se extraen mediante una varilla a través de la abertura de la ranura. Es importante empezar con el tapón de la sección más alejada del tanque de recepción para eliminar todos los residuos. Los purines se transfieren en una tubería desde la sección a la tubería principal, que los conduce al tanque de recepción. El sistema puede estar automatizado e incluir válvulas colocadas estratégicamente en la tubería que se abren mediante un interruptor eléctrico.

Tabla 5. Retirada frecuente de purines - efectos sobre las emisiones.

Retirada semanal de purines, reducción de emisiones, %
NH₃	CH₄	Olores
0	90	20

Acidificación

Se añade un ácido y se mezcla con los purines para reducir su nivel de pH.

Ventajas

Inconvenientes
La acidificación ayuda a controlar la liberación de NH₃. La adición de ácidos, como el ácido sulfúrico o el ácido clorhídrico, promueve la conversión del amonio en sulfato de amonio o cloruro de amonio, respectivamente, reduciendo la volatilidad del NH₃.
El efecto climático se ha estimado en 39 kg CO₂-e por tonelada de purín.
La acidificación inhibe el crecimiento de microorganismos patógenos, mejorando la higiene general.
El valor de los purines como fertilizante aumenta debido a su mayor contenido en nitrógeno y azufre.
La acidificación de los purines tiene un efecto sustancial sobre los GEI, pero no sobre los olores, a menos que se aplique una tecnología que los reduzca.
El sistema es costoso de utilizar y su idoneidad depende en gran medida de las exigencias medioambientales de las autoridades locales. La inversión incluye el ácido, los tanques de procesado y el sistema de control. La capacidad de un sistema de acidificación es de unas 10 000 plazas de engorde. En Dinamarca el costo de utilizar esta tecnología se ha calculado en 2.4 EUR/cerdo de engorde. Los costos principales son el ácido, la electricidad y el mantenimiento. El sistema es adecuado para todas las zonas climáticas en las que se utilicen los purines como fertilizante.

La tecnología consiste en un sistema convencional de purines dentro de los corrales, pero sin tapones. El purín se vacía diariamente de los corrales y se almacena en un tanque de proceso. A continuación, se añade cuidadosamente a los purines un ácido, normalmente ácido sulfúrico (con una concentración del 93-96%). El ácido se añade desde un recipiente colocado sobre celdas de carga para controlar el uso. Se utilizan unos 11-13 kg de ácido por tonelada de purín. Los sensores que miden el pH constituyen la base principal del control. Cuando el nivel de pH de la mezcla de purines y ácido alcanza 5.5, la mayor parte de la mezcla se bombea de nuevo a las fosas de los corrales, mientras que el resto se bombea a un depósito de almacenamiento. La superficie de las fosas de los corrales se divide en unidades de 1,000-1,500 m² que se vacían y se llenan con purines procesados.

Las emisiones de olor pueden reducirse añadiendo un filtro de tambor que separa los sólidos del líquido. El sistema combinado está certificado como MTD y podría reducir los olores en un 61%.

Un estudio reciente de la Universidad de Aarhus indica que podría ser posible reducir la cantidad de ácido a 2-3 kg/tonelada de purín, obteniendo al mismo tiempo un fuerte efecto en la reducción de CH₄ y NH₃. Por tanto, la acidificación en dosis bajas podría ser una estrategia viable para mitigar los GEI. Además, nuevas investigaciones que utilizan ácido acético (CH₃COOH) en lugar de ácido sulfúrico indican que podría reducir el costo de funcionamiento y hacer que el sistema sea más aplicable en países donde el ácido sulfúrico no está fácilmente disponible. Además, los riesgos de utilizar un compuesto más débil como el ácido acético son menores.

Tabla 6. Acidificación de los purines – efectos sobre las emisiones.

Acidificación de los purines, reducción de emisiones, %
NH₃	CH₄	Olores*
65	40-65	61

*Reducción si se combina con filtro de tambor.