EL BETA Technologic Center de la Universidad de Vic ha publicado en la prestigiosa revista Environmental Technology & Innovation (ET&I) un artículo científico de la campaña de monitorización de las emisiones de amoniaco, llevada a cabo a lo largo de un año en dos unidades de alojamiento de una granja con el objetivo de testear el aditivo para purines Active NS. Se incluye a continuación una síntesis de dicha publicación.
Introducción
La adición de aditivos basados en intercambio iónico, como Active NS (FCSI, Dinamarca), es una de las prácticas que puede ayudar a reducir las emisiones de amoniaco.
Active NS es producto sólido en polvo 100% natural compuesto principalmente por tres tipos diferentes de arcillas minerales pre-procesadas de gran porosidad. La mezcla única le da al producto un efecto de intercambio iónico excepcionalmente alto y una capacidad de unión de 60 g de ion amonio en 1 g de Active NS. El adsorbente funciona de acuerdo con el principio de intercambio de iones cargados negativa y positivamente.
En el estudio se evaluó durante tres ciclos de engorde porcino (C1, C2, C3) el uso de Active NS para mitigar las emisiones de amoniaco en dos establos de cerdos (B1 y B2) con suelo de listones o slats con la misma ventilación natural, de manera que Active NS solo se aplicó en uno de ellos (B2), mientras el otro (B1) se utilizó como referencia para comparar las emisiones de amoniaco a lo largo de un seguimiento de un año.
Descripción de la granja
La granja ubicada en Cataluña contaba con dos establos de engorde idénticos de una dimensión de 33 × 10 × 10 m, con una capacidad porcina de 400 cerdos/establo y una fosa inferior de recogida de purines con capacidad para 198 m3. El nivel de purín fue idéntico en ambos establos y siguió la misma tasa de aumento, ya que el número de cerdos se mantuvo similar en todos los ciclos, así como el resto de las características necesarias para el ensayo.
Descripción de los ciclos de engorde
En este estudio se controlaron 3 ciclos de engorde de lechones de 25-30 kg hasta los 110 – 120 kg durante 4 meses cada ciclo, a lo largo de un año para cubrir toda la variabilidad estacional.
Al comienzo de cada ciclo, se vaciaron las fosas hasta un tercio de su capacidad y se añadió Active NS según la concentración recomendada por el fabricante de 20 gr/m3 de purín, para reducir el amoníaco.
Por lo tanto, la cantidad agregada en el establo de prueba, considerando las deyecciones diarias de los cerdos hasta el final de ciclo, fue de 4 kg de Active NS disuelto con una pequeña cantidad de agua a través de los slats, en diferentes puntos de los corrales.
Medición y monitoreo de las emisiones de amoniaco
Se realizaron monitoreos y muestreos mensuales en ambos establos a lo largo de cada ciclo de engorde. Las emisiones de amoniaco se monitorearon en una ubicación específica de cada establo (cerca del centro geométrico), y se midió la concentración de amoníaco en el aire en 21 puntos distribuidos uniformemente.
La concentración de amoníaco en el aire se midió en C1 con un analizador portátil multiparamétrico equipado con un sensor electroquímico para análisis de amoniaco. También se midieron la velocidad del aire y la temperatura mediante un anemómetro térmico. Todas las medidas fueron realizadas bajo el mismo patrón para lograr su validez y equivalencia entre ellas.
Durante C1 se evaluó el efecto de la aplicación de Active NS en el purín en términos de concentración promedio de NH3 en el aire y % de reducción de N.
Dada la influencia de las condiciones de ventilación en los establos, para las mediciones y seguimiento de C2 y C3 se diseñó una cámara de flujo dinámico (DFC) construido para medir directamente el amoníaco emitido al aire por el purín almacenado debajo de los slats (ver Fig. 1). La implementación de la cámara de flujo dinámico en C2 y C3 ayudó a complementar el estudio con datos más precisos.
Fig. 1.: DFC utilizada para medir la tasa de emisión de amoníaco generada a partir del purín almacenado en las fosas de cada establo.
Antes de la instalación del DFC, el purín se mezcló a fondo para obtener un área de muestreo homogénea integrada. Posteriormente, el DFC se colocó directamente sobre la superficie del purín, a 20 cm por encima del fondo de la fosa. El espacio de cabeza del DFC permitió la circulación de aire y la extracción de un flujo dinámico de amoníaco.
Balance de nitrógeno
Además del seguimiento del amoniaco mediante DFC se extrajeron muestras de purín de ambos establos y se caracterizaron para evaluar el balance de nitrógeno en cada ciclo
La aplicación de Active NS generó una reducción total de las emisiones de amoniaco del 32,3% en C2 y del 18,4% en C-3 (etapa más calurosa).
Con respecto al análisis de la fase sólida, la cantidad de nitrógeno total en el purín que contenía Active NS aumentó tal y como se muestra en la siguiente tabla:
Tabla 1: % de incremento de concentración N en la fase sólida en cada ciclo
En todos los ciclos, el total de contenido de nitrógeno (kg) en B1 fue siempre más alto que en B2. Posteriormente, se observa como Active NS comienza a mitigar las emisiones al bloquear el nitrógeno dentro de su estructura tetraédrica, lo que permitió una mejor reducción en B2. Al final de los ciclos, la retención de nitrógeno siempre fue mayor en B2.
Monitoreo a escala de laboratorio
El experimento también se realizó a escala de laboratorio para validar la mitigación de amoníaco resultante de la adición de Active NS en condiciones controladas.
Por un lado, se comprobó que un exceso de Active NS no tiene ningún efecto positivo sobre la reducción de las emisiones de amoniaco, mientras que la adición de la proporción recomendada de Active NS (20 g/m3) permitió obtener una reducción de las emisiones de amoniaco en un 35%, en consonancia con los resultados previamente reportados.
Fig. 2: Emisiones de amoniaco utilizando diferentes concentraciones de Active NS
Monitoreo a escala industrial
Se realizaron sendos ensayos tanto con sonda multiparamétrica como con cámara de flujo dinámico (DFC) únicamente durante C1 y C2. Los ensayos con DFC, menos expuestos a las variaciones de ventilación de los establos, mostraron que la concentración de amoniaco era menor en B2, logrando una disminución de la emisión de amoníaco de hasta un 38% en la mitad del ciclo. Esto se explica porque el Active NS se añadió al inicio de los ciclos con una concentración de 20 g/m3 que era la recomendada cuando las fosas estuvieran llenas, de manera que al principio la concentración era mayor en comparación con la mitad del ciclo.
Tabla 2: Porcentaje de reducción de emisiones calculado mediante DFC Fig. 3: Resumen de la evolución del comportamiento de Active NS en establo 2 para el ciclo 2.
Enfoque económico
Este estudio confirma que la aplicación de Active NS a gran escala es una estrategia más ventajosa económica y ambientalmente que otras soluciones aplicadas para mitigar las emisiones de amoníaco, aunque con mayor eficiencia, como la acidificación. Además, Active NS puede mejorar la huella de carbono del post-tratamiento del purín.
Conclusiones
El estudio ha demostrado que la adición en los slats de purín de cerdo almacenado, de un aditivo basado en intercambio iónico como es Active NS, es una estrategia ecológica, económica y técnicamente viable para mitigar las emisiones de amoníaco.
El sistema de medición de las emisiones utilizado mediante una cámara de flujo dinámico DFC, permitió determinar que Active NS redujo hasta un 38,3% el amoniaco emitido en comparación con el establo de control. El análisis también reveló un aumento de hasta el 19,56% de Nitrógeno en la fase sólida del purín donde se aplicó Active NS y una disminución de la efectividad al final de los ciclos de engorde, indicando la saturación del producto. Los autores también recomiendan una dosificación con carácter mensual para mantener una concentración en las fosas de 20 a 45 g de Active NS por m3 para obtener resultados óptimos.
Autores. Imane Uald Lamkaddam, Enric Blázquez, Lara Pelaz, Laia Llenas, Sergio Ponsá, Joan Colón, Esther Vega, Mabel Mora
BETA Tech Center. Universidad de Vic, España (Febrero 2021)