¿Como influye la forma de manejo en la emisiones asociadas a residuos orgánicos sólidos?

El proceso de degradación de residuos orgánicos se ha identificado como una fuente importante de emisiones, contribuyendo a impactos ambientales a escala regional (eutrofización, acidificación) y global (cambio climático). Los principales flujos de residuos orgánicos se generan tanto en zonas urbanas e industriales, como ligados a sistemas de producción ganadera; gestionándose a menudo en forma sólida, lo cual facilita su manejo y transporte dentro del sistema de gestión. No obstante, debido a la naturaleza heterogénea de estos residuos, durante su tratamiento es inevitable que se generen ciertas cantidades de amoníaco (NH3), metano (CH4) y óxido nitroso (N2O) que son emitidas a la atmósfera. Por lo tanto la gestión sostenible de los residuos orgánicos debe implicar prácticas que minimicen estas emisiones a la vez que garanticen el valor agronómico del producto final.

En este contexto, mediante un reciente trabajo publicado en la revista “Global Change Biology” varios investigadores compañeros de la Red Remedia (BC3, UMH y UPO) hemos unido fuerzas en un intento de recopilar y analizar de forma sistemática la información científica disponible sobre emisiones gaseosas procedentes del tratamiento de residuos orgánicos en forma sólida. El principal objetivo ha sido identificar aquellas estrategias con potencial para reducir emisiones y cuantificar la magnitud de reducción que se puede alcanzar con cada una de ellas. Para ello, se ha llevado a cabo un meta-análisis con los datos recopilados de un total de 76 artículos de investigación, a través del cual se ha examinado la influencia de una selección de prácticas de manejo (compostaje en pila volteada, compostaje por aeración forzada, adición/sustitución de estructurante, cubrimiento con lona, compactación) con respecto a una estrategia control basada en el almacenamiento convencional de residuos sólidos sin aplicar un tratamiento específico.

Pardo G,, Moral R, Aguilera E, del  Prado A. 2015. Gaseous emissions from management of solid waste: A systematic review. Global Change Biology. 21, 1313-1327. (acceso abierto al artículo)

Fig1

Principales estrategias de gestión analizadas en el estudio: compostaje en pila volteada (a), compostaje por aireación forzada (b), cubrimiento con lona (c) y utilización de material estructurante (d)

Efecto del compostaje en las emisiones de GEI

Los sistemas de compostaje conllevan una mejora de la aireación de la pila, asegurando el suministro de oxígeno (O2) y promoviendo la degradación de la materia orgánica en condiciones aerobias. De acuerdo a los resultados del meta-análisis, en el caso del compostaje en pila volteada se observó una influencia consistente hacia reducir las emisiones de GEI (CH4, N2O) en comparación con el almacenamiento convencional (Fig. 1ab). En cambio para el compostaje por aireación forzada no se encontró un efecto significativo. Las diferencias en este sentido entre los dos métodos de compostaje estudiados se han atribuido principalmente a la influencia del volteo en la homogeneización del residuo. Esta práctica evita la estratificación, lo que previene la aparición de zonas anaerobias y gradientes de O2, que dan lugar a la formación de CH4 y N2O respectivamente.

Por otro lado, ambos métodos tienden a aumentar las emisiones de NH3 con respecto al almacenamiento convencional (Fig. 1c), si bien la influencia en el caso del compostaje por aireación forzada es más acusada (121%) que para la pila volteada (54%). Este efecto es consecuencia del aumento de temperatura generado por la actividad biológica aeróbica, que se ve favorecida en los sistemas de compostaje. No obstante, con respecto a las pérdidas totales de N, no se encontraron diferencias significativas para el caso del compostaje por pila volteada (Fig. 1d), lo que sugiere que este método podría promover una serie de mecanismos que contrarrestan en cierta medida el aumento en las pérdidas por volatilización de NH3.

Fig2

Fig3

Figura 1 Efecto de estrategias de gestión en las emisiones acumuladas de (a) CH4-C, (b) N2O-N, (c) NH3-N y (d) N total en relación con el tratamiento control (almacenamiento convencional).

Efecto medio e intervalos de confianza (95%). Sobre las barras se indica el número de estudios y de observaciones (entre paréntesis) utilizados en cada caso.

¿Qué efecto tiene compactar o cubrir la pila en las emisiones de GEI?

Este tipo de prácticas implican una restricción en el suministro de O2 dentro de la pila, lo que limita la actividad biológica aerobia y evita que se alcancen temperaturas elevadas. Los resultados del meta-análisis no indican ningún efecto significativo de estas estrategias en las emisiones de GEI en comparación con el almacenamiento convencional (Fig 1ab); mientras que sí se observa una tendencia clara a disminuir las pérdidas en forma de NH3 y a promover una mayor conservación de N total en el residuo (Fig 1cd).

Si bien este efecto es positivo, al aumentar el valor fertilizante del producto obtenido, es importante considerar que estas prácticas pueden implicar también ciertas desventajas, en términos de estabilidad e higiene del producto final, que pueden limitar su aplicación agronómica. Por ejemplo, la destrucción de patógenos se ve comprometida al no alcanzarse elevadas temperaturas que permitan la higienización del material (Fig 2a). Además, al no transcurrir una descomposición biológica intensa (Fig 2b) el producto final suele ser más inestable, pudiendo contener cantidades sustanciales de C degradable. Cuando estas enmiendas son aplicadas al suelo, se pueden promover procesos de desnitrificación, que dan lugar a N2O; a la vez que los microorganismos del suelo pueden ser estimulados a competir por el N, provocando inmovilización y afectando en definitiva a la disponibilidad de nutrientes para la planta (Petersen and Sommer, 2011).

Fig4

Fig5

Figura 2 Efecto de la estrategias de manejo en (a) la temperatura alcanzada durante el tratamiento y (b) emisiones acumuladas CO2-C en relación con el tratamiento control (almacenamiento convencional). Efecto medio e intervalos de confianza (95%). Sobre las barras se indica el número de estudios y de observaciones (entre paréntesis) utilizados en cada caso.

Utilización de agentes estructurantes

La porosidad y estructura física de la pila de residuos se puede mejorar aumentando la relación de material de encamado con respecto al purín –en el caso de una explotación ganadera- o mediante la utilización de un agente estructurante específico que contenga una cantidad elevada de fibra y compuestos recalcitrantes. De acuerdo al meta-análisis realizado, esta estrategia tiende a reducir significativamente las emisiones de CH4 y N2O (Fig. 1ab). La mejora en la estructura fomenta la aireación natural y el suministro de O2 en la pila, evitando de este modo la aparición de entornos anaeróbicos que dieran lugar a CH4. Del mismo modo, aunque aún podría producirse N2O vía nitrificación, estas condiciones tienden a inhibir la desnitrificación y con ello a reducir las emisiones globales de N2O.

Paralelamente esta estrategia parece implicar un incremento en las emisiones de NH3, con un efecto medio en torno al 35%; si bien no se encontró un efecto significativo en las pérdidas totales de N (Fig. 1cd). Es probable que la adición o sustitución de estructurante aumente la relación C/N del residuo a tratar, lo que podría fomentar la inmovilización de NH4+-N. Sin embargo el C añadido a través de los materiales estructurantes suele ser muy recalcitrante, con lo cual no es esperable una disminución sustancial de las pérdidas de NH3-N a consecuencia de la inmovilización del N. Otros mecanismos, como una disminución en la cantidad de lixiviados, o la reducción de otro tipo de emisiones (N2O, N2) puede que jueguen una papel más relevante a la hora de contrarrestar las pérdidas por NH3, dando lugar a un efecto nulo en las pérdidas totales de N.

Implicaciones a nivel de factores de emisión (EF) de la metodología IPCC

Los resultados obtenidos a partir de esta revisión fueron tratados y analizados con el fin de aportar información que pudiera servir en un futuro para refinar los factores de emisión actuales de la metodología del IPCC (Tier1). Con este objetivo, para el caso del CH4 se compararon las emisiones medidas en los estudios seleccionados con la correspondiente estimación de acuerdo a las directrices del IPCC. En general los resultados de esta comparativa mostraron estar dentro del mismo rango (Fig. 3), si bien se observa cierta tendencia a subestimar las emisiones de CH4 en el caso de los sistemas de compostaje.

Fig6

Figura 3 Rango de emisiones de CH4-C observadas en los estudios seleccionados en el trabajo de revisión en comparación con las estimadas para los mismos estudios de acuerdo a la metodología IPCC (IPCC,2006).

taskforceIPCC

En lo que se refiere a las emisiones de N2O, a pesar de que no se encontró un efecto significativo, los resultados del meta-análisis indican una tendencia clara a producir emisiones más bajas de N2O en sistemas de compostaje volteado en comparación con un almacenamiento convencional. Por lo tanto, no existiría una evidencia consistente para asumir un EF más alto para el compostaje en pila volteada ((0.01 kg N2O–N kg1 N excreted) frente al almacenamiento sólido ((0.005 kg N2O–N kg1 N excreted) tal y como se indica actualmente en la metodología IPCC (IPCC, 2006).

Fig7

Tabla 1 Factores de emisión de N2O para almacenamiento sólido y compostaje en pila volteada de acuerdo a la metodología IPCC y rango de resultados obtenido a partir de los estudios seleccionados en el presente trabajo de revisión.

Conclusiones

A modo de resumen se podría decir que los resultados obtenidos mediante el meta-análisis indican que mejorar la estructura de la pila por adición/sustitución de agentes estructurantes reduce significativamente las emisiones de N2O y CH4, aunque aumenta las pérdidas por volatilización de NH3 (35%). Con respecto al compostaje, solo los sistemas volteados mostraron potencial para reducir las emisiones de GEIs, mientras que ambos métodos tienden a incrementar las emisiones de NH3. Las prácticas basadas en la restricción de oxígeno, como cubrir o compactar el residuo, no mostraron efectos significativos en las emisiones de GEIs, si bien redujeron sustancialmente otras pérdidas en forma de N.

Los resultados indican que las estrategias que minimizan las emisiones de GEI suelen involucrar un riesgo de “pollution swapping” en forma de NH3, subrayando la importancia de un adecuado –que no exhaustivo- control del tratamiento (en cuanto a condiciones de partida y evolución del proceso) y reforzando la necesidad de utilizar enfoques holísticos e integrales al desarrollar o planificar estrategias de gestión de residuos orgánicos.

Referencias

IPCC (2006) IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, (eds Eggleston HS, Buendia L, Miwa K, Ngara T, Tanabe K). Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme. IGES, Hayama, Japan.

Petersen, S. O., & Sommer, S. G. (2011). Ammonia and nitrous oxide interactions: Roles of manure organic matter management. Animal Feed Science and Technology, 166, 503-513.
Este trabajo forma parte de la tesis doctoral de Guillermo Pardo (BC3), codirigida por Agustin del Prado (BC3)  y Raul Moral (UMH)   y se presentará por cierto en la sesión de posters del próximo REMEDIA2015. ¡No te lo pierdas!
 

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