Digestato

Digestato acidógeno producido a partir de residuos municipales mixtos

El digestato es el material que queda tras la digestión anaeróbica (descomposición en condiciones de poco oxígeno) de una materia prima biodegradable. La digestión anaerobia produce dos productos principales: digestato y biogás. El digestato se produce tanto por acidogénesis como por metanogénesis y cada uno tiene características diferentes. Estas características se derivan de la fuente original de la materia prima, así como de los propios procesos.

Fuentes de digestato

La digestión anaerobia es un proceso versátil que puede utilizar muchos tipos diferentes de materias primas. Ejemplos de materias primas pueden ser:

  • Lodos de depuradora: Lodos líquidos, lodos de depuradora sin tratar, lodos compostados y lodos tratados con cal.
  • Desechos animales: grasas animales, sangre animal, restos de comida, contenido estomacal, contenido ruminal, cadáveres de animales y estiércol de aves, pescado y ganado.
  • Cultivos energéticos: generalmente maíz, maíz, mijo y trébol. Pueden ser cultivos enteros utilizados en la codigestión o como desechos (tallos y pencas) procedentes de la cosecha de estos cultivos.
  • Residuos municipales: residuos de alimentos, filtros de café/té, restos orgánicos, residuos de panadería y residuos de cocina.
  • Residuos agrícolas: Frutos, melazas, tallos, paja vegetal y bagazo (residuos tras la trituración de caña de azúcar o tallos de sorgo).
  • Residuos industriales: Residuos del procesado de alimentos/bebidas, residuos lácteos, residuos de las industrias del almidón/azúcar, residuos de mataderos y residuos de cervecerías.[1]​

Éstas son sólo algunas de las diferentes fuentes de las que puede proceder el digestato anaeróbico. La composición química del digestato producido puede variar en función de la materia prima utilizada. Los lodos de depuradora y el estiércol animal suelen consumir la mayor parte de su contenido energético debido a que la fuente de energía original (alimento) se digiere primero en el interior de la persona o el animal. Esto permite que los lodos de depuradora y el estiércol animal sean buenos candidatos para la codigestión junto con otras materias primas para producir un mejor digestato para fines agrícolas, así como una mayor producción de biogás.[2]​

Proceso de digestión anaerobia

La digestión anaerobia de la materia orgánica consta principalmente de cuatro fases: hidrólisis enzimática (descomposición de polímeros grandes en moléculas más pequeñas), acidogénesis (formación de ácido), acetogénesis (producción de ácido acético ) y metanogénesis (producción de CH4). El digestato se produce tanto por acidogénesis como por metanogénesis y cada una tiene características diferentes.[1]​

Digestato acidogenico

Durante esta etapa, las bacterias acidificantes convierten las sustancias químicas solubles en agua, incluidos los productos de la hidrólisis, en ácidos orgánicos de cadena corta, como fórmico, acético, propiónico, butírico y pentanoico, alcoholes, como metanol y etanol, aldehídos, dióxido de carbono e hidrógeno. El amoníaco y el sulfuro de hidrógeno son otros productos de la acidogénesis. Estas bacterias operan en un rango de pH de 4,0 a 8,5. Este proceso también puede reducir el pH dentro del biodigestor con el tiempo, provocando que los microbios no puedan funcionar. Por esta razón, el pH debe controlarse cuidadosamente.[2]​

Dado que la acidogénesis se produce al principio del proceso de digestión anaerobia, la mayor parte de la materia orgánica no se ha degradado completamente, por lo que el digestato es fibroso y está formado por materia vegetal estructural, como lignina y celulosa. Por ello, suele denominarse digestato sólido. El digestato acidógeno tiene propiedades de alta retención de humedad. El digestato también puede contener minerales (principalmente fósforo) y restos de bacterias.

Digestato metanogénico

Planta de biogás en Neuhaus (Oste) con las tapas de los contenedores estancas al gas

La metanogénesis es la última fase de la digestión anaerobia. Durante esta fase, las arqueas metanogénicas producen metano a partir de los sustratos generados durante la acetogénesis. Estos sustratos son principalmente acetato e hidrógeno. La metanogénesis también puede producirse mediante otro metabolismo basado en la cooperación de bacterias fermentadoras y arqueas metanógenas, la vía metanogénica sintrófica. Durante la metanogénesis sintrófica, las bacterias pertenecientes principalmente a la clase Clostridia oxidan el acetato en hidrógeno y CO2, que son aprovechados sucesivamente por las arqueas hidrogenotróficas para los metanógenos. Los microbios metanogénicos son bastante sensibles a los cambios de pH y prefieren un rango de 5,0-8,5 dependiendo de la especie. Esta es la razón por la que en algunos biodigestores las cámaras para las diferentes etapas de las digestiones anaerobias estarán separadas para una producción óptima de biogás.

En este punto, la mayor parte de la materia orgánica se ha descompuesto, dejando tras de sí el digestato metanogénico conocido como lodo (a veces llamado licor o digestato líquido). Los lodos tienen un alto contenido en nutrientes, como amonio y potasio. El otro subproducto de esta etapa es el metano, que suele recogerse y utilizarse como fuente de combustible.

Digestato entero

Es cuando el digestato fibroso (fracción sólida) del digestato acidogénico se combina con el digestato licoroso (fracción líquida) del digestato metanogénico para crear el digestato completo. Esta combinación de los dos digestatos consiste en una forma de lodo. La fracción líquida constituye hasta el 90% del digestato en volumen, contiene 2-6% de materia seca, partículas <1,2 mm de tamaño, y la mayor parte del nitrógeno y potasio solubles, mientras que la fracción sólida retiene la mayor parte del fósforo del digestato, y contiene un contenido de materia seca ˃ 15%.[3]​

La combinación de ambos en un digestato completo permite aumentar la disponibilidad de una amplia gama de nutrientes que pueden ser útiles para las actividades agrícolas. Algunos biodigestores anaeróbicos sólo tienen una cámara de digestión, lo que permite que estos dos digestatos se mezclen por sí solos sin más intervención. 

Características del digestato

Los principales parámetros para evaluar la calidad del digestato cuando se utiliza para aplicaciones agrícolas son el pH, los nutrientes, los sólidos totales (ST), los sólidos volátiles (SV) y el carbono total (CT). Esta calidad depende de la materia prima y del tipo de sistema de digestión anaerobia.[3]​ Por lo general, el contenido de amoníaco del digestato representa aproximadamente el 60-80% del contenido total de nitrógeno, pero en el caso de una materia prima como los residuos de comida de cocina puede llegar al 99%. También se ha observado que el digestato tiene una mayor concentración de fósforo y potasio que el compost. La proporción media entre P y K es de 1:3. Todo ello hace que el digestato sea una fuente potencialmente viable para enmendar el suelo agrícola de determinados cultivos.[4]​

Usos

El uso principal del digestato es como acondicionador del suelo. El digestato acidógeno aporta retención de humedad y contenido orgánico a los suelos. Esta materia orgánica puede descomponerse aún más, aeróbicamente, en el suelo. El digestato metanogénico proporciona nutrientes para el crecimiento de las plantas. También puede utilizarse para proteger los suelos contra la erosión.

El digestato acidógeno también se puede utilizar como relleno ecológico para dar estructura a los plásticos compuestos .

Los ensayos de crecimiento con digestato procedente de residuos mixtos han mostrado resultados saludables en el crecimiento de los cultivos.[5]​ El digestato también puede utilizarse en cultivos intensivos de plantas en invernadero, por ejemplo, en digeponía.

Además, se ha demostrado que los digestatos sólidos y líquidos son útiles en la producción de cultivos hidropónicos. Múltiples estudios han demostrado que el digestato puede producir rendimientos similares o superiores en múltiples cultivos en comparación con las prácticas de cultivo estándar utilizadas en hidroponía y cultivo en sustrato sin suelo.[6]​[7]​[8]​

Digestato y compost

El digestato técnicamente no es compost, aunque es similar en características físicas y químicas. El compost se produce por digestión aeróbica -descomposición por aerobios. Esto incluye hongos y bacterias que pueden descomponer la lignina y la celulosa en mayor medida.

Se ha demostrado que el tratamiento, por ejemplo mediante ultrasonidos, mejora la solubilización del digestato, medida por el aumento de los niveles de demanda química de oxígeno soluble, carbono orgánico total soluble y nitrógeno total soluble liberados en la solución.[9]​

Estándares para el digestato

La calidad del digestato producido por digestión anaerobia puede evaluarse con arreglo a tres criterios: aspectos químicos, biológicos y físicos. La calidad química debe considerarse en términos de metales pesados y otros contaminantes inorgánicos, compuestos orgánicos persistentes y el contenido de macroelementos como nitrógeno, fósforo y potasio. En función de su origen, los biorresiduos pueden contener agentes patógenos que, si no se gestionan adecuadamente, pueden provocar la propagación de enfermedades humanas, animales o vegetales.

Los estándares físicos de los compost incluyen principalmente factores de apariencia y olor. Mientras que la contaminación física no representa un problema para la salud humana, vegetal o animal, la contaminación (en forma de plásticos, metales y cerámica) puede causar una percepción pública negativa. Incluso si el compost es de alta calidad y se cumplen todas las normas, sigue existiendo una percepción pública negativa de los compost a base de residuos. La presencia de contaminantes visibles se lo recuerda a los usuarios.

El control de calidad de la materia prima es la forma más importante de garantizar un producto final de calidad. El contenido y la calidad de los residuos que llegan al emplazamiento deben caracterizarse lo más exhaustivamente posible antes de ser suministrados.

En el Reino Unido, la Especificación Pública Disponible (denominada PAS110) rige la definición de digestato derivado de la digestión anaeróbica de materiales biodegradables separados en origen.[10]​ La especificación garantiza que todos los materiales digeridos sean de calidad homogénea y aptos para el uso previsto. Si una planta de biogás cumple la norma, se considerará que su digestato se ha recuperado totalmente y ha dejado de ser un residuo, y podrá venderse con el nombre de "biofertilizante".[11]​

Véase también

Referencias

  1. ↑ a b Chong, Chi Cheng; Cheng, Yoke Wang; Ishak, Syukriyah; Lam, Man Kee; Lim, Jun Wei; Tan, Inn Shi; Show, Pau Loke; Lee, Keat Teong (10 de enero de 2022). «Anaerobic digestate as a low-cost nutrient source for sustainable microalgae cultivation: A way forward through waste valorization approach». Science of the Total Environment (en inglés) 803: 150070. Bibcode:2022ScTEn.803o0070C. ISSN 0048-9697. PMID 34525689. doi:10.1016/j.scitotenv.2021.150070. 
  2. ↑ a b Di Maria, Francesco (1 de enero de 2017), «Chapter 3 - The Recovery of Energy and Materials From Food Waste by Codigestion with Sludge: Internal Environment of Digester and Methanogenic Pathway», en Grumezescu, Alexandru Mihai; Holban, Alina Maria, eds., Food Bioconversion, Handbook of Food Bioengineering (en inglés) (Academic Press): 95-125, ISBN 978-0-12-811413-1, consultado el 22 de noviembre de 2021 .
  3. ↑ a b Aso, Sammy N. (11 de mayo de 2020). Digestate: The Coproduct of Biofuel Production in a Circular Economy, and New Results for Cassava Peeling Residue Digestate (en inglés). IntechOpen. ISBN 978-1-83881-001-6. 
  4. ↑ Makádi, Marianna; Tomócsik, Attila; Orosz, Viktória (14 de marzo de 2012). Digestate: A New Nutrient Source - Review (en inglés). IntechOpen. ISBN 978-953-51-0204-5. 
  5. ↑ Response to source segregation requirement Archivado el 29 de septiembre de 2007 en Wayback Machine., www.alexmarshall.me.uk, Retrieved 22.02.07
  6. ↑ Ronga, Domenico; Pellati, Federica; Brighenti, Virginia; Laudicella, Katia; Laviano, Luca; Fedailaine, Maamar; Benvenuti, Stefania; Pecchioni, Nicola et al. (1 de diciembre de 2018). «Testing the influence of digestate from biogas on growth and volatile compounds of basil (Ocimum basilicum L.) and peppermint (Mentha x piperita L.) in hydroponics». Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants (en inglés) 11: 18-26. ISSN 2214-7861. doi:10.1016/j.jarmap.2018.08.001. 
  7. ↑ Magpiecomms. «Novel uses for digestate: Protected horticulture». Conferences (en inglés). Consultado el 22 de noviembre de 2021. 
  8. ↑ Stoknes, K.; Scholwin, F.; Krzesiński, W.; Wojciechowska, E.; Jasińska, A. (1 de octubre de 2016). «Efficiency of a novel "Food to waste to food" system including anaerobic digestion of food waste and cultivation of vegetables on digestate in a bubble-insulated greenhouse». Waste Management (en inglés) 56: 466-476. ISSN 0956-053X. PMID 27425859. doi:10.1016/j.wasman.2016.06.027. 
  9. ↑ Garoma, Temesgen; Pappaterra, Pappaterra (2018). «An investigation of ultrasound effect on digestate solubilization and methane yield». Waste Management 71: 728-733. PMID 28318963. doi:10.1016/j.wasman.2017.03.021. 
  10. ↑ WRAP Anaerobic Digestion Page
  11. ↑ «UK's Official Information Portal on Anaerobic Digestion and Biogas, Digestate Standards Page». Archivado desde el original el 12 de febrero de 2011. Consultado el 16 de febrero de 2011. 

 Otras lecturas

Enlaces externos