Beneficios del Reciclaje de Subproductos como Fertilizantes en la Economía Circular

El fósforo y el nitrógeno son nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas. Tradicionalmente, su equilibrio y una producción agrícola adecuada se han complementado con fertilizantes químicos. Sin embargo, el uso excesivo de estos nutrientes ha provocado un aumento de su cantidad en el planeta, generando diversos problemas ambientales. Por esta razón, existe un movimiento global creciente que promueve la agricultura sostenible a través del reciclaje de fósforo y nitrógeno. Japón, por ejemplo, ha fijado el objetivo de reducir el uso de fertilizantes químicos en un 30% para 2050.

La industria alimentaria genera una gran cantidad de residuos que, si no se tratan adecuadamente, promueven la contaminación. El modelo de economía lineal, bajo el cual se rige actualmente la mayoría de la producción y consumo, ha sobrepasado la explotación de los recursos naturales, comprometiendo su capacidad de renovación (Prieto-Sandoval, et al., 2017). Este modelo, vigente a lo largo del tiempo, se caracteriza por adquirir, utilizar y desechar los materiales que forman parte de la cadena, incluidos los alimentos, y no considera el daño producido en diferentes sectores como el medio ambiente o el alimentario.

La Transición hacia la Economía Circular

Resulta fundamental lograr una transición del modelo lineal hacia nuevos modelos productivos que reduzcan la contaminación medioambiental y generen desarrollo económico y bienestar social. Un sistema de Economía Circular (EC) debe ser reconstituyente y regenerativo, manteniendo los productos, componentes y materiales en todos sus niveles elevados, y convirtiendo los materiales antes descartados en un recurso para la creación de nuevos productos (Cerdá y Khalilova, 2016; Martínez-Peña, 2021). La EC mantiene el capital natural y optimiza los rendimientos de los recursos y los flujos renovables, minimizando los riesgos de contaminación y gestionando los flujos renovables.

La EC no es un concepto nuevo, y su implementación es de creciente interés. No obstante, la información disponible para la industria y la sociedad ha sido escasa, lo que ha limitado su aplicación y, por tanto, los resultados sobre la sostenibilidad aún requieren mayor soporte y aplicación práctica.

Impacto del Desperdicio de Alimentos

El desperdicio de alimentos impacta negativamente en los sistemas de alimentación de las comunidades, reduciendo la disponibilidad de alimentos, generando menores ingresos para los productores y aumentando los precios para los consumidores. Se estima que poco más de un millón de toneladas de alimentos se pierde o desperdicia durante los procesos industriales, en postcosecha, almacenamiento y transporte, cantidad que podría alimentar aproximadamente a dos millones de personas (FAO, 2019).

Cuando se desperdician cantidades importantes de alimentos, se impacta negativamente el precio de los mismos, y en particular, a la población de menores recursos. En algunos países, un porcentaje significativo de la población vive en situación de insuficiencia alimentaria severa, sin recursos suficientes para alimentarse todos los días.

La reducción de las pérdidas y el desperdicio de alimentos forma parte de la agenda 2030 de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), cuyo objetivo es promover la seguridad y sustentabilidad alimentaria y ambiental, así como mejorar el estado nutricional de la población (FAO, 2019).

Subproductos Agroindustriales como Recurso

Los subproductos de la industria alimentaria pueden ser una buena fuente de compuestos bioactivos, por lo que en la actualidad se buscan alternativas que permitan su aprovechamiento. La generación de residuos en la industria agroalimentaria es un gran reto que conduce a problemas ambientales y económicos, los cuales a su vez promueven otros más severos como la inseguridad alimentaria. Los residuos de la industria alimentaria son los subproductos generados durante su producción y procesamiento, y pueden ser desechos de alimentos de origen animal y vegetal (Obi et al., 2016). Si estos subproductos no se disponen de manera adecuada, pueden ser una fuente de contaminación, provocando problemas medioambientales y de salud.

El aprovechamiento integral de los subproductos requiere la atención y las acciones de todos los actores de la cadena de valor de los alimentos. La reducción de los residuos agroindustriales implica capacitar en buenas prácticas de producción, manejo y manufactura a cada uno de los participantes de la cadena de valor de los alimentos (Kharola et al., 2022).

Estrategias de Reciclaje y Valorización de Subproductos

Investigación y Desarrollo de Fertilizantes Reciclados

Un grupo de investigación de la Universidad Metropolitana de Osaka, dirigido por el profesor Ryosuke Endo y el estudiante de posgrado Satoru Sakuma, llevó a cabo un experimento para producir fertilizante líquido reciclado a partir de desechos orgánicos como reemplazo de fertilizantes químicos. Utilizando desechos de alimentos, estiércol y lodos de alcantarilla, los investigadores llenaron reactores de nitrificación con estos residuos orgánicos y agua del grifo, y luego extrajeron digestato de biogás nitrificado (f-NBD) para usarlo como cultivo de semillas. Se compararon las salidas de fósforo y nitrógeno de cada tipo de residuo orgánico, y este método experimental produjo soluciones nutritivas capaces de reemplazar el fósforo y el nitrógeno químicos insostenibles.

Además, los investigadores han desarrollado un método mejorado que aumenta la solubilidad del fósforo, ya que este suele no disolverse durante los métodos tradicionales de producción de fertilizantes. Al reducir el pH del fertilizante líquido derivado de desechos, el fósforo se disuelve y produce un alto contenido de fósforo, antes de que el pH se restablezca a su nivel original. “Esta investigación sugiere que es posible reemplazar hasta el 100% del nitrógeno y hasta el 77% del fósforo en fertilizantes químicos líquidos con la solución producida en este estudio”, afirmó el estudiante de posgrado Sakuma. El Dr. Endo añadió que “reducir el uso de fertilizantes químicos se ha convertido en una tendencia mundial, pero los sistemas agrícolas hidropónicos dependen en gran medida de ellos. Al aplicar los resultados de esta investigación y reutilizar el fósforo contenido en los desechos orgánicos como fertilizante líquido, esperamos que esto conduzca al desarrollo de una agricultura orientada al reciclaje”.

Fertilizantes Organominerales a partir de Residuos Industriales

La agricultura, la ganadería, la silvicultura y las ciudades generan constantemente residuos orgánicos. La economía europea pierde también el importante potencial económico que ofrecen la materia y los nutrientes de estos residuos. Los residuos orgánicos podrían reciclarse para producir fertilizantes organominerales, pero los métodos existentes son insostenibles, ineficientes y, a menudo, utilizan productos químicos perjudiciales. En el proyecto BTSys, financiado con fondos europeos, se ha desarrollado un sistema para tratar y reciclar residuos orgánicos industriales, que produce un fertilizante sostenible y eficaz. Este proceso de circuito cerrado recicla por completo los macronutrientes y el carbono, transformando los residuos en un fertilizante organomineral sin ningún tipo de perjuicio ni contaminación ambiental.

Como el fertilizante contiene entre un 40 y un 50 % de materia orgánica, actúa para mejorar la estructura del suelo y ofrece beneficios adicionales para el siguiente ciclo de crecimiento y cosecha. Los residuos orgánicos se introducen en el reactor BTSys de Agristarbio. A continuación, los reactivos químicos tratan los residuos y equilibran los niveles de nitrógeno, fósforo y potasio. Un secador industrial reduce el nivel de humedad del fertilizante, y en el último paso, un granulador de alta eficiencia convierte el fertilizante en gránulos. Este proceso no libera emisiones a la atmósfera y no hay contaminantes locales. «El contenido de materia orgánica y la abundancia de aminoácidos, azúcares y micronutrientes contribuyen de manera significativa a mejorar la salud del suelo», señala Forjaz Carreiro.

Compostaje Orgánico de Subproductos Agrícolas

El compostaje orgánico es un método respetuoso con el medio ambiente que aprovecha el proceso natural de descomposición para reciclar residuos orgánicos y producir compost rico en nutrientes. Los subproductos agrícolas como los residuos de cultivos, el estiércol animal y los restos de comida pueden utilizarse eficazmente en el compostaje orgánico. Este proceso ofrece numerosas ventajas, como la gestión de residuos, el enriquecimiento del suelo y prácticas agrícolas sostenibles.

Fases del Compostaje Orgánico:

1. Preparación: Se recogen, clasifican y trituran los subproductos agrícolas. Los materiales se mezclan en proporciones adecuadas para optimizar la relación carbono-nitrógeno, el contenido de humedad y los niveles de aireación.
2. Descomposición Activa: Las materias mezcladas se introducen en cubos o se amontonan en pilas de compostaje, permitiendo que la actividad microbiana natural descomponga la materia orgánica. Los microorganismos metabolizan los materiales ricos en carbono y liberan calor, elevando la temperatura dentro de la pila.
3. Maduración: Tras la descomposición inicial, el compost pasa por un periodo de maduración en el que se deja estabilizar y se somete a una mayor actividad microbiana.
4. Aplicación: Una vez maduro, el compost se utiliza como abono del suelo para mejorar su fertilidad y estructura.

Beneficios del Compostaje Orgánico:

• Gestión de Residuos: Convierte subproductos agrícolas en materiales valiosos.
• Reciclaje de Nutrientes: Transforma residuos orgánicos en un fertilizante natural rico en macro y micronutrientes.
• Enriquecimiento del Suelo: Mejora la estructura, porosidad y capacidad de retención de agua del suelo, aumentando la actividad biológica.
• Secuestro de Carbono: Contribuye al secuestro de carbono al convertir residuos orgánicos en compuestos estables, actuando los suelos enriquecidos con compost como sumideros de carbono.
• Rentabilidad: Ofrece una solución rentable para la gestión de residuos al utilizar materiales in situ.

Aplicaciones del Compostaje Orgánico:

• Agricultura: Mejora la fertilidad del suelo, reduce la erosión y aumenta el rendimiento de las cosechas.
• Horticultura y Jardinería: Aumenta el crecimiento y vigor de las plantas, mejora la estructura del suelo y ayuda a retener la humedad.
• Paisajismo: Mejora la calidad del suelo y promueve el crecimiento saludable de las plantas en céspedes, parterres y jardines ornamentales.

Autogestión de Biomasa Agrícola en Invernaderos

La Universidad de Almería ha realizado un experimento de autogestión de la biomasa generada por un mismo invernadero durante cinco años consecutivos, aplicando la técnica de biosolarización. Esta estrategia alternativa busca mitigar la problemática que sufren los centros de gestión externos en los meses de mayor generación de residuos.

La biomasa agrícola autogestionada consistió en restos vegetales frescos de tomate obtenidos al finalizar cada campaña de producción, incorporados al suelo como enmienda orgánica mediante biosolarización durante el verano previo a cada cultivo. Los tratamientos evaluados fueron la no fertilización, la fertilización exclusiva con 3,5 kg·m^-2 de restos vegetales frescos de tomate (sin añadir otro fertilizante) y el fertirriego convencional (fertilización inorgánica vía gotero).

Resultados del Experimento:

• La reutilización de los restos vegetales frescos de la campaña anterior fue capaz de producir de manera similar al cultivo convencional de tomate con fertirriego.
• No se depreció la calidad de la producción ni el beneficio económico antes de impuestos.
• La fertilidad del suelo mejoró progresivamente, manifestada por el vigor de las plántulas crecidas en condiciones controladas.
• Los parámetros químicos del suelo se mantuvieron constantes, excepto el nitrógeno total y potasio asimilable que incrementaron su concentración.
• La conductividad hidráulica del suelo mejoró, reduciéndose en más de un 20%, lo que permitió disminuir el consumo de agua del tratamiento con biomasa agrícola un 37,2 % frente al manejo convencional.
• La microbiota cultivable bacteriana y fúngica saprófita del suelo tuvo la capacidad de restablecerse al final de cada ciclo de producción, alcanzando un nivel similar al registrado antes de aplicar el protocolo de biosolarización.

Proceso de Biosolarización:

1. Descuelgue de las plantas del cultivo anterior.
2. Transporte del material vegetal al pasillo central y roturación del terreno.
3. Trituración de la biomasa agrícola a fragmentos de 2 cm.
4. Esparcimiento del material sobre la superficie del suelo a una dosis de 3,5-6,5 kg·m^-2.
5. Roturación para homogeneizar la enmienda orgánica.
6. Reinstalación de los ramales portagoteros y riego de comprobación.
7. Cubrir el suelo con una lámina plástica de 100 galgas, sellándola para evitar la pérdida de humedad y gases.
8. Riego hasta alcanzar la capacidad de campo y dejar actuar el proceso durante 90 días.

La biosolarización reduce el riesgo de expresión de plagas y enfermedades en el cultivo siguiente, disminuyendo la cantidad de fitosanitarios demandados, lo cual se alinea con la Estrategia de la Granja a la Mesa de la Unión Europea.

Recomendaciones para el Aprovechamiento de Biomasa Agrícola

• La cantidad recomendada de subproducto es de 3,5 kg·m^-2 de restos vegetales frescos, cantidad media producida por el cultivo de tomate.
• En caso de déficit, se puede complementar con otras enmiendas orgánicas (estiércol, compost).
• En caso de exceso, se puede incorporar al suelo hasta una cantidad que no supere los 170 kg·ha^-1·año^-1 de nitrógeno.
• Es imprescindible el uso de carillas (zanjas triangulares) para incorporar los restos vegetales en invernaderos con enarenado, para reducir los costes de trabajar el suelo.

Iniciativas y Avances en la Economía Circular Agroalimentaria

Centros de Innovación y Empresas

La Universidad de Zaragoza fue el punto de encuentro para investigadores, tecnólogos y empresarios del sector agroalimentario, interesados en conocer y compartir proyectos para reciclar, reutilizar o transformar residuos y subproductos en materias primas. España es el tercer país de la Unión Europea con mayor número de empresas que han realizado actividades de economía circular en los tres años precedentes, solo por detrás de Malta e Irlanda.

Investigadores de centros de innovación tecnológica y universidades de Zaragoza, Valencia, Valladolid y País Vasco han presentado proyectos. Eugenia Venturini, de la Universidad de Zaragoza, ha mostrado el interés de obtener extractos con propiedades antimicrobianas o antioxidantes a partir de residuos. María García, de AINIA (Valencia), ha dado a conocer trabajos sobre la conversión de subproductos en fuentes de energías renovables. Chelo Escricg, de AIMPLAS (Valencia), ha mostrado cómo aprovechar residuos agrícolas para la obtención de biopolímeros y aditivos. Ignacio de Godos, de la Universidad de Valladolid, ha explicado el potencial de las microalgas para la obtención de energía.

Empresas como la aragonesa Fertinago están implementando la economía circular en la industria del fertilizante, destacando que el carbono orgánico gobernará la nueva agricultura. Cooperativas Agro-alimentarias de Aragón ha desarrollado un sistema de valorización energética de subproductos agrícolas, principalmente paja de cereal. Tecnopackaging (Zaragoza) desarrolla proyectos de I+D en materiales biodegradables y nuevos materiales antimicrobianos. Feltwood (Zaragoza) crea tecnologías para producir materiales industriales ecológicos a partir de residuos agrícolas, alternativos al plástico y la madera.

Casos de Éxito en la Valorización de Subproductos

• Grupo García Carrión (Murcia): Proyecto el Andévalo en Huelva, una planta de exprimidos de naranjas ubicada en la misma finca, priorizando la sostenibilidad ambiental y la calidad del zumo.
• Copiral (Lleida): Trata subproductos líquidos y sólidos de la industria alimentaria para transformarlos en materias primas para piensos animales.
• Matarromera (Valladolid): Ha desarrollado una línea de productos cosméticos basada en la extracción de polifenoles de los hollejos de la uva.
• Biogastur (Asturias): Convierte residuos ganaderos en biogás y fertilizantes sólidos y líquidos, generando electricidad para el consumo de las propias explotaciones ganaderas y reduciendo emisiones. Esta planta trata anualmente 400.000 toneladas de residuos ganaderos, generando energía para abastecer 1.500 hogares y evitando la emisión de CO2 equivalente a 17.000 coches.

Planta de Tratamiento de Residuos Orgánicos en Barranquilla

La planta de tratamiento de residuos orgánicos del mercado público Gran Bazar en Barranquilla procesa a diario hasta 3 toneladas de residuos orgánicos, incluyendo aguacates, tomates y mangos en mal estado, para convertirlos en recursos aprovechables. Esta iniciativa busca reducir el uso de rellenos sanitarios y fomentar la economía circular en la ciudad.

Tecnología y Resultados:

La planta cuenta con tecnología avanzada que incluye molinos, bioconversión y digestión anaerobia. Mediante bioreactores, los residuos se transforman en:

• Biogás: Con potencial para convertirse en energía eléctrica suficiente para el consumo de 200 a 250 hogares.
• Biol: Un fertilizante líquido que incrementa la productividad agrícola.
• Compost y Subproductos Orgánicos: Que aumentan la fertilidad del suelo.

Además, la planta utiliza larvas de la mosca soldado negra, que consumen residuos orgánicos y pueden reducir hasta el 70 % del material inicial, generando biomasa rica en nutrientes. La iniciativa mejora las condiciones sanitarias, optimiza la gestión de residuos y promueve la cultura de separación y aprovechamiento, fortaleciendo el trabajo de los recicladores y generando nuevas oportunidades económicas.

La Agroecología y el Reciclaje de Nutrientes

Los residuos son un concepto humano, no existen en los ecosistemas naturales. Al imitar los ecosistemas naturales, las prácticas agroecológicas apoyan los procesos biológicos que impulsan el reciclaje de nutrientes, biomasa y agua dentro de los sistemas de producción, aumentando así la eficiencia en el uso de los recursos y minimizando los residuos y la contaminación.

El reciclaje puede tener lugar tanto a escala de la granja como dentro de los paisajes, mediante la diversificación y la creación de sinergias entre los distintos componentes y actividades. Por ejemplo, los sistemas agroforestales que incluyen árboles de raíces profundas pueden capturar los nutrientes que se pierden más allá de las raíces de los cultivos anuales. Los sistemas agropecuarios promueven el reciclaje de materiales orgánicos utilizando el estiércol para el compostaje o directamente como fertilizante orgánico, y los residuos y subproductos de las cosechas como alimento para animales. El ciclo de los nutrientes representa el 51% del valor económico de todos los servicios ecosistémicos no relacionados con el suministro, y la integración de la ganadería desempeña un papel importante para ello. Del mismo modo, en los sistemas arroz-pescado, los animales acuáticos ayudan a fertilizar el cultivo de arroz y a reducir las plagas, reduciendo la necesidad de insumos externos de fertilizantes o pesticidas.

El reciclaje aporta múltiples beneficios al cerrar ciclos y reducir residuos, lo que se traduce en una menor dependencia de recursos externos, aumentando la autonomía de los productores y reduciendo su vulnerabilidad a las perturbaciones del mercado y del clima.

Digestato como Alternativa a Fertilizantes Minerales

Los productos resultantes de la gestión de residuos orgánicos se podrían aprovechar de forma óptima para la fertilización de suelos dedicados al cultivo de maíz forrajero y trigo blando de invierno, según un estudio realizado por el Instituto Vasco de Investigación y Desarrollo Agrario, Neiker-Tecnalia. Esto puede suponer para los agricultores un importante ahorro económico con respecto a los fertilizantes minerales.

Los especialistas de Neiker-Tecnalia han analizado la valorización como fertilizante de los subproductos provenientes del proceso de digestión anaeróbica de las plantas de gestión de residuos orgánicos. Los ensayos, realizados en Arkaute e Ilarduia, indican que la aplicación del digestato (subproducto semilíquido resultante de la digestión anaerobia) obtiene los mismos resultados que los fertilizantes minerales convencionales para el maíz y el trigo. Los investigadores han observado que se obtiene la misma producción y calidad de grano, por lo que el digestato se muestra como una buena alternativa al fósforo y potasio, y a buena parte del nitrógeno, que aportan los fertilizantes minerales. Se calcula que la utilización de digerido en fondo permite un ahorro en la compra de abonos minerales cercano a los 200 euros por hectárea, además de tener un importante valor para el medio ambiente. El digerido presenta una apariencia similar a un purín de vacuno y su contenido en nutrientes como nitrógeno, fósforo y potasio lo convierten en un elemento adecuado para su aplicación en los cultivos.

En conclusión, el aprovechamiento de los subproductos agroindustriales como fertilizantes es una estrategia clave dentro de la economía circular para lograr sistemas agrícolas más sostenibles, reducir la contaminación ambiental y mejorar la seguridad alimentaria.

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