Emisiones (II): ¿Cómo minimizar las emisiones de GEI y amoníaco en las granjas porcinas?

La velocidad de transferencia de los gases des de la fase líquida a la atmosfera es proporcional a la diferencia entre la concentración en la fase líquida y la que tendría si estuviera en equilibrio con la fase gaseosa. La concentración de equilibrio es aquella para la que no hay transferencia, esto es, no hay emisiones. Un gas que sea poco soluble (concentración de equilibrio baja, caso del CH₄) tenderá a escapar rápidamente a la fase gaseosa, mientras que en caso contrario (caso del NH₃) podrá mantener concentraciones elevadas en el líquido sin que haya emisiones.

No todo el nitrógeno amoniacal está en forma de NH₃, si no mayoritariamente en forma de NH₄⁺ no volatilizable. Conforme baja el pH o la temperatura, más nitrógeno estará en forma de NH₄⁺ y más nitrógeno amoniacal (suma de NH₃ y NH₄⁺) se mantendrá en el medio líquido. Si aumenta la concentración de NH₃ en la fase gaseosa sobre los purines, por encima de los valores usuales en la atmosfera, también lo hará la concentración de equilibrio en el líquido. Así, a pH 7, una temperatura de 20 ^oC y una concentración de 50 ppm de NH₃ en la fase gas encima de los purines, la concentración de equilibrio en el líquido de nitrógeno amoniacal es de 5.260 mg N/L, mientras que esta concentración es de 540 mg N/L para pH 8. Para evitar emisiones, y mantener concentraciones más elevadas en medio líquido, es mejor pH 7 que pH 8, y mejor todavía si el pH fuera inferior a 7. Conforme baja la concentración de NH₃ en la capa de aire sobre la superficie de los purines (concentración media en la atmosfera terrestre de 1 - 5 ppb), menor es la concentración de equilibrio y más rápida será la emisión. Sería el caso de viento o cualquier otro fenómeno de dispersión de gases. Cubrir la laguna de efluentes, aunque sea ligeramente, para protegerla de la dispersión o para disminuir el área superficial de intercambio líquido/gas, tendrá efecto en la reducción de emisiones de NH₃. No así con el CH₄, que escapará a la atmosfera en cualquier circunstancia, a no ser que la cubierta la laguna sea completamente estanca.

Las emisiones de CH₄ dependen del tiempo durante el cual los microorganismos anaerobios descomponen la materia orgánica, cuya actividad se incrementa con la temperatura. En la Figura se muestran los factores de emisión de CH₄ según el manual 2019 del IPCC (Panel intergubernamental de expertos en el cambio climático) para clima templado y clima cálido, ya sea húmedo o seco. El clima templado corresponde a temperaturas medias anuales entre 15 ^oC y 25 ^oC, y el clima cálido a temperaturas superiores. El manual IPCC indica que para estimar las emisiones en los fosas bajo el slat deben considerarse las condiciones ambientales en los habitáculos de los animales, ambiente cálido húmedo, y no las exteriores. Esto último ha sido comprobado experimentalmente. Sólo con retirar los purines de las naves a la mayor brevedad hacia una laguna de efluentes exterior se pueden reducir las emisiones, por ejemplo, del 57 % al 24% en caso de almacén durante 3 meses (ver la Figura).

Para evitar las emisiones de NH₃, por orden de prioridad se pueden aplicar diferentes técnicas:

1. Mejorar las dietas y la digestibilidad de las proteínas y aminoácidos. Cuanta más elevada sea la eficiencia de la alimentación, menor concentración de nitrógeno en los purines y menores velocidades de transferencia.
2. Retirar los purines de las fosas de las naves de los animales a la mayor brevedad, cada día mejor que cada semana, y mejor cada 6 horas que cada 24. Si bien el manual IPCC estima valores medios de emisión de nitrógeno del 25 % (intervalo 15% - 30%) del nitrógeno excretado para fosas bajo slat, y del 48% (15% - 60%) para lagunas de efluentes exteriores sin costra natural, la balsa permite cubrir y evitar la emisión (bajada a 3% - 12% según manual IPCC), lo cual no es practicable en las fosas. También se evita que los animales respiren amoníaco, con beneficios a nivel sanitario y productivo.
3. Cubrir las lagunas exteriores con una lona u otro material que reduzca el área de contacto entre la superficie de los purines almacenados y la atmosfera. Por ejemplo, piezas sólidas flotantes que se combinen entre ellas para teselar completamente la superficie de los purines. Si se cubre la laguna con una membrana impermeable se podrá evitar también la emisión de CH₄, gas que se acumulará bajo la membrana y que deberá quemarse periódicamente en antorcha o en caldera, o para uso energético, para evitar la rotura de la membrana por sobrepresión. Esta sobrepresión no será nunca debida al NH₃, ya que una vez se alcanzan las concentraciones de equilibrio entre fases líquida y gas se parará su emisión.
4. Reducir el pH de los purines a valores inferiores a 7, añadiendo ácido y utilizando equipos especialmente diseñados para este objetivo. También existen equipos para acidificar en la cuba de transporte y aplicación agrícola de los purines, y así evitar la pérdida de NH₃ durante las aplicaciones.

Para evitar las emisiones de CH₄, se pueden aplicar las siguientes técnicas:

1. Mejorar en la digestibilidad de las dietas y evitar la pérdida de alimento hacia los purines. Aunque todavía no existe información contrastada que lo corrobore, una mayor eficiencia en la alimentación de los animales debería implicar un menor potencial energético de los sólidos volátiles (SV) en los purines y, por tanto, un valor más bajo de su potencial de emisión B_o.
2. Retirar los purines de las fosas de las naves a la mayor brevedad. Como se comprueba en la Figura, esta práctica tiene un efecto relevante para reducir las emisiones de CH₄.
3. Adoptar una separación sólido/líquido a la mayor brevedad después de evacuar los purines de las naves. La fracción sólida apilada presenta emisiones del orden del 4 % - 5 % de B_o según IPCC, para los sólidos volátiles que contenga, y la fracción líquida emitirá según el valor que corresponda en la Figura, pero para una menor concentración de SV y, por tanto, menores emisiones.
4. Cubrir la laguna exterior con una membrana impermeable, para evitar la emisión a la atmosfera. Una laguna así ha de estar diseñada para que nunca llegue a vaciarse completamente, para que no entre aire, y ha de incluir mecanismos de seguridad para evitar sobrepresiones así como una antorcha para quemar periódicamente el gas acumulado. Una mejor alternativa es el uso del gas como combustible para calderas.
5. Planificar una planta de biogás, individual o colectiva, con uso energético del gas. A la planta deberán entrar los purines a la mayor brevedad para aprovechar todo su potencial energético. La laguna de efluentes del digerido ha de ser cubierta, para evitar emisiones de NH₃, ya que la concentración de nitrógeno amoniacal es superior a la de los purines originales, por descomposición de las proteínas.