Cómo calcular el potencial reciclaje de nutrientes y su uso como abono/fertilizante a partir de la recolección y tratamiento de los residuos orgánicos domiciliarios que se podrían retirar por los  municipios y las necesidades de investigación relacionadas a ello.

Por Carolina Gonzales F., y Mariela Pino D.

Contexto En Chile, el promedio de generación de residuos por habitante es de 1,22 kg/habitante/día; actualmente la mayor parte de estos residuos se destina a relleno sanitario (78%), para lo cual existen los siguientes espacios: 30 rellenos sanitarios mecanizados[2], 8 rellenos manuales[3], 52 vertederos y 38 basurales (Subdere, 2018).

Dentro de la bolsa negra de residuos^[4] hay residuos “secos” y residuos “húmedos”. Los residuos secos corresponden al papel, cartón, plástico y vidrio, entre otros y los húmedos son comúnmente denominados FORSU, ya que corresponden a la Fracción Orgánica de Residuos Sólidos Urbanos.   Este último corresponde a un 57,6% (Subdere, 2018) de los residuos totales generados, siendo  residuos biodegradables o también llamados residuos orgánicos.

Enterrar estos residuos e inhabilitarlos de la posibilidad de reciclaje es una mala costumbre que hay que erradicar lo antes posible, puesto que esta práctica está provocando daños irreversibles a nuestro ecosistema: aumenta la emisión de los gases de efecto invernadero, el que viene  intensificándose en los últimos años y produciendo lo que llamamos “cambio climático”, el que eleva la temperatura de la tierra debido principalmente al efecto del metano; y modifica los patrones de lluvia y t° promedio, lo que afecta todas las condiciones de vida sobre el planeta, incluyendo a la flora y la fauna que nos rodea.

¿Se imaginarían ustedes enterrando su basura en un hoyo en su patio, o en la plaza, o en las calles? O más aún, ¿transportar hasta 93 km de distancia la basura de una ciudad completa para alcanzar el relleno sanitario, cómo ocurre en la comuna de San Antonio hasta el relleno sanitario de El Molle? (Implementa Sur, 2019), ¿o tener que recorrer la distancia entre Temuco y Los Ángeles con camiones llenos de residuos orgánicos, dado el colapso del relleno sanitario^[5] en la región de la Araucanía? Esto genera una gran huella ecológica, que sí es evitable: la emisión de gases de efecto invernadero desde el relleno sanitario, y la imposibilidad de utilización de los residuos “húmedos” o mitigación de acciones que aumentan la generación de CO_2. Todo esto debido a la gran emisión de gases a partir de: la combustión de los camiones que transportan “la basura” y su necesidad de neumáticos, lubricantes, etc., y la generación de pasivos ambientales o zonas de sacrificio. Peor aún, nos mantiene en la lógica de extracción-producción-consumo-descarte (Economía lineal), la cual está terminando con la vida en el planeta y no da cabida a la re-utilización de estos residuos en su forma de nutrientes y enmiendas a los suelos que nos alimentan.

Todo esto sumado a que el fósforo que se utiliza en la agricultura no puede ser producido sintéticamente, nos conduce a una situación riesgosa en cuanto a la seguridad alimentaria presente y futura (Alewell et al, 2020). Estamos abusando de la explotación de elementos naturales no renovables, los que no son finitos y que deberíamos cuidar y proteger, en concreto: el suelo en su rol de productor de alimentos sufre de erosión ante las prácticas de la agricultura industrializada.

Como consecuencia de este conocimiento e interés en cambiar el paradigma, hoy en día existe cada vez más gente adoptando prácticas que permitan el aprovechamiento de estos residuos, reciclando, reutilizando y haciendo compost, como fuente de nutrientes y conservación de suelos. En torno a esta problemática llevamos a cabo un ejercicio cuantitativo de investigación  para entender y visibilizar las ventajas y la necesidad que tenemos de darle al FORSU un camino alternativo al relleno sanitario, vertedero o basural.

 En este ejercicio, por lo tanto, proponemos la vía urbana de generar abono a través de  biodigestores (Ilustración 1). Un biodigestor es un contenedor que brinda las condiciones para que los residuos orgánicos de origen vegetal y/o animal sean transformados mediante un grupo de microorganismos, los que producen una reacción conocida como digestión anaeróbica, de la que se puede obtener energía (en la forma de biogás)  y por otro lado, digestato (fertilizante natural). Para entender cuánto de nuestro alimento puede ser producido a través de esta metodología,  se analizan tres etapas: (i) una metodología para estimar y calcular cuál sería el flujo y el camino alternativo de los residuos biodegradables, a partir de una gestión ciudadana y municipal coordinada; (ii) estimar cuánto nitrógeno desde el biofertilizante se podría producir para su utilización en agricultura a partir del camino de la biodigestión y; (iii) estimar cuánto del pan que consume un habitante promedio en Santiago podría ser abonado de esta manera. 

Nuestro enfoque es el área agrícola, dado que muchas veces este aspecto es dejado de lado, o queda a la sombra de la generación de combustible que ofrece la Digestión Anaerobia (DA). Esta práctica es de suma importancia para la sostenibilidad de la producción de alimentos considerando que los suelos agrícolas cada día se empobrecen más, ya que gran parte de la agricultura está basada exclusivamente en el uso de agroquímicos, los que son producidos sintéticamente, y por lo tanto no devuelven la materia orgánica a sus sitios de origen, ni “alimentan” a los suelos para su conservación.

Metodología de estimación del análisis

-Supuestos para el ejercicio

Para el cálculo, se tomará el ejemplo de la ciudad de Santiago de Chile, con algo más de 7 millones de habitantes. Se asume que un 90% de la población logrará realizar la segregación en origen de sus residuos, esto significa que en las casas, oficinas, centros de estudio, etc. habrá siempre un contenedor de residuos biodegradables, donde poder separar lo “húmedo” de lo “seco” y por lo tanto poder lograr el reciclaje de la mayor cantidad de residuos. Para ello, el sistema de recolección de basura debe ser diferenciado cada día, teniendo al menos 2-3 días a la semana para la recolección de residuos biodegradables.

Se asumirá además que parte de los residuos biodegradables serán gestionados a partir de compostaje, y otra parte a partir de DA en biodigestores. Para el caso del compostaje (o vermicompostaje), una fracción será realizada en las mismas casas, conjuntos habitacionales, escuelas o comunidades, y la otra fracción iría a compostaje de gran escala, o manejo industrial. 

Para el cálculo de este ejercicio, nos enfocaremos solamente en la digestión anaeróbica (DA) de los residuos biodegradables o “húmedos” en escalas municipales, omitiendo la posibilidad de contar con biodigestores domésticos urbanos, dada su compleja adopción en sitios de espacios reducidos y necesidades operativas a las cuales no todas las personas están dispuestas o serán capaces. Solamente se considerarán entonces, biodigestores de escalas municipales que no signifiquen grandes áreas urbanas y vayan por la descentralización, contribuyendo a disminuir distancias de transporte y la dependencia de sistemas centralizados.

A partir de estudios y conversaciones con el equipo de Reciclo Orgánicos, un programa que se ha dedicado a estudiar las posibilidades de uso de los residuos orgánicos en Chile, se usará el porcentaje optimista que indica que un 10% de los hogares estarían dispuestos a realizar compostaje domiciliario, a lo que se suma otro 5% de compostaje comunitario, ya sea en viviendas o en espacios de alta afluencia de personas (centros educativos, centros deportivos, espacios de convivencia pública, etc). Para efectos de simplificar los supuestos, del 85% recolectado restante, 75% se destinará a tratamiento a partir de DA por ser menos demandante de espacio y energía que el compostaje; y sólo el 10% se destinará compostaje industrial, según nos aclara el siguiente diagrama de flujo:

La cantidad de residuos orgánicos anuales a tratar es de 1.226.791 toneladas. Para el ejercicio se seleccionaron plantas de tratamiento del orden de 24.000 ton/año, uno de los rangos bajos para biodigestores de gran escala, buscando sistemas de gestión de FORSU y aprovechamiento del gas que no intervengan demasiado el paisaje urbano, tamaños descentralizados, y manejables por el personal municipal.

Cálculo necesidad de Biodigestores

     Dado lo anterior, según datos extraídos del año 2017, enfocándose solamente en la Región Metropolitana (RM) donde habita 42% de los habitantes de Chile, y considerando el 57,6% de fracción orgánica, se deben gestionar 1.226.791 toneladas de residuos biodegradables anualmente.  Dado el supuesto de tratamiento en biodigestores de capacidad de 24.000 ton/año, estamos hablando de 51 biodigestores con capacidad de tratamiento de 65,8 ton/día. Este tamaño de digestor trataría los residuos de unos 138.000 habitantes, o 40 mil hogares aproximadamente (asumiendo un promedio de 3.5 personas por hogar), esto implicaría que las 51 comunas de las 52 de la RM, contarían con un sistema de gestión propio.      

-Cálculo del bioabono

Una vez hechos los cálculos del volumen de la materia orgánica recuperada en un biodigestor (digestato), se realizará un balance de masa con el contenido de Nitrógeno Total (N) que ingresa al digestor, considerando que este se mantiene constante en la entrada y salida en el proceso de digestión anaeróbica que ocurre en el biodigestor o reactor anaeróbico (Ilustración 2). Se desarrolla una metodología basada en cálculos agronómicos de consumo de fertilizantes sintéticos promedios de la zona central de Chile (Manual de buenas prácticas manejo trigo, INIA), para abastecer parte del cultivo de trigo de suficientes nutrientes para rendimientos convencionales.

-Aspectos a considerar al utilizar bioabono (a conocer)

El efluente del digestor (digestato o bioabono) tendrá diferentes caracterizaciones, sin embargo normalmente está compuesto de una gran proporción de agua (llegando a ser inclusive un 98% en sistemas con recirculación de efluentes) y entre 2% y 5% de materia seca (que a su vez tendrá una fracción de minerales en su forma orgánica e inorgánica, que es la parte disponible para las plantas, y por lo tanto la más importante). Lo anterior, implica el traslado del efluente en grandes volúmenes para su aprovechamiento en la agricultura.

El real aprovechamiento del digestato como bio-fertilizante estará afectado por los siguientes factores, aguas arriba según su producción, y aguas abajo, según el aprovechamiento agrícola:

1. El tipo de sustrato utilizado en el biodigestor (estiércol, FORSU, agroindustria, aguas residuales, residuos agrícolas, o mezclas de ellos, etc.)
2. El tipo de biodigestor utilizado (% de materia seca: batch o de lote, plug flow, laguna cubierta, mezcla completa, etc))
3. El tiempo de retención hidráulica del biodigestor
4. El tipo de suelo que está siendo abonado (suelos ácidos, o alcalinos; arcillosos, arenosos, o limosos)
5. El estado del suelo (erosionado, recién cosechado, primer uso agrícola, etc)
6. El tipo de riego que recibe el cultivo (riego o cultivo de secano)
7. El tipo de cultivo a sembrar, hay especies que son más intensas en su demanda de fertilizantes, que otras (por ejemplo, maíz vs hojas verdes).
8. La posibilidad de fertilización de suelos en zonas de alta precipitación

Sin embargo, la regla a utilizar en este ejercicio, es que el contenido de nitrógeno que ingresa al biodigestor determinará el contenido de N del efluente o bioabono, el que en comparación a su uso en fresco o compostado, serán al menos similares y comparables (Martí- Herrero, et al. 2018)

Resultados

Se toma como referencia el análisis de caracterización de FORSU del mercado municipal de Tiquipaya (Martí-Herrero et al, 2019), en donde se presentaron valores de sólidos totales de 27,96%, y nitrógeno total de 1,8% de los sólidos totales. Por cada tonelada de FORSU, habría 5 kg de nitrógeno, a partir de los siguientes cálculos: 1.000 kg x 0,2796= 279,6 kg x 0,018= 5 kg de nitrógeno por cada tonelada de FORSU.

Por cada biodigestor habría anualmente 120.787 kg de N anualmente. Dado que la temporada de trigo demanda 240 kg de N como abono, cada biodigestor podría abonar 503 hectáreas anualmente. Y la suma de los 51 biodigestores alcanzaría el total de 25.725 hectáreas de trigo abonadas con digestato en la RM.

Cada hectárea produce 9 toneladas de trigo en la zona central de Chile. Considerando que el rendimiento en harina es del 75%, se producirían 173.649 toneladas de harina, las que se pueden llegar a transformar en 222.271 toneladas de pan. El consumo de pan por habitante de la RM al año es de 98 kg, por lo tanto 2.268.071 habitantes tendrían el total de su pan abonado con el nitrógeno del FORSU recuperado, y tratado con biodigestores, asumiendo que se utilizará el efluente líquido y el sólido. O dicho de otra forma, hasta un 32% de la demanda total de pan en la RM puede ser abonada con nitrógeno reciclado.

Este consumo de pan corresponde a 268 gr diarios, lo que puede llegar a corresponder el 29% de la ingesta calórica necesaria de un hombre de 30 años de actividad moderada. Todo lo demás que esta persona llegue a consumir, aún debe ser abonado a partir de otras fuentes de nutrientes.

Conclusión y discusión de temas a investigar

El reciclaje de nutrientes desde FORSU, alcanza para abonar un tercio del consumo de 1 de los alimentos que componen la dieta de los habitantes de la RM: El Pan. Si bien es uno de los alimentos principales, el promedio de consumo de 98 kg/año de pan, representa menos de un tercio de la ingesta calórica promedio diaria de un individuo.

Este mero ejercicio teórico sirve para ejemplificar muchos aspectos que normalmente no son visibilizados, y que valdrá la pena discutir y continuar estudiando e investigando, por ejemplo:

1. El desperdicio de alimentos (procesados y no procesados aún) no es solamente la no-oportunidad de alimentar a otros, sino que también es sinónimo de desperdiciar energía, suelos y agua, cuando dejamos de aprovecharlos.

1. ¿Qué será más conveniente en términos del análisis del ciclo de vida: llevarlo a un biodigestor o re-distribuir estos desperdicios en sistemas pecuarios para alimentación animal?

•  Existe escasa información de los balances de masa, de macro y micro-nutrientes del efluente de biodigestores que traten 100% FORSU en América Latina, con énfasis en el uso agronómico del efluente.
  • ¿Cómo conocer y entender mejor la caracterización del FORSU que ingresa a un biodigestor en condiciones de operación, y su comparación con el efluente que sale del mismo?

• Más allá de la gestión de segregación doméstica en origen, y recolección diferenciada por los municipios, hace falta considerar otros flujos, para alcanzar el reciclaje de todos los sustratos de residuos orgánicos existentes en los territorios: residuos de poda y ornato, agroindustria, ganadería, plantas de tratamiento de aguas residuales y la agricultura, para lograr adaptarnos a futuros en donde el precio de los fertilizantes sintéticos vaya en aumento, y se encarezca su aplicación con maquinaria agrícola, dada la escasez de petróleo.
  • ¿Cómo contabilizar todos los flujos de residuos orgánicos existentes, para realizar el mismo ejercicio considerando los aspectos territoriales y contextos locales?

• Si no fuera por la existencia de petróleo y el descubrimiento de Haber & Bosch (el proceso artificial de fijación de nitrógeno atmosférico, altamente demandante de energía) el planeta no podría haber alimentado, ni permitido, un crecimiento poblacional cómo el que ha ocurrido desde su descubrimiento la primera década del siglo XX.
  • ¿Cuánta gente proporcionalmente vive en el planeta gracias a este descubrimiento? Y por lo tanto: ¿cómo mejorar la productividad sin que las grandes corporaciones acaparen el dominio de las variedades mejoradas?    
• La producción de carnes y leche es altamente demandante de recursos, mientras que las dietas vegetariana/vegana son mucho menos demandantes de energía.
  • ¿Sería interesante traspasar los costos (externalidades) de la producción de fertilizantes sintéticos a la producción de alimentos? ¿Y al mismo tiempo exista retorno de ciertos productos como el combustible del biodigestor (biogás, gas natural, o electricidad) a los propios consumidores, a precios rebajados?
• Eventualmente llegue un momento en que haya que evaluar cómo utilizar mejor el petróleo para poder priorizar la alimentación. ¿Serán iguales ciertas formas de construcción, vestuario, viajes  y diversión, en los próximos años?
  • ¿Cómo definir prioridades y garantizar el acceso del uso del petróleo en un futuro de escasez del combustible?
• Y definitivamente habrá que implementar el reciclaje de nutrientes y remoción de nitrógeno y otros macro nutrientes de la mayor cantidad posible de fuentes que hoy no se aprovechan.
  • ¿Qué distancia resulta ventajosa para el tratamiento centralizado vs descentralizado?

Bibliografía

• Alewell, C., Ringeval, B., Ballabio, C. et al. Global phosphorus shortage will be aggravated by soil erosion. Nat Commun 11, 4546 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-18326-7
• Castillo et al. Manual de buenas prácticas manejo trigo, INIA, 44 páginas. http://biblioteca.inia.cl/medios/biblioteca/apartado/NR40604.pdf
• Implementa Sur, 2019. Asesoría sobre manejo de residuos orgánicos a nivel municipal en Chile, Informe n°1, Diagnóstico. ID 608897-104-LE18
• Martí-Herrero et al, 2019. Biogas from a full scale digester operated in psychrophilic conditions and fed only with fruit and vegetables waste.
• Subdere 2018. Diagnóstico de la situación por comuna y por región en materia de RSD y asimilables, Informe 2. http://www.subdere.gov.cl/sites/default/files/0._catastro_de_sitios.pdf

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[1] FORSU: Fracción Orgánica de Residuos Solidos Urbanos

[2] Relleno mecanizado: para recibir más de 40 toneladas diarias, con uso de maquinaria pesada

[3] Relleno manual: para hasta 15 ton diarias, uso de herramientas manuales

[4] Coloquialmente llamada: “de la basura”, la que sin embargo lleva muchos recursos en su interior

[5] Recomendamos ver el video “Lo absurdo de disponer la materia orgánica en rellenos sanitarios” https://www.youtube.com/watch?v=rvkfjCBQtLg