Innovaciones en el manejo de la vinaza reducen las emanaciones de metano

Las emisiones de gases de efecto invernadero desde tanques y tuberías cerradas son 620 veces menores que cuando se emplea el método tradicional, según apunta un estudio

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – La adopción de nuevas tecnologías de transporte y de almacenamiento de la vinaza (el principal residuo de la producción del etanol) en las centrales de procesamiento ha venido contribuyendo a la disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero en la producción del biocombustible.

Esta constatación surge de un estudio realizado por investigadores del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura (Cena) y de la Escuela Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” (Esalq) de la Universidad de São Paulo (USP), en colaboración con pares del Laboratorio Nacional de Ciencia y Tecnología del Bioetanol (CTBE).

Los resultados de esta investigación, realizada con el apoyo de la FAPESP, salieron publicados en la revista Atmospheric Environment.

“El sector de producción de etanol ha implementado el uso de nuevas tecnologías de transporte y almacenamiento de la vinaza, que ha contribuido en la reducción de las emisiones de metano [el principal gas de efecto invernadero producido por este residuo]”, declaró Bruna Gonçalves de Oliveira, posdoctoranda en el Instituto Agronómico (IAC) con beca de la FAPESP y primera autora del estudio, a Agência FAPESP.

Los investigadores cuantificaron las emisiones de metano de los dos principales sistemas de almacenamiento y transporte de vinaza utilizados en las centrales de procesamiento de caña de azúcar en la actualidad: el tradicional, compuesto por canales abiertos (fosas) revestidos y no revestidos, y un método más moderno compuesto por tanques y tubos cerrados.

Los análisis de los datos comparativos indicaron que las emisiones del sistema de tanques y tubos cerrados fueron 620 veces menores que las del método de canales abiertos.

“Esta diferencia obedece a las características que exhibe el sistema de almacenamiento y transporte compuesto por tanques y tuberías. El transporte de vinaza de un tanque a otro a través de tuberías con una elevada presión puede oxigenar el producto, modificando las condiciones de anaerobiosis [ausencia de oxígeno] que favorecen la producción de metano”, explicó Gonçalves de Oliveira.

La evolución de los sistemas

De acuerdo con la investigadora, quien realizó su doctorado en el Cena-USP también con beca de la FAPESP, para producir un litro de etanol de caña de azúcar se generan en promedio 13 litros de vinaza, un líquido originado durante la destilación fraccionada del jugo de la caña de azúcar para la obtención del biocombustible.

Con el fin de reducir los impactos ambientales que genera este residuo, que contiene altas concentraciones de materia orgánica, potasio y sulfatos, la industria del etanol en Brasil decidió hace aproximadamente 30 años que la solución más barata y más sencilla consistiría en desechar la vinaza y aplicarla directamente sobre las plantaciones de caña de azúcar como fertilizante.

Para almacenar y transportar la vinaza hasta las plantaciones, las centrales utilizaron inicialmente un sistema compuesto por canales abiertos –revestidos o no con una manta plástica o con hormigón– a través de los cuales se transporta el residuo por gravedad y bombeo hasta los cultivos.

Con todo, la cantidad de gases de efecto invernadero –como el metano– que emite la vinaza en ese sistema de almacenamiento y transporte no se había cuantificado y no se contabiliza en los inventarios de gases de efecto invernadero que se generan en la producción de etanol, ponderó Gonçalves de Oliveira.

“Los balances de gases de efecto invernadero que se generan en la producción de etanol sólo tienen en cuenta las emisiones durante la aplicación de la vinaza en el campo”, afirmó.

Con el objetivo de obtener esa estimación, durante su maestría, realizada bajo la dirección de Brigitte Josefine Feigl, investigadora del Cena-USP y coordinadora del proyecto, Gonçalves de Oliveira cuantificó las emisiones de metano de la vinaza a partir del momento en que el residuo salía de una central y se lo transportaba hasta el campo a través de un canal abierto de 40 kilómetros de extensión, que en buena medida carecía de revestimiento: tan sólo un pequeño tramo se encontraba revestido con cemento.

Los análisis indicaron que el 98% de las emisiones totales de gases como el metano ocurrían durante el almacenamiento y el transporte de la vinaza a través de sistema de canales abiertos.

“Las emisiones de nitrógeno durante la aplicación de la vinaza en el campo que se contabilizan en los inventarios aportan menos del 2% del total de las emisiones”, ponderó Gonçalves de Oliveira.

La comparación de los sistemas

En virtud de una norma estipulada por la Compañía Ambiental del Estado de São Paulo (Cetesb), las centrales de procesamiento de caña de azúcar dentro del Estado pasaron a revestir la mayor parte de la extensión de los canales abiertos para el almacenamiento y el transporte de vinaza, a los efectos de impedir que el residuo infiltre el suelo y contamine la napa freática.

Algunas de estas centrales, como la que la investigadora estudió durante su doctorado, en un esfuerzo por hallar una solución más sostenible, adoptaron el sistema compuesto por tubos subterráneos y tanques.

Hasta ahora, no se habían realizado estudios tendientes a evaluar si esas mejoras podrían alterar las condiciones de producción de metano y reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero durante la producción de etanol.

“Nuestro objetivo consistió en evaluar de qué manera influyen los impactos de los avances en la forma de almacenar y transportar la vinaza sobre las emisiones de gases del efecto invernadero”, dijo Gonçalves de Oliveira.

A tal fin, los investigadores monitorearon durante dos zafras enteras, las de los años 2012 y 2013, las emisiones de metano en los sistemas de almacenamiento y transporte de vinaza implementados en dos centrales ubicadas en las zonas de Piracicaba y Bauru, en el interior de São Paulo.

Una de ellas utilizaba un sistema de canales abiertos de un metro y medio de ancho, 60 centímetros de profundidad y 60 kilómetros (km) de extensión, de los cuales 40 km estaban revestidos con cemento; no así otros 20 km, lo cual permitía que la vinaza entrase en contacto directo con el suelo.

La otra central contaba con un sistema compuesto por 10 tanques revestidos con una membrana de polietileno, que bombeaban a alta velocidad la vinaza almacenada temporalmente hacia las plantaciones de caña de azúcar a través de tubos cerrados.

Los análisis de los datos indicaron que, en general, la intensidad de emisión de metano fue del orden de 1,36 kg de CO₂ equivalente por metro cúbico (m³) de vinaza transportada en canales abiertos y 620 veces mayores que el residuo transportado mediante el empleo del sistema de tanques y tubos cerrados.

Alrededor del 80% de las emisiones de metano en el sistema de canales abiertos se registraron en los tramos no revestidos.

“La vinaza suministra los nutrientes y las condiciones ideales de temperatura y anaerobiosis para que los microorganismos presentes en el suelo de los tramos sin revestimiento de los canales abiertos realicen la metanogénesis y que emitan metano. Y esto no sucede en los sistemas de tanques y tubos cerrados”, dijo Gonçalves de Oliveira.

En los sistemas cerrados, la vinaza llega a una temperatura de 60 °C, lo cual inhibe la acción microbiológica. Asimismo, la presión con la que se la bombea es muy alta, lo cual disminuye las posibilidades de que el material orgánico del residuo se decante en el fondo de los tanques y sea descompuesto por microorganismos originando metano.

La alta presión con la que se bombea la vinaza en los sistemas de tanques y tubos cerrados también hace que el residuo se oxigene, con lo cual disminuye la condición de anaerobiosis (falta de oxígeno) para que los microorganismos produzcan metano (metanogénesis).

“La oxigenación disminuye el potencial redox [de reducción y oxidación] de la vinaza, y también el de anaerobiosis. De esta forma, la actividad microbiana metanogénica es limitada o incluso inexistente, con lo cual se reducen las emisiones de metano”, explicó.

Con base en estas constataciones, los investigadores arribaron a la conclusión de que los sistemas de tanques y tubos cerrados para almacenaje y transporte de vinaza pueden constituir una estrategia efectiva tendiente a mitigar las emisiones de metano durante el proceso de producción de etanol de caña de azúcar.

Y que la adopción de nuevas tecnologías y la implementación de mejoras en los sistemas de almacenamiento y distribución de vinaza llevarán a una merma significativa de las emisiones de gases de efecto invernadero.

“Sumadas a esos factores, algunas innovaciones que están empezando a implementarse en el sector energético ligado a la caña de azúcar, tal como la concentración y la biodigestión de la vinaza, pueden reducir aún más las emisiones de gases de efecto invernadero y, de este modo, hacer que el etanol de caña de azúcar se convierta en un biocombustible más limpio y más sostenible aún”, dijo Gonçalves de Oliveira.

Suscriptores de la revista Atmospheric Environment pueden leer artículo intitulado Methane emissions from sugarcane vinasse storage and transportation systems: Comparison between open channels and tanks (doi: /10.1016/j.atmosenv.2017.04.005), de Gonçalves de Oliveira y otros, en el siguiente enlace: sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231017302339.