Unesco 2014 compostaje residuos agroindustriales v2

Compostaje de Residuos Orgánicos AgroindustrialesDr. Germán Tortosa

Grupo de investigación “Metabolismo del Nitrógeno”. Estación Experimental del Zaidín (EEZ), CSIC. Apartado Postal 419,

18080-Granada

http://www.compostandociencia.com

LI Curso Internacional de Edafología y Biología

Vegetal

Granada, 13 de mayo de 2014

Importancia de la materia orgánica en la agricultura

Generación de residuos

Fuentes de materia orgánica para la agricultura

Compostaje

Definición del proceso

Microbiología

Tecnología del compostaje

Usos del compost

Ejemplos de compostaje de residuos agroindustriales:

Industria extractiva del aceite de oliva en España

Índice

● Incremento exponencial de la población mundial en los últimos 60 años (ONU: 10 000 millones para 2050)

● “Revolución verde”. Incremento en la utilización de:– Fertilizantes– Fitosanitarios– Antibióticos

● Generación de un aumento productivo notable productos agropecuarios y mejora del rendimiento para atender a la demanda

Materia orgánica

● Fertilización inorgánica vs fertilización orgánica ¿Cambio de paradigma?

● Limitaciones “revolución verde” – Pocos cultivos dan el máximo rendimiento– Uso en zonas agrícolas “ideales”– Pocos agricultores asumieron el coste de los

productos – Efectos medioambientales

● ¿Segunda revolución verde? – Incremento de la demanda de

agroquímicos más estable– Mantener o mejorar el rendimiento– Cambio de modelo orientado a la

sostenibilidad (Ecología) y a la equidad: todo tipo de suelos, climas, cultivos y agricultores

Una de las estrategias eficaces actualmente: ELEVAR CONTENIDO EN MO EN EL SUELO

Materia orgánica

● La materia orgánica (MO) en el suelo

● Factor limitante de la fertilidad

● Mejora propiedades físicas:– Estabilidad estructural (acción cementante)– Mejora la porosidad – Control de la temperatura y radiación

● Mejora propiedades químicas:– Capacidad de cambio iónico– Capacidad tamponante– Procesos redox

● Mejora propiedades biológicas:– Biodiversidad

Materia orgánica

● HUMUS y Sustancias Húmicas (SH):– MO presente en el suelo (investigadores principio siglo

XIX)– Proviene de la degradación biológica y bioquímica de

restos animales y vegetales, así como productos del metabolismo de los microorganismos

● Dos categorías de MO en la naturaleza– Sustancias no húmicas

● Estructura química definida (carbohidratos, péptidos, aminoácidos, grasas, lípidos, etc.)

– Sustancias húmicas (SH)

● Las SH se encuentran en todos los ambientes terrestres y acuáticos, siendo aproximadamente el 50% de la MO total del suelo.

Sustancias húmicas

● Para el estudio propiedades químicas y coloidales de las SH

– Tipos de Sustancias húmicas (SH)

● Es necesario su extracción con disolventes. Según su solubilidad, se clasifican en tres grupos con características químicas diferenciadas:

ÁCIDOS HÚMICOS: ÁCIDOS HÚMICOS: Extraíbles en medio básico e insolubles en medio ácido

ÁCIDOS FÚLVICOS: ÁCIDOS FÚLVICOS: Solubles en medio ácido

HUMINAS: HUMINAS: Insolubles en disoluciones

alcalinas

● Punto de vista nutricional de las SH:

– Relación directa entre SH y fertilidad

– Fracción más activa de la MO– Favorece la germinación,

estimulan procesos bioquímicos, etc.

– Gran gama de productos agroquímicos comerciales

Agricultura tradicional:

Abonado orgánico (estiércoles, residuos orgánicos, etc.

Algunas prácticas agrícolas motivan una pérdida continuada de materia orgánica en el suelo

Agricultura intensiva:

Fertilización mineral

Suelo como mero soporte físico

Ruptura del frágil equilibrio de los suelos agrícolas

Pérdida de la calidad química y biológica del suelo

Compactación, degradación, desertificación, contaminación

Mala práctica agrícola (uso excesivo de fertilizantes minerales, y productos fitosanitarios)

Agricultura, fertilidad y materia orgánica

Agricultura Ecológica:

Importancia del abonado orgánico.

Agricultura Integrada:

Entre la intensiva y la ecológica

● Moderna sociedad de consumo:– Crecimiento demográfico– Desarrollo industrial y producción de residuos

(orgánicos e inorgánicos)

● Residuos orgánicos:– Sector primario: agrícolas, ganaderos,

forestales, etc.– Sector secundario: industriales,

agroindustriales, textiles, etc.– Sector terciario: RSU, lodos de depuradora, etc.

Residuos orgánicos

10/05/14

PROBLEMÁTICA RESIDUOS RESIDUOS: Grave impacto ambientalSOLUCIONES:

- Reducir la producción en origen (la más dificil)- Reutilizar los residuos (la más práctica)

Residuos orgánicos

10/05/14

TIPOS DE RESIDUOS (según su naturaleza química):

- ORGÁNICOS (BIODEGRADABLES)- INORGÁNICOS (POCO BIODEGRADABLES)

Residuos orgánicos

10/05/14

TIPOS DE RESIDUOS (según su naturaleza química):

- ORGÁNICOS (BIODEGRADABLES)- INORGÁNICOS (POCO BIODEGRADABLES)

Residuos orgánicos

10/05/14

RESIDUOS ORGÁNICOS:- GRAN IMPACTO AMBIENTAL- GRAN VOLUMEN DE PRODUCCIÓN- FUENTE DE MATERIA ORGÁNICA- NECESIDAD DE TRATAMIENTO (COMPOSTAJE)

Residuos orgánicos

10/05/14

¿QUÉ ES EL ¿QUÉ ES EL COMPOSTAJE?COMPOSTAJE?

Compostaje

10/05/14

“La adaptación, en condiciones controladas, del proceso

natural de descomposición de la materia orgánica “

- Sencillo y tecnológicamente asequible- Proceso microbiológico- Temperatura, factor selectivo de Microorganismos (eliminación de patógenos)- Aeróbico (Proceso bioxidativo)- Liberación de vapor de aguaCO2 y nutrientes

- Producto estable con características húmicas llamado COMPOST

Inicio del compostaje

8 semanas

Maduro

Compostaje

10/05/14

- El compostaje es una práctica milenaria

- Difícil atribuirle a una persona o sociedad- Asociado inicialmente a la agricultura- Primeras evidencias apuntan al Imperio Acadio (Mesopotamia, XXIV A.C.). Evidencias romanas, griegas y tribus de Israel:

- Marcus Cato (agricultor y científico)- Lucius Junio Moderatus Columea

(año 42) en sus “Doce libros de la agricultura“

- Biblia y Talmud (III A.C.-V D.C.)- Escritores árabes del siglo X-XII- Textos medievales y del Renacimiento

Compostaje

10/05/14

Ibn aI Awam (XI), Moses Maimonides (1135-1204), Miquel Agustí (XVII), Olivier de Serres (1600), Francis Bacon (1620), Emile Zola (1873), Victor Hugo (1862), Mahatma Gandhi (1869-1948),...

Shakespeare (1606) en Hamlet: “Do not spread the compost on the weeds, to make them ranker“

Sir Albert Howard (1930), primer agrónomo que hizo la primera aproximación científica del compostaje. En 1940 publica “An Agricultural Testament“, con el que se inició el movimiento de agricultura ecológica...

Compostaje

Microbiología

Tecnología

Tecnología

Tecnología

Tecnología

Tecnología

Tecnología

Tecnología

Tecnología

Tecnología

Tecnología

10/05/14

USOS DEL USOS DEL COMPOSTAJE COMPOSTAJE

Y DEL COMPOSTY DEL COMPOST(gracias al (gracias al

conocimiento conocimiento científico)científico)

10/05/14

LA CIENCIA DEL COMPOST GOZA DE BUENA SALUD

10/05/14

TRATAMIENTO DE RESIDUOS URBANOS

R.S.U.

10/05/14R.S.U.

10/05/14

- Mejora la calidad de un suelo (propiedades físicas, químicas y biológicas).- Materia orgánica como factor fundamental de la fertilidad.- Fuente de sustancias húmicas.- ¿Agricultura intensiva vs. abonado tradicional (orgánico)?- Reducir la contaminación ambiental por exceso de fertilización sintética

“Una agricultura respetuosa con el medio ambiente sin afectar al

rendimiento de la misma“

MO en agricultura

10/05/14

MATERIA ORGÁNICA PARA AGRICULTURANo solo como abono orgánico...

MO en agricultura

10/05/14

COMO ENMENDANTE DE SUELOS

Enmiendas

10/05/14

COMPOSTAJE DOMÉSTICO

Manzana, 7 descargas de inodoroHamburguesa, 17 baños

Al año, caudal medio del río MississippiConcienciación ciudadana:

¡¡Peppa Pig composta!!

Compostaje doméstico

10/05/14Compostaje doméstico

Producción de abonos orgánicos sólidos y líquidos de interés comercial mediante compostaje de orujo de oliva de dos fases

Otras líneas:

Estudio de la microbiología del proceso

Analizar el empleo del compost como bioinoculante

Identificar en el composts bacterias que estimulen el crecimiento de las plantas (PGPRs)

Interacción entre la materia orgánica y la fijación biológica de nitrógeno

Trabajos de investigación

Alperujo● Principal subproducto de la extracción del aceite de oliva:● Orujo de oliva de dos fases (alperujo):

– Alta humedad (difícil manejo)– Residuo ácido– Propiedades muy fitotoxicas (polifenoles)– Rico en carbono orgánico y K– Pobre en N y en P

Calidad agronómica

● Correcta valorización agronómica de los composts

● Normativa para evaluar su calidad. Estandarización internacional compleja. Legislación variable: ECN-QAS en Europa, la STA en EEUU, la RAL en Alemania, la PAS 100 en Inglaterra, etc.

● Parámetros para clasificación.● Tres criterios utilizados:

● Presencia de patógenos● Metales pesados● Materiales inertes

● ¿Y sus propiedades agroquímicas?

Legislación española sobre fertilizantes

● LEGISLACIÓN ESPAÑOLA:– Real Decreto 506/2013, sobre

productos fertilizantes

● Amplísima gama de categorías de productos fertilizantes.

● Referente internacional: enmiendas y abonos inorgánicos y orgánicos al englobarlas conjuntamente

Categorías comerciales

● Posibles categorías para los composts o derivados (cerca de 30):

● GRUPO 2. Abonos orgánicos– Abonos orgánicos nitrogenados de origen vegetal– Abonos orgánicos NPK de origen animal y vegetal

● GRUPO 3. Abonos órgano-mineral:– Nitrogenado, Nitrogenado con Turba, Nitrogenado con lignito o Leonardita,

Nitrogenado líquido y Nitrogenado líquido con Turba– NPK, NPK con Turba, NPK con lignito o Leonardita, NPK líquido y NPK líquido

con Turba – NP, NP con Turba, NP con lignito o Leonardita, NP líquido y NP líquido con

Turba – NK, NK con Turba, NK con lignito o Leonardita, NK líquido y NK líquido con

Turba – PK, PK con Turba, PK con lignito o Leonardita, PK líquido y PK líquido con

Turba ● GRUPO 6. Enmiendas orgánicas:

– Enmienda orgánica húmica– Enmienda orgánica composts– Compost de AlperujoCompost de Alperujo (Reconocimiento importancia agronómica)

Objetivo del trabajoViabilidad técnica de la elaboración de enmiendas y abonos orgánicos sólidos y líquidos de interés comercial mediante el compostaje del alperujo

Sobre peso Sobre peso fresco (%)fresco (%)

Sobre peso Sobre peso seco (%)seco (%)

AL+GAL+G 51 + 4951 + 49 37 + 6337 + 63AL+G+FeAL+G+Fe 51 + 48 + 151 + 48 + 1 36 + 62 + 236 + 62 + 2

AL+G+PAL+G+P 51 + 48 + 151 + 48 + 1 36 + 62 + 236 + 62 + 2

AL+SAL+S 65 + 3565 + 35 57 + 4357 + 43AL+S+FeAL+S+Fe 65 + 34 + 165 + 34 + 1 56 + 42 + 256 + 42 + 2

AL+S+PAL+S+P 65 + 34 + 165 + 34 + 1 56 + 42 + 256 + 42 + 2

● Compostaje del alperujo con estiércoles

● COT/NT entre 25-30

● Máquina retroexcavadora

● Pilas trapezoidales

● Volteos mecánicos

● Control de humedad

Desarrollo del compostaje

ResultadosProceso del compostaje

Compostaje

● Caracterización agroquímica de los composts:

– pH alcalino (menor con aditivos)

– CE baja (aditivos la aumentan pero sin limitar el potencial agronómico)

– Elevado contenido en MO (lignocelulósica)

–

–

– Alto grado de humificación (25-40% AH)

– NORG predominante (2%) (AL+G>AL+S)

– Incremento cuantitativo de Fe y P

– Metales pesados: ● Clase A: AL+G● Clase B: El resto

IG>70%, exento de fitotoxicidad y madurez

Caracterización de los composts

El coste total para producir 60 t de composts de AL fue de 2150 € (36 € por t de compost obtenido ó 31 € por t de AL tratado). Los costes se distribuyeron de la siguiente manera:

– 1. Materia prima utilizada: Seis pilas de 20 t cada una (120 t en total), distribuidas de la siguiente manera: 69,6 t de AL, 29,0 t de G, 20,6 t de S, 0,4 t de Fe y 0,4 t de P. El AL fue suministrado por la almazara sin coste alguno. Los estiércoles y los aditivos minerales ricos en Fe y P costaron 1050 € en total (incluido el transporte).

– 2. Maquinaria de compostaje: El compostaje se llevó a cabo en una instalación al aire libre cerca de la almazara dedicada al almacenamiento del AL (sin costo adicional). Se utilizó una máquina retroexcavadora para la preparación de las mezclas de compostaje y los volteos de las pilas. Todo ello representó un total de 25 horas de trabajo (240 €)

– 3. Coste laboral: Se necesitaron dos operarios para llevar el manejo de las pilas. El tiempo total de trabajo requerido fue de 35 horas, con un coste total de 630 €.

– 4. Consumo de agua: Se instaló un sistema de riego por aspersión para mantener la humedad de las pilas al 40%, que costó 200 €. El consumo total de agua fue de 40 m3, con un coste de 30 €.

Coste de producción

ResultadosExtracción líquida de materia orgánica

Extracción de carbono orgánico

● KOH 1M consiguió el doble que 0,1M

● AH, la principal componente

● Tiempo de extracción aumentó el carbono orgánico (24h)

● Más concentrado a relaciones de extracción bajas

● Calor aumenta el carbono orgánico (2-4 horas)

Extraction Ratio (Weight to Volume)

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

TO

C/T

N

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

H2O (25ºC)

1M KOH (25ºC) 1M KOH (70ºC)

Caracterización agroquímica de los extractos

● KOH 1M mucho más que con agua, especialmente con calor

● Gran parte incorporada en los AH

● Calor y relación de extracción aumenta los nutrientes

ResultadosEvaluación según la legislación vigente

Tabla 4.5.1.1. Principales características de los composts de AL (s.m.s.) en relación con los requisitos mencionados en el Real Decreto 824/2005, de 8 de julio, sobre productos fertilizantes (y la correspondiente Orden PRE/630/2011, de 23 de marzo, por la que se modifican los anexos I, II, III, IV, V y VI de dicho Real Decreto).

AL+G AL+G+Fe AL+G+P AL+S AL+S+Fe AL+S+P (1) (2) (3) (4)

1,2,3MO (%) 74 76 75 56 57 59 45 25 35 2Extracto húmico

total (%) 7 14 9 9 8 7 5

1Polifenoles (%) 0,2 0,2 0,3 0,2 0,1 0,1 <0,8 2AH (%) 5 11 6 7 5 4 3

1,3,4COT/NT 19 19 19 13 14 15 <20 <20 <15 4NT (%) 2 2 2 2 2 2 1

4P2O5 (%) 1 1 1 1 1 1 1 4K2O (%) 3 2 2 3 3 2 1

4NT + P2O5

+ K2O (%) 6 5 5 6 6 5 4

1Composts de AL, 2Enmienda orgánica húmica, 3Enmienda orgánica compost y 4Abono orgánico NPK de origen animal y vegetal. Nota: los contenidos mínimos en nutrientes están referidos según la legislación a porcentaje en masa del producto comercial.

– Grupo 2. Abono orgánico NPK de origen animal y vegetal

– Grupo 3. Abonos órgano-minerales– Grupo 6. Compost de AL– Grupo 6. Enmienda orgánica

húmica– Grupo 6. Enmienda orgánica

compost

Todos los composts

● Adecuación para enmiendas y abonos orgánicos sólidos:

AL+G y AL+SAL+G y AL+S

Ninguno (Fe y P): N, P y K

AL+S

Abonos sólidos

Tabla 4.5.2.1. Principales características de los extractos obtenidos a partir de los composts de AL en relación con los requisitos del Real Decreto 824/2005, de 8 de julio, sobre productos

fertilizantes (y la correspondiente Orden PRE/630/2011, de 23 de marzo, por la que se modifican los anexos I, II, III, IV, V y VI de dicho Real Decreto).

AL+G AL+G+Fe AL+G+P AL+S AL+S+Fe AL+S+P

MOH (25ºC) NT (%) 0,07 0,06 0,05 0,06 0,06 0,06 COT (%) 0,68 0,60 0,53 0,55 0,57 0,62 P2O5 (%) 0,01 0,01 0,02 0,01 0,01 0,02 K2O (%) 0,09 0,08 0,09 0,13 0,13 0,13 P2O5 + K2O (%) 0,10 0,09 0,11 0,14 0,15 0,15 NT + P2O5 + K2O (%) 0,17 0,15 0,16 0,19 0,20 0,20

MOAS (25ºC) NT (%) 0,37 0,38 0,39 0,38 0,35 0,33 COT (%) 3,75 3,80 3,97 3,89 3,64 3,54 P2O5 (%) 0,02 0,05 0,05 0,02 0,02 0,02 K2O (%) 4,33 4,34 4,33 4,39 4,23 4,23 P2O5 + K2O (%) 4,35 4,38 4,37 4,41 4,25 4,25 NT + P2O5 + K2O (%) 4,72 4,76 4,76 4,79 4,60 4,58

MOAS (70ºC) NT (%) 0,65 0,64 0,60 0,60 0,60 0,61 COT (%) 6,35 6,41 6,30 6,32 6,23 6,12 P2O5 (%) 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 K2O (%) 4,58 4,64 4,57 4,59 4,57 4,59 P2O5 + K2O (%) 4,63 4,69 4,62 4,64 4,61 4,64 NT + P2O5 + K2O (%) 5,28 5,33 5,22 5,24 5,21 5,25

● Grupo 3. Abonos órgano-minerales: NPK Líquido, NP Líquido, NK Líquido y PK Líquido

NINGUNO: No N y P

MOAS (70ºC): sí COT y K

– Mezcla con otros abonos inorgánicos y orgánicos se conseguirían

hasta 20 posibilidades más

Abonos líquidos

Conclusiones

● Compostaje es una técnica viable y económica para producir abonos y enmiendas orgánicas de interés comercial a partir de alperujo

● Composts de alperujo, Enmienda orgánica húmica, Enmienda orgánica compost, Abono órgano-mineral NPK de origen animal y vegetal y 19 categorías de Abonos órgano-minerales, tanto en su forma sólida como líquida (mezcla con otros abonos orgánicos/inorgánicos)

● La principal desventaja de su uso como fertilizante líquido está en el contenido en nitrógeno (principalmente de naturaleza orgánica) y el fósforo, no en el K o el carbono orgánico

● Recomendaciones para la elaboración de abonos líquidos:– KOH 1M, 24 horas de extracción, relación de extracción de 1:3-

1:5, pocas horas de calor (70ºC) y fuente adicional de N y P (ej: ácido nítrico y fosfórico)

Conclusiones

Experiencias con pimiento

Compostaje de Residuos Orgánicos AgroindustrialesDr. Germán Tortosa

Grupo de investigación “Metabolismo del Nitrógeno”. Estación Experimental del Zaidín (EEZ), CSIC. Apartado Postal

419, 18080-Granada

http://www.compostandociencia.com

LI Curso Internacional de Edafología y Biología

Vegetal

Granada, 13 de mayo de 2014