Análisis de las ventajas/desventajas en la gestión

Análisis de las ventajas/desventajas en la gestión integral de estiércol en la

producción lechera.Autores:

Pasiano Rivas , José Botello, Liliana Fausto , Raquel Aldaco, Carlos Escamilla, Felipe Cerino, Sergio Jiménez y Alejandro

Estrada

Marzo 2016

NOMENCLATURA

• AFOLU Agricultura, Silvicultura y otros usos del suelo.• SPBE Sistemas de producción de biogás• E Estiércol sin tratamiento.• AD Estiércol con Digestión Anaerobia.• EAD Estiércol con Digestión Anaerobia Mejorada.• EGEI Emisiones de gas efecto invernadero.• ACV Análisis del Ciclo de Vida. • ICV Inventario del Ciclo de Vida.• COV Compuestos orgánicos volátiles.

I. IntroducciónII. ObjetivoIII.Metodología y datosIV.ResultadosV. Conclusiones.

Contenido

Introducción

AMERICA LATINA Y EL CARIBE

• PECC PROGRAMA ESPECIAL DE CAMBIO CLIMÁTICO, 2013

• Reducción 161,724 TON de CH4 /año

• 2018 Meta de mitigación de EGEI en 83.2 Mt CO2 eq.

• Brasil, Argentina y México representan el 66% de producción de leche en América Latina.

Las EGEI del sector agrícola, se generan con la fermentación entérica, manejo de estiércol y suelos cultivables, se producen grandes

cantidades de CH4 y N2O (INEGI, 2013).

• 2013 EGEI del sector agrícola 101.4 Mt CO2 corresponde al 12.94 % del total.

• 2018 EGEI del sector agrícola 111.1 Mt CO2

Industria lechera mexicana 11,000 millones de L/año (SE,2012)

(Bartl et al., 2011; Heller y Keoleian, 2011; Marañon et al., 2011; De Vries y Boer, 2010; McDowell, 2008; Thomassen et al., 2008; Amon et al., 2006; Hospido et al., 2003).

REPERCUSIONES AMBIENTALES

Sistema global de producción lechera

Aire

NH3, NO3‐, PO43‐, plaguicidas, lixiviados de

estiércol

Suelo

Plaguicidasestiércol

Agua

CO2, CH4, N2O, NH3, NOx, SOx, VOC, PM, CO

Recursosnaturales

leche

Carne

Estiércol

Daño a la salud humana

Daño a los ecosistemas

Daño a la disponibilidad de los recursos

=

54 proyectos de reducción de emisiones de CH4 en establos lecheros.

Estos 54 proyectos sólo cubren el 5% de los que pudieran incorporar procesos de SPBE

47% de los procesos no se encuentran bien diseñadosTal es el caso de la zona lechera en la región La Laguna ( es la mayor de México)

Reportó el 26 de Diciembre del 2011 que el 42% de los sistemas de producción de biogás a partir de estiércol no funcionaban (FIRCO).

SPBE UTILIZADOS EN GRANJAS LECHERAS EN MÉXICO

De los 54 proyectos, 94% de los proyectos contienen SPBE

Objetivo

Analizar y cuantificar la reducción del impacto ambiental quetiene la instalación de SPBE para el manejo de estiércol ensistemas de producción lechera intensivos en el Estado deGuanajuato; haciendo uso de la metodología del Análisis deCiclo Vida (ACV), considerando los indicadores de impactoambiental del método ReCiPe y utilizando el modeloAnaerobic Digestión Model No. 1 (ADM1) como herramientade simulación matemática para la producción de biogás.

Metodología

Análisis de Ciclo de Vida (ACV)

Etapas del ACV de acuerdo a ISO: 14040.

Desde cultivar el alimento…

…Aprovechar el estiércol

Contabilidad ambiental

Definición de objetivos

y alcanceISO: 14041

Análisis de inventarioISO: 14041

Evaluación de impactoISO: 14042

InterpretaciónISO: 14043

Definición de objetivos y alcance del estudio (ISO‐14041,2006)

El objetivo del ACV es evaluar el perfil ambiental de producción global lechera en el Estado de Guanajuato analizando diferentes procesos de manejo de estiércol. Unidad Funcional: 1L leche.

F: Estiércol sin tratamiento.AD: Estiércol con Digestión

Anaerobia.EAD: Estiércol con Digestión

Anaerobia Mejorada.

Unidad Funcional: 1L leche sin ningúnProceso de industrialización previo.

Sistema de producciónlechera.

Descripción del sistema de producción lechera: Escenario F

Producción de alimento ganadero(estiércol

como fertilizante)

Fertilizantes

Pesticidas

Semillas

Diésel

Transporte de alimento

Alimento(fert. con

est.)

Granja lechera

Electricidad

EstiércolTransporte del

estiércol

Estiércol

Diesel

Diésel

Estiércol

Leche

Fronteras del sistema

Diésel

Electricidad

Ganado

Emisiones al aire, agua y

suelo

Producción de insumos

Recursos primarios

Alimento(fert. con

est.)

Situación actual más común en la gestión de estiércol en el Estado de Guanajuato; fertilizar con estiércol

Producción de alimentoganadero

Transporte de alimento

Alimento Granja lechera ymanejo de estiércol

Semilla

Fronteras del sistema

Fertilizantes

Pesticidas

SemillasDiésel ygasolina

Electricidad

Diesél y gasolina

Diésel

Diésel

Leche Bio-fertilizante

Ganado Electricidad

Emisiones al aire, agua y

suelo

Producción de insumos

Recursos primarios

Escenario AD Escenario EAD

Descripción del sistema de producción lechera: Escenarios AD y EAD

Escenario AD: situación actual de los procesos que utilizan digestión anaerobia como manejo de estiércol.Escenario EAD: procesos de producción de electricidad y biofertilizantes con tecnologías vanguardistas.

• Los alimentos forrajeros, están en función de la dieta del ganadolechero, determinada con paquetes tecnológicos de diferentescultivos, con ello se estimó la cantidad, tipo y periodicidad deaplicación de los fertilizantes, así como los químicos defensivos.

• Además, se determinó el diésel consumido en la maquinariaagrícola de acuerdo a West y Marland (2002); GREET (2014).

Análisis de inventario ( ISO: 14041 )Primera etapa, cuantificación de los insumos.


Las distancias se sustentaroncon bases de datos de la OficinaEstatal de Información para elDesarrollo Rural Sustentable(OEIDRUS), Instituto Nacionalde Estadística y Geografía(INEGI) y el FIRCO. La cantidadde combustibles consumidos enel transporte fue estimadamediante el modelo GREET(GREET, 2014)

Instancias con técnicas de crianza.

• Dieta del ganado• Energía eléctrica.• Combustibles

consumidos.• Estatus de las

etapas de ganado.• Cantidad de leche

producida.• Ganado en pie de

la granja.

Datos requeridos


Tipo de crianza

El uso de los recursos en los tres escenarios de análisis(F, AD y EAD),

• Combustibles fósiles para el transporte de estiércol a los campos de cultivo.

• Mantenimiento y operación del digestor anaerobio.• Secado de los lodos de digestión.

Se determinó con visitas a diversas granjas y con el apoyo de registros en FIRCO


Análisis de inventario ( ISO: 14041 )Segunda etapa, cuantificación de las cargasambientales.

Las cargas ambientales por laaplicación de fertilizantesnitrogenados fueron evaluadasmediante (Grageda‐Cabrera et al.,2004) y las metodologías del IPCC(IPCC, 2006) Las emisiones de los motores

de la maquinaria agrícola fueron cuantificadas mediante los factores de emisión de GREET (2014).


Todos los defensivos aplicados alsuelo fueron considerados cargasambientales: 98.5% de ellos alsuelo y 1.5% al agua (CTBE, 2013).


Las filtraciones y escurrimientosde fosfatos (PO4

3) causadas porla aplicación de fertilizantesfosfatados en suelos mexicanosse estimaron mediante:(Zamudio‐González et al., 2007).



Escenario F

Escenario AD

Escenario EAD

Transporte de campo abierto a campos de cultivocomo técnica de fertilización. Se generanemisiones y escurrimientos de compuestosnitrogenados, CH4 y emisiones por transporte.

Se modeló matemáticamente cada uno de losdigestores propuestos: lagunas anaeróbicas ybiodigestor tanque tipo agitado con control detemperatura, respectivamente. Para esto se utilizóel modelo ADM1 (Batstone et al., 2002),implementado y validado por Rivas‐García et al.(2013).


Flujos Nitrogenados gases.


Las cantidades de NH3 emitidas, serán valoradas según lo reportado en la literatura y según la cantidad denitrógeno amoniacal estimado mediante el modelado matemático.

Software SimaPro8 PhD® Método ReCiPe transforma la extensa lista de información de ICV en determinadosindicadores para dos niveles de análisis: Midpoint y Endpoint (Goedkoop et al., 2009).

Análisis de inventario ( ISO: 14041 )Segunda etapa, cuantificación de las cargas ambientales.

Resultados

Indicadores de impacto ambiental

Indicadores de categorías de impacto ambiental en relación a 1 L de leche

12% 27%

11,000,000,000*0.51*0.12=673,200 t CO2 eq/año11,000,000,000*0.51*0.27=1,514,700 t CO2 eq/año

Evaluación de los impactos ambientales y proceso de asignación(ISO: 14042 Tercera etapa)

La producción de biogás modeladamediante el ADM1. Según Cantrelly col.,33

Laguna anaeróbica VSBiodigestor Completamentemezclado.

0.15 vs. 1.48 m3 biogás/m3

digestor∙día.

10 veces mas productivo elBiodigestor completamentemezclado en la generación debiogás

Modelo cinético.Modelo de la transferencia de masaModelo fisicoquímico

Interpretación de los impactos ambientales (ISO: 14043 Cuarta etapa)

DigestorescenarioEAD:Sustrato: Estiércol de vaca lecheraFlujodealimentación: 12ton estiércolTasadedilución:1:1TRH:20 díasAgitación:200 rpmT= 35°C

La granja produce 0.83 kg de estiércol/L y con ese nivel de producción resulta:


ESCENARIO F ESCENARIO AD ESCENARIO EAD

• Sustituye un 75.3% la aplicación de fertilizantes N‐químicos y en 48.2% la aplicación de fertilizantes P (como P2O5)

• Se producen 0.046 kWh/L y con ellose suple el 90% del consumo eléctricode la granja.

• Se suplen la totalidad derequerimientos energéticos de lagranja y un excedente de 0.58 kWh/L

• Sustituye la producción química de56.7 t fertilizante‐N/año y 7.3 tfertilizante‐P/año (como P2O5)Representa un ahorro de 0.038 kgCO2 eq /L frente a los otrosescenarios.

• Se produce 0.158 kg/L debiofertilizante con 8.4% de N

• Se genera 0.158 kg/L debiofertilizante con 10.4%

• Las EGEI son 0.994 kg CO2 eq /L• Las EGEI son 0.872 kg CO2 porque no

produce electricidad para exportar.

• 0.728 Kg CO2 eq/L• Emite 110 veces menos EGEI que el

Escenario F.• Representa un ahorro de 0.014 kg

CO2 eq/L

Granja y manejo de estiércol Fermentación Entérica emisiones CH4.

Ensilaje, Alfalfa y Maíz aportangrandes EGEI; por prácticas delabranza e indirecta por lageneración de Fertilizantes‐N‐P.

Ensilaje es el más consumido en la dieta de las vaca por ello exhibe los mayores flujos de CO2 El Fertilizante‐N liberan N2O, principal aportador a las EGEI en este cultivo.

Ensilaje es fertilizado con estiércol y poco con fertilizantes de origen mineral.

Subprocesos contribuidores al cambio climático

Indicador de cambio climático (ICC).

Interpretación de los impactos ambientales (ISO: 14043 Cuarta etapa)Los resultados del ACV en términos (ICC), (IA) (IE).

La producción de alimentos,particularmente el Ensilaje es elcausante mayoritario debido a lavolatilización de nitrógeno enforma de NH3 y NOX por lafertilización.

En este cultivo se observa ademásun aumento en la acidificaciónpor fertilizar con estiércol. En elsubproceso de Granja y manejode estiércol, que también es unpunto crítico en este indicador,existe una diferencia muy notableentre los tres escenarios.

Subprocesos contribuidores al índice de acidificación terrestre.

Acidificación terrestre (IA).


Subprocesos contribuidores a la eutrofización del agua

Eutrofización de agua fresca (IE)


Los sistemas DA con mayor tecnología disminuyen el IE.

Escenario F,genera el 36.3% EGEI60.2% IA y 48% IE, por c/litro leche.

Conclusiones

Los procesos con digestión anaerobia actualmente instalados en México(escenario AD), desde la perspectiva de este estudio, reducen en un 9%los impactos ambientales frente a aquellos que tratan los residuos demanera convencional (escenario F).Las EGEI son aprovechadas en el escenario EAD para la generación deenergía eléctrica y biofertilizantes reduciendo las emisiones de CO2 aldoble de lo que sería con un biodigestor tipo laguna y sustituye el usode fertilizantes minerales por biofertilizantes.La productividad de generación de biogás en el escenario EAD es 10veces superior al escenario AD por lo tanto el uso de energía limpia através del aprovechamiento del estiércol es técnicamente factible.

Conclusiones

La producción de alimentos ganaderos es crítica. En la labranza,cultivo y uso de fertilizantes nitrogenados y fosfatados seliberan las mayores cargas ambientales dañando a la saludhumana, a los ecosistemas y a la disponibilidad de los recursosnaturales.

Las alternativas de fertilización que disminuyan los impactosambientales en la actividad agrícola, en el sistema deproducción lechera son necesarias.

Recomendaciones

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