Situación general sobre el tema del purín
El purín es un término controvertido en la economía agraria pública, que finalmente se ha reflejado en la legislación europea.
El estiércol propio de la granja, como el purín o el estiércol sólido, fue hasta la implementación comercial del proceso Haber-Bosch para la obtención sintética de nitrógeno (principios del siglo XX) la fuente más importante de nitrógeno para la fertilización de los campos. El purín tenía una connotación positiva. Debido a la creciente industrialización de la agricultura en la cría de animales y el cultivo, se produjo un cambio:
Ø El cambio en la composición del alimento hacia un pienso proteico más concentrado ha aumentado la proporción de NH³ en el purín (la proteína no digerida se descompone en componentes nitrogenados).
Ø Debido a la ganadería intensiva, se generan cantidades cada vez mayores de purín en espacios cada vez más reducidos y se aplican en superficies limitadas. El resultado, junto con la sobrefertilización por nitrógeno sintético y natural, es una contaminación por nitratos del suelo y del agua subterránea. El purín ha sido declarado el principal factor responsable y, por ello, tiene una connotación negativa.
Ø Debido a que el purín de animales con mala fermentación ruminal es rico en nitrógeno, relativamente bajo en carbono y con altas emisiones, tiende a formar una capa flotante, una capa de espuma o una capa de gas en la superficie. La parte del purín que se encuentra debajo de esta capa se descompone y genera muchas toxinas. Además, el aumento considerable en la administración de medicamentos, desinfectantes de baños de pies o agua de lavado de la máquina de ordeño convierte al purín en un producto parcialmente tóxico. Sin tratar, no es un buen alimento para la vida del suelo.
Hoy en día, la percepción está empezando a cambiar. El purín se ve cada vez más como una alternativa económica y respetuosa con el medio ambiente a la fertilización con nitrógeno sintético. Su uso responde a la demanda de una agricultura sostenible.
Además, se han desarrollado nuevas tecnologías que combinan alta tecnología con una agricultura adaptada a la naturaleza y la apoyan. Y así el purín se convierte en un producto altamente efectivo que puede fijar el nitrógeno. Junto con otras sustancias y productos añadidos como el silicio y otros oligoelementos, el purín se convierte en un fertilizante complejo o un aditivo a bajo costo de producción. Además, así se pueden aplicar conjuntamente los diferentes componentes necesarios para el suelo y el aumento de precio de los componentes nitrogenados debido a los mayores costos energéticos puede al menos amortiguarse parcialmente.
Poco a poco, también los expertos están aceptando que aquí se puede convertir una necesidad en una virtud:
Producción de un fertilizante de alta calidad, en el que se puede reducir considerablemente la emisión de NH³.
El estiércol tratado cierra el ciclo biológico con su alto contenido de nutrientes transformados y fijados de forma natural, el menor contenido de NH³ y los microorganismos involucrados, con la máxima eficacia ecológica del suelo.
Además, el tratamiento del estiércol mejora la fluidez del mismo, lo que es ventajoso en todas las aplicaciones de estiércol y en los canales de estiércol. Por último, la reducción del olor que se puede lograr durante la aplicación. Una gran ventaja para la población, para los agricultores y para el medio ambiente.
En general, se debe tener en cuenta el ciclo biológico en la producción de estiércol. La "preparación y el cuidado posterior" mediante:
- Suministro animal con sustancias prebióticas naturales y microorganismos probióticos para asegurar la salud animal
- Higiene del establo con medios adecuados (por ejemplo, nebulización de fermentos, acondicionamiento de la cama)
- Tratamiento del estiércol con productos naturales bajo condiciones de almacenamiento adecuadas para un fertilizante orgánico de alto rendimiento
Esto da lugar a un suelo saludable y plantas sanas, lo que nos lleva de nuevo al punto de partida del ciclo.
Situación actual del estiércol en detalle
Alrededor del 95 % de las emisiones de amoníaco (emisiones de NH³) en Alemania provienen de la agricultura (Agencia Federal del Medio Ambiente - UBA 2020). Según la directiva NEC (Directiva sobre límites nacionales de emisiones para ciertos contaminantes atmosféricos), estas emisiones deben reducirse en Alemania para 2030 en al menos un 29% reducido en comparación con 2005 (UBA 2020).
Especialmente en el manejo de fertilizantes orgánicos, como el estiércol líquido, la regulación de fertilización (DüV) establece medidas más estrictas para reducir las emisiones de amoníaco. En este caso, las explotaciones agrícolas están obligadas a aplicar el estiércol líquido, con un contenido significativo de nitrógeno disponible o nitrógeno amoniacal, solo en franjas sobre el suelo o directamente incorporado al suelo en tierras de cultivo sembradas (DüV, del 28.04.2020). Debido a malas experiencias por contaminación del alimento y al alto coste económico para la explotación agrícola, los agricultores tienen grandes dudas sobre la implementación de la obligación de aplicación cercana al suelo y en franjas. (IG gesunde Gülle 2019).
Además, según la UBA (2020), las medidas de aplicación cercana al suelo no son suficientes para cumplir con los límites establecidos. Según la directiva NEC, se debe respetar un límite máximo de 431 kilotoneladas de emisiones de amoníaco (a partir de 2030) (Instituto Thünen). El único enfoque reconocido hasta ahora en la DüV para reducir las emisiones de NH³ al final de la cadena de proceso mediante la aplicación cercana al suelo limita las posibilidades de reducción. De investigaciones previas se puede concluir que el uso del efecto cascada, por ejemplo, a través del sistema de alojamiento, una alimentación adaptada o un tratamiento con aditivos, puede conducir a una reducción mucho más efectiva en comparación con la única medida de aplicación cercana al suelo.
Estas posibilidades de reducción, que actúan al inicio de la cadena de procedimiento, aunque se mencionan expresamente en el párrafo 6, apartado 3, de la DüV, no se aceptan como alternativa a la aplicación cercana al suelo debido a la falta de pruebas científicas sólidas sobre su eficacia para reducir las emisiones de NH³ (Müller y Aures 2020).
Este estado del conocimiento condujo al desarrollo del procedimiento de medición y prueba aplicado aquí.
La implementación comenzó en enero de 2019 con y a través de la IG gesunde Gülle. En colaboración con el laboratorio estatal en Kassel bajo la dirección del Dr. Harald Schaaf, se sentaron las bases para este procedimiento de medición y prueba. El desarrollo posterior del método tuvo lugar en un laboratorio especialmente establecido para ello en Hebertsfelden, que Ingrid Bauer de Hebertsfelden puso a disposición y promovió el desarrollo. El proyecto fue financiado con donaciones privadas de agricultores y otras personas comprometidas, empresas y organizaciones. Jens Keim e Ingrid Bauer contaron con numerosos apoyos técnicos y profesionales en segundo plano, lo que llevó al éxito del proyecto.
Se desarrolló un método profesional de prueba y medición, que consiste en el recipiente de prueba de emisiones de NH³, un líquido de calibración y un protocolo. El desarrollo del líquido de calibración se llevó a cabo mediante numerosos ensayos individuales siguiendo el método de "prueba y error".
La funcionalidad y adecuación de este método de prueba y medición fue confirmada por la DLG en nombre de la IG gesunde Gülle con el informe de prueba 2012-0032.
La empresa Extox proporcionó un "Maletín Rojo" especialmente desarrollado para este fin, con el cual se pueden registrar los resultados de las mediciones. La medición de las emisiones de amoníaco de fertilizantes orgánicos a partir de recipientes de muestra bajo condiciones definidas de marco y laboratorio puede servir como base para investigar la eficacia de diversas medidas de reducción a nivel individual de la explotación y conducir a una reducción orientada a resultados y comprobable de las emisiones de amoníaco en la agricultura. Además, mediante el desarrollo de un valor de referencia, se hace posible la comparabilidad entre los resultados de las mediciones. El reconocimiento como método científico está garantizado por el desarrollo de un procedimiento de medición y prueba estandarizable.
El objetivo principal es establecer un método científicamente reconocido, independiente de la técnica de medición o compatible con casi cualquier técnica, para la determinación verificable, repetible y comparable de emisiones de amoníaco (por ejemplo, purines) en recipientes bajo condiciones de laboratorio definibles. La metodología para la medición de emisiones de amoníaco es compleja. El LfL y la TU (Universidad Técnica) de Múnich ofrecieron al IG gesunde Gülle, previa presentación de una descripción detallada del método conforme al protocolo VERA, organizar una revisión internacional de la metodología.» (Müller y Aures 2020)
Descripción general del sencillo y reconocido procedimiento de medición y prueba «Maletín rojo»:
- técnica de medición calibrable con tolerancias definidas
- recipiente de prueba de emisiones reproducible para la toma verificable de emisiones
- velocidad del aire definida
- metodología repetible y estandarizable con condiciones marco definidas,
- Factores y sus parámetros, así como un procedimiento descrito con detalle
2. Estudio del efecto de aditivos minerales para purines (activados tribomecánicamente) en la reducción de la emisión de NH³
2.1 Hipótesis del estudio
Mediante la «mezcla» de aditivos para purines basados en una combinación de productos de diferentes minerales de arcilla, que han sido activados tribomecánicamente*, se reduce significativamente la emisión de NH³.
*Activación tribomecánica (procedimiento de pulverización):
La activación tribomecánica es un procedimiento especial de micronización en el que las materias primas no se aplastan, sino que se trituran. Las partículas se aceleran fuertemente mediante fuerzas centrífugas. A través de una desviación técnica de la dirección del movimiento, colisionan entre sí y se fragmentan por sí mismas. Por lo tanto, no hay desgaste (como en los molinos de bolas), el material adquiere una alta energía básica y mantiene su pureza. Es decir, este procedimiento no afecta la composición química de la materia prima; al contrario, las redes cristalinas permanecen intactas y no se rompen. La carga electrostática, la superficie de las partículas y la capacidad de intercambio iónico se optimizan. Toda la superficie de las partículas se amplía considerablemente, aumentando así la velocidad y capacidad de reacción de los procesos físicos y electrolíticos.
2.2 Método de medición: «Potencial de emisión de amoníaco con el Maletín rojo» según el método de IG-Gesunde Gülle
La técnica de medición utilizada, «Maletín rojo», es un sistema de aspiración de muestras que utiliza un sensor electroquímico de NH³. La concentración de amoníaco puede medirse en tiempo real con esta técnica. El control y la visualización se realizan a través del PC. La documentación automática de la medición y la creación del protocolo se realizan, entre otros, en formato PDF. El valor medido de NH³ (ppm) se basa en el promedio de las 60 mediciones individuales del último minuto de medición. Además de los sensores para la medición de NH³, simultáneamente se pueden registrar y documentar electrónicamente la temperatura del material de medición y del aire de entrada (°C), así como el caudal volumétrico (l/h), la presión atmosférica (hPa) y la humedad relativa (%) por segundo.
Ver trabajo científico de Anna-Maria Bissinger, capítulo 5.2.-5.3.
«Método de medición para determinar las emisiones actuales de amoníaco de varios sustratos con una determinación científica, viable y verificable de emisiones de NH³ con calibración permanente del sistema» II./3 Revisión bibliográfica y planteamiento del problema
Al final de las investigaciones se obtiene un llamado Protocolo de emisiones de NH³. El protocolo de emisiones de NH³ constituye la base de este procedimiento de medición y prueba. Describe el procedimiento estandarizado exacto e incluye todos los parámetros y componentes definidos. Los factores como las condiciones ambientales y marco, que en su mayoría ya se han mencionado, están establecidos y definidos allí. Al usar NH³-Stable-Mobile, los parámetros subrayados se registran y documentan automáticamente. Si se utilizan otras técnicas de medición, los valores deben registrarse con dispositivos verificados. Se debe documentar y cumplir el siguiente extracto de parámetros:
- Temperatura ambiental
- Humedad ambiental
- Presión atmosférica
- Caudal volumétrico medido
- Valor de pH de la sustancia
- Tipo y denominación de la técnica de medición
- Medición en vacío
- Calibración inicial o medición de calibración antes de cada serie de mediciones
Esta documentación es una parte importante para demostrar el cumplimiento de los parámetros definidos, para su seguimiento y para garantizar la comparabilidad de los resultados de medición. El protocolo de emisiones de NH³ debe adjuntarse a cada resultado de muestra.
2.3 Montaje experimental y realización de ensayos en barril con aditivos para estiércol
Condición básica: uso del «estiércol adecuado»:
- Homogeneización mediante agitación antes de la toma de muestra
- sin tratar
- Valor de pH mayor que 7
- Valor inicial en ppm entre 40 y 80 AEP (Potencial de Emisión de Amoníaco)
- Temperatura: constante, máx. 12°C durante todo el experimento
- sin exposición solar en los barriles, ya que esto distorsiona los resultados
- Medición simultánea de otros parámetros como amonio, nitrógeno total, relación C/N, etc.
2.3.1 Diferentes formulaciones
Se probaron formulaciones de aditivos para purín de base mineral pura y activados tribomecánicamente de las marcas KALKMEISTER y STEINKRAFT. Las proporciones de mezcla variaron en cada formulación.
Formulación nº 1
Formulación nº 2
Formulación nº 3
Formulación nº 4
El purín se llenó en barriles de 60 litros. Se llenaron 50 litros de purín por barril.
2.3.2 Diseño experimental
Ø 1 barril de control con purín sin tratar y 1 barril de purín con el aditivo correspondiente
Ø La proporción de mezcla fue de 15 kg de aditivo para purín por m³ de purín. Sobre esta base, se mezcló el aditivo correspondiente en los barriles.
Ø Los barriles de purín se colocaron en un lugar donde la temperatura se mantenía constante (máx. 12 grados Celsius) y no estaban expuestos a la luz solar.
Medición 0: Se midieron todos los barriles homogeneizados sin tratar antes del tratamiento. Esto confirmó la igualdad del purín disponible.
1.ª medición: después de 30 horas
2.ª medición: después de 10 días
3.ª medición: después de 14 días
Todos los barriles se agitaron brevemente antes de cada medición y antes de tomar el purín. Cada medición se realizó dos veces para confirmar la exactitud de los resultados. Si una medición difería, se realizó una medición repetida.
Para el análisis estadístico se utilizó el valor medio.
La temperatura del purín durante la medición fue siempre de 20 (+/-0,5) grados Celsius (calentado en microondas o baño de agua). El barril sin tratar se utilizó como control en cada medición.
3. Resultados
3.1 Representación tabular de los resultados
3.2 Representación gráfica de los resultados
3.3 Descripción verbal de los resultados
El estudio actual ha demostrado que todos los aditivos de purín probados logran una alta fijación de NH³. Dos de las cuatro formulaciones analizadas obtienen en el ensayo a largo plazo (después de 14 días) una fijación de NH³ del 33,63% al 36,91%, con resultados especialmente buenos. Reducciones superiores al 30% se consideran generalmente excepcionales. Cabe señalar que, con el mismo valor de pH, se observó una disminución del AEP. Además, el purín fue muy homogéneo durante todo el período de estudio y presentó una alta fluidez. Cabe destacar positivamente que los aditivos también fijan los nutrientes orgánicos del purín.
Como se descubrió en estudios anteriores, esta investigación también confirma que los aditivos reaccionan relativamente rápido. Ya después de 30 horas se registran fijaciones de NH³ de entre 9,96% y 25,03%. Sin embargo, el máximo de fijación de NH³ se observa después de 14 días.
Para interpretar mejor los resultados mostrados, cabe destacar que una reducción del valor de NH³ de aprox.
Ø 20% = se considera un buen resultado
Ø 30% o más = un resultado excepcional
En los estudios, todas las mezclas reaccionaron positivamente. Sobre todo dos mezclas demostraron ser especialmente reactivas y por tanto efectivas en la fijación de NH³ en el ensayo a largo plazo:
Ø Formulación nº 1: KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Güllekraft N-Fix
Ø Formulación nº 2: STEINKRAFT Güllekraft N-Fix Humin
En ambas formulaciones se pudieron observar reducciones significativas de NH³ en todos los periodos de estudio, con picos de hasta >30%. El valor máximo se midió después de aproximadamente 14 días.
4. Conclusión
Aquí se probaron aditivos para purín que en conjunto contribuyen de manera muy buena a excepcional a la reducción de NH³, mediante la fijación de la emisión desde el purín. Esto conlleva que la generación de emisiones de NH³ por la aplicación de purín se pudo reducir hasta en un 30% o más. Así, el contaminante atmosférico se reduce claramente.
Dos productos destacaron especialmente en el estudio:
- KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Güllekraft N-Fix
- STEINKRAFT Güllekraft N-Fix Humin
La mezcla de aditivos minerales antes de aplicar el purín ofrece además otras ventajas para la agricultura:
- La aplicación de purín se realiza junto con la aplicación de nutrientes y oligoelementos adicionales necesarios (= 1 paso de trabajo).
- La carga de olores en el entorno se reduce considerablemente.
- El purín tratado contiene menos sales, no es corrosivo para las plantas, lo cual es especialmente valioso al aplicarlo en pastizales.
- Los tubos de purín con zapata de arrastre se descomponen mejor con purín tratado y, por lo tanto, causan menos contaminación en el alimento.
- La mejora del alimento para la ganadería en pastoreo en cuanto a cantidad de hierba y calidad es significativa.
- El purín tratado tiene menos sustancias de putrefacción. Todo lo que se pudre y huele mal no es bueno para las personas ni para la vida del suelo.
- Los aditivos son minerales naturales que están disponibles en cantidades suficientes.
- Al aplicarlos en el campo, incluso pueden devolver CO2 al suelo de forma permanente mediante el aumento de la biomasa (formación de humus).
5. Recomendación:
Solo podemos recomendar el uso de los aditivos probados en cuanto a su potencial de fijación de NH³, pero también por su efecto positivo en el suelo.
Recomendamos a todos los almacenadores/tratantes añadir el aditivo aproximadamente 14 días antes de la aplicación y remover el purín antes de su aplicación, ya que de lo contrario los procesos anaeróbicos podrían restablecerse, dependiendo de la intensidad o el grado de putrefacción inicial del purín.
De estudios anteriores sabemos que el valor ppm del purín puede reducirse de antemano mediante la alimentación y la higiene del establo (cama). Esto lo hace más estable y los procesos de putrefacción pueden establecerse menos. En general, recomendamos además “mover” el purín para contrarrestar de forma natural la presión de putrefacción.
Mediante los aditivos para purines de base mineral y activados tribomecánicamente probados en este estudio, al mismo tiempo se logra:
§ en el aditivo para purines basado principalmente en cal (KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Güllekraft N-fix) se apoya la calcinación de los suelos
§ en el aditivo para purines basado principalmente en la mezcla de zeolita y leonardita (STEINKRAFT Güllekraft N-Fix Humin) se aporta una valiosa contribución a la formación de humus tan urgentemente necesaria
§ los aditivos probados de las marcas KALKMEISTER y STEINKRAFT también contribuyen en el suelo a la activación de la microbiología y la formación de humus, aportando así una valiosa contribución a la revitalización de los suelos
La dosificación de aproximadamente 15 kg hasta un máximo de 20 kg por m³ de purín hace que esta variante potente y natural de tratamiento del purín sea también atractiva en cuanto a precio y tiene el potencial de cuestionar más que nunca el dogma de la aplicación cercana al suelo.
En resumen, se puede afirmar que en este estudio hemos obtenido más que indicios iniciales sobre el efecto positivo de los aditivos mineralógicos para la fijación de NH³ en el purín, y que su uso ya es recomendable hoy en día.
Esto nos animó a documentar los aditivos para purines en otros campos de aplicación, como por ejemplo en plantas de biogás.
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