Situación general de partida sobre el estiércol líquido
El estiércol líquido es un término polémico en el ámbito agroeconómico y, en última instancia, ha quedado reflejado en la legislación europea.
Hasta la aplicación comercial del proceso Haber-Bosch para la producción sintética de nitrógeno (a principios del siglo XX), el estiércol producido en la propia explotación, como el estiércol líquido o el estiércol sólido, era la fuente más importante de nitrógeno para fertilizar los campos. El estiércol líquido tenía una connotación positiva. La creciente industrialización de la agricultura, tanto en la ganadería como en los cultivos, ha provocado un cambio:
Ø El cambio en la composición del alimento hacia piensos proteicos más concentrados ha aumentado el contenido de NH³ en el estiércol líquido (las proteínas que no se digieren se descomponen en compuestos nitrogenados).
Ø La ganadería intensiva genera cantidades cada vez mayores de estiércol líquido en espacios cada vez más reducidos, que se esparcen en superficies limitadas. El resultado, sumado a la sobrefertilización con nitrógeno sintético y natural, es la contaminación por nitratos del suelo y las aguas subterráneas. Se ha señalado al estiércol líquido como el principal responsable, lo que ha hecho que adquiera una connotación negativa.
Ø Como el estiércol líquido de animales con una fermentación ruminal deficiente es rico en nitrógeno, relativamente pobre en carbono y produce muchas emisiones, tiende a formar una capa flotante, de espuma o de gas en la superficie. La parte del estiércol líquido que queda debajo de esta capa se pudre y genera muchas sustancias tóxicas. Además, el uso cada vez mayor de medicamentos, desinfectantes de pediluvios o agua de enjuague de la máquina de ordeño hace que el estiércol líquido se convierta en un producto parcialmente tóxico. Sin tratar, no es un buen alimento para la vida del suelo.
Hoy la perspectiva está empezando a cambiar. El estiércol líquido se considera cada vez más una alternativa económica y respetuosa con el medio ambiente a la fertilización con nitrógeno sintético. Su uso responde a las exigencias de una agricultura sostenible.
Además, se han desarrollado nuevas tecnologías que combinan la alta tecnología con una agricultura adaptada a la naturaleza y la respaldan. Así, el estiércol líquido se convierte en un producto muy eficaz capaz de fijar nitrógeno. Junto con otras sustancias y productos añadidos, como el silicio y otros oligoelementos, el estiércol líquido se convierte en un fertilizante complejo o en un coadyuvante de bajo coste de producción. Además, de este modo se pueden aplicar conjuntamente los distintos componentes necesarios para el suelo y se puede amortiguar, al menos en parte, el aumento del precio de los componentes nitrogenados debido al encarecimiento de la energía.
Los especialistas también van comprendiendo poco a poco que aquí se puede convertir la necesidad en virtud:
Producción de un fertilizante de alta calidad que permite reducir considerablemente las emisiones de NH³.
Con su alto contenido de nutrientes transformados y fijados de forma natural, su menor contenido de NH³ y los microorganismos que participan en el proceso, el estiércol líquido tratado cierra el ciclo biológico con la máxima eficacia ecológica para el suelo.
El tratamiento del estiércol líquido también mejora su fluidez, lo que resulta ventajoso tanto en todas las aplicaciones como en los canales de estiércol. Por último, cabe destacar la reducción de los olores que se consigue durante la aplicación. Una gran ventaja para la población, los agricultores y el medio ambiente.
En general, hay que tener en cuenta el ciclo biológico en la producción de estiércol líquido. La «prevención y el seguimiento» mediante:
- Alimentación de los animales con sustancias prebióticas naturales y microorganismos probióticos para garantizar su salud
- Higiene de los establos con medios adecuados (p. ej., nebulización de fermentos y acondicionamiento de la cama)
- Tratamiento del estiércol líquido con productos naturales en condiciones de almacenamiento adecuadas para obtener un fertilizante biológico de alto rendimiento
Esto da lugar a un suelo sano y a plantas sanas, con lo que volvemos al punto de partida del ciclo.
Situación actual del estiércol líquido en detalle
Alrededor del 95% de las emisiones de amoníaco (emisiones de NH³) en Alemania proceden de la agricultura (Agencia Federal de Medio Ambiente de Alemania, UBA 2020). Según la Directiva NEC (Directiva sobre los límites máximos nacionales de emisión de determinados contaminantes atmosféricos), estas emisiones deben reducirse en Alemania para 2030 en al menos un 29% respecto a 2005 (UBA 2020).
Sobre todo en el manejo de fertilizantes orgánicos, como el estiércol líquido, la Ordenanza sobre fertilizantes (DüV) establece requisitos más estrictos para reducir las emisiones de amoníaco. En este sentido, las explotaciones agrícolas están obligadas a aplicar los fertilizantes líquidos de origen animal con un contenido considerable de nitrógeno disponible o nitrógeno amoniacal, en el caso de tierras de cultivo ya sembradas, únicamente en franjas sobre el suelo o directamente en él (DüV, de 28.04.2020). Debido a las malas experiencias por la contaminación del forraje y a la elevada carga económica para la explotación agrícola, los agricultores y las agricultoras tienen grandes reservas respecto a la aplicación de la obligación de aplicar los fertilizantes cerca del suelo y en franjas (IG gesunde Gülle 2019).
Además, según la UBA (2020), las medidas de aplicación cerca del suelo no bastan para mantenerse por debajo de los valores límite. Así, la Directiva NEC establece 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 procesos mediante la aplicación cerca del suelo limita las posibilidades de reducción. De las investigaciones realizadas hasta la fecha puede concluirse que aprovechar el efecto cascada, por ejemplo, mediante el sistema de estabulación, una alimentación adaptada o un tratamiento con aditivos, puede dar lugar a una reducción mucho más eficaz que la aplicación aislada de la medida de aplicación cerca del suelo.
Aunque estas posibilidades de reducción, que actúan al comienzo de la cadena de procesos, se mencionan expresamente en el artículo 6, apartado 3, de la DüV, no se aceptan como alternativa a la aplicación cerca del suelo debido a la falta de pruebas científicamente sólidas sobre su eficacia para reducir las emisiones de NH³ (Müller y Aures 2020).
Este estado de los conocimientos condujo al desarrollo del procedimiento de medición y ensayo aplicado aquí.
La implementación comenzó en enero de 2019 con y a través de la IG gesunde Gülle. En colaboración con el laboratorio regional de Kassel, bajo la dirección del Dr. Harald Schaaf, se sentaron las bases de este procedimiento de medición y ensayo. El método se siguió desarrollando en un laboratorio creado expresamente para ello en Hebertsfelden, que Ingrid Bauer, de Hebertsfelden, puso a disposición y cuyo desarrollo impulsó. El proyecto se financió con aportaciones privadas de agricultores y otras personas, empresas y organizaciones comprometidas. Jens Keim e Ingrid Bauer cuentan con numerosos apoyos técnicos y profesionales que trabajan entre bastidores, y que han contribuido al éxito de todo el proyecto.
Se desarrolló un método profesional de ensayo y medición, compuesto por el recipiente de ensayo de emisiones de NH³, un líquido de calibración y un protocolo. El líquido de calibración se desarrolló mediante numerosos ensayos individuales según el método de «prueba y error».
La DLG confirmó la funcionalidad y la idoneidad de este método de ensayo y medición, encargado por la IG gesunde Gülle, en el informe de ensayo 2012-0032.
La empresa Extox proporcionó un «Maletín rojo» desarrollado específicamente para este fin, con el que se pueden registrar los resultados de las mediciones. La medición de las emisiones de amoníaco de fertilizantes orgánicos procedentes de recipientes de muestras, bajo condiciones marco y de laboratorio definidas, puede servir de base para estudiar la eficacia de distintas medidas de reducción a nivel de cada explotación y contribuir a reducir las emisiones de amoníaco en la agricultura de forma orientada a los resultados y demostrable. Además, el desarrollo de un valor de referencia permitirá comparar los resultados de las mediciones. El reconocimiento como método científico se garantiza mediante el desarrollo de un procedimiento de medición y ensayo estandarizable.
El objetivo principal es establecer un método científicamente reconocido, independiente de los instrumentos de medición o compatible con casi cualquier instrumento, para determinar las emisiones de amoníaco (por ejemplo, de purines) en recipientes bajo condiciones de laboratorio definibles, de forma verificable, reproducible y comparable. La metodología para medir las emisiones de amoníaco es compleja. La LfL y la TU (Universidad Técnica) de Múnich ofrecieron a la IG gesunde Gülle organizar una revisión internacional de la metodología, siempre que se presentara una descripción detallada del método conforme al protocolo VERA». (Müller y Aures 2020)
Descripción general del sencillo y reconocido procedimiento de medición y ensayo «Maletín rojo»:
- instrumentos de medición calibrables con tolerancias definidas
- recipiente de ensayo de emisiones que puede reproducirse para la toma verificable de emisiones
- velocidad del aire definida
- Metodología reproducible y estandarizable con condiciones marco definidas,
- Factores y sus parámetros, así como un procedimiento descrito con precisión
2. Estudio del efecto de los aditivos minerales para purines (activados tribomecánicamente) en la reducción de las emisiones de NH³
2.1 Hipótesis del estudio
Al «mezclar» aditivos para purines basados en una mezcla de distintos minerales arcillosos activados tribomecánicamente*, se reducen significativamente las emisiones de NH³.
*Activación tribomecánica (proceso de pulverización):
La activación tribomecánica es un proceso especial de micronización en el que las materias primas no se aplastan, sino que se muelen por fricción. Las partículas se aceleran intensamente mediante fuerzas centrífugas. Al cambiar técnicamente su dirección de movimiento, chocan entre sí y se pulverizan por sí mismas. Así se evita el desgaste por abrasión (como el que se produce en los molinos de bolas), el material adquiere una elevada energía intrínseca y conserva su pureza. Es decir, este proceso no afecta a la composición química de la materia prima; al contrario, las redes cristalinas permanecen intactas y no se rompen. Se optimizan la carga electrostática, la superficie de las partículas y la capacidad de intercambio iónico. La superficie total de las partículas aumenta considerablemente, lo que incrementa la velocidad o 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
El equipo de medición utilizado, el «maletín rojo», es un sistema de aspiración de muestras que emplea un sensor electroquímico de NH³. Esta tecnología permite medir la concentración de amoníaco en tiempo real. El control y la visualización se realizan mediante el PC. La documentación automática de la medición y la generación de informes se realizan, entre otros formatos, en PDF. El valor de NH³ medido (ppm) corresponde al promedio de las 60 mediciones individuales del último minuto de medición. Además de los sensores para medir NH³, también se pueden registrar simultáneamente, cada segundo, la temperatura del material medido y del aire de entrada (°C), así como el caudal volumétrico (l/h), la presión atmosférica (hPa) y la humedad relativa (%) y documentarlos electrónicamente.
Véase el trabajo científico de Anna-Maria Bissinger, capítulo 5.2.-5.3.
«Método de medición para determinar las emisiones actuales de amoníaco de distintos sustratos mediante una determinación de emisiones de NH³ con rigor científico y verificable, con calibración permanente del sistema» II./3 Revisión bibliográfica y planteamiento del problema
Al finalizar los estudios, se obtiene el denominado informe de emisiones de NH³. El informe de emisiones de NH³ constituye la base de este procedimiento de medición y ensayo. Describe el procedimiento estandarizado exacto e incluye todos los parámetros y componentes definidos. Los factores, como las condiciones ambientales y generales, que en su mayoría ya se han mencionado, están especificados y definidos en él. Cuando se utiliza NH³-Stable-Mobile, los parámetros subrayados se registran y documentan automáticamente. Si se emplean otros equipos de medición, los valores deben registrarse también con dispositivos verificados. Debe documentarse y respetarse el siguiente extracto de parámetros:
- Temperatura ambiente
- Humedad ambiental
- Presión atmosférica
- Caudal volumétrico medido
- Valor de pH de la sustancia
- Tipo y denominación del equipo de medición
- Medición en blanco
- Calibración inicial o medición de calibración antes de cada serie de mediciones
Esta documentación es una parte importante para demostrar y verificar el cumplimiento de los parámetros definidos, así como para garantizar la comparabilidad de los resultados de medición. El protocolo de emisiones de NH³ debe adjuntarse a cada resultado de medición de muestras.
2.3 Diseño y ejecución de ensayos en barriles con aditivos para estiércol líquido
Requisito básico: utilizar el «estiércol líquido adecuado»:
- Homogeneización mediante agitación antes de la extracción
- sin tratar
- Valor de pH superior a 7
- Valor inicial en ppm entre 40 y 80 AEP (potencial de emisión de amoníaco)
- Temperatura: constante, máx. 12 °C durante todo el ensayo
- Los barriles no deben recibir luz solar directa, ya que esto falsea los resultados.
- Medición simultánea de otros parámetros, como amonio, nitrógeno total, relación C/N, etc.
2.3.1 Fórmulas diferentes
Se probaron fórmulas de aditivos para estiércol líquido de base puramente mineral y activados tribomecánicamente de las marcas KALKMEISTER y STEINKRAFT. Las proporciones de mezcla variaban en cada fórmula.
Fórmula n.º 1
Fórmula n.º 2
Fórmula n.º 3
Fórmula n.º 4
El estiércol líquido se distribuyó en barriles de 60 litros. Se llenó cada barril con 50 litros de estiércol líquido.
2.3.2 Diseño del ensayo
Ø 1 barril de control con estiércol líquido sin tratar y 1 barril de estiércol líquido con el aditivo correspondiente
Ø La proporción de mezcla era de 15 kg de aditivo por m³ de estiércol líquido. Sobre esta base, se mezcló el aditivo correspondiente en los barriles.
Ø Los barriles de estiércol líquido se colocaron en un lugar donde la temperatura se mantenía constante (máx. 12 grados Celsius) y no estaban expuestos a la luz solar.
Medición inicial: Todos los barriles homogeneizados disponibles sin tratar se midieron antes del tratamiento. Así se confirmó la uniformidad del estiércol líquido 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 removieron brevemente antes de cada medición y de extraer el estiércol líquido. Cada medición se realizó dos veces para confirmar la exactitud de los resultados. Si alguna medición difería, se realizaba una medición de repetición adicional.
Para el análisis estadístico se utilizó la media.
La temperatura del estiércol líquido durante las mediciones fue siempre de 20 (+/-0,5) grados Celsius (calentado en microondas o baño María). El barril sin tratar se incluyó como medición de 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 para estiércol líquido analizados alcanzan una alta fijación de NH³. Dos de las cuatro fórmulas estudiadas obtienen resultados especialmente buenos en el ensayo a largo plazo (después de 14 días), con una fijación de NH³ del 33,63% al 36,91%. Las reducciones >30% se consideran, en general, excepcionales. Cabe señalar que, con el mismo valor de pH, se constató una reducción del AEP. Además, el estiércol líquido se mantuvo muy homogéneo durante todo el período de estudio y presentó una gran fluidez. También cabe mencionar, como aspecto positivo, que los aditivos fijan los nutrientes orgánicos del estiércol líquido.
Al igual que se observó en estudios anteriores, este estudio también confirma que los aditivos reaccionan con relativa rapidez. Ya después de 30 horas se registran fijaciones de NH³ de entre el 9,96% y el 25,03%. Sin embargo, la fijación máxima de NH³ se observa después de 14 días. .
Para contextualizar mejor los resultados presentados, cabe señalar que una reducción del valor de NH³ de aprox.
Ø 20% = puede considerarse un buen resultado
Ø 30% o más = es un resultado excepcional
En los análisis, todas las mezclas reaccionaron positivamente. En particular, dos mezclas demostraron ser especialmente reactivas y, por tanto, eficaces en el ensayo a largo plazo en cuanto a la fijación de NH³:
Ø Fórmula n.º 1: KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Fertilizante líquido N-Fix
Ø Fórmula n.º 2: STEINKRAFT Fertilizante líquido N-Fix Humin
Con ambas fórmulas se observaron reducciones significativas de NH³ en todos los periodos del estudio, con valores máximos de hasta >30%. El valor máximo se midió aproximadamente a los 14 días.
4. Conclusión
En este estudio se probaron aditivos para purín, todos ellos con una contribución muy buena o excepcional a la reducción del NH³, al fijar las emisiones gaseosas del purín. Esto permitió reducir hasta un 30% o más las emisiones de NH³ causadas por la aplicación del purín. De este modo, se reduce considerablemente este contaminante atmosférico.
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 del purín se combina con la aplicación de los nutrientes y oligoelementos adicionales necesarios (= una sola operación).
- La carga de olores en el entorno se reduce considerablemente.
- El purín tratado contiene menos sales y no es cáustico para las plantas, lo que resulta especialmente valioso al aplicarlo en los prados.
- Las heces en forma de salchicha que quedan con el sistema de zapata de arrastre se incorporan mejor cuando el purín está tratado y, por tanto, contaminan menos el forraje.
- La mejora del forraje para el pastoreo, en cuanto a la cantidad de hierba y su calidad, es significativa.
- El purín tratado contiene menos sustancias putrefactas. Todo lo que se pudre y apesta no es bueno para las personas ni para la vida del suelo.
- Los aditivos son minerales naturales 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, tanto por su potencial para fijar NH³ como por sus efectos positivos en el suelo.
Recomendamos a todos los gestores y operadores de instalaciones que incorporen el aditivo aproximadamente 14 días antes de su aplicación y remuevan el purín antes de aplicarlo, ya que, de lo contrario, los procesos anaeróbicos podrían volver a establecerse, dependiendo de la intensidad y el grado de avance de la putrefacción inicial del purín.
A partir 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 dificulta que se establezcan los procesos de putrefacción. Además, en general recomendamos «remover» el purín para poder contrarrestar de forma natural la presión de la putrefacción.
Al mismo tiempo, gracias a los aditivos para purines de base mineral y activados tribomecánicamente probados en este estudio:
§ con el aditivo para purines basado principalmente en cal (KALKMEISTER N-Fix / STEINKRAFT Güllekraft N-fix) se favorece el encalado de los suelos
§ con el aditivo para purines basado principalmente en la mezcla de zeolita y leonardita (STEINKRAFT Güllekraft N-Fix Humin) se realiza una valiosa contribución a la necesaria formación de humus
§ los aditivos probados de las marcas KALKMEISTER y STEINKRAFT también contribuyen en el suelo a activar la microbiología y a formar humus, y con ello realizan una valiosa contribución a la revitalización de los suelos
La dosificación de unos 15 kg hasta un máximo de 20 kg por m³ de purín hace que esta variante potente y natural de tratamiento del purín también resulte atractiva en cuanto al precio y tenga el potencial de cuestionar más que nunca la aplicación cerca del suelo como dogma.
En resumen, en este estudio hemos obtenido más que indicios iniciales del efecto positivo de los aditivos mineralógicos para fijar el NH³ en el purín, y su uso ya es conveniente hoy en día.
Esto nos animó a documentar los aditivos para purines en otros ámbitos de aplicación, como, por ejemplo, en plantas de biogás.
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