La creación de fertilizantes a partir de desechos orgánicos puede ayudar a reducir el consumo de combustibles fósiles y promover la producción sostenible.
por Marianne Stein, Facultad de Ciencias Agrícolas, Ambientales y del Consumidor de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Una forma de hacerlo es mediante la licuefacción hidrotermal (HTL), que convierte la biomasa en biocrudo mediante un proceso de alta temperatura y alta presión.
Dos estudios de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign exploran el uso de un tratamiento fúngico para convertir las aguas residuales sobrantes en fertilizante para cultivos agrícolas .
«La HTL utiliza biomasa húmeda de fuentes orgánicas como el estiércol porcino o los desechos de alimentos. El proceso produce aguas residuales, llamadas fase acuosa de licuefacción hidrotermal (HTL-AP), que normalmente se descartan. Sabemos que contiene nutrientes que se pueden utilizar como fertilizante, pero en su mayoría se encuentran en formas orgánicas a las que las plantas no pueden acceder. La HTL-AP también puede contener metales pesados tóxicos , según el tipo de biorresiduos», dijo el coautor Paul Davidson, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Agrícola y Biológica (ABE), parte de la Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y Ambientales y la Facultad de Ingeniería Grainger en Illinois.
«Exploramos el uso de Trametes versicolor, un hongo de podredumbre blanca, para descomponer los compuestos orgánicos de nitrógeno en amoníaco o nitrato y eliminar potencialmente los componentes tóxicos. Como enfoque ecológico, T. versicolor se ha estudiado para tratar diferentes aguas residuales y parece un candidato prometedor para tratar la HTL-AP», afirmó Vitória Leme, autora principal del primer estudio.
Leme, entonces estudiante de maestría en ABE, desarrolló los métodos para cultivar el hongo y agregarlo a las aguas residuales. Este estudio demostró que el tratamiento de una solución que contenía 5% de HTL-AP con T. versicolor durante 3 días aumentó significativamente las concentraciones de nitrato y amoníaco.
Después de graduarse Leme, Karla López tomó el mando. Llevó a cabo la investigación como estudiante de grado en Tecnología de Ingeniería y Gestión de Sistemas Agrícolas (ETMAS), una de las dos carreras de grado que ofrece la ABE.
López fue el autor principal del segundo estudio que combinó el tratamiento con hongos con un proceso de nitrificación bacteriana para convertir aún más el amoníaco en nitrato. El estudio descubrió que la inoculación simultánea de T. versicolor y bacterias nitrificantes aumentó las concentraciones de nitrato en HTL-AP 17 veces.
«Analizamos diferentes factores que afectaron los resultados y encontramos que las muestras tuvieron los mayores aumentos tanto en nitrato como en amoníaco cuando los microorganismos estuvieron expuestos a agua con un rango de pH de 6 a 7,5», afirmó López.
«También hay evidencia de que el hongo está eliminando algunos de los compuestos potencialmente tóxicos de los desechos biológicos. Descubrimos que el tratamiento produjo una enzima que ha demostrado degradar las toxinas».
Basándose en los prometedores resultados de ambos estudios, el equipo de investigación de Davidson está trabajando ahora en el uso de las aguas residuales tratadas para cultivar cultivos hidropónicos.
Dijo que lo ideal sería que el tratamiento se hiciera lo más cerca posible del proceso HTL, estableciendo una economía circular y reduciendo la necesidad de transportar biomasa pesada y húmeda a largas distancias.
Explica: «Por ejemplo, si se utiliza estiércol porcino como materia prima húmeda, se puede instalar todo este sistema cerca de una granja porcina, donde hay miles de cerdos y mucho estiércol. Se puede recoger el estiércol y pasarlo por el proceso HTL, extraer las aguas residuales y tener un sistema independiente instalado para tratar las aguas residuales en el lugar. Y si se está cerca de una granja porcina, probablemente haya cultivos cerca donde se puedan utilizar las aguas residuales tratadas como fertilizante».
El primer estudio, » Micoremediación en fase acuosa mediante licuefacción hidrotermal para aumentar la disponibilidad de nitrógeno inorgánico «, se publicó en Heliyon . Los autores son Vitoria Leme, Karla Lopez, Tiago Costa, Beth Conerty, Laurie B. Leonelli, Yuanhui Zhang y Paul Davidson.
El segundo estudio, » Recuperación de nutrientes de aguas residuales mediante el tratamiento con hongos y bacterias nitrificantes «, se publicó en Agriculture . Los autores incluyen a Karla Lopez, Vitoria Leme, Marcin Warzecha y Paul Davidson.
Más información: Vitoria FC Leme et al, Microrremediación en fase acuosa mediante licuefacción hidrotermal para aumentar la disponibilidad de nitrógeno inorgánico, Heliyon (2024). DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e31992
Karla López et al, Recuperación de nutrientes de aguas residuales mediante el tratamiento con hongos y bacterias nitrificantes, Agricultura (2024). DOI: 10.3390/agriculture14040580
