L.4 Valorización de residuos orgánicos productos de la Industria Salmonera

El objetivo principal a un horizonte de 3 años es posicionarse como referente en relación a la integración de soluciones tecnológicas basadas en procesos bioquímicos para la industria salmonera. Esto involucra la operación de al menos una planta sub‐piloto, asociación con actores industriales del sector salmonero y energético, asociación con el sector normativo‐legal (SERNAPESCA, Ministerio del Medio Ambiente entre otros) y colaboración en investigación con entidades nacionales e internacionales.

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INVESTIGADORES:

Guillaume Serandour

 

 

 

 

  • Chile es el segundo productor mundial de Salmón. Su producción pretende estabilizarse a mediano plazo a 550,000 toneladas al año. En el proceso productivo que lleva a la producción de esta biomasa se genera una cantidad no menor de residuos orgánicos, tanto residuos sólidos como lodos contaminados. Además, la gran mayoría de la producción chilena se exporta en forma de filetes, lo que involucra una generación adicional de residuos orgánicos durante el proceso de fileteo.

    La producción de salmones de cultivo se articula en torno a 3 etapas principales. La primera corresponde al ciclo inicial de crianza, desde el huevo hasta el smolt (pez juvenil con una masa corporal de 85 hasta 100g) la cual se realiza en agua dulce en centros tierra adentro. La segunda etapa corresponde a la fase de engorda en el mar, donde el pez sigue creciendo en jaulas hasta los 4,5-5 kg de masa, empezando la última fase del proceso que corresponde a la cosecha y preparación del producto final (en general el filete). En cada etapa del proceso se producen residuos orgánicos los cuales pueden ser categorizados en 4 distintas familias, las cuales son: los residuos de alimentación que corresponden a la alimentación que no se consume por los salmones; los residuos Metabólicos que corresponden a la biomasa que no está digerida del salmón y se descarga en el ambiente en forma de heces y/o nutrientes inorgánicos solubles; las mortalidades: que corresponden a los peces que mueren tanto en la fase de smolt como de engorda y los residuos de fileteo que corresponden a la biomasa producida como producto del proceso de fileteo, o sea partes del salmón que no se consideran apta para el consumo humano (vísceras, piel, cabeza, aletas, carne con sangre entre otros). Una estimación conservativa de la cantidad de residuos producido en un ciclo productivo es alrededor de 350 000 toneladas anuales, sin embargo existen dificultades mayores que no hacen posible la recuperación de los residuos de alimentación y metabólicos en la fase de engorda. Estos residuos se acumulan en el fondo del mar con consecuencias dramáticas para el ecosistema, pero hasta ahora no existen mecanismos eficaces para recuperarlos. La tabla siguiente resume los tipos, cantidad y disponibilidad de los residuos orgánicos mencionados anteriormente.

    Tabla 1: Tipo, cantidad y disponibilidad de residuos orgánicos productos de la producción de filetes de salmón en Chile (Establecido en base a [1, 4, 5, 6])
    Tabla 1: Tipo, cantidad y disponibilidad de residuos orgánicos productos de la producción de filetes de salmón en Chile (Establecido en base a [1, 4, 5, 6])

    Por su composición biofísica, estos residuos tienen un potencial energético, a través de procesos de metanización por transformación bioquímica tal como la bio-digestión anaeróbica [2, 3]. Este proceso ha sido usado con éxito en el tratamiento de una gran variedad de residuos orgánicos, tales como agua servidas urbanas, agua servidas industriales, residuos orgánicos agrícolas. Los productos de la digestión son: bio-gas can alto contenido de metano, el cual puede liberar su energía como energía calorífica o eléctrica y residuos sólidos con alto contenido de minerales que se pueden ocupar como fertilizantes. Entonces, a través de la bio-digestión, los residuos orgánicos pueden adquirir un alto valor agregado. Este proceso puede ser aplicado en conjunto con otros procesos bioquímicos, tales como las caldas combustibles bacterianas y foto-reactores de algas y/o cianobacterias, con el fin de mejorar el rendimiento energético y producir nuevos productos tales como bio-materiales y bio combustibles.

    El grupo de investigación en Recuperación y Valorización de Residuos Orgánicos de la Industria Salmonera contempla evaluar el potencial de estas tecnologías y participar tanto en la reducción de residuos solidos y tratamiento de aguas servidas, como en el suministro energético en distintas etapas del proceso productivo del salmón, tomando en cuenta los aspectos técnicos, ambientales y socio-económicos. Tres líneas específicas de desarrollo apuntan a cosechar energía de residuos orgánicos recuperables, es decir: residuos metabólicos y de alimentación en la fase de smolt, mortalidades y residuos de fileteo en plantas de procesamiento.

    Proceso MultiStep para residuos de fileteos.
    Este proyecto contempla establecer el potencial de bio digestión anaeróbica en conjunto con Celda Combustible Bacterianas (CCB) y la acción metabólica de cianobacterias en la transformación de los residuos de fileteo. La fase inicial del proyecto tiene financiamiento para el año 2015 e involucra académicos de la UACh y de ICTAS (Virginia EE.UU.) dentro del marco de proyectos semillas de colaboración en investigación que se inicio en 2014. Los principales objetivos científico-técnicos del proyecto apuntan a evaluar el potencial de metanización (BMP assays) para cada tipo de residuos (cabeza, pie, vísceras, otros) en base a digestión, el aumento en el rendimiento energético asociando CCB a digestión, y los productos derivados que se pueden obtener por acción de cianobacterias directamente en los residuos o sobre los lodos del digestor. Identificando el flujo de biomasa real en planta de procesamiento y estimación del potencial energético se podrán definir diseños adaptados a la integración eficiente de tecnologías en plantas de procesamiento.

    Tratamiento de lodos residuales de pisciculturas con Biodigestión y MFCs
    La Dra. Sandra Madariaga, a través del proyecto “Tratamiento de lodos residuales de pisciculturas de la Región de Los Lagos y evaluación experimental de su desempeño en suelos”, financiado por el Gobierno Regional de Los Lagos, a través del Fondo de Innovación y Competitividad FIC – R 2012, realizó avances importantes en la caracterización físico- química y biológica de los lodos, en la aplicación y evaluación de un proceso para estabilizar e higienizar los lodos y en la evaluación de la capacidad de los suelos para filtrar y descomponer los lodos tratados. Estos lodos, se caracterizan por ser ricos en fósforo y contener elementos nutritivos (boro, azufre, magnesio, entre otros) además de una carga orgánica importante. En consecuencia, son candidatos interesantes para un tratamiento por bio digestión y/o CCB [7,8,9]. Sólo en el año 2011, aproximadamente un total 7.800 m3 de lodos fueron generados en pisciculturas de la Región de Los Lagos. Si se consideran las proyecciones de crecimiento de la industria acuícola, los esfuerzos en materia de valorización o reutilización que permitan disminuir la presión sobre sitios de disposición final, resultan de gran importancia ya que no solamente permitirían una reducción de la cantidad de residuos y la denitrificación de los lodos mismos, sino también podrían ser parte del sistema de suministro energético, bajando los costos de operación. Este punto es bastante importante apuntando a expandir el uso de centros tierra adentro con sistema de recirculación a la fase de engorda.

    Digestión anaeróbica de mortalidades
    Las mortalidades tienen un buen potencial energético vía digestión anaeróbica, al igual que los residuos de fileteo. En base a un centro típico de 8-12 jaulas y el trabajo de Nges et al [2], un centro de cultivo podría proveer alrededor de 502 Mwh de electricidad durante un ciclo de producción de 18 meses. Este equivale a una capacidad instalada de 5 kW. En consecuencia, la bio digestión de residuos orgánicos es una alternativa interesante para contribuir al suministro energético del centro de cultivo y particularmente los de la región de Aysén, los cuales debido a su aislamiento podrían beneficiarse de tener cierta autonomía energética. La biodigestión ha sido utilizada con éxito en el tratamiento de mortalidades en la industria ganadera [10,11,12], sin embargo, se debe probar que es eficiente para destruir agentes patogénicos específicos del salmón. Por lo tanto, la primera fase de este trabajo contempla la evaluación del potencial de la digestión anaeróbica para destruir agentes patogénicos específicos del salmón, antes de eventualmente desarrollar soluciones tecnológicas para integrarlas en pontones de mortalidad.

  • Objetivo General
    Integrar soluciones tecnológicas basadas en procesos bioquímicos para el tratamiento de residuos orgánicos de la industria salmonera y sus impactos asociados

    Objetivos Específicos
    – Operar una unidad de caracterización de digestión anaeróbica (BMP, ATA) y celdas combustible bacteriana a escala laboratorio

    – Operar un reactor de digestión anaeróbica a escala sub piloto.

    – Levantar información relevante para diseño de soluciones industriales (análisis situacional, requerimiento de diseño, QFD, alternativas de diseño)

    – Generar una propuesta de evaluación técnica, socio- económica y ambiental de los impactos de la soluciones tecnológicas

    – Gestionar asociación con actores industriales del sector salmonero y energético y del sector normativo-legal (SERNAPESCA, Ministerio del Medio Ambiente entre otros)

    – Generar         redes   de        colaboración  en        investigación  con entidades nacionales e internacionales.

  • En las tres distintas áreas específicas de trabajo (fileteo, lodos, mortalidades) se sigue una metodología de trabajo similar para proponer un diseño de soluciones tecnológicas, la cual involucra:

    – Caracterización de los procesos bioquímicos y electro-bioquímicos para cada tipo de biomasa a través de pruebas estandarte de potencial de metanización (BMP) y toxicidad (ATA) en laboratorio (estas mismas pruebas sirven también para establecer la destrucción de patógenos).

    – Escalamiento de los equipamiento de laboratorio a escala sub-piloto para la caracterización de variables de operación (tiempo de retención temperatura, agitación entre otros) y obtener una predicción más exacta del potencial energético a escala industrial.

    – Análisis situacional para cada campo de aplicación de las soluciones tecnológicas por fin de establecer los requerimientos de diseño (Metodología QFD entre otros).

    – Diseño de detalles de soluciones industriales en base a las 3 etapas anteriores.

  • Resultados

    En el año 2015 el principal objetivo es demostrar a través de actividades de laboratorio, el potencial de procesos bioquímicos y electroquímicos en tratar residuos orgánicos solidos y lodos y establecer valor agregado a los residuos tratados en vista a postular a proyectos con financiamiento significativos, los cuales tendrían que permitir el desarrollo de soluciones pilotos a escala representativa de un funcionamiento industrial.

    Paralelamente al trabajo científico se fomentará relaciones con actores industriales para asegurar participación financiera en proyectos de mayor alcance que se postularan para el periodo 2016-2017 ya que conseguir los recursos suficientes a la puesta en marcha de prototipos de mayor escala presenta el mayor desafío a corto plazo.

    Al final de 2015 se proyecta postular a financiamiento significativo (> $ 75 000 000) en las temáticas de residuos de fileteo y/o lodos residuales, a través de programa FONDEF, FIC regional y NSF en los Estados Unidos. Se pretende también postular a un proyecto interno DID para financiar experimentos iniciales que apuntan a demostrar la destrucción de patógenos con biodigestión.

    El objetivo principal a un horizonte de 3 años es posicionarse como referente en relación a la integración de soluciones tecnológicas basadas en procesos bioquímicos para la industria salmonera. Esto involucra la operación de al menos una planta sub-piloto, asociación con actores industriales del sector salmonero y energético, asociación con el sector normativo-legal (SERNAPESCA, Ministerio del Medio Ambiente entre otros) y colaboración en investigación con entidades nacionales e internacionales.

    Adicionalmente, el grupo de trabajo se integrará con estudiantes de pre y postgrado en las actividades de investigación.