Proyecto Life+ INTEGRAL CARBON

LIFE 13 ENV/ES/001251 http://www.integralcarbon.eu/

LIFE+ INTEGRAL CARBON “Desarrollo e implementación integrada de

fotobiorreactores para la reducción de gases de efecto invernadero (GEI) en agroindustria”

Inocencio Blanco CTAEX

27 Noviembre 2014

http://www.integralcarbon.eu/


LIFE+ INTEGRAL CARBON “Desarrollo e implementación integrada de

fotobiorreactores para la reducción de gases de efecto invernadero (GEI) en agroindustria”

Antecedentes



La actividad que contribuye en una mayor cuantía al problema del cambio climático en la agricultura es la fertilización nitrogenada, ya que en su fabricación demanda grandes insumos energéticos La pérdida de la fertilidad de los suelos ha sido provocada por las acciones antropogénicas que han menoscabado la diversidad biológica de los suelos y que han repercutido negativamente en la productividad de los cultivos que se desarrollan en ellos

ASPECTO INNOVADOR 1 Producción de algas como sumideros de carbono



La pérdida de fertilidad se ha contrarrestado con la incorporación de más insumos fertilizantes y fitosanitarios, estos últimos para el control de nuevas enfermedades y plagas que han surgido de la pérdida biológica del suelo La incorporación de estos insumos se traduce en un incremento significativo de la huella de carbono en estos cultivos y se ha venido justificando por el fin de obtener alimentos para una población mundial creciente




La biota edáfica produce compuestos importantes para la fertilidad de los suelos y la productividad de los cultivos Dentro de esta biota edáfica conviene resaltar el papel de las cianobacterias:

Producir sustancias bioestimulantes (como las demás algas) Capacidad de fijar nitrógeno atmosférico

Propiedades biopesticidas, por su control de microorganismos del suelo como son los hongos fitopatógenos




El reto de conjugar el incremento de fertilidad de los suelos, con la mitigación de gases de efecto invernadero, pasa por potenciar las especies de algas presentes en los suelos Las algas tienen la aptitud de fijar carbono en biomasa, constituyendo con ello un sumidero de carbono en los suelos Unido a esto, algunas algas como son las procariotas llamadas cianobacterias, tienen la aptitud de fijar nitrógeno atmosférico, disponiéndolo así para los cultivos




La solución pasa por cultivar algas edáficas de forma viable y rentable fuera del suelo, en condiciones controladas y optimizadas, para posteriormente reintroducirlas en los suelos y lograr con ello una mayor concentración en los mismos Se deben proveer de los niveles de nutrientes adecuados: nitrógeno, fosforo, potasio, etc. y de la concentración de gases adecuada: dióxido de carbono (CO2) principalmente. Estos nutrientes están presentes en efluentes líquidos y/o gaseosos que son tipificados de residuos




Cuestiones que se plantean a la industria que pretende implantar una instalación para captura de sus GEI 1.- Estacionalidad de las emisiones. Los procesos agroindustriales que procesan productos agroalimentarios en función de los ciclos de producción agrícolas o ganaderos El sistema debe ser transportable y fácilmente plegable

ASPECTO INNOVADOR 2: Sistema móvil



2.-Superficie para la instalación. Los centros agroindustriales de emisión tienen una escasa disposición de suelo El sistema móvil supone que podemos relocalizar el módulo de cultivo en función de las necesidades de espacio de la industria 3.-Amortización de instalaciones. Actividad estacional. Por ello los módulos de pre-tratamiento y de producción de biomejorador se plantean como un sistema móvil para que pueda ser compartido/transportado entre agroindustrias

ASPECTO INNOVADOR 2: Sistema móvil



El seguimiento de la población de algas y su concentración en el suelo es un factor que han utilizado edafólogos y geólogos para ver la madurez de un suelo, o como indicador en actuaciones de restauración de suelos degradados por actividades Las algas son las especies vegetales que mayor tasa fotosintética presentan, un 50% más que las demás especies vegetales. Son los vegetales que mayor cantidad de dióxido de carbono (CO2) consumen También, las algas consumen otros gases de efecto invernadero (GEI) como los óxidos de nitrógeno (NOx) y óxidos de azufre (SOx)

ASPECTO INNOVADOR 3:

Utilización de algas autóctonas



Las algas se pueden observar en los charcos donde se encuentran suspendidas en el agua, que tras evaporarse quedan conformando una costra verde visible Esta costra constituye un incremento de la actividad biológica del suelo, ya que las algas quedan adheridas a las partículas minerales que conforman el suelo, conformando agregados que dotan de mayor estructura al suelo y de una mayor actividad biológica


Utilización de algas autóctonas



Para poder conseguir una concentración alta de algas en el fotobiorreactor, es preciso proveer a los fotobiorreactores de unos nutrientes adecuados El empleo de fertilizantes minerales en la elaboración del medio de cultivo, supone tener que recurrir a fertilizantes de alta solubilidad, los empleados en fertirrigación, fertilizantes caros En cuanto al empleo de efluentes de residuales de procesos industriales o de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR), existen muchas experiencias en el cultivo de microalgas

ASPECTO INNOVADOR 4: Utilización de fase liquidas de residuos



Este biomejorador de algas edáficas que ha sido desarrollado en los fotobiorreactores, se puede aplicar por medio de pulverización sobre los suelos agrícolas, forestales o zonas de restauración a través de los equipos de pulverización convencionales que se utilizan en agricultura para aplicar los fitosanitarios


Utilización de algas. Aplicación



Captura de Gases de Efecto Invernadero (GEI) en biomasa de algas edáficas, con aprovechamiento de nutrientes residuales, para su incorporación como biomejorador y sumidero de C en suelos

Objetivo general



Objetivos específicos

Mejorar el balance de carbono de procesos agroindustriales mediante su fijación en biomasa algal mediante el uso de fotobiorreactores

Aprovechar el exceso de nutrientes de las aguas residuales procedentes del sector agroindustrial o ganadero para la producción de algas

Obtener un biomejorador del suelo que permita disminuir la dependencia de la agricultura con los abonos minerales, logrando incrementar la fertilidad de los suelos y la productividad de los cultivos



Objetivos específicos

Reducir de la huella de carbono en la cadena de producción agroindustrial del sector lácteo y vitivinícola

Evaluar medioambiental y económicamente la incorporación de estos sistemas en las fuentes emisoras de GEI agroindustriales


GHG Inventory 2012

Emisiones GEI EU-27 Año 2010 (Tg)

Energía

Industrias

Disolventes

Agricultura

Residuos

ORIGEN EU27 Año 2010 Energía 3.763 Industrias 343 Disolventes 12 Agricultura 462 Forestal -312 Residuos 142 TOTAL NETO 4.410 TOTAL EMISIONES 4.722

Emisiones Gases Efecto Invernadero millones de toneladas

GHG Inventory 2012

Fertilizante Emisiones carbono

equivalente (kg Ceq/kg)

Nitrógeno 0,9–1,8

Fosforo 0,1–0,3

Potasio 0,1–0,2

Emisiones GEI sector agrícola EU-27

Esquema de Aplicación: Industria Láctea

COOLOSAR, Losar de la Vera (Cáceres)

Bodegas La Fontana, D.O. de Uclés, Cuenca

Esquema de Aplicación: Industria Vitivinícola

KEPLER Ingeniería y Ecogestión

UVA TADRUS

UBU UBUCOMP

Esquema de Trabajo

CTAEX

CTAEX

ACCIONES DEL PROYECTO LIFE+INTEGRAL CARBON

A Acciones Preparatorias

A1 Caracterización de residuos

B Acciones del Proyecto

B1 Producción de algas autóctonas

B2 Desarrollo del prototipo industrial de pre-tratamiento de residuos

B3 Desarrollo del prototipo industrial de cultivo de algas.

B4 Adaptación de las industrias y puesta en funcionamiento del prototipo industrial

C Monitorización del impacto del Proyecto

C1 Monitorización del impacto técnico del proyecto

C2 Monitorización del impacto socio-económico del proyecto

D Comunicación y Diseminación

D1 Comunicación y diseminación de los resultados

E Gestión del Proyecto y monitoreo de su progreso

E1 Gestión y coordinación del proyecto

E2 Establecimiento de redes

E3 Auditoría

E4 Plan de comunicación Post-LIFE+

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DESARROLLO TEMPORAL PROYECTO LIFE+INTEGRAL CARBON 2014 2015 2016

3t 4t 1t 2t 3t 4t 1t 2t 3t 4t

A

A1

B

B1

B2

B3

B4

C

C1

C2

D

D1

E

E1

E2

E3

E4 Inception Report

26/03/2015

Midterm Report

31/10/2015

Midterm Report

30/06/2016

Final Report

31/12/2016

Visita Losar de la Vera (Cáceres)

Fecha: 19 Julio 2014

Lugar: Navalmoral de la Mata (Cáceres)

Asistentes: - CTAEX: Inocencio Blanco - UBUCOMP: Carlos Rad - UVA-TADRUS: Jorge Miñón

Actividades: - Localización de campos de ensayo en Losar de la Vera - Muestreo de suelos y costras para aislamiento de algas - Vista a la quesería de COOLOSAR en Losar de la Vera - Entrevista con el gerente de COOLOSAR - Toma de muestra de suero - Realización de medida de Gases en diferentes puntos de la instalación - Traslado de muestras al laboratorio de Edafología, UBU, Facultad de

Ciencias

Visita Uclés (Cuenca)

Fecha: 24 Julio 2014

Lugar: Bodegas La Fontana, Fuente de Pedro Naharro (Cuenca)

Asistentes: - Bodegas La Fontana: Maribel Hernández - UBUCOMP: Carlos Rad - UVA-TADRUS: Jorge Miñón

Actividades: - Visita a Bodegas La Fontana - Realización de medida de Gases en diferentes puntos de la instalación - Desplazamiento hasta el viñedo localizado en el término de Monte

Carbonero - Toma de muestra de suelo y costras para el aislamiento de algas - Traslado de muestras al laboratorio de UBUCOMP, Facultad de Ciencias

Muestras de Despalillado y Vinazas recogidas en visita posterior realizada durante la vendimia: 18 de Septiembre de 2014

REGIONAL KICK OFF MEETING LIFE13

Fecha: 10 Septiembre 2014

Lugar: Oficina de Representación de la UE España, Castellana 46, Madrid

Asistentes: - LIFE+Integral Carbon: Carlos Rad, Miriam Manrique - LIFE WOGAnMBR: Victorino Díez, Rubén Gallo

CARACTERIZACIÓN DE RESIDUOS

Fecha: Julio 2014

Lugar: Laboratorio UBUCOMP, Facultad de Ciencias

Residuos y efluentes líquidos:

• Digestato anaerobio procesando residuos orgánicos de industria alimentaria proporcionado por KEPLER

• Purín de granja de porcino dedicada a cría y engorde y localizada en Sta. Cecilia (Burgos).

• Suero de quesería de COOLOSAR, Losar de la Vera (Cáceres)

• Despalillado de uva triturado en molino de cuchillas

• Vinazas de Bodegas La Fontana, D.O. Uclés (Cuenca)

Tratamientos físico-químicos: precipitación, adición de floculantes, centrifugación y separación de fase líquida y sólida.

Determinaciones analíticas: pH, Conductividad Eléctrica, Sólidos Totales, Sólidos Volátiles, C-Total, C-Inorgánico, COT, N-total, fosfato soluble, amonio y nitratos.

ENSAYO DE CRECIMIENTO DE ALGAS

Fecha: Julio 2014


Multiplicación del alga:

• Especie de alga: Chlorella vulgaris ACOI 879-I, Algoteca de Coimbra (Portugal)

• Medio de cultivo: solución de Bristol modificada

• Replicación: 1 mL de inóculo en 200 mL de solución de cultivo

• Incubación: baño de agua a 20ºC, agitación orbital de 80 rpm

• Iluminación: ciclo 16:8 horas iluminación, intensidad 108 µmol m-2 s-2

• Concentración final inóculo: 0,23 g MS L-1

Tratamientos:

• Solución Estándar de Nutrientes (SEN)

• Fracción Líquida de Digestato (FLD). Tres ritmos de adición: 3,3 (FLD1), 7,2 (FLD2) y 8,6 mL d-1 (FLD3)

DIGESTATO INDUSTRIA ALIMENTARIA: KEPLER

Biometanización en dos etapas: fase de hidrólisis y fase metanogénica Inóculo inicial: fango de digestión anaerobia de la EDAR de Burgos Alimentación: residuo de industria alimentaria y compuesto por el material obtenido por extrusado del almidón, pieles de patata y destríos del proceso Pretratamiento del digestato: centrifugación 20 min 1500 g y filtración

Parámetro Valor

pH 7,23

CE (dS m-1) 9,61

Carbono Total (mg L-1) 2.966

Carbono Inorgánico (mg L-1) 1.075

Carbono Orgánico Total (mg L-1) 1.891

Nitrógeno Total (mg L-1) 1.613

N-NH4+ (mg L-1) 1.292

N-NO3- (mg L-1) 305

P-PO43- (mg L-1) 1.711

Concentración inicial inóculo: 0,23 g MS L-1 Fotobioreeactores: 2 L aireados mediante anillo de tubo poroso en la base del reactor por flujo de aire de 15 mL s-1

Iluminación: lámpara de sodio 400 W (280 µmol m-2 s-2), fotoperiodo 12:12 h. Tratamientos:

Solución Estándar de Nutrientes (SEN) Fase Líquida de Digestato (FLD): 3,3 (FLD1), 7,2 (FLD2) y 8,6 mL d-1 (FLD3)

Toma de muestra: 40 mL, 3 veces por semana, antes del comienzo del periodo de iluminación y reemplazando el volumen extraído con agua, SEN o FLD Determinaciones: pH, CE, CT, CI, COT, NT, N-amonical, N-nítrico, P-soluble, residuo seco (liofilizado) Monitorización en continuo: pH, CE, temperatura ambiente y la radiación luminosa (sonda integrada HOBO), integración mediante software desarrollado en LabVIEW Recolección: centrifugación, 20 min a 2000 g Fase sólida: se congeló y liofilizó, cálculo por pesada la biomasa total de algas y composición C y N totales

PRODUCCIÓN DE MICROALGAS

0

1

0

2

4

6

8

10

12

17-nov 19-nov 21-nov 23-nov 25-nov 27-nov 29-nov 01-dic 03-dic

pH

EVOLUCIÓN DEL pH


PRIMERAS CONCLUSIONES

Es posible utilizar un digestato de origen agroalimentario (FLD) como fuente de nutrientes para el crecimiento de un alga como Chlorella vulgaris

Existe una limitación del crecimiento por acumulación de

nutrientes y de salinidad con cargas excesivas de FLD



ENSAYOS ACTUALES

Se han utilizado otros efluentes residuales de aplicación futura al proyecto:

• Fracción líquida de purín • Suero de industria láctea • Se van a ensayar fracciones líquidas de vinazas

Todos ellos tras un pretratamiento para su clarificación y un ajuste de nutrientes logran altos rendimientos de biomasa

En estos ensayos se han empleado algas de origen edáfico para

lograr una reintroducción exitosa tras aplicación al suelo


AISLAMIENTO DE ALGAS EDÁFICAS

Fecha: Septiembre 2014


Extracción de algas edáficas:

• Medio de cultivo: solución de BG11 modificada

• Suspensión: 10 g de costra superficial de suelo en 100 mL de solución de cultivo

• Sonicación: uno o dos pulsos de 1 minuto de duración con intervalos de 5 pulsos/segundo y con una amplitud de salida de 90 Hz

• Siembra en placa: agar al 2% sobre BG11

• Incubación: en cámara de cultivo, luz difusa, fotoperiodo 8:16, temperatura de 25:20 °C

• Resiembra: por tres veces para purificación de las colonias

• Paso a medio líquido BG11: inicialmente 10 mL, posteriormente 100 mL, 700 mL sin aireación y finalmente a reactores aireados de 3 L.

Solución Sustancia BG-11 (g/L)

Solución A

NaNO3 1,5 K2HPO4.3H2O 0,04 MgSO4.7H2O 0,075 Na2CO3 0,02

Solución B

CaCl2.2H2O 3,6 10-2 Citric Acid 6 10-3 FeCl3 2 10-3 EDTA, 2Na-Mg salt 1 10-3

Solución C

H3BO4 2,86 10-6 MnCl2.4H2O 1,81 10-6 ZnSO4.7H2O 0,222 10-6 NaMoO4.2H2O 0,391 10-6 CuSO4.5H2O 0,079 10-6 Co(NO3)2.6H2O 0,049 10-6

Solución final pH 7,4

IDENTIFICACIÓN DE ALGAS EDÁFICAS

Genero Navicula sp. Alga filamentosa, cianofícea

PRODUCCIÓN DE ALGAS EDÁFICAS

https://www.dropbox.com/s/looea1cx52k26xd/pH_CE_Caceres_01?dl=0

https://www.dropbox.com/s/looea1cx52k26xd/pH_CE_Caceres_01?dl=0

Acciones D Acciones de Comunicación y Diseminación

D1.1. Plan de Comunicación y diseminación del proyecto D1.2. Website D1.3. Notice boards D1.4. Layman´s report (en 2016) D1.5. Publicaciones D1.6. Community manager strategy D1.7. Asistencia y presentación de resultados en congresos y worshops D1.8. Organización de talleres para la presentación de resultados del

proyecto (en 2016)

D1.1. Plan de Comunicación y diseminación del proyecto

ACTIVIDADES DE DIFUSIÓN

Presentación del KoM Burgos

Presencia en el KoM Madrid

Asistencia al 2º Taller REFERTIL:

• Organizado por Biomasa Peninsular en Toledo, 17 Octubre 2014 • Presentación resultados proyecto REFERTIL “Reducing mineral fertilisers

and chemicals use in agriculture by recycling treated organic waste as compost and bio-char products”

• Presentación resultados proyecto FERTIPLUS “Reducing mineral fertilisers and agro-chemicals by recycling treated organic waste as compost and bio-char”

Asistencia al IV Encuentro de la Red Española de Compostaje:

• Presentación del proyecto LIFE+ AGROWASTE “Estrategias sostenibles para la gestión integrada de fruta y verdura agroindustrial”

• Presentación del proyecto LIFE+ MANEV “Evaluación de gestión de estiércoles y tecnologías de tratamiento para una protección ambiental y una ganadería sostenible en Europa”


¡MUCHAS GRACIAS!


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