Membranas permeables a los gases: un paso adelante en el manejo de purines

La Unidad de Tecnologías Ambientales aplicadas al sector agroindustrial de ITACyL (TECAMB) trabaja desde hace años en el desarrollo de prototipos de membranas permeables a los gases.

¿Cómo funcionan las membranas permeables?

La tecnología de membranas permeables a los gases permite capturar el amoniaco procedente de los purines y recuperarlo en forma de fertilizante. Esta molécula gaseosa pasa a través de los poros de la membrana tubular y se fija a la solución ácida que circula en el interior de la misma, transformándose en sulfato de amonio. De esta manera, se reducen las emisiones y se recupera el nitrógeno, que se va a utilizar como nutriente de los cultivos. 

El desempeño de las membranas permeables a los gases ya ha sido evaluado a nivel económico y energético. De hecho, se considera que es una de las soluciones más interesantes, especialmente si se compara con tecnologías como el arrastre con aire o el intercambio iónico. 

No obstante, nunca antes se había llevado a cabo un estudio para evaluar su desempeño ambiental. Estas membranas se han utilizado en estudios a nivel de laboratorio, pero por primera vez la tecnología fue llevada a escala de prototipo y aplicada para el tratamiento de los purines en el Proyecto LIFE Ammonia Trapping en el que participa ITACyL.

Durante la investigación se llevó a cabo la evaluación de impactos ambientales de esta tecnología. Para ello, se utilizó la metodología de análisis de ciclo de vida y los datos del prototipo desarrollado para el proyecto mientras estuvo instalado en una granja de porcino. La elección de una perspectiva de ciclo de vida y el uso de datos primarios, en lugar de bases de datos o bibliografía externa, aporta más valor al estudio. 

El análisis de ciclo de vida es una herramienta muy útil para comparar escenarios. Por ese motivo se planteó un estudio comparativo que permitiera conocer los impactos ambientales derivados de la aplicación de purín como fertilizante orgánico, en un escenario en el que el purín es aplicado sin tratar, frente a un escenario en el que el purín es tratado con tecnología de membranas

Resultados del análisis

Los resultados de los impactos ambientales por metro cúbico de purín se calcularon con el método ReCiPe v1.1, e indicaron que con el tratamiento de membranas permeables a los gases se reducían los impactos en las categorías de calentamiento global y eutrofización marina en un 14% y un 32% respectivamente, en comparación con el escenario de purín sin tratar. 

Estos impactos están directamente relacionados con el cambio climático y problemas de contaminación de ecosistemas de agua dulce, y en último término marinos, por emisiones de nitrógeno inorgánico disuelto. Por tanto, la reducción significativa alcanzada se considera muy importante. 

Además, al utilizar la tecnología de membranas se observó una reducción de impactos en las categorías de formación de ozono, siendo este un gas nocivo tanto para la salud humana como para los ecosistemas cuando aparece en capas bajas de la atmósfera. En concreto, para los impactos en la salud humana se obtuvo un descenso del 48% y para los ecosistemas un descenso del 50%, en comparación con el escenario sin tratamiento de purines. 

Para la eutrofización de agua dulce el valor neto fue similar para ambos escenarios. En contraste, los impactos para la categoría de formación de partículas y de acidificación terrestre se incrementaron con el tratamiento con membranas un 16 % y un 17 %, respectivamente, por alguna volatilización del amoniaco. 

El análisis de sensibilidad realizado después de estos resultados, mostró que el escenario de tratamiento se podría mejorar aumentando la superficie de membranas permeables a los gases que entraría en contacto con el purín, optimizando así la recuperación de nitrógeno y minimizando  las emisiones de amoniaco. 

El sistema optimizado resultó en reducciones aún mayores, entre el 26 % y el 86 % para  calentamiento global, eutrofización marina, formación de partículas yacidificación terrestre con respecto al escenario sin tratamiento. Además, se observó que una mayor extracción del amoniaco implicaba una mayor aplicación de purín como fertilizante orgánico para suplir los requerimientos de nitrógeno, lo que llevaba a excesos de fósforo y por tanto a mayores impactos relacionados con la eutrofización del agua dulce. Para evitar este tipo de contaminación sería necesaria una planificación previa. 

No obstante, en general el tratamiento basado en el sistema de membranas permeables a los gases es más sostenible desde el punto de vista ambiental en comparación con el escenario sin tratamiento, lo que lo convierte en una opción atractiva para los sistemas de gestión ambiental, especialmente en áreas con baja calidad del agua o alto desequilibrio de nutrientes. 

Actualmente, ITACyL trabaja en el diseño del modelo comercial de la tecnología MPG para la captura de amoniaco en el marco del proyecto LIFE GREEN AMMONIA.