El Dr. Eunsung Kan ve su concepto de una granja lechera de circuito cerrado, que reutiliza las aguas residuales, emite cero residuos y se alimenta del estiércol, como el futuro de la ganadería sostenible.

Kan, un ingeniero químico y ambiental de Texas A&M AgriLife Research en Stephenville, dijo que su concepto podría cambiar la forma en que las lecherías, las granjas de cerdos y aves de corral se ocupan del estiércol, aguas residuales y gases de efecto invernadero mientras se utilizan los residuos para generar electricidad.

Los desechos animales son una bendición y una maldición para las lecherías.

El estiércol se vende a los agricultores locales que necesitan infundir nutrientes en el suelo para cultivos y forrajes. Sin embargo, toneladas de estiércol también pueden ser gravosas desde el punto de vista logístico, ya que las instalaciones se mantienen al día con el tratamiento y la distribución de grandes cantidades de materiales ambientalmente problemáticos monitoreados por los reguladores ambientales estatales y federales.

Las operaciones agrícolas se han visto implicadas en niveles de nitrógeno y fósforo más altos de lo normal, antibióticos, metales pesados ​​y hormonas en aguas superficiales y subterráneas aguas abajo de las instalaciones. El estiércol también es un conocido contribuyente a las emisiones de gases de efecto invernadero, como metano y dióxido de carbono.

El Servicio de Conservación de Recursos Naturales del Departamento de Agricultura de EE. UU. Estima que el estiércol de una lechería que ordeña 200 vacas puede producir tanto nitrógeno como las aguas residuales de una comunidad de 5, 000-10, 000 personas.

La investigación de Kan utilizaría la tecnología existente:biocarbón, un material de carbono similar al carbón vegetal, creado a partir de estiércol animal y desechos agrícolas, como rastrojo de maíz o paja de arroz, que se utilizarían para filtrar desechos sólidos y efluentes. El biocarbón podría usarse como fertilizante de liberación lenta o convertirse, por pirólisis, que es la descomposición de materia orgánica por calor, en energía para alimentar la granja.

El concepto de lácteos de circuito cerrado se centra en tres objetivos principales:tratamiento de aguas residuales utilizando biocarbón derivado de estiércol de lechería, produciendo bioenergía utilizando estiércol de lechería y capturando gases de efecto invernadero por adsorción en biocarbón derivado de estiércol de lechería, Dijo Kan.

Biochar ha demostrado proporcionar una química de superficie beneficiosa que puede filtrar una amplia gama de contaminantes, incluyendo nitrógeno y fósforo, él dijo. Cuando la superficie del biocarbón se modifica con varios métodos en un laboratorio, ha demostrado una capacidad para capturar antibióticos, pesticidas, hormonas metales pesados ​​y otros posibles contaminantes.

"La misión es el tratamiento y la reutilización de las aguas residuales de los lácteos y la conversión de los residuos lácteos en energía para alimentar la instalación, ", dijo." Se centra en proporcionar un modelo para la agricultura sostenible ".

El año pasado, Kan recibió una subvención de $ 1 millón del Fondo de Iniciativa de Investigación del Canciller de la Universidad de Texas A&M para investigar la viabilidad del sistema de lácteos de circuito cerrado. Antes de unirse a AgriLife Research, también recibió alrededor de $ 400, 000 en becas de investigación de la Agencia de Protección Ambiental, Departamento de Agricultura de EE. UU. Y Servicio Geológico de EE. UU. Para investigar el potencial del concepto para tratar desechos animales, controlar las emisiones de gases de efecto invernadero y convertir el estiércol en energía.

Sistema conceptual

La lechería de circuito cerrado es un concepto relativamente simple, Dijo Kan.

Las vacas producen estiércol, que cuando se mezcla con restos de cultivos locales, puede convertirse en un suministro aparentemente interminable de material filtrante, fertilizante y energía.

Las columnas llenas de biocarbón actuarían como un sistema de purificación de agua que filtra el nitrógeno, fósforo y otros contaminantes del líquido a su paso, Dijo Kan.

"El afluente de la columna sería muy bajo en nitrógeno y fósforo, ", dijo." Si filtramos a niveles bajos de nitrógeno y fósforo, no causaría ningún problema ambiental ".

El biocarbón utilizado para filtrar el nitrógeno y el fósforo podría utilizarse como fertilizante de liberación lenta que proporciona los nutrientes necesarios a las plantas y no se eliminaría como escorrentía de las fuertes lluvias. Además, El biocarbón inmovilizado con fotocatalizadores descompondría los contaminantes tóxicos en productos inofensivos cuando se irradia por exposición a la luz ultravioleta.

Por ejemplo, El estudio de Kan ha demostrado que un biocarbón inmovilizado con fotocatalizadores degrada por completo los compuestos antibióticos y hormonales mientras controla eficazmente los patógenos. El potencial del uso de biocarbón para filtrar aguas residuales va más allá de la agricultura y podría aplicarse en cualquier planta de tratamiento de aguas residuales. o incluso para filtrar contaminantes en el agua de inyección utilizada en la industria del petróleo para el fracking.

Por energía, el estiércol de leche se introduciría en un reactor de pirólisis en el sitio que usaría calor relativamente bajo, 500-1, 000 grados Fahrenheit, para crear gas de síntesis de hidrógeno y monóxido de carbono comprimido que se puede utilizar para generar energía eléctrica, Dijo Kan. El exceso de electricidad podría venderse a empresas de servicios públicos locales. El subproducto de la pirólisis del estiércol de lechería es el biocarbón.

"El principio es muy simple, ", Dijo Kan." La lechería solo necesitaría un reactor de diferente tamaño para satisfacer su escala de producción de estiércol y necesidades de energía ".

Dr. Sergio Capareda, un ingeniero agrícola de AgriLife Research en College Station, demostró la conversión pirolítica de estiércol de leche en gas de síntesis y biocarbón de su proyecto financiado por el USDA, Dijo Kan. Kan planea avanzar en este concepto convirtiendo biológicamente el gas de síntesis en butanol y combustible para bioaviones como combustibles de transporte alternativos. y el desarrollo de procesos basados ​​en biocarbón para el tratamiento de aguas residuales y el control de gases de efecto invernadero.

Varios otros investigadores e ingenieros dentro del sistema Texas A&M están colaborando con Kan, y el interés por el concepto está creciendo entre las instituciones públicas y las empresas privadas.

Concepto a realidad

Kan producirá una versión a escala de laboratorio de la lechería de circuito cerrado para determinar la escala necesaria para la aplicación y experimentación en el vecino Southwest Regional Dairy Center en Stephenville. una lechería en funcionamiento de propiedad privada operada por la Universidad Estatal de Tarleton que se utiliza con fines educativos. Espera tener un sistema incluido el reactor de pirólisis, operando en la lechería dentro de tres a cuatro años.

"Tener la granja lechera aquí brinda una buena oportunidad para obtener datos de campo, ", dijo." Las demostraciones de campo nos ayudarán a resolver cualquier problema que pueda surgir en las diversas escalas que podrían aplicar las granjas comerciales de animales ".

La lechería produce leche que se procesa para el consumo y en productos como queso y yogur y se vende en las tiendas de comestibles locales.

Clay Dameron, el encargado de residuos de la lechería, dijo que entre 300 y 400 vacas se ordeñan diariamente. Esas vacas producen estiércol y efluentes que se tratan a través de un sistema de laguna convencional. Alrededor de 90-130 toneladas de sólidos se trasladan a tierras de cultivo y pastos cercanos cada tres semanas, donde se utilizan como fertilizante. Los líquidos tratados de la laguna se dispersan mediante aspersores en los campos cercanos.

Kan dijo que cree que el sistema de circuito cerrado demostrará ser un modelo viable desde el punto de vista logístico y financiero para que los productores de lácteos lo implementen en el futuro. Espera que su proyecto piloto en la lechería regional produzca datos que atraigan más interés e inversión de instituciones públicas y empresas privadas.

"Es muy emocionante, ", dijo." Espero trabajar con mis colaboradores y colegas para hacer de este concepto una realidad que podría cambiar la forma en que operan las lecherías al proporcionar un sistema autosostenible, modelo ecológico ".