BMP de residuos alimentarios coreanos y lixiviados: los trabajos de Cho (1995) y Lee (2009)

Uno de los primeros trabajos sobre residuos alimentarios coreanos – Cho, Park y Chang, Bioresource Technology 52(3) de 1995 (pp. 245-253) – aborda residuos con un contenido del 15-30 % de materia seca (MS). Los autores del KAIST midieron el potencial bioquímico de metano (BMP) de los componentes de los residuos y su mezcla (MFW), y posteriormente evaluaron la fermentación seca de la mezcla en reactores bifásicos. Conviene distinguir dos grupos de cifras: el BMP (hasta 482 mL CH₄/g SV añadidos) y el rendimiento en el reactor (405-415 mL/g SV reducidos).

Quién y para qué

Los autores son investigadores del Centro de Investigación en Ingeniería de Bioprocesos del instituto coreano KAIST en Daejeon (con la participación del equipo de biomasa del Korea Institute of Energy Research). Las palabras clave del trabajo son: residuos alimentarios mezclados, potencial bioquímico de metano, fermentación seca anaerobia en estado sólido, dos fases, lecho fijo y lixiviado. El objetivo era práctico: desarrollar un proceso para residuos de cocina, que en Corea contienen un 15-30 % de materia seca, sin añadir grandes cantidades de agua.

Qué se estudió exactamente

Según el resumen, los rendimientos de metano fueron: 482 mL CH₄/g SV añadidos para carne cocida, 356 para celulosa (control), 294 para arroz cocido, 277 para col fresca y 472 para la mezcla de residuos (MFW). Las biodegradabilidades anaerobias correspondientes, en relación con el rendimiento estequiométrico de metano, fueron de 0,82, 0,92, 0,72, 0,73 y 0,86. En un reactor metanogénico monofásico, los ácidos grasos volátiles (AGV) se acumulaban con tal intensidad que inhibían la fermentación metanogénica, por lo que el MFW con un contenido del 20 % de MS se fermentó en sistemas bifásicos con lecho fijo, en reactores de 1 l y 8 l. En el reactor de 8 l también se estudió el efecto de la recirculación del lixiviado sobre el lecho. En el lecho de 5 l no se añadieron nutrientes, tampón ni lodo de inóculo.

Resultados de la fermentación seca

En todos los casos se redujo el 87-90 % de la materia seca en el lecho fijo, y aproximadamente el 90 % de los SV iniciales del lecho se transformaron en biogás. El tiempo de procesamiento dependía principalmente del rendimiento del digestor metanogénico: del tiempo de retención hidráulica (TRH) y de la carga. El rendimiento de metano fue de aproximadamente 405-415 mL/g SV reducidos durante todo el período de estudio, es decir, alrededor del 86-88 % del BMP (rendimiento final de metano) para la misma muestra.

Cómo interpretar las cifras

El valor BMP describe el potencial máximo del sustrato en condiciones de ensayo de laboratorio, mientras que el rendimiento en el reactor refleja lo alcanzado en un sistema concreto. La diferencia aquí es clara: 405-415 mL/g SV reducidos representan aproximadamente el 86-88 % del BMP de la mezcla. Al comparar resultados, siempre debe verificarse:

• la unidad: los mL CH₄ por g SV añadidos (BMP) o reducidos (rendimiento en el reactor) no son lo mismo; el resultado en mL/g de masa fresca será considerablemente inferior;
• la composición del sustrato: los componentes (carne, arroz, col) difieren en BMP hasta en un factor de dos, y la mezcla se sitúa entre ellos;
• el sistema experimental: el reactor monofásico se inhibió por los AGV, mientras que el bifásico con lecho fijo funcionó de manera estable.

Por qué el trabajo de 1995 sigue siendo citado

Según el registro bibliográfico en la base de datos Zhenzhi (343 citas en el momento de la verificación), el trabajo es frecuentemente citado. Estudios posteriores sobre residuos alimentarios coreanos –por ejemplo, el trabajo de Lee et al. sobre lixiviados, descrito más adelante (358-478 mL/g SV en el test BMP)– indican órdenes de magnitud similares, lo que aumenta la confianza en el rango de 350-480 mL/g SV para estos sustratos. Una instalación concreta puede desviarse de este valor.

Lixiviado del reciclaje de residuos alimentarios (Lee et al., 2009)

El lixiviado de plantas de reciclaje de residuos alimentarios (FWL) es en Corea un efluente difícil de gestionar. Lee, Behera, Kim y Park, de la Universidad de Ulsan (Waste Management 29(2), 2009, pp. 876-882), investigaron a escala de laboratorio si el FWL podía fermentarse en biorreactores de vertedero o digestores anaerobios. La humedad media del lixiviado era del 84 %, y la relación SV/MS del 91 %; la composición elemental se expresó con la fórmula C₁₃,₀₂H₂₃,₀₁O₅,₉₃N₁, y la biodegradabilidad fue del 82,6 %. En el test BMP estándar se obtuvo 358 mL CH₄/g SV a los 10 días y 478 mL/g SV a los 28 días, con un contenido medio de metano de aproximadamente el 70 %.

El mayor rendimiento a los 20 días (403 mL/g SV) se registró a 35 °C, lo que los autores relacionan con la adaptación de los microorganismos del inóculo a condiciones mesófilas; a 25, 45 y 55 °C, los valores fueron de 370, 351 y 275 mL/g SV, respectivamente. La adición de alcalinidad aumentó el rendimiento de metano, y la dilución del FWL hasta una salinidad de 2 g/L de NaCl proporcionó 561 mL CH₄/g SV a los 30 días. Los autores concluyen que, dada su alta biodegradabilidad, la fermentación del FWL con control de alcalinidad y salinidad puede ser una solución sostenible para el problema de los lixiviados. La diferencia entre los resultados a los 10 y 28 días muestra, además, que el resultado del BMP depende de la duración del test.

Conclusiones para la práctica

1. Para mezclas de residuos de cocina, el BMP es elevado (aquí 472 mL/g SV), pero el trabajo demuestra que en el reactor se alcanza el 86-88 % de este valor, y la baja resistencia de un sistema monofásico a los AGV exige la separación de fases.
2. La fermentación seca (aprox. 20 % MS) requiere equipos distintos a los de la húmeda, y su atractivo depende, entre otros factores, de la gestión del lixiviado.
3. El resultado del BMP de un laboratorio debe compararse con otras fuentes para estimar la dispersión, y no debe tratarse un único valor como constante.
4. En el test con lixiviado, la mejor temperatura fue la mesófila (35 °C); la alcalinidad y la salinidad influyeron en el rendimiento, por lo que en la práctica requieren control.