Paja de arroz y estiércol en estudios japoneses: BMP, codigestión e inóculo

La paja de arroz es uno de los residuos agrícolas más importantes en Japón, y su aprovechamiento energético se investiga desde hace décadas. A continuación, se presentan tres estudios de diferentes décadas: mediciones del potencial de metano de 1999, un estudio sobre codigestión de arroz forrajero de 2012 y una codigestión termófila en fase sólida de 2022.

BMP de 1999: estiércol, paja y residuos de matadero

Katou y Noike (Journal of the Japan Society of Waste Management Experts, 1999) investigaron la fermentación anaerobia de residuos agrícolas y ganaderos. La producción de metano (Nml CH₄/g SV) fue: estiércol porcino 236, estiércol bovino 158, estiércol avícola 320, vísceras de cerdo 705, paja de arroz 264 y orujo de naranja 536. Los autores concluyeron que la paja de arroz y el orujo de naranja son especialmente adecuados para la recuperación energética en la temporada invernal. En un caso de estudio de una instalación que procesaba estiércol porcino (de 35 000 cabezas/día; en el resumen «35,000 heads/d»), estiércol bovino (de 1 500 cabezas/día; «1,500 heads/d»), vísceras de cerdo (4,2 t diarias) y orujo de naranja (30 t diarias), la producción total de metano ascendía a 8 400 Nm³ diarios, de los cuales 6 400 Nm³ diarios constituían un excedente utilizable sin necesidad de calentar el proceso. Los residuos generados fueron líquido sobrenadante (300 m³ diarios) y digestato deshidratado (60 t diarias); el líquido requería un tratamiento adicional (nitrificación y desnitrificación) debido a la alta concentración de amoníaco, aunque, tras su uso parcial, demostró ser un fertilizante líquido eficaz, y el digestato también resultó útil como abono.

Arroz forrajero abonado con purines (2012)

Zhou, Iino, Nakashimada y Hosomi (Water Science & Technology 66(2), 2012) estudiaron en campos de arroz en Japón tres variedades de arroz forrajero abonadas con purín bovino líquido; el abonado con purines puede reducir la necesidad de fertilizantes minerales, y la paja es apta para la producción de biogás. El potencial total de metano de la variedad Leafstar fue superior al de las demás, y su fase de retraso (lag) fue significativamente más corta. La codigestión de los residuos de la fermentación etanólica con paja Leafstar mostró que la concentración de N-NH₄⁺ disminuye al aumentar la relación C/N, y el potencial de metano de la mezcla fue mayor que el de los residuos etanólicos o la paja utilizados por separado. Los autores consideraron que Leafstar es una variedad prometedora para sistemas de reciclaje de recursos agrícolas.

Residuos alimentarios, paja y cascarilla de arroz (2022)

Shimizu y colaboradores (Journal of Material Cycles and Waste Management 24(6), 2022) llevaron a cabo una codigestión en fase sólida de residuos alimentarios (FW) en digestores termófilos. La inhibición por amoníaco se controló mediante la adición de paja de arroz estacional (RS) y cascarilla de arroz disponible todo el año (RH), y la degradación de la biomasa lignocelulósica se aceleró con la adición de contenido ruminal bovino como fuente de microorganismos. Con solo residuos de restaurantes (C/N medio = 13), la acumulación de amoníaco redujo la producción de metano. El metano se generó de manera estable cuando RS y RH se mezclaron con FW en una proporción de materia seca de RS y RH respecto a FW igual a 2,0 (30-40 % SV, carga de 5,08 kg SV/m³·d). Los rendimientos de metano fueron: FW 0,573 m³/kg SV, RS 0,259 m³/kg SV (similar al BMP de estos sustratos) y RH 0,115 m³/kg SV (superior al BMP). En el lodo predominaron metanógenos hidrogenotróficos como Methanoculleus y Methanothermobacter.

Cómo interpretar los datos con precaución

• Los valores de diferentes estudios varían según el método (BMP frente a pruebas en reactor), el inóculo, la temperatura y la unidad (mL/g SV frente a m³/kg SV).
• Conversiones: 0,259 m³/kg SV equivale a 259 mL/g SV, muy cercano al resultado de 264 del estudio de 1999 para la paja de arroz.
• El bajo rendimiento del estiércol bovino (158) en comparación con la paja (264) y los residuos alimentarios (573 en reactor) sugiere que, en una mezcla, el estiércol aporta una contribución moderada de metano en lugar de ser su principal fuente; su posible papel estabilizador y como fuente de microflora debe confirmarse por separado.

Conclusiones para la práctica

1. La paja de arroz es un sustrato con un BMP moderado (aprox. 260 mL/g SV en ambos estudios), que se combina bien con sustratos ricos en nitrógeno.
2. La codigestión mejora el balance C/N y limita la inhibición por amoníaco (2012 y 2022).
3. Al planificar una inversión, debe basarse en ensayos propios de BMP con muestras de la explotación concreta, mientras que la literatura sirve para establecer un rango de referencia.