Paja de arroz y purín porcino: el pretratamiento biológico con microflora celulolítica alcanza 342 mL CH₄/g SV

Un equipo de la Universidad Agrícola de Jiangxi (Nanchang, China) demostró que un breve pretratamiento biológico de una mezcla de paja de arroz y purín porcino con microflora celulolítica incrementa el rendimiento de metano en aproximadamente un 45%. En la muestra pretratada, el rendimiento acumulado fue de 342,35 mL CH₄/g SV, mientras que en el control alcanzó 236,03 mL/g SV. El trabajo se publicó en Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (volumen 8, 2020; publicación en línea el 4 de febrero de 2021).

Cómo se diseñó el experimento

La mezcla de paja de arroz (51,15 g) y purín porcino (47,85 g) se ajustó para obtener una relación C/N de 30:1, considerada óptima para la fermentación metanogénica. El pretratamiento biológico se realizó con un 10% (v/v) de microflora celulolítica a 55 °C, sin agitación, durante 30 horas y a pH 7,6. Posteriormente, la digestión anaerobia se llevó a cabo en nueve reactores de 9 L (tres para la muestra pretratada, tres para el control y tres para el blanco con solo lodo), en condiciones mesófilas (35 ± 0,5 °C) durante 15–20 días, con agitación a 30 rpm. La carga máxima fue de 2,5 kg DQO/(m³·d). El metano se midió mediante el método de desplazamiento de agua, tras eliminar el CO₂ y el H₂S con una solución de NaOH.

Resultados

Además del rendimiento acumulado, los autores ajustaron modelos cinéticos: el modelo de Gompertz modificado arrojó un M_max de 350,79 mL/g SV para la muestra pretratada y 241,82 para el control; el modelo de primer orden, 321,78 y 231,13, respectivamente. La velocidad máxima de producción de metano aumentó de 24,60 a 45,36 mL/(g SV·d), y la fase de latencia se redujo de 2,43 a 1,79 días. La constante de hidrólisis (k) aumentó de 0,26 a 0,46 d⁻¹, y el tiempo para alcanzar el 90% de eficiencia se acortó de 10,7 a 8,92 días. El ajuste del modelo de Gompertz fue de R² 0,996–0,997, y el del modelo de primer orden, de 0,966–0,973.

Por qué es relevante para el BMP

El resultado de 342 mL CH₄/g SV corresponde a la mezcla de paja y purín tras el pretratamiento, no a la paja de arroz pura. Por tanto, no es adecuado para registrarlo como BMP de la paja de arroz; es un valor para una composición específica. No obstante, las constantes cinéticas son valiosas para los diseñadores, ya que demuestran que el pretratamiento reduce el tiempo de retención hidráulica (TRH), y no solo incrementa el rendimiento final.

Limitaciones

El ensayo se realizó a escala de laboratorio, con un único tipo de inóculo (300 g de lodo anaerobio). La extrapolación de los resultados a escala industrial requiere una verificación energética (calentamiento a 55 °C durante 30 horas) y de los costes de mantenimiento de las culturas microbianas. Los autores presentaron su propio balance energético, cuyos valores en el texto original no son coherentes, por lo que no se reproducen aquí.

Qué implica para Polonia/Europa

La codigestión de paja con purín porcino es viable también en condiciones polacas, aunque la mayoría de los estudios indican que métodos más sencillos —como el triturado, la alimentación estable y el ajuste del tiempo de retención— ofrecen buenos resultados con menores costes. El trabajo chino ejemplifica una línea de investigación centrada en técnicas biológicas de hidrólisis.