La digestión anaeróbica se presenta como una importante alternativa para el tratamiento y la recuperación de recursos de los efluentes de los sistemas de recirculación en acuicultura y de los residuos del procesamiento de productos del mar.
Un equipo de investigadores del The Conservation Fund Freshwater Institute y de la Colorado Mesa University publicaron una revisión científica en donde analiza los desafíos de la digestión anaeróbica debido a las bajas concentraciones de sólidos, la salinidad, la baja relación carbono/nitrógeno y el alto contenido de lípidos en los flujos de desechos.
Ellos también analizan las oportunidades para recuperar valiosas biomoléculas y nutrientes a través del tratamiento microbianos, la acuaponía, las microalgas y la producción de polihidroxialcanoatos.
A continuación te brindamos un resumen del documento; sin embargo, te recomiendo que revises todo el documento, cuyo enlace puedes encontrar al final de este artículo.
La demanda sin precedentes de productos del mar ha generado el crecimiento de la acuicultura en sistemas de recirculación en tierra, un método de cultivo de peces altamente intensivo pero sostenible.
A pesar de sus beneficios, los sistemas de recirculación en acuicultura generan flujos de desechos concentrados de materia fecal y alimentos no consumidos.
Por otro lado, la cosecha y procesamiento de grandes cantidades de pescado también conducen a la generación de subproductos, lo que genera aún más desafíos para las piscifactorías.
Digestión anaeróbica
Las investigaciones destacan que la digestión anaeróbica, que a menudo se usa para el tratamiento de desechos en las industrias agrícola y de aguas residuales, puede brindar una solución viable; pero su aplicación en la acuicultura ha recibido limitado interés.
Los desechos orgánicos producidos del cultivo, cosecha y procesamiento del pescado pueden proveer un recurso valioso, que frecuentemente es subutilizado. Sin embargo, previo a la adopción comercial de la digestión anaeróbica, se necesitan resolver los desafíos asociados.
Además, las altas concentraciones de lípidos, proteínas, nitrógeno, fósforo, minerales traza y otros componentes bioactivos en estos desechos proveen amplias oportunidades de recuperación de recursos.
Digestión anaeróbica de los desechos sólidos de la acuacultura
Los desechos sólidos de los sistemas de recirculación en acuacultura es principalmente una mezcla de materia fecal y alimento no consumido durante el proceso de cultivo de los peces.
El agua de retrolavado de los sistemas de filtración de los sistemas de recirculación en acuicultura típicamente contiene los desechos orgánicos capturados de los tanques.
Debido a su naturaleza diluida, el retrolavado puede carecer de suficiente alcalinidad y materia orgánica para un proceso de digestión eficiente en biorreactores comúnmente utilizados para manejar estiércol animal, como los digestores de reactor de tanque agitado continuo (CSTR) y reactor de flujo pistón (PFR).
Los operadores pueden aumentar la alcalinidad agregando bicarbonato para aumentar la capacidad amortiguadora del material.
Una mayor alcalinidad es beneficiosa, debido a que reduce la posibilidad de fallas en el digestor debido a caídas repentinas de pH, debido a altas acumulaciones de VFA.
Las tecnologías existentes de deshidratación y espesamiento de lodos de los sistemas de recirculación en acuicultura (por ejemplo sedimentadores de espesamiento gravitacional filtros de bolsa de geotextil, filtros de banda inclinada o reactores de membrana) puede lograr una concentración de sólidos de 9 al 22%.
Digestión anaeróbica de los subproductos del procesamiento de pescados y mariscos
Despojos de pescado
Los subproductos de pescado, también conocidos como despojos, se componen de cualquier material sobrante después de la cosecha de los filetes.
Estos materiales de desechos generalmente se depositan en vertederos o se desechan en el océano, lo que causa impactos ambientales perjudiciales.
Aunque los despojos a menudo se clasifican como desechos, tienen el potencial de ser un recurso rentable, Los despojos son ricos en proteínas, lípidos, colágeno, minerales, enzimas, entre otros materiales que representan productos valiosos.
Ensilado de pescado
Pocos estudios, principalmente en Noruega y Corea del Sur, han investigado la digestión anaeróbica del ensilado de desechos de pescado.
El ensilaje puede ser un método ácido o de fermentación que licua los peces muertos enteros o los despojos de pescado para un almacenamiento en solo a largo plazo más seguro, que se práctica típicamente en países como Escocia, Noruega y Canadá.
Diversos investigadores han investigado la utilización del ensilado de desechos de pescado como un sustrato de co-digestión con estiércol del ganado lechero por su mayor capacidad amortiguadora para contrarrestar la acidez del ensilaje utilizando sistemas de reactor continuo y por lotes.
Efluentes del procesamiento del pescado
Recientes estudios también han investigado el uso de los efluentes del procesamiento de pescado como sustrato para la digestión anaeróbica.
Los efluentes del procesamiento de pescado están principalmente compuestos de grasas y proteínas, que son sustratos adecuados para la digestión anaeróbica. Sin embargo, ellos pueden crear desafíos asociados con los despojos de pescado como sustrato, junto con problemas de salinidad.
Oportunidades de recuperación de recursos
El valor global del proceso de digestión anaeróbica puede incrementarse cuando recursos como los nutrientes, VFA, bioquímicos valiosos, y minerales son recuperados de los flujos de desechos previo o después de la digestión.
El “concepto de biorrefinería de economía circular” tiene como objetivo reutilizar/reciclar los flujos de desechos para la producción sostenible de bioenergía, bioquímicos, biocombustibles y otros bioproductos, reduciendo así la huella de carbono de una industria y promoviendo el crecimiento económico.
Estudios previos también han sugerido que una combinación de múltiples tratamientos y técnicas de recuperación podría mejorar el valor general del flujo de desechos tratados, reducir los impactos ambientales de la instalación de procesamiento y aumentar la rentabilidad.
Recuperación de componentes de alto valor
Los despojos de pescado y los efluentes contienen componentes de alto valor y compuestos bioactivos que tiene aplicaciones en las industrias alimenticias, la medicina, farmacéutica, cosmética y biocombustibles.
Los compuestos potenciales incluyen aminoácidos esenciales, enzimas, ácidos grasos poliinsaturados omega-3, colágeno, quitina, gelatina, vitaminas y minerales inorgánicos.
Investigaciones recientes muestran que los tratamientos microbianos, enzimáticos y químicos, además de técnicas de separación/filtración, pueden aislar y extraer algunos de estos componentes de las corrientes de desecho.
Producción de polihidroxialcanoato
Bioplásticos, como polihidroxialcanoato (PHA), se producen dentro de células bacterianas específicas y tienen propiedades similares a los plásticos convencionales, con la salvedad de que son renovables, biodegradables y biocompatibles.
Debido a que PHA son más valiosos que el biogás, existe un incentivo económico para priorizar la producción de VFA de las corrientes de desechos orgánicos para la producción de polihidroxialcanoato.
Acuaponia
La acuaponia también puede ser acoplada con la digestión anaeróbica para mejorar la eficiencia del proceso de digestión y reducir los desechos.
Mientras que la recuperación de nutrientes puede ocurrir antes o después de la digestión, existen beneficios significativos para el proceso de digestión anaeróbica para la recuperación de nutrientes.
Producción de microalgas
Las microalgas son atractivas para el tratamiento de los efluentes y el método de recuperación de recursos debido a su alta eficiencia fotosintética y tasas de producción de biomasa.
Ellas tienen una alta eficiencia en la transformación fototrópica y heterotrópica del carbono en carbohidratos, proteínas y lípidos y la asimilación de la conversión de nitrógeno y fósforo en formas orgánicas.
Perspectivas y desafíos
En el futuro se esperan regulaciones más estrictas sobre descargar y vertederos que se esperan en el futuro, la industria acuícola/pesquera debe encontrar formas de valorizar los diferentes tipos de desechos generados para aumentar la eficiencia, la rentabilidad y la sostenibilidad.
En la última década, existe un incremento sustancial en la investigación sobre la digestión anaeróbica de desechos sólidos de las piscifactorías, efluentes y subproductos de las instalaciones de procesamiento de productos del mar.
A pesar de que los resultados se muestran prometedores, los desafíos relacionados a los diseños de los reactores para los diferentes tipos de desechos, la disponibilidad de infraestructura, las condiciones inhibitorias, el manejo del digestato, el pretratamiento del sustrato, la mejora de la eficiencia del proceso y la comprensión de la interacción entre los microbios presentes en el inóculo con el sustrato agregado.
El conocimiento obtenido de la extensa investigación sobre la digestión de desechos de alimentos ricos en proteínas y ricos en lípidos puede proporcionar más información sobre cómo se comportaría estos sustratos cuando se someten a la digestión anaeróbica en sistemas a gran escala.
El manejo del digestato podría resultar un obstáculo importante para implementar sistemas de digestión anaeróbica en la acuicultura, debido a que es posible que no haya suficiente área disponible cerca a la instalación en tierra.
Conclusión
Los principales obstáculos (bajas concentraciones de sólidos, salinidad, baja relación carbono/nitrógeno y alto contenido de lípidos) para la recuperación de energía a través de la digestión anaeróbica de aguas residuales y subproductos de la acuicultura y de las instalaciones de procesamiento de pescados y mariscos podrían abordarse a través de futuras investigaciones utilizando estrategias innovadoras.
También se deben realizar investigaciones adicionales que utilicen análisis económico, análisis del ciclo de vida, sistemas piloto y a gran escala para la adopción exitosa de la digestión anaeróbica dentro de la industria acuícola.
La investigación fue financiada por la USDA Agricultural Research Service y The Conservation Fund.
Referencia (acceso abierto)
Abhinav Choudhury, Christine Lepine, Freddy Witarsa, Christopher Good. Anaerobic digestion challenges and resource recovery opportunities from land-based aquaculture waste and seafood processing byproducts: A review. Bioresource Technology, 2022, 127144, ISSN 0960-8524, https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127144.
