Sistemas de Cultivo

Eficiencia en el uso de nutrientes y del agua en los sistemas de acuaponia desacoplados

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By Milthon Lujan

Wageningen, Países Bajos – Un equipo de investigadores busca resolver las limitaciones de los sistemas de acuaponia desacoplados mediante la implementación de un sistema de desalinización.

Los investigadores de la Wageningen University, investigaron diferentes procesos de desalinización, así como explorar soluciones de sistemas para optimizar el uso de tecnologías de desalinización para sistemas de acuaponia de múltiples loop. A continuación presentamos un resumen de la investigación; al final del post puede encontrar el enlace al artículo científico.

La acuaponia es un proceso en el cual se cultivan juntos organismos acuáticos y plantas en un solo sistema o varios subsistemas, mientras que el agua es recirculada libremente entre las unidades de acuicultura e hidroponía en sistemas “one-loop”.

Por su parte, los sistemas acuapónicos desacoplados “multi-loop” tienen un enfoque diferente. Estos sistemas separan las unidades de acuicultura e hidroponía para que cada una tenga sus condiciones óptimas (temperatura, pH, concentración de nutrientes, etc), para los peces y las plantas.

Sistemas de acuaponia desacoplados

Las ventajas de los sistemas de acuaponia desacoplados incluyen un uso más eficiente del agua y nutrientes y, presumiblemente, producciones más altas comparados con el enfoque tradicional y de los sistemas hidropónicos.

Por otro lado, un problema de los sistemas hidropónicos cerrados es que las sales tienden a acumularse. En este sentido, se requieren de descargas periódicas de la solución nutritiva. Las recientes investigaciones han mostrado que una solución de nutrientes basados en el agua de la acuicultura incrementa la asimilación de las sales y podría volver obsoleta a las descargas.

Los nutrientes ingresan a los sistemas de acuaponia principalmente vía los piensos para los peces, consecuentemente los nutrientes se acumulan en los sistemas de recirculación en acuicultura (RAS). Esto es especialmente el caso para los sistemas acuapónicos desacoplados, donde el flujo de nutrientes es solo en una vía, del RAS al subsistema hidropónico.

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Como se conoce, las plantas requieren una mayor concentración de nutrientes que los peces. De esta forma, los sistemas de acuaponia desacoplados requieren la suplementación de nutrientes para las plantas, mientras que el agua de los RAS necesitan ser descargados bajo ciertas condiciones que son principalmente dependientes de las especies de peces. En consecuencia, los sistemas acuapónicos desacoplados no permiten el uso eficiente del agua y nutrientes, a menos que se integren procesos que puedan ayudar a superar estos inconvenientes.

Eficiencia de sistemas desacoplados

Con respecto a la eficiencia del uso de nutrientes del sistema, varios investigadores han sugerido tratar el flujo residual de RAS, es decir, el lodo generado, y procesarlo más en biofertilizante mediante el uso de tecnología de biorreactores. Con la finalidad de concentrar los nutrientes en el sistema hidropónico, y mejorar la calidad del agua en el lado de los peces, algunos investigadores introdujeron un proceso que se ocupa de resolver este problema de distribución de nutrientes.

Desalinización solar

Las tecnologías de desalinización tienen como objetivo el reducir o remover el contenido de sales de un solvente. Una desalinizadora típica requiere grandes cantidades de energía; no obstante, la tendencia es emplear fuentes de energía renovables.

Basado en el estudio de balance de masa de Goddek y Keesman (2018), los investigadores examinaron tecnologías alternativas con respecto a la destilación (solar) para concentrar nutrientes de sistemas de acuaponia múltiple loop, y exploraron soluciones para reducir los requerimientos de energía y costos.

Proceso de optimización

Goddek y Keesman (2018) presentan una opción, basada en las tecnologías de desalinización térmica, para concentrar la solución nutritiva hidropónica y conducir el agua desmineralizada de regreso al sistema de acuicultura. Sin embargo, el enfoque es muy intensivo en energía y podría requerir una unidad de desalinización por subsistema hidropónico.

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Otra limitante en el enfoque de Goddek y Keesman (2018) es que el tratamiento térmico podría neutralizar las bacterias beneficiosas que se encuentran en el agua del subsistema de acuicultura. Sobre la base de esto, los investigadores plantean una solución que debe cumplir con las siguientes condiciones: (a) mantener las bacterias beneficiosas vivas; (b) ser capaces de servir a varios subsistemas hidropónicos; y (c) incrementar la eficiencia en el uso de los nutrientes y el agua en todo el sistema.

Según los investigadores, el problema de los sistemas acuapónicos desacoplados es que los nutrientes tienden a acumularse en los RAS y son escasos en los sistemas hidropónicos. “Desde un punto de vista de balance de masa, este problema puede ser resuelto mediante la reversión de las concentraciones de los subsistemas”.

La proporción de agua que necesita ser descargada de forma diaria es un punto clave en un proceso de ingeniería reversa, así que esto define el proceso y los flujos concentrados. Por esta razón, la tasa de eficiencia RO es altamente importante debido a que determina el factor de concentración del agua derivado del RAS.

De acuerdo con el estudio, en términos económicos, el sistema RO es altamente dependiente del precio de la electricidad doméstica. También se debe considerar que el consumo de electricidad se incrementa con las tasas más altas de eficiencia deseadas. Los costos adicionales incluyen la inversión inicial, costos de mantenimiento y los reemplazos de las membranas.

“Este informe muestra que medidas de optimización loop son necesarias con la finalidad de alcanzar una mayor eficiencias en el uso de nutrientes y del agua, y para promover el desarrollo sostenible ecológico y económico” concluyen los investigadores.

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Ellos destacan que esto puede alcanzarse mediante la implementación de tecnologías de ósmosis reversa de gran escala (RO) en sistemas de acuaponia desacoplados.

Referencia (acceso abierto):
Goddek, S., Keesman, K.J. Improving nutrient and water use efficiencies in multi-loop aquaponics systems. Aquacult Int (2020). https://doi.org/10.1007/s10499-020-00600-6

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