Proyecto Life+ INTEGRAL CARBON

LIFE 13 ENV/ES/001251
http://www.integralcarbon.eu/
LIFE+ INTEGRAL CARBON
“Desarrollo e implementación integrada de
fotobiorreactores para la reducción de gases
de efecto invernadero (GEI) en agroindustria”
Inocencio Blanco
CTAEX
27 Noviembre 2014

LIFE+ INTEGRAL CARBON
“Desarrollo e implementación integrada de
fotobiorreactores para la reducción de gases
de efecto invernadero (GEI) en agroindustria”
Antecedentes

La actividad que contribuye en una mayor cuantía al problema del
cambio climático en la agricultura es la fertilización nitrogenada, ya
que en su fabricación demanda grandes insumos energéticos
La pérdida de la fertilidad de los suelos ha sido provocada por las
acciones antropogénicas que han menoscabado la diversidad
biológica de los suelos y que han repercutido negativamente en la
productividad de los cultivos que se desarrollan en ellos
ASPECTO INNOVADOR 1
Producción de algas como sumideros de carbono

La pérdida de fertilidad se ha contrarrestado con la incorporación de
más insumos fertilizantes y fitosanitarios, estos últimos para el
control de nuevas enfermedades y plagas que han surgido de la
pérdida biológica del suelo
La incorporación de estos insumos se traduce en un incremento
significativo de la huella de carbono en estos cultivos y se ha venido
justificando por el fin de obtener alimentos para una población
mundial creciente
ASPECTO INNOVADOR 1

La biota edáfica produce compuestos importantes para la fertilidad
de los suelos y la productividad de los cultivos
Dentro de esta biota edáfica conviene resaltar el papel de las
cianobacterias:
Producir sustancias bioestimulantes (como las demás algas)
Capacidad de fijar nitrógeno atmosférico
Propiedades biopesticidas, por su control de microorganismos
del suelo como son los hongos fitopatógenos
ASPECTO INNOVADOR 1

El reto de conjugar el incremento de fertilidad de los suelos, con la
mitigación de gases de efecto invernadero, pasa por potenciar las
especies de algas presentes en los suelos
Las algas tienen la aptitud de fijar carbono en biomasa,
constituyendo con ello un sumidero de carbono en los suelos
Unido a esto, algunas algas como son las procariotas llamadas
cianobacterias, tienen la aptitud de fijar nitrógeno atmosférico,
disponiéndolo así para los cultivos
ASPECTO INNOVADOR 1

La solución pasa por cultivar algas edáficas de forma viable y
rentable fuera del suelo, en condiciones controladas y optimizadas,
para posteriormente reintroducirlas en los suelos y lograr con ello
una mayor concentración en los mismos
Se deben proveer de los niveles de nutrientes adecuados:
nitrógeno, fosforo, potasio, etc. y de la concentración de gases
adecuada: dióxido de carbono (CO2) principalmente.
Estos nutrientes están presentes en efluentes líquidos y/o gaseosos
que son tipificados de residuos
ASPECTO INNOVADOR 1

Cuestiones que se plantean a la industria que pretende implantar una
instalación para captura de sus GEI
1.- Estacionalidad de las emisiones. Los procesos agroindustriales
que procesan productos agroalimentarios en función de los ciclos de
producción agrícolas o ganaderos
El sistema debe ser transportable y fácilmente plegable
ASPECTO INNOVADOR 2:
Sistema móvil

2.-Superficie para la instalación. Los centros agroindustriales de
emisión tienen una escasa disposición de suelo
El sistema móvil supone que podemos relocalizar el módulo de
cultivo en función de las necesidades de espacio de la industria
3.-Amortización de instalaciones. Actividad estacional. Por ello los
módulos de pre-tratamiento y de producción de biomejorador se
plantean como un sistema móvil para que pueda ser
compartido/transportado entre agroindustrias
Sistema móvil

El seguimiento de la población de algas y su concentración en el
suelo es un factor que han utilizado edafólogos y geólogos para ver la
madurez de un suelo, o como indicador en actuaciones de
restauración de suelos degradados por actividades
Las algas son las especies vegetales que mayor tasa fotosintética
presentan, un 50% más que las demás especies vegetales. Son los
vegetales que mayor cantidad de dióxido de carbono (CO2) consumen
También, las algas consumen otros gases de efecto invernadero (GEI)
como los óxidos de nitrógeno (NOx) y óxidos de azufre (SOx)
Utilización de algas autóctonas

Las algas se pueden observar en los charcos donde se encuentran
suspendidas en el agua, que tras evaporarse quedan conformando
una costra verde visible
Esta costra constituye un incremento de la actividad biológica del
suelo, ya que las algas quedan adheridas a las partículas minerales
que conforman el suelo, conformando agregados que dotan de
mayor estructura al suelo y de una mayor actividad biológica
Utilización de algas autóctonas

Para poder conseguir una concentración alta de algas en el
fotobiorreactor, es preciso proveer a los fotobiorreactores de unos
nutrientes adecuados
El empleo de fertilizantes minerales en la elaboración del medio de
cultivo, supone tener que recurrir a fertilizantes de alta solubilidad,
los empleados en fertirrigación, fertilizantes caros
En cuanto al empleo de efluentes de residuales de procesos
industriales o de estaciones depuradoras de aguas residuales
(EDAR), existen muchas experiencias en el cultivo de microalgas
Utilización de fase liquidas de residuos

Este biomejorador de algas edáficas que ha sido desarrollado en
los fotobiorreactores, se puede aplicar por medio de
pulverización sobre los suelos agrícolas, forestales o zonas de
restauración a través de los equipos de pulverización
convencionales que se utilizan en agricultura para aplicar los
fitosanitarios
Utilización de algas. Aplicación

Captura de Gases de Efecto Invernadero (GEI) en biomasa de
algas edáficas, con aprovechamiento de nutrientes residuales,
para su incorporación como biomejorador y sumidero de C en
suelos
Objetivo general

Objetivos específicos
Mejorar el balance de carbono de procesos agroindustriales mediante
su fijación en biomasa algal mediante el uso de fotobiorreactores
Aprovechar el exceso de nutrientes de las aguas residuales
procedentes del sector agroindustrial o ganadero para la producción
de algas
Obtener un biomejorador del suelo que permita disminuir la
dependencia de la agricultura con los abonos minerales, logrando
incrementar la fertilidad de los suelos y la productividad de los cultivos

Objetivos específicos
Reducir de la huella de carbono en la cadena de producción
agroindustrial del sector lácteo y vitivinícola
Evaluar medioambiental y económicamente la incorporación de
estos sistemas en las fuentes emisoras de GEI agroindustriales

GHG Inventory 2012
Emisiones GEI EU-27 Año 2010 (Tg)
Energía
Industrias
Disolventes
Agricultura
Residuos
ORIGEN EU27 Año 2010
Energía 3.763
Industrias 343
Disolventes 12
Agricultura 462
Forestal -312
Residuos 142
TOTAL NETO 4.410
TOTAL EMISIONES 4.722
Emisiones Gases Efecto Invernadero
millones de toneladas

GHG Inventory 2012
Fertilizante
Emisiones carbono
equivalente
(kg Ceq/kg)
Nitrógeno 0,9–1,8
Fosforo 0,1–0,3
Potasio 0,1–0,2
Emisiones GEI sector agrícola EU-27

Esquema de Aplicación:
Industria Láctea
COOLOSAR, Losar de la Vera (Cáceres)

Bodegas La Fontana, D.O. de Uclés, Cuenca
Esquema de Aplicación:
Industria Vitivinícola

KEPLER Ingeniería y
Ecogestión
UVA
TADRUS
UBU
UBUCOMP
Esquema de Trabajo
CTAEX
CTAEX

ACCIONES DEL PROYECTO LIFE+INTEGRAL CARBON
A Acciones Preparatorias
A1 Caracterización de residuos
B Acciones del Proyecto
B1 Producción de algas autóctonas
B2 Desarrollo del prototipo industrial de pre-tratamiento de residuos
B3 Desarrollo del prototipo industrial de cultivo de algas.
B4 Adaptación de las industrias y puesta en funcionamiento del prototipo industrial
C Monitorización del impacto del Proyecto
C1 Monitorización del impacto técnico del proyecto
C2 Monitorización del impacto socio-económico del proyecto
D Comunicación y Diseminación
D1 Comunicación y diseminación de los resultados
E Gestión del Proyecto y monitoreo de su progreso
E1 Gestión y coordinación del proyecto
E2 Establecimiento de redes
E3 Auditoría
E4 Plan de comunicación Post-LIFE+

27
DESARROLLO TEMPORAL PROYECTO LIFE+INTEGRAL CARBON
2014 2015 2016
3t 4t 1t 2t 3t 4t 1t 2t 3t 4t
A
A1
B
B1
B2
B3
B4
C
C1
C2
D
D1
E
E1
E2
E3
E4 Inception
Report
26/03/2015
Midterm
Report
31/10/2015
Midterm
Report
30/06/2016
Final
Report
31/12/2016

Visita Losar de la Vera (Cáceres)
 Fecha: 19 Julio 2014
 Lugar: Navalmoral de la Mata (Cáceres)
 Asistentes:
- CTAEX: Inocencio Blanco
- UBUCOMP: Carlos Rad
- UVA-TADRUS: Jorge Miñón
 Actividades:
- Localización de campos de ensayo en Losar de la Vera
- Muestreo de suelos y costras para aislamiento de algas
- Vista a la quesería de COOLOSAR en Losar de la Vera
- Entrevista con el gerente de COOLOSAR
- Toma de muestra de suero
- Realización de medida de Gases en diferentes puntos de la instalación
- Traslado de muestras al laboratorio de Edafología, UBU, Facultad de
Ciencias

Visita Uclés (Cuenca)
 Fecha: 24 Julio 2014
 Lugar: Bodegas La Fontana, Fuente de Pedro Naharro (Cuenca)
 Asistentes:
- Bodegas La Fontana: Maribel Hernández
- UBUCOMP: Carlos Rad
- UVA-TADRUS: Jorge Miñón
 Actividades:
- Visita a Bodegas La Fontana
- Realización de medida de Gases en diferentes puntos de la instalación
- Desplazamiento hasta el viñedo localizado en el término de Monte
Carbonero
- Toma de muestra de suelo y costras para el aislamiento de algas
- Traslado de muestras al laboratorio de UBUCOMP, Facultad de Ciencias
 Muestras de Despalillado y Vinazas recogidas en visita posterior realizada
durante la vendimia: 18 de Septiembre de 2014

REGIONAL KICK OFF MEETING LIFE13
 Fecha: 10 Septiembre 2014
 Lugar: Oficina de Representación de la UE España, Castellana 46, Madrid
 Asistentes:
- LIFE+Integral Carbon: Carlos Rad, Miriam Manrique
- LIFE WOGAnMBR: Victorino Díez, Rubén Gallo

CARACTERIZACIÓN DE RESIDUOS
 Fecha: Julio 2014
 Lugar: Laboratorio UBUCOMP, Facultad de Ciencias
 Residuos y efluentes líquidos:
• Digestato anaerobio procesando residuos orgánicos de industria
alimentaria proporcionado por KEPLER
• Purín de granja de porcino dedicada a cría y engorde y localizada en
Sta. Cecilia (Burgos).
• Suero de quesería de COOLOSAR, Losar de la Vera (Cáceres)
• Despalillado de uva triturado en molino de cuchillas
• Vinazas de Bodegas La Fontana, D.O. Uclés (Cuenca)
 Tratamientos físico-químicos: precipitación, adición de floculantes,
centrifugación y separación de fase líquida y sólida.
 Determinaciones analíticas: pH, Conductividad Eléctrica, Sólidos Totales,
Sólidos Volátiles, C-Total, C-Inorgánico, COT, N-total, fosfato soluble, amonio
y nitratos.

ENSAYO DE CRECIMIENTO DE ALGAS
 Fecha: Julio 2014
 Multiplicación del alga:
• Especie de alga: Chlorella vulgaris ACOI 879-I, Algoteca de Coimbra
(Portugal)
• Medio de cultivo: solución de Bristol modificada
• Replicación: 1 mL de inóculo en 200 mL de solución de cultivo
• Incubación: baño de agua a 20ºC, agitación orbital de 80 rpm
• Iluminación: ciclo 16:8 horas iluminación, intensidad 108 µmol m-2 s-2
• Concentración final inóculo: 0,23 g MS L-1
 Tratamientos:
• Solución Estándar de Nutrientes (SEN)
• Fracción Líquida de Digestato (FLD). Tres ritmos de adición: 3,3 (FLD1),
7,2 (FLD2) y 8,6 mL d-1 (FLD3)

DIGESTATO INDUSTRIA ALIMENTARIA: KEPLER
Biometanización en dos etapas: fase de hidrólisis y fase metanogénica
Inóculo inicial: fango de digestión anaerobia de la EDAR de Burgos
Alimentación: residuo de industria alimentaria y compuesto por el material
obtenido por extrusado del almidón, pieles de patata y destríos del proceso
Pretratamiento del digestato: centrifugación 20 min 1500 g y filtración
Parámetro Valor
pH 7,23
CE (dS m-1) 9,61
Carbono Total (mg L-1) 2.966
Carbono Inorgánico (mg L-1) 1.075
Carbono Orgánico Total (mg L-1) 1.891
Nitrógeno Total (mg L-1) 1.613
N-NH4
+ (mg L-1) 1.292
N-NO3
- (mg L-1) 305
P-PO4
3- (mg L-1) 1.711

Concentración inicial inóculo: 0,23 g MS L-1
Fotobioreeactores: 2 L aireados mediante anillo de tubo poroso en la base del
reactor por flujo de aire de 15 mL s-1
Iluminación: lámpara de sodio 400 W (280 µmol m-2 s-2), fotoperiodo 12:12 h.
Tratamientos:
Solución Estándar de Nutrientes (SEN)
Fase Líquida de Digestato (FLD): 3,3 (FLD1), 7,2 (FLD2) y 8,6 mL d-1
(FLD3)
Toma de muestra: 40 mL, 3 veces por semana, antes del comienzo del periodo
de iluminación y reemplazando el volumen extraído con agua, SEN o FLD
Determinaciones: pH, CE, CT, CI, COT, NT, N-amonical, N-nítrico, P-soluble,
residuo seco (liofilizado)
Monitorización en continuo: pH, CE, temperatura ambiente y la radiación
luminosa (sonda integrada HOBO), integración mediante software desarrollado
en LabVIEW
Recolección: centrifugación, 20 min a 2000 g
Fase sólida: se congeló y liofilizó, cálculo por pesada la biomasa total de algas y
composición C y N totales
PRODUCCIÓN DE MICROALGAS

0
1
0
2
4
6
8
10
12
17-nov 19-nov 21-nov 23-nov 25-nov 27-nov 29-nov 01-dic 03-dic
pH
EVOLUCIÓN DEL pH

PRIMERAS CONCLUSIONES
 Es posible utilizar un digestato de origen agroalimentario (FLD)
como fuente de nutrientes para el crecimiento de un alga como
Chlorella vulgaris
 Existe una limitación del crecimiento por acumulación de
nutrientes y de salinidad con cargas excesivas de FLD

ENSAYOS ACTUALES
 Se han utilizado otros efluentes residuales de aplicación futura
al proyecto:
• Fracción líquida de purín
• Suero de industria láctea
• Se van a ensayar fracciones líquidas de vinazas
 Todos ellos tras un pretratamiento para su clarificación y un
ajuste de nutrientes logran altos rendimientos de biomasa
 En estos ensayos se han empleado algas de origen edáfico para
lograr una reintroducción exitosa tras aplicación al suelo

AISLAMIENTO DE ALGAS EDÁFICAS
 Fecha: Septiembre 2014
 Extracción de algas edáficas:
• Medio de cultivo: solución de BG11 modificada
• Suspensión: 10 g de costra superficial de suelo en 100 mL de solución de
cultivo
• Sonicación: uno o dos pulsos de 1 minuto de duración con intervalos de 5
pulsos/segundo y con una amplitud de salida de 90 Hz
• Siembra en placa: agar al 2% sobre BG11
• Incubación: en cámara de cultivo, luz difusa, fotoperiodo 8:16, temperatura
de 25:20 °C
• Resiembra: por tres veces para purificación de las colonias
• Paso a medio líquido BG11: inicialmente 10 mL, posteriormente 100 mL,
700 mL sin aireación y finalmente a reactores aireados de 3 L.

Solución Sustancia BG-11 (g/L)
Solución A
NaNO3 1,5
K2HPO4.3H2O 0,04
MgSO4.7H2O 0,075
Na2CO3 0,02
Solución B
CaCl2.2H2O 3,6 10-2
Citric Acid 6 10-3
FeCl3 2 10-3
EDTA, 2Na-Mg
salt 1 10-3
Solución C
H3BO4 2,86 10-6
MnCl2.4H2O 1,81 10-6
ZnSO4.7H2O 0,222 10-6
NaMoO4.2H2O 0,391 10-6
CuSO4.5H2O 0,079 10-6
Co(NO3)2.6H2O 0,049 10-6
Solución final pH 7,4

IDENTIFICACIÓN DE ALGAS EDÁFICAS
Genero Navicula sp. Alga filamentosa, cianofícea

PRODUCCIÓN DE ALGAS EDÁFICAS
https://www.dropbox.com/s/looea1cx52k26xd/pH_CE_Caceres_01?dl=0

Acciones D
Acciones de Comunicación y Diseminación
 D1.1. Plan de Comunicación y diseminación del proyecto
 D1.2. Website
 D1.3. Notice boards
 D1.4. Layman´s report (en 2016)
 D1.5. Publicaciones
 D1.6. Community manager strategy
 D1.7. Asistencia y presentación de resultados en congresos y worshops
 D1.8. Organización de talleres para la presentación de resultados del
proyecto (en 2016)

D1.1.
Plan de Comunicación y diseminación del proyecto

ACTIVIDADES DE DIFUSIÓN
 Presentación del KoM Burgos
 Presencia en el KoM Madrid
 Asistencia al 2º Taller REFERTIL:
• Organizado por Biomasa Peninsular en Toledo, 17 Octubre 2014
• Presentación resultados proyecto REFERTIL “Reducing mineral fertilisers
and chemicals use in agriculture by recycling treated organic waste as
compost and bio-char products”
• Presentación resultados proyecto FERTIPLUS “Reducing mineral
fertilisers and agro-chemicals by recycling treated organic waste as
compost and bio-char”
 Asistencia al IV Encuentro de la Red Española de Compostaje:
• Presentación del proyecto LIFE+ AGROWASTE “Estrategias sostenibles
para la gestión integrada de fruta y verdura agroindustrial”
• Presentación del proyecto LIFE+ MANEV “Evaluación de gestión de
estiércoles y tecnologías de tratamiento para una protección ambiental
y una ganadería sostenible en Europa”

¡MUCHAS GRACIAS!

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