Emplean las cenizas de la quema del bagazo de la caña de azúcar para recuperar nutrientes de la vinaza

Es un método que transforma este residuo de la producción del etanol en un fertilizante rico en potasio y nitrógeno, fruto de un trabajo pionero realizado por científicos de la Universidad Federal de São Carlos, en Brasil, y publicado en el Journal of Environmental Management

Por Karina Ninni  |  Agência FAPESP – Brasil es responsable del 8 % del consumo mundial de fertilizantes, y el potasio es el principal nutriente que se aplica en los cultivos. Alrededor del 96 % del potasio que el país consume se importa, de acuerdo con datos recientes del gobierno federal. Pero es posible obtener este mineral de los residuos de la industria azucarera-energética: tal es el caso de la vinaza.

“En 150 metros cúbicos de vinaza encontramos en promedio 340 kilos de potasio. Importamos este insumo, fundamentalmente nitrato de potasio, mientras que tiramos una inmensa cantidad del mismo. Aparte de ser un desperdicio, se trata de una situación que nos deja vulnerables incluso a conflictos como por ejemplo el de la guerra en Ucrania, un país que históricamente nos provee este fertilizante”, resume la química Roselena Faez, profesora titular de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), en su campus de la localidad de Araras, en el estado de São Paulo, Brasil.

Junto a sus dirigidos del Programa de Posgrado en Agricultura y Medio Ambiente, Faez está intentando hallar medios de reutilizar el potasio y el nitrógeno de la vinaza que se genera en enormes cantidades en la industria de la caña de azúcar. Por cada litro de etanol producido se generan entre 12 y 18 litros de vinaza.

En uno de los trabajos, Faez y su dirigida de maestría Milena Maria Antonio utilizaron las cenizas resultantes de la quema del bagazo de la caña de azúcar para extraer esos nutrientes de la vinaza. Ese estudio salió publicado en el Journal of Environmental Management y contó con el apoyo de la FAPESP.

Las cenizas

El bagazo de la caña de azúcar es una fuente de energía para la industria, que quema dicho material. La científica remarca que esta combustión se concreta en altos hornos, sin parámetros controlados, y genera básicamente dos residuos: hollín y cenizas. “Lo interesante de las cenizas es que poseen un material carbónico, que consiste en una parte de carbono y otra de sílice. Se trata de un material poroso, que ayuda en el proceso de adsorción. Existen diversos proyectos para la utilización de este residuo, principalmente como aditivo de materiales cerámicos, ladrillos y asfalto. Pero la utilización de las cenizas no modificadas para recuperar nutrientes de la vinaza es algo inédito.”

La investigadora explica que las cenizas, con un perfil heterogéneo, comprenden diversos tipos de partículas desde el punto de vista estructural. Pueden ser irregulares, esféricas, tubulares fibrosas o prismáticas. Las tubulares fibrosas exhiben una mayor porción carbónica, en tanto que las angulosas irregulares poseen una gran proporción de sílice. “Amén de su gran porosidad, estas partículas poseen grupos hidroxilos y grupos carbonilos con cargas negativas que interactúan con las cargas positivas de los iones en los que estamos interesados [de potasio y nitrógeno]. De este modo, aparte de las interacciones físicas que aporta la porosidad [adsorción], están también las interacciones químicas [absorción].”

De acuerdo con Faez, hay muchos investigadores abocados al trabajo de mejorar la capacidad de sorción (adsorción y/o absorción) de las cenizas mediante la modificación superficial de las partículas ricas en sílice. “Es posible agregarles otros grupos químicos, pero este trabajo extra no es deseable. La intención es tomar dos residuos brutos y saber qué lograríamos hacer con ellos, en un proceso que implique el menor gasto energético posible y que genere dos productos interesantes. Por eso utilizamos las cenizas después de un sencillo lavado y secado. Partimos del principio de que cuanto menor es el procesamiento necesario, más fácil será convencer a la industria de azúcar y alcohol a insertar esta nueva etapa en el proceso productivo.”

La vinaza

Este desecho se erige como un problema porque la descomposición de la materia orgánica tanto químicamente como bioquímicamente (con la ayuda de microorganismos) requiere mucho oxígeno. Es muy rica en potasio (aproximadamente 4.000 partes por millón por cada 100 mililitros), aparte de fósforo y nitrógeno, y se la utiliza comúnmente como fertilizante arrojándosela directamente al suelo, a veces diluida. “Al ponérsela directamente en el campo, que es lo que generalmente se hace, puede provocar la acidificación y la salinización del suelo.”

Las normativas existentes exigen el tratamiento de la vinaza antes de empleársela con esta finalidad. En el estado de São Paulo, el mayor productor brasileño de caña de azúcar, la aplicación de la vinaza en los suelos agrícolas está regulada por la Norma Técnica P 4.231, publicada por la Compañía Ambiental del Estado de São Paulo (Cetesb) en 2005.

“Entre los científicos, ya existe mucha gente que piensa en la vinaza, siempre con miras a disminuir su demanda bioquímica. Así y todo, no hemos encontrado ningún trabajo que apunte al objetivo de reutilizar sus nutrientes”, asegura Faez.

Según la científica, la vinaza es la continuación del proceso de destilación y contiene muchos compuestos que van generando ácidos orgánicos a lo largo del camino. “Por eso en el proceso de sorción seguramente también estamos extrayendo otros componentes de la vinaza.”

Las científicas lograron no solamente recuperar los nutrientes deseados, sino también mejorar la propia vinaza. “Mejoramos su acidez al dejarla con el pH neutro, cerca de 7, gracias al carácter alcalino de las cenizas. Asimismo, demostramos exitosamente el potencial de las cenizas como sorbente de nutrientes eficaces para el tratamiento de la vinaza.”

Empezaron determinando las condiciones ideales de sorción. A tal fin, aplicaron una solución que simulaba la vinaza. Las cenizas, sumergidas en ese líquido, quedaron dispuestas en una mesa de agitación. Llegaron a la proporción de 2,5 gramos (g) de cenizas y 6 horas (h) de tiempo de contacto entre las cenizas y el líquido.

Luego de la identificación de las condiciones ideales de sorción, se realizaron dos pruebas con la vinaza in natura. Primeramente, se mezclaron 2,5 g de cenizas y 100 ml de vinaza en condiciones predeterminadas durante 6 y 24 horas. La segunda prueba consistió en un proceso de tres etapas que totalizó 72 horas, reemplazando las cenizas en cada etapa.

“En el primero utilizamos la menor cantidad posible de cenizas durante el tiempo más corto posible para evaluar la concentración de los iones de interés. Y observamos que, si dejábamos las mismas cenizas en la vinaza durante un largo período, de 24 horas, el proceso no se mostraba eficiente. Entonces realizamos una segunda prueba de 72 horas, con una buena cantidad, cambiando las cenizas cada 24 horas.”

Las cenizas ricas en potasio y nitrógeno resultantes del proceso pueden utilizarse como fertilizantes, mientras que a la vinaza se le extrajo su carácter ácido, lo que disminuirá su impacto negativo sobre los suelos. “Otra alumna está empezando a evaluar el uso de la vinaza tratada en el suelo y su efecto en comparación con la no tratada”, adelanta Faez.

Según la científica, la idea de la sostenibilidad puso en marcha un proceso revolucionario en el cual los ciclos productivos ya no pueden quedar abiertos, sino que deben cerrarse sin dejar huellas. “Pero esto es histórico: la historia de la química es así. Hoy en día, nuestro gran problema consiste en minimizar el empleo de recursos minerales. Y los fertilizantes que utilizamos se obtienen vía minería. Asimismo, el empleo excesivo de estos compuestos tiene su impacto. No podemos perder más nada, no existen más residuos. Por cierto: ésta es una palabra impropia. Residuos son oportunidades, no problemas.”

Puede leerse el artículo intitulado Unlocking Agronutrient Resources: Sorption Strategies for sugar-energy industry waste en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301479724006200?via%3Dihub.