ES2902182T3 - Método de obtención de un fertilizante líquido a partir de biomasa vegetal - Google Patents

Abstract

La invención proporciona un procedimiento de obtención de un fertilizante líquido a partir de biomasa vegetal, entendiéndose como biomasa vegetal aquellos restos vegetales, por ejemplo de cultivos agrícolas, obtenidos una vez ha acabado su ciclo de producción o crecimiento, permitiendo el procedimiento transformar esta biomasa sólida en una solución fertilizante líquida que puede dosificarse de forma sencilla, por ejemplo por fertirrigación, revalorizando así, por ejemplo, desechos de cultivos que, de otra manera, serían eliminados en incineradoras o similares.

Description

DESCRIPCIÓN

Método de obtención de un fertilizante líquido a partir de biomasa vegetal

La presente invención se refiere a un método de obtención de un fertilizante líquido a partir de biomasa vegetal, entendiéndose como biomasa vegetal aquellos restos vegetales, por ejemplo, de cultivos agrícolas, obtenidos una vez ha acabado su ciclo de producción o crecimiento.

El método de la invención permite transformar esta biomasa sólida en una solución fertilizante líquida que puede dosificarse de forma sencilla, por ejemplo, por fertirrigación, revalorizando así, por ejemplo, desechos de cultivos que, de otra manera, serían eliminados en incineradoras o similares.

Actualmente, principalmente debido a los sistemas de producción agrícola intensiva, la gestión de los residuos vegetales tiene gran interés, en particular la gestión enfocada a un modelo de producción respetuoso con el medio ambiente basado en la reutilización y no en el desecho.

Uno de los principales problemas de estos restos vegetales y de frutos en el sector hortícola es que su producción está muy concentrada en el tiempo y, por otro lado, su composición no siempre facilita la gestión, debido al elevado contenido en humedad, restos de rafias y alambres, etc.

Así, por ejemplo, la producción de hortícolas en invernadero implica el levantamiento del cultivo al final de la campaña (en mayo y junio) y tras el ciclo de otoño (enero a marzo), si se realizan dos ciclos de cultivo, lo que conlleva la generación de un gran volumen de restos vegetales que provoca problemas de gestión en aquellas zonas donde existe una alta concentración de este tipo de producción.

Los restos de cultivo que se producen en los invernaderos incluyen tallos, hojas, frutos dañados que no cumplen los estándares de calidad necesarios o que no se comercializan por razones de mercado y plantas completas que son arrancadas al terminar los ciclos de cultivo. En todos los casos se trata de restos vegetales verdes, es decir, se producen a partir de cultivos que se cosechan antes de su senescencia, por lo que tienen unas propiedades específicas (Estrategia de gestión de restos vegetales en la horticultura de Andalucía, Consejería de agricultura, pesca y desarrollo rural. Consejería de medio ambiente y ordenación del territorio, junio 2016):

• Presentan alto contenido en humedad (llega a ser hasta del 60 % en el momento de su retirada),

• poseen alto contenido en sales y

• generalmente son fácilmente biodegradables y generan fracciones líquidas que se lixivian con facilidad, provocando la contaminación de acuíferos.

De estas características se deriva la importancia de una gestión eficaz y limpia de estos residuos.

Una de las formas de reutilizar esta biomasa vegetal es el llamado abonado verde. Las ventajas del abonado verde son numerosas, destacando la mejora en las propiedades físicas del suelo, ya que mejora su estructura y su enriquecimiento en materia orgánica, que se descompondrá y mejorará su fertilidad. Como limitación indicar que es necesario que los restos se mantengan en el suelo el tiempo necesario para que se produzca su descomposición. Esto no es siempre posible en la transición entre dos ciclos de cultivo en el año, debido a la necesidad de realizar una plantación rápida para el ciclo de primavera, ni tampoco lo es en verano, entre dos temporadas de cultivo, ya que no hay tiempo suficiente para la formación del compost en buenas condiciones para su uso, lo que lleva de 4 a 6 meses (Estrategia de gestión de restos vegetales en el sector de la horticultura de Andalucía, supra). Otras estrategias aplicadas en este contexto son el autocompostaje, que conlleva desventajas asociadas, por ejemplo, la falta de espacio para llevarlo a cabo, y el uso de los residuos ganaderos, que, debido al alto contenido en humedad que favorece la putrefacción y fermentación, está limitado en su aplicación (supra).

Igualmente, en el documento EP0672642, “Method and nutritive composition for intensive bio-production of horticultural plants”, se describe una composición nutritiva para la producción intensiva de plantas que contiene una biomasa resultante de la fermentación de algas junto con un 0,1 a un 99,9% en peso de un material auxiliar o vehículo, por ejemplo, polisacáridos celulósicos.

El documento US 2009/0282882 A1 se refiere a un método para la conversión de una biomasa líquida en un producto fertilizante, siendo el método especialmente adecuado para el tratamiento de residuos de biomasa que no incluyen más de un 20 % de materiales sólidos, donde el proceso incluye una etapa de nitrificación por parte de bacterias nitrificantes y una etapa de oxidación química en un reactor bajo condiciones ácidas. El documento EP 0726240 divulga el uso de cadaverina y putresceína como aditivos sinérgicos en fertilizantes orgánicos. El documento ES 2286917 divulga un procedimiento para obtener un fertilizante líquido orgánico rico en sustancias húmicas a partir de compost vegetal. El documento RU 2010116035 divulga un proceso para la producción de un concentrado de ácido húmico a partir de carbón bituminoso que comprende una etapa de tratamiento con ultrasonidos.

La presente invención proporciona un método sencillo de obtención de un fertilizante líquido a partir de biomasa vegetal, que, además de evitar las desventajas antes citadas de los procesos de reutilización de biomasa vegetal convencionales, permite obtener un fertilizante líquido ya listo para su uso de forma rápida y eficaz, sin necesidad de complicadas etapas de nitrificación y oxidación, por ejemplo.

Para ello, el método de la invención comprende las etapas de:

i. secar la biomasa hasta obtener una biomasa seca con una humedad inferior al 5 % y triturarla una vez seca hasta obtener un tamaño medio de partícula inferior a 50 micrómetros;

ii. preparar una mezcla de un agente humectante basado en poliaminas biogénicas (histamina, putresceína, espermidina y cadaverina), un dispersante basado en sustancias húmicas, un antiespumante y un estabilizante frente a la temperatura basado en un glicol de bajo peso molecular;

iii. en un reactor, añadir la mezcla preparada en ii) y la biomasa seca molida junto con agua y someter la mezcla obtenida a molienda en fase líquida hasta obtener un tamaño medio de partícula de entre 2 pm y 10 pm; iv. someter el producto molido de la etapa iii) a sonicación mediante ultrasonidos para asegurar un tamaño homogéneo inferior a 10 pm y

v. opcionalmente, ajustar la viscosidad del producto sonicado, añadiendo una mezcla de agua con un espesante natural de polisacáridos y agitando lentamente para evitar la formación de burbujas de aire, con el fin de ajustar la viscosidad deseada.

Así, tal como se describe arriba, en primer lugar, la biomasa debe ser secada, por ejemplo, en una secadora, para eliminar la humedad y poder someterse a molienda, por ejemplo, empleando un molino de bolas, ya que si la humedad no es eliminada, es imposible obtener un producto homogéneo y molido con un tamaño medio de partícula lo más uniforme posible. Habitualmente, la humedad de entrada a la secadora suele estar entre el 30 % y el 65 % y, a la de salida de la secadora, debe ser inferior al 5 %. De igual forma, inicialmente el tamaño de partícula de la biomasa oscila habitualmente entre milímetros y centímetros, y la molienda de esta primera etapa permite obtener un tamaño medio de partícula inferior a 50 micrómetros para facilitar la etapa posterior de molienda en fase líquida. En la etapa ii), se prepara una mezcla de un agente humectante basado en poliaminas biogénicas (histamina, putresceína, espermidina y cadaverina), un dispersante basado en sustancias húmicas, un antiespumante y un estabilizante frente a la temperatura basado en un glicol de bajo peso molecular.

El uso como agente humectante de poliaminas biogénicas en el proceso de la invención se debe principalmente al carácter policatiónico de éstas, que les permite unirse y formar complejos con moléculas policatiónicas, tales como algunas proteínas, fosfolípidos, pectinas, favoreciendo la humectación de la biomasa seca, así como por su efectividad relativa sobre el retardo de la senescencia de los tejidos vegetales (Galston, A.W.; Kaur-Shawney, R.

1990. Polyamines in plant physiology. Plant Physiology (Estados Unidos) v. 94, p. 406 - 410). Este retardo en la senescencia favorecería el mantenimiento de las propiedades de la biomasa vegetal sometida al proceso de la invención y aplicada como un fertilizante líquido.

En una realización de la invención, estas poliaminas biogénicas se obtienen según el método descrito en la solicitud de patente internacional PCT/ES2017/070353.

En esta etapa ii), la mezcla también presenta un dispersante basado en sustancias húmicas. La adición de sustancias húmicas como agente dispersante es algo bien conocido y aplicado en la bibliografía (véase por ejemplo “Ácidos húmicos. Formas de extracción y usos”. Ing. Irina Pedroso Rodríguez, Dr. Felix Juan Domínguez Alonso, Universidad de Matanzas, 2006). La adición de este dispersante permite que la mezcla se mantenga homogénea, evitando que se formen grumos o evitando restos de biomasa no mezclados.

En una realización de la invención, estas sustancias húmicas se obtienen según el método descrito en la solicitud de patente internacional PCT/ES2016/070745.

Aunque el antiespumante añadido en esta etapa del proceso de la invención no está particularmente limitado, preferentemente éste se selecciona de entre antiespumantes orgánicos basados en aceites minerales, antiespumantes siliconados y antiespumantes moleculares, preferentemente se eligen antiespumantes orgánicos debido a su bajo coste. El antiespumante evitará que se forme espuma en la posterior etapa de molienda en fase líquida.

Igualmente, el estabilizante frente a la temperatura basado en un glicol de bajo peso molecular no está particularmente limitado, pudiendo seleccionarse éste de entre monoetilenglicol, propilenglicol y dietilenglicol. Preferentemente, el glicol empleado es monoetilenglicol. El glicol como medio conservante frente a temperaturas bajas permite controlar la viscosidad del producto final empleado para mantener la viscosidad del producto final y que, a bajas temperaturas que provocan un aumento adicional de la viscosidad, se eviten problemas relacionados con la fluidez.

En la etapa iii) del proceso de la invención, la mezcla preparada en ii) y la biomasa seca molida se adiciona a un reactor junto con agua y se somete a molienda en fase líquida hasta obtener un tamaño medio de partícula de entre 2 |jm y 10 |jm. Preferentemente, esta etapa se lleva a cabo mediante molinos horizontales en fase líquida hasta obtener el tamaño de partícula mencionado.

En la etapa iv), el producto molido se somete a sonicación mediante ultrasonidos para asegurar un tamaño homogéneo inferior a 10 jim. Preferentemente esta sonicación se realiza con ultrasonidos con frecuencias superiores a 20.000 Hz, pudiendo llegar hasta 5108 Hz.

Opcionalmente, una vez molido y sonicado, a esta mezcla se le adiciona una mezcla de agua y un espesante basado en polisacáridos, tal como goma Xantana o goma Guar, hasta conseguir la viscosidad deseada, agitando lentamente para evitar la formación de burbujas de aire. La viscosidad puede ajustarse en función del tipo de biomasa vegetal tratada y de la fluidez del producto obtenido en la etapa iv), pudiendo variar entre más de 1 cPs hasta 10.000 cPs (medida en solución acuosa a 21 °C). Preferente, la viscosidad se ajusta opcionalmente para facilitar la aplicación del fertilizante líquido, dependiendo, por ejemplo, del tamaño de las boquillas de fertirrigación empleadas, por lo que la cantidad de espesante dependerá de dicha aplicación.

En una realización preferente, en el proceso de la invención se aplican las siguientes cantidades de componentes en masa:

Ejemplos

Se aplicó el método de la invención, obteniéndose la siguiente formulación fertilizante:

Se ensayó este fertilizante líquido obtenido en cuanto a su separación por decantación, introduciendo 100 g de biomasa tratada según el método de la invención en un vaso de precipitados y empleando una centrífuga de laboratorio a 1.850 rpm durante 10 minutos. Transcurridos 10 minutos, se midió la altura del decantado en el vaso de precipitados. Como control se empleó una mezcla de la misma cantidad de biomasa y agua.

Los resultados se muestran en la siguiente tabla:

Tal como se deriva de los resultados mostrados, la biomasa vegetal tratada de acuerdo con el método de la invención permite obtener un fertilizante que se mantiene esencialmente en fase líquida para su posterior aplicación.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Método de obtención de un fertilizante líquido a partir de biomasa vegetal, en donde el método comprende las etapas de:

i. secar la biomasa hasta obtener una biomasa seca con una humedad inferior al 5 % y triturarla una vez seca hasta obtener un tamaño medio de partícula inferior a 50 micrómetros;

ii. preparar una mezcla de un agente humectante basado en poliaminas biogénicas, histamina, putresceína, espermidina y cadaverina, un dispersante basado en sustancias húmicas, un antiespumante y un estabilizante frente a la temperatura basado en un glicol de bajo peso molecular;

iii. en un reactor, añadir la mezcla preparada en ii) y la biomasa seca molida junto con agua y someter la mezcla obtenida a molienda en fase líquida hasta obtener un tamaño medio de partícula de entre 2 pm y 10 pm; y

iv. someter el producto molido de la etapa iii) a sonicación mediante ultrasonidos para asegurar un tamaño homogéneo inferior a 10 pm.

2. Método de obtención de un fertilizante líquido a partir de biomasa vegetal según la reivindicación 1, que además comprende la etapa de:

v. ajustar la viscosidad del producto sonicado, añadiendo una mezcla de agua con un espesante natural basado en polisacáridos y agitando lentamente para evitar la formación de burbujas de aire, con el fin de ajustar la viscosidad deseada.

3. Método de obtención de un fertilizante líquido a partir de biomasa vegetal según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el antiespumante se selecciona de entre antiespumantes orgánicos basados en aceites minerales, antiespumantes siliconados y antiespumantes moleculares, preferentemente antiespumantes orgánicos.

4. Método de obtención de un fertilizante líquido a partir de biomasa vegetal según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el glicol de bajo peso molecular se selecciona de entre monoetilenglicol, propilenglicol y dietilenglicol.

5. Método de obtención de un fertilizante líquido a partir de biomasa vegetal según la reivindicación 4, caracterizado por que el glicol de bajo peso molecular es monoetilenglicol.

6. Método de obtención de un fertilizante líquido a partir de biomasa vegetal según la reivindicación 2, caracterizado por que el espesante basado en polisacáridos es goma xantana o goma Guar.

7. Método de obtención de un fertilizante líquido a partir de biomasa vegetal según la reivindicación 1, caracterizado por que se utilizan los siguientes componentes en masa: Biomasa vegetal 200 - 800g, agente humectante basado en poliaminas 10-60 g, dispersante basado en sustancias húmicas 50-100 g, monoetilenglicol 10-30 g, antiespumante 0,2-0,5 g, agua hasta 1.000 g.