Co-pirólisis de biomasa biogénica para la producción de un biochar como sustrato de germinación para semillas

Abstract

La planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) escala piloto del laboratorio de Microbiología Ambiental, la cual se encarga de reducir la contaminación de las ARnD provenientes de las actividades de docencia de la Facultad de Ciencias de la Pontificia Universidad Javeriana, en conjunto con el reactor Sensity, un proyecto académico y funcional de la Facultad de Diseño Industrial, generan residuos semisólidos, como mallas de lignocelulosa colmatadas y biomasa de Chlorella sp., cuyos procesos de disposición final podrían conllevar a la contaminación de recursos naturales; por lo tanto, su gestión puede abordarse mediante su utilización como materias primas para la obtención de nuevos bioproductos, como la producción de un biochar mediante conversión pirolítica. Teniendo esto en cuenta, el objetivo de este trabajo fue producir un biochar como sustrato de germinación y siembra para semillas a partir de biomasa biogénica generada en una planta de tratamiento de aguas residuales y un reactor fototrófico empleando un proceso de co-pirólisis.

La obtención de la biomasa de Chlorella sp. para su empleo como materia prima presenta un desafío, ya que las células tienden a estar en suspensión y no sedimentar debido a su carácter coloidal, por lo que es necesario un agente coagulante para favorecer su recuperación. Se evaluaron diferentes coagulantes para cumplir con este propósito y con el coagulante catiónico se obtuvo el mayor porcentaje de recuperación (90.2 %) a una concentración de 60 mg/L. El residuo líquido de coagulación resultante del proceso de coagulación se evaluó como sustrato de germinación en semillas de Lolium sp., Lactuca sativa y Raphanus sativus, presentando valores de 92 %, 96 % y 42 %, respectivamente. Además, se determinó que este residuo líquido no genera una elevada contaminación si es reutilizado como agua de riego en el campo agrícola según la resolución 1207 de 2014, ya que obtuvo un pH de 7.85, y una concentración de nitratos y sulfatos de 1 mg/L y 40 mg/L, respectivamente.

El biochar producido a partir de 80 g de mallas de lignocelulosa, 230 g de microalgas y 540 g de corteza de pino como material llenante, se empleó como matriz de inmovilización para un consorcio de bacterias benéficas. El biochar y el biochar co-inoculado presentaron un pH de 5.08 y 6.03, un porcentaje de humedad de 3.7 % y 42 % y un porcentaje carbono fijo (CF) de 5.8 % y 5.5 %, respectivamente. El rendimiento en biochar fue del 63.6 % y el rendimiento en carbono fijo fue del 7.5 %.

Ambos biochar fueron evaluados como sustrato de germinación invitro en semillas de ray grass (Lolium sp.), lechuga (Lactuca sativa) y rábano (Raphanus sativus), pero solo las semillas de ray grass presentaron mayor porcentaje de germinación en comparación con el control, obteniendo 100 % en ambos tratamientos. Posteriormente, se evaluó el crecimiento de las plantas previamente germinadas en los biochar a escala de invernadero por 22 días. Finalizado este periodo de tiempo, se determinó que el tratamiento con biochar obtuvo valores similares al control; sin embargo, el tratamiento con biochar co-inoculado generó un efecto negativo en las plantas de ray grass, lechuga y rábano con respecto al control, ya que disminuyeron un 82 %, 16.6 % y 87 % en términos de peso seco, respectivamente; posiblemente debido a la presencia de un microorganismo alterador.

Los resultados de este trabajo sugieren que es necesario aumentar el número de plantas por tratamiento, así como el tiempo de evaluación en la prueba de crecimiento en invernadero con el fin de supervisar con mayor amplitud la aplicación de biochar y biochar co-inoculado sobre el desarrollo de las plantas de ray grass, lechuga y rábano.