Como consecuencia de las actividades habituales del ser humano se generan una gran cantidad y volumen de residuos de diferentes orígenes y que varían en composición y peligrosidad. En 2018, la cantidad de residuos generados por los países de la Unión Europea por la totalidad de actividades económicas y hogares ascendió a 2337 millones de toneladas (Eurostat, 2018). Una parte importante de estos residuos son materiales biodegradables orgánicos que presentan diferentes características y composición dependiendo, fundamentalmente, de su origen: agrícola, ganadero, forestal, agroindustrial o urbano. En el ámbito de la actividad ganadera, las deyecciones, tanto líquidas como sólidas, y los restos de las camas (purines y estiércoles) han sido tradicionalmente recuperados o reutilizados como abono agrícola. La producción de estos residuos derivados de la actividad ganadera es diversa y abundante en España y se genera tanto en explotaciones extensivas como intensivas. En el año 2011, por ejemplo, la producción de estiércol de la UE fue de 1400 millones de toneladas, de las cuales 118 millones de toneladas correspondieron a España (Foged et al., 2011).

El aumento de la ganadería intensiva en las últimas décadas ha generado una problemática asociada a su gestión debido a la disposición indiscriminada de estos residuos en el suelo y la consecuente contaminación del medio. En general, no es conveniente el vertido directo al suelo debido a que su descomposición no controlada y/o su toxicidad pueden generar efectos perjudiciales. Estos residuos biodegradables poseen materia orgánica no estabilizada, un elevado nivel de fitotoxicidad, alta carga de contaminantes y, frecuentemente, agentes patógenos siendo, por lo tanto, un riesgo para el medio ambiente y para la salud. Puesto que estos residuos ganaderos son ricos en nutrientes y materia orgánica, es razonable que sean devueltos al suelo en condiciones óptimas para garantizar su fertilidad y completar el ciclo natural. De esta manera, estos residuos ganaderos deben ser estabilizados y acondicionados reduciendo los posibles riesgos anteriormente citados antes de su disposición al suelo. Dentro de los procesos que pueden ser empleados para la estabilización de compuestos orgánicos se encuentra el compostaje. Este proceso de reciclaje de la materia orgánica cumple con la prioridad de actuación en política de residuos (Figura 1) y con los requerimientos de la normativa vigente e impulsa la economía circular transformando residuos en recursos.

El origen del compostaje se pierde en la noche de los tiempos. Es un proceso natural que se da de forma espontánea, de manera que el hombre lo ha utilizado empleando técnicas artesanales desde los tiempos remotos. El uso de residuos de animales como fertilizante orgánico para los cultivos, mezclados con restos de las cosechas con las que se formaban las camas para el ganado, era una forma tradicional de fabricación de fertilizante por los agricultores casi desde el origen de las actividades agrícolas. Estas mezclas eran amontonadas y a través de la experiencia del agricultor, volteadas periódicamente y resguardadas del viento y de la lluvia y, de esta manera, se conseguía una fermentación aeróbica de una forma espontánea que estilizaba los materiales residuales que formaban estos montones (Figura 2). El producto resultante se aplicaba al suelo durante el abonado de los cultivos. Así, se establecía un modelo circular y sostenible en el cual la ganadería proporcionaba fertilizantes a la agricultura y esta, a su vez, proveía una fuente de alimento para el ganado, eliminando el concepto de residuo.

Con el paso del tiempo estas técnicas artesanales se fueron abandonando rompiendo con el flujo circular de materia y energía. El crecimiento poblacional y el elevado consumo de recursos naturales fomentaron la ganadería y agricultura intensiva y conllevaron la aparición y el uso excesivo de los fertilizantes químicos, entre otros problemas ambientales y sociales. El trabajo que suponía atender los montones de estiércol se evitaba, pero el uso incontrolado de estos productos fertilizantes ha provocado un desequilibrio químico de nutrientes y oligoelementos de gran cantidad de suelos cultivables, lo cual condujo a una disminución de la fertilidad de estos suelos.

En los años treinta del siglo pasado se desarrolló en la India el llamado “proceso Indore”, que consistía en acumular los residuos ganaderos mezclados con restos de cosechas vegetales en montones de 1,5 metros de altura, durante periodos de 3 a 6 meses y removerlos dos veces durante ese periodo. Desde ese momento se desarrollaron multitud de pruebas y con el paso del tiempo se han diseñado multitud de técnicas que han posibilitado el control y monitorización completo de este proceso biológico, que conocemos como compostaje.

Así pues, el proceso de compostaje constituye una actividad agroecológica, que responde de manera completa y adecuada al objetivo de llevar a cabo una economía circular en la gestión de los residuos ganaderos al ser un proceso biológico en el que los residuos orgánicos son oxidados a formas biológicamente estables como el humus, promoviendo el dicho “hacer volver a la tierra lo que de la tierra ha salido”. La agroecología es, por lo tanto, un caso paradigmático de economía circular y una oportunidad de abordar retos de conservación ambiental y patrimonial, explorar otro modelo para producir y consumir alimentos reactivando los mercados locales, generar oportunidades de empleo, o renovar los instrumentos de programación y de ejecución del Desarrollo Rural. La actividad agroecológica del compostaje está demostrando que es una estrategia de alta sinergia, que aprovecha los residuos, reduce costes de gestión, reduce consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero, fija carbono fertilizando el suelo, y articula en proximidad a productores y a consumidores.

¿Qué es el compostaje?

El compostaje hace referencia a la biodegradación controlada de una mezcla de sustratos en estado sólido y en condiciones aerobias llevada a cabo por comunidades microbianas. Es un proceso espontáneo y exotérmico que provoca la liberación de energía en forma de calor causando la elevación de la temperatura hasta condiciones termófilas. Durante el proceso de compostaje se generan diferentes condiciones térmicas que llevan a la sucesión de distintas comunidades microbianas, así mismo, a lo largo de esta biodegradación se produce la liberación de sustancias tóxicas (fitotoxinas) como los compuestos intermediarios amoníaco, ácidos orgánicos de bajo peso molecular y el óxido de etileno. La diferencia entre un proceso natural de degradación de sustratos orgánicos o una putrefacción –que se sucede habitualmente en acumulaciones sobre el suelo, pilas de estiércol o vertederos– frente al proceso de compostaje es que este último debe ser controlado. Este control hace alusión a la necesidad de monitorización de los parámetros tales como la temperatura oxígeno, humedad, etc. a lo largo del proceso, así como de controlar la composición y naturaleza del sustrato heterogéneo en fase de compostaje.

Figura3: Esquema del proceso de compostaje (elaboración propia)

Uno de los factores principales y determinantes del compostaje es la temperatura. Básicamente, se considera que el compostaje en óptimas condiciones puede dividirse en cuatro fases:

Fase mesófila inicial (desde la temperatura ambiental hasta los 45 °C): en esta etapa comienza la degradación de los compuestos más fácilmente biodegradables, como azúcares, grasas, almidón y proteínas, que tiene como consecuencia el aumento de la actividad microbiana y la elevación de la temperatura. Esta etapa puede durar desde horas hasta varios días.

Fase termófila (45-70ºC): a medida que se eleva la temperatura los organismos adaptados a temperaturas altas reemplazan a los organismos mesófilos. En esta etapa comienza la degradación de los compuestos más complejos y resistentes por parte de la microbiota termófila y continúa la degradación de los compuestos más lábiles. Se desarrolla una actividad metabólica elevada que genera la prolongación de las altas temperaturas y se produce la higienización del sustrato al eliminarse los patógenos, parásitos y semillas de malas hierbas. Esta etapa puede durar desde varios días a incluso meses dependiendo del tipo de residuo, las características del sistema de compostaje y el control sobre el proceso.

Fase de enfriamiento: el agotamiento de los materiales fácilmente biodegradables conlleva la disminución de la actividad microbiana y, con ello, el descenso térmico hasta temperaturas ambientales, produciéndose la recolonización por parte de la microbiota mesófila con capacidad para degradar compuestos como la celulosa, hemicelulosa y otros polímeros. Esta fase puede durar desde varios días a semanas por eso, en ocasiones, la fase de enfriamiento y maduración se consideran como una única etapa del proceso.

Fase de maduración: el material orgánico se estabiliza, predominando los procesos de degradación de los compuestos más recalcitrantes y la polimerización de sustancias similares al humus. Esta etapa del proceso suele requerir varios meses.

Condiciones previas (Acondicionamiento del residuo ganadero)

El proceso de compostaje es dirigido por la actividad de los microorganismos, por lo que los factores que puedan limitar el desarrollo de la microbiota particular en cada fase, afectarán al desarrollo del proceso de compostaje. Por ello, el compostaje de un residuo ganadero requiere una serie de requisitos previos que van a condicionar el desarrollo de la actividad microbiana. Las características del material inicial determinan la evolución del proceso de compostaje, su eficacia y la calidad del compost. A continuación, se presentan algunos de los parámetros más importantes:

Estructura

La matriz de compostaje es una masa de partículas sólidas que debe contener suficientes poros e intersticios para posibilitar que se desarrolle un proceso aerobio, de manera que, el aire circule por el interior de la masa aportando una concentración óptima de oxígeno, eliminando el dióxido de carbono y el exceso de humedad y limitando la acumulación excesiva de calor (Haug, 1993). Por lo tanto, como el residuo ganadero no presenta la estructura óptima, como ocurre, por ejemplo, con residuos pastosos como los purines de cerdo, es necesario adicionar un material que aporte espacio libre entre las partículas. Por lo general, se emplean como agentes estructurantes materiales de naturaleza orgánica como los residuos agroforestales (Figura 4).

Figura 4. A la izquierda madera triturada que puede ser empleada como agente estructurante y a la derecha purín de cerdo

Humedad

Es importante que el contenido de agua disponible sea suficiente para hacer frente a los requerimientos fisiológicos de la microbiota. El agua actúa como medio de transporte, no sólo para las sustancias solubles con las que se alimentan los microorganismos sino también, para eliminar los productos de desecho resultado del metabolismo celular. El contenido óptimo de humedad al inicio del proceso depende del tipo de material a compostar, pero varía entre 50–70 % (Bernal et al., 2009; de Bertoldi et al., 1996). Contenidos mayores de humedad pueden provocar que el agua ocupe los microporos de la mezcla dificultando la oxigenación, mientras que, contenidos menores provocan el descenso de la actividad biológica

Relación C/N

Se considera que los microorganismos emplean para su metabolismo 30 partes de carbono por cada parte de nitrógeno, requiriendo carbono como fuente de energía y como componente de las células y nitrógeno para la síntesis proteica y los ácidos nucleicos. Se considera que la matriz de compostaje es adecuada cuando presenta un ratio inicial de C/N entre 25-35 (Bernal et al., 2009; Díaz and Savage, 2007; Haug, 1993). Valores bajos del ratio C/N, como ocurre en los purines y estiércoles por su elevado contenido de nitrógeno conllevan la pérdida de este nutriente por volatilización o por lixiviación. La adición de material estructurante ayuda a mejorar este ratio al proveer de carbono orgánico a la mezcla.

Seguimiento y control del proceso

Una vez establecidos y corregidos los parámetros relativos a la naturaleza del residuo ganadero, es necesario el seguimiento y control del proceso dentro de valores adecuados para cada una de las fases del compostaje. Los principales parámetros que deben tenerse en cuenta son la temperatura, oxígeno y la humedad. El control del proceso puede realizarse de forma manual in situ con la ayuda de sondas de mano y la toma de muestras (Figura 5) o mediante sistemas más o menos automatizados (Figura 6). La evolución de la temperatura a lo largo del tiempo es un parámetro clave del proceso de compostaje (Figura 7), consecuencia de la elevada actividad microbiana, con relación directa en la degradación de la materia orgánica.

Figura 7. A la izquierda, evolución de la temperatura en una pila volteada de estiércol de 40m3 durante 230 días y a la derecha, evolución de la temperatura en un reactor estático de 600L con ventilación forzada durante 22 días.

Para una correcta higienización del material y la obtención de un compost libre de parásitos y semillas de malas hierbas se han de mantener en continuo temperaturas por encima de 55ºC durante 15 días (European Commission, 2001). De esta manera, la temperatura durante el proceso debe ser controlada asegurando que se alcancen temperaturas termófilas y que se sostengan en el tiempo lo suficiente para garantizar la higienización pero sin exceder de los 70ºC (un exceso puede provocar la muerte de la mayoría de los microorganismos, retardar la colonización en las fases posteriores y, como consecuencia, retrasar la degradación del residuo). El control de temperatura se puede realizar para enfriar la masa o bien, para reactivar el proceso y se suele efectuar mediante la introducción de aire por ventilación forzada y/o por operaciones de volteo del material.

La concentración de oxígeno en la masa de compostaje no debe ser inferior al 5 % (Epstein, 2011), ya que se produciría una sucesión hacia microorganismos anaerobios y, por lo tanto, hacia procesos de fermentación no deseables y la generación de malos olores. La aireación puede ser proporcionada mediante sistemas de ventilación, y operaciones de volteo o ambos. Así mismo, también se puede producir la aireación pasiva de manera natural cuando tanto la estructura y porosidad de la mezcla, así como, la forma y tamaño de la pila posibilitan el intercambio de gases (Figura 8).

El proceso de compostaje tiene como efecto asociado la pérdida de agua como consecuencia de su evaporación debido a las altas temperaturas (Figura 9), de manera que los valores son más altos al inicio y decrecen a medida que el proceso avanza. Debe incorporarse agua, especialmente en las fases iniciales, cuando los valores de humedad sean limitantes considerando que por debajo de 30-35 % se inhibe el proceso.

La selección de la tecnología de compostaje debe realizarse de manera que permita gestionar adecuadamente el volumen de residuos ganaderos generados en la explotación, se realice en el menor tiempo posible y se obtenga como resultado un producto con calidad agronómica. Con una inversión acorde a sus posibilidades, las explotaciones pueden gestionar sus residuos de un modo local, obteniendo un producto de uso agronómico y, por lo tanto, promoviendo la optimización de los recursos, la reducción en el consumo de materias primas y el aprovechamiento de los residuos, objetivos, todos ellos, de la economía circular.