En las cuencas lecheras de América Latina, producir queso lleva una marca que no aparece en la etiqueta. Por cada kilogramo de queso elaborado se generan aproximadamente nueve kilogramos de lactosuero, un líquido cargado de materia orgánica y nutrientes que, cuando se descarga sin tratamiento, puede deteriorar cursos de agua y suelos. A ese flujo se suma el estiércol que generan los rodeos lecheros, un volumen constante que en la mayoría de los establecimientos se acumula sin ser aprovechado. Ambos residuos representan, al mismo tiempo, un pasivo ambiental y un recurso desaprovechado.
En Cundinamarca, uno de los departamentos con mayor producción láctea de Colombia, esa convivencia entre dos corrientes residuales fue el punto de partida de una investigación que terminó demostrando algo concreto: con un biodigestor piloto de 8 metros cúbicos, una finca quesera pudo reemplazar el 100 % del gas propano utilizado en su proceso productivo y reducir un 43,6 % la huella de carbono asociada a la elaboración de queso.
Un problema doble convertido en una sola solución
El proyecto comenzó en 2020 como parte de la investigación doctoral de Miguel Casallas, doctor en Ingeniería de la Universidad de La Sabana y en Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universitat de Barcelona, bajo la dirección de Iván Cabeza, profesor de la Facultad de Ingeniería de la universidad colombiana. El trabajo contó también con la participación de la Universidad Cooperativa de Colombia y el Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) de Australia.
Los investigadores estudiaron la codigestión anaerobia del lactosuero y el estiércol bovino para producir biogás y, al mismo tiempo, evaluar las posibilidades de aprovechamiento del material remanente como mejorador de suelos.
«Esta es una investigación que se abordó durante mi tesis doctoral, la cual busca valorizar y aprovechar los subproductos de la cadena láctea, específicamente el lactosuero y el estiércol bovino», explicó Casallas.
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Más de cien muestras antes de instalar el biodigestor
Antes de construir el sistema piloto, el equipo trabajó en laboratorio con más de cien muestras de ambos materiales. La razón es que ninguno de los dos tiene una composición fija. Las características del estiércol cambian según la alimentación del ganado, la raza y las condiciones de manejo. Las del lactosuero dependen, entre otros factores, del tipo de queso y del proceso utilizado para fabricarlo. Encontrar una proporción estable de mezcla era condición necesaria para que el biodigestor funcionara sin interrupciones.
Las pruebas convergieron en una fórmula integrada por un 65 % de lactosuero y un 35 % de estiércol bovino. Con esa proporción definida, el equipo instaló el sistema piloto en el Rancho Los Álamos, en Ubaté, un municipio ubicado a unos 100 kilómetros al norte de Bogotá.
En el interior del reactor, comunidades de microorganismos degradan la materia orgánica en ausencia de oxígeno y producen un gas rico en metano que puede utilizarse como combustible. En Ubaté, el sistema debía hacerlo con los residuos generados diariamente por el establecimiento y bajo las condiciones ambientales propias de la región.
Después de aproximadamente tres meses de estabilización, el biodigestor comenzó a producir biogás de manera sostenida. Antes de emplearlo, el gas debe pasar por un sistema de remoción de sulfuro de hidrógeno —un compuesto corrosivo y tóxico que aparece naturalmente en la digestión anaerobia— y luego se destina como fuente de energía térmica para la elaboración del queso.
«De acuerdo a los residuos del proceso, podemos sustituir, en el caso particular donde nosotros estudiamos, hasta el 100 % del gas propano utilizado para la elaboración de queso», señaló Casallas.
El digestato vuelve al suelo
Una vez que los microorganismos degradan la materia orgánica queda un material denominado digestato o biol, que conserva buena parte de los nutrientes contenidos originalmente en los residuos. El equipo estudió esa corriente y determinó que podía aplicarse de manera segura como mejorador de los suelos destinados a la actividad pecuaria de la finca.
Casallas evita denominarlo fertilizante, ya que por sí solo no reúne los requerimientos nutricionales exigidos para esa clasificación. Sin embargo, su utilización en la experiencia de Ubaté permitió reducir hasta un 50 % el consumo de fertilizantes inorgánicos como la urea, con un ahorro estimado cercano a los US$ 410 mensuales para el establecimiento.
Parte de la materia orgánica contenida en el lactosuero y el estiércol se aprovecha así para producir energía, mientras que el material remanente puede regresar al suelo. Considerando el conjunto del proceso, los investigadores calcularon una reducción del 43,6 % en la huella de carbono asociada a la producción de queso en la finca.
El desafío de producir biogás a baja temperatura
La temperatura fue una de las variables que condicionó el desarrollo del ensayo. En la sabana de Cundinamarca oscila entre los 14 y 20 °C, bastante por debajo de los rangos en los que habitualmente se estudia la digestión anaerobia. Según Casallas, cerca del 90 % de los trabajos previos sobre codigestión se habían realizado en condiciones mesofílicas o termofílicas, generalmente entre 35 y 55 °C.
Las pruebas realizadas en Ubaté mostraron que el proceso también puede funcionar a temperaturas menores, aunque más lentamente. La menor actividad de los microorganismos prolonga el tiempo necesario para degradar la materia orgánica y obliga a controlar cuánto sustrato ingresa al reactor.
Una alimentación superior a la capacidad de procesamiento de los microorganismos puede provocar la acumulación de compuestos intermedios, reducir el pH y afectar la producción de metano.
«Tengo que tener cuidado en cuánto debo alimentar de sustrato para que no se acumulen productos intermedios y se acidifique el reactor», explicó Cabeza.
El comportamiento del proceso a esas temperaturas había sido estudiado previamente en laboratorio. Esos ensayos permitieron determinar las cargas, composiciones y condiciones de operación necesarias para mantener estable el reactor una vez instalado en la finca.
Cada finca es un caso: la advertencia de los investigadores
Los resultados obtenidos en Ubaté tampoco pueden trasladarse de manera automática a cualquier instalación lechera. La composición de los residuos cambia entre establecimientos y obliga a adaptar las condiciones de operación.
La alimentación de los animales modifica las propiedades del estiércol y el proceso de elaboración del queso condiciona las características del lactosuero. También puede haber antibióticos, detergentes o tensoactivos capaces de interferir con la actividad de los microorganismos responsables de producir el biogás.
«No todo funciona exactamente igual, aun cuando puede ser el mismo sector lácteo, la misma cadena productiva, el mismo objetivo», advirtió Casallas.
Cabeza señaló además que la instalación de un biodigestor no garantiza por sí misma una producción estable de biogás. Los residuos deben caracterizarse previamente y la operación del sistema debe ajustarse a las condiciones particulares de cada establecimiento.
El próximo paso: conocer dónde existe potencial
El equipo participa actualmente de una iniciativa vinculada con la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), organismo encargado de la planificación energética de Colombia, que busca estimar los potenciales regionales de biomasa y producción de biogás. El estudio apunta a identificar los residuos disponibles en cada región, sus volúmenes y las zonas donde su concentración podría permitir proyectos de aprovechamiento energético de mayor escala.
En Ubaté, el sistema piloto continúa operando en el Rancho Los Álamos. Allí, el lactosuero y el estiércol generados por la actividad lechera permitieron producir el biogás necesario para sustituir el propano utilizado en la elaboración del queso, mientras que el aprovechamiento del digestato redujo el consumo de fertilizantes minerales.
