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8.1 Introducción

2 years ago

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Como se discute en los capítulos 5 y 7, los sistemas acuapónicos de bucle único están bien investigados, pero estos sistemas tienen una eficiencia general subóptima (Goddek et al. 2016; Goddek y Keesman 2018). A medida que la acuapónica se eleva a la producción a nivel industrial, se ha hecho hincapié en aumentar la viabilidad económica de esos sistemas. Una de las mejores oportunidades para optimizar la producción en términos de rendimiento de cosecha se puede lograr desacoplando los componentes dentro de un sistema acuapónico para asegurar condiciones óptimas de crecimiento tanto para peces como para plantas. Los sistemas desacoplados difieren de los sistemas acoplados en tanto que separan los bucles de agua y nutrientes de la unidad de acuicultura e hidropónica entre sí y proporcionan así un control de la química del agua en ambos sistemas. La figura 8.1 proporciona una visión general esquemática de un sistema acoplado tradicional (A), un sistema de dos bucles desacoplado (B) y un sistema de bucle múltiple desacoplado (C). Sin embargo, hay un debate considerable sobre si los sistemas acuapónicos disociados son económicamente ventajosos sobre los sistemas más tradicionales, dado que requieren más infraestructura. Para responder a esta pregunta, es necesario considerar diferentes diseños de sistemas para identificar sus fortalezas y debilidades.

El concepto de un sistema acuapónico acoplado de un bucle como se muestra en la Fig. 8.1a puede considerarse como la base tradicional de todos los sistemas acuapónicos en los que el agua recircula libremente entre las unidades acuícolas e hidropónicas, mientras que el lodo nutrientrich se descarga. Uno de los principales inconvenientes de estos sistemas es que es necesario hacer compensaciones en las condiciones de cría de ambos subsistemas en términos de pH, temperatura y concentraciones de nutrientes (Tabla 8.1).

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Fig. 8.1 La evolución de los sistemas acuapónicos. (a) muestra un sistema acuapónico tradicional de un bucle, (b) un sistema acuapónico simple desacoplado, y (c) un sistema acuapónico multibucle desacoplado. La fuente azul significa entrada, salida y flujos de agua y el rojo para productos de desecho

Por el contrario, los sistemas acuapónicos disociados o de dos bucles separan las unidades acuícolas y acuapónicas entre sí (Fig. 8.1b). En este caso, el dimensionamiento de la unidad hidropónica es un aspecto crítico, porque idealmente necesita asimilar los nutrientes proporcionados por la unidad de peces directamente o a través de la mineralización de lodos (por ejemplo, extraer nutrientes del lodo y suministrarlos a las plantas en forma soluble). De hecho, tanto el tamaño del área de la planta como las condiciones ambientales (por ejemplo, superficie, índice de área foliar, humedad relativa, radiación solar, etc.) determinan la cantidad de agua que puede evapotraspirarse y son los principales factores que determinan la tasa de sustitución del agua de la RAS. El agua enviada desde el RAS a la unidad hidropónica es sustituida por agua limpia que reduce las concentraciones de nutrientes y mejora así la calidad del agua (Monsees et al. 2017a, b). La cantidad de agua que puede ser reemplazada depende de la tasa de evapotranspiración de las plantas que está controlada por la radiación neta, la temperatura, la velocidad del viento, la humedad relativa y las especies de cultivos. Cabe destacar que existe una dependencia estacional, con más agua evaporada en las estaciones más cálidas y soleadas, que también es cuando las tasas de crecimiento de las plantas son más altas. Este enfoque ha sido sugerido por Goddek et al. (2015) y Kloas et al. (2015) como un enfoque para mejorar el diseño de sistemas de un bucle y utilizar mejor la capacidad para asegurar un rendimiento óptimo del crecimiento de la planta. El concepto ha sido adoptado, entre otras cosas, por ECF en Berlín (Alemania) y por el ahora en quiebra (UrbanFarmers_) en La Haya (Países Bajos).

A pesar de los posibles beneficios, los experimentos iniciales con un diseño de bucle único desacoplado tuvieron serios inconvenientes. Esto fue resultado de las altas cantidades de nutrientes adicionales que se necesitaban agregar al bucle hidropónico dado que el agua del proceso que fluye desde el RAS al bucle hidropónico depende puramente de la evapotranspiración (Goddek et al. 2016; Kloas et al. 2015; Reyes Lastiri et al. 2016). Los nutrientes también tendían a acumularse en los sistemas RAS cuando las tasas de evapotranspiración eran más bajas, y podían alcanzar niveles críticos, lo que requería sangrado periódico fuera del agua (Goddek 2017).

La superación de estos inconvenientes exigió la implementación de bucles adicionales para reducir la cantidad de residuos producidos en el sistema (Goddek y Körner 2019). Dichos sistemas de bucle múltiple se describen en la Fig. 8.1c y mejoran el enfoque de dos bucles (8.1b) con dos unidades que serán exploradas más de cerca en los dos subcapítulos siguientes, así como en los capítulos. 10 y 11 :

  1. Mineralización y movilización eficiente de nutrientes, utilizando un sistema de reactores anaeróbicos de dos etapas para reducir la descarga de nutrientes del sistema a través de lodos de peces

  2. Tecnología de destilación/desalinización térmica para concentrar la solución nutritiva en la unidad hidropónica con el fin de reducir la necesidad de fertilizantes adicionales

Estos enfoques han sido implementados en parte por varios productores de acuapónica, como la empresa española NerBreen (Fig. 8.1) (Goddek y Keesman 2018) y Kikaboni AgriVentures Ltd. en Nairobi, Kenia (van Gorcum et al. 2019) (Fig. 8.2).

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Fig. 8.2 Imágenes del sistema multi-loop existente en (1) España (Nerbreen) y (2) Kenia (Kikaboni AgriVentures Ltd.). Mientras que el sistema Nerbreen se encuentra en un entorno controlado, el sistema Kikaboni utiliza un sistema de túnel de lámina semiabierta

En términos de ventajas económicas (Goddek y Körner 2019; Delaide et al. 2016), la optimización de las condiciones de crecimiento en cada bucle respectivo de sistemas acuapónicos desacoplados tiene ventajas inherentes tanto para plantas como para peces (Karimanzira et al. 2016; Kloas et al. 2015) al reducir el vertido de residuos, así como mejorar la recuperación y suministro de nutrientes (Goddek y Keesman 2018; Karimanzira et al. 2017; Yogev et al. 2016). En su trabajo, Delaide et al. (2016), Goddek y Vermeulen (2018), y Woodcock (pers. Comm.) muestran que los sistemas acuapónicos desacoplados logran un mejor rendimiento de crecimiento que sus respectivos grupos de control de acuapónica e hidropónica de un bucle. A pesar de esto, hay varios problemas que aún deben resolverse, incluyendo cuestiones técnicas como el escalado del sistema, la optimización de parámetros y las opciones de ingeniería para tecnologías de invernadero para diferentes escenarios regionales. En el resto de este capítulo, nos centraremos en algunos de los acontecimientos actuales para ofrecer una visión general de los desafíos actuales, así como de los acontecimientos prometedores sobre el terreno.


Aquaponics Food Production Systems

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