Los Biorreactores Podrían Reducir las Escorrentías de Fertilizantes | Fluence
Biorreactor de desnitrificación

Instalación de un biorreactor en una granja de semillas de soja en Iowa.

La escorrentía agrícola es un problema que tiene lugar en todo el mundo, por lo que proteger y mejorar la calidad del agua resulta un desafío significativo.

En la región del medio oeste de Estados Unidos, los científicos han mejorado un tipo de biorreactor que puede proteger a la cuenca del río Missisipi de la pesada escorrentía de nitrógeno.

¿Qué es un biorreactor? En pocas palabras, es un recipiente en el que los organismos desarrollan procesos bioquímicos naturales. Pueden ser algo muy simple, como por ejemplo una yogurtera, hasta complejas instalaciones industriales, como los digestores anaeróbicos.

Escorrentías Ricas en Fertilizantes

En la región del medio oeste de Estados Unidos, los agricultores generalmente evitan que sus campos se inunden utilizando un sistema de drenaje con tuberías que corren a 3 y 4 pies por debajo de la superficie del suelo. Esto se conoce como campos de drenaje subsuperficial.

La escorrentía en estos conductos tiende a saturarse de nitrógeno que lixivia del suelo por la lluvia y el riego. Estos sistemas drenan hacia los cursos de agua que se descargan en el río Missisipi. Cuando la escorrentía contiene nitrógeno en exceso, éste finalmente se vierte en los arroyos y ríos, creando un problema en toda la cuenca.

Biorreactor de Zanja

Biorreactor natural

El biorreactor actúa como un amortiguador entre el campo y el arroyo adyacente. Deriva agua del campo hacia el biorreactor para extraerle el exceso de nitrógeno.


Un biorreactor simple usado como un amortiguador podría brindar una solución a este complejo problema. Se compone de una zanja, generalmente de 100 pies de largo, 20 pies de ancho, y de 3 a 4 pies de profundidad, que se rellena con astillas de madera, mazorcas de maíz, u otro alimento rico en carbono para las bacterias, y se cubre con una capa de suelo de un pie de espesor.

Las tuberías enterradas en el campo se reencauzan a través del biorreactor antes de que el agua alcance el arroyo. Las bacterias neutralizan de forma natural el nitrógeno en el agua, convirtiéndolo en un gas a través del proceso conocido como desnitrificación.

Laura Christianson, una investigadora de la Universidad de Illinois, dijo en un comunicado de prensa:

Las buenas bacterias colonizan las astillas de madera, y las usan como alimento […] Estamos mejorando un proceso natural. Y hay una elegancia en ello.

Su equipo ha instalado uno de estos biorreactores en un campo de semillas de soja en Illinois para seguir estudiando el proceso.

Esta solución simple – si se implementa – podría tener un enorme efecto positivo sobre los cursos de agua locales, sobre el río Missisipi, y finalmente, sobre el Golfo de México. Solo el estado de Illinois tiene aproximadamente 10 millones de acres con campos con drenaje subsuperficial alimentando la cuenca.

Cuando el agua dulce es muy rica en nutrientes – esto se denomina eutrofización – se convierte en un caldo de cultivo para el crecimiento de algas. Los nutrientes están constituidos por nitratos y fosfatos de ocurrencia natural.

Floraciones de Algas Nocivas

La escorrentía agrícola rica en nutrientes es una fuente importante de nitrógeno en el agua superficial. Un creciente número de plantas municipales de tratamiento de agua a lo largo de América del Notre está teniendo problemas con las floraciones de algas nocivas. La región de los Grandes Lagos ha sido el sitio de numerosos brotes, y se produce una ocurrencia frecuente de dicho fenómeno en la boca del río Missisipi, donde se generan zonas sin oxígeno, “zonas muertas” en el Golfo de México que pueden abarcar más de 5.000 millas cuadradas.

Investigación Recopilada

La investigación referente al uso de biorreactores desnitrificantes se ha acelerado en los últimos diez años y su utilización va más allá de su uso en la agricultura, según se desprende de una revisión de la literatura técnica existente realizada por Christianson. En los últimos cinco a ocho años se lo ha investigado como una solución general respecto a la calidad del agua. Los biorreactores podrían probar ser un medio útil y de bajo costo para la reducción de patógenos en los efluentes municipales, afirmó Laura Christianson, como una forma de tratamiento terciario.

Christianson y otros científicos están experimentando con diferentes diseños de biorreactores para refinarlos y mejorarlos. Algunos investigadores están utilizando biorreactores a base de madera en conjunto con otras medias ricas en carbono como es el biochar (carbón vegetal), por ejemplo. Y otros están utilizando biorreactores en formas novedosas, como por ejemplo dentro de los trenes de tratamiento de agua o con baffles. Estas innovaciones podrían finalmente introducir este método en nuevas áreas y mejorar el rendimiento de los biorreactores existentes, especialmente en condiciones de relativamente bajas temperaturas.

Equilibrio entre los Temas de las Cuencas y los Gases de Efecto Invernadero

Entre los desafíos a afrontar se encuentra la forma de eliminar subproductos no deseados, tales como el gas sulfuro de hidrógeno, del biorreactor. Para ello, se requieren diseños más avanzados. Los biorreactores actuales deben reponer sus fuentes de alimento cada 10 años para mantener bien alimentada a su población de bacterias. Se requiere más investigación para equilibrar las cuestiones relativas a la salud de la cuenca y las emisiones de gases de efecto invernadero.

Entonces, también, es un reto conseguir agricultores interesados en la instalación de biorreactores. Christianson dijo que hay algunas becas disponibles para compensar costos, pero debido a los gastos que hay que afrontar siguen siendo difíciles de vender.

El estudio acerca de la investigación del biorreactor — “Biorreactores Más Allá de la Prueba de Concepto” — fue publicado en la revista Journal of Environmental Quality.

Fotografía de Laura Christianson. Gráfico provisto por L. Christianson y Helmers/Iowa State Extension.