Excreción de Metano Entérico en ganadería comercial
Publicado: 13 de abril de 2022
Por: Umberto Francesa
Introducción.
Rumiantes domesticados como el ganado, bufalos, cabras, ovinos y otros rumiantes alrededor del planeta emiten gas metano (CH4), como sub-producto de la digestión anaeróbica que ocurre durante la fermentación de los alimentos que consumen (Johnson et al., 2002).
La simbiosis existente en el rumen con los microorganismos ahí contenidos, es una de las maravillas “evolucionarias” en el reino animal, y dio origen a rumiantes y otros herbívoros con la capacidad de multiplicarse por millones e inmensos rebaños; durante una época, cuando los “pastos” dominaban las inmensas praderas de algunas regiones del planeta. No es difícil de imaginar las inmensas cantidades de metano, óxido de nitrógeno y sulfato de hidrogeno entre otros, que esos rebaños producían; anécdotas nos cuentan, que en las praderas de lo que es hoy en día Norteamérica existían alrededor de 60 millones de Bisontes. Historias de esos encuentros no dicen que era posible “oler” un rebano a kilómetros de distancia con la ayuda de un buen viento.
Porqué entonces hoy en día se le da tanta importancia a estos gases y al impacto que la ganadería está causando en el incremento de CH4 y otros gases no-biodegradables en la atmosfera baja que nos rodea.
Las emisiones de “metano entérico” en la atmosfera, equivalen a 77 Tg al año. Otras 10-14 Tg más provenientes de sistemas de almacenaje y reciclaje de estiércol. Alrededor del 95% del “metano entérico” es producido por rumiantes. Donald E. Johnson & Gerald M. Ward.
Se ha demostrado claramente que la ganadería comercial moderna en EEUU, es hoy por hoy un mayor contribuyente (10%) en la producción de metano entérico y otros gases que causan el conocido “efecto de invernadero” en la atmosfera baja. Cambios en la composición de gases como el metano y el dióxido de carbono incrementa su permanencia en la atmosfera baja (≤5 kilómetros) por anos y crean problemas con la disipación del calor colectado durante las horas diurnas y eliminado durante la noche, más notablemente “vapor de agua”, el cual se acumula en grandes cantidades en la atmosfera, causando el llamado “efecto invernadero”. (No confundir con el fenómeno de gases “ozono”, que ocurre a más altura y en ciertas regiones específicas del planeta).
Aunque el mayor contribuyente en esta catástrofe ambiental fue el advenimiento de la era industrial a finales del siglo 17 y el apetito en el consumo de hidrocarburos, especialmente el carbón mineral y anos después el petróleo y sus derivados. A partir de los años 1800 los niveles de CO2 y otros gases empezaron a incrementar marcadamente, tanto así, que las cantidades son hoy en día 2.5 veces mayor en algunas partes del planeta.
El compartimiento ruminal.
El medio ambiente ruminal es perfecto para algunas especies de microorganismos que lo habitan.
Temperaturas estables y constantes alrededor de los 30◦C y pH’s 6.5-6.8, alinean con una ingestión constante de forrajes de poca energía y elevados en fibra, lo que permite una gran cantidad de especies de microorganismos prosperar en este medio ambiente, entre estas, la familia “archaea”. Miembros de esta familia han sido difíciles de clasificar y hoy en día no se incluyen como miembros de las bacterias o “procarioticos”, ni tampoco como miembros de organismos o especies nucleadas o “eucarioticos”.
Prosperan bien en ambientes difíciles de sobrevivir por otros microorganismos. Ejemplos: aguas termales, medios salinos, o ácidos, etc. Metanogenos, que habitan en aparato digestivo de algunos animales y el hombre normalmente participan en la digestión y hoy en día hemos aprendido a cultivarlos y utilizarlos en un gran número de actividades industriales y en la protección del medio ambiente.
Ejemplos: el tratamiento de aguas negras, la producción comercial de metano en fincas lecheras, las plantas empacadoras de pescado, hortalizas, frutas, etc.
Gas metano excretado por los rumiantes es conocido con el nombre de “metano entérico” y es eliminado en el medio ambiente a través de:
- la eructación (87%) y
- combinado con el estiércol (13%).
El rebano ganadero está creciendo constantemente para satisfacer la demanda de una clase media en aumento. En el año 2017 habían: 1.5 billones de cabezas de ganado, 1 billón de ovejas y cerca de 1 billón de cabras. http://www.fao.org/faostat/en/#data/GE
De tal manera, que el ganado es el blanco número uno de organizaciones privadas que ejercen tremenda presión en la política que los gobiernos estatales y locales aplican a violaciones referentes a contaminantes ambientales, entre estos el llamado “metano entérico”. El ganado debido a su gran tamaño y elevados consumos de materia seca, es responsable por la mayor parte de CH4 expulsado al medio ambiente por la industria animal (Tubiello, 2019). Todo esto está comprobado científicamente en aquellos países industrializados, en donde el confinamiento de animales (CAFO), han creado situaciones en donde la contaminación de aire ambiental en esa región, es demostrable a través de artefactos y mediciones que pueden detectar la cantidad de la gran mayoría de componentes en cualquier medio ambiente. Hoy en día sabemos la composición exacta de la atmosfera de otros planetas, lo que hace la detección de Metano y otros gases una ciencia bastante exacta. Satélites que orbitan alrededor del planeta y la fotografía infrarroja lo demuestran sin lugar a dudas (USEPA, 2016). La alimentación, el manejo y sistema de explotación utilizado con grandes concentraciones de animales que consumen grandes cantidades de materia seca, arrojan las mayores cantidades de metano en el medio ambiente (Chang et al., 2019)”.
Entonces qué cantidad de gas metano produce un bovino al día?. La respuesta depende de la alimentación y del manejo. Masa corporal del animal y finalmente la cantidad diaria de MS que consume. Un bovino adulto expulsa entre 250 a 500 litros diarios de gases, incluyendo metano. Hay que acentuar el hecho que hay otros gases que acompañan al gas eructado y las concentraciones de CH4 son muy pequeñas; sin embargo, constantes y sumando el factor de que permanece “reactivo en la atmosfera a menos de 5k metros por más 12 años es preocupante.
Hoy en día la gran mayoría de los programas utilizados en la calculación de raciones para ganado incluyen las excreciones diarias de metano y amonio, entre otros. Uno de ellos “Rumen8”, nos da una aproximación en gramos de CH4 excretados diarios y una segunda aproximación en gramos de CH4 por litro de leche producida, en condiciones tropicales.
En cuanto al metano eliminado a través del recto y combinado con el estiércol en sistemas bajo pastoreo, ocurre una fermentación “aeróbica” y producción de CH4 y contaminación ambiental es mínima. Aquellos sistemas de explotación que almacenan el estiércol y aguas negras en lagunas al aire libre, o en tanques y que no poseen un sistema moderno de captación de gases y que se encuentran en países industrializados, van a tener que obedecer las nuevas legislaciones ambientales que se están imponiendo.
Es de notar que en países como los EEUU y Canadá, muchos gobiernos locales se han adelantado al gobierno federal en el saneamiento ambiental de esa municipalidad. En una gran mayoría de los casos, el gobierno ofrece al ganadero programas de financiamiento a largo plazo, en donde la idea es: la captura e industrialización de metano entérico, como otra entrada económica para la finca. Sin duda alguna que la venta de electricidad por fincas lecheras, es una realidad en instalaciones CAFO en Norteamérica.
Captura de Metano (CH4) y Restauración de la Atmosfera.
Esta será una tarea tecnológicamente complicada, debido a las dificultadas intrínsecas de la molécula del gas metano per se. En la práctica, ha sido más sencilla la captura de otros gases, como el CO2 y H2S. El metano (CH4) tiene una “capacidad reactiva” 84 veces mayor a la del CO2. Es precisamente la “permanencia reactiva” que el gas metano o CH4 posee, con una duración de más 12 años en la atmosfera, junto a una constante producción de estos gases provenientes de fuentes, tanto: naturales e industriales, que el problema debe tratarse a nivel del en forzamiento de legislación y policial. Moderna tecnología ha tenido un gran éxito en la captura de gases como CO2 y tarde o temprano se encontraran métodos comerciales capaces de capturar el gas que eructan bovinos en estabulación. El gas metano (CH4) contribuye en 20% de los gases que causan el calentamiento de la atmosfera, y aunque la contribución que metano entérico producido por ganado estabulado es mínima al compararla con el metano producido por el descongelamiento del permafrost del Hemisferio Norte. Es importante estar consciente de que este gas es un problema global y completamente fuera de control, que los gobiernos de todas las naciones, hablan del mismo y no hacen nada.
Domando el gas Metano.
La captura de emisiones de metano impone un reto tecnológico aún más grande que la captura de CO2. Primero que nada, la concentración de metano en la atmosfera es 200 veces menor a la del CO2. CO2 es débilmente acidico, permitiendo su captura con medios que emplean una composición “acido básica” y un solvente “amine”. La estructura linear del CO2 facilita inclusive, su captura física per se. Metano posee la estructura simétrica de un tetraedro. La molécula de C y sus 4 H’s ocupan planos diferentes lo que hace la molécula de metano o CH4 carecer de un punto obvio donde catalizar una reacción química. La unión química o el enlace entre C – H es difícil de activar. Solventes tradicionales no poseen la suficiente afinidad por la molécula de CH4 para tener algún uso comercial.
“Zeolitas” y otras tecnologías, ofrecen filtros compuestos de este mineral con Cu y Fe adheridas a las paredes de las cavidades porosas de este compuesto mineral, y son hoy en día los agentes filtrantes que han dado los mejores resultados en la captura de metano (CH4) andropogenico o causado por intervención humana.
Zeolitas están siendo utilizadas en algunas industrias en la concentración de metano, debido a su propiedad adsorbente al metano y otros gases como óxido nítrico (N2O).
Filtros compuestos de zeolitas podrían capturar metano a través de enlaces químicos “débiles” dentro las cavidades microscópicas de la red porosa del filtro con los grupos oxigenados que forman la matrix de esos poros. La oxidación del metano en esas cavidades es la siguiente:
O2 + CH4 = CH3OH o metanol
Hasta ahora la meta ha sido la de oxidar parcialmente el metano a metanol (CH3OH), en lugar de a un completo CO2, dejando así el 50% escapar. Más investigación es necesaria para cerrar la ecuación y ser capaz mediante la intervención de mejor tecnología el oxidar 100% del metano a CO2, que puede ser más fácilmente capturado y bio degradado.
Minerales come el Cu y Fe se están incluyendo dentro la estructura porosa de las zeolitas con el fin de eliminar la producción de metanol en los filtros y así reducir la humedad que dificulta el mantenimiento
Este mismo principio puede ser aplicado a otro de los gases invernadero óxido nitroso o N2O. Este potente gas tiene una vida reactiva larga en la atmosfera, cuya concentración ῀330ppb, 20% más elevada que antes de la era industrial. El N2O es también el gas dominante en su asociación a la destrucción del “ozono” en la “estratosfera”.
Globalmente se estima que las emisiones de gas metano producidas por fermentación y manejo del estiércol, son aproximadamente entre 99±12 TgCH4/anual (Chang et al., 2019). Para el periodo entre 2008-2017 fueron estimados un total de emisiones de ±111TGCH4/anual, proveniente de fermentación entérica y manejo de estiércol, lo que sería equivalente a 1/3 parte del metano andropogenico o producido por el hombre. (Tg=1 trillón de toneladas)
Fugas de gases industriales a la atmosfera que ocurre durante esta industria, pueden demostrarse en el siguiente cuadro:
También es importante mencionar las nuevas normas que aplican a la nutrición y el manejo de rumiantes en operaciones CAFO y con el fin de minimizar la producción de metano por el rebano.
La ciencia en Nutrición de Rumiantes y el mejor entendimiento en la bioquímica del rumen, nos está permitiendo el empleo de mayores cantidades de forrajes en dietas de vacas lecheras en alta producción. El manejo moderno de cosechas desde siembra a cosecha -el día optimo-, en que ese forraje contiene la composición química ideal en nutrientes para ser segado.
Resumiendo.
- El inicio de la era industrial en Europa cambio drásticamente los niveles en emisión de gases invernadero, entre ellos gas metano. Aunque en volumen es un menor constituyente, sus características físico-químicas le dan un valor significante como un agente reactivo 80 veces más potente que el CO2.
- Este incremento en gases invernadero ocurrido durante los últimos 200 años, desencadeno los eventos tan experimentados por todos aquellos que hoy sobrevivimos en este planeta, y que son atribuidos a “un calentamiento del mismo”, aproximadamente los 5 kilómetros que están sobre nuestras cabezas. Las generaciones jóvenes no han experimentado este cambio “meteorológico”, porque ellos nacieron durante el mismo, pero aquellas generaciones mayores en edad, si las reconocen. Para aquellos escépticos siempre existen las estadísticas y se les aconseja cerciorarse de cualquier sospecha visitando las librerías públicas de su país.
- Mientras estamos pensando, el gas metano (CH4) producido diariamente durante el deshielo que está ocurriendo en las tundras y permafrost del hemisferio norte, nos presenta la realidad en que hoy vivimos y hasta donde es posible recuperación-si es que existe esa posibilidad-, nos presenta con el siguiente “ciclo vicioso”, en donde el calentamiento del planeta causado por el fenómeno de invernadero (a partir de la “era industrial”, provoca el deshielo y liberación de más metano o gas natural en la atmosfera, reactivando el sistema.
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