Todo agricultor y horticultor sabe que el humus es bueno para el crecimiento de las plantas. Pero ¿por qué? El humus contiene sustancias húmicas, que tienen numerosas ventajas para el suelo.
por Jessica Lietze, Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie eV (ATB)
En concreto, el suelo fértil contiene alrededor de un 3 % de ácidos húmicos, mientras que la turba contiene entre un 3 % y un 10 %.
Las ventajas de las sustancias húmicas son que fijan la humedad y los minerales beneficiosos en el suelo, lo que promueve un ecosistema saludable para los microorganismos que convierten la biomasa en bioestimulantes ricos en nutrientes para apoyar el crecimiento de las plantas. Los agricultores necesitan regar y fertilizar menos, y el suelo se recupera por sí solo en unos pocos años. Las sustancias húmicas también actúan como un amortiguador del pH, y el nitrógeno, por ejemplo de los fertilizantes, tiende a permanecer en el suelo, lo que protege las aguas subterráneas.
Las sustancias húmicas se encuentran en la naturaleza y se forman a lo largo de muchos años mediante procesos biológicos, liberando muchos gases de efecto invernadero. El ejemplo más conocido de esto es el compostaje. Las sustancias húmicas se encuentran en grandes cantidades en el lignito blando. Está compuesto por aproximadamente un 85% de sustancias húmicas y es un precursor del lignito.
En las últimas décadas, numerosas empresas se han especializado en la extracción compleja y el procesamiento cuidadoso de sustancias húmicas para ponerlas a disposición, por ejemplo, de la agricultura. Sin embargo, estos recursos son finitos y la extracción de carbón y su utilización se consideran perjudiciales para el medio ambiente y el clima.
Por eso, ATB apuesta por un proceso hidrotermal. Y lo consigue con un éxito rotundo. El Dr. Nader Marzban, investigador postdoctoral de ATB y experto en biocarbón y sustancias húmicas, lo explica así: «Lo que la naturaleza puede hacer en años con la ayuda de microorganismos, nosotros lo podemos hacer en minutos u horas con un proceso controlable con calor, presión y agua. En la agricultura, pero también en la conservación del paisaje o en los hogares privados, se producen muchos residuos orgánicos.
«Hemos podido demostrar que muchos de ellos son ideales para la humificación. En un reactor de alta presión, mezclamos la biomasa con agua en una proporción aproximada de 0,1 a 0,4. A continuación, los componentes de fibra, celulosa, hemicelulosa y lignina se descomponen a alta presión (entre 6 y 60 bares) y a alta temperatura (entre 160 °C y 240 °C). Dependiendo del valor de pH y de la temperatura en el reactor, obtenemos más hidrocarbón o ácido húmico artificial. Ambos son sólidos cuyo color varía entre marrón y negro».
La carbonización en seco, también llamada pirólisis, se utiliza desde hace siglos en la producción de carbón vegetal. En cambio, la conversión hidrotermal, en particular la humificación hidrotermal, es todavía muy reciente. Sin embargo, la investigación y su aplicación práctica están cobrando impulso actualmente. Muchos parámetros aún no están claros. «En ATB hemos realizado trabajos pioneros en los últimos años. Sólo un puñado de institutos de investigación en todo el mundo han estudiado en profundidad este tipo de producción húmica», afirma el Dr. Marzban.
A finales de 2023, Marzban defendió su tesis doctoral «De la carbonización hidrotermal a la humificación hidrotermal de la biomasa: el papel de las condiciones del proceso» con la máxima calificación (suma cum laude). Poco después, él y sus colegas de Alemania e Irán publicaron dos artículos en la revista Biofuel Research Journal .
«En cuanto al contenido, nosotros, colegas de institutos de investigación seleccionados de todo el mundo, nos preguntamos: ¿Qué materiales de biomasa de partida se pueden humificar artificialmente? ¿Qué parámetros del proceso tienen el efecto más significativo en la producción de sustancias húmicas? ¿Cómo podemos diseñar las características de nuestros productos?
«Por supuesto, además del impacto agrícola, nos preguntamos por el impacto medioambiental. ¿Cuánto carbono podemos almacenar de forma permanente en el suelo si añadimos sustancias húmicas? Y, por último, ¿qué éxito podemos conseguir? Un nuevo tipo de microfertilizante a base de sustancias húmicas es uno de nuestros puntos de partida.
«Los resultados iniciales mostraron que agregar sólo un 0,01% de productos de humificación hidrotermal al suelo podría aumentar significativamente el índice de germinación y ayudar a las plantas a absorber más nutrientes, como el fósforo.
«Un proyecto en el histórico parque de Sanssouci, en Potsdam, Alemania, es también especialmente ilustrativo. Los árboles viejos que allí se encuentran han sufrido años de sequía, han perdido vitalidad y se han vuelto vulnerables a las enfermedades. Los administradores del parque están haciendo grandes esfuerzos para preservar los árboles.
«En un proyecto conjunto con el Instituto Max Planck de Coloides e Interfases, el profesor Markus Antonietti y la Fundación de Palacios y Jardines de Prusia, intentamos salvar un haya de entre 150 y 160 años. Para ello, producimos sustancias húmicas artificiales y las aplicamos al suelo alrededor del árbol. La primera aplicación se realizó en 2022 y los primeros resultados son impresionantes. El haya se comporta muy bien en comparación con los árboles no tratados. Por supuesto, estamos realizando ensayos paralelos en unos 100 árboles pequeños para verificar los resultados», dice el Dr. Marzban.
Actualmente está trabajando en varias propuestas de proyectos para seguir avanzando en su investigación y aprovechar el gran potencial de esta tecnología, incluido un artículo reciente publicado en Biochar . «La humificación hidrotermal también puede facilitar otros procesos. En ATB, por ejemplo, utilizamos procesos de bioconversión para producir ácido láctico y succínico de alta calidad o la fuente de energía biogás con la ayuda de microorganismos. La humificación nos permite valorizar completamente los materiales residuales.
«En la producción de biogás, por ejemplo, los carbohidratos son difíciles de descomponer y la lignina inhibe el proceso. Sin embargo, si añadimos humificación artificial, podemos humificar hasta el 37% de la materia seca de los residuos de fermentación del biogás. Esto produce subproductos como compuestos orgánicos solubles en el líquido de proceso. Si los añadimos de nuevo al proceso anaeróbico durante la producción de biogás, podemos duplicar el rendimiento de metano. Además, se produce un digestato rico en humus, que puede sustituir a los fertilizantes químicos como biofertilizante de liberación lenta».
Para el Dr. Marzban, la viabilidad futura de este proceso es evidente: «Cerramos ciclos y reemplazamos recursos fósiles en línea con una bioeconomía sostenible y circular. Si nos aseguramos de que nuestros ácidos húmicos no sean en absoluto inferiores a los depósitos naturales en términos de calidad y beneficios -y podemos demostrarlo- tenemos un proceso rápido y controlable que utiliza materias primas renovables y permite un uso en cascada, es decir, en varias etapas, de esta biomasa».
«Creo que la humificación hidrotermal contribuirá significativamente a la bioeconomía a través de la gestión integrada de residuos y la transformación sostenible de la agricultura. Al integrar la humificación hidrotermal en las biorrefinerías, los residuos sólidos y líquidos pueden convertirse en sustancias húmicas, lo que impulsará los esfuerzos de cero residuos y capturará carbono en el suelo», resume el Dr. Marzban.
Más información: Mona Ghaslani et al, Humificación hidrotermal y carbonización de pulpa de remolacha azucarera asistida con cal: revelando el rendimiento, la calidad y la fitotoxicidad de los productos, Biofuel Research Journal (2024). DOI: 10.18331/BRJ2024.11.1.4
Alexander Volikov et al., Sustancias húmicas artificiales como portadores sostenibles de manganeso: desarrollo de un nuevo microfertilizante de base biológica, Biofuel Research Journal (2024). DOI: 10.18331/BRJ2024.11.1.3
Nader Marzban et al., Maximización del valor de los productos líquidos y minimización de la pérdida de carbono en el procesamiento hidrotermal de biomasa: una evolución de la carbonización a la humificación, Biochar (2024). DOI: 10.1007/s42773-024-00334-1
