El Instituto Fraunhofer IGB muestra en Alemania procesos piloto para recuperar nitrógeno y fósforo desde estiércol líquido, digestato y aguas residuales
Redactor: Luis Ortega
Editor: Eduardo Schmitz
El encarecimiento de los fertilizantes minerales está acelerando la búsqueda de alternativas capaces de reducir la dependencia de combustibles fósiles y de cadenas internacionales vulnerables. En Alemania, el Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB trabaja en métodos de producción basados en la recuperación de nutrientes desde corrientes residuales disponibles localmente, como estiércol líquido, digestato de plantas de biogás y aguas residuales municipales.
La propuesta no se limita a una idea de laboratorio. Investigadores de Fraunhofer IGB han desarrollado distintos procesos y los han demostrado a escala piloto para transformar residuos ricos en nutrientes en fertilizantes de uso directo. La institución presentará estos avances en IFAT, en Múnich, del 4 al 7 de mayo, con el objetivo de mostrar que el nitrógeno y el fósforo pueden reciclarse sin depender exclusivamente de materias primas fósiles.
El contexto económico y geopolítico pesa en esta búsqueda. Los fertilizantes sintéticos nitrogenados, como el amoníaco y la urea producida a partir de él, se fabrican con gas natural mediante procesos que convierten el nitrógeno molecular de la atmósfera en amoníaco bajo alta presión y altas temperaturas. Además, cerca del 30% de los fertilizantes minerales nitrogenados y fosforados comercializados en el mundo pasan por el estrecho de Ormuz, lo que expone al mercado agrícola a tensiones logísticas y aumentos de costos.
Residuos agrícolas y urbanos como fuente de nutrientes
El planteamiento de Fraunhofer IGB parte de un dato clave: los nutrientes ya existen en grandes cantidades dentro de los propios sistemas agrícolas y urbanos. El estiércol líquido procedente de la ganadería, el digestato generado en plantas de biogás y las aguas residuales municipales contienen nitrógeno y fósforo que pueden ser recuperados y reutilizados.
La Dra. Brigitte Kempter-Regel, responsable de Desarrollo de Negocio en la división Greentech Solutions de Fraunhofer IGB, explicó que solo en la ganadería se excretan cada año en la Unión Europea cantidades de nitrógeno y fósforo suficientes para cubrir la demanda europea de fertilizantes minerales. El problema no es la ausencia de nutrientes, sino la forma en que se encuentran, su alto contenido de agua y las dificultades para transportarlos o aplicarlos sin causar impactos ambientales.
En zonas con ganadería intensiva o alta densidad de plantas de biogás, el estiércol y el digestato pueden dejar de ser una solución directa para el campo. Aunque son fertilizantes agrícolas valiosos, su aplicación excesiva puede sobrecargar los suelos y aumentar la contaminación de aguas subterráneas y superficiales. A esto se suma que estos materiales contienen entre 80% y 90% de agua, lo que vuelve poco práctico su transporte a largas distancias.
La relación causa y resultado es clara: cuando los nutrientes permanecen diluidos en grandes volúmenes de residuos húmedos, su manejo se vuelve costoso y ambientalmente riesgoso; al recuperarlos y concentrarlos mediante procesos técnicos, pueden convertirse en productos transportables, almacenables y utilizables como fertilizantes.
Del estiércol y el digestato a fertilizantes y acondicionadores de suelo
Uno de los desarrollos centrales de Fraunhofer IGB se realizó junto con socios del proyecto BioEcoSIM. En ese marco se implementó un proceso multietapa en una planta piloto para procesar estiércol líquido y digestato y convertirlos en fertilizante de amonio, fertilizante fosforado y acondicionadores orgánicos del suelo.
El procedimiento comienza con la acidificación del estiércol o del digestato para disolver completamente el fósforo en la fase acuosa. Luego, mediante una filtración en varias etapas, el material se separa en una fracción líquida y una fracción sólida. Desde la fase líquida, que contiene nutrientes inorgánicos disueltos, el fósforo se precipita primero en forma de sales de fosfato.
En una segunda etapa, el nitrógeno disuelto se recupera y se separa como una solución de sulfato de amonio mediante absorción por membrana. De esta manera, dos nutrientes esenciales para la producción agrícola pueden pasar de un residuo de manejo complejo a productos con uso fertilizante directo.
La fracción sólida deshidratada también tiene aprovechamiento. Puede compostarse o secarse, y al procesarse como acondicionador orgánico compacto del suelo puede compensar la pérdida de materia orgánica y utilizarse como sustituto de la turba. El agua resultante del proceso también puede reutilizarse, por ejemplo, para riego o como agua de enjuague.
Fraunhofer IGB plantea incluso la integración de una planta de biogás antes del proceso, con el fin de generar energía y mejorar la eficiencia económica. Esta integración también permite metabolizar y reducir sustancias intensivas en olor presentes en el estiércol crudo.
Modelos para medir la viabilidad económica
El trabajo no se ha limitado al diseño técnico. Michael Bohn, investigador que continúa desarrollando el proceso de recuperación de nutrientes en Fraunhofer IGB, explicó que en un proyecto actual se estableció un modelo matemático para el proceso BioEcoSIM con una planta de biogás previa. Ese modelo fue calibrado con datos de medición correspondientes a las distintas etapas del proceso.
Esta herramienta permite prever la eficiencia económica bajo diferentes condiciones. El precio de los fertilizantes sintéticos es uno de los factores que modifica de inmediato la rentabilidad del sistema. Cuando los fertilizantes minerales suben, las tecnologías que recuperan nutrientes locales ganan atractivo para agricultores, plantas de biogás y operadores de tratamiento de aguas.
La importancia práctica está en que el productor no solo recupera nutrientes. También obtiene materiales que pueden almacenarse y transportarse con mayor facilidad, además de residuos de estiércol pobres en nutrientes que resultan más sencillos de aplicar sin agravar problemas de sobrecarga en el suelo.
Recuperación de nitrógeno y fósforo en aguas residuales
El enfoque también se aplicó al tratamiento de aguas residuales. El proceso de absorción por membrana usado para producir sulfato de amonio a partir de estiércol y digestato fue demostrado en plantas de tratamiento, más recientemente dentro del proyecto RoKKa, financiado por el Ministerio de Medio Ambiente, Protección del Clima y Sector Energético de Baden-Württemberg y por la Unión Europea.
En ese proyecto, la concentración de amonio en el filtrado procedente de la deshidratación de lodos se redujo en 90%. Las mediciones también mostraron que la recuperación de amonio se tradujo en menores emisiones de óxido nitroso.
Este punto es relevante porque los tratamientos convencionales de aguas residuales suelen eliminar nutrientes para cumplir límites regulatorios y evitar la eutrofización de cuerpos de agua, pero no siempre los recuperan como recursos útiles. En muchos casos, los fosfatos se precipitan como sales de aluminio o hierro no biodisponibles, mientras que el nitrógeno amoniacal se transforma biológicamente en nitrógeno molecular que se libera al aire. Ese tratamiento requiere aireación intensa, con alto consumo energético, y puede liberar óxido nitroso, un gas con un efecto climático 265 veces mayor que el dióxido de carbono.
En RoKKa, el proceso de membrana se utilizó después del módulo ePhos, también desarrollado por Fraunhofer IGB. Bohn explicó que en este sistema el fósforo se precipita de forma puramente electroquímica, sin añadir productos químicos, como fosfato de magnesio y amonio, un fertilizante fosforado de liberación prolongada conocido como estruvita. El magnesio necesario se incorpora mediante una celda de electrólisis con un ánodo de magnesio sacrificial, que se consume durante el proceso.
Seguridad de suministro, agua y clima
La recuperación regional de nutrientes aparece como una respuesta técnica a varios problemas simultáneos. Reduce la dependencia de cadenas internacionales de suministro, aprovecha materiales disponibles localmente y disminuye la presión sobre plantas de tratamiento, explotaciones ganaderas y plantas de biogás.
Kempter-Regel defendió que las aguas residuales, el estiércol agrícola y el digestato son recursos fiables porque se generan en el propio territorio. Su aprovechamiento puede fortalecer la economía local y reducir la exposición del sector agrícola a interrupciones externas.
El beneficio ambiental también es directo. Al recuperar nutrientes, se reducen las cargas que llegan a plantas de tratamiento y cuerpos de agua. Además, se generan corrientes de agua con menos nutrientes que pueden reutilizarse, lo que contribuye a disminuir el consumo de agua dulce. Al mismo tiempo, el proceso permite ahorrar energía fósil y reducir emisiones de óxido nitroso.
Nuevos modelos para agricultores y plantas de tratamiento
La tecnología descentralizada para valorizar estiércol y digestato despierta interés en el sector agrícola. Fraunhofer IGB considera posibles distintos modelos de negocio: desde grandes empresas operadoras de instalaciones de reciclaje hasta cooperativas de agricultores interesadas en transformar sus propios residuos en productos útiles.
Para los productores, el atractivo no se limita a sustituir fertilizantes comprados. También pueden disminuir costos de eliminación, generar productos comercializables y manejar con mayor flexibilidad los residuos pobres en nutrientes. Para las plantas de tratamiento de aguas residuales, la recuperación de nutrientes abre la posibilidad de convertirse en actores de una cadena de producción de fertilizantes, en alianza con la industria.
La propuesta que Fraunhofer IGB llevará a IFAT en Múnich apunta a un cambio de enfoque: dejar de tratar ciertos residuos agrícolas y urbanos solo como un problema de eliminación y comenzar a verlos como fuentes locales de fertilidad. En un escenario de fertilizantes minerales más caros y mayor presión ambiental, recuperar nitrógeno y fósforo desde corrientes residuales puede convertirse en una herramienta concreta para la agricultura, el agua y el clima.
Referencias
Phys.org. Fertilizer can be made from local resources instead of fossil fuels.
https://phys.org/news/2026-04-fertilizer-local-resources-fossil-fuels.html
