DA #4-4: CARACTERIZACIÓN DE LA MO

 

MATERIA ORGÁNICA
Caracterización

Y llegamos a la demostración de algo que mencioné en el DA #4 con la imagen del cuadro en la pared:  

Para cumplir con esta evaluación crítica de viabilidad, el conocimiento a nivel sistema lo obtenés mediante un proceso iterativo entre la Entrada y la Salida, donde tanto un parámetro como el otro deberán satisfacer, no solo los requerimientos de “cantidad”, sino también de “calidad”.

En el caso de la AD se trata de caracterizar la biomasa disponible de acuerdo a sus fuentes, ya que:

Sí, sí, la tecnología utilizada juega un rol MUY importante, es cierto, pero NO en sí misma. No hacemos nada si tenemos un Aston Martin y usamos nafta adulterada o no le cambiamos el.

Si lográs un adecuado y eficiente tratamiento de los μOs a nivel nutritivo en el digestor vas a obtener la máxima conversión posible a CH₄ para ese sustrato (Amon et al. 2007). Enfocando en este punto al recurso biomásico, el desarrollo del proceso se ve fuertemente afectado por el tipo, disponibilidad y complejidad del sustrato (Ghaniyari-Benis et al., 2009; Zhao et al., 2010) ya que la composición del mismo impacta en la sustentabilidad de los diferentes consorcios de μOs que se activan a medida que avanza el proceso, principalmente, a través de las fuentes de C y N.

Previo al comienzo de un proceso DA tenés que caracterizar el sustrato por su composición de CHs, lípidos, proteinas y fibras (Lesteur et al., 2010).

CARACTERIZACIÓN DE MPs

 

Resulta casi imposible idear una formula o método práctico para determinar cantidad y calidad de nutrientes de una MP como sustrato, sin embargo, es FUNDAMENTAL cuantificarlas dado que contienen información sumamente útil para darle dimensión al proceso de DA. Durante éste, solo la fracción orgánica de la MP es digerida (transformada) por los consorcios de μOs, el resto sufre diferentes grados de conversión, se acumula y se transforma en “digerido”. La caracterización de la MP, entre las que se encuentra su grado de digestibilidad, se realiza actualmente mediante métodos derivados del método Loss On Ignition (LOI).

LOI

La técnica LOI data de mediados de los 40 como standard de análisis cuantitativo inorgánico para determinar la cantidad de CO₂ en rocas carbonatadas (Kolthoff 1.946). Ya en los 70 este método se modificó para trabajar de manera precisa y con materiales de laboratorio, integrando la cuantificación de MO de una muestra (Dean 1974, 1999; Korsman 1999; Dodson and Ramrath 2001; Heiri 2001; Boyle 2001, 2004; Bendell-Young 2002; and Beaudoin 2003).

Mediante análisis por Differential Thermal Analysis (DTA) se vio que,

La mayoría de los minerales carbonatados de la muestra se destruyen a temperaturas mayores (850°C). Basados en esta teoría se han ensayado varios métodos para cuantificar el C orgánico de una muestra, desprendiéndose de éstos el principio de la Pérdida de Peso por Incineración.

Procedimiento LOI

LOI 105: colocás la muestra en una vasija precalentada y la introducís en un horno a 105°C durante 24hs. Luego la dejás enfriar en un disecador hasta que llega a Tamb y la pesás. Así determinás el Peso Seco o materia seca (MS) de la muestra, habiendo eliminado el agua libre y absorbida, que será la base de los demás cálculos en la metodología LOI.

LOI 550 Luego colocás la vasija con la MS en un horno a 550°C durante 4-5hs donde se calcina toda la MO contenida en la muestra. La dejás enfriar nuevamente en un disecador hasta que llega a Tamb y la pesás. A esta T, la MO se oxida y se convierte en CO₂ y H₂O, mientras que los componentes inorgánicos (minerales) permanecen inalterados.

Ambos valores los calculás como porcentaje de la pérdida de peso

Volatilización de MI: Ciertos compuestos inorgánicos, como carbonatos (CaCO₃ o MgCO₃) se pueden descomponer a T ≈ 550°C liberando CO₂ y contribuyendo a la pérdida de peso, y no podés identificar MO de MI volatilizada.

Carbonización incompleta: Si no preparás bien la muestra o no le das el tiempo de ignición suficiente, parte de la MO puede no quemarse completamente.

Actualmente, para caracterizar la MP en su valor potencial como fuente de energía para la DA se utiliza un grupo de parámetros derivados de la metodología LOI y adaptados según las recomendaciones del Standard Methods:

ALGUNAS FOTOS MÍAS

SÓLIDOS TOTALES (TS):

Tomás una muestra entre 25 y 50gr del sustrato a caracterizar denominada Materia Fresca (MF) y le hacés un LOI₁₀₅, conformando la MS. Si relacionás su peso con el de la MF llegás a un porcentaje denominado TS (ecuación LOI₁₀₅%)

El aporte de energía térmica transferido a la MF evapora casi toda la humedad original dejando a la MS con MO digerible o biodegradable y materia indigerible, dentro de la cual hay MO no biodegradable y materia inorgánica (MI).

  

Toda el H₂O ocluida se volatilizará, pero …. podés perder una cierta cantidad de MO sin llegar a destruirse completamente. Por lo tanto, si bien este es un método muy aproximado a lo real, podés concluir que NO es exacto NI infalible.

SÓLIDOS VOLÁTILES (VS):

Estamos llegando al centro de la cuestión: para valorar una MP como sustrato de DA tenés que dimensionar en principio cuánto de ella digerirán los μOs. Como resultado de utilizar la metodología LOI₅₅₀, obtenés la fracción orgánica de la muestra en cuestión lo que se considera la parte “digerible” de la MS a ser metabolizada en gas y se la denomina VS.

Este parámetro se utiliza comúnmente como indicador del potencial de producción de CH4 por vía biológica en un proceso DA y es muy aproximado a la realidad, pero andá con cuidado, hay que hacer algunas aclaraciones porque este valor puede alejarse de la experiencia práctica.

Y en este punto tenemos que integrar todo lo que venimos hablando acerca de la composición de las MPV y MPA para uso en DA.

Porque la composición de los VS de cada MP no es uniforme, vas a tener componentes orgánicos de degradación rápida: CHs, proteínas y lípidos; y otros más refractarios al ataque de los μOs: materiales lignocelulósicos, lipopolisacáridos complejos y proteínas estructurales.

Así es que, si bien cuando aplicás LOI₅₅₀ la tasa de volatilización es prácticamente uniforme para todos los VS, no lo será la digestibilidad de los mismos durante el proceso de DA. Ciertos compuestos que no han podido ser degradados durante el rumen del animal, es poco probable que sean completamente digeridos durante la DA.

Además de todo esto, tenés que tener en cuenta lo que mencionamos en el método LOI₅₅₀: no distingue precisamente entre MO y MI, por lo tanto:

SÓLIDOS FIJOS (FS):

Los sólidos fijos son la fracción que te queda después de la ignición en la mufla.

Y se calcula:

por lo tanto:

SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (TSS):

Esta es la técnica común en laboratorios ambientales para medir la cantidad de material sólido en suspensión en una muestra líquida puesto que estos sólidos son indicadores de contaminación física o sedimentación en cuerpos de agua.

Usás un filtro con porosidad de 0.45 µm o equivalente para filtrar una cantidad conocida de muestra líquida y luego le hacés un LOI₁₀₅ al filtro con los sólidos.

Si necesitás diferenciar entre FS y VS, hacés un LOI₅₅₀ al filtro con los sólidos.

SÓLIDOS DISUELTOS TOTALES (TDS):

Son el residuo que te queda si evaporás y secás a 180°C una muestra de H₂O filtrada mediante filtros con porosidad de 0.45 µm. Es la técnica común en laboratorios ambientales para para determinar la cantidad de sólidos disueltos en una muestra líquida y con este parámetro medís principalmente sales, minerales y MO disuelta en el sustrato.

Y paramos acá, lo que sigue es la caracterización de los dos compuestos principales de la MO que son el C y el N y la relación entre ellos en el proceso de DA y eso lo voy a desarrollar en un artículo particular.