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Sistema Integrado de Recirculación Acuícola

Sistema Integrado de Recirculación Acuícola apoyado por energía solar como alternativa de economía circular para comunidades resilientes en zonas áridas/semiáridas del sur de Sudamérica: Un caso de estudio en el pueblo de Camarones

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En la economía circular, los recursos, la energía y los materiales del sistema se reutilizan varias veces, considerando un procesamiento mínimo para cada uso posterior, a través de un circuito cerrado. Este trabajo demuestra que combinando el sistema de recirculación acuática, el tratamiento solar del agua y el sistema del plan fotovoltaico, es posible apoyar la sostenibilidad del pueblo de Camarones, al norte de Chile.

El pescado es una fuente esencial de alimento para 3,000 millones de personas en el mundo, constituyendo al menos el 50% de las proteínas animales y minerales esenciales que consumen 400 millones de personas en los países más pobres.

“La cría de peces en estanques de agua dulce juega un papel importante en la producción acuícola, la cual alcanzó 47.5 millones de toneladas de pescado en 2016.”

Tomando en consideración que el desarrollo sostenible no puede lograrse sin medios de vida resilientes, elegimos como ejemplo la localidad de Camarones, un pueblo de la Región de Arica y Parinacota en el norte de Chile.

Este pueblo, de clima desértico interior, se encuentra a más de 1,000 m sobre el nivel del mar, sin influencia oceánica costera.

Sistema Integrado de Recirculación Acuícola

Además, el Valle de Camarones se caracteriza por ser árido, con una nula pluviometría anual y con temperaturas medias de 18 °C. Los días son mayoritariamente de cielo despejado, y más secos que el clima del desierto costero, con una humedad relativa media del 50%.

“En este lugar, se instaló un sistema piloto a escala impulsado con energía solar para la cría de camarones de río (Cryphiops caementarius), empleando tecnología de tratamiento solar del agua, con el fin de reducir el contenido de arsénico en las aguas naturales del río Camarones.”

Tomando en cuenta todas las partes del problema, para implementar la solución, se considera un concepto de economía circular para asegurar la sostenibilidad.

Implementación

El mayor potencial de la zona de Camarones es su radiación solar media de 2,957 kWh m2 año2, lo que representa una oportunidad para utilizar la energía solar en diferentes aplicaciones, como la fotovoltaica, las tecnologías termosolares y los tratamientos solares del agua, entre otros.

“En comparación con los cultivos terrestres y la producción animal, los peces son bastante sensibles a los contaminantes del agua.”

En la actualidad, las enfermedades recurrentes en la acuicultura y los efectos climáticos han llamado la atención de la industria acuícola, para implementar sistemas integrales de recirculación acuícola (IARS, por sus siglas en inglés) en tierra como alternativa a los sistemas tradicionales de cultivo en estanques abiertos y jaulas.

En el IARS, el alimento de los peces es prácticamente la única fuente de sólidos de carbono y nitrógeno, que son las principales fuentes de contaminación. Se calcula que, en peso, la cantidad de sólidos producidos en uno de estos sistemas representa aproximadamente el 30-60% del alimento para peces aplicado.

“Tales alimentos contienen entre un 25 y un 65% de proteínas, al igual que los destinados a camarones, lo que corresponde a un 4.1-10.7% de nitrógeno orgánico. Solo un 20-30% del nitrógeno del alimento aplicado es retenido por los peces, mientras el resto se excreta en el agua.”

Por lo tanto, se estima que cerca del 75% del nitrógeno proteico de los peces se libera en el agua, con una parte importante compuesta por nitrógeno amoniacal total. El amoníaco es tóxico para muchos peces, incluso en bajas concentraciones.

Especies de acuicultura

Trucha arco iris

La trucha arco iris (Oncorhynchus mykiss) es un pez resistente, de rápido crecimiento, fácil de desovar, tolerante a una amplia gama de ambientes y manipulaciones, de carne blanda y muy versátil. La calidad del agua para su cría viene dada por el conjunto de propiedades físicas, químicas y biológicas, como se observa en la Tabla 1.

Sistema Integrado de Recirculación Acuícola

Cabe mencionar que el monitoreo de los parámetros de calidad del agua de la producción de trucha fue optimizado en un trabajo previo del Fondo de Innovación para la Competitividad Regional.

Otro parámetro a considerar es la alimentación, la cual debe ser palatable y contener todos los elementos necesarios para asegurar una óptima calidad de la carne de los ejemplares, siendo las proteínas (con al menos 10 aminoácidos esenciales) y los ácidos grasos esenciales indispensables para la construcción de tejidos y energía para los peces.

Camarón de río

Los camarones de río viven en sectores de fondo rocoso. Durante el día permanecen ocultos entre la vegetación costera, sumergidos o bajo las rocas del fondo del río, siendo su actividad preferentemente nocturna.

La mayor concentración de larvas se encuentra en las desembocaduras de los ríos, debido a una afinidad positiva a la salinidad; subiendo después más arriba del río. Cabe mencionar que la calidad del agua para la producción del camarón de río también es importante.

La Tabla 2 muestra las principales propiedades físicas y químicas que debe cumplir un cuerpo de agua.

Sistema Integrado de Recirculación Acuícola

El Sistema Integrado de Recirculación Acuícola

El IARS fue diseñado, construido e implementado en un periodo de 3 años, entre enero de 2018 y septiembre de 2020, incluyendo la etapa de co-construcción, la cual fue de gran relevancia para incorporar aspectos como la relación camarón-pez.

Además, se realizó el acondicionamiento del terreno, planimetría, obras civiles e instalación de tres componentes principales, que se detallan a continuación:

Componente 1: Planta de Tratamiento de Agua Solar

La localidad de Camarones se caracteriza por tener aguas naturales (superficiales y subterráneas) con altos niveles de arsénico. Por lo tanto, se diseñó e implementó la planta de tratamiento solar de agua considerando las características del sector relacionadas con la calidad del agua, la radiación solar, entre otras.

A través de esta planta y con el apoyo de la radiación solar, es posible alcanzar concentraciones de arsénico entre 0.03 y 0.05 mg L-1, eliminando el 95% del arsénico presente en las aguas naturales del río Camarones.

Componente 2: Sistema de Recirculación Acuícola

Es un sistema de recirculación acuícola terrestre, donde se reutiliza parcialmente el agua y se logra el cultivo simultáneo de camarón y trucha, proporcionando un medio de cultivo estable, el cual debe ser manejado de manera integral.

“Entre todas las ventajas que ofrece este tipo de sistemas, la principal es la reducción del consumo de agua, y, para esta iniciativa, se consideró una renovación del sistema entre 5 y 10% de todo el volumen de cultivo por día.”

Por otro lado, estos sistemas permiten mejores oportunidades en gestión de residuos, reciclaje de nutrientes, gestión higiénica de las enfermedades y un mayor control de la contaminación biológica. Además, se puede optar por una mayor variedad de cultivo de especies hidrobiológicas, considerando la producción de alevines hasta su engorde.

Componente 3: Planta Fotovoltaica

Para el funcionamiento de un sistema de recirculación acuícola y una planta de tratamiento de agua solar, se instaló una planta fotovoltaica que suministra la energía eléctrica necesaria para la operación y funcionamiento de los diferentes equipos de un sistema integrado de recirculación acuícola.

Además, se consideró un grupo electrógeno como respaldo en situaciones de emergencia.

Economía circular

En la economía circular, los recursos, la energía y los materiales del sistema se reutilizan varias veces, considerando un procesamiento mínimo para cada uso posterior, a través de un circuito cerrado.

La Figura 1 muestra el sistema implementado, que a través de los tres componentes principales (planta de tratamiento de agua solar, sistema de recirculación acuática y fotovoltaico), considerando los principios de la economía circular, puede aspirar a la sostenibilidad.

Sistema Integrado de Recirculación Acuícola

Para aspirar a un desarrollo sostenible a través de un modelo de economía circular, es necesario tomar en cuenta que el funcionamiento de la planta del IARS generará un residuo líquido de sales en solución acuosa y lodos a través del tratamiento solar del agua y del sistema de recirculación acuática.

Estos residuos se eliminarán en piscinas de desecación de residuos líquidos, por lo que la decantación del líquido sobrenadante se utilizará para el riego de las zonas verdes de la propia planta, especies halófilas resistentes a los residuos salinos.

“Por otro lado, los lodos resultantes de los sistemas de acuicultura producidos por las heces y los restos de comida tienen mayor contenido de carbono (C), nitrógeno (N) y fósforo (P) que los sedimentos naturales, nutrientes que se utilizarán como abono vegetal.”

Las especies vegetales a cultivar son típicas de la zona, como zanahoria, cebolla, ajo y alfalfa, entre otras.

Este estudio considera un enfoque de economía circular, para gestionar los residuos generados por el IARS, cuyos residuos pueden ser valorizados a través de productos agrícolas y ahorros en el consumo de agua.

Además, mediante la instalación e implementación del sistema se contribuye a reducir la sobreexplotación de la acuicultura en tierra y a promover un uso más sostenible de los recursos acuáticos, ya que se genera una gestión sostenible del recurso camarón de río, al restaurar las especies extraídas del río.

Discusión y conclusiones

Este trabajo combina tres componentes principales, el sistema de recirculación acuática, el tratamiento solar del agua y el sistema del plan fotovoltaico, que conforman un sistema integrado que apoya la sostenibilidad del pueblo de Camarones.

“Esta iniciativa fomenta la mitigación de los impactos ambientales, considerando la reducción de los gases de efecto invernadero, la reutilización de los residuos líquidos, y los lodos para el riego y fertilizantes.”

Además, es posible pensar en la adopción de los principios de la economía circular en la planta del sistema integrado de recirculación acuícola.

Permite la obtención simultánea de plantas halófilas y especies forrajeras ornamentales que apoyarían la preservación del ecosistema natural del sector, la obtención de nutrientes, y sirve como fuente de nitrógeno y fósforo para los cultivos agrícolas, representando una alternativa para la disposición final de estos residuos.

Esta es una versión resumida desarrollada por el equipo editorial de Panorama Acuícola Magazine del artículo “INTEGRATED AQUACULTURE RECIRCULATION SYSTEM (IARS) SUPPORTED BY SOLAR ENERGY AS A CIRCULAR ECONOMY ALTERNATIVE FOR RESILIENT COMMUNITIES IN ARID/SEMI-ARID ZONES IN SOUTHERN SOUTH AMERICA:A CASE STUDY IN THE CAMARONES TOWN” escrito por LORENA CORNEJO-PONCE – Universidad de Tarapacá, Arica, Chile, PATRICIA VILCA-SALINAS Universidad de Tarapacá, Arica, Chile, HUGO LIENQUEO-ABURTO – Universidad de Tarapacá, Arica, Chile, MARÍA J. ARENAS – Universidad de Tarapacá, Arica, Chile, RENZO PEPE-VICTORIANO Universidad Arturo Prat, Arica, Chile, EDWARD CARPIO – Universidad Nacional de Ingeniería, y JUAN RODRÍGUEZ – Universidad Nacional de Ingeniería.
La versión original fue publicada en DICIEMBRE de 2020 en WATER.
Se puede acceder a la versión completa a través de doi:10.3390/w12123469

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