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Sistemas de recirculación acuícola

El futuro de la producción intensiva de tilapia y la bioeconomía circular sin efluentes: tecnología biofloc, sistemas de recirculación acuícola, bio-RAS, sistemas acuícolas particionados y acuicultura multitrófica integrada

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AQUAMOL
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Por: El Equipo de Redacción de Panorama Acuícola Magazine

El cultivo moderno de tilapia con bajo uso de agua tiene como objetivo, al igual que en la bioeconomía circular, reducir los insumos y reutilizar totalmente los desechos y efluentes, cerrando flujos o vínculos de recursos económicos y ecológicos, y descentralizando los sistemas de producción (producción local y consumo local).

Los flujos de recursos en una economía circular pueden ayudar a reducir el uso de recursos cada vez más escasos, reducir la producción de residuos y limitar el consumo de energía. En un mundo con una demanda creciente de agua limpia y alimentos sanos, la economía en un modelo lineal ya no es adecuada, puesto que las sociedades modernas no pueden construir un futuro bajo un modelo de “tomar-usar-desechar”.

El movimiento hacia sistemas sostenibles, desde el punto de vista medioambiental, es necesario a través del pensamiento circular y del ciclo de vida para preservar nuestros recursos naturales finitos. El agua, en particular como recurso valioso, debe tratarse con respeto y gestionarse con métodos para reusarla y conservarla, poniendo en marcha los conceptos de bioeconomía circular.

Bioeconomía circular sin efluentes

La economía circular puede definirse como una estrategia de producción que pretende reducir los insumos, así como la producción de residuos, cerrando los flujos o vínculos de recursos económicos y ecológicos, descentralizando los sistemas de producción (producción y consumo locales) y cuestionando las herramientas de medición de los resultados económicos, así como el papel del dinero y las finanzas en la creación de capital económico natural y social.

El análisis de los flujos de recursos físicos es principalmente de dos tipos:

1) lineal, en el que se espera que los residuos biológicos (nutrientes) se reintroduzcan en la biosfera y

2) circular, en el que los residuos biológicos (nutrientes) se recirculan y se usan de nuevo en el sistema de producción, sin volver a la biosfera.

La acuicultura tradicional genera residuos que se depositan directamente en la naturaleza, aportando elevados niveles de nitrógeno y fósforo al medio natural. La reutilización parcial o total del agua de los cultivos acuáticos ha generado una serie de sistemas de recirculación acuícola (RAS, por sus siglas en inglés) en tierra, sin duda, la innovación más importante en acuicultura de las últimas décadas, al integrarse con sistemas complementarios, formando un sistema donante y receptor.

“La recirculación se basa en el movimiento del agua a través de varios compartimentos, tanques o estanques de diferentes tamaños.”

El agua pasa de un compartimento a otro y se reutiliza parcial o totalmente, dependiendo de la intensidad del cultivo, que va desde estanques más extensivos/semiintensivos a tanques intensivos/superintensivos.

El objetivo principal es mejorar la bioseguridad de los cultivos en lugares donde el agua escasea y/o la tierra es cara, ya que el mínimo intercambio de agua reduce la incidencia de enfermedades. La recirculación y reutilización del agua es la aplicación más clásica de la economía circular en la acuicultura.

Estas técnicas se despliegan en varios sistemas de acuicultura con posibilidades de “efluentes cero” (Figura 1), cuyo enfoque es mantener una calidad y niveles de agua estables, adecuados mediante el reciclaje de componentes nitrogenados y de carbono, llevado a cabo principalmente por bacterias específicas, que son estimuladas por el equilibrio/relación de carbono y nitrógeno (C:N) en el agua.

Sistemas de recirculación acuícola

Sistemas de recirculación acuícola

La tecnología de los sistemas de acuicultura por recirculación se ha desarrollado a lo largo de las últimas cinco décadas, siendo cada vez más popular y accesible, ya que las infraestructuras y los equipos disminuyen de precio de manera proporcional, mientras que los peces, la mano de obra y, en especial, los alimentos son más caros.

A pesar de las ventajas productivas y medioambientales, la reutilización y el mantenimiento de la calidad del agua, en particular en los RAS más intensivos, dependerán de una serie de estructuras y equipos que siguen siendo relativamente caros, como: sedimentadores, filtros mecánicos, filtros biológicos, lámparas ultravioletas (desinfección), bombas de agua, sopladores de aire, generador de energía, aireación de emergencia, generación de ozono, etc. (Figura 2).

Sistemas de recirculación acuícola

Además de las elevadas inversiones en estructuras y equipos, es necesario considerar los altos costos de explotación, como electricidad, mantenimiento y depreciación. Esto se compensa, en parte, con la flexibilidad para ubicar las instalaciones de producción cerca de los grandes mercados, la cosecha completa y cómoda, el control rápido y eficaz de las enfermedades.

Sistemas biofloc

Los bioflocs se componen de conjuntos de bacterias heterótrofas, nitrificantes y cianobacterias, así como de diversas algas y hongos. Por lo tanto, en comparación con los RAS más intensivos, no requiere estructuras de filtración y puede consistir simplemente en tanques y aireadores/bombas.

Las ventajas estructurales y operativas de una tecnología biofloc (BFT, por sus siglas en inglés) permiten el cultivo con elevadas cargas de sólidos en suspensión en el agua, características que afectan a las diferentes especies producidas en el RAS, pero sin repercusiones en las especies omnívoras que se alimentan por filtración, como la tilapia y el camarón marino, dos de las especies más comunes en los BFT de todo el mundo.

La capacidad de trabajar con una carga de sólidos relativamente alta, hace que el BFT dependa menos de los filtros mecánicos.

Algunos microorganismos que crecen en los bioflocs del agua de cultivo, como las bacterias nitrificantes, transforman los compuestos nitrogenados tóxicos en nitrato, eliminando también la necesidad de un biofiltro externo, obligatorio en los sistemas de recirculación.

Bio-RAS

Bio-RAS es la combinación de RAS con BFT (un sistema de recirculación con bioflocs en más de un compartimento). Actualmente, existe una tendencia a fusionar estos dos sistemas de baja demanda de agua para optimizar los cultivos con una reducción de los costos de producción (en especial, por concepto de alimentos y electricidad).

La estrategia bio-RAS aprovecha lo mejor y más eficiente de cada una de las tecnologías anteriores, reducción de costos combinada con maximización de la eficiencia tecnológica, zootécnica y de bienestar animal con la sostenibilidad de los cultivos.

Sistemas de acuicultura particionada

El objetivo del sistema de acuicultura particionada (PAS, por sus siglas en inglés) es producir cero efluentes, donde los peces están confinados en altas densidades en tanques de hormigón (raceways) o canales/ estanques más pequeños, alrededor del 5% de la superficie total para el tanque, y el 95% restante para la recirculación y reutilización del agua.

Los residuos de pescado procedentes de su catabolismo circulan y se recirculan a través del cuerpo de agua, donde hay altas concentraciones de algas (fertilizadas por estos residuos), de forma similar a un tratamiento de aguas residuales domésticas, lo cual aumenta o incluso duplica la capacidad de soporte del sistema.

“Al duplicar la tasa de fotosíntesis de las algas en estos estanques, generalmente aislados, se duplica la tasa de eliminación de productos de desecho nitrogenados, fosforados y de otro tipo, con lo que se duplica la tasa máxima potencial de alimentación y la consiguiente capacidad de carga para sostener el sistema y la producción de peces y camarones.”

El PAS representa un alto grado de intensificación para estanques y embalses previamente extensivos en los que predomina el fitoplancton. En sus diversas formas, se obtienen producciones del orden de 10-50 toneladas de tilapia por hectárea de superficie o 10,000 m³ de volumen total.

Sus dos variantes principales son cada vez más comunes en todo el mundo:

1) IPRS para el sistema de raceway en estanque con un estanque/reservorio/ lago que alberga jaulas, raceways o contenedores (Figura 3 a-f) y

Sistemas de recirculación acuícola

(b) SP para estanques divididos (Figura 4)

Sistemas de recirculación acuícola

Acuicultura multitrófica integrada (acuaponía y fertirrigación)

En un sistema integrado de acuicultura multitrófica (IMTA, por sus siglas en inglés) se cultivan dos o más especies complementarias con diferentes niveles o nichos tróficos.

“El IMTA combina el cultivo de especies alimentadas (por ejemplo, tilapia + camarón) con extractivas (especies, herbívoros y filtradores) que se alimentan de materia orgánica (equinodermos, moluscos, especialmente bivalvos, microcrustáceos y gusanos, otros peces herbívoros) y especies extractivas inorgánicas (como fitoplancton y macroalgas marinas o vegetales hidropónicos).”

El objetivo es combinarlas en las proporciones adecuadas para crear sistemas equilibrados que generen sostenibilidad ambiental y económica, así como aceptabilidad social.

De esta manera, los costos de alimentación de los sistemas IMTA se distribuyen entre dos o más cultivos comerciales, en los cuales se pueden capturar y secuestrar más nutrientes, evitando la pérdida de valiosos insumos insumos (Figura 5).

Sistemas de recirculación acuícola

En el sistema integrado de acuicultura multitrófica (IMTA), se cultivan dos o más especies complementarias con diferentes niveles tróficos o nichos, con el objetivo de combinarlas en las proporciones adecuadas para crear sistemas equilibrados que generen sostenibilidad ambiental y económica, así como aceptabilidad social.

Comparación de sistemas

En 2021, el Ministerio de Agricultura de Brasil publicó un folleto con las principales características y costos de producción de varios sistemas de cría intensiva de tilapia, como BFT, bio-RAS, estanques y jaulas de los Estados de Sao Paulo y Paraná (clima subtropical).

Los autores subrayaron que la comparación entre tecnologías debe ir más allá de la observación de los costos de producción por tonelada de tilapia.

Resulta muy difícil resumir datos cuantitativos sobre flujos o balances de nutrientes cuando se describen los sistemas más extensivos, como los RAS en estanques o los PAS (SP o IPRS). En la Tabla 1, se resume la información sobre cómo se aplican en todo el mundo las dimensiones de los cuerpos de agua (tanque, estanque o lago) de cultivo y de “depuración/recepción” (recirculación), con el fin de generar una mejor comprensión acerca de cómo se dimensiona, funciona y rinde cada uno de estos cinco sistemas principales.

Sistemas de recirculación acuícola

Las muestras presentadas se tomaron en estructuras comerciales de Brasil, Perú, Ecuador, Colombia, México, EE.UU., Tailandia, Vietnam y China (Zimmermann, 2020; Valenti et al.,2021).

Conclusiones

El futuro del cultivo de tilapia se entrelaza con la agricultura urbana y la fermentación de residuos, donde los sistemas de recirculación de agua de baja demanda serán los protagonistas de la disrupción de las industrias de cinco sectores principales (materiales, energía, información, transporte y alimentación/ salud), que todavía hoy se centran en la extracción, hacia un modelo local más sostenible.

Esta es una versión resumida desarrollada por el equipo editorial de Panorama Acuícola Magazine del artículo “THE FUTURE OF INTENSIVE TILAPIA PRODUCTION AND THE CIRCULAR BIOECONOMY WITHOUT EFFLUENTS: BIOFLOC TECHNOLOGY, RECIRCULATION AQUACULTURE SYSTEMS, BIO-RAS,
PARTITIONED AQUACULTURE SYSTEMS AND INTEGRATED MULTITROPHIC AQUACULTURE)” escrito por ZIMMERMANN, S. – R&D, Zimmermann Aqua Solutions; KIESSLING, A. – Swedish University of Agricultural Sciences – ZHANG, J. – Chinese Academy of Fishery Sciences.
La versión original, incluyendo tablas y figuras, fue publicada en SEPTIEMBRE de 2022 en REVIEWS IN AQUACULTURE.
Se puede acceder a la versión completa a través de DOI: 10.1111/raq.12744

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