Dr. Eunsung Kan vê seu conceito de uma fazenda de laticínios de circuito fechado, que reutiliza águas residuais, emite zero resíduos e se alimenta de estrume, como o futuro da pecuária sustentável.

Kan, um engenheiro químico e ambiental da Texas A&M AgriLife Research em Stephenville, disse que seu conceito pode mudar a maneira como os laticínios, fazendas de suínos e aves lidam com esterco, águas residuais e gases de efeito estufa ao utilizar os resíduos para gerar eletricidade.

Os dejetos animais são uma bênção e uma maldição para os laticínios.

O estrume é vendido a agricultores locais que precisam infundir nutrientes no solo para plantações e forragem. Contudo, toneladas de esterco também podem ser logisticamente taxativas, já que as instalações acompanham o tratamento e a distribuição de grandes quantidades de materiais ambientalmente problemáticos monitorados por reguladores ambientais estaduais e federais.

As operações agrícolas têm sido implicadas em níveis acima do normal de nitrogênio e fósforo, antibióticos, metais pesados ​​e hormônios nas águas superficiais e subterrâneas a jusante das instalações. O estrume também é um contribuinte conhecido para as emissões de gases de efeito estufa, como metano e dióxido de carbono.

O Serviço de Conservação de Recursos Naturais do Departamento de Agricultura dos EUA estima que o estrume de uma ordenha leiteira que 200 vacas podem produzir tanto nitrogênio quanto o esgoto de uma comunidade de 5, 000-10, 000 pessoas.

A pesquisa de Kan utilizaria a tecnologia existente - biochar, um material de carbono semelhante ao carvão, criado a partir de esterco animal e resíduos agrícolas, como restolho de milho ou palha de arroz - que seriam usados ​​para filtrar resíduos sólidos e efluentes. O biochar pode ser usado como um fertilizante de liberação lenta ou convertido, via pirólise, que é a decomposição do material orgânico pelo calor, em energia para alimentar a fazenda.

O conceito de laticínios de circuito fechado concentra-se em três objetivos principais - tratamento de águas residuais usando biochar derivado de esterco de leite, produção de bioenergia usando esterco de leite e captura de gases de efeito estufa via adsorção em biocarvão derivado de esterco de leite, Kan disse.

Biochar provou fornecer uma química de superfície benéfica que pode filtrar uma ampla gama de contaminantes, incluindo nitrogênio e fósforo, ele disse. Quando a superfície do biochar é modificada com vários métodos em um laboratório, demonstrou capacidade de capturar antibióticos, pesticidas, hormônios, metais pesados ​​e outros contaminantes possíveis.

"A missão é o tratamento e reutilização de águas residuais de laticínios e a conversão de resíduos de laticínios em energia para alimentar a instalação, "disse ele." O foco é fornecer um modelo para a agricultura sustentável. "

Ano passado, Kan recebeu uma doação de US $ 1 milhão do Fundo de Iniciativa de Pesquisa do Chanceler da Texas A&M University para pesquisar a viabilidade do sistema de laticínios de circuito fechado. Antes de ingressar na AgriLife Research, ele também recebeu cerca de $ 400, 000 em bolsas de pesquisa da Agência de Proteção Ambiental, Departamento de Agricultura dos EUA e Pesquisa Geológica dos EUA para pesquisar o potencial do conceito para tratar dejetos animais, controlar as emissões de gases de efeito estufa e converter estrume em energia.

Sistema conceitual

O laticínio de circuito fechado é um conceito relativamente simples, Kan disse.

As vacas produzem estrume, que quando misturado com restos de safras locais, pode se tornar um suprimento aparentemente infinito de material de filtragem, fertilizante e energia.

Colunas cheias de biochar atuariam como um sistema de purificação de água que filtra o nitrogênio, fósforo e outros contaminantes do líquido à medida que passa, Kan disse.

"O afluente da coluna seria, então, muito baixo em nitrogênio e fósforo, "disse ele." Se filtrarmos para níveis baixos de nitrogênio e fósforo, isso não causaria nenhum problema ambiental. "

O biochar usado para filtrar nitrogênio e fósforo poderia então ser usado como fertilizante de liberação lenta que fornece os nutrientes necessários para as plantas e não seria eliminado como escoamento de chuvas fortes. Além disso, biochar imobilizado com fotocatalisadores iria decompor contaminantes tóxicos em produtos inofensivos quando irradiados por exposição à luz ultravioleta.

Por exemplo, O estudo de Kan mostrou que um biochar imobilizado com fotocatalisadores degradou completamente os compostos de antibióticos e hormônios, ao mesmo tempo que controlava os patógenos com eficácia. O potencial de uso do biochar para filtrar águas residuais vai além da agricultura e pode ser aplicado em qualquer estação de tratamento de águas residuais, ou mesmo para filtrar contaminantes na água de injeção usada na indústria do petróleo para fracking.

Para energia, esterco de leite seria alimentado em um reator de pirólise no local que usaria calor relativamente baixo, 500-1, 000 graus Fahrenheit, para criar gás de síntese de hidrogênio e monóxido de carbono comprimido que pode ser usado para gerar energia elétrica, Kan disse. O excesso de eletricidade pode ser vendido a empresas de serviços públicos locais. O subproduto da pirólise de esterco de leite é o biochar.

"O princípio é muito simples, "Disse Kan." O laticínio só precisaria de um reator de tamanho diferente para atender sua escala de produção de estrume e necessidades de energia. "

Dr. Sergio Capareda, um engenheiro agrícola da AgriLife Research em College Station, comprovou a conversão pirolítica de esterco de leite em gás de síntese e biochar de seu projeto financiado pelo USDA, Kan disse. Kan planeja avançar este conceito convertendo biologicamente gás de síntese em butanol e combustível de bio-jato como combustíveis alternativos para transporte, e desenvolver processos baseados em biochar para tratamento de águas residuais e controle de gases de efeito estufa.

Vários outros pesquisadores e engenheiros do sistema Texas A&M estão colaborando com Kan, e o interesse pelo conceito está crescendo entre instituições públicas e empresas privadas.

Conceito para a realidade

Kan irá produzir uma versão em escala de laboratório do laticínio de circuito fechado para determinar a escala necessária para aplicação e experimentação no vizinho Southwest Regional Dairy Center em Stephenville, um laticínio privado operado pela Tarleton State University usado para fins educacionais. Ele espera ter um sistema, incluindo o reator de pirólise, operando na leiteria dentro de três a quatro anos.

“Ter a fazenda de gado leiteiro aqui oferece uma boa oportunidade para dados de campo, ", disse ele." As demonstrações de campo nos ajudarão a resolver quaisquer problemas que possam surgir nas várias escalas que podem ser aplicadas por fazendas comerciais de animais. "

O laticínio produz leite que é processado para consumo e em produtos como queijo e iogurte e vendido em supermercados locais.

Clay Dameron, o gerente de resíduos de laticínios, disse que entre 300-400 vacas são ordenhadas diariamente. Essas vacas produzem esterco e efluente que são tratados por meio de um sistema de lagoa convencional. Cerca de 90-130 toneladas de sólidos são movidos para áreas agrícolas e pastagens próximas a cada três semanas, onde são usados ​​como fertilizantes. Os líquidos tratados da lagoa são dispersos por aspersores em campos próximos.

Kan disse acreditar que o sistema de ciclo fechado provará ser um modelo logisticamente e financeiramente viável para os produtores de leite implementarem no futuro. Ele espera que seu projeto piloto no laticínio regional produza dados que atraiam mais interesse e investimento de instituições públicas e empresas privadas.

"É muito emocionante, "disse ele." Estou ansioso para trabalhar com meus colaboradores e colegas para tornar este conceito uma realidade que possa mudar a maneira como os laticínios operam, fornecendo um sistema autossustentável, modelo ecologicamente correto. "