La agroindustria genera emisiones de gases como metano, amoníaco e hidrógeno sulfurado, que impactan en la calidad del aire y el cambio climático.
El sistema Ubiproc® utiliza filtración biológica mediante biofilms microbianos en pozos cerrados de residuos orgánicos, junto con monitoreo en tiempo real de gases para optimizar su gestión. En ensayos de campo, se alcanzaron eficiencias máximas de remoción de 87% para amoníaco y 70% para hidrógeno sulfurado, con un desempeño promedio sólido durante la operación.
D. Sepulveda, G. Villouta, C. Carrasco & V. Leon
Departamento de Investigación y Desarrollo, Bioproc SpA., Concepción, Chile.
Conflictos de interés: El autor declara que no existe conflicto de intereses.
Editor académico: Carlos N Díaz.
Calidad del contenido: Este artículo científico ha sido revisado por al menos dos revisores. Vea el comité científico aquí.
Citación: D. Sepulveda, G. Villouta, C. Carrasco & V. Leon, 2025, Reducción de Emisiones Contaminantes en la Industria Agropecuaria: Implementación del Sistema de Filtración Biológica Ubiproc® , Congreso OLORES25, Santiago, Chile, www.olores.org.
Copyright: 2025 Olores.org. Los autores retienen la propiedad del copyright de sus artículos, pero los autores permiten a cualquier persona descargar, reusar, reimprimir, modificar, distribuir y/o copiar artículos del sitio web de olores.org, siempre que se citen los autores originales y las fuentes. No es necesario permiso específico de los autores o de los editores de esta web.
ISBN: pendiente
Palabras clave: Biofiltro, Biofilms, Gases contaminantes, Monitoreo medioambiental, Sostenibilidad.
Resumen
La industria agropecuaria es una fuente significativa de emisiones de gases de efecto invernadero, incluyendo metano, amoníaco e hidrógeno sulfurado. Estas emisiones contribuyen al calentamiento global y afectan negativamente la calidad del aire y la salud pública, formando partículas finas en la atmósfera que impactan tanto al medio ambiente como a la salud humana. Para, mitigar este problema, Bioproc ha desarrollado Ubiproc®, un innovador sistema de filtración biológica diseñado para tratar gases contaminantes y odorantes. El sistema se instala en pozos cerrados de residuos orgánicos, donde los microorganismos formando biofilms biodegradan gases como amoniaco, metano e hidrógeno sulfurado. Ubiproc® también cuenta con una plataforma digital que monitorea en tiempo real las concentraciones de gases, generando reportes periódicos de gestión medioambiental. Esto permite a los usuarios tener un control preciso y constante de las emisiones, facilitando el cumplimiento de normativas ambientales y mejorando la sostenibilidad de sus operaciones. En prototipos realizados en pozos de homogeneización de empresa productora porcina (Región del Maule, Chile), Ubiproc® ha mostrado resultados prometedores. Se lograron porcentajes de remoción máximos de 87% para amoníaco y 70% para hidrógeno sulfurado, con porcentajes de remoción promedio durante el tiempo de funcionamiento de 60% y 50% respectivamente. De esta forma, se ofrece una solución integral y de bajo impacto ambiental para la industria agropecuaria.
1. Introducción
La industria agropecuaria ha sido identificada como una de las principales contribuyentes al calentamiento global, siendo responsable del 15 % de las emisiones globales de gases de efecto invernadero (GEI) (IPCC, 2021). Dentro de este contexto, el sector porcino destaca como un importante emisor de compuestos como el metano, producido principalmente durante el tratamiento físico de purines. Estas emisiones representan no solo un problema ambiental de gran envergadura, sino también un desafío regulatorio creciente, tanto en Chile como a nivel global, debido a su impacto adverso en la calidad del aire, los ecosistemas y la salud humana. Además, los olores desagradables asociados a estas emisiones afectan directamente a las comunidades cercanas, generando conflictos sociales que pueden derivar en sanciones regulatorias y restricciones operativas para las industrias involucradas (Tipan y Torres, 2024).
La localización de plantas agroindustriales cercanas a zonas residenciales agrava esta problemática, exponiendo a las comunidades a la emisión de gases como amoníaco e hidrógeno sulfurado, que son perjudiciales para la salud y el bienestar. Los operarios de las plantas tampoco están exentos de los efectos adversos, ya que trabajan en condiciones con altas concentraciones de amoníaco y otros gases, lo que incrementa el riesgo de irritación de mucosas, náuseas y enfermedades respiratorias crónicas. Además, la exposición continua a estas emisiones afecta a los propios animales de crianza, comprometiendo su bienestar y reduciendo la productividad en hasta un 10 %, según se ha reportado en el caso del sector porcino (Acuña y Pizarro, 2019).
Entre los principales compuestos emitidos, el amoníaco, el metano y el hidrógeno sulfurado tienen un impacto significativo. El amoníaco es precursor del material particulado 2.5 (PM2.5), responsable de miles de muertes en Chile debido a enfermedades respiratorias, mientras que el metano, con un potencial de calentamiento global 21 veces superior al del dióxido de carbono, constituye un importante contribuyente al cambio climático. Por su parte, el hidrógeno sulfurado es un gas tóxico que, además de generar molestias por su olor característico, puede causar efectos graves sobre la salud, desde irritación respiratoria hasta pérdida de conciencia y muerte en concentraciones elevadas. En este contexto, el desarrollo de tecnologías sostenibles para mitigar las emisiones asociadas a la producción porcina resulta imperativo.
Bioproc SpA, una empresa chilena de base científico-tecnológica, que desarrollo un sistema de filtro biológico que entrega información en tiempo real de los gases depurados, por medio de una plataforma de datos. Este sistema utiliza un biorreactor equipado con un núcleo tecnológico basado en una composición específica de microorganismos capaces de formar un biofilm activo sobre un soporte diseñado especialmente. En este entorno, los gases residuales canalizados al interior del biorreactor son biodegradados por los microorganismos, transformándose en compuestos neutros o no contaminantes. Para la validación técnica del sistema se planteó que la implementación de Ubiproc® en pozos de homogeneización de purines de la industria porcina permite reducir significativamente las emisiones de amoníaco e hidrógeno sulfurado, alcanzando eficiencias de remoción superiores al 50% en promedio, respectivamente. Este sistema contribuye a mitigar el impacto ambiental y social de las emisiones contaminantes, posicionándose como una tecnología sostenible y eficaz para mejorar la calidad del aire y las condiciones de vida en las comunidades circundantes.
2. Metodología
2.1. Cultivo de biofilms bacterianos
Para el anclaje de los microorganismos, se utilizaron soportes de tipo malla con una densidad de 30 poros por pulgada (ppi), fabricados en membranas estériles de dimensiones 30 x 50 cm. Estos soportes fueron colocados dentro de los reactores, ocupando el 50 % de la capacidad operativa de cada reactor (equivalente a 120 L). El material seleccionado consistió en un polímero resistente a la corrosión por compuestos orgánicos como amonio y sulfuros. Este material presenta un diseño de entramado con alta rugosidad y una porosidad superficial significativa, permitiendo la formación de biofilms; más del 30 % de su volumen total está ocupado por poros, lo que facilita la adhesión y desarrollo de los microorganismos. Las condiciones de cultivo de las cepas codificadas como C1, C9, C17 y C11, todas provenientes del cepario de Bioproc y seleccionadas por sus capacidades de biodegradación de compuestos contaminantes, cohabitación y formación de biofilms, incluyeron el uso de un medio de cultivo con 200 mg/L de NH₄⁺ suplementado con caldo tripticasa de soya al 1 %. Los cultivos se mantuvieron a una temperatura constante de 20 °C durante un periodo de incubación de 96 horas, optimizando las condiciones para la formación de biofilms funcionales y activos. Para evaluar la viabilidad y formación de biofilms utilizo microscopía láser confocal espectral de dos fotones (CLSM), y tinción Live/Dead (Kit de Viabilidad BacLight TM LIVE/DEAD (InvitrogenTM, USA). Las imágenes se procesaron con el software ZEN 2011 SP3 (black edition).
2.2. Sistema de monitoreo de datos
El sistema de monitoreo desarrollado integra hasta 16 variables de medición utilizando detectores de gases con salida analógica. Incluye un sistema de alimentación eléctrica con UPS, asegurando operación por 2 horas tras cortes de energía y minimizando interferencias en las mediciones. La adquisición de datos se gestiona con un computador de alto rendimiento, equipado con conectividad 4G segura y un conversor analógico-digital de 16 bits, operando a tasas de muestreo de 1 a 3 datos por minuto.
Los sensores electroquímicos estratégicamente ubicados en el biofiltro miden gases residuales como amoníaco, metano (en CO₂-eq) y ácido sulfhídrico, además de variables como temperatura, presión, flujo y nivel. Esto asegura un monitoreo completo del sistema y de las condiciones microbiológicas. Se implementaron alertas automáticas (triggers) basadas en valores críticos, cumpliendo normativas ambientales. El sistema incluye self-tests diarios y semanales para verificar su funcionalidad, mientras que la información se procesa y almacena en una plataforma cloud, garantizando continuidad, accesibilidad y soporte técnico. La visualización de datos en tiempo real permite un monitoreo eficiente y toma de decisiones basada en información confiable.
2.3. Diseño de Biofiltro
El diseño del biofiltro para su instalación en pozo de homogenización de purines de empresa porcina consistió en una estructura de acero inoxidable 304 que soporta un estanque principal de PVC con capacidad máxima de 155,9 L, de los cuales 50 L corresponden al volumen nominal de líquido. Además, incluye dos colectores de PVC con capacidad total de 46 L para el almacenamiento de micronutrientes. El sistema incorpora un extractor de aire con un rango de succión de 137-550 m³/h, junto con dos electrobombas de 1 HP (1050 W) que recirculan un caudal máximo de 48 L/min en forma alternada. El control del sistema es automatizado y analógico, regulando los niveles de medio en el reactor principal y los colectores, con indicadores de mínimos que activan paradas automáticas. Adicionalmente, se instalaron anclajes para sensores en la entrada del sistema de succión de aire y en la salida del estanque principal, incluyendo tres sensores en cada punto. También se incorporó un sensor de presión diferencial en el estanque principal para monitorear el flujo de aire circulante, además de un sensor de presión y un sensor de temperatura en el ducto de recirculación, previo a la entrada al estanque principal, para asegurar el monitoreo continuo de las condiciones operativas.
3. Resultados y discusión
El biofilm que va inserto dentro del biofiltro se formó en laboratorio en condiciones controladas, con el fin de obtener una superficie filtrante activa y colonizada con microorganismos especificos. Se obtuvo una colonizacion bacteriana homogénea en toda la superficie de la estructura polimérica, con una elevada densidad de células bacterianas viables (10⁹ bacterias vivas/mm²) y una proporción menor de células muertas (10⁵ bacterias muertas/mm²), alcanzando un grosor superior a 10 μm. (Fig. 1). La porosidad y rugosidad superficial del soporte de polietileno fueron factores clave que facilitaron la formación homogénea del biofilm, ya que proporcionaron una amplia área para la colonización microbiana y optimizaron el intercambio de nutrientes y gases. Asimismo, las condiciones de cultivo a mayor escala seleccionadas, fueron ideales tanto para lograr crecimiento bacteriano y la estabilidad estructural del biofilm.
 |
| Fig. 1. Imágenes microscópicas (teñidas con fluorocromos) de soporte colonizado por biofilms bacterianos, en verde se visualizan bacterias viables y en Rojo bacterias muertas. (A) Aumento 10X (B) Aumento 25X (C) Aumento 40X (D) Aumento 63X. |
Se desarrolló una plataforma de datos accesible desde cualquier ordenador mediante una clave de acceso. Esta plataforma permite visualizar la ubicación de la instalación y presenta gráficos detallados de las concentraciones de entrada y salida de gases, así como curvas de porcentaje de remoción de los gases monitoreados. Además, ofrece información en tiempo real sobre parámetros operativos como temperatura, presión y flujo. La plataforma también integra la funcionalidad de monitoreo en vivo del panel de control y permite la exportación de datos y gráficos, lo que facilita el análisis y la gestión de la información (fig.2). En cuanto a los resultados operativos, se alcanzaron porcentajes de remoción máximos del 87 % para el amoniaco y del 70 % para el hidrógeno sulfurado. Durante el periodo de funcionamiento, los porcentajes de remoción promedio fueron del 60 % para el amoniaco y del 50 % para el hidrógeno sulfurado. Por otro lado, no se observaron cambios significativos en las mediciones del sensor de metano, lo que podría explicarse por la aireación constante del pozo purinero y el corto tiempo de retención del purín (menos de 12 horas) en el pozo. Estas condiciones limitan la acumulación de metano en cantidades significativas en el sistema analizado.
 |
 |
| Fig. 2. Plataforma de datos mostrando reportes de funcionamiento del biofiltro instalado en pozo II de homogeneización empresa porcina. | |
En una implementación del biorreactor, se describen su diseño y componentes principales, los cuales incluyen una vista posterior del biofiltro, una vista lateral tangencial y una vista basal. El sistema permite la entrada de gases residuales, los cuales son conducidos al interior del biofiltro mediante al menos un extractor de aire que ejerce la fuerza de succión. Una vez dentro, los gases atraviesan al menos un sistema de soportes microbiológicos situados en la denominada zona gaseosa del biorreactor. Esta configuración facilita el intercambio de compuestos a través del metabolismo de la comunidad microbiológica.
La zona gaseosa se mantiene constantemente humidificada mediante aspersores de goteo. Este proceso es optimizado al dividir el sistema de soportes microbiológicos en dos, maximizando la superficie cubierta por los soportes. La humidificación se alimenta desde la llamada zona líquida del biorreactor, que actúa como reservorio del medio. Este flujo es controlado por un suministro continuo a través de al menos un par de bombas que operan de forma alternada para garantizar un proceso ininterrumpido. Una vez completado el proceso de intercambio de gases en el sistema de soportes, el gas purificado se libera al exterior a través de una salida de gases. Este diseño asegura un funcionamiento eficiente y continuo del biorreactor.
 |
 |
| Fig. 3. Biofiltro de gases | |
4. Conclusiones
El biofiltro demostró una alta eficiencia operativa, manteniendo una concentración de microorganismos viable de 10⁸ UFC/ml y un pH estable entre 6.8 y 7.0. Se lograron porcentajes de remoción máximos de 87 % para amoniaco y 70 % para hidrógeno sulfurado, con promedios de 60 % y 50 %, respectivamente, durante su funcionamiento. La plataforma de datos desarrollada permite un monitoreo en tiempo real, asegurando un control preciso de las variables críticas. Además, el sistema de colectores de líquido mostró una autonomía de tres meses, sin alteraciones significativas en la composición microbiológica ni pérdidas de líquido. Se concluye que, para garantizar la estabilidad del sistema, son necesarios chequeos eléctricos mensuales y mantenciones semestrales debido a las condiciones ambientales.
5. Referencias
Acuña, G., & Pizarro, R. (2019). Impactos de las emisiones en el bienestar y productividad animal: Un enfoque en el sector porcino. Revista de Producción Animal, 12(2), 45-58.
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). (2021). Resumen para responsables de políticas. Sexto informe de evaluación del grupo de trabajo I: Cambio climático 2021: Bases físicas científicas.
Tipan-Torres, C. (2024). Evaluación del impacto ambiental de los sistemas intensivos de producción animal según la literatura reciente. Multidisciplinary Collaborative Journal, 1(1), 1-15.