Acuaponía con electroquímica: innovación para producir alimentos y proteger el agua

Luis Andrés Leal es tecnólogo químico, ingeniero químico, magíste en Ingeniería Química y estudiante de doctorado en Ingeniería Química.

Con el objetivo de promover el desarrollo sostenible de las comunidades, el ingeniero químico Luis Andrés Leal diseñó un prototipo que integra el cultivo de plantas con la cría de peces, reduciendo el consumo de agua y eliminando la necesidad de fertilizantes. La novedad de este sistema es que incorpora un módulo de electrooxidación, encargado de mejorar la calidad del agua y optimizar las condiciones para una producción de alimentos más eficiente y saludable.

De los arrozales antiguos a los retos modernos

Con el inicio de la agricultura, entre el 10.000 y el 6.000 a. C., los seres humanos desarrollaron distintos sistemas agropecuarios para suplir sus necesidades alimenticias. Uno de ellos es la acuaponía, que combina la acuicultura (cría de peces) y la hidroponía (cultivo de plantas sin suelo) en un mismo entorno.

Aunque ya, en el siglo III d.C., civilizaciones como la china y la tailandesa criaban peces en arrozales inundados, no fue sino hasta la década de 1970 que centros de investigación, como la Universidad de las Islas Vírgenes (EE. UU.), perfeccionaron los sistemas acuapónicos. Estos introdujeron la recirculación del agua y un manejo más equilibrado entre peces y plantas, lo que mejoró de manera significativa su eficiencia y consolidó sus ventajas frente a otros modelos agropecuarios; entre ellas:

• Reducción del consumo de agua en un 60 % en comparación con la agricultura convencional, esto gracias a la recirculación del recurso.
• Menor necesidad de insumos externos, como fertilizantes y agroquímicos, ya que los desechos de los peces se transforman en nutrientes para las plantas.
• Diversificación de la producción en espacios reducidos o pequeñas extensiones de terreno.

Sin embargo, los sistemas acuapónicos no están exentos de dificultades y retos. Su funcionamiento depende de mantener un delicado equilibrio entre parámetros como nutrientes, pH y oxígeno disuelto, esenciales para la supervivencia de peces y plantas. En este contexto, la gestión del entorno acuático resulta clave, pues en el agua pueden acumularse sustancias que alteren dicho equilibrio y comprometan la salud de los organismos.

Tilapias rojas en el prototipo acuapónico diseñado por el ingeniero Luis Andrés Leal.

Entre las sustancias más preocupantes para los sistemas acuapónicos se encuentran los contaminantes emergentes; una amplia gama de compuestos que, en la actualidad, no están regulados ni monitoreados de forma sistemática por las autoridades ambientales. No obstante, representan un riesgo creciente para la salud humana y el medioambiente, ya que muchos son persistentes, bioacumulables y tóxicos. Dentro de este grupo están los fármacos, cosméticos, pesticidas, herbicidas, compuestos industriales y diversos aditivos.

Estos y otros contaminantes ingresan a los cuerpos de agua por diferentes vías (tanto de contaminación puntual como difusa) y pueden llegar a los sistemas acuapónicos, pues muchos no se degradan de forma natural ni son eliminados por los sistemas convencionales de saneamiento. Como consecuencia, los contaminantes interactúan con los organismos y les provocan alteraciones fisiológicas, hormonales y metabólicas, entre otras; lo que genera pérdidas en la producción y compromete la sostenibilidad del proceso agropecuario.

Electroquímica para potenciar la acuaponía

La acuaponía es un sistema de producción agropecuaria que integra la acuicultura (cría de peces) y la hidroponía (cultivo de plantas sin suelo) en un mismo entorno.

En este contexto surgió el proyecto Integración de un sistema electroquímico con un montaje acuapónico para el tratamiento de contaminantes emergentes, desarrollado por Luis Andrés Leal en el marco de su investigación doctoral en Ingeniería Química. Este trabajo propone un sistema acuapónico que incorpora un módulo de electrooxidación, diseñado para eliminar contaminantes emergentes presentes en el agua.

“Mi motivación era hacer un sistema pequeño y útil para las familias rurales, y que facilitara la producción de alimentos de calidad para su subsistencia”, explicó Leal, quien también es tecnólogo químico y magíster en Ingeniería Química.

El prototipo diseñado está conformado por un tanque principal con un sistema de aireación, un tanque secundario con un biofiltro, una bomba de agua, el módulo de electrooxidación y una cama de cultivo con grava como sustrato.

“Los peces crecen en el tanque principal, por lo que se instaló un sistema de aireación, encargado de regular el oxígeno disuelto en el agua, y un sistema de alimentación, que distribuye de manera adecuada el concentrado”, señaló el investigador.

La materia fecal de los peces, los restos de alimento y otros desechos generados en el tanque principal son conducidos hacia el tanque secundario. En este, el biofiltro; conformado por una malla y bacterias nitrificantes (Nitrosomonas y Nitrobacter); retiene los residuos sólidos y transforma el amoníaco presente en ellos, primero, en nitritos y, después, en nitratos (nutrientes aprovechables por las plantas).

Artemisia dracunculus, más conocida como estragón o dragoncillo, planta cultivada en el sistema acuapónico diseñado por Luis Andrés Leal.

Posteriormente, el agua es impulsada, mediante la bomba, hacia el módulo de electrooxidación. Allí, dos electrodos de diamante dopado con boro (BDD) sumergidos en el agua reciben una corriente eléctrica, generando reacciones de oxidación (pérdida de electrones) y reducción (ganancia de electrones) en la superficie de estos; configurando un proceso de electrooxidación avanzada.

“Durante este proceso se generan especies de radicales hidroxilo (•OH), que son partículas altamente reactivas y que interactúan con contaminantes orgánicos e inorgánicos, incluidos los emergentes, transformándolos en compuestos menos tóxicos o, incluso, inocuos”, aclaró el ingeniero.

Tras este proceso, la calidad del agua mejora, pero esta conserva gran parte de los nitratos. Por ello, el recurso hídrico se redirecciona a la cama de cultivo, donde las plantas absorben los nutrientes, con lo que termina de filtrarse y quedar lista para reintegrarse al tanque principal.

Una alternativa que puede potenciar la sustentabilidad de las comunidades

Gladys Jiménez, Fiderman Machuca Martínez (profesor y tutor de Leal en la investigación) y Luis Andrés Leal en la finca Los Toritos (corregimiento Los Andes, Cali).

Gracias a su capacidad para mejorar y conservar la calidad del agua, este prototipo constituye una alternativa sumamente interesante tanto para quienes emplean sistemas acuapónicos tradicionales como para quienes utilizan otros modelos agropecuarios. Esto se debe a que un agua de mejor calidad propicia un entorno más adecuado para el desarrollo de plantas y peces, lo que puede traducirse en una mayor producción.

“Por ejemplo, con el proceso de electrooxidación que implementamos es posible eliminar disruptores endocrinos como las hormonas, ampliamente utilizadas en la acuicultura para estimular el crecimiento de los peces. Esto es relevante porque estas sustancias, en exposición crónica, también pueden generar alteraciones reproductivas, endocrinas e inmunológicas en los organismos”, destacó Leal.

Asimismo, conservar la calidad del agua permite su recirculación casi permanente, lo que reduce de manera significativa su consumo. Esta característica abre la posibilidad de implementar la acuaponía en entornos con baja disponibilidad hídrica y, al mismo tiempo, disminuye su impacto ambiental; tanto por el menor uso de agua como porque, en caso de ser descargada al ambiente, no genera contaminación.

De la universidad al territorio: transferencia e implementación de las tecnologías

Gladys Jiménez, campesina de la vereda El Mango, corregimiento de Los Andes (Cali).

El sistema acuapónico diseñado ya se está implementando en comunidades, particularmente en la vereda El Mango, corregimiento de Los Andes (Cali). Allí, Gladys Jiménez, campesina interesada en procesos agroecológicos y con experiencia en avicultura y porcicultura, instaló el modelo en su finca con la esperanza de mejorar su productividad de manera sostenible.

“Me sorprendió que pudiera tener peces y plantas en espacios tan reducidos. Además, no implica mayor trabajo, solo estar pendiente de los parámetros. Por eso, me siento muy contenta”, comentó Gladys, quien espera pronto obtener su primera producción de tilapias rojas.

Adicionalmente, Luis Andrés Leal se unió a los investigadores e ingenieros Eliana Marcela Jiménez Bambague, Diego Armando Montenegro Apraez y Juan Carlos Clavijo Salinas para crear la Fundación para la Investigación y la Sostenibilidad Ambiental (Invesam). Con esta entidad, buscan propiciar la transferencia de tecnologías y conocimientos que aporten al desarrollo sostenible de las comunidades.

“La idea es acercar el conocimiento a las comunidades. En este caso, el aporte es una tecnología amigable con el medioambiente y que facilita la soberanía alimentaria, entendida como el derecho de las comunidades a decidir, producir, consumir y comercializar sus alimentos según sus necesidades y contextos”, explicó el ingeniero.

Esta iniciativa ha despertado el interés de los campesinos, quienes consideran que pueden hacer más productivas sus tierras y, al mismo tiempo, conservar mejor el medioambiente si adoptan prácticas agropecuarias distintas a las tradicionales, como la ganadería y la agricultura extensiva.

“Me parece fundamental ese aporte de la universidad porque uno tiene los terrenos, pero no el conocimiento. El acompañamiento es clave para poder implementar estos procesos y servir de ejemplo a otros campesinos; para que se motiven a transformar sus tierras, que muchas veces están abandonadas”, resaltó Gladys.

En la fotografía se logra apreciar la cama de cultivo y el tanque principal del sistemas acuapónico diseñado por Leal.

De esta manera, Luis Andrés Leal fomenta el desarrollo de las comunidades mediante tecnologías que impulsan prácticas sostenibles, como la conservación medioambiental y la soberanía alimentaria; claves en un mundo cada vez más afectado por el cambio climático. Además, su trabajo demuestra cómo la ciencia y la ingeniería, cuando se orientan hacia las necesidades reales de las comunidades, pueden convertirse en motores de transformación social y ambiental.

Por todo lo mencionado, desde la Universidad del Valle exaltamos y celebramos este trabajo, en plena sintonía con nuestro compromiso de generar conocimiento con sentido social. 

¡Felicitaciones, Luis!