Importancia de la fertilización carbónica

Las plantas verdes utilizan dióxido de carbono (CO2) y agua, en presencia de luz, para sintetizar compuestos orgánicos mediante la serie de reacciones que conforman la fotosíntesis. Si alguno de estos tres factores se encuentra a niveles menores de los que la planta puede utilizar para un máximo rendimiento, la síntesis de compuestos orgánicos se situará a un determinado nivel, y no se podrá alcanzar ese potencial máximo. Dicho de otro modo, el elemento que se encuentre a un nivel menor actuará como factor limitante de la fotosíntesis y, en consecuencia, del crecimiento vegetal.

La absorción de CO2 por parte de la planta se realiza a través de los estomas. Como entre las funciones de éstos se encuentran la regulación de la respiración y transpiración del vegetal, la absorción depende de las condiciones de temperatura, iluminación, nivel de absorción de agua, que regulan la apertura y cierre de dichos estomas, así como de la disponibilidad del gas en la atmósfera.

La concentración de CO2 actualmente en la atmósfera libre es de aproximadamente 300 o 350 PPM (partes por millón), aunque los valores difieren según la localización geográfica de las mediciones. Para que el gas se encuentre disponible para las plantas debe encontrarse entre 100 y 2,500 PPM.

Añadir CO2 a un medio de producción que no recibe la cantidad adecuada de luz o agua, no produce un aumento de crecimiento. Sin embargo, estudios realizados demuestran que, en condiciones de luz y suministro de agua adecuados, un aporte de CO2 hasta llegar a las 1,500 o 2,000 PPM pueden incrementar el crecimiento hasta 6 veces en comparación con plantas que se encuentran a los niveles normales de CO2.

Como es lógico, solo se puede considerar el enriquecimiento del cultivo con CO2 en el caso de recintos cerrados como invernaderos. En este caso tiene, además, especial sentido, porque en una atmósfera cerrada y debido al consumo, la concentración puede caer hasta niveles bajos. Por otra parte, en este sistema de cultivo, la disponibilidad de agua y luz serán en general altas, y será la disponibilidad de CO2 el factor limitante.

Además de mejorar el rendimiento en peso y precocidad de los cultivos, en ocasiones se observa además una mejora de la calidad del producto obtenido, aunque esto no siempre ocurre. Sin embargo, debe vigilarse que este aumento del crecimiento no desencadene desequilibrios, de manera que un aumento de la parte verde afecte negativamente a frutos o produzca sombreamientos. Además debe considerarse la posibilidad de que cambien las necesidades hídricas y de fertilización del cultivo.

Niveles de fertilización carbónica

Para asegurar la eficacia, a la hora de llevar a cabo el enriquecimiento debe considerarse la incidencia de luz en ese momento, no sólo según época del año, sino incluso el momento del día.Por la mañana comienza la actividad, pero los niveles de CO2 suelen ser altos, debido a la respiración nocturna. A mediodía, cuando la iluminación empieza a alcanzar máximos y los niveles de CO2 nocturno pueden haber disminuido, debería incrementarse la concentración de CO2 y mantenerla también por la tarde.

Como es lógico, en verano las aportaciones deberían ser mayores, debido al mayor índice de iluminación. En invierno, y según las condiciones, podría incluso ser inútil el aporte sin una fuente de iluminación complementaria.

Sistemas de enriquecimiento con CO2

El método más sencillo para evitar que la concentración de CO2 dentro del invernadero caiga, es utilizar la ventilación para renovar la atmósfera interior. De este modo se consiguen las 300 PPM que hay normalmente al aire libre. Sin embargo, esto no puede considerarse como un método de enriquecimiento. Es más, cuando el verdadero enriquecimiento se lleva a cabo, su eficacia puede verse disminuida por la necesidad de ventilar (debido a altas temperaturas).

Existen diversas alternativas para mantener un nivel alto de CO2 en el invernadero, las cuales se describen a continuación:

Utilización de gases de combustión en la instalación de calefacción

Este método consiste en recuperar los gases de combustión de la calefacción e introducirlos en el invernadero. La instalación consiste en inyectores y aparatos de medida y seguridad que dosifican dichos gases.

Alcanzar niveles de unos 1,500 PPM se consigue normalmente sin problemas con el funcionamiento normal del sistema en invierno. Según algunos autores, para conseguir 1,500 PPM se necesitan unos 100 kg de CO2 por hectárea de invernadero y esto se alcanza con potencias de calefacción de 350 a 500 kW, muy por debajo de los 2,500 a 3,000 kW necesarios en pleno invierno.

El principal atractivo de esta alternativa es que se trata de un enriquecimiento prácticamente gratuito.

La problemática consiste básicamente en dos cuestiones:

  • Como ya se ha visto, las necesidades de fertilización carbónica son máximas a mayor nivel de iluminación: desgraciadamente esto ocurre en verano, cuando el sistema de calefacción se encuentra sin o con mínima actividad. Su uso en invierno puede ser poco eficaz debido a los bajos niveles de iluminación.

Además, las máximas necesidades de CO2 ocurren de día, y las de calefacción, de noche. Para paliar este inconveniente, algunos investigadores europeos proponen poner en funcionamiento las calderas por el día, para poder aprovechar el CO2, y almacenar el agua caliente en depósitos y hacerla circular durante la noche. Este tipo de instalaciones tendría, sin embargo, la desventaja de tener que realizar una mayor inversión en instalaciones (de almacenamiento, energía, etc.)

  • Por otro lado, debe también considerarse la naturaleza del combustible utilizado, ya que los gases de combustión, además de CO2, contienen otros compuestos que pueden ser perjudiciales (azufre, etc.). En este sentido, el metano (y por extensión el gas natural, que está formado mayoritariamente por éste) es una de las fuentes más recomendables.

Uso de generadores de CO2

Estos aparatos queman combustibles como propano o gas natural y están diseñados para maximizar la producción de CO2 y minimizar la de otros productos secundarios de combustión. Cuando el generador se enciende la combustión comienza al actuar un piloto de ignición constante. Si la llama piloto se apaga, la válvula se cierra, de modo que no escape combustible sin quemar.

Es importante conocer las necesidades para cada invernadero, de modo que la inversión de la instalación sea lo menor posible. Según el tamaño, la concentración que se desee alcanzar y el tiempo necesario para llevarla a cabo, las dimensiones serán distintas. Los constructores de estos aparatos recomiendan que se elijan los modelos de modo que no se excedan los 20 minutos para alcanzar el nivel de enriquecimiento deseado. Así mismo indican que como mínimo a las 4 horas debe recargarse el ambiente, en función de pérdidas por ventilación o consumo por parte de las plantas.

Por ejemplo, un modelo que enriquece en 1,000 PPM un invernadero de 1,000 pies cúbicos (28 m3 ) en 10 minutos, tiene un consumo de 2 pies cúbicos de propano / hora (0.0566 m3 /h) y otro modelo que lo hace en un invernadero de 1,800 pies cúbicos y tarda 6 minutos consume 6 pies cúbicos propano /hora.

Existen distintas versiones, según quemen gas natural o propano. En este último caso se recomienda que las bombonas que se utilicen estén, como máximo, al 80% de su capacidad, para evitar fallos en la instalación de ignición.

El control de la instalación, se lleva acabo, bien con simples temporizadores, o bien con elementos de medida y un procesador central que se programa para actuar según las condiciones.

En este caso debe valorarse también el costo que supone la instalación y combustible y su rentabilidad en el caso concreto de cada invernadero y producto que se obtiene.

Inyección de CO2 almacenado en bombonas

Este método consiste en instalar un sistema de elementos dosificadores que distribuyen CO2 procedente de bombonas. Como ventaja principal cuenta con que es el método más sencillo de instalar y regular: no se depende de la actividad de otros elementos del invernadero para disponer de la fertilización carbónica y el aporte es inmediato. El gas que se inyecta, además, es CO2 sin otras impurezas.

En este caso debe valorarse especialmente el gasto que supone el suministro continuo de dichas bombonas y su rentabilidad en el caso concreto de cada invernadero y producto que se obtiene.

Seguridad

Especialmente en el caso de generadores de CO2 o gases de combustión procedentes de calderas de calefacción es muy importante controlar la composición de dichos gases y el estado de los aparatos. Las instalaciones que se encuentran en mal estado pueden dar lugar a combustiones parciales, produciendo emisiones de residuos e incluso monóxido de carbono (CO) que es incoloro, inodoro y muy venenoso. Por esta razón, debería procederse a la ventilación del recinto cuando vaya a entrar personal sin medidas especiales de seguridad o establecer un sistema de medición de gases.

En este sentido, en cuanto al CO2 debe decirse que no es perjudicial en bajas concentraciones. Cuando el nivel de CO2 alcanza las varios miles de PPM, este gas se convierte en un muy grave peligro para la vida del hombre, produciendo en primer lugar desorientación y trastornos en la percepción. Aunque estas concentraciones son más probables en otros ámbitos que en éste, siempre es necesario ser conscientes de la importancia de realizar un control de los niveles alcanzados.

Por otra parte, ya se ha comentado que, en estudios realizados a altas concentraciones se comprueba que se produce un cierre de estomas, interfiriendo en los procesos naturales de transpiración y respiración de la planta, y conduciendo a anomalías en el crecimiento, provocando incluso daños irreversibles.

Rentabilidad de la fertilización carbónica

Si bien en otras zonas productoras en invernadero, los sistemas de enriquecimiento con CO2 se encuentran más extendidos y presentan grandes ventajas en cuanto a producción, en nuestro ámbito deben tenerse especialmente en cuenta una serie de cuestiones.

Por un lado, las necesidades de ventilación en nuestras zonas productoras son muy elevadas, especialmente en los momentos en los que sería más aconsejable mantener en el interior una alta concentración de CO2.

Por otra parte, en el caso de aprovechamiento de calefacción, cuyas necesidades en nuestras zonas no suelen ser, además, tan elevadas como en otras, se presenta el problema de la desincronización en cuanto a necesidades de CO2 y de calor.

Algunos autores apuntan a que, precisamente dada su baja utilización, los costos de las instalaciones pueden resultar mayores a los que se pagan en otros países.

Como alternativas rentables que se proponen:

  • Uso de la ventilación de modo que se proceda a un adecuado intercambio con el exterior y aplicación de CO2 de manera intermitente cuando los conductos de ventilación se encuentran cerrados.
  • En sistemas que aprovechan gases de combustión de calefacción, utilizar alguno de los sistemas que, o bien almacenan el CO2 por la noche o bien ponen a trabajar por el día la caldera produciendo el gas, almacenando el agua caliente para su posterior distribución nocturna.

En cualquier caso, y dado que la adopción de alguno de los sistemas descritos es, finalmente, una decisión de tipo económico, para cada invernadero, zona y producto concreto debe hacerse un análisis detallado de rentabilidad del proyecto.