Biomasa Energética de Sorgo en Ubajay (Entre Ríos). INTA Manfredi y el Sorgo: Nuevos Desarrollos

La expansión de la agricultura liderada por el cultivo de soja, ha conducido a una mayor utilización de áreas marginales con limitantes edafoclimáticas importantes, tanto para la agricultura como la ganadería, resultando en sistemas productivos de baja sustentabilidad. Si a estos aspectos se adiciona los cambios climáticos, se origina una mayor incertidumbre de los resultados de la actividad agrícola y ganadera, fundamentalmente por mayor frecuencia e intensidad de la ocurrencia de estreses bióticos y abióticos, (deficiencias hídricas o excesos). Esta situación/factores, han convertido al cultivo de sorgo, en una alternativa interesante a considerar en los distintos sistemas de producción de carne y leche, especialmente en ambientes más limitados para la producción agrícola.

Además del rol importante en la producción agropecuaria por sus múltiples usos y como recuperador del suelo; el cultivo de sorgo en los últimos años ha cobrado importancia como cultivo energético, por la posibilidad de ser utilizado en la producción de bioenergía (biogas, bioetanol), favoreciendo Economías Regionales.

La amplia variabilidad genética del cultivo, permite el desarrollo de diferentes tipos de sorgo incluyendo sorgos biomásicos para biocombustibles.

Pueden sintetizarse los siguientes grupos o “morfotipos” de sorgo (Sorghum spp.) que presentan diferentes características morfológicas de la planta, de utilización y de producción, como sigue:

Graníferos: con alto índice de cosecha, tallos gruesos, hojas anchas y hasta 1,90 m de altura aproximadamente, lo que facilita la cosecha de grano; con muy pobre rebrote; incluye los de doble propósitos que son los de ciclo largo. Según calidad de biomasa y grano, se usan en agroindustria, alimentación humana y animal, en este caso fundamentalmente como silaje.

Forrajeros: usados para alimentación animal de distinta manera (pastoreo directo, heno, silaje). También pueden usarse para bioenergía, en caso de materiales de más alta productividad de biomasa y en proceso húmedos para biogas (silaje para biodigestores); en forma directa o como cosustrato (sileros).

Sileros: son de tipo granífero de tallos grueso, hojas anchas con altura ≥ 2 m y con mayor productividad en materia seca por hectárea, en general (según genotipo), baja capacidad de macollaje y recuperación luego del corte en relación al tipo sudan y sorgoxsudan.

Sudan: tallos finos y panoja laxa, alta capacidad de rebrote, con cariopse cubierto totalmente por las glumas, hojas mas angostas, alta capacidad de macollaje y en general de crecimiento rápido después del pastoreo o corte; se utiliza como pastoreo directo y es excelente para heno.

Sorgo x sudan: híbridos de línea androestéril (simple o híbrida) tipo granífera, por línea parental restauradora (“R”) sudán, con tallos finos o más gruesos según densidad de siembra, con altura > 2 m, menor capacidad de macollaje que los sudanés y de mayor rendimiento potencial; que puede ser usado como pastoreo directo, silaje (según manejo, ambiente y necesidades de utilización) y eventualmente como heno (con alta densidad de siembra para permitir tallos finos que facilita el secado).

Ambos tipos de sorgo (graníferos o forrajeros), se desarrollan con o sin contenido de azúcar en tallo y/o característica bmr (menor contenido de lignina y mayor digestibilidad), y presentan distintos colores de planta y grano, ya que son caracteres independientes.

Azucarados: se refiere a genotipos que acumulan azúcares solubles fundamentalmente en el tallo (17-23º Brix), muy bajo índice de cosecha, tallos más gruesos que los sileros y altura mayor a 3 m, pudiendo llegar a 5-6 m, según ambiente y fertilización. Se originan de un grupo taxonómico diferente a los anteriores.

Fotosensitivos: no florecen en las latitudes >25º aproximadamente, de la región sorguera argentina (en condiciones de campo, continua el crecimiento vegetativo hasta que la longitud del día sea 12 hs, 20 min). Seis genes de maduración fueron identificados, siendo los Ma5 y Ma6 los mas sensibles al fotoperíodo (Morgan et al, 2002). A pesar que la demora en la floración (170 a 190 días) favorece el mantenimiento de la calidad del forraje, la baja digestibilidad en general y alto contenido de fibra limitó/limita su aplicación. Sin embargo, han sido mejorados para alimentación animal incorporándoles las características bmr y/o azúcar en tallo, que les da mayor digestibilidad y palatabilidad.

Por otra parte, a través del mejoramiento genético se los puede dar mayor contenido de fibra y otras características agroindustriales específica y en este caso considerarlos dentro de cultivos energéticos.

Energéticos: tipos de sorgos, mejorados genéticamente para su uso como biomasa lignocelulósica, para su conversión específica en biocombustibles (biogas, bioetanol según proceso).

No obstante, dentro de los diferentes morfotipos hay una gran variación entre variedades, por lo que es importante que la decisión de la selección del material, se base en distintos aspectos como utilización específica y proceso, sistema de producción y ambiente, considerando ideotipos que se adapten mejor a cada situación.

La biomasa de sorgo y sus derivados han sido identificados como una de las alternativas más promisorias, una fuente sustentable de carbón orgánico y sustitutos del petróleo para la producción de biocombustibles y otros productos con prácticamente cero emisiones de carbón. La más abundante y bio-renovable es la biomasa lignocelulósica, la cual ha mostrado, a través de muchos estudios, un gran potencial para la producción sustentable de biocombustibles.

La biomasa lignocelulósica está compuesta principalmente por celulosa, hemicelulosa y lignina y otros compuestos presentes en cantidades mínimas Fig.1. Son componentes de la pared celular de las plantas y la estructura y cantidad de los mismos varían según especie (forestales de madera dura o blanda, pasturas, otros), tipo de tejido y madurez de la planta. Se cita algunos rangos de valores: 35-50% de celulosa, 20-35% hemicelulosa y 10-30 lignina.

El menor o mayor contenido de lignina en la planta afecta/interactúa con el ambiente favoreciendo al cultivo según su utilización, pero a su vez lo hace más vulnerable a factores bióticos y abióticos.Fig.2

En este escenario, el sorgo (Sorghum bicolor L.) esta considerado entre los cultivos energéticos con una tendencia importante en utilización para biocombustibles, incluyendo de manera importante la biomasa lignocelulósica. Esto se debe en parte a su amplia variabilidad genética, arriba mencionada, tolerancia a estrés por factores abióticos, con menores requerimientos de fertilización que otras especies y que responde tanto en ambientes fértiles como más marginales.

Fig. 1. Diagrama de los principales componentes de la pared celular de las plantas, su efecto y parámetros usados para estimar digestibilidad.

Del cultivo de sorgo se puede obtener bioetanol y biogas, según el tipo de sorgo y tecnologías de proceso de conversión energético aplicado. Asimismo, según la cadena de procesos utilizado, puede obtenerse una producción combinada de bioetanol y biogas, con residuos (subproductos), que pueden reutilizarse para energía o eventualmente como fertilizantes (diagramas en Fig.3 y 4).

Fig.3. Diagrama adaptado por Giorda, L.M. para sintetizar, en términos generales, los morfotipos de sorgo que mejor responden a los requerimientos de cada proceso, para una mayor optimización.

Fig. 4. Diagrama adaptado por Giorda, L.M. para sintetizar, en términos generales, los tipos de sorgos requeridos en cada proceso.

Para cada tipo de proceso y producto, se requiere de ideotipos específicos de sorgo que responda a las características agroindustriales requeridas y optimicen la obtención y producción de bioetanol/biogás. Como así también el manejo adecuado según ambiente, para la optimización del cultivo y sustentabilidad del sistema.

Con este criterio INTA continuó en la cartera de proyectos 2013 con estos desarrollos, y los materiales selectos en el Criadero de Sorgo de la EEA Manfredi-INTA son probados y seleccionados en diferentes ambientes para distintos propósitos de utilización. (Fig.5, 6 y 7).

Se busca obtener materiales con alto contenido de lignina, lo suficiente para sostener plantas de gran porte sin que vuelquen, de alta productividad de biomasa y de rápido secado (para procesos termoquímicos) y con las características agroindustriales requeridas; a su vez se están desarrollando genotipos similares pero con la característica bmr, en un porcentaje de disminución de la lignina o con un estructura que facilite o eficientice la hidrólisis enzimática y el proceso de conversión del bagazo, pero que no afecte su resistencia al vuelco de la planta.

Fig.7. Criadero INTA EEA Manfredi, junio 2018. Desarrollo de líneas lignocelúlosicas con y sin característica bmr, tallo grueso con resistencia a vuelco. Fuente y foto: L. M. Giorda, responsable programa mejoramiento genético sorgo de INTA.

Con el propósito de establecer la factibilidad y potencial de desarrollo de biomasa energética de sorgo adaptada al ambiente de Entre Rios, en zona forestal, para su aptitud y posibilidad de uso en mezcla o complementario a la biomasa forestal, residuos forestales o subproductos agrícolas, como nueva fuente de recursos renovables (generación energética a través de biomasa: www.alvarezdemartini.com.ar), se implantó un ensayo en la localidad de Ubajay, para seleccionar y determinar el potencial productivo de biomasa para esa región

Implantación y manejo del cultivo de sorgo(A cargo del Ing. Escher Exequiel, Estancia Los Monigotes)

Se sembraron tres variedades (un híbrido comercial de INTA y dos experimentales). La semilla de mayor disponibilidad, permitió sembrar 2,5 has del Exp INTA 10-338518. La siembra BMR Común, No bmr se realizó a 35 cm entre surcos, el 27/12 /17 debido a una intensa sequía, haciéndolo después de una lluvia de 35 mm del día 23/12. El acumulado de diciembre fue 74 mm (Fig. 8).

Se utilizó cama de pollo en lugar de fertilizante químico, aplicándolo en octubre al voleo sin incorporar en una dosis de 8.000 Kg/ha. El lote había tenido una aplicación similar en 2016 de también unos 8.000 Kg/ha y posterior siembra de soja (Com. Personal Ing. Agr. E. ExequielEstancia Los Monigotes).

La sequía de enero (acumulado 60 mm) y deficiencias hídricas de Febrero (104 mm distribuidos el día 11 que llovió 30 mm y el 27 con 74 mm) demoró el desarrollo del cultivo, no obstante, lo cual, se fue recuperando mostrando buen vigor a fines de Febrero y Marzo (Fig. 7, 8 y 9). Asimismo, además del déficit hídrico, las altas temperaturas del verano y la evapotranspiración (alta demanda atmosférica), afectó la tasa de crecimiento del cultivo sin mostrar síntomas por efecto sequía, dado por sus características de tolerancia bajo esas condiciones. Esta situación edafoclimática, coincidente con el período de demanda hídrica del mismo, resultó en una disminución en aproximadamente 1.50 en la altura del cultivo.

Fig. 8. Precipitaciones correspondientes al período junio 2017- abril 2018, suministrada por el Ing. Agr. E. Exequiel, Estancia los Monigotes- Ubajay, Entre Ríos.

Fig.9 Lote implantado con Experimentales de Sorgo de INTA EEA .Manfredi, el 28/12/17 (debido a la intensa sequía) en Ubajay (Estancia Los Monigotes, cerca Colon, Entre Ríos).Foto: E. Exequiel, 31/01/18.

Asimismo, apenas comenzaron las lluvias el cultivo registro un rápido crecimiento haciendo la diferencia el Exp. INTA Mf 10-338518 respecto a los otros dos, los cuales quedaron de menor altura respecto del indicado (Fig.11 y 12).

Fig.11. Exp.INTA 10-338518 (izquierda) y variedades experimentales INTA menos desarrolladas por la sequía (derecha). Lote implantado el 28/12/17 (debido a la intensa sequía) en Ubajay (Estancia Los Monigotes, cerca Colon, Entre Ríos). Foto: Juan Pablo Álvarez ,31/03/18.

Fig.12.Lote implantado con Cultivares Experimentales de Sorgo tipo lignocelulósico de INTA EEA Manfredi, el 28/12/17 (debido a la intensa sequía) en Ubajay (Estancia Los Monigotes, cerca Colon, Entre Ríos). Exp.INTA Mf 10-338518 (izquierda y detrás de Francisco Saenz Valiente) Foto: Juan Pablo Álvarez ,31/03/18.

De la evaluación agronómica realizada, se observó que la mejor respuesta a las condiciones edafoclimáticas de la campaña en ese ambiente fue el Exp INTAMf10-338518, sobre el cual se tomaron muestras para distintos parámetros.

A fin de determinar el rendimiento de MV y MS en tn/ha, el 21/04/18, los profesionales de INTA (Fig.13) con el encargado Ing. Agr. Escher Exequiel muestrearon el lote, tomando cuatro repeticiones al azar.

Sólo el experimental INTA 10-338518, tuvo una emergencia uniforme y desarrollo, mientras que en las otras dos por problema de semilla, fue muy rala por lo que no se tomaron muestras comparativas.

La altura del material mencionado disminuyó 1,45 m de altura por efecto de la sequía, concentrándose en acortamiento de entrenudos, dando por lo tanto mayor índice de cosecha (mayor tamaño y rendimiento de panoja y grano sobre el total de la biomasa).

En relación a la densidad, se estimó en 200.000 tallos/ha, siendo la concentración de azúcar en tallo, medida en ºBrix de 15º. El rendimiento de MV, promedio de 4 repeticiones tomadas al azar fue de 139 tn/ha y la MS en promedio fue de 45,6 tn/ha. Se esta procesando las características agroindustriales del material.

Fig.13. Profesionales de INTA: Ing. Agr. (PhD) Laura M. Giorda (responsable Programa Mejoramiento Genético y Módulo Sorgo, EEA Manfredi); Lic. (M.Sc) Jose Luis Colazo (Coordinador Proyecto Específico INTA PNCYO 1127043, EEA Concepción de Uruguay). Lote implantado el 28/12/17 (debido a la intensa sequía) en Estancia Los Monigotes- Ubajay (cerca Colon, Entre Ríos). Foto del Sorgo Exp. INTA 10-338518tomada el 21/04 en estado pastoso, con 15. º Brix y altura de 2,75m.

Fig.14. Exp. INTA 10-338518. Lote implantado el 28/12/17 (debido a la intensa sequía) en Estancia Los Monigotes en Ubajay (cerca Colon, Entre Ríos). Rendimiento, 139 tn/ha MV, tomado el 21/04/18 en estado pastoso, con 15º Brix y altura de 2,75 m promedio (disminuyó 1,45 m de altura por efecto de la sequía), correspondiendo a 46 t/ha de MS. La densidad estimada considerando tallos (eje principal y macollos) fue de 200.000/ha. No se fertilizó químicamente, pero se utilizó 8.000Kg de cama de pollo en la implantación. Fuente y foto (21/04/18): Giorda, L.M. 2018.

Los resultados obtenidos son alentadores, ya que se observó una muy buena respuesta, a pesar de las condiciones ambientales limitantes de la campaña 2017/18 en esa región.

Además, ya hay antecedentes de materiales de INTA desarrollados por Giorda, L.M. (EEA Manfredi) como el Híbrido Biosilero (SB) INTA Pemán (Convenio Vinculación Tecnológica INTA-Pemán), probado para la producción de biogás con residuo agotado de aserrín de álamo (SA) (asociado a la producción del hongo Gymnopilus pampeanus ) para otro tipo de proceso (Cerutti, F. et al, 2016); como resultado la producción promedio de metano alcanzó 210,0 ± 18,4 y 116,4 ± 9,9 mL/g SV para SB y SA respectivamente. Los autores concluyen que esta variedad presenta un potencial de metano promisorio para la producción de bioenergía.

En base a estas experiencias se fueron mejorando los primeros materiales desarrollados por Giorda, L.M. en INTA Manfredi y se continúan los trabajos de investigación para obtener materiales adaptados a distintos procesos, entre ellos los bioquímicos (sorgos con alta productividad de biomasa y digestibilidad) y termoquímicos:

En este caso, se caracterizan por mayor producción de MS/ha, tolerantes a condiciones ambientales más marginales, menor humedad a cosecha, o sea tallos menos jugosos (mayor facilidad de secado rápido a campo) lo que favorece la conversión en procesos termoquímicos, y sin panojas (fotosensitivos) o con muy bajo índice de cosecha (sin efecto de panojas/granos sobre el total de la biomasa). Además, se continúan con ensayos en diferentes ambientes monitoreando la respuesta y evolución de las características industriales para el proceso específico para el cual se está desarrollando el/los ideotipos de sorgo de INTA.

Paralelamente debe investigarse la logística para la cosecha y acondicionamiento del material.

Se agradece la colaboración prestada por los profesionales/propietarios de Estancia Los Monigotes-Ubajay, Entre Ríos, que facilitaron el lote para ensayos, como al Ing. Agr. E. Exequiel quien realizó un muy buen manejo del cultivo, y colaboró además con información técnica sobre el mismo.

Asimismo al Lic. Juan Pablo Álvarez (www.alvarezdemartini.com.ar) por el contacto, análisis y discusión sobre el tema y predisposición para ensayar el potencial de sorgo en la región, colaborando para contactar los propietarios Estancia Los Monigotes, y la implementación del ensayo.