La presente invención describe sistemas y métodos para la conversión de estiércol en nuevo fertilizante y/o en productos constituyentes del suelo útiles como entrada para operaciones de explotación orgánica.

Los sistemas del equipo comprenden una unidad generadora de turbina de gas (fuente de calor preferida), un recipiente de secado y una unidad de procesado, tal que la conexión entre la turbina de gas y el recipiente de secado dirige sustancialmente todo el escape de la turbina de gas al recipiente de secado obstaculizando sustancialmente la introducción de aire en el recipiente de secado. El recipiente de secado recibe el estiércol por contacto con los gases de escape de la turbina para convertir el estiércol en un material seco, el cual pasa a la unidad de procesado en la cual se conforma en gránulos, pellets u otras formas deseadas para el producto fertilizante seco final. El método comprende secado, calentamiento y conversión del estiércol para formar un fertilizante autoligado nuevo y productos del tipo constituyentes del suelo para explotación orgánica y otros usos

Procedimiento y aparato para fertilizantes con secado de insumos.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un procedimiento y a un equipo para convertir económicamente estiércol y purines en productos fertilizantes (preferiblemente abono orgánico certificado) y productos de formación de suelos con un alto contenido de materia orgánica (preferiblemente certificados como orgánicos) para usos en la agricultura comercial, césped doméstico y jardinería y para recuperación.

Antecedentes de la invención

El número y el tamaño de las explotaciones concentradas de ganadería y otras operaciones agrícolas, que producen carne vacuna, carne de cerdo, aves, alces y otros animales de caza, cabras, cordero, pescado, leche, queso, huevos, y otros alimentos obtenidos a partir de animales han crecido continuamente y siguen haciéndolo. Lo mismo es cierto para otras operaciones de ganadería para ovejas, alpacas y otros animales para la producción de lana, pieles y otros productos de fibra. El beneficio primario de alojar y alimentar mayores números de animales en un único emplazamiento es que las operaciones consolidadas dan una economía de escala que reduce los costos operacionales por unidad de producto y mejora los beneficios. Sin embargo, aunque el número y el tamaño de las operaciones de ganadería concentrada, confinada ha crecido a lo largo de los años, el desarrollo de la tecnología para tratar el estiércol de estas instalaciones no ha cambiado. La mayoría del estiércol es almacenado en lagunas o montones en los que se descompone, luego es transportado a emplazamientos distantes de estas instalaciones y es aplicado al terreno en el que crecen las cosechas con poco tratamiento o ninguno. Por consiguiente, existen preocupaciones ambientales y sanitarias sobre las aplicaciones directas de estiércol en bruto o mínimamente tratado al suelo, incluyendo el lixiviado por el agua de lluvia de contaminantes a las aguas superficiales o subterráneas y las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera debidas a la bioconversión o a la descomposición. La eliminación del estiércol es un problema ambiental significativo.

La producción de huevos de gallina ha experimentado un crecimiento significativo en los años recientes. Existen muchas instalaciones de producción de huevos que contienen un mínimo de un millón de gallinas ponedoras, porque los productores han afrontado el hecho de que las operaciones de producción y tratamiento de huevos deben hacerse grandes y más concentradas para mejorar las prestaciones económicas en un entorno competitivo de negocios. Estas grandes instalaciones de producción eliminan su estiércol compostándolo, pero existen problemas ambientales significativos causados por este método de eliminación del estiércol.

Los estiércoles animales de explotaciones lecheras y porcinas tienen un contenido de humedad típicamente superior al 70% en peso, lo cual hace difícil manipular y eliminar estos estiércoles económicamente. Eliminar la humedad para reducir el volumen a fin de permitir la eliminación en relleno de terrenos es costoso y ambientalmente no deseable. El transporte desde los emplazamientos de las granjas para la eliminación directa y uso en los terrenos agrícolas es también costoso y es ambientalmente no deseable debido a los olores de NO_x en la aplicación y debido a la presencia de contaminantes, patógenos y algas en el estiércol.

La bioconversión, usada comúnmente para el tratamiento de los efluentes urbanos y residuos ganaderos, se refiere a la conversión o descomposición de materiales orgánicos (tales como residuos orgánicos) en productos útiles (como alimentos utilizables o combustible) por descomposición bacteriana de este tipo de materia orgánica. La bioconversión incluye la digestión anaerobia y aerobia. Los operadores de grandes explotaciones agrícolas han construido lagunas y balsas para contener el estiércol y para permitir la digestión de la bioconversión del material residual antes de aplicarlo al suelo. Sin embargo, estas lagunas causan graves problemas de contaminación de las aguas del subsuelo y de la superficie. También requieren grandes áreas de terreno, y no tienen control de emisiones de olores de NO_x y de gases de efecto invernadero o contaminantes a la atmósfera. Aunque las explotaciones de biogás recogen los gases de las lagunas como combustible para la generación eléctrica, tales explotaciones sólo recogen una parte de los gases, producen de manera ineficiente pequeñas cantidades de electricidad y todavía les queda por eliminar los lodos de la laguna.

Ejemplos de esta técnica anterior y de publicaciones que han tratado los problemas anteriores por digestión, incineración, reducción de volumen y/o descomposición son las patentes de los EEUU 6.535.528 a Finham; 5.685.153 a Dickenson y otros; 6.039.773 a McMullen y otros; 6.125.633 y 6.173.508 a Strohmeyer; 6.171.499 a Bouchalat; 6.524.632 a Katchner; 6.613.562 a Dvork; 6.682.578 a Sower; y la solicitud de patente de EEUU 2004/0025715 por Bonde y otros.

Otro problema que existe en las explotaciones de ganadería y tratamiento de efluentes es la contaminación del aire, incluyendo las emisiones de gases de efecto invernadero, que incluyen el metano y el CO₂, y los gases que tienen olores de NO.. Conforme se han ampliado las zonas de viviendas residenciales, muchas se han incrustado en el terreno adyacente a las explotaciones ganaderas, y las quejas de los residentes relativas a los olores de NO_x han crecido. Adicionalmente a los gases contaminantes de efecto invernadero producidos por el estiércol y la bioconversión de estiércol, emitidos directamente por el estiércol (orina y heces) o por la descomposición del estiércol, existe una necesidad reconocida de controlar las emisiones de gases de NO_x o de efecto invernadero de los propios animales y de prevenir que los mismos sean emitidos a la atmósfera.

Existe igualmente un énfasis creciente en la producción de cultivos alimentarios por unos de procesos de producción de cosechas y materiales certificados orgánicos. Los gobiernos de Canadá, Australia, los Estados Unidos, la Unión Europea y otros países han desarrollado normas para calificar los productos alimenticios como "orgánicos" o "producidos orgánicamente" y existen varias agencias gubernamentales bien conocidas para certificar las granjas y comercializar como "orgánicos" bajo las normas adecuadas. Así, el etiquetado "orgánico certificado" y la terminología se han desarrollado para significar productos certificados por organizaciones reconocidas como que cumplen las normas de la agencia aplicables y como productos obtenidos por métodos que cumplen las normas de la agencia para los métodos orgánicos de producción. En primer lugar "orgánico certificado" significa que esencialmente no se permiten en el crecimiento o en el proceso de producción productos químicos hechos por el hombre, incluyendo pesticidas, herbicidas y fertilizantes. Por tanto, los agricultores orgánicos tienen un grave problema para rellenar y reconstruir los nutrientes y materias orgánicas en su suelo, debido a que no se dispone de materiales orgánicos efectivos de aportación.

El estiércol compostado y otros productos se usan actualmente por los agricultores, pero los materiales de compost son de bajo valor en nutrientes y tienen un contenido importante de patógenos y algas, lo cual es perjudicial para las operaciones agrícolas. Adicionalmente, las propias operaciones de compostaje causan problemas de contaminación significativa en el aire y en las aguas subterráneas. La tecnología desarrollada hasta la fecha para obtener productos fertilizantes orgánicos certificados no ha sido satisfactoria debido a uno o varios problemas en la calidad del producto, eficacia, aceptabilidad ambiental, o factibilidad económica para proporcionar un producto comercial a un precio razonable. Ejemplos de esta técnica anterior y de publicaciones que han tratado la producción de productos fertilizantes orgánicos o certificados orgánicos son las patentes de los EEUU 6.354.349 a Inohue; 6.461.399 a Connell y otros; 6.517.600 y 6.645.267 a Dinel y las solicitudes de patente de EEUU 2003/0038078 por Stamper y otros, 2003/0089151 y 2003/0136165 por Logan y otros, y 2003/o111410 por Branson.

Es obvio a partir de lo anterior que existe una necesidad no atendida de tecnologías ambiental y económicamente aceptables para eliminar el estiércol y los purines y para el control de los gases de NO_x o de efecto invernadero de las explotaciones ganaderas. Y existe unas necesidades...

1. Un método de fabricación de un producto fertilizante a partir de material de alimentación de estiércol, que comprende:

hacer funcionar un generador de turbina de gas para producir electricidad y gases de escape;

poner los gases de escape en contacto con el material de alimentación de estiércol con un contenido de humedad de, al menos, aproximadamente un 30% en peso, en una vasija de secado durante un tiempo de contacto suficiente para producir, sin oxidación significativa del material de alimentación de estiércol, un material fertilizante seco con un contenido de humedad inferior a, aproximadamente, un 20% en peso; y

tratar y conformar el material fertilizante dándole forma de gránulos, bolas o perlas de producto fertilizante, adecuados para la aplicación de fertilizante seco usual en una operación de cultivo.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material de alimentación de estiércol tiene un contenido de humedad de, al menos, aproximadamente un 50% en peso.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material fertilizante tiene un contenido de humedad inferior a, aproximadamente, un 15% en peso.

4. Aparato para trata material de alimentación de estiércol, que comprende:

una turbina de gas; y

una vasija de secado destinada a recibir los gases de escape de la turbina de gas a través de una conexión y destinada a recibir material de alimentación de estiércol;

en el que la conexión entre la turbina de gas y la vasija de secado está destinada a impedir, sustancialmente, la entrada de aire en la vasija de secado.

5. Aparato de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la conexión entre la turbina y la vasija de secado está destinada, además, a dirigir esencialmente el 100% del escape de la turbina de gas a la vasija de secado.

6. Aparato de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la vasija de secado está destinada a secar o tratar térmicamente un material de alimentación de estiércol por contacto directo de los gases de escape y el material de alimentación de estiércol, para producir un material fertilizante o un material para regenerar el suelo.

7. Aparato de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende además una unidad de tratamiento destinada a recibir el material de la vasija de secado y a conformarlo dándole forma de gránulos, bolas o perlas.

8. Un material fertilizante o regenerador del suelo, que comprende un material de alimentación de estiércol tratado térmicamente a suficiente temperatura, sin oxidación significativa y durante un período de tiempo suficiente para proporcionar un material de estiércol auto-aglutinante, adecuado para darle forma de gránulos, bolas o perlas, adecuada para una aplicación usual en seco en una operación de cultivo.

9. Un material fertilizante o regenerador del suelo de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende menos de, aproximadamente, un 15% en peso de humedad.

10. Un material fertilizante o regenerador del suelo de acuerdo con la reivindicación 9, conformado a modo de gránulos, bolas o perlas.

11. Un sistema portátil para tratar material de alimentación de estiércol, para producir un producto fertilizante o un producto regenerador del suelo, que comprende:

al menos una unidad secadora portátil destinada a secar un material de alimentación de estiércol para producir un material fertilizante o regenerador del suelo; y

al menos una unidad de tratamiento, portátil, destinada a convertir el material fertilizante o regenerador del suelo procedente de la unidad secadora, en un producto fertilizante o un producto regenerador del suelo con una forma adecuada para ser aplicado en la forma usual al suelo, en una operación de cultivo.

12. Un sistema portátil de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la unidad secadora comprende una turbina de gas y una vasija de secado.

13. Un sistema portátil de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la turbina de gas y la vasija de secado están conectados por una disposición destinada a hacer pasar los gases de escape de la turbina de gas a la vasija de secado, y destinada a impedir la entrada de aire en la vasija de secado.

14. Un sistema portátil de acuerdo con la reivindicación 13, que comprende:

una primera unidad montada sobre patines, que comprende una turbina de gas que incluye un generador destinado a producir electricidad;

una segunda unidad montada sobre patines, que comprende la vasija de secado destinada a conectarse al generador de la turbina de gas a fin de recibir los gases de escape de la turbina de gas y a impedir la entrada de aire en la vasija de secado; y

una tercera unidad montada sobre patines, que comprende la unidad de tratamiento.

15. Un sistema portátil de acuerdo con la reivindicación 14, cuyo sistema portátil está montado en un camión.

16. Aparato para tratar gases de origen animal, que comprende:

una turbina de gas que tiene una admisión de aire de combustión; y

un recinto para animales del que se evacua el aire de ventilación;

en el que la admisión del aire de combustión está destinada a recibir, al menos, parte del aire de ventilación evacuado del recinto.

17. Aparato de acuerdo con la reivindicación 16, en el que la admisión de aire de combustión está conectada con el recinto para animales mediante un conectador destinado a dirigir, al menos, parte del aire de ventilación evacuado a la admisión de aire de combustión.

18. Aparato de acuerdo con la reivindicación 17, en el que la turbina de gas comprende un generador de turbina de gas.

19. Aparato de acuerdo con la reivindicación 18, en el que el escape de la turbina de gas está conectado con una vasija de secado destinada a recibir material de alimentación de estiércol.

20. Un método de fabricar un producto fertilizante o regenerado del suelo, que comprende:

producir gases de escape de combustión calientes a partir de una turbina de gas, un quemador de petróleo o de gas o un motor de movimiento en vaivén;

dirigir el aire de ventilación procedente de un recinto para animales a la admisión del aire de combustión de la turbina, quemador o motor; y

poner en contacto los gases de combustión calientes con un material de alimentación de estiércol.

21. Un método de acuerdo con la reivindicación 20, que comprende poner en contacto los gases de escape con el material de alimentación de estiércol en un sistema cerrado, destinado a impedir, sustancialmente, la oxidación significativa del material de alimentación de estiércol.

22. Un método para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a partir de una operación de bioconversión de estiércol, residuos municipales o establos, que comprende:

confinar al menos la parte de la operación que genera los gases de efecto invernadero, con el fin de contener los gases;

dirigir al menos parte de los gases a una admisión de aire de combustión de una turbina de gas, un quemador de petróleo o de gas o un motor de movimiento en vaivén;

dirigir al menos parte de los gases de escape de la turbina, quemador o motor a una vasija de secado para secar o tratar un material de alimentación de estiércol.

23. Un método de acuerdo con la reivindicación 22, en el que la operación confinada se realiza en un establo.

24. Un método de fabricar un producto fertilizante o regenerador del suelo, que comprende:

producir gases de escape de combustión calientes a partir de una turbina de gas, un quemador de petróleo o de gas o un motor de movimiento en vaivén; y

poner en contacto los gases de escape de combustión calientes con un material de alimentación de estiércol para tratar térmicamente el material de alimentación a suficiente temperatura y durante un período de tiempo suficiente para proporcionar un material de estiércol auto-aglutinante, adecuado para darle la forma de gránulos, bolas o perlas, adecuada para la aplicación usual en seco en una operación de cultivo.

25. Un método de acuerdo con la reivindicación 24, que comprende poner en contacto los gases de escape con el material de alimentación de estiércol en un sistema cerrado, destinado a impedir sustancialmente una oxidación significativa del material de alimentación de estiércol.