Valorizzazione delle acque reflue e dei fanghi provenienti da sistemi di acquacoltura a ricircolo

L’allevamento ittico a terra è promosso come un futuro sostenibile per i sistemi di acquacoltura intensiva basati in gran parte sulla riduzione dell’impronta ecologica, sul basso utilizzo di acqua, sulle condizioni ambientali controllate e sul basso impatto di parassiti e malattie. Ciò, tuttavia, ha un costo, che è principalmente l’uso di energia che determina il costo di produzione.

È stato suggerito che le stime per la produzione terrestre di salmone atlantico nei sistemi di acquacoltura a ricircolo (RAS) siano di circa 7 kWh/kg di pesce prodotto con un'impronta di carbonio stimata di 0,114 kg di CO2 equivalenti/kWh. Questo valore può variare in modo significativo a seconda della specie e a seconda dell'intensità della produzione. Tuttavia, l’agricoltura RAS non è economica, ma i vantaggi sono elevati quando si producono specie con un elevato valore di mercato.

I principali risultati dell’acquacoltura RAS, oltre alla CO2 (che viene generalmente degasata dal sistema RAS) e alla biomassa ittica, sono acque reflue e fanghi altamente ricchi di nutrienti. Il primo è arricchito con alti livelli di nitrati – il punto finale della nitrificazione. In genere è la concentrazione di nitrati che determina in ultima analisi il tasso di scambio idrico in un sistema di acquacoltura RAS intensivo, presupponendo che non venga impiegato alcun processo di denitrificazione attivo.

Nei sistemi che impiegano tale "scambio d'acqua pari a zero", il nitrato viene convertito anaerobicamente in gas N2, riducendo la necessità di scambio d'acqua nel sistema RAS. Sebbene si tratti di uno sviluppo commerciale relativamente recente, questi sistemi stanno diventando sempre più comuni. In un sistema RAS convenzionale, i livelli di nitrati possono essere variati, sebbene livelli di 150 mg/L o più non siano rari. Si tratta di acque reflue altamente arricchite di sostanze nutritive che possono essere ulteriormente utilizzate.

Approcci più convenzionali hanno visto l’utilizzo delle acque reflue RAS di acqua dolce in impianti acquaponici a circuito aperto (dove l’acqua viene utilizzata per l’orticoltura e poi scaricata) o a circuito chiuso (dove l’acqua viene ricircolata nel processo di produzione del pesce). Per cui le piante (tipicamente in condizioni orticole come verdure a foglia o erbe aromatiche) vengono coltivate utilizzando l'acqua arricchita di nitrati. L’acqua salmastra rappresenta una sfida con l’aumento dei livelli di sale nelle acque reflue. La coltura di piante tolleranti al sale o di macroalghe offre una soluzione attualmente in fase di sviluppo.

Un'altra alternativa è la coltura di microalghe in fotobioreattori associati ai sistemi di acquacoltura RAS. Presso il Marineholmen RASLab, insieme al suo partner di ricerca NORCE, si stanno studiando i test e la prototipazione della produzione combinata di giovani salmoni dell'Atlantico basata su RAS, in combinazione con la produzione di microalghe.

La componente dei rifiuti solidi (costituita in gran parte da materiale fecale di pesce e mangime non consumato) viene definita "fanghi". Convenzionalmente, questi rifiuti vengono raccolti dalla sedimentazione e/o da un filtro a tamburo o da un dispositivo di filtrazione simile e vengono scaricati dal sistema di acquacoltura RAS per essere raccolti in un serbatoio di stoccaggio da dove vengono smaltiti. Questo materiale, ad alto contenuto energetico e contenente grandi quantità di fosforo non digerito e non assorbito, è una risorsa preziosa per l'ulteriore lavorazione.

Tradizionalmente, i fanghi potrebbero essere utilizzati per l'arricchimento del suolo o come fertilizzante per scopi agricoli. Tuttavia, più recentemente, si ritiene che abbia il potenziale per produrre biogas. In collaborazione con NORCE, Clara Venture Labs e l'Università di Bergen, RASLab, in un progetto noto come "Sludge Appraisal team – Developing a sUstainable value chain from tank to product" (Slam-Dunk), ha esplorato la produzione di biogas attraverso la fermentazione dei fanghi e la coltivazione batterica, nonché la pirolisi del materiale solido utilizzando le microonde per produrre un gas (syngas).

Il gas risultante da questi processi può quindi essere utilizzato per produrre energia o raffinato per l’uso nelle celle a combustibile. I risultati suggeriscono che diverse composizioni di fanghi provenienti da diverse fasi di produzione del salmone atlantico producono diversi prodotti potenziali per l’ulteriore sviluppo di gas biosintetico e potenziali prodotti. Si prevede, tuttavia, che l’ulteriore sviluppo di questi processi porterà alla valorizzazione dei prodotti di scarto e quindi ad aumentare la sostenibilità netta dell’intera catena del valore della produzione del salmone atlantico.