Biochar en la agricultura cubana… Biochar in Cuban agriculture

Biochar en la agricultura cubana… Biochar in Cuban agriculture

Por Hans Peter Schmidt* y Gertrudis Pentón Fdez.**

(in english below)

La introducción de la pirólisis como una nueva tecnología de transformación de biomasa en Cuba, incrementa la capacidad de producir fertilizantes orgánicos, mejorar el balance climático y fortalecer la resiliencia de los agroecosistemas.

Contexto Cuba es un país que progresa hacia una agricultura orgánica sustentable; pero las capacidades de reciclaje de carbono y nutrientes para fertilizar los cultivos son aún insuficientes. Por ello es vital cerrar los ciclos de nutrientes orgánicos y optimizar los métodos y tecnologías para transformar el largo espectro de biomasas que actualmente es desechado en fertilizantes orgánicos, de modo que se garantice mayor eficiencia de la fertilización para incrementar la productividad agrícola. Las tecnologías de compostaje y de digestión anaeróbica son actualmente en Cuba las mayores fuentes de fertilizante orgánico; sin embargo, las pérdidas de carbón y nutrientes a través de la lixiviación y la emisión de gases con efecto invernadero son considerables. Para reducir y optimizar los procesos, el proyecto Reciclando bio-nutrientes y carbón para Cuba (por sus siglas Bio-C), tiene la intención de introducir métodos y procedimientos de pirólisis como complemento clave de las tecnologías de transformación de biomasa. Además de la energía renovable, el principal producto de la pirólisis es el «biochar», un material altamente poroso

con alta capacidad de absorción e intercambio de nutrientes, alta capacidad de almacenamiento de agua y potencial redox. Estas propiedades hacen del biochar un material versátil para reducir las pérdidas de nutrientes orgánicos, especialmente en los procesos de compostaje, digestión anaróbica y manejo animal. También, la estructura carbonocelulósica del biochar puede ser impregnada con nutrientes líquidos (por ejemplo, orina animal, efluentes del biodigestor, fermentado de bagazo de caña de azúcar), reactivando así el biomaterial para potenciar la liberación del fertilizante orgánico. El fertilizante basado en biochar es una opción que se traduce en mayor efectividad en la entrega de nutrientes a los cultivos, eleva el rendimiento agrícola, la salud de las plantas y es más congruente con el medioambiente que los fertilizantes convencionales.

Punto de mira Cuba, como una economía emergente, es un ejemplo no solo para el Caribe, sino para muchos países en desarrollo en las regiones tropicales y subtropicales. Si Cuba es exitosa en la transformación en fertilizante de la biomasa reciclada en el contexto de una agricultura agroecológica, esto puede servir como un modelo impresionante para países con sufrimiento económico y presiones medioambientales relacionadas con la degradación del suelo, la importación de agroquímicos y el cambio climático.

Los siguientes objetivos de intervención con la tecnología del biochar en la agricultura cubana contribuyen a largo plazo a minimizar el impacto negativo de la actividad agropecuaria en el ecosistema y el clima: • Optimizar las tecnologías de biomasa existentes (digestión anaeróbica, biodiésel, compostaje y pirólisis) acorde con la eficiencia de aprovechamiento de nutrientes y carbono, emisión de gas con efecto invernadero, servicios al ecosistema, secuestro de carbono y producción de energía. • Desarrollar nutrientes orgánicos optimizados a través del biochar para incrementar la producción de cultivos agrícolas de manera sostenible. • Determinar el efecto del fertilizante basado en biochar en la salud del suelo y las plantas, incluyendo mecanismos subyacentes en las interacciones planta-enfermedad. • Acceder al efecto a largo plazo de repetidas aplicaciones del fertilizante basado en biochar en la zona del suelo de mayor crecimiento radical. • Investigar los efectos del biochar como aditivo en la alimentación de cerdos en experimentos veterinarios a larga escala y en condiciones controladas. • Calcular el potencial nacional de reciclaje de carbono y nutrientes para propiciar una agricultura sostenible a lo largo de todo el país. Hacer de los residuos orgánicos un recurso valioso para el mejoramiento de los suelos y el incremento de la productividad a través del reciclaje y aplicaciones estables y progresivas, de manera que se traduzca en suficiencia de alimentos y resilien

cia medioambiental; he ahí el objetivo clave del proyecto Bio-C.

Relevancia Con el aumento y optimización del reciclaje local de los desechos orgánicos en Cuba, Bio-C va a la cabeza del mejor reciclaje de nutrientes, el mejoramiento de la calidad del suelo, el incremento del rendimiento agrícola, el mejoramiento de la resiliencia al cambio climático y la reducción de la huella del carbono. Se espera lograr con Bio-C un conocimiento útil sobre bases científicas y técnicas para agricultores y decisores políticos, que permita progresar hacia un uso más eficiente de los ciclos de la biomasa, el secuestro de carbono y los servicios al ecosistema en adición a los principales usos de la energía focalizados hoy. Reconociendo la fuerte red científica y el enfoque multidisciplinario existente en torno a Bio-C, se puede no solo demostrar la eficiencia de la nueva tecnología, sino también, demostrar y entender mejor sus mecanismos de funcionamiento, desarrollarlos y optimizarlos; y evaluar los efectos a largo plazo y limitar los riesgos potenciales. Sobre esas bases, la tecnología Bio-C estará lista para su implementación a gran escala en la práctica social y para ser incluido como una opción en las políticas para el desarrollo agropecuario.

Integración de agroecologistas cubanos Treinta y cinco fincas campesinas y unidades agrícolas de ciencia y técnica en Cuba se han entrelazado en la intención de hacer del biochar una práctica exitosa. Campesinos, tecnó logos, extensionistas e investigadores unen sus esfuerzos para recibir asesoría técnica y co-innovar en las técnicas y procedimientos de fabricación de biochar en hornos rústicos en la tierra y en calderas de acero diseñas para la tarea. Participan hombres y mujeres de la Estación Experimental de Pastos y Forrajes Indio Hatuey; el Centro Nacional de Sanidad Agropecuaria; el Parque Alejandro Humboldt, la Asociación Nacional de Agricultores Pequeños de Perico, Colón y Baracoa; el Organopónico de Alamar; las fincas Palo Lindo de la CCS Julio A. Mella, Cayo Piedra de la CCS José Martí, La Ceiba y La Palma de la CCS Ramón Rodríguez Milián, Paredes de la CCS Sabino Pupo, Habana de la CCS Abel Santamaría, Leonardo de la CSS Frank País, Finca del Medio localizada en Santi Spíritus, La Ofelia de la CCS Mariana Grajales y Las Polimitas de CCS Sabino Pupo, ubicadas en San Antonio del Sur y Baracoa, respectivamente, y la Planta de biodiésel de Guantánamo. Con todos ellos se dan los primeros pasos en sinergia con proyectos de amplio alcance nacional y territorial como Biomas-Cuba Fase III, CleanEnergy-Cuba, PIAR y Nuevos abonos organominerales…; con la asesoría y participación de Ithaka Institute for Carbon Strategies y Agroscope; en el marco del proyecto Reciclado de nutrientes y carbón a partir de biomasa para fertilización orgánica de avanzada en la agricultura en Cuba eco-inteligente y climáticamente positiva (Bio-C), financiado por la Fundación Nacional de Ciencia de Suiza y la Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación (Cosude).

* Director del Instituto de Investigación e Innovación Tecnológica Ithaka, Suiza. ** Especialista de la Estación Experimental de Pastos y Forrajes Indio Hatuey.

The introduction of pyrolysis as a new biomass transformation technology in Cuba increases the capacity to produce organic fertilizers, improve the climate balance and strengthen the resilience of agroecosystems.
Context Cuba is a country that is progressing towards sustainable organic agriculture; but the capacities for recycling carbon and nutrients to fertilize crops are still insufficient. Therefore, it is vital to close the organic nutrient cycles and optimize the methods and technologies to transform the long spectrum of biomass that is currently discarded into organic fertilizers, so that greater fertilization efficiency is guaranteed to increase agricultural productivity. Composting and anaerobic digestion technologies are currently the largest sources of organic fertilizer in Cuba; however, the losses of carbon and nutrients through leaching and the emission of greenhouse gases are considerable. To reduce and optimize processes, the project Recycling bio-nutrients and carbon for Cuba (by its initials Bio-C), intends to introduce pyrolysis methods and procedures as a key complement to biomass transformation technologies. In addition to renewable energy, the main product of pyrolysis is "biochar", a highly porous material
with high absorption capacity and nutrient exchange, high water storage capacity and redox potential. These properties make biochar a versatile material to reduce organic nutrient losses, especially in composting, anaerobic digestion and animal handling processes. Also, the carbon-cellulose structure of the biochar can be impregnated with liquid nutrients (for example, animal urine, effluents from the biodigester, fermented bagasse from sugarcane), thus reactivating the biomaterial to enhance the release of organic fertilizer. Biochar-based fertilizer is an option that results in greater effectiveness in delivering nutrients to crops, increases agricultural performance, plant health and is more consistent with the environment than conventional fertilizers.
Spotlight Cuba, as an emerging economy, is an example not only for the Caribbean, but for many developing countries in the tropical and subtropical regions. If Cuba is successful in transforming recycled biomass into fertilizer in the context of agroecological agriculture, this can serve as an impressive model for countries with economic suffering and environmental pressures related to soil degradation, the import of agrochemicals and change climate.

The following objectives of intervention with biochar technology in Cuban agriculture contribute in the long term to minimize the negative impact of agricultural activity on the ecosystem and the climate: • Optimize existing biomass technologies (anaerobic digestion, biodiesel, composting and pyrolysis ) in accordance with the efficiency of use of nutrients and carbon, greenhouse gas emissions, ecosystem services, carbon sequestration and energy production. • Develop optimized organic nutrients through biochar to increase the production of agricultural crops in a sustainable way. • Determine the effect of biochar-based fertilizer on soil and plant health, including underlying mechanisms in plant-disease interactions. • Access the long-term effect of repeated applications of the biochar-based fertilizer in the area of ​​the soil with the greatest radical growth. • Investigate the effects of biochar as an additive on pig feed in large-scale veterinary experiments and under controlled conditions. • Calculate the national potential for carbon and nutrient recycling to promote sustainable agriculture throughout the country. Make organic waste a valuable resource for soil improvement and increased productivity through recycling and stable and progressive applications, so that it translates into food sufficiency and resilien

environmental company; this is the key objective of the Bio-C project.

Relevance With the increase and optimization of local recycling of organic waste in Cuba, Bio-C is at the forefront of the best nutrient recycling, the improvement of soil quality, the increase in agricultural yield, the improvement of resilience to change climate and reducing the carbon footprint. It is hoped to achieve with Bio-C useful knowledge on scientific and technical bases for farmers and political decision-makers, which will allow progress towards a more efficient use of biomass cycles, carbon sequestration and ecosystem services in addition to the main ones. Targeted energy uses today. Recognizing the strong scientific network and the existing multidisciplinary approach around Bio-C, it is possible not only to demonstrate the efficiency of the new technology, but also to demonstrate and better understand its operating mechanisms, develop and optimize them; and assess the long-term effects and limit potential risks. On these bases, Bio-C technology will be ready for its large-scale implementation in social practice and to be included as an option in policies for agricultural development.

Integration of Cuban agroecologists Thirty-five peasant farms and agricultural units of science and technique in Cuba have intertwined in the intention of making biochar a successful practice. Peasants, technologists, extensionists and researchers join forces to receive technical advice and co-innovate in the techniques and procedures for manufacturing biochar in rustic furnaces on land and in steel boilers designed for the task. Men and women from the Experimental Station of Pastures and Forages Indio Hatuey participate; the National Center for Agricultural Health; Alejandro Humboldt Park, the National Association of Small Farmers in Perico, Colón and Baracoa; the Organopónico of Alamar; the Palo Lindo farms of the CCS Julio A. Mella, Cayo Piedra of the CCS José Martí, La Ceiba and La Palma of the CCS Ramón Rodríguez Milián, Paredes of the CCS Sabino Pupo, Habana of the CCS Abel Santamaría, Leonardo of the CSS Frank País, Finca del Medio located in Santi Spíritus, La Ofelia of CCS Mariana Grajales and Las Polimitas of CCS Sabino Pupo, located in San Antonio del Sur and Baracoa, respectively, and the Guantánamo biodiesel plant. With all of them the first steps are taken in synergy with projects of wide national and territorial scope such as Biomas-Cuba Phase III, CleanEnergy-Cuba, PIAR and New organomineral fertilizers ...; with the advice and participation of Ithaka Institute for Carbon Strategies and Agroscope; in the framework of the Recycling of nutrients and carbon from biomass for advanced organic fertilization in agriculture in Cuba eco-intelligent and climate positive (Bio-C), funded by the Swiss National Science Foundation and the Swiss Agency for Development and Cooperation (Cosude).

* Director of the Ithaka Institute for Research and Technological Innovation, Switzerland. ** Specialist of the Experimental Station of Pastures and Forages Indio Hatuey.