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1. Introducción
Colombia es uno de los países con mayor biodiversidad por metro cuadrado del mundo 1, esta característica, y la variedad de pisos térmicos que posee, representan un ambiente propicio para el desarrollo de la industria Apícola. La necesidad de aumentar e impulsar la apicultura en Colombia ha ocasionado la conformación de asociaciones 2 a lo largo del territorio nacional con el fin de regular la actividad económica y generar, mediante la comercialización de productos derivados como la miel, polen, propóleos, jalea real y otros, un bienestar económico y social a las múltiples familias beneficiarias. Con el objetivo de buscar nuevas alternativas que complementen el portafolio de producto ofrecido al consumidor se opta por la transformación de la miel para producir vino de miel (Hidromiel) 3.
A nivel nacional existen solo dos plantas piloto para la producción de hidromiel con una capacidad de 80-100 L, ubicadas en Boyacá y Huila, las cuales han representado una alternativa para ampliar los ingresos de las asociaciones de apicultores, diversificando el portafolio de productos ofrecido por las mismas 4.
El reciente interés por generar procesos sostenibles ha llevado a qué pequeñas, medianas y grandes industrias se interesen por su impacto ambiental, y cómo pueden remediar los daños ambientales que se ocasionen 5. La agencia Americana para la conservación del medioambiente EPA ha desarrollado un software de libre acceso llamado WAR-GUI, es un programa en el que utilizando datos como balance de masa y consumo energético se puede realizar un diagnóstico de los impactos producidos o consumidos por cualquier proceso, sin importar su tamaño o tipo de proceso, el software divide los impactos en 8 categorías 6, lo que contribuye a determinar los impactos que trae la contaminación del proceso, en este trabajo se utilizó este software para evaluar los impactos generados por la planta productora de hidromiel, ubicada en el departamento de Boyacá y la viabilidad ambiental del montaje de una planta en Bolívar, Colombia.
En este sentido, el hidromiel es un producto que ha generado mucho interés en el mercado de productos apícolas, está evaluación servirá como un punto de partida y de comparación frente a procesos de un mayor volumen de producción. Los análisis ambientales han sido desarrollados por varios autores como 7 en el que se realizó la evaluación a una planta productora de aceite de palma, esta investigación permitió encontrar los focos de contaminación y realizar sugerencias y recomendaciones para mejorar dicho proceso.
2. Metodología
2.1. Descripción del proceso
En la Figura 1, se puede observar una fotografía reciente de la configuración de la planta piloto, compuesta por un tanque de calentamiento y mezcla, 2 fermentadores y dos tanques para el proceso de maduración, siendo los equipos principales para el proceso de obtención de hidromiel, todos están construidos en acero inoxidable utilizado en la industria alimenticia 3. Las variables del proceso se pueden observar en la Tabla 1.
Tabla 1 Variables del proceso
| Equipos | Temperatura (°C) | Presión (hPa) |
|---|---|---|
| Marmita 1 | 60 | 1017 |
| Reactor | 17 | 1017 |
| Separador | 17 | 1017 |
| Marmita 2 | 55 | 1017 |
| Filtro | 17 | 1017 |
Fuente: Elaboración propia.
Fuente: elaboración propia
Figura 1 Planta de producción de hidromiel a escala piloto, San Mateo, Boyacá.
El proceso productivo de hidromiel a partir de miel de abejas se basó en una plata piloto con capacidad de 80 L ubicada en el municipio de San Mateo, Boyacá. La Figura 2 muestra el diagrama de bloques. El proceso cuenta con una etapa inicial (marmita) donde se adiciona miel (flujo 1) y agua (flujo 2) para formar el mosto. En esta etapa se calienta la mezcla hasta los 60 °C durante 20 min con el fin de disminuir la carga microbiana proveniente de las materias primas. El equipo posee una chaqueta de enfriamiento, la cual adecúa la temperatura del mosto a 17 °C, para luego pasar a la segunda etapa que es la fermentación. En esta etapa, ingresa el mosto (flujo 3) y se le adiciona 0.02 kg de levadura (flujo 4), obteniendo como resultado la corriente de producto general (flujo 5). Seguido de la etapa de fermentación, se hace circular el flujo 5 a un separador donde se retira el dióxido de carbono, la corriente resultante (flujo 7) se calienta en una marmita a 55 °C y mediante la chaqueta se reduce la temperatura a 17°C. Finalmente se ingresa la corriente 8 a un filtro donde se realiza el trasiego para retirar los sólidos presentes y se obtiene el producto principal (flujo 10).
2.2. Análisis ambiental
La evaluación ambiental del proceso productivo de hidromiel a partir de miel de abejas se llevó a cabo mediante el software WARGUI, donde se evaluaron 4 casos de estudios. El caso 1 (base) solo tiene en cuenta los desechos del proceso. En el caso 2 solo se incluyen las corrientes de producto. El caso 3 representa la energía del proceso. En el caso 4 se tienen en cuenta la energía y las corrientes de productos del proceso.
El algoritmo WAR introduce el concepto de equilibrio Impacto ambiental potencial (PEI), que implica el impacto ambiental de un flujo a través de los límites del sistema, debido a la masa o energía que cruza estos límites 8. Este índice se considera desde dos puntos de vista, la salida de PEI y la PEI generada, mostrados a continuación:
2.2.1. Impactos totales de salida
Mide el impacto de PEI emitido por el proceso, y su uso principal consiste en resolver preguntas sobre la eficiencia ambiental externa del proceso, es decir, la capacidad del proceso para obtener productos finales con una descarga de impacto ambiental potencial mínima. Se calcula con la Ec. (1) (ver tabla 2)
Tabla 2 Definición de términos
| Términos | |
|---|---|
| 𝐼(t) out | Impactos totales de salidas |
| 𝐼(t) gen | Impactos totales generados |
| 𝐼(cp) out | Tasa de impactos potenciales de salida |
| 𝐼(ep) out | Tasa impactos de salida relacionado con la energía del proceso |
| 𝐼(cp) we | Tasa de impactos potenciales asociados a la perdida de energía en el proceso |
| 𝐼(cp) in | Impactos de entrada |
Fuente: elaboración propia
2.2.2. Impactos totales generados
Mide la generación de PEI dentro de los límites del proceso y su importancia radica en descubrir la eficiencia ambiental interna del proceso, es decir, cuánto potencial de impacto ambiental se consume en el proceso. Se calcula con la Ec. (2) (ver tabla 2), como se muestra a continuación:
Además, el algoritmo WAR considera ocho categorías (ver Tabla 3) donde se evalúa la PEI de los productos químicos y el proceso 9. Estas categorías se pueden clasificar en dos grupos principales: Impactos toxicológicos locales humanos y ecológicos, conformado por los potenciales de toxicidad humana por ingestión (HTPI), inhalación o exposición dérmica (HTPE), toxicidad acuática potencial (ATP) y potencial de toxicidad terrestre (TTP); e impactos atmosféricos globales y regionales , donde se incluyen el potencial de calentamiento global (GWP), potencial del agotamiento del ozono (ODP), potencial de acidificación (AP) y el potencial de oxidación fotoquímica (PCOP) 10.
Tabla 3 Categorías de impactos
| Grupos | Categorías de impactos | Ecuación | Propiedades termo-físicas |
|---|---|---|---|
| Toxicológicos locales humanos y ecológicos | HTPI |
|
Dosis letal LD50 |
| TTP | |||
| ATP |
|
Concentración letal LD50 | |
| HTPE |
|
Tasa de liberación de H+ | |
| Atmosféricos globales y regionales | GWP |
|
Eficiencia radioactiva |
| ODP |
|
Tiempo de vida del compuesto en la atmósfera | |
| AP |
|
Tasa de rxn con Hidroxilo | |
| PCOP |
|
Taza de rxn con Ozono |
Fuente: Elaboración propia.
3. Resultados
Como punto de referencia se inició la evaluación con la planta piloto existente en Boyacá donde se tuvo en cuenta 4 casos de estudios. El caso 1 (base) solo incluye los desechos del proceso. En el caso 2 solo se incluyen las corrientes de producto. El caso 3 representa la energía del proceso. En el caso 4 se tienen en cuenta la energía y las corrientes de productos del proceso.
En la Figura 3 se pudo identificar que los impactos generados dentro de la planta, por unidad de tiempo y masa para los cuatro 4 casos son negativos, ya que el proceso dentro de sí mismo no generó daños ambientales debido a la naturaleza orgánica de las materias primas que se procesan (miel, polen, levadura, agua). Cuando se tiene en cuenta el caso 2, el PEI/kg-P es de 8.1 x 10-2, valor que estuvo por encima del caso 1 debido a la presencia de etanol y dióxido de carbono, este último, contribuye al aumento de la huella de carbono 11. Respecto a los PEI de salida por unidad de masa, se puedo concluir que en general los daños ocasionados al ambiente son mínimos, comparados con procesos como la Producción de Bioetanol Carburante, el cual posee unos impactos totales de salida de 0.311-0.404 PEI/kg-p cuando se utiliza maíz y caña de azúcar como materia prima12; en el proceso de producción de hidromiel los máximos valores alcanzados se atribuyen al caso 2 (8.10 x 10-2 PEI/kg-P) y caso 4 (8.39 x 10-2 PEI/kg-P) en los cuales se tienen en cuenta la corriente de producto.
Fuente: elaboración propia.
Figura 3 Impactos potenciales de la planta de producción de hidromiel ubicada en Boyacá.
En la Figura 4 se evaluaron los impactos totales potenciales de la planta de Bolívar, los cuales son dependiente del balance global del proceso, valorando el intercambio de materia y energía a través de los límites del sistema para calcular los diferentes índices que proporcionan información acerca de la hostilidad del mismo6. Debido a que las plantas en estudio tienen la misma capacidad (80 L)3, el balance de materia es idéntico para ambos procesos, por tal razón los impactos totales generados y de salida asociados al flujo másico (desechos y flujo de producto) son iguales para ambas plantas.
Fuente: elaboración propia.
Figura 4 Impactos totales potenciales de la planta de producción de hidromiel ubicada en Bolívar.
En la Figura 5, se observó que la planta de Boyacá generó un mayor impacto ambiental, debido a la diferencia a favor en el consumo energético entre Boyacá (31.79% MJ/h) y Bolívar (24.74 MJ/h). La temperatura ambiente de la región de San Manteo, que en promedio es 17°C13, hace que se eleve el requerimiento energético de gas natural para calentar y por ende se producen en mayor cantidad de contaminantes que facilitan la formación de lluvias acidas y calentamiento global14,15).
Fuente: elaboración propia
Figura 5 Impactos totales de salida para Boyacá y Bolívar teniendo en cuenta la energía del proceso.
En la Figura 6, se compararon los impactos toxicológicos por unidad de masa generados en las plantas de estudios, donde se tuvo en cuenta la influencia de la energía asociada a los procesos. Se analizó, que la diferencia energética de 7.05 MJ/h a favor de Boyacá, tuvo mayor impacto en la categoría ATP la cual depende del LC50, relacionado con la combustión de la fuente de energía y la producción de vinazas, subproducto generado en la fermentación con alto contenido orgánico capaz de alterar los cuerpos de agua, colocando en riesgo la vida acuática16. Los impactos HTPI, HTPE y TTP dependen del flujo de materia prima que cruza los límites del sistema.
En la Figura 7, se graficaron los impactos atmosféricos por unidad de masa teniendo en cuenta la energía de los procesos. En general, se pudo observar que un amento en el consumo energético incrementa los impactos atmosféricos, como en la categoría AP y GWP, debido a que la combustión de un mayor volumen de gas generará un incremento en la producción de NOx y SOx que potencializan las lluvias acidas 17,18) y aumenta las emisiones de dióxido de carbono al ambiente14. Respecto a la categoría PCOP, se observó una mayor influencia en el Departamento de Bolívar debido a que, las altas temperatura de la región, facilitan la emisión de compuestos volátiles al ambiente en su mayoría dióxido de carbono 19.
4. Conclusiones
El análisis realizado bajo el algoritmo de reducción de residuos (WAR) permitió concluir que debido a que los procesos son prácticamente iguales, los resultados de impactos ambientales no presentan diferencias notables, sin embargo, debido a la diferencia en el consumo energético a favor de Boyacá hay una mayor emisión de compuestos (CO2, NO2, SO2, etc) por parte de la misma, que fomentan problemáticas ambientales como lluvia acida y calentamiento global. Los residuos orgánicos arrojados a cuerpos de agua pueden llegar a afectar la vida acuática, por tal razón se recomienda el aprovechamiento de los mismos como abono. El producto en general, no representan una amenaza en el ecosistema y la salud de las personas. Por último, se evidencia que las 7 categorías de impactos presentaron valores bajos, en algunos casos prácticamente llegando a cero por lo que desde el punto de vista ambiental este proceso podría posicionarse como una alternativa para aumentar la proliferación de abejas y producción de miel en el departamento de Bolívar.
