Nuevas aplicaciones del invernadero

La acuicultura es la técnica del cultivo de especies acuáticas vegetales y animales. La referida a estas últimas comenzó a desarrollarse en los años setenta como alternativa a la pesca, ante el agotamiento de las reservas pesqueras por la sobreexplotación de los océanos y mares. Un caso destacado de acuicultura en piscinas o estanques es la cría de camarón (langostino). Hoy en día estas piscinas, conocidas como camaroneras, se han instalado en cincuenta países de Asia e Iberoamérica, entre los que cabe destacar Tailandia, China, Vietnam, Indonesia, India, Brasil, México y Ecuador. El principal importador es Estados Unidos de América, seguido por la Unión Europea (sobre todo España y, después, Francia, Gran Bretaña, Italia, Holanda y Alemania) y Japón. Más de la mitad del langostino tropical consumido en estos países procede de las piscinas de cría de camarones y no del mar. Ecuador lidera la producción de camarón en Iberoamérica y hasta 1999 fue el segundo exportador mundial, después de Tailandia. En 1995 se habían construido casi 200.000 hectáreas de piscinas camaroneras, incluyendo las cubiertas con plástico y las que están al aire libre. En 1998 la industria registró los mayores índices de producción de su historia, llegando a exportar camarones por un valor de 875 millones de dólares. El camarón se convirtió en el tercer producto más exportado después del petróleo y el plátano.

De las veinte empresas más grandes de Ecuador, diez eran camaroneras. Sus exportaciones iban dirigidas sobre todo a EEUU (60%) y a la Unión Europea (27%). La aparición de enfermedades víricas esquilmaron las producciones camaroneras en Ecuador durante los últimos años y estuvieron a punto de acabar con esta industria, que está empezando a recuperarse del colapso que sufrió por la introducción en el país del virus de la Mancha Blanca en 1999, que asoló la producción del año 2000 por la importación de larvas infectadas de otros países. Los ingresos por este negocio disminuyeron hasta un 70%. El modelo productivo de la industria camaronera ecuatoriana está basado en el monocultivo extensivo de baja tecnología del langostino blanco del Pacífico (Penaeus vannamei o Litopenaeus vannamei). La Mancha Blanca es un virus que ataca al camarón en su edad más joven. Un cultivo infectado tiene una mortalidad muy alta (80-90%) y hasta ahora no se conocen métodos químicos o farmacéuticos eficaces para luchar contra él. El mejor resultado y el más económico se ha obtenido con el incremento de la temperatura del agua de unos 22 °C a unos 29-32 °C mediante la cubierta de las piscinas de cultivo con filmes plásticos a modo de invernadero. Las estructuras son similares a las de los invernaderos para cultivos de flores, frecuentes en Ecuador, con estructura de madera, con capillas a dos aguas, si bien su altura es bastante menor (ver figura 1). Algunos estudios realizados recientemente demuestran la rentabilidad del cultivo de camarones en invernaderos y que la inversión de estructura y filme plástico se puede amortizar en un solo ciclo. El cultivo de camarones en invernadero comenzó a estudiarse en Ecuador el año 2000 y desde entonces las camaroneras cubiertas con plástico han crecido hasta las 400 hectáreas.

La acuicultura española solo está usando invernaderos en aplicaciones muy específicas, especialmente en las fases de cría de larvas o alevines de peces (dorada, lubina), la extensión cubierta es muy pequeña y no se ha detectado ningún interés claro por explorar en el futuro inmediato si el uso de invernaderos para el desarrollo de alguno de los cultivos acuícolas puede ser ventajoso, igual que se ha demostrado con los camarones en Ecuador.

Existen también iniciativas para combinar el cultivo en invernadero de vegetales y peces, como el proyecto ‘Hidrotilapia’, promovido por la Universidad Politécnica de Madrid. Este proyecto estudia el cultivo de fresas y tilapias (un pez tropical) en dos niveles del invernadero: el cultivo de tilapia se situaría bajo las mesas de fresas, con lo que se aprovecharía mejor el espacio del invernadero. Existen proyectos similares en Israel para cultivo de tilapia en el desierto del Negev.

Existen cultivos comerciales de algas para aplicaciones medicinales, de cosmética o como alimento para la acuicultura animal en los que se utilizan fotobiorreactores fabricados con plásticos, que a su vez pueden estar situados en el exterior o dentro de un invernadero convencional.

Los fotobiorreactores son estructuras, generalmente cilíndricas, de plástico transparente rígido o flexible, dispuestas en horizontal o en vertical, dentro de las cuales se cultivan las algas en medio acuoso dulce o salado. Buena parte de la tecnología desarrollada para las cubiertas de invernadero (fotoestabilización, fotoselectividad…) podría ser aplicable a los fotobiorreactores. La superficie dedicada al cultivo de algas para estas aplicaciones es aún muy pequeña (menos de una hectárea en España), aunque su potencial de crecimiento sea alto.

El cultivo de microalgas para la producción de biodiésel es un tema que también se está estudiando desde hace años. El sistema convencional empleado para llevar a cabo el cultivo es usar estanques de gran superficie y poca profundidad (raceways), aunque también se está estudiando el uso de fotobiorreactores. Aunque el cultivo de algas en invernaderos para la producción de biocombustibles es hoy en día casi inexistente, puede tener un desarrollo rápido en los próximos años, impulsado por la legislación europea y el Plan Nacional de Energías Renovables.

Además de la aplicación de energías renovables (solar, eólica) para el suministro energético de invernaderos convencionales, existen iniciativas para utilizar invernaderos como generadores de electricidad aprovechando la energía solar en su versión térmica o fotovoltaica.

La primera se basa en el concepto de torre solar, una construcción que trata de aprovechar la energía solar mediante la convección de aire. El aire se calienta en un gran invernadero circular y la convección generada hace que suba y tienda a escapar a través de una gran torre. El aire en movimiento impulsa unas turbinas que generan electricidad. El principal problema de esta propuesta es la diferencia relativamente pequeña entre la temperatura más alta y la más baja del sistema. El teorema de Carnot restringe enormemente la eficacia de la conversión en estas circunstancias, por lo que son necesarias torres de gran altura.

En 1903 el coronel español Isidoro Cabanyes diseñó la primera torre solar. Otro de los primeros diseños de una central eléctrica basada en la torre solar fue creado en 1931 por un autor alemán, Hanns Günther. A principios de 1975 Roberto E. Lucier solicitó las patentes de la torre solar; entre 1978 y 1981 estas patentes fueron concedidas en los Estados Unidos, Canadá, Australia e Israel. Más recientemente Schlaich, Bergerman & Partner, bajo la dirección del profesor alemán Jörg Schlaich, construyó un modelo de trabajo a pequeña escala de una torre solar en 1982 en Manzanares (Ciudad Real), a 150 km al sur de Madrid (figura 2), que fue financiada completamente por el gobierno alemán. Esta central eléctrica funcionó satisfactoriamente durante aproximadamente ocho años y fue derribada por una tormenta en 1989. La torre tenía un diámetro de 10 m y una altura de 195 m, con un área de la colección (invernadero) de 46.000 m2, que conseguía una producción máxima de energía de cerca de 50 kW.

La máxima potencia eléctrica que puede desarrollar el diseño es de hasta 200 megavatios (MW). La chimenea solar propuesta inicialmente debía medir un kilómetro de alto, y la base 7 kilómetros de diámetro, con una superficie de 38 kilómetros cuadrados. La chimenea solar extraería así cerca del 0,5% de la energía solar que fuese irradiada en el área cubierta.

Uno de los inconvenientes del sistema es que funciona durante el día, cuando el sol calienta el aire, pero deja de funcionar durante la noche. Esto se puede evitar cubriendo el suelo con tubería o bolsas de agua que absorben la energía térmica durante el día y la emiten durante la noche, equilibrando el funcionamiento del sistema. Se ha demostrado que un espesor de agua de 10 a 20 cm es suficiente para que la generación de la torre sea prácticamente constante a lo largo del día. Aunque las pruebas realizadas en los años ochenta parecían indicar que el sistema no era rentable, estudios actuales indican que, debido a las mejoras en los materiales para la absorción de calor que pueden ser utilizados en el invernadero, la altura de la chimenea y el diámetro de la base podrían verse reducidos sustancialmente para incrementar así la eficiencia y, por tanto, la rentabilidad.

Además de los proyectos de torre solar, también existen iniciativas a más largo plazo para el desarrollo de paneles fotovoltaicos orgánicos semitransparentes, que permiten el cultivo de plantas bajo ellos, al mismo tiempo que convierten parte de la energía solar en energía eléctrica.

La desalación es una técnica que consiste en retirar la sal del agua marina para convertirla en un recurso aprovechable tanto para el uso humano como para riego o usos industriales. Una desaladora solar pasiva consiste en cubrir una balsa de agua con una estructura similar a un invernadero en forma de arco gótico o apuntado sobre la que se colocan filmes antigoteo. Con la radiación solar incidente se favorece la evaporación del agua. Mientras que la sal va quedando concentrada en la balsa, la condensación en lámina característica de los filmes antigoteo, permite que el agua deslice por las paredes del plástico para posteriormente ser recogida. Los materiales plásticos existentes en la actualidad presentan un efecto antigoteo de duración limitada en las condiciones de alta temperatura y humedad que se dan en una desaladora solar, pero el desarrollo de nuevos materiales con efecto antigoteo permanente puede hacer viable esta aplicación, sobre todo en zonas de alta radiación solar y bajo precio del suelo, dada la gran superficie necesaria para su instalación.

A finales de los años noventa se desarrolló en la Estación Experimental de Cajamar ‘Las Palmerillas’ un proyecto en este sentido, que no tuvo éxito debido a la limitada duración del efecto antigoteo en los plásticos (figura 3). Por otro lado, el Massachusetts Institute of Technology (MIT) está desarrollando materiales superhidrofílicos con efecto antigoteo permanente, así como materiales que combinan zonas superhidrofóbicas con zonas superhidrofílicas para la recogida de agua por condensación de la humedad atmosférica, lo que podría ser de gran interés en zonas áridas. Estos materiales se basan en la combinación de nanopartículas de sílice con polímeros cargados positiva y negativamente y moléculas perfluoradas que se autoensamblan.

La lixiviación bacteriana es un proceso biotecnológico que emplea bacterias específicas para lixiviar o extraer metales de valor como uranio, cobre, zinc, níquel o cobalto de menas o concentrados minerales. Se está utilizando cada vez más en países como Chile, Perú, Australia o Estados Unidos. Esta tecnología también es aplicable a la recuperación de suelos contaminados con metales pesados. Uno de los parámetros fundamentales en el proceso es la temperatura, ya que las bacterias empleadas son moderadamente termófilas. La utilización de piscinas cubiertas de plástico, similares a las camaroneras, para estos procesos está en estudio y podría tener un fuerte desarrollo en los próximos años.