La Base de la Vida Acuática: Oxigenación

David Ulloa Walker, Gerente General de Imenco Aqua, analiza la implicancia de la oxigenación en acuicultura con variables como rendimiento productivo y huella de carbono.

Disponer de niveles de oxígeno adecuado a la demanda biológica de las especies en cultivo es fundamental en la acuicultura. Para lograr este objetivo, se pueden utilizar los mecanismos de aeración, que implica la transferencia del oxígeno atmosférico del aire al agua (interfaz líquido- gas), y la oxigenación (interfaz gas-líquido) para lo cual se utiliza el gas puro: oxígeno. Para este último caso, existen una serie de dispositivos, siendo uno de los más clásicos el cono de oxigenación o cono Speece, desarrollado a inicios de los ´70, transitando por difusores como los de grafito o carbono, cerámicos, platos perforados, mangueras microperforadas, hasta los sistemas de nanoburbujas.

La solubilidad de oxígeno en un cuerpo de agua depende principalmente de la temperatura, salinidad (agua dulce, salobre o de mar) y la presión, por lo que a mayor altura sobre el nivel del mar se reduce la concentración de oxígeno disuelto a saturación. A modo de ejemplo, la Piscicultura Río Blanco (V Región) a 1.560 metros sobre el nivel del mar, cuando el agua está a 10°C, la concentración del oxígeno disuelto es un 17,4 % menor comparada a nivel del mar (9,32 & 11,28 mg/L).

El mecanismo de captación de oxígeno en la mayoría de los peces teleósteos se da en las branquias a nivel de las lamelas secundarias. Para un crecimiento óptimo y peces más sanos, en la fase de cultivo en mar, a 11 °C y 1 atm, los salmones requieren concentración de oxígeno entre 8-9 mg/L (ppm), lo que equivale a un 90-100% de saturación y una presión parcial de oxígeno (Pp O₂) superior a 150 mmHg. Una concentración "aceptable” se considera 7 mg/L y una saturación mínima de 75%, equivalente a una Pp O₂> 120 mmHg. La transferencia del oxígeno desde un fluido como el agua de mar a otro fluido como la sangre, separado por el espesor de la lamela, está dado por el delta de la presión parcial del gas a cada lado de dicha pared (ley de Fick), en consecuencia, es la saturación la que se debe considerar para saber si existirá suficiente fuerza que impulse el paso de oxígeno del agua hacia la sangre del pez. El intercambio gaseoso en los peces se da por un mecanismo de contracorriente, lo que permite una alta eficiencia en la captación de oxígeno (en torno al 80%), sin embargo, del agua que pasa por la boca del pez, solo un 40% hace contacto con las lamelas secundarias, por lo tanto, la captación será del 80% sobre el 40%, en consecuencia, técnicamente a cada litro de agua, el pez puede trasferir del orden de un 32% de la concentración de oxígeno disponible, siempre y cuando, la presión parcial del oxígeno disuelto en el agua sea superior la presión parcial de este gas en la sangre.

Oxígeno, Alimentación y Crecimiento

En la investigación de tesis doctoral de Saravanan Subramanian: Feed intake and oxygen consumption in fish (2013) destaca que la disponibilidad de oxígeno limita la ingesta de alimento en peces. Esto significa que, si los niveles de oxígeno no son adecuados, los peces no pueden metabolizar eficientemente el alimento, afectando directamente su crecimiento y, por ende, el rendimiento productivo. La captura del alimento se ve fuertemente afectada cuando los niveles de oxígeno están en hipoxia, comparados con la normoxia.

La Huella de Carbono en la Acuicultura: Un Desafío y una Oportunidad

La huella de carbono mide las emisiones totales de gases de efecto invernadero (GEI) directa e indirectamente causadas por la elaboración de un producto, expresadas en kilogramos de dióxido de carbono equivalente (kg CO₂e), incluyendo los 7 tipos de gases que generan efecto invernadero: Dióxido de carbono (CO₂), Metano (CH₄), Óxidos de nitrógeno (N₂O), Hidrofluorocarbonos (HFCs), Perfluorocarbonos (PFCs), Hexafluoruro de azufre (SF₆), Trifluoruro de nitrógeno (NF₃).

La industria acuícola y, en particular la salmonicultura, tiene una huella de carbono más baja comparativamente con otras proteínas de producción animal. Los datos más consistentes corresponden a 5,0 kg CO₂e por cada kilo de salmón (WFE: Whole Fish Equivalent), lo que se conoce como intensidad de la huella de carbono.

Las emisiones se clasifican en 3 tipos de alcances y en un análisis de los reportes de sostenibilidad de empresas que producen en Chile (2024), se obtuvieron los siguientes resultados:

La mayoría de estas empresas tienen incorporados el riesgo de afectación de la biomasa por fenómenos como las Floraciones Algales Nocivas (FANs) y las bajas de oxígeno.

Estrategias de Oxigenación y Avances Tecnológicos

Para mitigar estos desafíos, las empresas productoras han aplicado una serie de tecnologías en tres áreas: el abastecimiento o fuentes de oxígeno; el monitoreo y control, a través de sondas de medición y válvulas de regulación; y los sistemas de difusión o inyección de oxígeno, mediante difusores de oxígeno.

• Fuentes: Oxígeno envasado (gas/LOx) o generada in situ (PSA/VSA). En el caso de los generados de oxígeno, la elección de la fuente de energía para la generación es clave, con opciones como la hidroeléctrica o solar que pueden reducir drásticamente las emisiones.

• Aplicaciones: Los sistemas de oxigenación son esenciales para emergencias (backup), para mantener niveles óptimos permanentes, para tratamientos específicos (baños), en el acopio (estanques, jaulas) y durante el transporte (wellboats, camiones).

Para señalar algunos de estos hitos a nivel local, el primer estanque criogénico (LOx) destinado a una Piscicultura fue en la empresa Smoltecnics el año 1994, para el caso del primer generador de oxígeno fue el año 1995 para la empresa Camanchaca, de tan solo 6 kilos/hora Oxymat.

Desde la primera piscicultura RAS en Chile, en 2001 (Petrohué, Camanchaca), hasta la oxigenación intensiva de balsas jaulas en mar, aquella que se inició en el centro Caleta La Arena (AquaChile) en 2004 y al año siguiente en el centro Cochamó, en el estuario (Salmones Caleta Bay) la implementación de tecnología de oxigenación ha marcado hitos importantes en la acuicultura chilena y mundial.

El Análisis Económico: Más Allá del Costo

El uso de oxígeno no es solo un costo, es una inversión estratégica. Las pérdidas por bajas de oxígeno pueden llegar a ser muy significativas. En base a datos de SalmonChile que analizó 7 ciclos de producción de 2010 – 2023, los resultados fueron los siguientes.

• En pisciculturas (flujo abierto, RAS, estuario), la mortalidad de alevines puede ser del ~1% y de smolts del ~7%, sobre el total de la tasa de mortalidad de esta etapa.

• En centros de engorda, la mortalidad (mediana) fue del 0,24% en la Región de Los Lagos, sobre una mortalidad total entre el 10% y el 14%.

En el pasado, la mayor parte de esta mortalidad se clasificaba de manera genérica dentro de la categoría por causas ambientales, en la actualidad ya se distingue la causa por oxígeno (aludiendo a la carencia de oxígeno). Sin embargo, existe una limitación para la adecuada separación de la mortalidad, y es que, a diferencia de otras patologías con síntomas claros, existe una dificultad mayor para poder precisar si los signos visuales externos dan cuenta o no de que esta causa haya sido la razón de la mortalidad y no sea solo una clasificación por descarte.

Más allá de los datos históricos agregados, cuando se han presentado fenómenos de FANs y bajas de oxígeno, las mortalidades han sido considerables, con grandes pérdidas económicas, lo cual ha forzado a las empresas productoras a contar con sistemas de mitigación para las floraciones algales y sistemas de emergencia o permanentes de oxigenación para hacer frente a las bajas de oxígeno.

Los costos totales para el productor se constituyen por el precio del gas, más los costos logísticos o de transporte para llevar el gas al destino final. Valores promedios en centros de mar, el LOx puede costar USD 0,40/kg y GOx USD 0,30/kg. En el caso de los generadores de oxígeno, en promedio, requieren 0,65 a 1,0 kWh/kg O₂ para su generación, por lo tanto, el costo final es dependiente del costo que tenga la energía que abastece al equipo. Si bien el costo del oxígeno puede parecer elevado, el impacto de la mortalidad y el rendimiento productivo son mucho mayores.

En pisciculturas de flujo abierto el gasto de oxígeno puede alcanzar los 0,20 m3/ kg pez, si la fuente fuera solo con GOx el costo sería del orden USD 0,032, y de ser solo LOx podría alcanzar los USD 0,084. Para pisciculturas RAS y RAS ciclo completo, con LOx, estos valores pueden fluctuar entre los USD 0,025 y 0,50 por kg de pez producido. En centros de engorda en mar, para salmón del atlántico, el costo de oxígeno representa aproximadamente entre 12 y 16 centavos de dólar por kilogramo de pez (WFE), lo que es un 3% a 4% del costo total de producción (cuando este costo está entre los USD 4,2 a 4,5/kg WFE).

La Innovación de Imenco Aqua: VitaDiTM

En Imenco Aqua, en nuestro banco de prueba hemos ejecutado más de 400 ensayos a la fecha y mantenemos un compromiso constante con la innovación. Desde esta Unidad de Innovación y Desarrollo en Chile lideramos el área para toda la compañía. Localmente hemos desarrollado múltiples evaluaciones a petición de nuestros clientes y otros ensayos en asociación con otros centros de investigación.

Estamos orgullosos de nuestra tecnología, como el difusor microperforado VitaDi, hemos logrado incrementar de manera significativa su eficiencia (SOTE) y la capacidad de transferencia (kLa), todos estos avances ya están incorporados en la nueva generación del difusor VitaDi. Un aspecto clave, es que la eficiencia que presentan los difusores de tipo pasivo como las mangueras microperforadas, deben incorporar el dato a que flujo másico, sin este dato no es posible comparar entre diferentes dispositivos. Por eso, como parte de nuestros objetivos está el compartir nuestros conocimientos y al mismo tiempo orientar a los clientes y/o usuarios para que soliciten este tipo de información.

VitaDi es capaz de lograr la óptima difusión de oxígeno en agua de mar, por eso cuando los equipos están desplegados a 8 ó 10 metros de profundidad, es posible alcanzar eficiencias sobre el 90%, además con la gran ventaja de no requerir gastos extra en energía. Esto representa un avance significativo, ya que permite mantener niveles óptimos de oxígeno de manera más eficiente y con un menor impacto ambiental.

Con todo, la oxigenación, cuando se implementa con tecnologías eficientes y energías renovables, puede ser una herramienta poderosa para reducir la huella de carbono en la acuicultura. Es nuestra responsabilidad como industria adoptar estas prácticas para un futuro más productivo y sostenible.