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Energía renovable a partir de aguas residuales

Una investigación propone depurar aguas residuales a la vez que se obtiene energía renovable y nutrientes sostenibles

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Las aguas residuales también encajan en la nueva economía circular que defiende que los residuos no son basura sino un recurso. Un estudio reciente demuestra que se pueden aprovechar microorganismos para depurar estas aguas y, de paso, obtener una energía renovable con la que mantener el proceso y hasta obtener un extra para guardarlo. Este artículo señala una posibilidad futura de tratamiento de aguas residuales y para conseguir energía renovable, las ventajas y desafíos del sistema y, por último, la valorización energética de las aguas residuales.

Tratar aguas residuales y conseguir energía renovable

Imagen: Alex Fernández Muerza
Depurar las aguas residuales, obtener energía renovable en el proceso y evitar el gasto y el impacto ambiental del uso de la energía de la red convencional. Esta triple jugada ecológica y económica es la propuesta del grupo de investigación GENOCOV del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB). Los científicos, coordinados por los profesores Albert Guisasola y Juan Antonio Baeza, han publicado un artículo en la revista especializada Water Research en el que ofrecen los detalles.

La depuración de las aguas residuales supone entre el 1% y el 5% del consumo energético nacional

La depuración de las aguas residuales supone entre el 1% y el 5% del consumo energético nacional de cada país. En España se sitúa en un valor del 1,4%, suponiendo que por cada metro cúbico de agua depurada se utilice 0,7 kilovatios hora (kWh) de electricidad (transporte, aireación, bombeo, entre otros). El equipo de Guisasola y Baeza calcula que la energía contenida en el agua residual en forma química puede ser entre cinco y diez veces mayor que la energía necesaria para tratarla. Así pues, el tratamiento de aguas residuales podría dejar de ser consumidor de energía para ser incluso productor.

Imagen: Alex Fernández Muerza

Los investigadores de la UAB usan unos microorganismos para que depuren las aguas residuales obteniendo de ellas la energía que necesitan. En concreto, emplean unas bacterias muy especiales, denominadas exoelectrógenas, a las que se puede hacer funcionar como una pila eléctrica si tienen el "alimento" suficiente, en este caso la gran cantidad de nutrientes y materia orgánica de las aguas residuales. Con los electrones generados se puede producir hidrógeno, la base de un sistema energético que diversos expertos señalan como el sustituto de los combustibles fósiles.

Guisalola explica que "solo es necesario añadir un poco de energía en forma de voltaje al sistema para que funcione. Al recuperar más energía en forma de hidrógeno que la añadida al proceso, se consigue que la energía suministrada al proceso sea menor que la necesaria para hacer la electrólisis del agua. En el fondo, es como si los microorganismos catalizaran la electrólisis del agua para hacerla más sostenible".

Estos dispositivos se llaman celdas microbianas de electrólisis (Microbial Electrolysis Cells, MEC) y, en la actualidad, es una tecnología "muy joven y prometedora" que se desarrolla a nivel de laboratorio, señala el investigador de la UAB.

Hoy en día, hay diversos tratamientos de depuración de las aguas residuales para conseguir efluentes que se pueden verter en mares o ríos sin problemas ambientales. Sin embargo, es habitual que tengan un elevado coste económico, tanto por el consumo de energía en la aireación y bombeo como por el tratamiento de los residuos generados, sobre todo de los lodos de depuradora.

Ventajas y desafíos del sistema

La gran ventaja del sistema propuesto por los investigadores de la UAB es que el agua residual deja de ser un residuo que hay que tratar para convertirse en un recurso, como apuntan las indicaciones que la Unión Europea (UE) quiere implantar en los países miembros dentro de la economía circular.

En este caso se propone la transformación de la energía química de las aguas residuales en hidrógeno, que podría o bien combustionar o bien ser usado en una pila de combustible. Los investigadores explican que podría emplearse en la misma planta de tratamiento de aguas residuales para la generación in situ de electricidad, pero también se podría almacenar. "El hidrógeno es uno de los vectores del futuro y, hoy en día, se trabaja mucho en optimizar su almacenaje y su utilización", añade Guisasola. Además, los nutrientes podrían servir como fertilizantes sostenibles.

El principal desafío de este sistema es escalar de manera fiable los resultados de laboratorio para su aplicación a nivel real. Según Guisasola, "esta tecnología presenta resultados muy prometedores a nivel de laboratorio, pero el paso a la escala real no es nada fácil. Los rendimientos observados a escala mayor con aguas reales y materiales más baratos no son tan altos como a escala laboratorio". Hoy en día su aplicación más directa es en aguas industriales altamente biodegradables. "Los rendimientos para aguas residuales urbanas (que son bastante más diluidas) aún no son favorables, pero si se consigue mejorar su configuración y aplicabilidad, hay más opciones de futuro", concluye el investigador.

Imagen: Alex Fernández Muerza

Valorización energética de las aguas residuales

La valorización energética de las aguas residuales es un campo muy amplio con diferentes vertientes y grupos implicados, ya que existen varias metodologías que en la actualidad dan buen rendimiento, como por ejemplo la digestión anaerobia.

El equipo de la UAB estudia la posibilidad de usar sistemas bioelectroquímicos para la producción de hidrógeno. En este campo hay unos pocos grupos a nivel mundial, como el equipo de Ingeniería Química, Ambiental y Bioprocesos de la Universidad de León liderado por el profesor Antonio Morán. Los sistemas bioelectroquímicos tienen muchas otras aplicaciones, como la producción de electricidad y la eliminación de compuestos contaminantes en humedales, acuíferos, etc.

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