Un equipo de investigación de la Universidad Estatal de Washington (WSU) ha desarrollado un método de tratamiento de aguas residuales que aumenta significativamente la producción de gas natural renovable y al mismo tiempo reduce los costos de tratamiento a la mitad.
El estudio piloto, publicado en Chemical Engineering Journal, se centra en mejorar la digestión anaeróbica, un método de tratamiento de aguas residuales ampliamente utilizado en el que los microorganismos descomponen materiales orgánicos para producir biogás.
Los sistemas tradicionales luchan con los complejos polímeros de los lodos de depuradora, dejando grandes cantidades de biosólidos inutilizables y produciendo gases con un alto contenido de dióxido de carbono.
El equipo de WSU introdujo un paso de pretratamiento antes de la digestión. El lodo se expone a alta temperatura y presión con una cantidad controlada de oxígeno.
En estas condiciones, el oxígeno actúa como catalizador, descomponiendo largas cadenas moleculares en compuestos más simples que los microorganismos pueden procesar más fácilmente.
A continuación, los investigadores introdujeron una cepa bacteriana recientemente aislada que puede convertir directamente el dióxido de carbono y el hidrógeno en metano. El resultado es un flujo de combustible más limpio y de mayor valor.
Según la investigadora principal Birgitte Erling, el organismo opera con un aporte mínimo y solo requiere agua y nutrientes básicos, lo que simplifica el escalado y reduce la complejidad operativa.
Mejoras clave en el rendimiento de los estudios piloto
El piloto demostró mejoras mensurables en la producción, el costo y la calidad del combustible, áreas donde los sistemas de aguas residuales existentes generalmente tienen un rendimiento inferior.
Indicador Proceso convencional Nuevo método Producción de gas natural renovable Línea base +200% de aumento Costo de disposición (por tonelada de sólidos secos) $494 $253 Pureza del metano Gas mezclado 99% Metano Conversión de lodos Parcial Hasta 80%
Estas cifras sugieren que este método aborda simultáneamente dos ineficiencias persistentes: la degradación incompleta de los lodos y la producción de biogás de bajo valor.
Al convertir más desechos en gas natural renovable, las instalaciones pueden compensar tanto el consumo de energía como los costos de eliminación.
Las plantas de tratamiento de aguas residuales son operaciones que consumen mucha energía y representan aproximadamente del 3 al 4 por ciento de la demanda total de electricidad en los Estados Unidos. Las comunidades más pequeñas suelen ser el mayor consumidor de energía, lo que hace que las ganancias en eficiencia sean económicamente importantes.
¿Por qué el sistema de alcantarillado actual es inadecuado?
Aproximadamente la mitad de las aproximadamente 15.000 plantas de tratamiento de aguas residuales en los Estados Unidos dependen de la digestión anaeróbica, pero este proceso tiene limitaciones estructurales.
Los compuestos orgánicos complejos del lodo resisten la degradación por parte de los microorganismos, lo que provoca una conversión incompleta y biosólidos residuales, que normalmente se envían a los vertederos.
Además, el biogás producido contiene grandes cantidades de dióxido de carbono, lo que limita su uso directo. Actualizar este gas a metano con calidad de tubería generalmente requiere pasos de procesamiento adicionales, lo que aumenta el costo y la complejidad del sistema.
El enfoque de WSU integra el pretratamiento y la mejora biológica en un único flujo de trabajo. Esto reduce la necesidad de purificación externa de gases y aumenta la eficiencia general de conversión de carbono.
Los investigadores sostienen que esta combinación de pasos químicos y biológicos podría redefinir cómo se diseñan los sistemas de conversión de lodos en energía.
¿Qué significa esto para los objetivos energéticos y climáticos?
Actualmente, el tratamiento de aguas residuales contribuye a aproximadamente 21 millones de toneladas de emisiones de gases de efecto invernadero al año.
Gran parte de esto se debe a una digestión ineficiente y a la pérdida de metano. Aumentar la recuperación de metano y reducir los residuos residuales apunta directamente a ambas fuentes.
Si este método se implementa a gran escala, las plantas de aguas residuales podrían pasar de ser puras consumidoras de energía a ser productoras parciales de energía.
El gas natural renovable producido in situ se puede utilizar para generación de energía, calefacción y combustible para el transporte sin producir las mismas emisiones durante su ciclo de vida que el gas natural fósil.
El equipo de investigación está trabajando actualmente con socios de la industria para expandir la tecnología más allá de las condiciones piloto. La cepa bacteriana utilizada en este proceso está patentada, lo que sugiere un camino hacia el desarrollo comercial.
Impactos futuros: Alineación con los objetivos climáticos y energéticos para 2026
El momento coincide con presiones políticas más amplias para descarbonizar la infraestructura y ampliar el suministro de gas renovable.
Los gobiernos de Estados Unidos y Europa pretenden aumentar el uso de metano biogénico para finales de la década de 2020 como parte de sus estrategias de emisiones netas cero.
Los sistemas que extraen más energía de los flujos de residuos existentes encajan precisamente en los modelos de economía circular. En lugar de tratar las aguas residuales como un problema de residuos, este proceso las reconstituye como materia prima para la producción de combustible sostenible.
Una cuestión clave es la escalabilidad. Aunque los resultados piloto han sido positivos, los grandes sistemas municipales experimentan variaciones en la composición de los lodos, limitaciones operativas y supervisión regulatoria.
Una vez que se resuelvan estos desafíos, las instalaciones de aguas residuales pueden convertirse en un contribuyente importante a las carteras de energía renovable en lugar de una fuente persistente de emisiones.
Source link
