05/12/2011 - Bioelectrogénesis y producción de energía renovable: un paso adelante en la depuración de residuos

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La bioelectrogénesis es el proceso mediante el cual ciertas bacterias, que se utilizan en la depuración de aguas residuales, pueden oxidar materia orgánica y transmitir los electrones así generados a una superficie conductora como puede ser el grafito. Esta tecnología es la base del proyecto Aquaelectra, una iniciativa que busca, mediante la aplicación de los principios de la bioelectrogénesis, depurar aguas residuales y a la vez, producir y almacenar energía limpia, renovable.

Abraham Esteve, bioquímico, profesor de la Universidad de Alcalá de Henares y coordinador técnico del proyecto de bioelectrogénesis Aquaelectra, explica al respecto que “el concepto de la electrogénesis microbiana es la comunicación entre las bacterias y un material eléctricamente conductor en el que pueden depositar o coger electrones. Este proceso puede emplearse para depurar materia orgánica, esto es, cualquier desecho biodegradable, no sólo urbano, desde residuos vegetales a urbanos aguas residuales, hasta efluentes industriales y puede ser utilizado para conseguir energía”.

En este sentido, Esteve, que participó en el III Congreso Internacional Smallwat 2011, celebrado en Sevilla, con la ponencia “Microbial electrogenesis: wastewater as an energy resource. Aquaelectra Project”, destaca que lo que hace de Aquaelectra un proyecto diferente es que “vamos a saltarnos una serie de pasos tradicionalmente ortodoxos en el mundo de la ciencia, como es ir esperando poco a poco los procesos e ir realizando un avance paulatino, y vamos a ir directamente a una visión más pragmática y más aplicada, intentando hacer que esta electrogénesis bacteriana funcione, directamente, a escala real”.

Cabe señalar que el proyecto Aquaelectra surge fruto de la colaboración de los investigadores del grupo de bioelectrogénesis del Instituto IMDEA-Agua, la Fundación CENTA (Centro de Nuevas Tecnologías el Agua) y tres empresas especializadas en tratamientos de aguas: Joca, Dam (Depuración de Aguas del Mediterráneo) y Euroestudios. Cada uno de ellos aporta amplia experiencia en el sector. Así, señala el coordinador técnico del proyecto, mientras la tecnología se ha desarrollado en la Universidad de Alcalá de Henares, su implementación en campo se va a realizar en las instalaciones de la planta depuradora de CENTA, mientras que las empresas aportan su experiencia en el campo de las infraestructuras.

Este proyecto de colaboración tiene tres objetivos o líneas prioritarias:

·         Por un lado, la depuración de la materia orgánica existente en las aguas residuales

·         Por otro, desarrollar un sistema de depuración de nutrientes como el nitrógeno

·         En tercer lugar, construir un humedal electrogénico. Esto último, como explica el profesor Abraham Esteve, es un concepto totalmente novedoso que aún no ha sido llevado a la práctica, al aplicar y conjugar la técnica de la bioelectrogénesis, con el sistema de depuración natural propio del humedal a través de las plantas.

La bioelectrogénesis, una tecnología que, explica Abraham Esteve, permite convertir el agua residual en un recurso energético. En este sentido, señala que las ventajas de su uso estriban, por un lado, en que minimizaría la inversión energética necesaria para depurar el agua. Esto es, el coste energético que le supone a las administraciones públicas depurar el agua, y, al mismo tiempo, se obtendría una depuración de agua con unos tratamientos más eficientes, con menor generación de fangos, que es, como señala, junto con el coste energético, otro de los problemas asociados a la depuración de aguas junto con el coste energético.

Producción de energía

Mediante la electrogénesis, la energía química que está acumulada en el residuo puede transformarse en energía eléctrica utilizando microorganismos. Es decir, existe un potencial energético en la biomasa, en los residuos contaminantes, como explica el coordinador técnico del proyecto.

A este respecto, puntualiza el profesor Esteve, quizás lo más interesante sea que se pueden estimular a las bacterias utilizando electrodos de material conductor, para que trabajen de forma más rápida. En este punto, señala, los ensayos que se han realizado con contaminantes, como herbicidas o derivados del petróleo, “muestran que las bacterias consumen diez veces más rápido los contaminantes si les dejamos un sitio donde depositar los electrones, como ocurre en la electrogénesis”.

Mediante la bioelectrogénesis, por tanto, puede generarse electricidad a través de este tránsito de electrones. No obstante, las ventajas derivadas de su empleo no terminan aquí, ya que también se consigue reducir el tiempo invertido en la propia depuración de los residuos, lo que, consiguientemente, conlleva a su vez un mayor ahorro energético.

Como explica Esteve, se trata de recuperar la energía que está dentro de estos residuos, mientras que se está realizando la depuración de los mismos. Y de este modo, “esa energía que tradicionalmente se pierde, se puede recuperar y convertirla en electricidad”.

En cuanto a los costes que conlleva la aplicación de una tecnología innovadora y reciente, el investigador señala que “el sistema no recibe energía, y los materiales conductores que se están utilizando son variaciones del grafito, un material relativamente barato. No son metales nobles y no se necesitan obras de ingeniería”. Ésta es, a su juicio, otra de las características interesantes del proyecto Aquaelectra, basado no en construir nuevas instalaciones para aplicar la electrogénesis, método que siguen otros laboratorios, sino en utilizar y aprovechar las ya existentes. De este modo, el proyecto no implica tampoco un coste adicional en infraestructuras.

Implementación a gran escala

El sistema no recibe energía, y los materiales conductores que se están utilizando son variaciones del grafito, un material relativamente barato.

El objetivo del proyecto Aquaelectra es que funcione a escala real, a escala industrial. Por eso, explica el coordinador técnico del mismo, en las instalaciones de la fundación CENTA se va a poner en práctica todo lo desarrollado en el laboratorio de la Universidad de Alcalá de Henares, con aguas residuales reales procedentes de la cercana localidad sevillana de Carrión de los Céspedes. No se trata de ensayos de laboratorio, que ya se han realizado previamente y se ha visto que funcionan. Ahora, “el desafío es saltar del laboratorio, de la escala pequeña, al campo de verdad”.

El potencial químico energético que hay en un agua residual media supone, señala el profesor Esteve, siete veces la energía que se invierte en su tratamiento. Por lo tanto, a priori, si se consigue obtener toda la energía que hay en el residuo, habría energía suficiente como para tratar el residuo y aún sobraría.

En este sentido Esteve señala que lo interesante de este proyecto basado en la electrogénesis microbacteriana es que “estamos en primera línea, es el primer proyecto, creo, que va a probar a escala real si esto es factible o no. Ahora mismo nadie ha conseguido implementarla, nadie en el mundo, estamos todos los competidores más o menos a un mismo nivel, trabajando en el laboratorio, consiguiendo buenos resultados en laboratorio, pero escalar no lo ha hecho nadie aún”.

Los primeros ensayos de campo en las instalaciones de la fundación CENTA comenzarán en unos meses. Durante los tres años de experimentación previstos, se irán obteniendo y analizando datos. Y se determinará con precisión y veracidad la viabilidad práctica a escala real de una tecnología que constituye, a día de hoy, lo más novedoso en el tratamiento de las aguas residuales urbanas.

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