La bioelectrogénesis revoluciona el tratamiento de aguas al considerar el residuo como recurso energético

Panorámica de la planta experimental sevillana de Carrión de los Céspedes, donde se llevan a cabo los ensayos de esta investigación.

“El proyecto Aquaelectra se empezó a gestar hace un año, a través de la colaboración entre investigadores de la Fundación IMDEA Agua y el Centro de las Nuevas Tecnologías del Agua (CENTA). La incorporación de empresas líderes en el campo del tratamiento de aguas como Euroestudios, Joca y Dam, hicieron posible establecer un consorcio sólido que logró la financiación de Aquaelectra dentro del programa INNPACTO del Plan Nacional de Ciencia. En síntesis, Aquaelectra supone intentar aplicar un nuevo paradigma en el tratamiento de aguas al considerar el residuo como un recurso energético”, argumenta Abraham Esteve Núñez, investigador principal del proyecto y también del grupo de bioelectrogénesis de la Fundación IMDEA Agua y la Universidad de Alcalá. Que el proyecto Aquaelectra sea pionero, reside principalmente en esto: en el hecho de ‘valorizar’, por primera vez, un residuo resultado de un proceso de tratamiento de aguas y lo convierte en recurso energético, a posteriori. Algo de especial interés si se tiene en cuenta que un agua residual urbana convencional contiene, en forma de energía química, un valor aproximadamente siete veces superior a la energía empleada en su tratamiento, tal y como aclara Esteve Núñez. “Parte de esa energía es recuperable mediante microorganismos electrogénicos”, explica. A través del proyecto Aquaelectra, se emplean microorganismos electrogénicos en combinación con sistemas electroquímicos para depurar las aguas, modificando los sistemas biológicos convencionales, utilizados en las EDAR y en sistemas alternativos como los humedales, para recuperar los electrones generados en la oxidación de la materia orgánica. Un consorcio formado por industrias del agua y centros de investigación ha sido el encargado de desarrollar esta nueva incursión tecnológica en el campo de la depuración de las aguas residuales. Bajo el paraguas de este consorcio se hallan la Fundación IMDEA-Agua (grupo Bioelectrogénesis), la Fundación Centro de las Nuevas Tecnologías del Agua (CENTA), las empresas Joca, Depuración de Aguas del Mediterráneo (DAM) y Euroestudios, esta última encargada de la coordinación del proyecto.

Además de su trayectoria investigadora, cada uno de los integrantes de este consorcio aporta una serie de recursos que han hecho posible la puesta en marcha de este proyecto. Así pues, IMDEA-Agua dispone de un laboratorio idóneo para investigar esta nueva tecnología, mientras que la Fundación CENTA pone a disposición de los socios, las instalaciones de su centro experimental situado en la localidad sevillana de Carrión de los Céspedes, donde se realizan los ensayos en campo con aguas residuales urbanas. Por su parte, las empresas Euroestudios, Dam y Joca aportan su experiencia en el campo de las infraestructuras para explotación y saneamiento de aguas residuales.

Como ventajas, la bioelectrogénesis produce poco fango, rinde más como recurso energético y no requiere una gran inversión. En la foto, los humedales de la estación del CENTA donde se efectúan las pruebas de campo.

El proyecto de colaboración persigue tres objetivos

Desarrollar un sistema natural de depuración de aguas residuales mediante humedales bioelectrogénicos.

Establecer un sistema de tratamiento bioelectrogénico anaerobio.

Cconstruir un sistema de eliminación bioelectrogénica de nutrientes (nitrógeno).

“La electrogénesis microbiana es un proceso biológico de reciente descubrimiento por el cual las bacterias se pueden comunicar de forma electroquímica y directa con un material conductor. Es decir, pueden transferir electrones a un electrodo y respirar el material conductor de una forma similar a cómo hacen con el oxígeno u otros sustratos respiratorios. También es posible suministrar electrones, de forma directa, a los microorganismos, de forma que éstos los puedan emplear en la eliminación de nutrientes como el nitrógeno, otro de los objetivos del proyecto”, describe, de forma gráfica, el investigador.

Aunque el uso de microorganismos aerobios para depurar aguas residuales ya está muy extendido, éste implica dos de los problemas principales vinculados a los tratamientos de agua actuales. Por un lado, la generación de biomasa en forma de fangos activos; y por el otro, el alto gasto energético que representa el aporte de oxígeno al sistema biológico. Dos problemas que se subsanan a través de esta nueva tecnología. El investigador Esteve Núñez explica el porqué: “Las bacterias electrogénicas, que respiran electrodos, tienen un menor rendimiento en biomasa, es decir producen menos fango por sustrato consumido, que las bacterias aerobias respiradoras de oxígeno”. “Además, el biogás producto de los tratamientos anaerobios –continúa– sólo recupera un porcentaje de los electrones potencialmente utilizables en la DBO original. La electrogénesis, por el contrario, presenta un alto aprovechamiento de la DBO. En algunos casos, como la oxidación electrogénica de acetato, la eficiencia coulombimétrica del proceso (los electrones que se recuperan en el electrodo del total contenidos en el acetato) es del 95%”. En consecuencia, el empleo del metabolismo anaerobio microbiano en tratamientos de aguas se vislumbra como una alternativa viable, gracias a la menor producción de fangos y a la posibilidad de sustituir el metano del biogás por energía eléctrica limpia, en la propia planta de tratamiento. Como ya es conocido, el metano es un gas de efecto invernadero, más agresivo para el medioambiente que el CO₂.

Ante la pregunta de si es viable desarrollar esta tecnología a gran escala, la respuesta es sí, ya que no se precisa de una gran inversión para su instalación en plantas de tratamiento de aguas. “Los materiales conductores, principalmente grafito, no son costosos. Además, uno de los pilares del proyecto es respetar la ingeniería civil de las plantas actuales, de forma que no se deban realizar obras adicionales”, asegura el portavoz del grupo de Bioelectrogénesis de la Fundación IMDEA Agua, quien asegura que uno de los compromisos de esta iniciativa es el de intentar adaptar esta tecnología a las instalaciones existentes. Para ello, el consorcio tiene como propósito acelerar el desarrollo de esta innovación, adaptando los dispositivos bioelectroquímicos a los diseños actuales en plantas de tratamiento de agua reales. “De resultar exitosa la experiencia no tengo dudas sobre el interés empresarial por implantarla en aquellas instalaciones donde sea factible”, afirma.