Convierten aguas residuales en bioenergía

Carlos Quiroz-Arita, del Laboratorio Nacional de Idaho, en Estados Unidos, ha desarrollado una nueva forma de cultivar cianobacterias para bioenergía, mientras que paralelamente limpia el agua de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Como recuerda en BioEnergy Research, la comunidad científica se interesó en producir biocombustibles a partir de algas porque la cantidad de aceite de algas es diez veces mayor que la del aceite de palma y 131 veces más que la de la soja.

Las floraciones de cianobacterias asfixian vías fluviales en todo el mundo, desde estuarios en Florida hasta la cuenca del río Mississippi y lagos en China.

Y las toxinas que producen las cianobacterias son dañinas para los humanos, las mascotas y la vida silvestre por igual. Estos organismos fotosintéticos, también conocidos como algas verde-azules, prosperan en fuentes humanas de nitrógeno y fósforo, incluidos los efluentes de las plantas de tratamiento de residuos y los fertilizantes que se lavan en las cuencas hidrográficas de las granjas.

Pero los científicos han visto desde hace tiempo una ventaja de esta amenaza transmitida por el agua. Podrían proporcionar un excelente suministro de biomasa para biocombustibles y energía.

Cianobacterias a partir de aguas residuales

Las cianobacterias tienen cuatro veces más productividad energética que las algas en laboratorio. El problema está en que cultivar tal cantidad de cianobacterias necesitaría mucha agua y muchos nutrientes.

explica Quiroz-Arita.

Así, este investigador empezó a pensar en las floraciones de cianobacterias. “No tiene sentido usar más agua y más fertilizantes para producir biocombustibles”, advierte. “Si cultivamos cianobacterias en una planta de tratamiento de aguas residuales, no solo podemos usar cianobacterias y algas para cultivar biocombustibles, sino también para reducir la proliferación de algas y cianobacterias río abajo”.

Los investigadores trabajaron en las instalaciones de tratamiento de aguas de Fort Collins para modelar el mejor enfoque para cultivar cianobacterias para bioenergía a partir de aguas residuales.

Planta de tratamiento de aguas residuales. Foto: National Lab Idaho

Generalmente, las aguas residuales en una moderna planta de tratamiento como esa pasan por varios procesos diferentes antes de que el efluente tratado pueda ser descargado de manera segura.

Quiroz-Arita se situó en el punto del proceso en el que se usa una centrifugadora para separar los residuos sólidos de los residuos líquidos. Los desechos sólidos se secan y se envían a un relleno sanitario. Mientras que los desechos líquidos ricos en nutrientes, llamados centrados, se reciclan nuevamente en la planta de tratamiento de aguas residuales antes de que se descarguen.

Las plantas de tratamiento de aguas residuales no pueden liberar el foco en el medio ambiente. Lo mataría todo. Lo que hacen es seguir reciclando el centrado de nuevo en el proceso con bombas. Es un proceso que consume mucha energía para limpiar el nitrógeno y el fósforo, y en muchos casos, no es suficiente para cumplir con los criterios de calidad del agua.

señala Quiroz-Arita.

Producir biomasa

Es en este paso del proceso de tratamiento de aguas residuales cuando los operadores de la planta podrían controlar mejor las concentraciones de nutrientes para las cianobacterias en crecimiento.

Una vez que la centrifugadora separa los sólidos del concentrado, se bombea hacia un fotobiorreactor, donde se cultivan las cianobacterias utilizando nutrientes y luz solar. Así se elimina el nitrógeno y el fósforo del concentrado a niveles compatibles con el agua con normas de calidad federal y estatal. Las cianobacterias se multiplican y luego otra centrifugadora separa la biomasa.

Posteriormente, la biomasa se traslada a otro dispositivo que utiliza microbios para convertir la biomasa en biogás, que luego se quema en busca de calor y energía. El dióxido de carbono resultante se bombea de nuevo al fotobiorreactor para ayudar con la fotosíntesis y reducir la huella de carbono.

Dado que las cianobacterias crecen mejor con la cantidad justa de nutrientes, los investigadores comenzaron a probar diferentes concentraciones de concentrado/efluente. «Hemos encontrado la mejor concentración de nitrógeno total centrada para obtener la mayor tasa de crecimiento y la tasa de absorción de nutrientes para esta cepa de cianobacterias», asegura Quiroz-Arita.

Encontrar la receta adecuada para la obtención de bioenergía en cada planta de tratamiento de aguas residuales depende de sus características individuales. Es probable que cada planta requiera sus propios análisis biológicos y de ingeniería.