El tratamiento de aguas residuales y la rentabilización de los recursos es clave. En un mundo que afronta el reto de la sostenibilidad, es un gran avance obtener energía durante el tratamiento de aguas residuales. La obtención de hidrógeno en el tratamiento de agua residual es una puerta hacia un tratamiento de agua de energía neutral o, incluso, positiva.

Un único proceso en el agua residual para eliminar amonio y obtener energía. Es la idea que nos ofrece un artículo publicado recientemente en Nature Communications. El estudio, ha sido llevado a  cabo por miembros del Centro de Reutilización y Desalación de Agua de KAUST. Los investigadores desarrollan un proceso que nos dirija a un tratamiento de aguas residuales más eficiente.

Aunar en un único proceso dos beneficios para el medio ambiente

Eliminación de amonio y obtención de energía en un único proceso. El estudio desglosa un proceso que, en un solo paso, elimina el amonio presente en el agua residual, a la vez que recupera energía. Como indica Shaw, el descubrimiento tiene un valor altamente significativo en el marco del tratamiento energéticamente eficiente de aguas residuales ricas en nitrógeno.

Un proceso para un tratamiento de aguas residuales de  mayor eficiencia energética. La investigación ofrece una innovación al mostrar la acción de las bacterias anammox logran oxidar el amonio, en combinación con la respiración extracelular por transferencia de electrones. Este proceso supone un avance sustancial en la eficiencia energética del tratamiento por la capacidad de la bacteria anammox.

La capacidad de la bacteria anammox para oxidar el amonio es muy efectiva

Obtención de hidrógeno en el tratamiento de agua, un avance hacia la sostenibilidad

Un sistema con menor gasto energético que los habitualmente empleados. El proceso anammox, lleva a cabo la oxidación anaeróbica del amoníaco. Puede ser utilizado en el tratamiento sostenible de aguas residuales. La razón de su sostenibilidad radica en que su consumo energético es inferior al de los que se utilizan comúnmente. Tiene como fin suprimir el amonio previamente al vertido de las aguas residuales.

Transición de energía intensiva a energía positiva. Según indica Saikaly, profesor de ciencia e ingeniería ambiental, consideran las aguas residuales un  recurso. El objetivo que pretende alcanzar el estudio, es poder reutilizar el agua tratada, a la vez que, se obtiene energía. En esencia, se pretende transformar las plantas de tratamiento de sistemas de energía intensiva a energía neutra, e incluso, energía positiva.

El estudio tiene como objetivo reutilizar el agua tratada a la vez que, se genera energía

Bacterias anammox para la obtención de hidrógeno

Un proceso que utiliza los microorganismos presentes en la naturaleza. El equipo de investigación, emplea biotecnología ambiental para generar biorreactores capaces de identificar aquellos organismos apropiados para alcanzar la meta de eficiencia energética. De este modo, se consigue que, al menos, el proceso sea neutral, en vez de necesitar agregar energía.

Un gran avance hacia un tratamiento de aguas residuales energéticamente neutral. Las bacterias anammox se sitúan en un electrodo, dando lugar al proceso de convertir amonio en gas nitrógeno. Los electrones que se liberan, se desplazan a lo largo del electrodo, en forma de corriente eléctrica. De esta forma, es posible su uso en la generación de hidrógeno rico en energía.

Las bacterias anammox son las responsables de convertir el amonio en nitrógeno

Diferentes tecnologías para distintos tipos de organismos. Shaw indica que, en el marco de electro anammox,  aparte del amoníaco, las aguas residuales presentan distintos tipos de sustancias orgánicas. Por lo tanto, acomodar la tecnología a estas sustancias, permitiría aprovechar la energía que contienen las diferentes sustancias orgánicas del agua residual.

Posibles aplicaciones (energía e hidrógeno)

Una investigación que experimenta con situaciones reales. El equipo ha instalado reactores a escala en la planta de tratamiento de aguas residuales de KAUST. En estas instalaciones, se da tratamiento a las aguas residuales de la comunidad que compone KAUST. La unión de los reactores y paneles solares, ha permitido recuperar agua que, posteriormente, ha sido empleada en el campo de golf del propio campus.

Dos unidades que emplean distintos sistemas. Encontramos la primera unidad, la cual, suprime la presencia de orgánicos mientras que, genera electricidad o hidrógeno. Por otro lado, la segunda unidad, transforma el amoníaco en hidrógeno rico en energía. Como indica Saikaly, ambos pueden ser tratados y generar hidrógeno a la vez. No se requiere un alto gasto de energía, con lo cual, se puede utilizar energía solar.

Al no necesitar un alto gasto energético, el proceso puede desarrollarse con energía solar

Transformación de amoníaco e hidrógeno, un camino de doble sentido

Un adelanto hacia el tratamiento sostenible de aguas residuales. En el contexto mundial de escasez de agua, el proceso desarrollado por los investigadores supone unir tratamiento de aguas y  eficiencia energética. El hidrógeno es un gas rico en energía que, a su vez, también es empleado como combustible. En esencia, estamos ante una investigación que nos conduce a la sostenibilidad.

Una perspectiva de futuro. El estudio es el resultado de la combinación de distintas ramas científicas en este proyecto como son química, ingeniería de procesos, microbiología y bioinformática. La suma de tan distintos aspectos científicos, supone abrir una gran perspectiva hacia la economía circular y la visión 2030.

La investigación ha sumado los conocimientos de diferentes ramas científicas

Los procesos convencionales requieren una alta temperatura. El proceso Haber-Bosch, convierte el hidrógeno en amoníaco, pudiendo así transportarse. La complejidad es posteriormente volver a convertir eficientemente el amoníaco en hidrógeno para poder ser utilizado como combustible. Los métodos convencionales utilizan catalizadores que necesitan alta presión y temperatura (superior a 500 grados) y que, además, tienen un elevado coste.

Un proceso que puede operar a temperatura ambiente. A diferencia de los métodos convencionales, el proceso empleado por Shaw, transforma amoníaco en hidrógeno, mediante el uso de microorganismos a temperatura ambiente. Como apunta Shaw, el crecimiento de las cepas a temperatura ambiente es una gran ventaja en comparación con otro tipo de catalizadores.

A diferencia de los métodos convencionales, este proceso no requiere altas temperaturas

Conclusión

Una coyuntura presente y futura que representa un gran desafío. La actual situación de problema de gestión de recursos y escasez de agua, suponen un reto actual y, sobre todo, futuro. Un problema que sólo puede ser afrontado con el compromiso de todos por el desarrollo de una tecnología eficiente que haga del mundo un lugar sostenible. Para ello, la economía circular nos dirige hacia una economía sostenible. 

La tecnología como vanguardia del cambio. En Blue Gold compartimos el mensaje que transmite la tecnología como vehículo de transición entre una sociedad actual con retos y un futuro sostenible con soluciones prácticas. Por ello, una parte fundamental de nuestra empresa es el desarrollo de nuevas tecnologías que nos permitan, estar y ofrecer a nuestros clientes formar parte de un mundo eficiente y sostenible.

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