Utilizan energía solar para convertir lodos de depuradora en hidrógeno verde y alimento para animales

Los investigadores de la NTU Singapur aseguran que el proceso que han desarrollado es más eficaz que las técnicas convencionales como la digestión anaeróbica, recuperando más recursos y eliminando por completo los metales pesados, y además con una menor huella ambiental y mayor viabilidad económica.

Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU), en Singapur, han desarrollado un innovador método solar para transformar los lodos de depuradora de aguas residuales en hidrógeno verde para producir energía limpia y proteínas unicelulares para piensos.

Publicado en la revista Nature Water, el método de transformación de lodos en alimentos y combustible aborda dos acuciantes retos mundiales: la gestión de residuos y la generación de recursos sostenibles.

Naciones Unidas calcula que en 2050 habrá unos 2.500 millones más de personas viviendo en ciudades. Junto con el crecimiento de las ciudades y las industrias se produce un aumento de los lodos de depuradora, que son notoriamente difíciles de procesar y eliminar debido a su compleja estructura, composición y contaminantes como metales pesados y patógenos.

Según ONU-Hábitat, cada año se generan en el mundo más de 100 millones de toneladas de lodos de depuradora, cantidad que aumenta anualmente. Sin embargo, los métodos habituales de eliminación, como la incineración o el vertido, son lentos, ineficaces desde el punto de vista energético y contribuyen a la contaminación ambiental.

Para resolver el problema de los lodos de depuradora no deseados y difíciles de tratar, los investigadores de la NTU crearon un proceso de tres pasos alimentado por energía solar que integra técnicas mecánicas, químicas y biológicas.

Las pruebas de concepto revelaron que el proceso del equipo de la NTU es más eficaz que las técnicas convencionales como la digestión anaeróbica, por la que las bacterias descomponen los residuos orgánicos para producir biogás y residuos ricos en nutrientes. Recupera muchos más recursos, elimina por completo los contaminantes de metales pesados, tiene una menor huella ambiental y ofrece una mayor viabilidad económica.

El investigador principal, el profesor asociado Li Hong, de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial (MAE) de la NTU y del Instituto de Investigación Energética, asegura que «nuestro método transforma los residuos en recursos valiosos, reduciendo los daños medioambientales y creando al mismo tiempo energía renovable y alimentos sostenibles. Esto ejemplifica la economía circular y contribuye a un futuro más verde».

La coinvestigadora principal, la profesora Zhou Yan, de la Escuela de Ingeniería Civil y Medioambiental (CEE) de la NTU y del Instituto de Investigación Medioambiental y del Agua de Nanyang (NEWRI), añade que «nuestro proceso alimentado por energía solar demuestra cómo podemos abordar múltiples retos a la vez, convirtiendo un residuo difícil en energía limpia y proteína nutritiva. Mediante la integración de enfoques mecánicos, químicos y biológicos, nuestro método ha abordado con éxito la contaminación y la escasez de recursos, ofreciendo una nueva estrategia sostenible en la gestión de aguas residuales.»

Un proceso de tres pasos

El proceso comienza con la descomposición mecánica de los lodos de depuradora. Un tratamiento químico separa los metales pesados nocivos de los materiales orgánicos, incluidas las proteínas y los hidratos de carbono.

A continuación, un proceso electroquímico alimentado por energía solar utiliza electrodos especializados para transformar los materiales orgánicos en productos valiosos, como ácido acético -un ingrediente clave para las industrias alimentaria y farmacéutica- y gas hidrógeno, una fuente de energía limpia.

Por último, se introducen bacterias activadas por luz en el flujo de líquido procesado. Estas bacterias convierten los nutrientes en proteínas unicelulares aptas para la alimentación animal.

Ecológico y eficiente

Las pruebas de laboratorio demostraron que el nuevo método recupera el 91,4% del carbono orgánico de los lodos de depuradora y convierte el 63% del carbono orgánico en proteína unicelular sin producir subproductos nocivos. En comparación, la digestión anaerobia tradicional suele recuperar y convertir alrededor del 50% de los materiales orgánicos de los lodos de depuradora.

El proceso alimentado por energía solar alcanza una eficiencia energética del 10%, generando hasta 13 litros de hidrógeno por hora utilizando la luz solar, lo que supone un 10% más de eficiencia energética que los métodos convencionales de generación de hidrógeno.

El proceso de la NTU reduce las emisiones de carbono en un 99,5% y el consumo de energía en un 99,3% en comparación con los métodos tradicionales. También elimina los metales pesados nocivos de los lodos, que de otro modo se desecharían sin un tratamiento adecuado, lo que convierte al proceso en una opción respetuosa con el medio ambiente.

El primer autor, el Dr. Zhao Hu, investigador de la Escuela de MAE, espera que el método propuesto «demuestre la viabilidad de gestionar los residuos de forma sostenible y cambie la percepción que se tiene de los lodos de depuradora: de residuo a recurso valioso que contribuye a la energía limpia y la producción sostenible de alimentos».

El equipo de investigación de la NTU añadió que, aunque el proceso recién desarrollado es prometedor, se necesitan más estudios para determinar si puede ampliarse. Un reto clave es el coste de utilizar un proceso electroquímico para descomponer completamente los materiales orgánicos y extraer todos los metales pesados de los residuos. Además, el diseño de un sistema complejo para una instalación de tratamiento de aguas residuales aumenta la dificultad.