PULLMAN, Wash. – Un equipo de investigación liderado por la Universidad Estatal de Washington ha desarrollado una metodología más eficiente y económica para transformar el lodo de alcantarillamiento en gas natural renovable de alta calidad para tuberías, lo cual podría ayudar a las comunidades a gestionar residuos sin dejar de generar energía. En un estudio piloto llevado a cabo en Richland, los investigadores probaron un nuevo método para tratar el lodo proveniente de una planta de tratamiento de aguas residuales cercana. El trabajo, publicado en la revista Chemical Engineering Journal, reveló que un proceso previo de tratamiento antes de la digestión anaeróbica generó un 200% más de gas natural renovable en comparación con las prácticas actuales y redujo los costos finales de disposición en casi un 50%.
“Esta tecnología básicamente convierte hasta el 80% del lodo de alcantarillado en algo valioso”, explicó Birgitte Ahring, autora principal del estudio y profesora en el Laboratorio de Bioproductos, Ciencias y Ingeniería de la Universidad Estatal de Washington, así como en la Escuela de Ingeniería Química y Bioingeniería Gene y Linda Voiland. “Si logramos replicar este trabajo con otros materiales orgánicos, tendremos una tecnología de tratamiento de residuos que sea de clase mundial en cuanto a eficiencia”.
Las plantas de tratamiento de aguas residuales utilizan grandes cantidades de electricidad para limpiar el agua residual municipal, representando entre el 3% y el 4% del consumo total de electricidad en Estados Unidos, según los investigadores. Estas instalaciones suelen ser los principales usuarios de electricidad en comunidades pequeñas, y sus procesos de tratamiento contribuyen al calentamiento global, añadiendo aproximadamente 21 millones de toneladas métricas de gases de efecto invernadero al ambiente anualmente.
Alrededor de la mitad de las aproximadamente 15,000 plantas de tratamiento de aguas residuales en el país utilizan la digestión anaeróbica para reducir el residuo de aguas residuales y producir biogás, pero el proceso es ineficiente y tiene dificultades para descomponer moléculas complejas en el lodo, según los investigadores. El biogás resultante, compuesto por dióxido de carbono y metano, tiene limitado uso, y el lodo restante, llamado biosólidos, suele terminar en vertederos.
En el estudio liderado por la Universidad Estatal de Washington, el equipo añadió un paso previo de tratamiento que trataba el lodo a alta temperatura y presión con oxígeno añadido antes de la digestión anaeróbica. Los investigadores explicaron que la pequeña cantidad de oxígeno bajo condiciones de alta presión actúa como catalizador para descomponer las largas cadenas de polímeros en el material. Informaron que el tratamiento previo redujo el costo de tratamiento de las aguas residuales de $494 a $253 por tonelada de sólidos secos.
Luego, el equipo utilizó una cepa bacteriana que descubrió y aisló para mejorar el biogás, convirtiendo el dióxido de carbono con hidrógeno en metano, produciendo gas natural renovable. Los investigadores analizaron y validaron el gas, reportando que era 99% puro metano.
“Esta cepa bacteriana no necesita nada – es un trabajador de primera línea”, dijo Ahring. “No necesita aditivos orgánicos ni mucho cuidado. Se desenvuelve bien con agua y una píldora de vitamina”.
Ahring señaló que el método combina el tratamiento previo y la mejora biológica para abordar las principales limitaciones de los sistemas actuales de conversión de lodo en energía.
“Este enfoque no solo mejora la eficiencia de conversión de carbono y el rendimiento de metano, sino que también permite la producción directa de gas natural renovable de calidad para tuberías con un contenido mínimo de CO2 – abordando dos limitaciones principales de los sistemas actuales de conversión de lodo en energía en un solo método escalable”, dijo Ahring. “Al lograr exitosamente la integración de un tratamiento avanzado previo con la mejora biológica del biogás, este trabajo proporciona un nuevo paradigma integrado para el tratamiento sostenible de lodo, maximizando la recuperación de energía mientras contribuye a la economía circular bioeconómica”. Los investigadores indicaron que están trabajando con la Oficina de Innovación y Emprendimiento de la Universidad Estatal de Washington y han patentado la cepa bacteriana. También están colaborando con un socio industrial para desarrollar un proyecto a gran escala.
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