A medida que reflexionamos sobre cómo vamos a satisfacer las crecientes necesidades energéticas del mundo en el transcurso del siglo XXI, la discusión generalmente oscila entre los combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural, y las fuentes de energía alternativas emergentes como la energía eólica y solar. . Sin embargo, cada vez más, los científicos e ingenieros están estudiando la posibilidad de aprovechar una fuente de combustible poco probable para generar electricidad: las aguas residuales que habitualmente arrojamos por el desagüe.
A principios de esta semana, los ingenieros de la Oregon State University anunciaron un nuevo avance en las celdas de combustible microbianas que generan electricidad a partir de las aguas residuales. Como se describe en un artículo en la revista Energy and Environmental Science, han desarrollado una tecnología que utiliza bacterias para recolectar energía de los componentes biodegradables de las aguas residuales a un ritmo que es de 10 a 50 veces más eficiente que los métodos anteriores.
El ingeniero Hong Liu trabaja con la celda de combustible en el laboratorio. (Foto a través de la Oregon State University) "Si esta tecnología funciona a escala comercial de la forma en que creemos que lo hará, el tratamiento de las aguas residuales podría ser un gran productor de energía, no un gran costo de energía", dijo Hong Liu, uno de los autores del estudio. "Esto podría tener un impacto en todo el mundo, ahorrar una gran cantidad de dinero, proporcionar un mejor tratamiento del agua y promover la sostenibilidad energética".
Actualmente, los métodos convencionales utilizados para tratar las aguas residuales consumen una gran cantidad de energía: aproximadamente el tres por ciento de toda la electricidad utilizada en el país, estiman los expertos. Si los científicos son capaces de encontrar una manera eficiente de generar electricidad como parte del proceso, podrían cambiar esta ecuación. El concepto ha existido por algún tiempo, pero solo recientemente los avances prácticos nos han acercado a emplear el principio comercialmente.
Los métodos anteriores se basaban en la digestión anaeróbica, en la que las bacterias descomponen elementos biodegradables en las aguas residuales en ausencia de oxígeno y producen metano (gas natural) como subproducto. Este gas se puede recoger y quemar como combustible.
La tecnología del equipo del estado de Oregón, en contraste, aprovecha el material biodegradable en las aguas residuales para alimentar las bacterias aeróbicas, que digieren las sustancias con el uso de oxígeno. Cuando los microbios oxidan estos componentes de las aguas residuales y, a su vez, limpian el agua, producen una corriente constante de electrones. A medida que los electrones fluyen desde el ánodo al cátodo dentro de una celda de combustible, producen una corriente eléctrica, que puede usarse directamente como fuente de energía. Además, este proceso limpia el agua de manera más efectiva que la digestión anaeróbica y no produce subproductos no deseados.
En el laboratorio, la configuración del equipo, que mejora los diseños anteriores con ánodos y cátodos más cercanos y un nuevo proceso de separación de materiales que aísla el contenido orgánico de las aguas residuales en una forma más concentrada, produjo más de dos kilovatios por metro cúbico de aguas residuales, una cantidad significativamente mayor que las tecnologías de digestión anaerobia anteriores. A modo de comparación, el hogar promedio de los EE. UU. Usa aproximadamente 1.31 kilovatios de electricidad en un momento dado. El nuevo dispositivo puede funcionar con cualquier tipo de material orgánico, no solo aguas residuales, sino también paja, desechos animales y subproductos de la producción industrial de cerveza y lácteos.
Los investigadores dicen que han probado la tecnología a una escala bastante sustancial en el laboratorio y que están listos para proceder a un estudio piloto a gran escala. Están buscando financiación para establecer una celda de combustible a gran escala, idealmente junto con una planta de procesamiento de alimentos, que produciría un flujo constante y de alto volumen de aguas residuales. Predicen que, una vez que la tecnología esté probada y los costos de construcción bajen, la aplicación de este tipo de procesamiento de aguas residuales producirá electricidad renovable a bajo costo y reducirá el costo del procesamiento de aguas residuales.
Esta tecnología sería especialmente atractiva en un país en desarrollo, donde resolvería inmediatamente dos problemas: la falta de electricidad barata y la escasez de agua limpia. La investigación para mejorar la eficiencia del proceso todavía está en curso, pero parece que muy pronto, los días de descarga de energía en el inodoro terminarán.
