Las plantas de tratamiento de aguas residuales podrían limpiar la atmósfera mientras limpian el agua
El tratamiento de las aguas residuales, una poco atractiva espina dorsal de la vida urbana, podría ofrecer una manera rentable de combatir el cambio climático mediante la eliminación de gases de efecto invernadero de la atmósfera.
En un artículo que analiza varios posibles enfoques técnicos en la revista Nature Sustainability del 18 de diciembre de 2018, los investigadores de la Universidad de Princeton concluyeron que las plantas de tratamiento de aguas residuales que sirven a los municipios de todo el mundo ofrecen una importante opción para capturar dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero.
Aunque advirtieron que se necesita investigación y desarrollo antes de que se implementen los sistemas, el equipo identificó varias vías potencialmente viables para utilizar las aguas residuales como sumidero de carbono, es decir, las plantas depuradoras de aguas residuales podrían limpiar la atmósfera mientras limpian el agua.
"La industria del agua podría desempeñar un importante papel en la lucha contra el cambio climático", dijo el autor principal Jason Ren, profesor de ingeniería civil y ambiental y el Centro Andlinger para la Energía y el Medio Ambiente. "Es una idea muy interesante porque la gente siempre piensa en la energía o el transporte, pero el agua no se ha considerado como un factor importante en la reducción de carbono".
Las plantas de tratamiento de aguas residuales son operaciones industriales masivas que utilizan una variedad de técnicas para eliminar los contaminantes antes de que las aguas residuales regresen al medio ambiente. Aunque la mayoría de la gente nunca piensa en los sistemas, el volumen de agua es asombroso. La ciudad de Nueva York, por ejemplo, administra 14 plantas de alcantarillado y procesa diariamente 1.3 billones de galones de agua (suficiente para llenar alrededor de 22.000 piscinas olímpicas).
En los últimos años, los investigadores han propuesto métodos para utilizar esas aguas residuales para capturar suficiente carbono para compensar la cantidad generada para alimentar los pesados equipos utilizados para dirigir las plantas depuradoras. Descubrieron que algunas técnicas no solo permitirían a las plantas equilibrar sus propias emisiones (el agua de limpieza requiere un uso considerable de energía), también podrían absorber el carbono adicional que los operadores bombeaban a las aguas residuales a medida que se mueven a través de las plantas.
"Si lo consideramos como un recurso, se podría convertir parte del material de desecho, incluido el CO2 en productos", dijo Ren. "Realmente podrías ganar dinero".
En general, los operadores usarían en las plantas tuberías para bombear gas de dióxido de carbono al agua de alcantarillado. Luego utilizarían una variedad de técnicas para convertir el gas en minerales carbonatados, biocombustibles o un fertilizante a base de lodos llamado biochar.
Los investigadores revisaron una gama de técnicas que incluyen:
Captura de carbono electrolítico microbiano
Esta técnica utiliza una combinación de bacterias y una baja carga eléctrica para cambiar la alcalinidad del agua y, con la adición de silicatos, convierte el dióxido de carbono en carbonato sólido y bi-carbonato. Además de los sólidos, que pueden ser utilizados por la industria, el proceso crea grandes cantidades de gas hidrógeno. Los investigadores observaron que esta técnica se usa actualmente en el laboratorio y se necesita trabajo adicional para demostrar si es económica y aplicable a nivel industrial.
Electrosíntesis microbiana
La electrosíntesis microbiana es similar a la técnica electrolítica microbiana, excepto que el proceso se basa en las bacterias para capturar directamente el dióxido de carbono y convertirlo en otros compuestos orgánicos como el etanol o el ácido fórmico. Los investigadores observaron que la tecnología es prometedora, pero se necesitan grandes avances para desarrollar completamente el proceso.
Cultivo de microalgas
El cultivo de microalgas se podría utilizar como complemento de otros procesos. Las algas y las bacterias utilizan para crecer el dióxido de carbono, el nitrógeno y el fósforo en las aguas residuales. Luego, los operadores cosechan las algas, que se pueden utilizar como alimento para animales, para el tratamiento del suelo o en la producción de biocombustibles. Los investigadores dijeron que se está trabajando en la identificación de las mejores comunidades microbianas locales, biorreactores pequeños e intensivos y técnicas eficientes para separar sólidos y líquidos.
Produccion de biochar
Este método convierte lodos de aguas residuales y microalgas en material que mejora la capacidad del suelo para retener agua y nutrientes. La técnica, que elimina patógenos, suele ser autosuficiente en términos de energía, aunque la mayoría de los biochar están hechos ahora de plantas secas. Los investigadores dijeron que el uso de lodos de aguas residuales para hacer biochar puede requerir más energía o pasos adicionales para tener en cuenta el contenido de agua adicional.
Ren dijo que en muchos lugares las plantas de tratamiento de aguas residuales ya están ubicadas cerca de instalaciones industriales que emiten grandes cantidades de dióxido de carbono, como plantas de energía, fábricas de cemento y refinerías. Dijo que usar los sistemas de depuración para capturar el carbono podría proporcionar un rendimiento económico para estas empresas en forma de créditos de carbono.
También dijo que la técnica podría ser utilizada por industrias que ya manejan sus propios sistemas de tratamiento de aguas residuales, tales como productores de petróleo y gas, cerveceros y destiladores. Al analizar los posibles beneficios ambientales y económicos de dicha operación, encontraron que se podían capturar y utilizar millones de toneladas de CO2, mientras que se podrían generar miles de millones de dólares en ingresos tanto en los EE. UU. como en China, los dos emisores de CO2 más grandes del mundo.
Los investigadores advirtieron que si bien muchas técnicas son prometedoras, "el concepto aún está en su infancia". Dijeron que el uso completo de la tecnología requerirá el trabajo no solo de los científicos, sino también de los reguladores, los inversores y la industria.
Jerald Schnoor, profesor de ingeniería en la Universidad de Iowa, dijo que los líderes nacionales deberían considerar el tratamiento de aguas residuales como parte de los esfuerzos para disminuir la huella de carbono del país en las próximas décadas.
"El tratamiento de aguas residuales es uno de los mayores usuarios de energía y emisores de gases de efecto invernadero de una hoja de cálculo municipal", dijo Schnoor, quien no participó en esta investigación. "Las tecnologías existen a escala piloto para lograr una huella de carbono y energía cero, pero no se ha demostrado que sean escalables o rentables en el momento actual. A medida que los países se embarcan ahora en iniciativas de 'infraestructura verde', esto debería ser una alta prioridad".
Artículo científico: Wastewater treatment for carbon capture and utilization
