Cómo aprovechar el poder de los biosólidos para producir hidrógeno a partir de aguas residuales

Los biosólidos son la fuerza motriz de un nuevo método sostenible para producir hidrógeno a partir de aguas residuales.

Los investigadores han utilizado biosólidos para producir hidrógeno a partir de aguas residuales, en una nueva tecnología que apoya el reciclaje integral de uno de los recursos ilimitados de la humanidad: las aguas residuales.

La innovación se centra en el reciclado avanzado de biosólidos y biogás, subproductos del proceso de tratamiento de aguas residuales.

Desarrollada por investigadores de la Universidad RMIT de Melbourne (Australia), la tecnología patentada utiliza un material especial derivado de los biosólidos para desencadenar reacciones químicas para producir hidrógeno a partir de biogás. Este enfoque significa que todos los materiales necesarios para la producción de hidrógeno podrían obtenerse in situ en una planta de tratamiento de aguas residuales, sin necesidad de utilizar catalizadores costosos.

El método también atrapa el carbono que se encuentra en los biosólidos y el biogás, lo que podría permitir en el futuro un sector de aguas residuales con emisiones casi nulas.

El investigador principal, el Profesor Asociado Kalpit Shah, dijo que los métodos comerciales existentes para producir hidrógeno eran intensivos en emisiones y capital, y dependían en gran medida del gas natural.

“Nuestra tecnología alternativa ofrece un enfoque sostenible, eficaz en función de los costos, renovable y eficiente para la producción de hidrógeno”, dijo Shah, Director Adjunto (Académico) del Centro de Capacitación para la Transformación de los Recursos de Biosólidos de Australia en el RMIT.

“Para hacer posible la transición a una economía circular, necesitamos una tecnología que nos permita exprimir todo el valor de los recursos que normalmente se desperdiciarían. Nuestra nueva tecnología para fabricar hidrógeno se basa en materiales de desecho que son esencialmente de suministro ilimitado.

“Aprovechando el poder de los biosólidos para producir un combustible totalmente limpio a partir del biogás – al tiempo que se evitan las emisiones de gases de efecto invernadero – podemos ofrecer una verdadera ganancia ambiental y económica”.

Los biosólidos se utilizan comúnmente como fertilizante y enmienda del suelo en la agricultura, pero alrededor del 30% de los recursos de biosólidos del mundo se almacenan o se envían a los vertederos, creando un desafío ambiental.

El Dr. Aravind Surapaneni, Científico Superior de Investigación y Planificación de South East Water y Director Adjunto (Industria) del Centro de Capacitación para la Transformación de los Recursos de Biosólidos de Australia (ARC), dijo que la investigación de nuevos y valiosos usos de los biosólidos era vital.

“El sector de las aguas residuales busca constantemente nuevas formas de transformar los biosólidos en productos de alto valor, de manera ambientalmente sostenible y responsable”, dijo Surapaneni.

Cómo funciona la tecnología
En el nuevo método, publicado en el International Journal of Hydrogen Energy, los biosólidos se convierten primero en biocarbón, una forma de carbón vegetal rico en carbono que se utiliza para mejorar la salud del suelo. El biocarbón derivado de los biosólidos contiene algunos metales pesados, lo que lo convierte en un catalizador ideal para producir hidrógeno a partir del biogás.

Como parte del estudio experimental a escala de banco, los investigadores probaron el proceso con un gas rico en metano que se asemeja al biogás. Demostraron que el biocarbón fabricado a partir de biosólidos es muy eficaz para descomponer el gas en sus elementos componentes: hidrógeno y carbono.

El proceso de descomposición también puede llevarse a cabo en un reactor especialmente diseñado e hipereficiente desarrollado y patentado por RMIT, que puede producir tanto hidrógeno como un biocarbón de alto valor recubierto con nanomateriales de carbono.

Al convertir el carbono que se encuentra en el biogás y los biosólidos en nanomateriales de carbono avanzados, su método también puede capturar y secuestrar el gas de efecto invernadero para evitar su liberación a la atmósfera.

El biocarbón recubierto de nanomateriales de carbono producido mediante esta novedosa técnica tiene una serie de posibles aplicaciones, entre ellas la rehabilitación del medio ambiente, la potenciación de los suelos agrícolas y el almacenamiento de energía.

Tecnología de reactor patentada
Shah dijo que el reactor único desarrollado por el equipo de la Escuela de Ingeniería RMIT estaba en el corazón de este innovador enfoque de reciclaje.

“Hemos optimizado radicalmente la transferencia de calor y masa en nuestro reactor, al tiempo que hemos reducido la tecnología para hacerlo altamente móvil”, dijo. “No hay reactores disponibles que puedan lograr una integración de calor y masa tan fenomenal, en un paquete tan pequeño y rentable.

“Y aunque ya es energéticamente eficiente, con una mayor integración, este reactor podría convertir la conversión de biosólidos y biogás en un proceso que realmente produzca energía en lugar de consumirla”.

Además de ser utilizado en el tratamiento de aguas residuales, el nuevo reactor tiene aplicaciones potenciales en las industrias de biomasa, plásticos y revestimientos.

La investigación fue apoyada por South East Water, que probará la tecnología de conversión de biosólidos y biogás en una planta piloto que se está fabricando actualmente.

El Dr. David Bergmann, Gerente de Investigación y Desarrollo de South East Water, dijo que la tecnología tenía potencial para ser adoptada por la industria.

“Apoyar este tipo de tecnologías emergentes innovadoras es una parte importante de nuestro compromiso con la reducción de las emisiones y un enfoque de economía circular que involucra las aguas residuales”, dijo Bergmann.