Los científicos de la Universidad Tecnológica Nanyang, Singapur (NTU Singapur), han desarrollado un innovador método con energía solar para transformar el lodo de aguas residuales -- Un subproducto del tratamiento de aguas residuales -- en hidrógeno verde para energía limpia y proteína de una sola célula para alimento animal.
Publicado enAgua de la naturaleza, El método de lodos para alimentar y combustir aborda dos desafíos globales apremiantes: gestionar los desechos y generar recursos sostenibles. Esto se alinea con el objetivo de NTU de abordar los mayores desafíos de la humanidad, como el cambio climático y la sostenibilidad.
Las Naciones Unidas estima que alrededor de 2.500 millones de personas más vivirán en las ciudades para 2050. Junto con el crecimiento de ciudades e industrias viene un aumento en el lodo de aguas residuales, que es notoriamente difícil de procesar y deshacerse de su compleja estructura, composición y contaminantes, como metales pesados y patógenos.
Según Unhabitat, se generan más de 100 millones de toneladas de lodo de aguas residuales a nivel mundial cada año, una cantidad que aumenta anualmente. Sin embargo, los métodos de eliminación comunes --, como la incineración o el vertedero --, requieren mucho tiempo, el ineficiente de energía y contribuyen a la contaminación ambiental.
Para abordar el problema de los investigadores de aguas residuales no deseados y difíciles de tratar, los investigadores de NTU crearon un proceso de tres pasos con energía solar que integra técnicas mecánicas, químicas y biológicas.
Las pruebas de prueba de concepto revelaron que el proceso del equipo de NTU es más eficiente que las técnicas convencionales como la digestión anaeróbica -- a través del cual las bacterias descomponen los desechos orgánicos para producir biogás y residuos ricos en nutrientes. Recupera significativamente más recursos, elimina completamente los contaminantes de metales pesados, tiene una huella ambiental más pequeña y ofrece una mejor viabilidad económica.
El investigador principal asociado, el profesor Li Hong, de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de NTU (MAE) y el Instituto de Investigación Energética dijo: "Nuestro método transforma los desechos en recursos valiosos, reduciendo el daño ambiental al tiempo que crea energía renovable y alimentos sostenibles. Esto ejemplifica la economía circular y contibe a un futuro más verde".
El investigador co-líder, el profesor Zhou Yan de la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de NTU (CEE) y el Instituto de Investigación de Medio Ambiente y Agua de Nanyang (NewRI) dijeron: "Nuestro proceso de energía solar demuestra cómo podemos abordar múltiples desafíos a la vez -- Convertir un producto de desecho difícil en energía limpia y nutritiva nutritiva. Una nueva estrategia sostenible en la gestión de aguas residuales ".
El proceso de tres pasos de NTU
El proceso comienza descomponiendo mecánicamente el lodo de aguas residuales. Un tratamiento químico separa los metales pesados nocivos de los materiales orgánicos, incluidas las proteínas y los carbohidratos.
A continuación, un proceso electroquímico con energía solar utiliza electrodos especializados para transformar los materiales orgánicos en productos valiosos, como el ácido acético -- Un ingrediente clave para alimentos y industrias farmacéuticas -- y gas hidrógeno, una fuente de energía limpia.
Finalmente, bacte activado por la luzriase introducen en la corriente líquida procesada. Estas bacterias convierten los nutrientes en proteínas de células simples adecuadas para la alimentación animal.
Ecológico, rentable y escalable
Las pruebas de laboratorio mostraron que el nuevo método recupera el 91.4 por ciento del carbono orgánico en el lodo de aguas residuales y convierte el 63 por ciento del carbono orgánico en proteínas de células individuales sin producir subproductos nocivos. En comparación, la digestión anaeróbica tradicional generalmente recupera y convierte alrededor del 50 por ciento de los materiales orgánicos en el lodo de aguas residuales.
El proceso con energía solar logra una eficiencia energética del 10 por ciento, generando hasta 13 litros de hidrógeno por hora usando la luz solar, que es alrededor del 10 % más eficiente energéticamente que los métodos de generación de hidrógeno convencionales.
El proceso de NTU reduce las emisiones de carbono en un 99.5 por ciento y el uso de energía en un 99.3 por ciento en comparación con los métodos tradicionales. También elimina los metales pesados nocivos del lodo, lo que de otro modo se desecharía sin un tratamiento adecuado, lo que hace que el proceso sea una decisión amigable con el medio ambiente.
El primer autor, el Dr. Zhao Hu, investigador de la Escuela de Mae, dijo: "Esperamos que nuestro método propuesto muestre la viabilidad de manejar los desechos de manera sostenible y cambiar cómo se percibe el lodo de aguas residuales -- de los desechos a un recurso valioso que respalda la energía limpia y la producción de alimentos sostenibles".
El equipo de investigación de NTU agregó que si bien el proceso recientemente desarrollado es prometedor, se necesitan más estudios para determinar si se puede ampliar. Un desafío clave es el costo de usar un proceso electroquímico para descomponer completamente los materiales orgánicos y extraer todos los metales pesados de los desechos. Además, el diseño de un sistema complejo para un centro de tratamiento de aguas residuales se suma a la dificultad.