Desarrollo: convirtiendo residuos de cerveza en electricidad


La gente ha sabido durante mucho tiempo que hay energía en las aguas residuales pero, económicamente, extraerla es el problema. Sin embargo, la empresa Cambrian Innovation afirma que su tecnología puede hacerlo, y una fábrica de cerveza y una bodega ahora lo están utilizando para limpiar sus aguas residuales mientras producen energía.

La máquina EcoVolt de la compañía es un reactor del tamaño de un contenedor de carga que utiliza microbios para convertir el carbono disuelto de las aguas residuales industriales en biogás, que se puede quemar en el sitio para generar electricidad o calor. Su primera unidad de demostración está activa en la bodega Clos du Bois en el condado de Sonoma, California, y en enero, la cervecería Bear Republic en Cloverdale, también en California, accionó el interruptor de la segunda unidad.

Por lo general, las empresas de alimentos y bebidas eliminan la materia orgánica de las aguas residuales (conocida como demanda biológica de oxígeno, o DBO), aireando el agua por medio de bombas. Pero ese puede ser un proceso de alto consumo energético. La cervecería Bear Republic espera ser capaz de eliminar del 80 al 90 por ciento de la DBO de las aguas residuales con el EcoVolt, y reutilizar el 10 por ciento de sus aguas. Al quemar el biogás, la cervecería piensa que puede cubrir el 50 por ciento de sus necesidades de electricidad.

El retorno de la inversión para la cervecería es de unos cuatro años en la reducción de los costos de energía, afirma el director general de Cambrian Innovation Mateo Silver. Él había planeado trabajar en la industria aeroespacial, pero quedó fascinado por los avances en la biotecnología y la ingeniería genética mientras que era un científico de investigación en el MIT. En virtud de un subsidio de la NASA, dirigió la investigación sobre cómo podrían utilizarse los sistemas bioeléctricos para gestionar el agua en el espacio. Al hacer eso, vio el potencial para el uso de microbios activos electroquímicamente para limpiar agua en la industria. Hay mucha necesidad: Alrededor de un tres por ciento de la electricidad de Estados Unidos se consume el tratamiento de aguas residuales, y producir una botella de cerveza normalmente significa utilizar hasta diez veces más agua residual.

El biogás a partir de residuos se ha hecho durante años y no es necesariamente alta tecnología. Los digestores anaeróbicos industriales, que a menudo se parecen a silos agrícolas, utilizan bacterias que aparecen naturalmente para consumir materia orgánica y producir biogás, que es trasegado por un sifón.

El EcoVolt logra un resultado similar, pero con un proceso anaeróbico diferente. Su reactor tiene microbios que consumen materia orgánica de alimentos, depositando los electrones directamente sobre un electrodo de metal. En el suelo, estos microbios, también llamados exoelectrógenos (bacterias que respiran ánodos), son el componente activo en algunos tipos de células de combustible microbianas.

El sistema EcoVolt utiliza estos microbios para producir un flujo de electrones desde un ánodo cubierto por una fina capa de bacterias hasta un cátodo. Lo hacen mediante la descomposición de moléculas orgánicas en hidrógeno y dióxido de carbono. En el cátodo, otro conjunto de microbios, con la ayuda de la corriente eléctrica, convierte el CO2 y el hidrógeno de la primera reacción de metano, dejando como subproducto de esta reacción agua limpia.

La compañía también está trabajando en una célula de combustible microbiana bajo un contrato estatal, que hace parte de los 8 millones de dólares que el Cambrian Innovation se ha asegurado en subvenciones por parte del Departamento de Defensa y de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos. El plan es hacer una planta de tratamiento de aguas residuales autosostenible para bases operativas o para aplicaciones externas en países del mundo en desarrollo.

El director Silver tiene la confianza de que puede hacer una célula de combustible microbiana económica, pero decidió orientar su primer producto comercial hacia el sector de las aguas residuales. Al tomar ventaja de los avances en otros campos de la ingeniería, la compañía fue capaz de diseñar un producto que es viable económicamente. "Nos dimos cuenta de que teníamos que combinar las ventajas de los sistemas biológicos con la electroquímica y la tecnologías de la información y crear un paquete", dice Silver. Este se está enfocando ahora en empresas de la industria de alimentos y bebidas, así como en la búsqueda de aplicaciones en otras industrias.

Una de las ventajas de la EcoVolt sobre los procesos anaeróbicos tradicionales es que se puede controlar de forma remota en tiempo real. Al ver la velocidad y la salud de las reacciones en los electrodos, los ingenieros pueden ajustar las tasas de flujo y otros parámetros del biorreactor. Eso permite un control mucho más rápido que en un reactor anaeróbico típico, en el cual se requiere tomar una muestra y hacer pruebas, dice el oficial en jefe de tecnología de la compañía, Justin Buck. Ingenieros de la compañía también han desarrollado técnicas para ajustar la biología del reactor, lo que permite que la EcoVolt sea robusta y trabaje con diferentes tipos de flujos de residuos, añade. "Nos aseguramos de que una comunidad apropiada de microbios se establezca en estos electrodos", dice. "Si no hacemos eso, el agua entrante traerá nuevos microbios, lo que es esencialmente una fuente de contaminación".

Hay varios investigadores y compañías que tratan de tomar ventaja de los microbios para producir electricidad a partir de aguas residuales. Un grupo de Penn State, por ejemplo, combinó una celda de combustible microbiana con electrodiálisis inversa, una forma de capturar la energía de una diferencia en la salinidad del agua, en un esfuerzo por aumentar la producción de electricidad.

La compañía israelí Emefcy ha diseñado una pila de combustible microbiana optimizada para aguas residuales municipales. Otro emprendimiento, Arbsource, empresa nacida en las entrañas de la Universidad Estatal de Arizona, utiliza bacterias que respiran ánodos para producir electricidad, como lo hace el EcoVolt, así como de hidrógeno, amoníaco y otras sustancias químicas. Un sin fin de municipios ya se encuentran produciendo biogás con digestores y lo utilizan para generar electricidad y calor a través de las celdas de combustible.

Sin embargo, el sistema EcoVolt está diseñado específicamente para la reutilización de aguas residuales. La empresa espera atraer a otras compañías con altos costos de energía en el tratamiento de sus aguas residuales y, en general, traer más innovación al lento y conservador mundo del tratamiento de agua. Hasta ahora, este requerimiento (teniendo en cuenta las normativas de tratamiento de agua) fue visto como un gasto y una gran parte de la industria se ha diseñado en torno a evitar esta responsabilidad. Ahora las aguas residuales pueden ser una fuente de ingresos.

Silvio Sánchez

Soy la fundadora de TodoSalud.co, una estudiante de enfermería apasionada con la salud y la comunicación. Puedes seguirme en youtube, donde subo videos sobre maternidad; tambien en Instagram y Facebook :)