Investigadores del Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamiento de Aguas (LIPATA) de la UNAM (en Juriquilla) realizan estudios sobre el tratamiento de aguas residuales municipales para producir agua limpia y biocombustibles.

Investigadores del Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamiento de Aguas (LIPATA) de la UNAM (en Juriquilla), realizan estudios sobre el tratamiento de aguas residuales municipales para producir agua limpia y biocombustibles.

“Inicialmente, nuestro interés estaba enfocado en tratar aguas residuales para obtener agua limpia; sin embargo, pronto observamos que estas aguas contienen materia orgánica que puede aprovecharse y, de unos ocho años a la fecha, concebimos a las aguas residuales no como un problema ambiental, sino como materia prima para producir productos de valor agregado, como biogás e hidrógeno”, explica el doctor Germán Buitrón Méndez, jefe de la Unidad Académica Juriquilla del Instituto de Ingeniería donde se encuentra el LIPATA, centro de investigación que comenzó su operación hace 10 años.

El biogás que se produce de esos efluentes municipales tiene una concentración de metano de aproximadamente 60% y puede ser utilizado para producir electricidad o calor. Por su parte, el hidrógeno tiene propiedades muy atractivas porque su poder calorífico es mayor que el de otros biocombustibles y puede utilizarse en celdas de combustible para producir electricidad de una manera muy eficiente porque, en el proceso, no se pierde calor como cuando se quema, por ejemplo, metano.

Durante la investigación, los científicos del LIPATA observaron las bondades de las microalgas (materia orgánica que se encuentra en las aguas residuales), de donde se obtienen biocombustibles.

Granulos de microalgas

Gránulos de microalgas y bacterias

“A partir de las microalgas, se pueden obtener biocombustibles, como el biodiésel, pero el proceso no es sencillo y gasta mucha energía, ya que es necesario separar la biomasa del agua de una manera fácil. Nuestro estudio se enfoca, no solamente en cultivar las microalgas en agua residual, sino también en conjuntarlas con las bacterias para generar agregados fáciles de separar del agua. Y hemos logrado realizar este proceso en el laboratorio”, comenta Buitrón Méndez, quien es Ingeniero Químico por la UNAM y miembro Nivel III del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt); tiene también un doctorado en Ingeniería de Tratamiento de Aguas por el Instituto Nacional de Ciencias Aplicadas de Toulouse, Francia.

El académico expone que las bacterias y las microalgas realizan un trabajo en equipo, porque las bacterias remueven la materia orgánica, consumen oxígeno y producen CO2. A su vez, las microalgas generan oxígeno durante la fotosíntesis y necesitan CO2; entonces, se complementan a la perfección: las bacterias remueven la materia orgánica y las microalgas producen el oxígeno que necesitan las bacterias y remueven el nitrógeno y fósforo del agua. De este trabajo en equipo se produce biomasa en flóculos y gránulos de fácil separación por sedimentación. Posteriormente, en un proceso de fermentación, los lípidos y carbohidratos se transforman en biocombustibles, como el metano y el hidrógeno.

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Uno de los objetivos del estudio del LIPATA es la propuesta de una planta que se pueda instalar en comunidades rurales, que conjunte dos tipos de microorganismos para tratar el agua: las bacterias y las microalgas. Y como valor agregado, proporcionar agua limpia para consumo de las personas y biogás para cocinar.

Dr. Germán Buitrón Méndez

El equipo de Germán Buitrón estudia varios tipos de aguas. Por ahora, trabaja con las aguas residuales municipales de una comunidad en el estado de Querétaro, a las cuales se le aplica una sedimentación primaria para quitar algunos sólidos antes de que entren en la planta de tratamiento. La intención es trabajar con aguas residuales de industrias como la porcícola y la vitivinícola. Hay varios tipos de microalgas que viven en estas aguas, pero todas son adecuadas para producir biocombustibles.

El grupo de investigadores ya cuenta con un prototipo, a nivel laboratorio, de una planta de tratamiento de agua con capacidad de 50 litros. Una planta de tratamiento en un municipio o comunidad tendría que ser mucho más grande, pero su capacidad depende de la cantidad de aguas residuales que se produzcan en esa zona.

“Nuestro prototipo produce actualmente hasta 13 gramos de biomasa por metro cuadrado en un día. Estamos estudiando la manera de maximizar esa cantidad y también buscamos utilizar el tipo de biomasa que tenga altos contenidos de lípidos y carbohidratos para que haya una mejor producción de biogás e hidrógeno. Incluso los residuos de este tratamiento pueden funcionar para hacer biofertilizantes para plantas”, afirma Buitrón.

Una de las metas de la investigación es que los biocombustibles producidos funcionen para diversas aplicaciones. El biogás puede utilizarse para cocinar, para calentar agua en grandes calderas y para los sistemas de ciclo combinado que generan calor y/o electricidad. Incluso el metano que se produciría en estas plantas de tratamiento de aguas funcionaría para cocinar y generar calor o electricidad.

En cuanto al hidrógeno, su uso más adecuado sería para celdas de combustible que pueden hacer mover máquinas industriales, vehículos y otros aparatos que requieran de movimiento. “También hay muchos usos industriales para el hidrógeno, por ejemplo, en sistemas de respaldo de datos de grandes empresas u organismos. La Bolsa de Valores de Nueva York utiliza varios tipos de sistemas de respaldo de datos y uno de ellos funciona con celdas de combustible que usan hidrógeno”.

El doctor Germán Buitrón estima que una planta piloto, propuesta en su estudio, podría probarse en una comunidad de Querétaro u otro estado en aproximadamente tres años.

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