Científicos leoneses investigan una técnica para depurar aguas residuales y almacenar energía

Isidoro García Cano/DICYT Obtener energía del hidrógeno es uno de los grandes retos de la ciencia actual. En León, científicos del Instituto de Medio Ambiente, Recursos Naturales y Biodiversidad (Imarenab) de la Universidad investigan una técnica que, mediante la combinación de la acción de bacterias y la electricidad, produce hidrógeno aprovechable como vector energético, además de depurar las aguas residuales.

El método se denomina electrólisis biocatalítica, un sistema que “degrada la carga orgánica el agua residual y, a la vez, consigue que parte de la energía utilizada en el proceso se recupere en forma de hidrógeno”, explica a DICYT Adrián Escapa González, investigador del Imarenab. El sistema se basa en las técnicas de electrolisis convencional, donde el hidrógeno es generado aplicando una diferencia de potencial entre dos electrodos inmersos en una disolución electrolítica.

La novedad del sistema estudiado por Escapa es el uso de microorganismos que presentan actividad bioelectroquímica. Así, se favorece la proliferación de bacterias electroquímicamente activas en el ánodo (electrodo positivo fabricado en fieltro de grafito), las cuales actúan como catalizadores en la degradación de la materia orgánica presente en las aguas residuales y convierten la carga orgánica en protones (precursores en la formación de hidrógeno) y CO2. Este CO2 “no es contaminante” según el científico, ya que previamente ha sido captado en la atmósfera, y por lo tanto entra dentro del ciclo natural del mismo.

Portador de energía

De forma paralela, una fuente externa de energía eléctrica permite que se establezca una circulación de electrones entre el ánodo y el cátodo (fabricado en titanio recubierto de platino), electrones que son generados por la actividad metabólica bacteriana. Los protones pasan a través de la membrana polimérica hacia el cátodo donde se combinan con los electrones para formar hidrógeno.

“El hidrógeno es un vector energético”, comenta Escapa, “un portador de energía”. Es muy abundante en el Universo, pero en la Tierra no se encuentra en forma pura, sino combinado con otros elementos para dar lugar a moléculas más complejas (fundamentalmente hidrocarburos). “Una de las ventajas de este sistema es que utiliza energía para depurar el agua y, a la vez, se recoge parte de esta energía en forma de hidrógeno puro", aclara el investigador. Sin embargo, para aprovecharlo hay que diseñar un sistema de recogida y, en cualquier caso, existen pérdidas debidas a las barreras termodinámicas del proceso.

Aprovechamiento y aplicaciones

En teoría, “en términos de energía se puede recuperar un 40 por ciento de la empleada para depurar el agua”, cuantifica Escapa. En cuanto a la limpieza del líquido, “según diversos autores este sistema podría reducir un 20 por ciento más la carga orgánica de aguas residuales que lo que consiguen los sistemas tradicionales”. Actualmente, el investigador leonés se encuentra calibrando los resultados en cuanto a la degradación de materia orgánica y producción de hidrógeno en su modelo de laboratorio.

Se prevé que una de las aplicaciones fundamentales del hidrógeno, en un futuro a medio o largo plazo, sea su uso como combustible en las denominadas pilas de combustible, dispositivos capaces de transformar la energía química contenida en el hidrógeno en energía eléctrica que ya se han aplicado en algunos automóviles. Una de las potenciales aplicaciones de la electrolisis biocatalítica sería, según Escapa, su uso como una tecnología alternativa a los sistemas convencionales de depuración de aguas residuales. Otra aplicación importante estaría en su utilización como postratamiento del digerido producido en los procesos de producción de hidrógeno mediante fermentación oscura.

La carrera para aprovechar el hidrógeno

El hidrógeno se considera una energía limpia. Es un elemento muy abundante y su combustión sólo produce calor y vapor de agua. Con estas características no es de extrañar que se quiera aprovechar como combustible. En los últimos años, Estados Unidos ha invertido 1.700 millones euros en investigar la forma de conseguirlo, mientras que la Unión Europea incluyó 275 millones en este concepto en el VI Programa Marco. Uno de los proyectos más grandes para intentar obtener energía a partir del hidrógeno es ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional, por sus siglas en inglés), un consorcio internacional que pretende desarrollar la tecnología para aprovechar la fusión nuclear de deuterio y tritio, isótopos del hidrógeno presentes en el agua del mar. La inversión prevista para los próximos diez años es de 10.300 millones de euros.