Renovable es un concepto de moda. La energía renovable, por ejemplo es el desiderátum de un futuro venturoso. Ya sea solar, eólica, hidráulica, geotérmica, mareomotriz, undimotriz,  biomasa o biogás. En todas estas ramas de la energía se investiga sin cesar para que lo que nos es imprescindible para vivir no tenga un coste ambiental en residuos que pase una enorme factura a nuestra generación y las venideras.

Una de las vías de investigación abiertas es la de la eliminación de los contaminantes del biocombustible de las aguas residuales mediante un proceso sin aditivos que genere hidrógeno para alimentar su propia operación

A ello se afanan investigadores de todas las universidades y países que se precien. El premio a sus esfuerzos sería el de  conseguir que en un proceso autosuficiente se convirtiera todo lo indeseable que contienen las aguas residuales  o los cultivos agrícolas o las algas y otros elementos productores de carbono, en combustibles. Pero, eso sí, manteniendo el carbono residual fuera de nuestra atmósfera y por supuesto, del agua.

Los logros conseguidos en el proceso de conversión de residuos de este tipo en combustibles son conocidos. Pero que en todo el ciclo se utilice energía limpia, es harina de otro costal. Y de este problema que no encuentra fácil solución trataremos hoy. Porque parece que ya se ha encontrado

En el estado de Washington, la ciudad de Richland es uno de los vértices del triángulo que formado con Portland y Seattle. En ella se ubica el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), cuyo Departamento de Energía ha desarrollado el sistema que ha logrado la recuperación de combustible por oxidación electrocatalítica. Consigue la hazaña de diluir el  carbono «de desecho» en productos químicos útiles. Y a la vez, genera hidrógeno. Como se mueve por energías renovables, el proceso es neutro en carbono o incluso potencialmente negativo.

Uno de los científicos responsables del éxito es español. Se trata del Dr. Lopez-Ruiz. Que ingresó en el laboratorio en 2015 como investigador postdoctoral en el grupo de Desarrollo de Procesos Químicos y Biológicos. Y hoy ya es Ingeniero de Ciencia y Aplicación de Catálisis en el grupo de Procesamiento de Hidrocarburos. Se graduó en Ingeniería Química e Industrial en la tarraconense Universidad Rovira i Virgili.

El hallazgo básico fue un catalizador. Y se diseñó para combinar miles de millones de partículas de metal infinitesimalmente pequeñas con una corriente eléctrica. Así se consigue acelerar la conversión energética en condicones normales de presión  y temperatura.

Hasta hoy, los métodos de tratamiento del biocrudo exigen hidrógeno a alta presión, que se genera con gas natural. Pero el sistema citado genera ese hidrógeno por sí mismo. Y a la vez  tratar aguas residuales en condiciones normales de presión y temperatura reutilizando el exceso de electricidad. Por ello es además de barato, potencialmente neutral en carbono. También elimina azufre y nitrógeno

La polémica de las consecuencias ambientales de la ganadería extensiva ha alcanzado su punto más álgido en España. En este sentido, que se haya conseguido convertir en combustible biológico el carbono residual de las granjas y explotaciones  agropecuarias es una gran noticia. Porque si se elimina el carbono de las aguas residuales, el agua resultante es perfectamente reutilizable. Además, como ya se ha indicado, se genera hidrógeno.

El bi ingeniero López-Ruiz, enfatiza que la velocidad de reacción del proceso es proporcional a la cantidad de carbono residual que intenta convertir. Por lo que podría funcionar indefinidamente mientras reciba aguas residuales. La mejor noticia para garantizar que la  biomasa se convierta en una fuente económicamente viable de energía renovable. Ellos ya pueden  transformarla en combustible. Pero aún no se debe cantar victoria. No hasta que el  proceso sea energéticamente eficiente, económicamente viable y ambientalmente sostenible. Sobre todo, a pequeña escala.

La alimentación eléctrica del sistema permite que funciones con energía renovable y generar calor durante el proceso para que se cierre el círculo energético. Por lo tanto, cuanta más energía limpia genere electricidad, más sostenible será este sistema. Otra ventaja derivada de que la red eléctrica aumente el uso de fuentes renovables de generación

El proceso del  PNNL se basa en una batería de flujo. Una batería recargable en la que el electrolito, que contiene una o más especies electroactivas, fluye a través de la celda electroquímica que convierte la energía química en electricidad.  Las aguas residuales y el biocrudo fluyen a través de la batería, dividida por una membrana y se encuentran con un entorno cargado creado por una corriente eléctrica. Es decir, con un ánodo y un cátodo

El ánodo, contiene una delgada lámina de titanio recubierta con nanopartículas de óxido de rutenio. En él, los residuos se someten a una conversión catalítica, y el biocrudo se convierte en combustibles reutilizables y parafina. Simultáneamente, los contaminantes solubles en agua, como el oxígeno y los compuestos que contienen nitrógeno, se someten a una conversión química que los convierte en gases de nitrógeno y oxígeno, componentes normales de la atmósfera. Las aguas residuales que emergen del sistema, con los contaminantes eliminados, pueden volver a introducirse en el proceso.

Por su parte el cátodo, cobija una reacción por la que se hidrogenan moléculas orgánicas, como las del biocrudo tratado. O se genera gas hidrógeno, una fuente de energía emergente que los investigadores identifican como una fuente potencial de combustible, ya que el hidrógeno generado permite ahorrar energía al sistema

Además, al eliminar así el oxígeno de las moléculas orgánicas, son claramente superiores a la tradicional  eliminación térmica que consume mucha energía. De hecho, las tasas de conversión  multiplican por 100 las del sistema térmico a presiones y temperaturas de hidrógeno intermedias.

Hay más ventajas todavía. Una de ellas es que este sistema no necesita metales de tierras raras, ahora que se han convertido en los más codiciados del nuestro siglo. Los 17 lantánidos más buscados hoy en día. Metales muy poco repartidos por nuestro planeta. Raros de aislar. Porque no se encuentran en altas concentraciones en la naturaleza.  Y la mayoría se están extrayendo de tierras chinas. Están contenidos en óxidos  y en silicatos. Casi siempre forman parte de sus impurezas.

Pero disponen de excelentes propiedades electroquímicas y magnéticas para integrar los productos que hoy más necesitamos. Sobre todo los que exigen tecnologías exquisitas para su fabricación. Y los que son la base de la producción de energías renovables, como los molinos eólicos. Y, por supuesto, los vehículos eléctricos.

Al estar tan mezclados con otros minerales, su extracción consume mucha energía. También agua, por supuesto. Y generan residuos muy tóxicos.  China suministra a EEUU la totalidad de  14 de los 35 materiales más demandados y más de la mitad de otros 17. Ahora se buscan avances tecnológicos que eliminen la dependencia de las tierras raras.

Y aquí lo resuelven incorporando una forma original de almacenar las nanopartículas de los metales responsables de la conversión química. Consiguen dotarlas de una gran superficie. Y así reducen la cantidad de metal necesaria para que todo funcione. Porque evitan el uso de películas y láminas delgadas de metal. Con lo que, además, mejoran el rendimiento electroquímico.

Por eso, su catalizador necesita 1.000 veces menos metal en su caso, rutenio, que el que normalmente se necesita en procesos similares. Una barbaridad. Porque el reactor de flujo solo consume en su electrodo de 5 a 15 miligramos de rutenio. Y le gana la partida a los 10 gramos de platino que consume el de un reactor convencional

Para finalizar, otra buena noticia. La reutilización de pequeños compuestos de carbono. Los solubles en agua. Ellos están muy presentes en las aguas residuales, domésticas e industriales.  Aunque se encuentren en bajas concentraciones. Hasta ahora, no ha habido una tecnología rentable para manejarlos. Es el caso del ácido propanoico y el ácido butanoico. Pero ahora ya se pueden convertir en combustibles. Ya sea etano, propano, hexano o hidrógeno. Es otra de las secuelas agradables del sistema.

Un análisis de costos preliminar mostró resultados interesantes. Por ejemplo,  que el coste de la electricidad requerida para hacer funcionar el sistema puede compensarse completamente. Se consigue ejecutando la operación a bajo voltaje. Y usando propano o butano para generar calor y vendiendo el exceso de hidrógeno generado..

Lo más importante de todo lo explicado anteriormente es si esta nueva tecnología es viable. Y cuándo podremos disfrutar de sus virtudes. Pues bien, la empresa CogniTek Management Systems pionera en energía limpia, se ocupará de ello.

En su línea de trabajo está el crear productos y tecnologías de energía rentables y luego llevar  estas soluciones al mercado. Para beneficiar a sus clientes y al medio. Por eso buscan maneras de hacer factible el uso de  ideas innovadoras, como la que hoy presentamos aquí, para satisfacer las necesidades y oportunidades de uso de energía limpia. Y lo hacen con tecnologías ya patentadas, como es el caso de hoy.

Por su parte aportan una sólida cartera de propiedad intelectual. También una amplia red de socios estratégicos además de  un profundo conocimiento del desarrollo innovador de las energías renovables. Por último, incorporan un equipo experimentado de ingenieros, científicos y financieros.

Pues bien, han obtenido la licencia de la tecnología de PNNL e integrarán este sistema de  tratamiento de aguas residuales en los sistemas de procesamiento de biomasa patentados que  están desarrollando y comercializando. Así se producirán biocombustibles, ya sea biodiésel  o combustible de aviación. También apoyarán las investigaciones en marcha para ampliar el reactor de tratamiento de aguas residuales de escala de laboratorio a escala de demostración.

Seguiremos con interés la deriva de este proyecto. Porque es uno de los más punteros e importantes para continuar liberando de obstáculos el tortuoso y largo camino del futuro del agua.

Lorenzo Correa

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