Bacterias que impulsan la desalinización
En el proyecto MIDES, financiado con fondos europeos, se abordó este reto mediante el desarrollo y la utilización del primer demostrador industrial del mundo de una tecnología revolucionaria basada en celdas de desalinización microbiana (MDC, por sus siglas en inglés). «Utilizamos MDC como pretratamiento para la ósmosis inversa (OI), lo que permite realizar de forma simultánea la separación de sales y el tratamiento del agua», afirma el coordinador del proyecto, Frank Rogalla. La OI es el método más utilizado para la desalinización. Sin embargo, usa una presión alta que requiere al menos 3 kWh/m3 de agua de mar, mientras que otras tecnologías necesitan incluso más. Para superar esta limitación, las MDC funcionan junto con la OI para tratar las aguas residuales y generar energía a fin de llevar a cabo la desalinización. Las MDC emplean bacterias bioelectroactivas específicas, llamadas «Geobacter», para transformar en energía eléctrica la energía contenida en la materia orgánica presente en las aguas residuales. La diferencia de potencial creada entre los electrodos provoca la separación de las sales a través de las membranas de intercambio iónico, lo que permite desalar el agua de mar y el agua salobre sin necesidad de energía externa. «Esto posibilita una reducción de las necesidades de electricidad en al menos un orden de magnitud en comparación con la desalinización convencional por OI», explica Rogalla.
Del laboratorio a plantas pilotos
Los socios del proyecto superaron las limitaciones actuales de la tecnología de MDC, como la tasa baja de desalinización, el coste elevado de fabricación y los problemas de bioincrustación e incrustación en las membranas, y optimizaron el proceso electroquímico microbiano. Esto se consiguió mediante un proceso exhaustivo de ampliación que incluyó unas novedosas membranas de intercambio iónico antiincrustantes y electrodos de carbono nuevos. Los investigadores emplearon un enfoque de economía circular en las MDC al utilizar plásticos reciclados para configurar las celdas y la pila. También diseñaron modelos de simulación matemática basados en los resultados experimentales de las fases a escala de laboratorio, prepiloto y piloto del proyecto para optimizar el proceso. Además, se aplicaron nuevos parámetros operativos y protocolos de limpieza de la membrana para mejorar las reacciones bioeléctricas. Tras el éxito de la ampliación, el equipo de MIDES diseñó y construyó dos prototipos de MDC, cada uno de ellos compuesto por una pila de quince unidades de MDC con una superficie total de 0,4 m2 por unidad. «Ambos prototipos pueden procesar miles de litros de agua salobre y agua de mar al día con un consumo energético muy bajo», revela Rogalla. La primera planta piloto de MIDES en Denia (España) incluyó el pretratamiento de aguas salobres y residuales, MDC y ósmosis inversa de baja presión. En la segunda, situada en la isla de Tenerife (España), se utilizaron MDC para llevar a cabo la desalinización parcial del agua de mar y la ósmosis inversa para el tratamiento posterior, con el fin de obtener agua potable a partir del agua de mar sin necesitar energía externa.
Beneficios para las comunidades rurales y urbanas
Gracias al desarrollo de un sistema combinado de desalinización de agua y tratamiento de aguas residuales, MIDES puede facilitar el abaratamiento del acceso al agua potable de acuerdo con la normativa nacional y de la Unión Europea. También puede proporcionar aguas residuales tratadas para su reutilización en aplicaciones agrícolas y de riego, lo cual aliviaría la presión ejercida sobre los recursos existentes. MIDES allana el camino a las plantas descentralizadas de menor capacidad, que depuran las aguas residuales con un balance energético positivo. Esto significa que, con la ayuda de las MDC, esta tecnología puede implantarse en instalaciones industriales remotas, granjas y comunidades rurales con un suministro eléctrico limitado. Además, MIDES puede beneficiar a las zonas costeras al dotarlas de plantas completas de tratamiento de aguas residuales que generan electricidad y desalinizan el agua dentro de unos sistemas de gestión y control inteligentes. «El éxito de MIDES es muy significativo porque la población está creciendo, especialmente en las zonas costeras, y se necesitan con urgencia estrategias para proporcionar agua potable de alta calidad, sostenible y asequible para todos», concluye Rogalla.
Palabras clave
MIDES, MDC, desalinización, aguas residuales, OI, celda de desalinización microbiana, ósmosis inversa, «Geobacter»
