Los Residuos Urbanos constituyen un grave problema ambiental para toda la población mundial. En Europa se generan anualmente 138 M de toneladas de biorresiduos urbanos, de los cuales el 75% se incineran o se depositan en vertederos. La Directiva de Residuos obliga a que, en 2020, la mitad de estos residuos sean reutilizados o reciclados alcanzando, el 60% en 2030.
El principal objetivo de las plantas de tratamiento de residuos se centra en reducir el volumen de los residuos sólidos urbanos a través de la digestión anaerobia o el compostaje. En las plantas de tratamiento de aguas residuales, el agua residual urbana se trata mediante sistemas de lodos activos, con elevados costes de operación y una alta demanda energética. Estos métodos conllevan una elevada huella de carbono y la mayoría de los nutrientes y recursos presentes se disipan, en lugar de ser recuperados. La heterogeneidad de los residuos y su variable grado de dilución dificulta una gestión eficiente de los mismos, y supone un reto para la transición hacia una bioeconomía circular sostenible.
El proyecto Deep Purple (www.deep-purple.eu), cofinanciado por el Programa Marco de Investigación e Innovación H2020 y el BIC (Bio-based Industries Consortium), y coordinado por Aqualia, nace con el objetivo de vencer estos desafíos mediante el desarrollo y demostración de un novedoso concepto de fotobiorrefinería. Este concepto combina tecnologías optimizadas de pre y post-tratamiento de biorresiduos con una tecnología vanguardista para el tratamiento sinérgico de aguas residuales y la fracción orgánica de los residuos urbanos basada en empleo de bacterias fototróficas púrpura .
Esquema del concepto DEEP PURPLE con las tres plataformas que lo componen: (i) plataforma de biogás, donde se genera ectoína, (ii) plataforma de biomasa, donde se obtienen bio-fertilizantes y bio-plásticos, y (iii) plataforma de celulosa, enfocada a la generación de materiales de construcción autorreparantes (Zamora et al 2020).
En tan sólo tres años, ésta tecnología ha alcanzado la escala piloto, demostrando ser una alternativa al tratamiento convencional de aguas residuales domésticas. Este sistema de depuración anaerobio 100% solar, permite obtener el doble de energía que la consumida para mantener el proceso en operación. Además, la foto-biorrefineria se complementa con la integración de tres plataformas (celulosa, biomasa y biogás), para la generación de bioproductos tales como bio-fertilizantes, bio-plásticos, cosméticos y materiales de construcción.
La plataforma de celulosa tiene como fin la recuperación de material celulósico presente en agua residual urbana para su reúso como materia prima para la formulación de bio-composites en materiales de construcción y recubrimientos para bio-fertilizantes.
Sistema de recuperación de celulosa (izquierda), salida del agua residual libre de celulosa (centro) y celulosa recuperada deshidratada (derecha) (Zamora et al 2020).
En la plataforma de biomasa fototrófica, se combina el tratamiento de dos residuos de origen urbano, el agua residual urbana y la fracción orgánica de los residuos urbanos. La relación de mezcla entre ambas fracciones residuales permite optimizar la operación de la foto-biorrefinería para el crecimiento de la biomasa fototrófica, materia prima principal para la producción de fertilizantes orgánicos o para la producción de PHA, que son la base de los bio-plásticos generados como producto final en DEEP PURPLE.
Foto-biorrefinería a escala piloto instalada en el Campus de Móstoles de la URJC, compuesta de: a) hidrolizador por explosión de vapor para el tratamiento de la Fracción orgánica de residuos urbanos, b) foto-biorreactores solares con sedimentación tronco-cónica para el tratamiento conjunto de la fracción líquida del hidrolizado de la Fracción orgánica de los residuos urbanos y el agua residual urbana, c) centrífuga para la biomasa fototrófica, d) pasteurizadores por microondas para los fertilizantes orgánicos y e) secadores de bandejas por infrarrojos para los fertilizantes orgánicos (Zamora et al 2020).
En la plataforma de biogás, el biogás producido de la digestión de la fracción orgánica de los residuos urbanos, puede convertirse mediante la acción de microorganismos metanótrofos en productos de alto valor añadido, precursores de industria química o productos de química fina como la ectoína. La ectoína es un aminoácido que determinadas bacterias acumulan en su interior para evitar la ruptura celular por ósmosis bajo estrés salino. Su capacidad para proteger al ADN de la radiación ultravioleta lo ha convertido en los últimos años en un compuesto activo muy apreciado en la industria cosmética.
El Instituto de Procesos Sostenibles de la Universidad de Valladolid (ISP) dentro del proyecto DEEP PURPLE, investiga la transformación del biogás producido de la digestión de la FORSU en ectoína, mediante el empleo de consorcios halófilos en biorreactores de alta transferencia. Hasta la fecha se han enriquecido 3 consorcios a partir de ambientes salinos de España, y evaluado la influencia de la concentración de sal, temperatura y presencia de wolframio en el crecimiento y acumulación de ectoína (de hasta el 10%). El proceso será validado a una escala de 2m³ en planta a partir de los datos que se están obteniendo en sistemas piloto de 20 L en la Universidad de Valladolid.
Biorreactores de alta transferencia para la bioconversión de biogás en ectoína operados en el Instituto de Procesos Sostenibles de la Universidad de Valladolid.
Referencias:
Deep Purple webpage: https://deep-purple.eu/
Zamora. P, Monsalvo. V, Marín. E, Muñoz. R, Carmona. A, Villamil. J, Melero. J.A, Martínez. F, Rogalla. F, Puyol. D (2020). Recuperación de recursos a partir de biorresiduos y energía solar en foto-biorrefinerías. Proyecto Deep Purple. https://aclima.eus/wp-content/uploads/2020/05/RETEMA221.pdf
