Conscientes de las oportunidades que representa el aprovechamiento del agua residual y sus subproductos, la Entidad Pública de Saneamiento de Aguas Residuales de la Comunidad Valenciana (EPSAR) y FACSA han impulsado una innovadora tecnología, única en España, que incrementa de forma significativa la eficiencia y sostenibilidad del proceso de tratamiento de lodos llevado a cabo en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR).
Para ello, se ha puesto en marcha en la EDAR de Alcoy un nuevo modelo de funcionamiento del proceso de digestión anaerobia, basado en los principios de economía circular. Este tiene un triple objetivo: reducir la producción de los lodos -y por tanto de residuos, maximizar la obtención de biogás (equivalente renovable del gas natural) e intentar alcanzar la higienización de los lodos tratados.
La principal innovación del proceso reside en la aplicación de la digestión anaerobia en doble fase de temperatura, gracias a la cual los lodos se calientan a 55 ºC, en lugar de a 35ºC, en un digestor de menor volumen antes de pasar a uno de mayores dimensiones, donde se mantiene a una temperatura estable de 35 grados.
Gracias a la modificación del proceso de digestión se ha logrado reducir la producción de lodos en un 25,5 %, y con ello el volumen de residuos generados durante el proceso, con los beneficios para el medioambiente que ello supone.
Del mismo modo, en respuesta a su apuesta por la economía circular, EPSAR y FACSA han hecho posible aumentar la producción de biogás en un 20 %, lo que eleva la autogeneración de energía eléctrica de la estación y resulta clave para mejorar el balance energético global de la instalación. Este ahorro cubriría las necesidades eléctricas de 425 hogares durante todo un año, si consideramos que el gasto medio de un hogar en España asciende a 290 Kwh/mes, según fuentes del IDEA.
A su vez, este proceso ha hecho posible reducir la carga microbiológica del fango evacuado en un 90 % de E.coli, o lo que es lo mismo, reducir en dos unidades logarítmicas la carga microbiológica del fango evacuado. A falta de continuar los ensayos en este campo, estos datos nos permiten pensar en la posibilidad de disponer de unos lodos ya higienizados, minimizando su impacto ambiental.
Proyectos previos
La implantación de este innovador tratamiento ha sido posible gracias al trabajo de investigación de otros dos proyectos en los que FACSA está trabajando: SLUDGE4ENERGY y LIFE STO3RE.
El primero de ellos, SLUDGE4ENERGY, llevado a cabo por el consorcio FACSA y Ainia centro tecnológico, se centró en el pilotaje de este nuevo proceso tecnológico, al objeto de mejorar la sostenibilidad del proceso de depuración optimizando la generación de energía a partir de fuentes renovables, evitando con ello el consumo de combustibles fósiles y las emisiones de CO2 asociadas su empleo.
Con el segundo de ellos, LIFESTO3RE, la compañía buscaba validar este nuevo concepto de digestión anaerobia a mayor escala, proyectando un sistema mancomunado de gestión de fangos procedentes de EDARs y purines de granjas, energéticamente sostenible, al objeto de obtener un «biofertilizante» de alta calidad para el medioambiente.
Con todo ello, EPSAR y FACSA refuerzan su apuesta por la energía verde, gracias al desarrollo e implantación de procesos, tecnologías y nuevos equipos que mejoran la eficiencia energética, produzcan su propia energía renovable y mitigan el impacto ecológico de nuestros sistemas de depuración.
La empresa pública interviene en el seminario virtual “Bioenergía para el Desarrollo Sostenible” junto con expertos europeos y americanos.
Canal de Isabel II participa hoy en el seminario virtual “Bioenergía para el Desarrollo Sostenible”, organizado por el Departamento de Asuntos Sociales y Económicos de Naciones Unidas. Este encuentro busca facilitar un espacio virtual para el intercambio y la divulgación de conocimiento y experiencias en relación con los sistemas de bioenergía sostenibles y su papel a la hora de alcanzar un mundo más sostenible.
En el encuentro, moderado desde la Agencia Internacional de las Energías Renovables (IRENA), participan expertos de empresas y organismos públicos y de investigación de Estados Unidos, Brasil, Guatemala, Austria y Colombia.
Federico Vallés, coordinador de Energía Eléctrica en Canal de Isabel II, intervendrá en el panel “Intercambio de experiencias en soluciones integradas de agua y energía relacionadas con la bioenergía” para presentar los proyectos punteros que la empresa pública realiza en materia de biogás, dentro de las políticas de economía circular, y contar su experiencia de éxito en el sector como empresa referente a nivel nacional e internacional en materia de gestión del ciclo integral del agua.
Canal de Isabel II incluye dentro de sus compromisos empresariales minimizar el impacto ambiental en todos sus procesos, favoreciendo la economía circular, el uso eficiente de los recursos y de la energía y potenciando la generación renovable. Desde hace más de un siglo, Canal de Isabel II ha venido desarrollando iniciativas para la generación de energía eléctrica a través de procesos sinérgicos con la gestión del agua.
En la actualidad, Canal genera energía eléctrica renovable y de alta eficiencia a través de instalaciones como microturbinas en redes de abastecimiento y en EDAR, cogeneración mediante el tratamiento de lodos, centrales hidroeléctricas, paneles fotovoltaicos o plantas de generación eléctrica a partir de biogás, entre otras instalaciones.
Gracias a todas estas instalaciones, en 2020 Canal consiguió producir el 74 % de su consumo total para la gestión del ciclo integral del agua en la Comunidad de Madrid, y evitó así la emisión de más de 26.000 toneladas de CO2. El objetivo que persigue la empresa pública, dependiente de la Consejería de Medio Ambiente, Ordenación del Territorio y Sostenibilidad de la Comunidad de Madrid, es alcanzar antes del año 2030 el autoabastecimiento total de energía eléctrica generada a partir de fuentes de energía limpias y renovables.
Canal es una empresa reconocida internacionalmente por su excelencia en la gestión de los recursos hídricos, y contribuye con su excelencia a posicionar a la Comunidad de Madrid como líder en materia de sostenibilidad, innovación y digitalización en la gestión de este recurso natural.
El equipo de la compañía de Grupo Gimeno ha contado con un stand en Conama Innova, un espacio de exposición, reflexión e intercambio donde se han dado cita los proyectos con financiación europea que están liderando la innovación en sostenibilidad en España.
Proyecto Rewacer y proyecto Zero Brine
LIFE AMIA y Bioedaria
Stand en Conama Innova
Un mix de energías renovables que aprovecha lo mejor de cada una para optimizar el consumo de las depuradoras de agua. Se trata del proyecto Renewat: agua, energía e innovación al servicio del ahorro y del planeta.
El avance en el tratamiento de las aguas residuales ha sido fundamental por muchas razones: con su reaprovechamiento se evitan posibles problemas de contaminación y, además, son una fuente inestimable para el riego en zonas de cultivo. Por eso, las EDAR o estaciones depuradoras de aguas residuales son clave en los proyectos de protección del medioambiente.
¿Pero qué pasaría si a los beneficios de la depuración del agua le añadiéramos los de las energías renovables? Justamente ese es el planteamiento de Renewat, un proyecto por el que está apostando ACCIONA y que es pionero en España. Renewat integra fuentes renovables como la eólica o la solar en el proceso de la depuración para conseguir un ahorro del consumo y una disminución de las emisiones de CO₂ a la atmósfera. Un ambicioso trabajo en donde la colaboración entre distintos métodos energéticos es la clave y que ya está dando sus frutos. Vamos a ver en qué consiste.
“Renewat, una alternativa para hacer las depuradoras más sostenibles”
Renewat, un mix de energías renovables para depurar el agua
Uno de los hándicaps que en ocasiones presenta la depuración de las aguas residuales es que resulta muy costosa, tanto económica como energéticamente. El proyecto Renewat nace para paliar ese punto débil mediante el uso de energías renovables. ¿Cómo?
Primero, integrando paneles fotovoltaicos de menor escala y aerogeneradores de pequeña potencia en el proceso de trabajo de las depuradoras capaces de generar energía para utilizarla directamente, y permitiendo aislar procesos gracias al almacenamiento de esta. Y segundo, desarrollando un sistema inteligente que administre la producción de energía renovable y las necesidades del consumo de la planta de la forma más óptima en sus diferentes fases del proceso.
Con este sofisticado entramado de gestión de agua y energía, el objetivo de Renewat es reducir el consumo energético de las EDAR, reducir la huella de carbono, y el coste por metro cúbico de agua tratada para acercarlo al coste del agua potable.
Por ahora, el proyecto piloto está localizado en la planta de tratamiento de Archena, en Murcia, pero esta tecnología será aplicable a prácticamente todas las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Hagamos números
En la Unión Europea existen alrededor de 16.000 plantas de tratamiento de aguas residuales que consumen 10.000 GWh/año de electricidad de la red. En términos de emisiones de CO₂ todas estas EDAR suponen unas 27.120.000 toneladas de CO2 al año vertidas a la atmósfera.
Sin embargo, con la integración de las energías renovables proyectadas en Renewat, las cifras se vuelven mucho más tranquilizadoras, ya que cada depuradora sería capaz de generar de forma limpia alrededor de 143.000 kWh/año, más o menos lo mismo que consumen 40 hogares españoles cada año, y dejar de emitir 110 toneladas de CO₂ anualmente. Esta disminución del 30% en el consumo de electricidad de la red conlleva, además, la reducción de hasta el 24% en el coste del agua tratada (de 0,4 € / m³ a 0,3 €/m³).
Con estos resultados, la implantación de Renewat se convierte en una muy buena alternativa para hacer que el trabajo de las depuradoras sea mucho más sostenible.
Cien por cien fotovoltaica. La Dirección General de Aguas de la Consejería de Transición Ecológica (Gobierno de Canarias) ha proyectado en la isla de Fuerteventura una estación desaladora que se alimentará al 100% de energías renovables, más concretamente de energía solar fotovoltaica. Este sistema, cuyos estudios han sido financiados por este Departamento regional, pretende optimizar el proceso de desalación de agua de mar y, al mismo tiempo, minimizar costes.
Los directores generales de Agua y Medio Ambiente del Gobierno de Canarias, Víctor Navarro y José Domingo Fernández, respectivamente, han presentado esta iniciativa al Cabildo de Fuerteventura con el objetivo de implantar este sistema en la Granja Experimental de Pozo Negro, lo cual permitiría el bombeo de agua desalada hasta la zona alta del municipio de Antigua y el posterior riego por gravedad de toda la zona. Según el director general de Agua, Víctor Navarro, “los impactos positivos directos de este tipo de plantas son la garantía de agua para el sector agrícola sin dependencia del régimen de lluvias, no agotar los acuíferos y nutrirlos, reducir los costes del agua para el uso agrícola y la permanencia en el tiempo de los costes de este recurso”.
Los resultados operativos y económicos de este sistema –informa el Gobierno de Canarias– son de 684.000 metros cúbicos (m3) de agua desalada cada año con un coste del agua en el depósito de Antigua de 0,47 euros/m3 para una duración de 25 años. El presupuesto total se elevaría a 7.524.346 euros, de los cuales 1.600.000 euros corresponderían a los costes de las tuberías de impulsión.
Las claves del proyecto:
• Un parque fotovoltaico de 1.600 kilovatios de potencia pico;
• cinco módulos de desalación de agua de mar por ósmosis inversa de 1.000 m3/día cada uno;
• un sistema de control que incorpora una batería de 375 kWh;
• dos depósitos auxiliares de 2.000 m3 cada uno;
• bombas y conducción de agua de mar desde la playa hasta la Granja Experimental de Pozo Negro;
• bomba de impulsión de agua desalada; y
• dos depósitos de agua de 35.000 m3 cada uno, a situar en la parte alta del municipio de Antigua.
La segunda jornada del Congreso Nacional del Medio Ambiente se ha empapado de agua. En esta ocasión, se han abordado los diferentes caminos para integrar al agua en las estrategias de economía circular, destacando el paso al frente que ha dado el PAEC y la necesidad de realizar cambios en la normativa actual.
Una de las frases más repetidas en los informes meteorológicos españoles dicta que nuestro país es uno de los más vulnerables al cambio climático. Sin ir más lejos, el segundo informe anual sobre el estado del clima en España anunciaba que, mientras el resto del mundo había incrementado sus temperaturas en 1,2 grados Celsius, la península lo había hecho en 1,7°C.
El agua, como no podía ser de otra forma, también se está viendo afectada en igual o mayor medida que las temperaturas, aguardando un destino en el que con total seguridad gozará de menor presencia en nuestro país. Ante este problema hídrico, un grupo de expertos han propuesto en la 15 edición del Congreso Nacional del Medio Ambiente un antídoto infalible: la integración del agua en la economía circular.
En declaraciones para El Ágora, Concepción Marcuello Olona, miembro de la unidad de apoyo de la Dirección General de Agua del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (Miteco), ha señalado que nuestro país ha dado un primer paso en este sentido con el primer Plan de Acción de Economía Circular (PAEC).
A su juicio, las cuatro únicas medidas centradas en el agua y que abordan principalmente la reutilización y regulación del recurso se presentan “más que suficientes” para este primer plan de acción, aunque ha admitido la necesidad de seguir profundizando y sacando nuevas medidas para el agua a largo plazo en el marco de la estrategia de la economía circular, algo que también han señalado el resto de los ponentes.
Así pues, en materia de mitigar los impactos sobre el medio, Inmaculada Bravo Domínguez, subdirectora adjunta de Regadíos, Caminos Naturales e Infraestructuras Rurales del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación (Mapa), ha subrayado la realidad que se sufre con las “barreras normativas” que impiden obtener el máximo rendimiento de una economía circular hídrica.
“Con respecto a los nutrientes, la producción de aguas regeneradas nos brinda la oportunidad de obtener elementos vitales como el fósforo o el nitrógeno. Sin embargo, existen barreras normativas que nos impiden aprovechar todas las bondades que nos ofrece el agua”, ha comentado Inmaculada Bravo, posicionándose así en línea con Concepción Marcuello que ha manifestado la necesidad de crear debate alrededor del asunto.
“El problema con los nutrientes, así como con otros, precisa de un cambio en la normativa para ser mitigado. Sin embargo, es más fácil decirlo que hacerlo. Se precisa aun mucho debate para ver cómo podemos abordar realmente esos cambios en las normativas y, así, eliminar barreras”, ha declarado Concepción.
“Hay que establecer, por tanto, sinergias entre agricultura y el agua para ver realmente el potencial de la recuperación de nutrientes durante el proceso de depuración y, por supuesto, analizar al mismo tiempo la normativa para ver nuevas dimensiones”, ha añadido Bravo.
Sin embargo, los cambios en la normativa no solo se han presentado como las principales barreras para integrar el agua en las estrategias de economía circular, sino que como han señalado, la tecnología es vital para culminar este proceso.
En este sentido ha vuelto a sacar a la palestra el tema de los nutrientes, aunque esta vez acompañados de otros desafíos, como el energético. No hay que olvidar que el sector del agua requiere en la actualidad el 7% de la energía mundial y, en vista del esperado aumento en la demanda del agua, han adelantado “que será necesario evitar a toda costa que esa demanda energética aumente”, siendo lo ideal que se reduzca hasta prácticamente el cero.
“La eficiencia energética debe ser vital para circularidad del agua”, ha apelado Jokin Larrauri, vicepresidente de ventas Global Agua en Schneider Electric, que también ha destacado la necesidad de establecer colaboraciones público-privadas en el sector del agua para “atraer nuevas tecnologías y consolidar proyectos que actualmente están trabajando en esta línea”.
En todo caso, ponentes como Gonzalo Mosqueira Martínez, de Augas de Galicia, y Concepción Marcuello han advertido de la magnitud del desafío y de la necesidad de valorar conjuntamente los beneficios y desventajas que constituyen el binomio agua-energía para llegar a buen puerto.
“El agua es fuente de energía, pero también un gran demandante. Apostar por la eficiencia energética puede descuidar los objetivos relacionados con el agua y viceversa. Hay que analizar ambas cuestiones de manera conjunta para equilibrar la balanza”, ha expresado Gonzalo Mosqueira.
Ahora bien, estas posibles vías de integración expuestas en este debate carecerían de sentido sin unos indicadores “confiables” que indicasen su grado de desarrollo, según Sofía Tirado, investigadora postdoctoral en la Cátedra Aquae de Economía del Agua de la UNED, algo en lo que también han coincidido el resto de los ponentes.
“Los indicadores nos van a mostrar si esta transición verde y azul, en este caso, se está desarrollando correctamente. De nada sirve desarrollar nuevos mecanismos de ahorro de agua en agricultura o novedosos sistemas de desalación si después desconocemos el potencial que nos están ofreciendo. Los datos bien tratados, por tanto, son clave en este proceso”, ha enfatizado Víctor Navarro Delgado, director general de Planificación del Territorio, Transición Ecológica y Aguas en Canarias.
Para cerrar el debate, Enrique Hernández Moreno, director general de la Asociación Española de Empresas Gestoras de los Servicios de Agua Urbana (AGA) ha querido resaltar la importancia del agua en nuestras vidas y su papel como motor de desarrollo, así como la importancia elevar al mayor ejemplo de circularidad de nuestro mundo dentro de las estrategias de economía circular presentes y que están por venir.
Horizon Europe Info Days (From June 28th till July 9th)
The 10-day event will give prospective applicants and other stakeholders of EU research and innovation the opportunity to get information and ask questions about main funding instruments, processes of Horizon Europe and what is new.
A full range of online events
The Horizon Europe info days will address 9 themes, each featuring a programme of exclusive discussions and hands-on sessions dedicated to a different cluster or part of the new programme.
Este es un trabajo de investigación, impulsado por la propia compañía, y que realiza en colaboración con la Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información de Gobierno de Canarias y el Instituto Tecnológico de Canarias, es una apuesta por la economía circular y en línea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de Naciones Unidas, según ha informado ELMASA en nota de prensa.
Al respecto, explica que la tecnología de ósmosis inversa se genera por el elevado consumo de productos químicos, por lo que este trabajo ha permitido estudiar alternativas para reducir el consumo de hipoclorito sódico en los contralavados mejorados químicamente (CEB) que se realizan en pretratamientos con ultrafiltración en plantas desaladoras con una frecuencia diaria.
Así, el uso de hipoclorito sódico genera un incremento del biofoluing en las membranas de ósmosis, incrementando los costes de explotación al requerirse adicionalmente limpiezas químicas intensivas (CIP), todo ello unido a que, debido a la acumulación de «ensuciamiento irreversible, no eliminado en los procesos de limpieza, se termina por hacer casi inviable» la operación de dichas membranas, siendo necesario proceder a su reposición.
Para ello, el estudio realizado en la planta piloto de ELMASA Tecnología del Agua ha permitido ensayar otras alternativas al modo de operación habitual en la planta desaladora de agua de mar de Maspalomas I – Gran Canaria eliminando los contralavados mejorados químicamente (CEB) y reduciendo la cantidad de hipoclorito sódico empleado.
Al respecto, como alternativa se han realizado limpiezas químicas intensivas cada 72 horas, modificando la duración de cada etapa de la limpieza básica y ácida en 30, 60 y 90 minutos (mini CIP’s).
Por su parte, los resultados han revelado que la metodología ensayada (limpieza cada 72 horas y duración 60 min) permite reducir el consumo de hipoclorito sódico en un 60 por ciento, si bien se trata de una alternativa que implica un incremento en los costes de explotación como consecuencia del incremento del consumo de otros productos químicos que se emplean en los mini CIP’s.
Además el estudio abre una segunda línea de trabajo en la que se deberá analizar cómo afecta este modo de operación en la planta desaladora a las tasas de reposición de las membranas de desalación. La potencial reducción de costes de operación por esta vía, así como la disminución de químicos en el proceso de limpieza, indican que se alinearía con una «mayor sostenibilidad de la operativa y un apoyo a la estratégica de economía circular».
Los resultados de este trabajo han quedado recopilados en un artículo de investigación que será enviado a la revista ‘DYNA Ingeniería e Industria’ para su divulgación.
El estudio lo ha llevado a cabo la empresa ELMASA Tecnología del agua bajo la contratación de la Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información (ACIISI) del Gobierno de Canarias y con la colaboración del Instituto Tecnológico de Canarias (ITC), dentro del proyecto DESAL+ (MAC/1.1a/094), cofinanciado por fondos FEDER a través del Programa MAC 2014-2020 .
Gracias a esta planta, se sigue incrementado la infraestructura de investigación en desalación de alto valor añadido disponible en Canarias.
Fruto de la licitación lanzada por la Mancomunidad Intermunicipal del Sureste de Gran Canaria y de la que resultó adjudicataria la empresa canaria GRUPO ELEMENT LAS PALMAS, se ha realizado la puesta en marcha de la primera planta piloto de ósmosis directa (forward osmosis) de la Macaronesia dentro de la depuradora de aguas residuales del Sureste de Gran Canaria.
Actualmente esta depuradora trata los vertidos domésticos (135.000 habitantes) e industriales de los municipios de Santa Lucía, Agüimes e Ingenio y cuenta con una capacidad de tratamiento de 18.000 m3/día y una capacidad de regeneración, gracias al tratamiento terciario formado por coagulación-floculación, filtración (microfiltración y cartuchos) y ósmosis inversa, de 6.000 m3/día.
La planta experimental de osmosis directa, vinculada al terciario de la depuradora, permite poner en contacto dos soluciones simultáneamente: la salmuera de la ósmosis inversa del tratamiento terciario de la depuradora (solución concentrada o solución extractora) y el efluente del tratamiento secundario (solución diluida o solución alimento). La diferencia de presión osmótica generada por la diferencia de concentraciones provoca la difusión del agua desde la solución de alimentación hasta la solución extractora a través de la membrana semipermeable de ósmosis directa.
El CDTI se hace eco de una nueva búsqueda de socio para localizar empresas españolas interesadas en colaborar en proyectos internacionales de innovación conjunta con una empresa de India para el desarrollo de una solución integral de gestión del agua basada en IoT y de análisis de datos que permita monitorizar la cantidad y calidad del agua, predecir su demanda y mejorar la eficiencia en su gestión.
Idea de proyecto planteada por: WEGoT Utility Solution Private Limited
Empresa fundada en 2015 en Chennai con el objeto de contribuir a resolver la escasez de agua de la ciudad. Ha desarrollado un sensor basado en IoT y una plataforma de software que le permite ofrecer una solución integral para gestión del agua. Esta solución les permite proporcionar decisión automatizada en tiempo real que permite reducir la demanda de agua e incrementar su gestión de una forma eficiente en edificios. Su solución WEGoT permite detectar el uso de agua en todos los puntos de consumo y generar facturas según las cifras de consumo. Su sensor también permite identificar fugas, tuberías rotas o un uso anormal de agua a través de una aplicación y paneles web.
Descripción del proyecto y tipo de colaboración deseada:
A partir de su solución tecnológica WEGoT de gestión del agua que permite controlar caudales y cantidades, la empresa india quiere mediante un proyecto de codesarrollo tecnológico innovar incrementalmente su solución IoT y de arquitectura cloud. Propone optimizar y codesarrollar soluciones tecnológicas que permitan además controlar la calidad en los puntos de entrada y salida del agua. En el caso de establecimientos comerciales y complejos residenciales el control de la calidad del agua en los puntos de salida permitiría mejorar la eficiencia de las plantas domésticas de tratamiento de aguas residuales. Asimismo, existe interés por implementar como resultado de la colaboración un modelo efectivo de análisis de datos que permita predecir la demanda de agua e identificar posibles pérdidas de agua para determinados usos.
Se buscan empresas y centros con capacidades en monitorización de la calidad del agua, parámetros para el tratamiento de agua y toma de decisiones para mejorar la eficiencia del tratamiento. También se valoran positivamente capacidades en modelos de análisis de datos para análisis de uso y demanda, mejoras en la plataforma cloud para optimizar su escalado, capacidad de gestionar redes de abastecimiento y gestión de agua.
Para el desarrollo y financiación de estas colaboraciones, CDTI pone a disposición de empresas españolas la 8ª Llamada Multisectorial España – India para Proyectos de Cooperación Tecnológica en Internet de las Cosas, Tecnologías Limpias, Salud Digital, Tecnologías Agroalimentarias y cualquier otro sector de interés común. Plazo para la presentación de propuestas hasta el próximo 15 de julio de 2021.
Para ampliar información puede dirigirse a: india@cdti.es
El nuevo método logra resultados que incrementan la integración de renovables en un 19% y una disminución de las emisiones de CO2 del 20%.
Dos investigadores de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC), junto a otros dos investigadores de la Universidad de Aalborg (Dinamarca), han realizado un trabajo de investigación y publicado un artículo internacional titulado ‘Integración óptima a gran escala de potencia eólica y fotovoltaica en los sistemas energía-agua de islas’.
En este trabajo de investigación se propone un nuevo método para integrar gran cantidad de energías renovables en islas, vinculando la producción de agua con la producción de electricidad. El método propone producir una mayor cantidad de agua potable en momentos en los que haya un exceso de energías renovables, para almacenarla y utilizarla en momentos en los que el recurso renovable sea insuficiente. Así, con este vínculo agua-energía, se plantea, como nueva alternativa a las baterías, trasladar parte del almacenamiento energético al sector del agua, lo cual ofrece gran facilidad de instalación y reduce la dependencia exterior de las herramientas de gestión energética.
El trabajo está firmado por Pedro Cabrera, Profesor Contratado Doctor del Departamento de Ingeniería Mecánica de la ULPGC, y miembro del Group for the Research on Renewable Energy Systems (GRRES); José Antonio Carta, Catedrático del Departamento de Ingeniería Mecánica de la ULPGC y Coordinador del GRRES de la ULPGC; Henrik Lund, Catedrático del Departamento de Planificación de la Universidad de Aalborg (Dinamarca) y Coordinador del Sustainable Energy Planning Research Group (SEPRG); y Jakob Zinck Thellufsen, Profesor del Departamento de Planificación de la Universidad de Aalborg, Dinamarca y miembro del SEPRG.
En el trabajo se evalúan gran cantidad de escenarios alternativos para buscar las capacidades óptimas de: i) almacenamiento de agua, ii) producción de agua, iii) potencia eólica instalada y iv) potencia fotovoltaica instalada en una isla.
Se utilizó, como caso de estudio, la isla de Lanzarote que actualmente tiene una alta dependencia de los combustibles fósiles. Aplicando el método a dicha isla, se logró un incremento de la integración de renovables del 19,46% y una disminución de las emisiones de CO2 del 20,2%.
El método propone el vínculo del sector del agua con el sector de la electricidad y plantea, como novedad, el uso del almacenamiento de agua, el rediseño de las infraestructuras de producción de agua y la gestión de las mismas como recurso energético. De tal manera que se pueda producir agua en exceso y almacenarla cuando existe un exceso de recursos energéticos renovables y utilizarla cuando no existe recurso energético. Así, también abre una nueva línea de trabajo en la que se propone la gestión de la desalación en una isla como elemento integrador de energías renovables.
La investigación se ha desarrollado en el marco del Proyecto E5DES (MAC2/1.1a/309), financiado con fondos FEDER del Programa Interreg MAC. Este proyecto persigue generar soluciones innovadoras para la gestión inteligente y sostenible de los sistemas de desalación e incrementar la I+D+i de excelencia en materia de desalación que se viene desarrollando desde la Plataforma conjunta DESAL+ Living Lab (https://www.desalinationlab.com/proyectoe5des/es/). Asimismo, el trabajo se ha desarrollado conjuntamente con el Sustainable Energy Planning Research Group de la Universidad de Aalborg (Dinamarca). Este es uno de los grupos de investigación más importantes en el ámbito de la planificación energética a nivel mundial.
Este trabajo ha sido publicado en la revista Energy Conversion and Management, una de las revistas científicas internacionales más destacadas y relevantes en los ámbitos de la Energía y de la Mecánica. Según el Journal Citation Report, la revista se encuentra en el primer cuartil (Q1) de varias categorías científicas que categorizan a las distintas revistas. Concretamente, se encuentra situada en la posición 11 (de un total de 112 revistas) en la categoría científica ENERGY&FUELS y en la posición 3 de 136 en la categoría MECHANICS.
- La tecnología, basada en la célula microbiana de desalación, ha sido desarrollada por Aqualia en colaboración con el instituto IMDEA Agua en el marco del proyecto H2020 MIDES de innovación.
- En 2020 Aqualia registró cuatro patentes europeas y una en Estados Unidos. Con estos nuevos registros, ya son 14 las patentes que acumula Aqualia. Todas ellas están enfocadas a la utilización eficiente de los recursos hídricos.
- Los primeros prototipos de la tecnología de célula microbiana, con una capacidad de 3.500 litros/día, están en operación en dos instalaciones gestionadas por Aqualia en Denia (Alicante) y Tenerife.
Aqualia acaba de lograr la patente en Estados Unidos de la célula microbiana de desalación (MDC) que ha desarrollado en colaboración con IMDEA Agua dentro del proyecto H2020 MIDES. Esta tecnología, que también recibió la patente europea en 2020, permite la desalación sin aporte externo de electricidad, utilizando la materia orgánica de aguas residuales como fuente de energía. La reducción del consumo energético en el proceso de desalación es uno de los principales objetivos del sector de la gestión del agua. En este sentido, la desalación tradicional por ósmosis inversa requiere de 4 Kwh de energía por metro cúbico de agua.
Los primeros prototipos de la tecnología, con una capacidad de 3.500 litros/día, están en operación en dos instalaciones gestionadas por Aqualia en Denia (Alicante) y Tenerife. El primero entró en servicio en el verano de 2020 y se alimenta de agua salobre, mientras que el de Tenerife comenzó a operar a principios de 2021 con agua de mar. Una vez que cada unidad haya completado un año de funcionamiento se contempla su ampliación y despliegue en otras localizaciones.
Adicionalmente, Aqualia obtuvo en 2020 tres nuevas patentes europeas fruto de sus proyectos de investigación con cuatro universidades españolas. Se trata del reactor anaerobio de membranas (AnMBR) desarrollado con la Universidad de Valencia y la Politècnica de València, que también fue protegido por una patente americana y que se implementa en el nuevo proyecto ‘LIFE Zero Waste Water’ en Valdebebas (Madrid). Junto con Canal de Isabel II como socio, este proyecto pretende demostrar un nuevo sistema de tratamiento del agua urbana sin aporte externo de electricidad, evitando la huella de carbono y minimizando la producción de fango.
También se patentó el reactor bioelectroquímico ELSAR, junto con la Universidad de Alcalá (Madrid) que trabaja con un principio similar al de la MDC, evitando el consumo de energía eléctrica en la depuración de aguas residuales.
Por último fue otorgada la patente de Advansist, de la mano de la Universidad Rey Juan Carlos (Madrid), que utiliza las bacterias púrpuras para recuperar recursos de las aguas residuales con un mínimo impacto ambiental. La biomasa resultante de este proceso se puede utilizar como materia prima en la producción de bioplásticos, biofertilizantes o materiales de construcción.
Con estos nuevos registros, ya son catorce las patentes registradas por Aqualia, todas ellas enfocadas a repensar fórmulas y soluciones para la gestión eficiente de los recursos hídricos, poniendo el foco en la circularidad del ciclo integral del agua. Según Frank Rogalla, director de Innovación y Tecnología de Aqualia, “todos los procesos desarrollados abordan los retos del tratamiento sostenible de las aguas residuales y la conversión de depuradoras en biofactorías.
El proyecto LIFE DREAMER tiene como objetivo el desarrollo una solución de desalación por ósmosis inversa más eficiente y que permita la recuperación de recursos. Los resultados obtenidos en el marco del proyecto, liderado por ACCIONA, han demostrado un aumento en la conversión global del sistema, una reducción del volumen de los efluentes de lavado, así como la reducción del ensuciamiento biológico en las membranas de ósmosis inversa gracias a los avances introducidos en el pretratamiento.
A pesar de la necesidad y de los múltiples beneficios de implementar la OI en desalación para agua de mar, en la actualidad existe margen de mejora y los esfuerzos de I+D+i se centran principalmente en la reducción de la producción de salmuera, del consumo energético específico y del uso de productos químicos. El proyecto LIFE DREAMER, coordinado por el negocio de Agua de ACCIONA, además de perseguir estas reducciones, alinea el proceso de desalación con el concepto de Economía Circular, considerando el agua de mar como una fuente de recursos y contribuyendo al cumplimiento del Objetivo de Desarrollo Sostenible nº 6 – Garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y el saneamiento para todos.
La solución LIFE DREAMER
El objetivo del proyecto LIFE DREAMER es el desarrollo y demostración de un concepto de desalación altamente eficiente en el uso de recursos, logrando un aumento en la conversión del proceso de desalación por OI, un menor consumo de energía y de productos químicos, y la obtención de compuestos actualmente no valorizados presentes en el agua de mar.
Una membrana de polímero flexible que incorpora nanopartículas de PAF absorbe selectivamente casi el 100% de metales como mercurio, cobre o hierro durante la desalinización, produciendo agua limpia y segura de manera más eficiente.
Químicos de la Universidad de California Berkeley han descubierto una forma de simplificar la eliminación de metales tóxicos, como el mercurio y el boro, durante la desalación para producir agua limpia.
La nueva técnica, que puede añadirse fácilmente a los actuales procesos de desalinización por electrodiálisis basados en membranas, elimina casi el 100% de estos metales tóxicos, produciendo una salmuera pura junto con agua pura y aislando los metales valiosos para su posterior uso o eliminación.
Los químicos de la UC Berkeley sintetizaron membranas poliméricas flexibles, como las que se utilizan actualmente en los procesos de separación por membranas, pero con nanopartículas incrustadas que pueden ajustarse para absorber iones metálicos específicos: iones de oro o de uranio, por ejemplo. La membrana puede incorporar un solo tipo de nanopartícula sintonizada, si se quiere recuperar el metal, o varios tipos diferentes, cada uno de ellos sintonizado para absorber un metal o un compuesto iónico diferente, si hay que eliminar varios contaminantes en un solo paso.
Los investigadores esperan poder ajustar las nanopartículas para eliminar otros tipos de sustancias químicas tóxicas, incluido un contaminante habitual de las aguas subterráneas: Los PFAS, o sustancias polifluoradas, que se encuentran en los plásticos. El nuevo proceso, que denominan electrodiálisis de captura de iones, también podría eliminar isótopos radiactivos de los efluentes de las centrales nucleares.
A través del proyecto Bioedaria se está estudiando la valorización de los lodos de EDAR, bajo el concepto de biorrefinería y de la economía circular, para obtener productos de valor añadido.
FACSA, está desarrollando un proyecto para la valorización de los lodos que se producen en las Estaciones de Depuración de Aguas Residuales (EDAR), bajo el concepto de biorrefinería y de la economía circular, para obtener productos de valor añadido.
El proyecto, denominado Bioedaria, que cuenta con la participación de AINIA, ha obtenido resultados esperanzadores para la valorización de lodos de depuradora a biopolímeros y biofertilizantes, alcanzando hasta un 30 % de PHAs y un 14 % de Poly-P, a partir de un residuo complejo como son los fangos de depuradora.
Bioedaria: nuevo concepto de biorrefinería a partir de lodos de depuradora para la producción de biogás, biofertilizante y bioplásticos
En el proyecto se han desarrollado distintos bioprocesos para la valorización de lodos de depuradora como la digestión anaerobia en dos fases para la producción de ácidos grasos volátiles (AGVs) y biogás; la producción de biopolímeros (polihidroxialcanoatos o PHAs y polifosfatos o Poly-P) con cultivos mixtos a partir de los AGVs, y la producción de biofertilizantes mediante el cultivo de microalgas. Además, se han estudiado distintos métodos de extracción sostenible de ambos polímeros.
Aplicación para bioplásticos y fertilizantes
Los biopolímeros PHAs, tras ser extraídos, se pueden emplear como bioplásticos, con distintas características, similares al polietileno o polipropileno, en función de su composición. Se trata de bioplásticos biodegradables y biocompatibles producidos a partir de una fuente renovable.
De la misma manera, algunos microorganismos tienen capacidad para acumular fosfatos en forma de polímeros, polifosfatos o Poly-P. Tradicionalmente, las aplicaciones de los fosfatos se dirigen a la agricultura, medicina o en la industria química, si bien el 80 % de la producción se centra en la obtención de fertilizantes de uso agrícola.
La tecnología utilizada en el proyecto Bioedaria permite acumular PHAs y recuperar los fosfatos de las aguas residuales, reduciendo así la concentración de estos en las aguas depuradas, obteniendo un compuesto de valor añadido (Poly-P) para la industria agroalimentaria para ser empleado como fertilizante en suelos pobres en fosfatos.
El reto: producción simultánea de dos polímeros con cultivos mixtos
Uno de los principales retos de este trabajo es la producción simultanea de Poly-P y PHAs con cultivos mixtos, tecnología que no ha sido estudiada con profundidad anteriormente. Con ello se persigue la posibilidad de transformar los AGVs a PHAs, y recuperar los fosfatos presentes en las aguas residuales en forma de Poly-P de manera conjunta. Hasta ahora, la mayor parte de trabajos disponibles muestran el desarrollo de la producción de cada biopolímero de manera independiente, pero Bioedaria pretende la coproducción simultánea, reduciendo así los costes de producción y optimizando el proceso para obtener más productos en una única etapa.
Como parte de este sistema de biorrefinería, se ha estudiado también el uso cultivos mixtos de microalgas para la recuperación de los nutrientes (nitrógeno, fósforo, etc.) contenidos en las corrientes residuales, así como captar y valorizar el CO2 generado en la combustión del biogás. De este proceso se ha obtenido una biomasa con alto contenido en proteínas y otros nutrientes con el objetivo de ser utilizada como materia prima para la elaboración de un biofertilizante rico en aminoácidos.
De escala laboratorio a la escala piloto en la EDAR de Alcoy
Durante estos dos años de investigación, AINIA y FACSA han trabajado conjuntamente para el desarrollo de estas tecnologías. En concreto, en AINIA, se ha llevado a cabo el desarrollo del proceso de digestión anaeróbia en digestores de 30 litros, así como, los cultivos de enriquecimiento de biomasa acumuladora de PHAs y Poly-P simultáneamente (en reactores de 30 y 5 litros), con el objetivo de establecer las condiciones de trabajo que permitan tener una producción óptima de AGVs, PHAs y Poly-P. Tras el desarrollo de estas tecnologías a escala piloto en AINIA, se llevó a cabo el escalado con el asesoramiento técnico de este centro tecnológico a un piloto de mayor escala con reactores de hasta 1000 l en la EDAR de Alcoy.