Investigadores de Granada lideran un proyecto para transformar aguas residuales en energía

Un grupo de investigadores de la Universidad de Granada ha desarrollado un proyecto pionero, denominado MFCBioFactory, que busca revolucionar la gestión de las aguas residuales salinas al convertirlas en una fuente de energía sostenible.

Este esfuerzo está liderado por Antonio Castellano Hinojosa, investigador posdoctoral Marie Skłodowska-Curie del grupo en Microbiología y Tecnología Ambiental RNM270, y del proyecto europeo titulado Novel bioelectrochemical factory system for energy production and treatment of industrial wastewater: Electroactive and non-electroactive microbiome, financiado por el programa HORIZON-MSCA-2022-PF-01 (Horizon Europe 2022; Referencia 101108081).

El objetivo del estudio es desarrollar un sistema basado en celdas de combustible microbianas (microbial fuel cell, MFC, por sus siglas en inglés) que no solo traten aguas residuales provenientes de la industria conservera, sino que también generen energía eléctrica.

Este enfoque integra un fotobiorreactor como cátodo para optimizar el rendimiento energético y ambiental del sistema, logrando así una tecnología de ‘cero emisiones’ de gases de efecto invernadero y un consumo energético nulo, gracias al empleo de microalgas (microbial fuel cell biofactory, MFCB, por sus siglas en inglés), indica la UGR en un comunicado.

Actualmente, la tecnología de biofactoría MFCB se encuentra en trámite de patente, por lo que es un hito en la innovación tecnológica. El sistema MFCB desarrollado por esta iniciativa de la UGR consta de dos cámaras transparentes de metacrilato (cámaras anódica y catódica) con sistemas de agitación incorporados y conectadas por una membrana de intercambio de protones/cationes, estando ambas cámaras monitorizadas para el control y registro de las variables del proceso, esto es, valor de pH, valor redox y oxígeno disuelto.

Impacto en la industria y el medio ambiente

Cada año, la industria conservera genera millones de litros de aguas residuales con altos contenidos de materia orgánica, nutrientes y salinidad, lo que dificulta su tratamiento mediante procesos biológicos convencionales. Además, las plantas de tratamiento actuales consumen cantidades significativas de energía, contribuyendo al cambio climático.

“Frente a este desafío, las biofactorías microbianas surgen como una alternativa sostenible que no solo elimina los contaminantes, sino que también produce energía y otros productos valiosos”, explica el investigador de la UGR Antonio Castellano.

Dos estudios recientes del proyecto MFCBiofactory, publicados en las revistas Journal of Water Process Engineering y Applied Microbiology and Biotechnology, detallan el desarrollo y optimización del sistema MFCB bajo diferentes condiciones operacionales (tipo de inóculo y tiempo de retención hidráulico). Además, estos trabajos abordan el estudio de cambios en el microbioma electroactivo del sistema MFCB mediante novedosas técnicas microbianas de cuantificación de comunidades y metagenómica.

Gracias a la integración de variables físico-químicas, microbiológicas y de producción de energía, los resultados de investigación tienen importantes implicaciones en bioingeniería, demostrando que la tecnología MFCB puede, no solo tratar efluentes salinos, sino producir electricidad de forma sostenible.

Por otro lado, los análisis de ciclo de vida aplicados a la tecnología MFCB han demostrado que produce menor impacto ambiental cuando opera con microalga en el cátodo, que cuando el cátodo se suplementa artificialmente con oxígeno. “Estos datos son de interés desde el punto de vista ambiental y de sostenibilidad, certificando que la tecnología del proyecto puede funcionar en modo biofactoría, generando cero emisiones de gases de efecto invernadero”, detalla el investigador en declaraciones recogidas en el comunicado.

Además, los rendimientos de producción de electricidad y eliminación de materia orgánica no se ven afectados al utilizar la microalga en el cátodo. Por tanto, los resultados del proyecto apoyan iniciativas como el Pacto Verde Europeo, promoviendo una economía circular en el tratamiento de aguas residuales industriales. MFCBioFactory puede mejorar la gestión de las aguas residuales urbanas e industriales y generar energía a partir de residuos, a la vez que baja los costes operativos.

Sobre el grupo de investigación

El grupo de investigación de la UGR RNM-270: Microbiología y Tecnología Ambiental reúne a expertos del Instituto del Agua, del Departamento de Microbiología de la Facultad de Farmacia y del Área de Tecnologías del Medio Ambiente del Departamento de Ingeniería Civil, perteneciente a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos.

Las investigaciones de este equipo multidisciplinar se centran en el agua como recurso, abarcando el tratamiento biológico de aguas contaminadas (residuales urbanas, industriales y potables) mediante tecnologías avanzadas como membranas, sistemas de biopelículas fijas y granulares. También destacan en el biotratamiento de residuos sólidos y la eliminación de microcontaminantes farmacéuticos.

El grupo cuenta con técnicas moleculares y analíticas avanzadas para estudiar comunidades microbianas (bacterias, hongos y virus) y dispone de un laboratorio analítico especializado en análisis ambientales. Además, colabora con administraciones y empresas privadas, asegurando la transferencia del conocimiento hacia el sector productivo y la sociedad