Rosario Rodero: "La simbiosis entre microalgas y bacterias ayuda a mejorar la calidad del biogás"

Rosario Rodero Raya obtuvo el premio “María Francisca García Usach” a mejor Tesis Doctoral en el ámbito de la gestión integral y recuperación de recursos del agua residual de la Cátedra DAM, por su estudio:  “Optimization of biogas upgrading in algal-bacterial photobioreactors at pilot and demo scale”, dirigido por los investigadores del Instituto de Procesos Sostenibles (ISP) de la Universidad de Valladolid, Raquel Lebrero y Raúl Muñoz. 

Rosario cursó Ingeniería Química en la Universidad de Granada y tras ello, encontró la oportunidad en la Universidad de Valladolid de realizar la tesis doctoral sobre la valorización del biogás, un tema que le resultó bastante interesante y sobre el cuál ha sido galardonado por la Cátedra DAM.

En líneas generales, ¿explícanos en qué consiste el proyecto galardonado?

Este proyecto consistió en la optimización y escalado del proceso de limpieza de biogás, utilizando sistemas de microalgas y bacterias para obtener biometano. El biogás, obtenido durante la digestión anaerobia de residuos orgánicos, como por ejemplo fangos del tratamiento de aguas residuales, constituye una potencial fuente de bioenergía capaz de reducir parcialmente el actual consumo de combustibles fósiles debido a su alto contenido en metano.

Sin embargo, su aprovechamiento como sustituto renovable del gas natural presenta limitaciones como son la presencia de contaminantes como CO2 y H2S. De este modo, la simbiosis entre microalgas y bacterias en fotobiorreactores representa una plataforma tecnológica novedosa para la eliminación simultánea de ambos contaminantes del biogás. En estos sistemas, las microalgas usan la energía proveniente de la luz solar para fijar el CO2 del biogás mediante la fotosíntesis, con la consiguiente generación de oxígeno. Este oxígeno generado in-situ es empleado por bacterias para la oxidación de H2S a sulfato. Esta tecnología permite además una recuperación de nutrientes de aguas residuales o digestatos (otro subproducto de la digestión anaerobia) en forma de biomasa algal que podría utilizarse como biofertilizante.

“En mi estudio evaluamos la influencia de parámetros ambientales y operativos en el rendimiento de la limpieza fotosintética de biogás, así como el desarrollo y validación de un sistema de control para optimizar la operatividad del proceso, entre otros aspectos”

Esta tecnología presentaba limitaciones técnicas y aún era necesario realizar el escalado del proceso para mejorar su aceptación por el sector industrial. Por ello, en este proyecto se evaluó de la influencia de parámetros ambientales y operativos en el rendimiento de la limpieza fotosintética de biogás, el desarrollo y validación de un sistema de control para optimizar la operatividad del proceso, la mejora del cosechado de la biomasa, así como la evaluación del proceso a escala semi-industrial.

¿Cuántos casos de estudio se han analizado en la investigación?

En los dos primeros casos de estudio mencionados anteriormente trabajamos principalmente en continuo. Los fotobiorreactores se alimentaban con la fracción líquida del digestato o agua residual doméstica como fuente de nutrientes, mientras que el biogás era suministrado a través de un difusor en la columna de absorción. Además, se trabajó manteniendo una productividad diaria de biomasa la cuál era cosechada mediante sedimentación.

Para lograr obtener un biometano con la calidad requerida para ser usado como sustituto del gas natural acorde a la mayoría de los estándares de calidad, se llevaron a cabo distintos estudios en los que se evaluaron parámetros ambientales como la alcalinidad y temperatura, así como parámetros operacionales como la relación caudal de líquido/caudal de biogás en la columna de absorción, entre otros. Además, se desarrolló un sistema de control que permitiera mantener esa calidad de biometano a lo largo del tiempo el cual fue validado en ambos sistemas. En estos estudios se realizaron principalmente análisis rutinarios de composición y caudal de biogás, concentración de biomasa en el fotobiorreactor mediante la medida de los sólidos suspendidos volátiles, pH, temperatura y oxígeno disuelto en el caldo de cultivo y análisis de nutrientes (amonio, fosfato, nitrato, nitrito) tanto en el caldo de cultivo como en la corriente de alimentación.

En el estudio del cosechado de la biomasa mediante floculación se probó la eficiencia de diferentes floculantes tanto sintéticos como naturales. Para ello se realizaron ensayos de floculación conocidos como “jar tests” y una vez seleccionados los floculantes que daban mejor resultado, se probó su impacto en el crecimiento de la biomasa mediante la recirculación del sobrenadante obtenido. Además, se comparó la sedimentación frente a la filtración como una posterior etapa de separación de la biomasa tras la floculación.

Tras la investigación, ¿qué conclusiones has obtenido?

Los resultados obtenidos en la presente tesis doctoral demuestran la capacidad de la simbiosis entre microalgas y bacterias para llevar a cabo la mejora en la calidad del biogás, sin necesidad de utilizar procesos físico-químicos que conllevan altos costes de operación e inversión y dan lugar a la generación de residuos.

La alcalinidad en el medio de cultivo juega un importante papel en esta biotecnología, por lo que la utilización de la fracción líquida del digestato (otro subproducto de la digestión anaerobia) en lugar de agua residual urbana, como fuente de nutrientes de los microorganismos, mejoró la eliminación del CO2 y del H2S debido a su mayor alcalinidad y pH. Además, la relaciónlíquido/biogás (L/G) en la columna de absorción se identificó como un parámetro operacional importante en este proceso.

De esta manera, el desarrollo de un sistema de control basado en la optimización de esta relación L/G con el tiempo nos aseguró una calidad de biometano constante (CH4 >95%, CO2 <2%, O2 <1% y H2S≈0). Finalmente, remarcar que esta tesis ha constituido un primer paso hacia la industrialización de esta biotecnología.

“La comercialización de la tecnología de limpieza del biogás fotosintética incrementaría el uso del biogás producido a partir de residuos orgánicos en forma de biometano”.

¿Cuál es el posible impacto social y sobre el medio ambiente de tu proyecto?

Actualmente, el biogás no es una fuente de energía muy extendida debido al elevado coste de producción, la falta de incentivos y la presencia de contaminantes. La comercialización de la tecnología de limpieza del biogás fotosintética, al ser un proceso rentable y ambientalmente sostenible, contribuiría a un aumento a nivel global en el uso del biogás producido a partir de residuos orgánicos en forma de biometano.

Éste se utilizaría como sustituto del gas natural, reduciendo la actual dependencia a los combustibles fósiles y los costes energéticos. Además, esto evitaría las actuales emisiones de biogás a la atmósfera, las cuáles contribuyen definitivamente al calentamiento global y al cambio climático.

Bajo tu punto de vista, ¿el futuro de la EDAR pasa por la valorización de sus recursos?

Por supuesto. Hasta hace poco tiempo, las EDARs se consideraban simplemente unas plantas de tratamiento de residuos de la que no se obtienen beneficios más allá que obtener una cierta calidad del agua para que esta pudiera ser vertida a los ríos y cauces.

“Las aguas residuales son ricas en nutrientes y materia orgánica que pueden utilizarse para la producción de productos de alto valor añadido o de energía”

Sin embargo, las aguas residuales son ricas en nutrientes y materia orgánica que pueden utilizarse para la producción de productos de alto valor añadido o de energía (como es el caso del biogás). Este aprovechamiento ayudará a combatir la actual escasez de recursos naturales y a reducir la producción de residuos. Aparte de los beneficios ambientales de la valorización de los recursos de las aguas residuales, la obtención de estos bioproductos aportará un beneficio económico en las EDARs.

¿Cómo reaccionas cuando te enteras que has sido galardonada con el premio “María Francisca García Usach” a mejor tesis doctoral?

La verdad es que fue una grata sorpresa, no esperaba que de entre todas las tesis doctorales que se desarrollan en este ámbito, fuera la mía la seleccionada. Al enterarme de que había recibido este premio, sentí que todo el esfuerzo y el tiempo invertido en estos años había sido recompensado. He de recalcar que el mérito no es solo mío, sino también de todas esas personas que me han ayudado y apoyado durante estos años. 

Aprovecho para agradecer a todos los miembros que forman parte de la Cátedra DAM por el esfuerzo y el tiempo dedicado en organizar tanto la jornada como los premios. Considero que este tipo de eventos constituyen una gran oportunidad para que los jóvenes investigadores den a conocer su trabajo y adquieran nuevos conocimientos.

Por último, ¿qué opinas acerca del futuro de la I+D+i en España?

Aunque desde mi punto de vista actualmente estamos muy lejos en comparación con otros países cercanos en términos de I+D+i y queda mucho camino por recorrer, creo que tanto en el sector privado como en la administración pública, cada vez se están concienciando más de la importancia y los beneficios de invertir en el campo de la investigación y desarrollo. Por esto creo que se va a invertir y apostar más por este sector en España en los próximos años. Al fin y al cabo, la I+D+i es imprescindible para la evolución y el desarrollo de un país.