Una solución para recuperar recursos valiosos tirados por el desagüe

22 de noviembre de 2022 | Elaina Hancock - Comunicaciones de UConn

Investigadores de la Universidad de Connecticut están convirtiendo el problema de una planta de tratamiento de aguas residuales en biocombustible

Un problema en las plantas de tratamiento de aguas residuales (la acumulación de "grasa marrón") podría generar una gran cantidad de biocombustible, gracias al trabajo de investigadores de la Universidad de Connecticut (Adobe Stock).

Para los productos que utilizamos todos los días, un patrón se ha vuelto sorprendentemente familiar: algo se hace, lo usamos, lo tiramos. Sin embargo, para un futuro sostenible, uno en el que no simplemente extraigamos y desechemos recursos, debemos hacer que este proceso lineal sea circular, dice el profesor emérito del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la UConn, Richard Parnas.

Parnas y su equipo investigan el biodiesel y cómo producirlo a partir de recursos residuales. Parnas también cofundó REA Resource Recovery Systems, que apoyó al estudiante graduado de Ingeniería Química de la UConn, Cong Liu Ph.D. '22 para desarrollar tecnología para mejorar un proceso crítico de eliminación de azufre del biodiesel elaborado a partir de materiales de desecho. En este caso, los materiales se originan a partir de aguas residuales y la tecnología se está implementando en un proyecto en la planta de alcantarillado John Oliver Memorial de Danbury, cuya entrada en funcionamiento está prevista para enero de 2023, que convertirá grasas y aceites en biodiesel, cuyas emisiones durante su ciclo de vida son más un 74% menos que el diésel derivado del petróleo.

El problema de la niebla

Parnas explica que, de una forma u otra, las grasas, aceites y grasas (FOG) terminan en las plantas de tratamiento de aguas residuales, algunas entregadas en camión y otras llegan a través de las tuberías principales. La FOG también está contaminada con jabones, detergentes y, por supuesto, en este caso, aguas residuales. En las plantas de tratamiento de aguas residuales, los FOG se separan del agua y se purifican hasta obtener algo llamado “grasa marrón”.

Tratar con FOG también es costoso porque debe trasladarse fuera del sitio, ya sea a un vertedero sanitario o, como es el caso en Connecticut, a un incinerador. A menos que se elimine, puede causar grandes problemas a la planta, porque la FOG sofoca las comunidades microbianas necesarias para descomponer las aguas residuales. Esto podría provocar cierres que durarían semanas o meses y podría ser desastroso para estas instalaciones sanitarias críticas. La naturaleza de las plantas de tratamiento de agua significa que puede ser difícil convencer a los ingenieros civiles de la planta para que adopten nuevas tecnologías.

“Las consecuencias del fracaso son enormes, y esto conduce a un tipo de industria conservadora donde si tienen algo que funciona, realmente no quieren que nadie interfiera con ello, si la planta de tratamiento de aguas residuales está funcionando, la sensación general es que Déjalo en paz”, dice Parnas.

Sin embargo, Parnas dice que una vez que los operadores de la planta comprendieron que esta tecnología es un medio para eliminar FOG y que no habría interferencia con el funcionamiento de la planta, se despertó su interés.

La tecnología de Parnas toma el FOG, lo limpia y lo convierte en biodiesel. La parte crítica y difícil es garantizar que el biodiesel producido sea lo suficientemente limpio y se elimine la mayor cantidad de azufre posible.

"La grasa marrón tiene entre 600 y 1000 partes por millón de azufre en diversas formas moleculares", dice Parnas. “El estándar en Estados Unidos para el biodiesel y otros combustibles diesel es 15 partes por millón de azufre o menos. En Europa y China, el estándar es 10 partes por millón. Debemos sacar alrededor del 99% del azufre”.

La planta de Danbury hará esto en un proceso que primero esterifica los ácidos grasos libres con metanol para producir lo que se llama éster metílico de ácido graso, que es la molécula de biodiesel, explica Parnas. Luego, transesterifican los triglicéridos de la mezcla, como parte del proceso, limpiando aún más el biodiesel a niveles de alrededor de 200 partes por millón de azufre, lo que aún no es lo suficientemente puro, explica Parnas.

"La tecnología que se está implementando en Danbury es lo que se llama un proceso de destilación al vacío en el que calentamos el material hasta aproximadamente 400 grados Fahrenheit y aplicamos presión de vacío", dice. "Al hacer esto, podemos eliminar las fracciones de azufre y conservar todo el biodiesel bueno, pero este es un proceso intensivo".

'Un disparo total en la oscuridad'

La intensidad del proceso hizo que Parnas y su equipo pensaran que debía haber una solución más sencilla. Comenzaron a experimentar con muchos tipos diferentes de filtros y compuestos, con poco éxito, hasta que encontraron uno que funcionó muy bien: un material llamado betaciclodextrina. Detallan el trabajo en un artículo publicado recientemente en Separation and Purification Technology, y han presentado una solicitud de patente para utilizar el material en el proceso de fabricación de biodiesel.

"Las ciclodextrinas existen desde hace algún tiempo en las industrias farmacéutica y alimentaria porque el dextrano es un carbohidrato y básicamente no es tóxico", dice Parnas. “Se usa en una enorme cantidad de cosas en este momento, por ejemplo, Febreze, el desodorante en aerosol contiene ciclodextrinas, porque las ciclodextrinas son excelentes para absorber moléculas que causan olores. En la industria farmacéutica, las ciclodextrinas son buenas para estabilizar moléculas insolubles en agua para que puedan colocarse en una pastilla y atravesar un ambiente rico en agua, como nuestro propio cuerpo, puedan llegar al torrente sanguíneo y luego a áreas específicas. Empezamos a preguntarnos si las ciclodextrinas podrían absorber las moléculas que nos interesan. Fue un disparo en la oscuridad y tuvimos suerte porque funcionó muy bien”.

Después de estudiar la cinética de la reacción, el equipo diseñó un proceso prototipo que se implementará en instalaciones futuras, como una especie de versión 2.0, dice Parnas, y está programado para su próximo proyecto, ya sea aquí en Connecticut o en el estado de Washington después de algunos años. trabajo de desarrollo adicional.

Entusiasmado y listo para funcionar

La planta de Danbury es relativamente pequeña y trata alrededor de 10 millones de galones de agua por día, y la instalación de recuperación de FOG producirá alrededor de 300.000 galones de biodiesel por año. Con la esperanza de expandirse, Parnas dice que han realizado un estudio de todas las plantas de tratamiento de residuos en Connecticut y han elaborado un plan que involucra tres centros principales, uno en Hartford, uno en New Haven y otro lugar en Connecticut donde estaría Es posible producir aproximadamente 10 millones de galones al año de biodiesel, aquí mismo en Connecticut, algo que actualmente se considera desperdicio.

"Parece mucho, pero no es un gran porcentaje del combustible total que utilizamos", dice Parnas. “Lo más importante es que solucionemos un problema muy desagradable de eliminación de desechos que enfrentamos en todo el mundo, y en el esfuerzo de limpieza podríamos generar alrededor del dos al tres por ciento del combustible diesel que utilizamos en los Estados Unidos. Podemos ayudar a convertir el problema en una fuente de ingresos para apoyar los esfuerzos de limpieza y tener un pequeño impacto en el panorama de las energías renovables”.

Este es un gran ejemplo de las posibilidades dentro de una economía circular, donde las cosas no se tiran ni se tiran a la basura, sino que encontramos un nuevo uso para los residuos. Parnas señala que así es como funcionan las cosas en la naturaleza, donde los recursos se reciclan fácilmente. Afortunadamente, esta tecnología para circularizar FOG ya está aquí y se puede implementar ampliamente en un par de años si hay interés y apoyo, dice Parnas.

"La tecnología está lista para funcionar ahora mismo".