Los primeros en el país: investigadores locales usan carbonización hidrotermal de lodos

Investigadores de la Facultad llevan adelante un proyecto de investigación y desarrollo orientado, único en el país, que se centra en el manejo sustentable, con huella de carbono negativa, a partir del uso de carbonización hidrotermal de lodos.

Se trata de un trabajo que apunta a resolver la problemática de la empresa de Servicio de Agua y Mantenimiento de la provincia de Chaco. A los lodos residuales de esa planta de tratamiento cloacal se les aplicará un procedimiento con altas temperaturas, de entre 150 y 250 grados centígrados, que esteriliza completamente el material orgánico para ser usado en aplicaciones sanitarias o agrícolas sin peligro de contaminación.

Esta es una propuesta novedosa frente a la realidad de muchas municipalidades de Argentina que han adoptado como alternativas para la disposición de los barros cloacales el relleno sanitario y el compostaje, opciones que están limitadas, debido a que contienen sustancias tóxicas, tanto orgánicas como inorgánicas, entre las cuales se encuentran los metales pesados.

El carbono es un elemento químico no metálico y tetravalente, lo que quiere decir que dispone de cuatro electrones para formar enlaces químicos. Su existencia se conoce desde la antigüedad y es la base de la química orgánica. El que está presente en los lodos se convierte –a partir de este tratamiento- en carbón elemental que permanece inalterado por más de cien años.

“Proceso para el manejo sustentable, con huella de carbono negativa, usando carbonización hidrotermal (CHT), de los lodos generados en PTLC-SAMEEP” es el título de este estudio para el que el equipo de trabajo de la UNRC dispondrá de 8.578.500 pesos, asignados en el marco del programa “ImpaCT.AR Ciencia y Tecnología” del gobierno nacional.

Al mismo lo dirige el doctor César Barbero, docente investigador del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias Exactas.

Carbonización hidrotermal

La carbonización hidrotermal es un proceso termoquímico que permite convertir residuos orgánicos, con alto contenido en carbono.

El proceso se lleva a cabo en presencia de agua. Se trata de una propuesta de química sostenible, centrada productos y procesos químicos medioambientalmente favorables. Son negativas netas, esto es, que eliminan más gases de efecto invernadero de la atmósfera de los que se emiten.

La huella de carbono es un indicador ambiental que refleja y cuantifica las emisiones de gases de efecto invernadero que se emiten directa o indirectamente. Tiene un rol importante, puesto que es un indicador que cuantifica las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).

En el proceso de medición de la huella de carbono no se tienen en cuenta únicamente las emisiones de dióxido de carbono (CO2), sino también otros gases como el metano (CH4), el óxido de nitrógeno (N2O), los hidrofluorocarbonos (HFC), los perfluorocarbonos (PFC), el hexafluoruro de azufre (SF6) y el trifluoruro de nitrógeno (NF3). A la hora de deducir la huella de carbono, se utiliza el CO2 equivalente (CO2eq), una unidad de medida que calcula la emisión de estos gases. Como no todos absorben la radiación infrarroja de la misma manera, ni tienen igual vida media en la atmósfera, se utiliza el llamado Potencial de Calentamiento Global (PCG), que es una medida de la capacidad que tienen diferentes GEI en la retención del calor en la atmósfera. El gas utilizado como referencia para medir otros GEI es el CO2, por lo que su potencial de calentamiento global es igual a 1. Cuanto más alto sea el PCG que produce un gas, mayor será su capacidad de retención del calor en la atmósfera.

Generación de carbón marrón

César Barbero (62) recibió el Premio Konex 2013 en la rama Nanotecnología, es doctor en Ciencias Químicas, profesor titular de la UNRC, investigador superior del Conicet y director del Instituto de Investigaciones en Tecnologías Energéticas y Materiales Avanzados, IITEMA -UNRC-Conicet-. Realizó su tesis -1984-1988- en electroquímica de polímeros conductores. Posteriormente, se especializó en el Instituto Paul Scherrer, de Suiza -1988-1994- en química de materiales y nanotecnología. En 1995 fundó el grupo de materiales avanzados de la UNRC, que ha trabajado en polímeros conductores, carbones e hidrogeles, con aportes a la química orgánica, fisicoquímica, química combinatoria, química analítica y nanoquímica de materiales. Ha publicado más de 120 artículos en revistas internacionales, libros y capítulos de libros.

Y obtuvo varias patentes y premios a la innovación por aplicaciones biomédicas, analíticas y energéticas de nanomateriales.

Recibió los premios Tajima – Sociedad Internacional de Electroquímica, 1997-, Rafael Labriola de la Asociación Química Argentina (2004) y María Cristina Giordano (Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica –AAIFQ-, 2007), además de la beca Fundación en memoria de John Simon Guggenheim (2007).

– ¿En qué consiste la carbonización hidrotermal de lodos?

– El material orgánico -lodos de biogás- se coloca en un reactor sellado, que se calienta a 150-250 ºC, bajo presión -hasta 100 atmosferas-. El material orgánico se descompone y genera mayoritariamente carbono y agua. Se genera lo que se llama carbón marrón, con más contenido de oxígeno que el carbón de leña, similar al lignito o la turba.

– ¿Es una solución innovadora, un proceso complejo?

– Sí, se ha desarrollado en los últimos diez años y hay algunas plantas experimentales en Italia y Alemania. La operación es costosa, ya que el proceso libera calor, sólo debe ser calentado inicialmente y después generaría energía. El equipo es costoso, pero pueden usarse los reactores de la industria papelera para procesamiento de madera a pasta, con menos problemas de corrosión.

– ¿Hay antecedentes de trabajos similares en el país?

– Nosotros trabajamos académicamente en reactores de 50-100 ml para síntesis de nanopartículas. No hay desarrollos tecnológicos a escala mayor.

– ¿Qué se hace con ese lodo?

– El resultante es carbón marrón, que se filtra a un sólido húmedo. Se puede usar en enmienda como reemplazo de la turba, en enmienda de suelo, sustrato de cultivo hidropónico o como material filtrante de aguas; es un excelente retentor de hidrocarburos -por ejemplo, derrame de petróleo-. Puede ser usado en aplicaciones sanitarias o agrícolas sin peligro -a diferencia del lodo original-, ya que el tratamiento a alta temperatura esteriliza completamente el material. Sin embargo, hay que estudiar si existe carga de tóxicos –por ejemplo, arsénico-, que provengan de los líquidos cloacales originales.

– ¿De qué tecnología se deberá proveer esta planta de tratamientos cloacales?

– La finalidad del proyecto es estudiar el proceso en reactores de lotes –batch- de 1-10 con los lodos reales de la planta. A partir de eso, se diseñará un reactor batch o continuo, basado en la tecnología disponible para tratamiento en la industria papelera.

– ¿Hay experiencias de uso –como en este caso- para dar solución a una planta de tratamiento cloacal?

– Sí, existen plantas piloto en Alemania e Italia.

– ¿Su grupo de trabajo viene ya llevando adelante ensayos sobre este método de tratamiento de lodos residuales?

– Nuestro grupo trabaja hace 30 años en carbonización pirolítica –seca- y, en la última década en hidrotermal de biomasa, que en esencia es lo que constituyen los lodos, materiales lignocelulósicos que no pudieron ser procesados por los microorganismos que generan biogás. Hemos realizado pruebas piloto con biogás húmedo, de la planta experimental de la UNRC, y seco, de una planta de Villa María.

– ¿Qué ventajas tiene respecto de otros métodos vinculados con el tratamiento de desechos cloacales?

– Los deshechos cloacales ya son tratados en la planta de producción de biogás, que genera metano -gas natural- a partir del 75-85% de la materia orgánica. La única alternativa sería usarlo para fabricar compost a cielo abierto. Pero eso es bastante peligroso, ya que el lodo puede contener microorganismos patógenos presentes en los líquidos cloacales, o amplificados en el proceso de biogás. Por otra parte, los nutrientes -nitrógeno, fosforo, calcio, potasio- permanecen en el líquido remanente -que está esterilizado- y este puede ser usado para riego de cultivos sin riesgo microbiológico.

– En este caso ¿cómo se logra una huella de carbono negativa? ¿Cómo se dimensiona ese impacto?

– El carbono presente en los lodos se convierte en carbón elemental que, a diferencia del proceso de compostado, no se descompone liberando dióxido de carbono -o metano- sino que permanece inalterado por más de 100 años. Por lo tanto, el dióxido de carbono atmosférico que fue absorbido por las plantas y terminó en el lodo desaparece de la atmosfera y no vuelve a ella. La manera de evaluarlo es a través de la medida de la cantidad de material producida, teniendo en cuenta su contenido de carbón -mayor al 80%-.

– ¿Es un aporte valioso contra el calentamiento global? ¿Química sostenible?

– Sí, al tener huella negativa de carbono contribuye a mitigar el calentamiento global y es una demostración de cómo pueden ser realizados procesos químicos sostenibles.

-¿Viajan para realizar el trabajo in situ? ¿Se hace todo en Chaco o parte lo desarrollan en la UNRC?

– Tenemos que viajar al Chaco, cuando nos liberen los fondos, para interiorizarnos del funcionamiento de la planta de biogás y recolectar muestras. La mayor parte se realizará en la UNRC con muestra reales de lodos de la planta.

Una solución sostenible para procesar 630 m3/h de efluentes cloacales

La planta de tratamiento de líquidos cloacales de la empresa Servicio de Agua y Mantenimiento de Chaco, con la que trabajan los científicos de la UNRC, se encuentra ubicada en la ciudad de Resistencia.

Tiene un volumen promedio de 630 m3/h y no cuenta con una solución ambiental sostenible para el tratamiento de lodos residuales.

La propuesta redundará en beneficios para la sociedad, el medioambiente y la empresa del Estado chaqueño, la cual busca crear una planta de compostaje y con ello solucionar el problema de acumulación de los lodos provenientes de la planta de tratamiento de líquidos cloacales, lo que hace prever una grave contaminación en los suelos y las aguas subterráneas.

De esta manera, se procura generar un recurso saneador para los suelos de bajo contenido de materia orgánica.

Reducción de riesgos

El volcado de agua cloacal sin los debidos tratamientos genera una contaminación orgánica que trae serios efectos en la pesca continental, la seguridad e higiene de los alimentos y, en especial, la salud de las comunidades.

Este tipo de contaminación produce desequilibrios en los sistemas naturales y disminuye el oxígeno disuelto en ríos.

El tratamiento de aguas residuales se hace cada vez más importante, no sólo como una herramienta contra la escasez hídrica, sino también como una manera de prevenir enfermedades y desastres ecológicos.

En este sentido, se prevé que con esta iniciativa la salud de la comunidad se verá afectada positivamente, ya que, al tener tratado y monitoreado un potencial contaminante patógeno del suelo y el agua, se evitará y controlará una gran cantidad de enfermedades generadas por microorganismos patógenos y metales.

Fuente: UNRCiencia