Producción mejorada de biometano a partir de materia orgánica recuperada de aguas residuales municipales mediante un proceso piloto continuo de alta tasa de contacto y estabilización

Convertir las aguas residuales en una fuente de energía

Cada día, el agua que tiramos por el inodoro y desagotamos arrastra no solo residuos, sino también energía oculta. Este estudio explora cómo las plantas municipales de tratamiento de aguas residuales pueden rediseñarse para captar una mayor parte de esa energía en forma de gas metano, un combustible que puede generar electricidad. Ajustando con precisión un paso temprano del tratamiento, los investigadores demuestran que es posible capturar más material orgánico de las aguas negras y convertirlo en biometano, ayudando a que las plantas de tratamiento se acerquen a la autosuficiencia energética y reduzcan su impacto climático.

Por qué las depuradoras consumen tanta energía

La recogida y depuración de las aguas residuales urbanas ya consume alrededor del 1% de la electricidad mundial, y se espera que esa proporción aumente a medida que más personas se conecten a las redes de alcantarillado. Las plantas de tratamiento tradicionales están diseñadas principalmente para eliminar contaminantes, no para ahorrar o generar energía. Normalmente incluyen un tanque de decantación primaria para eliminar los sólidos más pesados, seguido de una gran cuenca aireada donde los microbios descomponen la materia orgánica restante en un proceso denominado sistema convencional de fangos activados. Aunque este enfoque protege ríos y costas, también quema gran parte de la energía potencial contenida en las aguas residuales en forma de calor y dióxido de carbono en lugar de capturarla como combustible útil.

Una nueva forma de capturar más combustible del agua

El estudio se centra en un proceso llamado estabilización por contacto de alta tasa, o HiCS, que se añade justo después del paso de decantación primaria. En lugar de dejar que los microbios oxiden la materia orgánica lentamente durante varios días, el sistema HiCS los mantiene en los tanques menos de dos días. En ese corto tiempo, los microbios producen sustancias adhesivas que ayudan a que las partículas diminutas y los compuestos orgánicos disueltos se aglomeren en flóculos más grandes que pueden decantarse por gravedad. La idea clave es extraer rápidamente estos agregados ricos en energía, antes de que los microbios los “consuman” por completo, y luego enviarlos a un digestor anaerobio donde se convierten en metano sin usar oxígeno. Los investigadores instalaron una planta piloto HiCS en una depuradora real para evaluar qué tan bien funciona esta estrategia en condiciones prácticas.

Probar la planta piloto en condiciones reales

La instalación piloto recibió aguas residuales reales que ya habían pasado por el clarificador primario de la planta. Incluía un tanque de estabilización con aire, un tanque de contacto sin aire y un clarificador secundario para captar los lodos recién formados. El equipo operó el sistema en dos periodos con diferentes edades de lodo y temperaturas del agua, ambos típicos de plantas reales. Midieron cuidadosamente cuánta materia orgánica entraba y salía del sistema, cuánto acababa en el lodo extra producido por HiCS y la velocidad de decantación de ese lodo. También compararon estos valores con lo esperado de los sistemas de alta tasa estándar y de los fangos activados convencionales para determinar si la nueva configuración realmente mejora la captura de carbono.

Del lodo capturado al metano adicional

Para determinar cuánta energía utilizable podía producir el lodo recuperado, los investigadores realizaron ensayos de potencial de biometano. Colocaron muestras del lodo HiCS, del lodo activado tradicional y del lodo primario en recipientes cerrados con microbios activos de un digestor y registraron la producción de metano durante 28 días. El lodo HiCS produjo de forma consistente más metano por unidad de materia orgánica que el lodo del sistema convencional, y lo hizo a una velocidad mayor, lo que indica que es adecuado para los tiempos de digestión estándar usados en plantas a escala real. La cantidad de materia orgánica capturada por unidad de lo retirado del agua también fue mayor para HiCS que para el tratamiento convencional, demostrando que el proceso no solo protege la calidad del efluente sino que además preserva más material rico en energía para su recuperación posterior.

Qué significa esto para las depuradoras del futuro

En conjunto, las pruebas piloto muestran que añadir una etapa continua HiCS después del clarificador primario puede aumentar en torno a un tercio la fracción de carbono de las aguas residuales que se convierte en metano en comparación con el proceso convencional por sí solo, sin ser excesivamente sensible a cambios normales de temperatura del agua u operaciones. En términos sencillos, la planta puede extraer más “combustible” de las mismas aguas residuales mientras realiza menos “combustión” biológica innecesaria en las etapas iniciales del tratamiento. Integrar este tipo de etapa de captura de alta tasa en instalaciones existentes podría ayudar a las ciudades a generar más electricidad renovable a partir de sus aguas residuales, reduciendo tanto las facturas eléctricas como las emisiones de gases de efecto invernadero de un servicio público esencial.

Cita: Sakurai, K., Abe, C. Enhanced biomethane production from organic matter recovered from municipal wastewater by a pilot-scale plant continuous high-rate contact stabilization process. Sci Rep 16, 11078 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41598-w

Palabras clave: energía de aguas residuales, biometano, estabilización por contacto de alta tasa, digestión anaerobia, recuperación de carbono