Ciencia sostenible: los profesores de BYU utilizan bacterias especiales para convertir los residuos en energía renovable

Durante años, las instalaciones agrícolas de todo el país han utilizado digestores anaeróbicos para convertir el estiércol de vaca en energía renovable. Sin embargo, estos digestores se han limitado a una modesta eficiencia del 30 al 40%. Ahora, una investigación innovadora dirigida por un equipo de profesores de BYU está revolucionando el proceso, haciéndolo más rápido y eficiente que nunca al tratar previamente los desechos con una bacteria especial.

Los profesores de BYU crearon un pretratamiento de residuos para mejorar la extracción química que normalmente escapa a los digestores anaeróbicos. Su diseño innovador convierte los desechos en una sopa lodosa de pequeñas moléculas encadenadas, que luego se bombea a los digestores existentes para producir gas natural utilizable. El proceso aumenta significativamente la eficiencia de captura de gas metano al 80-85%, logrando la transformación en menos de la mitad del tiempo. En lugar de los 30 a 45 días convencionales, los desechos pretratados, incluidos los desechos vegetales desafiantes, requieren solo uno o dos días de pretratamiento y de cinco a siete días en un digestor normal para su descomposición completa.

"Hemos podido realizar una mejora sustancial en una tecnología existente que creo que va a bendecir al mundo", dijo el profesor de química y bioquímica de BYU, Jaron Hansen, coautor del estudio. "Estábamos motivados porque tenemos que ser buenos administradores de la Tierra". ¿El ingrediente secreto del pretratamiento? Una combinación de bacterias y arqueas que prosperan en los entornos más extremos de la Tierra. Los hipertermófilos sobreviven mejor en temperaturas que oscilan entre 170 y 230 grados Fahrenheit. Con temperaturas tan altas, uno de los hipertermófilos que inicia el pretratamiento de residuos sólo se puede encontrar en las aguas termales rusas. Estos microorganismos han existido durante miles de años, pero recientemente se les reconoce como agentes de tratamiento de residuos.

Implementar esta tecnología de pretratamiento de residuos no es tan simple como parece. "No es tan fácil como simplemente mezclar algunas bacterias y arrojarlas en un tanque grande", dijo el profesor de ciencias de plantas y vida silvestre de BYU, Zach Aanderud, coautor del artículo. “Utilizamos mucha química, genética y secuenciación. Realmente se trata de comprender cómo las pequeñas cosas que no podemos ver generan un gran impacto en nuestra vida y el medio ambiente”.

Los productos de desecho generan naturalmente metano cuando se mantienen en estanques o se arrojan en vertederos, lo que eventualmente contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero. Al capturar estos desechos de metano y usarlos para generar energía en los hogares, esta tecnología reutiliza el metano que ya se está liberando al medio ambiente. Es una manera perfecta de eliminar los desechos (y el olor que los acompaña) de manera ingeniosa.

"De cara al futuro, lo veo como un gran beneficio", afirmó Aanderud. "Estamos reduciendo la cantidad de residuos que genera una población en constante crecimiento y estamos generando energía de forma renovable que podemos utilizar directamente".

Aanderud dijo que la energía renovable puede ayudar al mundo a depender menos de los combustibles fósiles y del fracking, otras fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero. La limpieza de los desechos también evitará la contaminación del agua por derrames tóxicos.

El proceso de pretratamiento de residuos patentado de BYU ya está mostrando resultados prometedores en aplicaciones del mundo real. Las granjas lecheras de Indiana y Wisconsin ya han implementado el pretratamiento en sus operaciones diarias y cada una produce suficiente energía para abastecer a una pequeña ciudad. Las principales empresas de ingeniería como Jacobs y Aqua Engineering están utilizando el diseño patentado para convertir los residuos municipales en gas natural, contribuyendo aún más a la producción de energía sostenible.

Como beneficio adicional, la nueva tecnología de predigestión no requiere ninguna infraestructura nueva o costosa. Los científicos pueden utilizar los tanques existentes para capturar el metano y canalizarlo directamente hacia las tuberías que transportan el gas natural a los hogares.

Los profesores de BYU Hansen y Aanderud han estado trabajando en este proyecto durante más de siete años con la ayuda de más de 30 estudiantes de pregrado y tres de posgrado. Sus hallazgos se publicaron en 2021 y aparecieron en la portada del prestigioso Biofuel Research Journal. Desde entonces, el grupo ha estado trabajando para mejorar su diseño.

"La ciencia lleva mucho tiempo", afirmó Aanderud. "Los momentos de ajá son cuando mis alumnos se dan cuenta de que lo que están haciendo puede tener un gran impacto en el mundo".