El alto consumo de energía eléctrica que demandan las plantas de tratamiento de aguas residuales invita a desarrollar tecnologías alternativas de tratamiento que requieran menor consumo de energía o, incluso, que sean generadoras de energía, operen eficientemente y generen menor cantidad de desechos sólidos.
El agua residual contiene grandes cantidades de energía renovable en forma de puentes químicos. Por ejemplo, el agua residual doméstica podría potencialmente generar hasta 2.2 kW/h.m3 de energía (demanda química de oxígeno [DQO] de 500 mg O2/L). Mediante un manejo eficiente e innovador, la energía química contenida en las aguas residuales crudas podría cubrir hasta el 7% de la energía consumida por viviendas.
Recientemente se ha demostrado que las celdas de combustible microbianas (CCM) pueden ser utilizadas para producir bioenergía (electricidad, metano e hidrógeno), a partir del tratamiento de aguas residuales. Las aguas residuales, ya sean de origen doméstico, municipal o industrial, contienen un rango variado de materia orgánica biodegradable que puede ser aprovechada por los microorganismos como una fuente de carbono. Durante el proceso de oxidación de la materia orgánica se libera energía que puede ser convertida en electricidad, logrando así el doble efecto de depurar el agua residual y generar energía. Además, las CCM se pueden acoplar con celdas solares para mayor generación de energía eléctrica. Las CCM no necesitan construcciones grandes, pero sí escalables, que puedan tratar volúmenes mayores de agua residual para la generación de electricidad en tamaños compactos.
Actualmente, el Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA) mantiene en operación dos sistemas de multiceldas de combustible microbianas: una con 40 CCM y otra con 20 CCM. Ambos sistemas se alimentan con agua residual de una unidad habitacional, la cual contiene una DQO entre 300 y 800 mg/L. Cada celda ha generado continuamente entre 300 y 700 mV, con una remoción de DQO alrededor del 75%. Igualmente se desarrolla un sistema de monitoreo del voltaje en tiempo por medio deLabView y un banco de resistencias para caracterizar individualmente cada CCM.
Con este proyecto se desarrolla y caracteriza un sistema para la autogeneración de electricidad mediante aguas residuales y radiación solar, por medio de un sistema híbrido de celdas de combustible microbianas-paneles fotovoltaicos, utilizando espectroscopía de impedancia electroquímica.
