Según investigadores de ingeniería ambiental de la Universidad de Drexel, las aguas residuales procedentes de lodos de depuradora podrían contribuir a una agricultura más sostenible. Un nuevo estudio sobre el proceso de eliminación del amoníaco de las aguas residuales y su conversión en fertilizante sugiere que no sólo es técnicamente viable, sino que podría ayudar a reducir la huella ambiental y energética de la producción de fertilizantes, y proporcionar una fuente de ingresos para las operadoras de servicios de aguas e instalaciones de depuración.
Una fuente sostenible de nitrógeno
La producción de nitrógeno para fertilizantes consume mucha energía y representa casi el 2% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono. En los últimos años, los investigadores han explorado alternativas al proceso Haber-Bosch de producción de nitrógeno, que ha sido el estándar durante más de un siglo. Una posibilidad prometedora es obtener nitrógeno del amoniaco residual extraído del agua durante su tratamiento.
"Recuperar el nitrógeno de las aguas residuales sería una alternativa deseable al proceso Haber-Bosch porque crearía una 'economía circular del nitrógeno'", afirma Patrick Gurian, PhD, profesor de la Facultad de Ingeniería de Drexel que colaboró en la dirección de la investigación, publicada recientemente en la revista Science of the Total Environment. "Esto significa que estamos reutilizando el nitrógeno existente en lugar de gastar energía y generar gases de efecto invernadero para obtener nitrógeno de la atmósfera, lo cual sería más sostenible para la agricultura y podría convertirse en una fuente de ingresos para las empresas de servicios públicos".
Una forma más limpia de eliminar el amoniaco
En EE. UU. las instalaciones municipales de depuración deben cumplir la normativa de calidad del agua que vierten a las vías fluviales conforme a la Ley de Aguas Limpias de 1972. El amoniaco se considera cada vez más una preocupación para el medio acuático, ya que niveles elevados pueden provocar el crecimiento excesivo de vegetación en arroyos y ríos, poniendo en peligro a las especies de peces. Las opciones para eliminar el amoniaco suelen necesitar mucho tiempo y espacio, y consumir mucha energía.
Una opción que están estudiando varias instalaciones de Norteamérica y Europa es un proceso denominado extracción por aire o desorción, “air stripping” en inglés. Elimina el amoníaco elevando la temperatura y el pH del agua lo suficiente para convertir el producto químico en gas, que luego puede recogerse en forma concentrada como sulfato de amonio.
Pero la decisión de invertir en este sistema requiere un complejo estudio -denominado análisis del ciclo de vida- de su viabilidad tecnológica y financiera.
Explorar la opción
El equipo, dirigido por Gurian y la doctora Sabrina Spatari, del Instituto Tecnológico Technion de Israel, realiza periódicamente estos análisis para hacer balance del impacto ambiental y económico de las distintas opciones de reciclado y reutilización de residuos o productos secundarios como soluciones sostenibles. Según su análisis es posible una vía más sostenible tanto para los agricultores como para las administraciones a cargo de la gestión del agua.
Utilizando datos de la planta de tratamiento de aguas de Filadelfia y de otras de Norteamérica y Europa, el equipo llevó a cabo la evaluación del ciclo de vida y los estudios de viabilidad económica. Examinaron factores que iban desde el coste de instalación y mantenimiento de un sistema de stripping con aire hasta la concentración de amoníaco y el caudal de las aguas residuales, pasando por las fuentes de energía utilizadas para impulsar el proceso de recogida y conversión, el coste de producción y transporte y el precio de mercado de los fertilizantes.
Resultados prometedores
Los resultados del análisis del ciclo de vida muestran que el stripping con aire emite entre cinco y diez veces menos gases de efecto invernadero que el proceso Haber-Bosch de producción de nitrógeno y utiliza entre cinco y quince veces menos energía.
Desde el punto de vista económico, el coste global de producir fertilizantes químicos a partir de aguas residuales es lo bastante bajo como para que el productor pueda venderlos a un precio más de 12 veces inferior al de los productos químicos producidos mediante el proceso Haber-Bosch y, aun así, obtener beneficios.
"Nuestro estudio sugiere que la recuperación de amoniaco puede ser rentable incluso a baja concentración", escriben. Además, el estudio sugiere que las depuradoras podrían ahorrar energía si se eliminara el amoniaco mediante el proceso de stripping con aire para reducir su nivel antes de que el agua vuelva a entrar de nuevo en el proceso de tratamiento de aguas residuales. Esto se debe a que reduciría el tiempo y el procesamiento necesarios para tratar el agua y encaja bien con los procesos de ablandamiento que ayudan a ralentizar la deposición de productos químicos en la infraestructura de la planta.
Aunque el equipo reconoce que el stripping con aire produciría fertilizantes en menor cantidad que el proceso industrial Haber-Bosch, poder obtener y reutilizar cualquier cantidad de recursos ayudaría a mejorar la sostenibilidad de la agricultura comercial y evitaría que se conviertan en contaminantes.
"Esto indica que el proceso de stripping con aire para la recuperación del sulfato amónico podría ser una pequeña parte -pero un paso importante- hacia la recuperación y reutilización de la enorme cantidad de nitrógeno que utilizamos para mantener la agricultura mundial", dijo Spatari. “Además, presenta una alternativa significativa para la producción de fertilizante que no tiene el mismo nivel de efectos nocivos para el medio ambiente y la salud humana que el proceso actual. Esta investigación sugiere que los prestadores de servicios de agua también podrían plantearse invertir en tecnologías que capturen el fósforo y lo reciclen para uso agrícola".
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