Tratamiento y purificación de aguas residuales provenientes de diferentes industrias mediante métodos electroquímicos
No se puede concebir el mundo moderno sin las variadas industrias que le dan forma al mismo: la creación de productos de valor añadido a partir de materias primas, aunque es un concepto tan antiguo como la misma civilización, no se habría desarrollado de una forma tan vertiginosa sin la Revolución Industrial, que ha permitido obtener productos con escasa diferencia entre ellos en menos tiempo y por menor precio.
Como todo, este aumento de la industria ha traído parejos varios problemas. Muchos de ellos se han podido solucionar a lo largo del tiempo o han sido minimizados correctamente hasta el punto de que no son un problema. Al final del día, lo que se busca es que, en la transformación de las materias primas en productos, se produzca la menor cantidad de residuos posible, ya que esta generación conlleva el tratamiento de los mismos para poder disponer de ellos de forma adecuada.
Aún así, hay algunas industrias que son conocidas por dejar una marca indeleble en la zona en la que se sitúan, como puede ser la industria papelera. Es necesario añadir que en los últimos 20 años las regulaciones implantadas, así como el trabajo realizado desde las propias empresas de tratamiento de celulosa, ha ayudado a reducir la huella de carbono de la industria (indicador ambiental que pretende reflejar la totalidad de gases de efecto invernadero emitidos por efecto directo o indirecto de, en este caso, una organización).
Pero, aún con el trabajo realizado hasta ahora, es imposible un sistema en el que el residuo generado sea cero. Una industria como la papelera siempre va a generar aguas residuales que deben ser tratadas de forma diferente a las generadas en los hogares. Por ello, muchas empresas del ramo están buscando formas de inertizar sus corrientes residuales con el fin de que no supongan un problema para el medio ambiente.
Otra industria que adolece del mismo problema que la industria papelera es la industria minera, en la cual los metales pesados extraídos forman parte de la ganga de la mena, la cual no tiene interés económico para la empresa. El problema es cuando la concentración de los mismos es demasiado baja como para ser atrapados por métodos físicos como la coagulación o floculación, ya que, aunque se disminuye la cantidad de metales en las corrientes residuales, existe una cierta cantidad de compuestos dañinos para el medio ambiente y el ser humano que le da a las susodichas una concentración por encima de los niveles recomendados para ello.
Para solucionar estos problemas se han propuesto diferentes técnicas para controlar la cantidad de componentes nocivos que las industrias pueden descargar, pero, en esta entrada de blog, quiero hablar principalmente de diferentes técnicas electroquímicas que existen para llevar a cabo este cometido. Para ello, creo conveniente hacer un pequeño resumen de la rama que usan estas técnicas, que es la de la electroquímica.
Resumen de la electroquímica
Las reacciones electroquímicas se pueden dividir de acuerdo al potencial necesario para su realización. Cuando las reacciones químicas son inducidas por una diferencia de potencial externo, es decir, se necesita aplicar un voltaje para llevarla a cabo, el proceso se denominaelectrólisis. Por otro lado, si la diferencia de potencial eléctrico surge como resultado de una reacción química, es decir, se genera un voltaje como consecuencia de la reacción, estamos ante un «acumulador de energía eléctrica», comúnmente conocido como batería o celda galvánica.
«Electrólisis. Cuando las reacciones químicas son inducidas por una diferencia de potencial externo.»
Las reacciones químicas en las que se transfieren electrones entre moléculas se llaman reacciones redox, que viene del hecho de que, para llevarse a cabo una reacción electroquímica completa, debe haber una semirreacción en la que un compuesto se reduce y otra semirreacción en la que otro compuesto se oxida, dando así el origen a este tipo de reacciones. Estas reacciones son esenciales en electroquímica, ya que permiten los procesos que generan electricidad o son inducidos por la misma.
En términos generales, la electroquímica se dedica a investigar los casos en los que ocurren reacciones de oxidación y reducción de manera separada, ya sea físicamente o en diferentes momentos, dentro de un sistema conectado a un circuito eléctrico. Este aspecto es estudiado en química analítica, específicamente en el análisis potenciométrico.
El uso de la electroquímica en las aguas residuales de la industria se basa en el hecho de que los iones metálicos suelen tener distintos estados de oxidación (la carga eléctrica teórica que tendría un átomo si todos sus enlaces con otros elementos fueran completamente iónicos). Jugando con estos estados de oxidación y la presencia de contraiones que son capaces de formar una sal de baja solubilidad, se puede retirar una gran parte de los metales pesados, así como otros iones susceptibles de ser perjudiciales.
Industria papelera: desionización capacitiva
En el caso de CARTIF, una de las técnicas electroquímicas con las que se trabaja con el fin de tratar aguas procedentes de efluentes de la industria papelera, es la de desionización capacitiva.
La tecnología de desionización capacitiva (CDI, por sus siglas en inglés) se basa en la eliminación de aniones y cationes utilizando un campo eléctrico y electrodos compuestos por materiales derivados del carbono, los cuales cuentan con alta porosidad y buena conductividad eléctrica. Este método permite la acumulación localizada de cargas positivas y negativas alrededor de los electrodos en un proceso de celdas alternas, en el cual cada celda funciona como un supercondensador que almacena energía eléctrica mientras reduce la conductividad de la disolución debido a que se retiran cargas del medio.
La inversión de polaridad permite recuperar la energía acumulada al mismo tiempo que se limpian los electrodos en cuya superficie se han depositado los iones de carga contraria. Así, al hacer circular agua a contracorriente, se logra la recuperación de gran parte de la energía utilizada previamente en el proceso de desalación, que puede ser reutilizada para continuar reduciendo la cantidad de sales disueltas. Este proceso se repite en ciclos mediante varias celdas conectadas en paralelo, alternando las celdas en operación y las celdas en limpieza. Esto permite obtener de forma continua un flujo de agua desalada, un flujo de rechazo (corriente con una alta concentración de sales, que al aumentar su concentración es más fácil secar y almacenar en el futuro) y una recuperación energética que se emplea en las celdas activas.
«Inversión de polaridad. Recuperar la energía acumulada al mismo tiempo que se limpian los electrodos en cuya superficie se han depositado los iones de carga contraria.»
Las principales ventajas de la CDI son las siguientes:
Menor consumo energético en comparación con la ósmosis inversa (RO por sus siglas en inglés, la cual se basa en aplicar presión a la disolución para empujarla a través de una membrana de ósmosis semipermeable para filtrarla y retirar los iones presentes) ya que no requiere de altas presiones para funcionar y permite recuperar gran parte de la energía utilizada en la desalación, almacenada en las celdas como en un condensador.
Reducción en el uso de productos químicos, ya que no se requieren agentes quelantes para evitar obstrucciones como en las tecnologías basadas en membranas, así como no necesitar ni ácidos y bases para la regeneración de resinas en los sistemas de intercambio iónico.
Modularidad y compacidad. La posibilidad de utilizar múltiples celdas en paralelo facilita el montaje compacto y la ampliación progresiva del caudal de tratamiento mediante la adición de módulos, ofreciendo crecimiento escalable y mayor versatilidad, lo cual es de alto interés en la industria.
Industria Minera: electrocoagulación
En el caso de la industria minera, una técnica que se ha planteado en CARTIF es la de la electrocoagulación (EC), la cual tiene un rango de aplicación que también cubre a solidos suspendidos, aceite emulsionado, hidrocarburos y similares.
En su forma más simple, un reactor de electrocoagulación se compone de una celda electrolítica con un ánodo y un cátodo. Al conectarlo a una fuente de energía externa, el material del ánodo se corroe electroquímicamente debido a la oxidación, mientras que el cátodo se somete a pasivación.
Un sistema de electrocoagulación (EC) esencialmente consta de pares de placas metálicas conductoras en paralelo, que actúan como electrodos monopolares. Además, requiere una fuente de corriente continua, una caja de resistencia para regular la densidad de corriente y un multímetro para leer los valores de corriente. Las placas metálicas conductoras son comúnmente conocidas como «electrodos de sacrificio». El ánodo sacrificial reduce el potencial de disolución del ánodo y minimiza la pasivación del cátodo. Los ánodos y cátodos de sacrificio pueden ser del mismo material o de materiales diferentes, dependiendo de la composición de la disolución a tratar.
La disposición de electrodos monopolares con celdas en serie es eléctricamente similar a una sola celda con muchos electrodos e interconexiones. En una disposición de celdas en serie, se requiere una diferencia de potencial más alta para que fluya una corriente determinada, ya que las celdas conectadas en serie tienen mayor resistencia. Sin embargo, la misma corriente fluirá a través de todos los electrodos. En contraste, en una disposición en paralelo o bipolar, la corriente eléctrica se divide entre todos los electrodos en relación con la resistencia de las celdas individuales, y cada cara del electrodo tiene una polaridad diferente.
Durante la electrólisis, el lado positivo experimenta reacciones anódicas de oxidación, mientras que en el lado negativo se encuentran reacciones catódicas de reducción. Generalmente se usan placas metálicas consumibles, como hierro o aluminio, como electrodos de sacrificio para producir continuamente iones en el agua. Los iones liberados neutralizan las cargas de las partículas presentes en la disolución e inician la coagulación. Estos iones eliminan contaminantes indeseables, ya sea mediante reacción química y precipitación, o causando la coalescencia de los materiales coloidales, que luego pueden ser eliminados por retirada de la capa orgánica que se forma en la superficie de la disolución. Además, a medida que el agua que contiene partículas coloidales, aceites u otros contaminantes se mueve a través del campo eléctrico aplicado, puede producirse ionización, electrólisis, hidrólisis y formación de radicales libres, lo cual puede alterar las propiedades físicas y químicas del agua y los contaminantes. Como resultado, el estado reactivo y excitado provoca que los contaminantes se liberen del agua y sean destruidos o se hagan menos solubles.
Algunas de las ventajas de este sistema, en comparación con la coagulación química, son las siguientes:
Los flóculos formados por EC son similares a los flóculos generados por floculación química, excepto que los flóculos de EC tienden a ser mucho más grandes, contienen menos agua ligada, son resistentes al ácido y más estables, y por lo tanto, pueden separarse más rápidamente mediante filtración.
La EC puede producir un efluente con menos contenido de sólidos disueltos totales (TDS) en comparación con los tratamientos químicos, particularmente si los iones metálicos pueden precipitarse como hidróxidos o carbonatos insolubles.
El proceso de EC tiene la ventaja de eliminar las partículas coloidales más pequeñas, ya que el campo eléctrico aplicado neutraliza cualquier carga residual, facilitando así la coagulación mediante formación de micelas mayores.
El proceso de EC generalmente evita el uso excesivo de productos químicos, lo que reduce la necesidad de neutralizar el exceso de productos y disminuye la posibilidad de contaminación secundaria causada por sustancias químicas añadidas en alta concentración, como ocurre cuando se utiliza la coagulación química en el tratamiento de aguas residuales.
Las burbujas de gas producidas durante la electrólisis de tanto el agua de la disolución como los componentes en la misma pueden transportar convenientemente los componentes contaminantes a la superficie de la solución, donde pueden concentrarse, recogerse y eliminarse más fácilmente.
Como conclusión, podemos afirmar que la evolución industrial ha traído consigo desafíos medioambientales significativos, especialmente en la gestión de residuos y contaminantes tóxicos. Para mitigar estos efectos, la electroquímica ha emergido como una herramienta clave en la purificación de aguas residuales, destacando técnicas como la desionización capacitiva (CDI) y la electrocoagulación (EC). Estas tecnologías permiten reducir la concentración de metales pesados y otros contaminantes con un menor uso de productos químicos y menor consumo energético. Así, la electroquímica ofrece soluciones sostenibles para minimizar el impacto ecológico de las industrias al optimizar el tratamiento de sus residuos y contribuir a la protección ambiental.
En la transición hacia un mundo más sostenible, el hidrógeno verde ha surgido como un recurso esencial para descarbonizar sectores clave como la industria y el transporte. En 2024, la Unión Europea y otros países han redoblado sus esfuerzos con inversiones históricas para construir infraestructura y fomentar la producción de hidrógeno renovable, que será crucial para cumplir los objetivos climáticos. Esta inversión pone de relieve el papel fundamental del hidrógeno verde en la lucha contra el cambio climático y la creación de una economía libre de carbono.
El hidrógeno verde, a diferencia del convencional, se genera a partir tecnologías basadas en energías renovables (por ejemplo, a partir de celdas electrolíticas combinadas con energías renovables, como la eólica o la solar) sin emitir gases contaminantes. Este proceso lo convierte en una opción limpia y segura para reducir las emisiones globales. Sin embargo, su adopción masiva depende del éxito de desafíos en cuanto a transporte y almacenamiento, y aquí es donde las moléculas portadoras de hidrógeno tienen un rol esencial.
Moléculas portadoras de hidrógeno o «moléculas verdes»: la clave del desarrollo del sector del H2 verde.
El hidrógeno en su estado puro es difícil de almacenar y transportar debido a su baja densidad energética y a que necesita condiciones especiales de presión y temperatura. Las moléculas portadoras, como el metanol, el amoníaco y el ácido fórmico, permiten almacenar el hidrógeno de forma segura y estable, facilitando su manejo y transporte. Estas moléculas actúan como “embalajes” del hidrógeno, que puede liberarse en el punto de consumo sin complicaciones logísticas.
El metanol, un portador versátil, se obtiene combinando hidrógeno verde con CO₂ capturado, y puede reconvertirse en hidrógeno de forma práctica en el punto de uso. El amoníaco es otro portador prometedor, con una alta densidad de hidrógeno y una infraestructura de transporte ya existente, lo que lo hace ideal para aplicaciones industriales de gran escala. El ácido fórmico, menos conocido, es fácil de manejar y una opción excelente para aplicaciones más pequeñas, como pilas de combustible en vehículos ligeros.
Aplicaciones de H2 y sus derivados en el transporte e industria
La flexibilidad de estas moléculas portadoras abre un amplio abanico de aplicaciones. En el sector del transporte, pueden usarse en camiones, trenes y autobuses, permitiendo una movilidad sin emisiones de carbono. Este año hemos visto cómo los primeros autobuses de hidrógeno operan en Alemania, y Japón ha lanzado trenes de hidrógeno, mostrando el potencial de este recurso en el transporte público sostenible. Las moléculas portadoras hacen que el almacenamiento y recarga de hidrógeno verde sea más práctico, ayudando a reducir la dependencia de combustibles fósiles en largas distancias.
Fuente: Freepik.es
En la industria, el hidrógeno verde y sus portadores son alternativas viables para reemplazar el carbón en procesos de alta temperatura, como la producción de acero, y como materia prima en la industria química, donde el hidrógeno verde sustituye al hidrógeno gris en la producción de amoníaco y metanol, productos químicos esenciales en la fabricación de fertilizantes y plásticos.
Además, el hidrógeno verde también es clave en el almacenamiento de energía. Con el crecimiento de energías renovables, como la solar y la eólica, se necesitan métodos eficientes para almacenar el exceso de energía y liberarlo cuando es necesario. Los excedentes de energía renovable pueden convertirse en hidrógeno verde y almacenarse en portadores como el metanol o el amoníaco, que después pueden reconvertirse en energía cuando la demanda es alta o la generación renovable baja. Esto ayuda a una red eléctrica más estable y sostenible, y reduce la intermitencia de fuentes renovables.
Los desafíos y oportunidades que nos trae el futuro inmediato del H2 verde y sus «moléculas» derivadas
A pesar de su potencial, el hidrógeno verde todavía enfrenta desafíos importantes. Uno de ellos es el costo de producción, que sigue siendo elevado en comparación con los combustibles fósiles. Sin embargo, el avance tecnológico y el apoyo gubernamental están permitiendo reducir estos costos, con expectativas de que en los próximos años el hidrógeno verde sea más accesible. Además, se necesitan inversiones en infraestructura de distribución y estaciones de recarga para llevar el hidrógeno verde a gran escala, permitiendo su uso en aplicaciones industriales y de transporte en todo el mundo.
El Área de Biotecnología y Química Sostenible de CARTIF también estamos desarrollando tecnologías para hacer que la producción de hidrógeno verde sea más eficiente y económica, reduciendo los costos de la electrólisis y mejorando los materiales para el almacenamiento seguro del hidrógeno en moléculas portadoras. Estos avances acercan estas tecnologías a una escala comercial, haciendo que el hidrógeno verde sea competitivo y accesible en un mercado energético que exige cada vez más sostenibilidad. Mediante proyectos como CATCO2NVERS y H2METAMO, trabajamos en la captura de CO₂ para su conversión en metanol verde, un portador de hidrógeno de alto valor añadido. Estos proyectos no solo investigan cómo el metanol y el amoníaco pueden facilitar el almacenamiento y transporte del hidrógeno, sino que también exploran el potencial de estos portadores para su uso directo en aplicaciones industriales y energéticas.
«En CARTIF, somos pioneros en hidrógeno verde y su almacenamiento químico mediante en forma de moléculas verdes y estamos comprometidos con el avance del hidrógeno verde y sus portadores como solución para una economía baja en carbono»
En resumen, el hidrógeno verde y sus derivados están comenzando a transformar la forma en que pensamos sobre la energía. Este recurso representa una oportunidad única para reducir las emisiones de carbono y proporcionar energía limpia en diversas industrias y aplicaciones. En CARTIF, creemos que el hidrógeno verde es el camino hacia un futuro sostenible y estamos comprometidos con desarrollar tecnologías que permitan su adopción masiva para generar un impacto positivo en el planeta.
Co-autor
David Díez Rodriguez. Investigador del área de Biotecnología y Química Sostenible
Uno de los principales desafíos que afronta la cuenca mediterránea española es la escasez de recursos hídricos, un factor crítico para la producción agrícola en la región. La agricultura es un sector económico vital, donde predominan los cultivos de regadío, como hortalizas y, actualmente, los olivares. Estos últimos, tradicionalmente de secano, se han convertido en cultivos de regadío debido a la disminución en las precipitaciones observada en las últimas décadas. Tanto las hortalizas como los olivares requieren un suministro constante y adecuado de agua en sus fases de producción más exigentes, lo que intensifica la presión sobre los limitados recursos hídricos disponibles en la zona.
Estos cultivos de regadío son esenciales no solo para la producción de alimentos, sino también para la economía local y nacional. Por ejemplo, la producción de aceite de oliva en Andalucía es un pilar fundamental de la dieta mediterránea y representa una parte significativa de las exportaciones agroalimentarias de España. En 2023, España exportó 684.500 toneladas de aceite de oliva, lo que demuestra la importancia de este sector en el comercio internacional. El olivo, aunque es un árbol resistente a la sequía, tiene exigencias hídricas específicas que son cruciales para su desarrollo y producción. En general, los olivos requieren entre 0,4 y 0,8 litros de agua anuales, dependiendo de factores como el tipo de suelo, la edad del árbol y las condiciones climáticas. Durante períodos críticos, como la floración y el envero, las necesidades hídricas aumentan considerablemente, lo que hace que un riego adecuado sea vital para asegurar una cosecha de calidad.
Balance hídrico de Andalucia, España (2021-2050) (mm/día)
Además, la calidad del agua utilizada para el riego es fundamental. El agua con alta salinidad o contaminantes puede afectar negativamente el crecimiento del olivo y la calidad del aceite producido. Un riego inadecuado puede llevar a problemas como la reducción del rendimiento y la concentración de compuestos fenólicos, que son esenciales para las propiedades organolépticas del aceite de oliva. Por lo tanto, el uso de agua de calidad no solo es vital para la salud del olivo, sino que también influye directamente en la calidad del producto final, impactando en la rentabilidad del cultivo.
Sin embargo, la dependencia de estos cultivos con el agua de riego plantea diversos retos sobre la sostenibilidad a largo plazo, especialmente en un contexto de cambio climático que está exacerbando la escasez de agua. La gestión eficiente de los recursos hídricos se vuelve, por tanto, una prioridad para garantizar la viabilidad de la producción de aceite de oliva y otros cultivos en la región.
El proyecto PRIMA NATMed, coordinado por CARTIF, aborda la escasez hídrica en la región mediterránea mediante la implementación de Soluciones basadas en la Naturaleza (SbN) en infraestructuras hídricas existentes. Su enfoque innovador, basado en el desarrollo e implementación de «SbN de Ciclo íntegro del Agua» (Full-Water Cycle-NbS por sus siglas en inglés), busca optimizar la gestión del agua y mejorar los servicios ecosistémicos relacionados, además de proporcionar beneficios ambientales, sociales y económicos a las comunidades mediterráneas.
Una de las iniciativas clave de NATMed es la implementación y mejora de sistemas de tratamiento y almacenamiento de aguas residuales regeneradas para su reutilización en la agricultura. Esta estrategia, proporciona una fuente de agua alternativa, que no solo ayuda a conservar fuentes de agua natural reduciendo la sobreexplotación de los ecosistemas y recursos hídricos, sino que también proporciona a los agricultores una fuente confiable de riego, especialmente en regiones donde el agua es escasa. Además, el uso de agua regenerada aporta nutrientes a los cultivos como el fósforo o el nitrógeno, lo que reduce la necesidad de fertilizantes químicos y, por ende, disminuye los costos de producción, contribuyendo así a la sostenibilidad económica y ambiental de la agricultura en la región mediterránea.
Un ejemplo de esta estrategia es el caso de estudio español del proyecto localizado en el Centro de Nuevas Tecnologías del Agua (CENTA) en Carrión de los Céspedes, Sevilla, donde se están optimizando la combinación de varios humedales artificiales con el objetivo de proporcionar agua regenerada para el riego de cultivos como el olivar. Estos humedales pueden ser de diferentes tipos, incluyendo:
Configuración hibrida: Flujo Subsuperficial Vertical + Superficie de Agua Libre
Humedal de helófitas flotantes
Humedal de tratamiento aireado
Humedal de flujo vertical francés
Centro de Nuevas Tecnologías del Agua (CENTA) en Carrión de los Céspedes, Sevilla
Los humedales artificiales son ecosistemas creados por el ser humano que emulan los procesos naturales de depuración de agua encontrados en humedales naturales. Estas SbN aprovechan una intrincada red de interacciones entre el sustrato, las plantas y los microorganismos para purificar eficazmente las aguas residuales. A medida que el agua fluye a través del humedal, los contaminantes son eliminados mediante una serie de procesos complementarios: los sólidos en suspensión quedan atrapados en el laberinto formado por el sustrato y las raíces de las plantas; la materia orgánica es descompuesta por una comunidad diversa de microorganismos que prosperan en condiciones tanto aeróbicas como anaeróbicas; el nitrógeno es absorbido por las plantas o transformado por bacterias especializadas; el fósforo es capturado por el sustrato; y los patógenos son neutralizados por una combinación de factores, incluyendo sustancias tóxicas producidas por las raíces de las plantas y la acción de microorganismos depredadores. Esta sinergia de procesos físicos, químicos y biológicos convierte a los humedales artificiales en una solución eficaz y sostenible para el tratamiento de aguas residuales.
Por último, la optimización de humedales artificiales desarrollada en el proyecto NATMed busca abordar el reto de la escasez de agua en la agricultura de regadío mediante la provisión de fuentes alternativas de riego, que también reducen la necesidad de fertilizantes químicos, contribuyendo así a la sostenibilidad ambiental y económica de la región. Como parte de este enfoque, se medirán los parámetros de calidad del agua de riego para garantizar el cumplimiento de la normativa vigente, además de analizar los nutrientes que se aportan al suelo, como el fósforo y el nitrógeno, y su impacto en la producción de los cultivos. Un aspecto clave del proyecto es su potencial de replicabilidad en otras localidades para enfrentar el desafío de la escasez de agua en la región mediterránea, lo que se está facilitando a través de actividades de participación y formación con actores relevantes de la zona. Estas iniciativas son fundamentales para asegurar la viabilidad a largo plazo de la agricultura en la región frente al cambio climático y la creciente demanda de agua.
España es conocida por su clima mediterráneo, caracterizado por altas temperaturas y bajas precipitaciones, particularmente durante el verano. Estas condiciones atraen a muchos turistas cada año, que eligen España como destino de vacaciones para disfrutar de sus soleadas playas, emocionantes experiencias culturales y actividades de exterior. Desafortunadamente, este clima, perfecto para el turismo, trae unas consecuencias negativas para las zonas forestales. Y ¿sabes qué? El incremento de olas de calor y la prolongación de periodos de sequía, causados por el cambio climático, agravan el trabajo de los bomberos, quienes necesitan más recursos para extinguir esos fuegos.
Estadísticas de España. ¿Dónde nos encontramos?
En 2023, el Sistema Europeo de Información sobre Incendios Forestales (EFFIS) estimó que alrededor de 91.000 hectáreas de bosques fueron quemadas. ¡Eso es como quemar alrededor de 130.000 campos de fútbol! Mediante el uso de los datos del EFFIS, se pudo comparar la superficie quemada de diferentes países de la UE. Las conclusiones de esta comparación son que, en 2023, España fue el tercer país con mayor área incendiada, seguida de Grecia (174.773ha) e Italia (97.984ha). Es relevante destacar que Grecia, Italia y España presentan condiciones climatológicas similares, caracterizadas por altas temperaturas y bajas precipitaciones.
Estadísticas zonas quemadas en España. Fuente: EFFIS
Y aquí está la sorpresa: en 2024, las llamas han devorado ya 37.000 hectáreas, poniendo a España a la cabeza de otros países mediterráneos. Solo el reciente incendio en Andújar (Jaén) ha quemado ya 835ha que, habitualmente, albergaba grandes variedades de flora y fauna.
Zonas cálidas: las zonas más afectadas por los incendios forestales en España
No toda España es igualmente inflamable, pero algunas regiones definitivamente son más propensas al fuego. Andalucía frecuentemente experimenta incendios forestales, especialmente en áreas con densos bosques y matorrales. ¿Recuerdas el incendio de Sierra Bermeja en 2021? Fue uno de los peores incendios forestales en años. Cataluña, especialmente cerca de los Pirineos, también se enfrenta frecuentemente a incendios forestales, como las intensas llamas durante el ardiente verano de 2022. Y no nos olvidemos de Galicia al noroeste, donde los incendios forestales regularmente se extienden hacia zonas rurales y boscosas.
Fuente: Elordenmundial.com
¿Qué aviva las llamas?
¡Los humanos, por supuesto! Ya sea un campista descuidado, un pirómano o un agricultor que quema campos, habitualmente el ser humano es el que enciende la cerilla. Pero también los efectos del cambio climático son el mayor catalizador de los incendios forestales, por ejemplo el aumento de las temperaturas, que provoca un incremento del calor, y la sequía, que hace que la vegetación sea más susceptible de prender al reducir su humedad. Además, los cambios en los patrones de precipitaciones se traducen en una mayor frecuencia de sequías, lo que hace que la vegetación sea más propensa a incendiarse.
No olvidemos los eventos climatológicos extremos como fuertes tormentas, que producen relámpagos incrementando la probabilidad natural de incendio, mientras que los fuertes vientos avivan las llamas, comprometiendo el control de los fuegos, y haciendo que se propaguen.
Las secuelas: ¿Qué está en juego?
Cuando los incendios forestales arrasan, el daño no es solo medioambiental, también es económico y social. Bosques y hábitats naturales son destruidos con su consecuente pérdida de biodiversidad, degradación del suelo e incremento de las emisiones de carbono, una consecuencia directa de los incendios forestales en el medio ambiente. Económicamente, la destrucción de casas, infraestructuras y campos de agricultura afecta fuertemente a las comunidades. El turismo, una línea de vida para muchas regiones en este país, puede verse también severamente afectado. Y no hablemos de los riesgos para la salud.
Combatiendo los incendios con estrategias de innovación
Combatir los incendios forestales no es solo terminar con las llamas; se trata de ser inteligente y tener la capacidad de reaccionar antes incluso de que empiecen. Eso implica invertir en investigación para entender el comportamiento del fuego y los impactos del cambio climático, desarrollando nuevas tecnologías contra los incendios y educando a los ciudadanos para incrementar la sensibilización pública en esta materia.
El Gobierno de España también está intensificando las estrategias y soluciones para mitigar los riesgos de incendios forestales y adaptarse a los retos que plantea un clima cambiante que puede empeorar los riesgos, como unas mejores prácticas para la gestión del territorio (e.j. limpiando la vegetación y creando cortafuegos), la reforestación con especies resistentes a incendios o la mejora de sistemas de prevención temprana. Además, la implementación de un sistema de lucha contra incendios bien organizado que incluya brigadas, unidades aéreas y unidades militares es esencial para un rápido control de los incendios forestales. Además, la Unión Europea apoya a España en la Reserva Europea de Protección Civil, proporcionando más recursos para combatir grandes incendios forestales.
Contribución de CARTIF para abordar los riesgos de incendios de las regiones españolas
RethinkAction, un proyecto liderado por CARTIF tiene la provincia de Almería (Andalucía) como uno de sus casos de estudio. El proyecto recolecta información de la zona (e.j. valores históricos y futuros de las variables climatológicas), evalúa el potencial de los riesgos relacionados con el clima y crea mapas de riesgos. Estos mapas proporcionan estadísticas valiosas del riesgo de sequía, olas de calor y tormentas en cada municipio de la provincia y cada sector vulnerable que puede ser expuesto a estos riesgos como la agricultura, el turismo, la gestión del agua y la biodiversidad.
Además, CARTIF participa en el proyecto NEVERMORE. Este proyecto incluye a la región de Murcia como caso de estudio. Una evaluación de los riesgos relacionados con el clima y un mapa destacando los municipios más afectados son algunas de las acciones que se están llevando a cabo. Al igual que el proyecto RethinkAction, NEVERMORE proporciona información relevante no solo de los municipios más afectados si no también de los sectores involucrados más vulnerables. Conocer los municipios con mayor probabilidad de ser afectados por el cambio climático es realmente relevante para prevenir incendios, para identificar los recursos ausentes que son necesarios para contener posibles brotes.
A lo largo de las últimas décadas, el hidrógeno ha sido identificado como un posible combustible limpio, aunque su adopción masiva se ha visto obstaculizada por la abundancia de petróleo y los bajos precios relativos de los combustibles fósiles, así como, en los últimos años, por el avance de los vehículos eléctricos con batería. Hoy en día, aunque los avances tecnológicos han permitido reducir los costes de producción y uso del hidrógeno, es esencial escalar estas tecnologías y definir una hoja de ruta para optimizar las inversiones necesarias. La transición energética actual apunta a una era de gases energéticos sostenibles, y se espera que el consumo de hidrógeno y metano renovables supere al del carbón y el petróleo en el siglo XXI. En este contexto, el hidrógeno renovable, o hidrógeno producido con bajas emisiones de CO2, emerge como una pieza clave en la descarbonización de la economía global.
El biohidrógeno es una tipología específica de hidrógeno renovable que se define como el hidrógeno producido mediante procesos biológicos o a partir de biomasa como materia prima. La biomasa, uno de los recursos renovables más abundantes en todos los continentes, está siendo objeto de creciente investigación respecto a sus usos alternativos y su valorización. Este interés se centra también en la conversión de corrientes residuales en energía, por el potencial de transformar grandes cantidades de residuos agrícolas, forestales, industriales y municipales en biohidrógeno y otros gases renovables, beneficiando así el desarrollo sostenible. La utilización eficiente de materias primas renovables derivadas de biomasa y residuos como fuente de combustible presenta claramente una oportunidad significativa para lograr un planeta más sostenible.
«Biohidrógeno. Tipología específica de hidrógeno renovable que se define como el hidrógeno producido mediante procesos biológicos o a partir de biomasa como materia prima.»
El biohidrógeno tiene características que lo convierten en un elemento renovable capaz de proporcionar energía segura, competitiva económicamente y 100% libre de emisiones de dióxido de carbono, en su producción y en su uso. A pesar de ello, la penetración de este hidrógeno bajo en carbono sigue siendo limitada. Es crucial entender las razones de esta situación, las tendencias emergentes y la ruta tecnológica que permitirá su consolidación como vector energético.
Producción de biohidrógeno
La producción de biohidrógeno ha ganado atención mundial debido a su potencial para convertirse en una fuente inagotable, de bajo coste y renovable de energía limpia. Las materias primas para su producción incluyen productos lignocelulósicos, residuos agrícolas, residuos de procesamiento de alimentos, plantas acuáticas y algas, y efluentes humanos como lodos de depuradora. Bajo el control adecuado, estos recursos se convertirán en una fuente principal de energía en el futuro. La biomasa tiene el potencial de ser una fuente importante de hidrógeno renovable, complementando otros procesos que producen biomateriales.
El método principal para obtener biohidrógeno es a partir del biometano generado en la digestión anaerobia, mediante un proceso conocido como reformado. La gasificación, por su parte, convierte la materia orgánica en gas de síntesis rico en hidrógeno. Junto a estas tecnologías termoquímicas, la producción biológica de hidrógeno, como la fermentación oscura y el uso de microalgas, ofrece métodos adicionales prometedores. La fermentación oscura utiliza bacterias anaerobias para descomponer materia orgánica y producir hidrógeno. Por otro lado, las microalgas pueden generar hidrógeno mediante biofotólisis, un proceso que convierte la luz solar y el agua en hidrógeno y oxígeno. Este conjunto de tecnologías presenta un amplio abanico de posibilidades para la producción de biohidrógeno.
Almacenamiento y distribución
El almacenamiento y distribución del hidrógeno en general, y del biohidrógeno en particular, representan aspectos cruciales en su adopción a gran escala. El almacenamiento en tanques de alta presión es, hoy en día, la opción preferida, aunque existen otros métodos, como la inyección en la infraestructura de gas actual o el almacenamiento en materiales químicos. El hidrógeno puede almacenarse en estado gaseoso o líquido, tanto en la superficie como dentro de sólidos, o en compuestos químicos portadores de hidrógeno. Estas opciones de almacenamiento buscan superar las limitaciones actuales y facilitar la adopción del hidrógeno como vector energético.
Aplicaciones y usos
El interés actual en la economía del hidrógeno se debe a sus enormes oportunidades de penetración en el sector energético, especialmente en movilidad y almacenamiento químico de energía renovable. En el caso del biohidrógeno, además, es un método eficiente de gestión de corrientes residuales orgánicas. La producción de hidrógeno renovable ha aumentado en los últimos años, utilizándose principalmente en la fabricación de amoníaco. El amoníaco renovable, además, puede usarse como medio de almacenamiento de energía, transportador de energía o combustible. La producción de hidrógeno, por tanto, no solo tiene aplicaciones industriales, sino que también ofrece soluciones energéticas innovadoras.
En el ámbito de la metalurgia, el hidrógeno se utiliza en la reducción directa del hierro para la producción de acero, y en el transporte, puede generar energía limpia en vehículos. Estas aplicaciones diversificadas demuestran el potencial del biohidrógeno para transformar sectores clave de la economía. Sin embargo, su adopción a gran escala requiere superar barreras tecnológicas, logísticas y de mercado, así como establecer políticas adecuadas para su regulación y desarrollo.
Perspectivas del biohidrógeno
El biohidrógeno, al igual que otros vectores energéticos, tiene ventajas y desventajas. Mientras que otras formas de energía ya tienen una posición establecida, el hidrógeno, y en particular el biohidrógeno, están avanzando progresivamente tratando de reemplazar opciones como el carbón o el gas natural en sectores como la energía, la industria y el transporte. El principal motivador para esto es la necesidad de reducir las emisiones contaminantes, lo cual ha generado un interés considerable en este vector energético. Sin embargo, la baja densidad energética, los costes de infraestructura e instalación y los factores asociados con la seguridad son las principales barreras que ralentizan su implementación. Aunque algunos de estos obstáculos pueden desaparecer gracias a la reducción de costes resultante de avances en la investigación, otros, como la densidad energética, no pueden ser modificados. Aquí, el uso de derivados principalmente de la industria química puede jugar un papel fundamental en el sistema energético o en el sector del transporte.
Las barreras pueden ser solucionadas o adaptadas, pero esto no se logrará sin un esfuerzo conjunto tanto del sector privado como del público. Deben existir objetivos y políticas conjuntas en aspectos como la homogenización de estándares que afectan, sobre todo, a los límites de almacenamiento. Actualmente, no hay un mercado global sólido debido a la baja demanda, que es parcialmente consecuencia de la baja generación y el consumo directo en los sitios de generación. A medida que el biohidrógeno irrumpe progresivamente, la demanda aumentará y la generación deberá realizarse a gran escala. Este incremento en la generación y la demanda hará viables las rutas de transporte de materiales, que son rentables especialmente en largas distancias. Aparecerán gasoductos, camiones y rutas marítimas específicas para el hidrógeno para satisfacer esta demanda. Con esta apertura y desarrollo de medios adaptados para el hidrógeno y el biohidrógeno, se observará un aumento progresivo en las áreas de uso potencial, donde el transporte, especialmente mediante vehículos pesados y barcos, y el almacenamiento de energía en tanques de amoníaco líquido jugarán un papel fundamental.
El biohidrógeno tiene el potencial suficiente para resolver los problemas de contaminación actuales, pero su uso generalizado no es inmediato. El cambio comienza ahora y la disposición al cambio debe ser evidente. Los próximos pasos incluyen la investigación en todos los procesos de producción de biohidrógeno para aumentar su eficiencia y, con ello, su competitividad; la integración de los puntos de contacto entre distribución y demanda; la gestión de políticas y tecnologías globales; la coordinación ante iniciativas multilaterales de sectores y la creación de una base de conocimiento que sirva como modelo para el establecimiento de iniciativas.
Más información sobre este tema en:
Hidalgo, D., Martín-Marroquín, J. M., & Díez, D. (2022). Biohydrogen: future energy source for the society. In Organic Waste to Biohydrogen (pp. 271-288). Singapore: Springer Nature Singapore.
La fermentación es quizá una de las tecnologías más antiguas que ha acompañado a la humanidad desde hace miles de años. A lo largo de la historia, son numerosas las pruebas y vestigios encontrados que demuestran el uso de la fermentación por parte de diversas culturas y civilizaciones, como una práctica común y fundamental en la producción de alimentos y bebidas, o incluso con fines medicinales y ceremoniales.
Así, por ejemplo, se han encontrado restos arqueológicos en China (7000-6600 a.c) de una bebida fermentada hecha de arroz, miel y frutas en vasijas de cerámica, o en Irán (5000 a.c.) jarras de cerámica con residuos de vino, o jeroglíficos y papiros egipcios (2500 a.c.) que describen la producción de cerveza y vino, así como su consumo en ceremonias religiosas y en la vida cotidiana.
Además, el análisis de restos botánicos (semillas, fragmentos de plantas) ha proporcionado pruebas del uso de plantas fermentadas, o más recientemente el análisis y estudio del ADN de levaduras y otros microorganismos, ha permitido tener una evidencia genética del uso de la fermentación desde antiguo. Estos métodos ancestrales sentaron las bases para el uso y evolución de una práctica que ha ido evolucionando significativamente a lo largo del tiempo.
La aplicación de técnicas biotecnológicas para la fabricación de productos farmacéuticos, biocombustibles, fertilizantes y suplementos nutricionales ha demostrado ser una herramienta milenaria que se ha adaptado y sofisticado para adaptarse a las necesidades actuales.
Desafíos globales como la sostenibilidad ambiental, la seguridad alimentaria, la escasez de alimentos, la reducción y valorización de residuos encuentran en la fermentación una herramienta poderosa para abordar estos problemas.
De este modo, el uso de diferentes microorganismos puede ser la clave a la revalorización de diferentes subproductos y residuos de la industria, transformándolos en productos de alto valor como biocombustibles (biodiésel, biogás), compuestos biodegradables (bioplásticos), o moléculas de interés (lípidos, ácidos orgánicos, colorantes, etc.) que pueden ser incorporados de nuevo a la cadena de valor contribuyendo así a una economía circular.
La fermentación puede transformar algunos subproductos agroalimentarios, que de otro modo serían desperdiciados, en productos con perfil organoléptico mejorado, al reducir o transformar compuestos no deseados que afectan negativamente al sabor y la textura. De este modo, los procesos fermentativos pueden mejorar el perfil organoléptico y, por tanto, la aceptabilidad de ciertos subproductos, para posteriormente incorporarlo de nuevo a la cadena de valor.
Otro de los retos futuros es el aumento de la población mundial que trae consigo el aumento de la demanda de proteínas y plantea retos sobre la sostenibilidad de las fuentes tradicionales de las mismas, como la carne y los productos lácteos. Aquí es donde el uso de microorganismos, en este caso la fermentación con hongos, emergen como una alternativa a las fuentes tradicionales de proteínas. La fermentación con hongos es clave para obtener microproteínas que permiten desarrollar sabores y texturas que imitan a la carne y son atractivas sensorialmente para el consumidor. Este tipo de proteínas son ricas en nutrientes de alta calidad, y además se presentan como alternativa que requiere menos recursos naturales (agua y tierra) y produce menos gases efecto invernadero.
La fermentación tiene también el potencial de mitigar la contaminación, teniendo un papel muy importante en la gestión de residuos y la reducción de contaminantes. Así, ciertos residuos orgánicos (aceites usados, residuos industriales, aguas contaminadas) pueden ser fermentados para producir biogás, fertilizantes y bioplásticos, o puede utilizarse para tratar aguas residuales reduciendo compuestos orgánicos antes de ser liberados al medio ambiente. Estos procesos pueden utilizarse también en procesos de biorremediación, tratamientos de suelos y áreas contaminadas.
Incluso otro de los problemas actuales como es la acumulación de millones de toneladas de plástico, podría tener una alternativa en el uso de microorganismos, ya que, según las últimas investigaciones, podrían utilizarse ciertas bacterias y hongos para fermentar y degradar plásticos, como el polietileno y el poliéster, o incluso utilizarlos como fuente de carbono para obtener compuestos de interés.
Por tanto, la fermentación en la actualidad no queda restringida a su uso en la industria alimentaria para la producción de alimentos fermentados. La sociedad debe reconocer y explorar las alternativas que ofrece la biotecnología, y en particular los procesos fermentativos, para enfrentar retos presentes y futuros.
Aprovechar las capacidades de bacterias, levaduras y hongos para transformar materiales residuales en productos útiles, reducir el desperdicio y la contaminación permitirán avanzar hacia un futuro más limpio y sostenible, gracias a los microorganismos, unos compañeros de viaje que desde hace miles de años han sido útiles a la humanidad, y que ahora pueden ser la solución a muchos de nuestros retos futuros.
