En la lucha contra el cambio climático, la innovación tecnológica se presenta como uno de nuestros aliados más poderosos. Una de las áreas más prometedoras y desafiantes en este sentido es la transformación del dióxido de carbono (CO2), un gas de efecto invernadero prevalente, en materias primas útiles para la industria y el transporte. Este enfoque no solo promete mitigar las emisiones de gases efecto invernadero, sino que también abre la puerta a una economía circular donde los residuos se convierten en recursos.
Desafíos y oportunidades del CO2 como materia prima para industria
El CO2 es el principal contribuyente al calentamiento global, producto que surge principalmente de la quema de combustibles fósiles y la deforestación. La concentración de CO2 en la atmósfera ha alcanzado niveles sin precedentes, lo que hace imperativo encontrar maneras efectivas de reducir estas emisiones. La captura y utilización de CO2 se presenta como una estrategia prometedora, transformando este gas en productos valiosos, lo cual podría revolucionar sectores como el transporte y la manufactura, reduciendo significativamente nuestra huella de carbono.
Conversión de CO2 en productos de valor añadido: tecnologías clave para afrontar el reto de la descarbonización de la industria y la economía
La transformación del CO2 en materias primas implica varios métodos, entre los que destacan la electroquímica, la catálisis y la biotecnología. Estas tecnologías buscan convertir el CO2 en combustibles, plásticos, materiales de construcción y otros químicos industriales, que básicamente se clasifican en tres tipos:
Biotecnología: basadas en procesos biológicos de fermentación con sustrato en fase gas-líquido. Utiliza organismos modificados genéticamente, como microalgas y bacterias, para absorber CO2 y convertirlo en biocombustibles y productos químicos. Esta aproximación ofrece el potencial de procesos altamente sostenibles que pueden operar en condiciones ambientales.
Metanol
Tecnología electroquímica: basada en la utilización de energía eléctrica y diferencia de potencial entre dos electrodos para reducir el CO2 en productos químicos de valor añadido (por ejemplo, metanol, ácido fórmico, etc.), que puede ser utilizado como combustible de tipo e-fuel, moléculas verdes portadoras de H2, o precursores químicos para uso industrial. La eficiencia de estos procesos ha mejorado significativamente, pero aún enfrentan desafíos en términos de escalabilidad y costos.
Procesos químico-catalíticos: basados en el uso de catalizadores para activar y acelerar la reacción química y transformación del CO2 en productos de valor añadido (metano, metanol, dimetil-éter, etc.). Las líneas de investigación actuales están explorando nuevos catalizadores que puedan operar a bajas temperaturas y presiones, haciendo el proceso más energéticamente eficiente y económicamente viable.
Por otra parte, la transformación de CO2 enfrenta obstáculos técnicos, económicos y regulatorios. La eficiencia energética, la reducción de costos y la integración de estas tecnologías en la infraestructura existente son desafíos clave. Además, se requiere un marco regulatorio que promueva la inversión en estas tecnologías y la utilización de productos derivados del CO2.
A pesar de estos desafíos, la captura y usos de CO2 como fuente de carbono renovable y para contribuir a la descarbonización de la industria y el transporte, ofrece una oportunidad sin precedentes para mitigar el cambio climático y avanzar hacia una economía más sostenible y circular. Al convertir un problema en una solución, podemos desbloquear nuevas vías para la sostenibilidad ambiental, la innovación tecnológica y el crecimiento económico. La colaboración entre gobiernos, industrias y comunidades científicas será fundamental para superar estos desafíos y aprovechar el potencial de estas tecnologías para un futuro más verde.
Proyectos de I+D comoCO2SMOS, coordinado por el área de Biotecnología y Química Sostenible de CARTIF, tiene como objetivo desarrollar un conjunto de tecnologías innovadoras, escalables y directamente aplicadas en el sector de las industrias bio-basadas que ayudará a convertir las emisiones de CO2 biogénico en productos químicos de valor añadido para su uso directo en la síntesis de bioproductos materiales de baja huella de carbono. Para ello, se propone una solución híbrida integrada que combina tecnologías innovadoras y procesos intensificados de conversión electroquímica/catalítica y fermentación de precisión, junto con el uso de fuentes de vectores renovable como H2 verde y biomasa. Elementos clave para alcanzar el objetivo de cero-emisiones y neutralidad climática de la industria.
Cada día se oye más hablar del biogás como fuente de energía, pero ¿qué es el biogás y qué diferencia hay con el gas natural? La diferencia está en que el gas natural es un combustible fósil, mientras que el gas biogénico es renovable.
El gas natural se formó hace millones de años, en la época de los dinosaurios, como el petróleo o el carbón. La acumulación de plancton y restos de animales y vegetales en el fondo marino, enterrados por capas de tierra, provocó que se produjera en condiciones anaerobias, es decir, sin oxígeno.
Las bacterias descompusieron la materia orgánica y los gases generados ascendieron. En los casos en los que había una capa impermeable, se acumularon surgiendo bolsas o yacimientos de gas. Por tanto, es un recurso finito, una vez que se agote, ya no habrá más para abastecer las demandas energéticas humanas.
El gas natural, está formado sobre todo por metano, etano y dióxido de carbono, aunque suele tener otros componentes o impurezas, por lo que la energía se obtiene por combustión. Con respecto a otros combustibles fósiles, es más eficiente y más limpio en cuanto a emisiones, aunque depende de las impurezas.
El gas biogénico también se produce por descomposición de materia orgánica bajo la acción de bacterias, en ausencia de oxígeno, por eso también se le llama Gas Natural Biogénico, pero en este caso es un tanque con condiciones controladas de temperatura y presión.
Pero en el gas biogénico, la materia orgánica utilizada, proviene de subproductos de granjas, cultivos o industrias, por lo que es una energía renovable. La composición del gas biogénico es similar, pero con menos impurezas, ya que se mejora la calidad mediante upgrading, que está explicada en esta entrada de nuestro blog.
Además, el gas natural está a miles de kilómetros, sin embargo, el gas biogénico puede producirse en tanques de pequeñas dimensiones para autoabastecimiento, por ejemplo, en una granja, o a gran escala en una depuradora, y se puede aprovechar la canalización ya existente del gas natural.
Puede parecer que son todo ventajas, pero no es así. Por ese motivo, CARTIF organizó el pasado 20 de marzo de 2024 la primera reunión de la Comunidad de Prácticas dentro del proyecto Horizonte Europa CRONUS.
Las Comunidades de Prácticas, consisten en la agrupación de distintos actores del sector del biogás, como son las universidades, centros de investigación, productores o distribuidores, entre otros y ejercen de portavoces del sector tanto para los ciudadanos como para las administraciones, haciendo una valoración de las fortalezas y debilidades, de las facilidades y las barreras del uso del biogás con el fin de hacer un uso responsable en toda la cadena de valor.
En esta primera reunión, se afrontaron tres retos principales:
Materias primas
Tecnología
Normativa: Logística, Productiva, Social
PRIMER RETO, MATERIAS PRIMAS
En el primer reto, se trató el tema de las materias primas. En la actualidad no hay problemas para encontrarlas, pero sí para abastecerse. La pregunta es: ¿es un límite de logística o de cantidad? Por accesibilidad, no es igual de accesible en montaña que en meseta, y por tamaño de planta y proveedor.
También preocupa que, en el futuro, debido a la ley de la oferta y la demanda se alcancen precios desorbitados tanto en la materia prima como en el transporte. Es necesario empezar a regular y organizar el mercado para asegurar un suministro, en el que toda la cadena de valor se beneficie.
Es importante considerar el potencial metanogénico, es decir, cuánto gas puede producir una planta con una determinada materia prima, esto determina su viabilidad, por ello las materias primas deben cumplir unos estándares y heterogeneidad todo el año, para obtener una producción constante, tanto en calidad como en cantidad.
Esto llevo a la cuestión de la conveniencia de la alimentación con una sola materia prima o varias. En algunos casos, es necesario hacer un pretratamiento de estas y debido a la complejidad técnica no resulten rentables, por lo que tener flexibilidad en el uso de materias es una ventaja.
Lo que más preocupa es la inyección en la red, se encuentran problemas a la hora de incorporar el gas producido dentro de la red de distribución nacional existente, en algunos casos hace que se favorezca el autoconsumo del gas, pero en otros, el desaprovechamiento de esta fuente de energía.
Es una tecnología madura, pero aún hay innovación por hacer, sobre todo con las bacterias. Todavía se descubren puntos de mejora como nuevas cepas, y hacen conocer mucho mejor el proceso y, por tanto, su eficiencia.
Al fin y al cabo, es una inversión, por lo que hay que medir concienzudamente el riesgo y rentabilidad vs. las barreras administrativas y legales, y aunque cada vez más son los que se decantan, serían más si hubiera un empujón financiero con subvenciones pero que no sean la base del producto.
SEGUNDO RETO, TECNOLOGÍA
El segundo reto tenía como objeto el conocer las opiniones sobre el prototipoFP5 que se está desarrollando en CARTIF dentro del proyecto CRONUS.
Los asistentes expertos destacaron que compite directamente con el upgrading, por lo que, económicamente puede que no resulte viable a gran escala, pero si para plantas pequeñas, pero es una buena solución, ya que no necesita pasar un proceso de purificación tan grande.
Por otro lado, necesita una etapa de hidrolisis, que requiere energía, pero es un proceso autosostenible, por lo que es capaz de autoabastecerse. Ya que es muy importante que la tecnología favorezca la rentabilidad, ya que el dinero siempre es un limitante, tanto para el desarrollo como para la producción.
Se destacó su punto fuerte y es que puede valorizar y reducir el CO2 generado en la DA, obteniendo un biometano de más calidad que mediante procesos tradicionales, sobre todo porque es más interesante la cogeneración que el gas para la venta.
Como es la primera reunión solo se pudo ver el prototipo de laboratorio, por lo que percibieron que podrían darse problemas en el escalado en los electrodos, ya que tienen que ser más grandes, y no hay tecnología para la digestión anaerobia asistida por célula de electrólisis microbiana en el mercado (MEC-AD), pero CARTIF ya comentó que hay más opciones de integrar la MEC en el digestor.
También se planteó la posibilidad de problemas al tener que reiniciar la planta, tras una parada, que pueda ser lenta y compleja, pero se trata de un sistema continuo por lo que no será tan lento.
La Comunidad se muestra optimista con prototipoFP5 de CARTIF y están deseosos de poder ver su avance en las próximas convocatorias.
TERCER RETO, NORMATIVA: LOGISTICA, PRODUCTIVA, SOCIAL
En este reto, es donde hubo mayor participación y unanimidad. Parece que la Administración no está avanzando tan rápido como lo está haciendo el gas biogénico. Siendo una barrera el tiempo de tramitación, que puede llegar a tres años la aprobación del proyecto, a lo que hay que sumar las autorizaciones ambientales, y el tiempo dedicado al proyecto de ingeniería de la planta.
Esto podría mejorar con una legislación que favorezca el autoconsumo como primas o pagos de generación y venta de energía. Sería interesante que se hiciera un mapeado de producción de residuos de todo el país.
En el caso de Castilla y León, existe la obligatoriedad de convertirse en gestor de residuos autorizado y limitaciones en la distancia máxima permitida para transporte de digerido, igual que en el transporte de purines, lo que demuestra que la administración está preparada.
Pero falta revisar la definición de residuos, para poder revalorizar subproductos para su uso en la digestión anaerobia y también del digestato resultante ya que tienen muchos usos potenciales, como el stirpping/scrubbing o la cristalización de estruvita, que incluso pueden considerarse productos ecológicos, como fertilizante.
Las materias primas, como el purín, deben ser usados con responsabilidad debido a la contaminación de los acuíferos por nitratos, por lo que el uso para la generación de biogás es una solución para este residuo, además el digestato resultante se podría revalorizar como fertilizante o como ingrediente de compost.
La demanda creciente del biogás, pone de manifiesto la necesidad de las granjas de modernizarse, y así aumentar sus ingresos con la venta de residuos y disminución de gastos energéticos al usar el biogás.
Por otro lado, se ve la necesidad de que la Administración actualice con formación específica a sus técnicos, ya que, a la hora de evaluar un proyecto, no hay claridad en los criterios, normas y procedimientos administrativos a aplicar, habiendo diferencias entre técnicos.
En definitiva, se necesita más apoyo de la Administración, sobre todo con las empresas privadas que controlan las redes de distribución y que establecen los requisitos técnicos y económicos de conexión e inyección a la red, traduciéndose en condiciones técnicas y económicas abusivas. La Comunidad de Prácticas considera esta barrera fácil de eliminar.
Existe falta de difusión y de conocimientos, por lo que los ciudadanos lo asocian a malos olores, movimiento ruidoso de camiones y falta de seguridad, por lo que la Comunidad de Prácticas está haciendo una buena labor con la difusión y concienciación de la sociedad del funcionamiento del gas biogénico y de la tecnología que lleva asociada.
Existen barreras tanto urbanas como rurales, cada una con su complejidad, además de que cada Comunidad Autónoma tiene su regulación al respecto, por lo que hay que abordar de manera individual cada planta en cada área, mediante jornadas, participación ciudadana, red de interacción de los ciudadanos de otras zonas que ya tengan esta tecnología implantada, pero sobre todo con transparencia. La realidad es que el desarrollo del gas biogénico, aportará su granito de arena, a la repoblación rural, generación de puestos de trabajo, así como la producción de energía y al desarrollo de la Economía Circular, siendo un tema pendiente en la agenda 2030.
La mayoría de los plásticos que se utilizan actualmente en el mundo proceden de fuentes no renovables y biodegradables. En un esfuerzo por reducir el impacto de los plásticos en el medio ambiente, desde hace décadas, se estudian métodos alternativos de producción y gestión de residuos. Varios microorganismos tienen la capacidad de producir plásticos de forma natural, utilizando diferentes sustratos, que son biodegradables y biocompatibles en determinadas condiciones.
Durante los últimos años, la fermentación acidogénica para la producción de ácidos grasos volátiles (AGV) se ha identificado como un enfoque prometedor para utilizar los residuos orgánicos como un recurso valioso. Los AGV tienen un amplio potencial de aplicaciones que van desde la fuente de carbono para el proceso de eliminación biológica de nutrientes hasta el uso como recurso bioenergético para la generación de hidrógeno y biocombustibles líquidos. Los flujos ricos en AGV producidos a partir de la fermentación de residuos orgánicos también pueden utilizarse como precursores de biopolímeros en la industria de los bioplásticos, ya que constituyen una materia prima adecuada para la producción de polihidroxialcanoatos (PHA).
Para hacer frente al creciente problema de la generación de biorresiduos y a la creciente demanda de materias primas de origen biológico, el proyecto ELLIPSE, en el que CARTIF está inmerso, trabaja en el sector de la biotecnología con el objetivo de valorizar flujos heterogéneos de residuos generados en cantidades significativas en Europa, los residuos de matadero (contenidos en la panza o el rumen) y los lodos de papel y pulpa, para producir polihidroxialcanoatos (PHA) rentables para aplicaciones agrícolas y de cuidado personal, mediante el coprocesamiento con otros residuos orgánicos como los lodos de la industria láctea y el glicerol de la industria del biodiésel, así como la recuperación de nutrientes para producir fertilizantes de base biológica. La integración de estos flujos de residuos como materias primas de biorrefinería permitirá reducir los volúmenes de residuos depositados en vertederos, abrir nuevas vías para la producción de productos químicos y bioplásticos y, al mismo tiempo, crear ingresos adicionales para las industrias relacionadas que los generan, con las ventajas añadidas del reciclado del agua, la disminución de la degradación del suelo, la contaminación de las aguas subterráneas y las emisiones de metano.
El PHA pertenece a una familia de polímeros 100% de origen biológico con propiedades de biodegradabilidad versátiles en la mayoría de los entornos, reciclables y que presentan una amplia gama de propiedades físicas y mecánicas en función de su composición química, desde el poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV) muy flexible, hasta el polihidroxibutirato (PHB) rígido, mostrando propiedades similares a algunos materiales de origen fósil como el polipropileno (PP) y el polietileno (PE) y mejores propiedades de barrera a gases y líquidos que otros bioplásticos como el ácido poliláctico (PLA), siendo una buena alternativa biodegradable y compostable en aplicaciones agrícolas y de cuidado personal.
Figura 1. ELLIPSE diagrama resumen del proceso
Uno de los objetivos es maximizar la producción de AGV derivados de la fermentación acidogénica y para ello se pretende optimizar el proceso utilizando tecnologías innovadoras, como el uso de un biorreactor anaerobio de membrana (AnMBR). El proyecto contribuye a la economía circular promoviendo la sostenibilidad y el residuo cero demostrando la viabilidad técnica de la recuperación de nutrientes de la corriente residual (digestato) a través de un proceso híbrido autótrofo-heterótrofo de cultivo de microalgas, lo que genera a su vez la producción de un biofertilizante.
El proyecto cuento con cinco fases que tratan sobre el pretratamiento de residuos y obtención de AGV, producción de PHA, aplicaciones posibles de bioplásticos, estudio de análisis de ciclo de vida y explotación de los resultados.
Figura 2. Fases del proyecto ELLIPSE
Plantas piloto del proyecto ELLIPSE
En el piloto 1 se realizará el pretratamiento y valorización de lodos procedentes de la transformación de residuos de matadero para la producción de envases rígidos y mantillo de plástico. Se llevará a cabo una codigestión de materias primas con el objetivo de garantizar las condiciones más óptimas para producir AGV.
Figura 3. Esquema de la metodología aplicada en los Pilotos 1 y 3 del proyecto ELLIPSE.
El piloto 3 se desarrollará simultáneamente al piloto 1 para recuperar nutrientes N y P con vistas a la producción de biofertilizantes. Se validarán tecnologías diferentes:
La tecnología biológica del sistema híbrido de cultivo autótrofo y heterótrofo de microalgas, y los métodos físicos de tecnología de membrana de impulsión a presión (ultrafiltración y ósmosis inversa) y contactores de membrana, para recuperar el amoniaco, como sulfato de amonio.
El piloto 2 realizará el tratamiento y valorización de residuos de la industria papelera para producir recubrimientos de bioplásticos para el sector del cuidado personal y la agricultura.
Figura 4. Esquema de la metodología aplicada en el piloto 2 del proyecto ELLIPSE
La demostración de la posibilidad de transformar flujos complejos de biorresiduos en productos biodegradables y de base biológica de alto valor en múltiples sectores, acompañada de la validación de múltiples rutas de fin de vida para los productos de base biológica y biodegradables logrados en el marco del proyecto, proporcionará resultados novedosos y tangibles para seguir fomentando la concienciación pública y la aceptación de soluciones biodegradables y de base biológica. Aparte de todo esto, durante el proyecto ELLIPSE la industria papelera podrá utilizar productos (papel recubierto de PHA para envases flexibles como contrapartida del actual papel recubierto de PE) producidos a partir de sus residuos. Este es un buen escaparate para la economía circular y tiene el potencial de aumentar la concienciación y la aceptación de las soluciones de base biológica.
Cuando pensamos en la agricultura, a menudo nos enfocamos en el desarrollo de la planta, pero pocas veces consideramos la importancia de una correcta gestión del suelo en el que se siembran los cultivos. El suelo es un recurso vital que sustenta nuestra vida y permite que se obtengan los alimentos indispensables para la humanidad, y su salud es esencial para la agricultura sostenible y la seguridad alimentaria.
A simple vista, el suelo puede parecer inerte, pero en realidad, está repleta de vida microscópica. Los suelos saludables albergan una amplia variedad de microorganismos, que incluyen bacterias, hongos, protozoos, nematodos, etc. Estos organismos, que a menudo pasan desapercibidos, desempeñan un papel esencial en el funcionamiento de los ecosistemas terrestres.
Entre los microorganismos que habitan en el suelo, muchos son beneficiosos para la salud de las plantas y la calidad del suelo en general. Estos microorganismos realizan una serie de funciones vitales:
1. Descomposición de la materia orgánica: los microorganismos descomponen la materia orgánica en el suelo, como hojas caídas y restos de plantas. Esta acción permite liberar nutrientes esenciales que las plantas pueden absorber para favorecer su crecimiento.
2. Fijación de Nitrógeno: el nitrógeno es uno de los nutrientes más importantes para el crecimiento vegetal. Algunas bacterias tienen la capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico en una forma que las plantas pueden metabolizar.
3. Protección contra plagas y enfermedades: algunos microorganismos actúan como agentes de control biológico, ayudando a prevenir enfermedades en las plantas al competir con patógenos o producir compuestos antimicrobianos.
4. Mejora de la estructura del suelo: otros microorganismos, como las bacterias y los hongos, generan agregados del suelo que mejoran la estructura, la porosidad y la capacidad de retención de agua del suelo.
5. Ciclo de nutrientes: participan en la descomposición y liberación de nutrientes esenciales, como fósforo, potasio y diversos micronutrientes (zinc, hierro, cobre, calcio), que son fundamentales para el crecimiento de las plantas.
Desafortunadamente, la agricultura moderna ha llevado a cabo prácticas que a menudo dañan la diversidad y la población de microorganismos beneficiosos en el suelo. El uso excesivo de fertilizantes y fitosanitarios de origen químico, la labranza intensiva y la falta de rotación en la siembra de los cultivos son prácticas que pueden perjudicar o desequilibrar el ecosistema microbiano presente en el suelo.
Por ejemplo, los fertilizantes químicos pueden proporcionar nutrientes a las plantas, pero también pueden generar acidificación del suelo y afecta negativamente a los microorganismos beneficiosos. Del mismo modo, los fitosanitarios químicos destinados a eliminar plagas pueden afectar negativamente a otros microorganismos presentes en el suelo, lo que puede desencadenar un ciclo de dependencia de químicos agrícolas.
Afortunadamente, existen prácticas agrícolas que pueden fomentar la salud del suelo y la abundancia de microorganismos con papel positivo en el desarrollo de la planta:
Agricultura ecológica
La agricultura orgánica evita el uso excesivo de pesticidas y fertilizantes químicos, lo que preserva la ecología microbiana del suelo.
Rotación de cultivos
Cambiar los cultivos temporada tras temporada fomenta la diversidad microbiana y evita la acumulación de patógenos específicos.
Uso de cubiertas vegetales
Mantener la cubierta vegetal en el suelo durante todo el año ayuda a mantener la actividad microbiana y a prevenir la erosión.
Compostaje
Agregar compost orgánico al suelo enriquece la población microbiana y aporta nutrientes de manera equilibrada.
Reducción de labranza
Minimizar la labranza del suelo reduce la interrupción de los microorganismos en su ambiente natural.
Utilización de abonos verdes
Plantar cultivos de abono verde como leguminosas puede aumentar la fijación de nitrógeno y enriquecer el suelo en nutrientes.
La salud del suelo es fundamental para la sostenibilidad agrícola y la alimentación global. Los microorganismos beneficiosos, que trabajan en simbiosis con las plantas, desempeñan un papel esencial en la preservación de esa salud. Como sociedad, debemos reconocer la importancia de estos diminutos seres y adoptar prácticas que promuevan su prosperidad en nuestros suelos.
En CARTIF contamos con la experiencia que nos ha otorgado la ejecución de diversos proyectos relacionados con una correcta gestión de la microbiología aplicada a la agricultura y especialmente en los suelos, bien sea en forma de biofertilizantes (proyecto SUSTRATEC) o bien en forma de biopesticida (proyecto SUPERA).
Mantener la salud del suelo no solo es esencial para garantizar cosechas abundantes nutritivas, sino también para preservar la biodiversidad y mitigar el cambio climático. Al proteger y fomentar la vida en el suelo, estamos invirtiendo en un futuro más saludable y sostenible para nuestro planeta y las generaciones futuras. Cuidemos la tierra que nos cuida.
Este mes pasado (junio 2023), los eurodiputados acordaron provisionalmente una nueva normativa para las baterías vendidas en la UE. Ya ha sido aclamada como un «cambio de juego» para las baterías, al crear un marco para fomentar una industria de baterías competitiva y sostenible en Europa.
Tras largas negociaciones, el Parlamento Europeo aprobó el pasado 14 de junio el Reglamento de la UE sobre baterías. Las baterías son una tecnología clave que desempeña un papel fundamental en el avance hacia la neutralidad climática de Europa para 2050. En este contexto, el Reglamento sobre baterías es un logro clave del Pacto Verde Europeo, en virtud del cual los 27 estados miembros se han comprometido a hacer de este el primer continente climáticamente neutro para 2050.
Pero, ¿qué es exactamente la normativa europea sobre baterías? ¿Y qué deben hacer los fabricantes para adelantarse a la normativa?
Propuestos inicialmente en diciembre de 2020, los Reglamentos de la UE sobre baterías son requisitos progresivos para garantizar que todas las baterías comercializadas en estos países sean más sostenibles, circulares y seguras a lo largo de todo su ciclo de vida. Para los vehículos eléctricos y las baterías industriales con una capacidad superior a 2kWh, los requisitos recaen principalmente en los fabricantes de baterías y se dividen entre (1) garantizar prácticas de abastecimiento más transparentes y responsables y (2) facilitar la economía circular (véase la Figura 1).
Figura 1: Hitos del Reglamento europeo sobre baterías
Adelantarse a los acontecimientos. Cómo pueden responder las empresas para cumplir la próxima normativa
La normativa entrará en vigor en 2024, lo que significa que las empresas tiene que actuar ahora para establecer las bases necesarias para cumplir y superar los requisitos:
Conozca todos sus impactos
A pesar de que, obviamente, las baterías son más sostenibles que los combustibles fósiles, no están exentas de impactos negativos. Aunque las emisiones de carbono reciben la mayor atención, los impactos asociados a las cadenas de suministro de baterías son mucho más amplios -desde el uso del agua hasta el trabajo infantil y los residuos al final de su vida útil- y esta es una de las fuerzas impulsoras del ámbito de aplicación del Reglamento de la UE sobre baterías.
Por lo tanto, las empresas tendrán que comprender la amplia variedad de impactos ambientales y sociales de sus operaciones directas y cadenas de suministro. Y para medir, reducir y/o eliminar adecuadamente estos impactos, las empresas deben desarrollar estrategias específicas y a medida basadas en su rendimiento y procesos actuales.
Priorizar la colaboración en la cadena de suministro
Aunque la fabricación de baterías en sí suele ser un proceso de gran impacto, muchos de los efectos sobre la sostenibilidad asociados a las baterías pueden encontrarse en la cadena de suministro, como las emisiones de carbono derivadas de los procesos de extracción y refinado. Por tanto, no sólo los datos son importantes para que las empresas cumplan la normativa, sino también los procesos y sistemas que permiten gestionar y mejorar la sostenibilidad de la cadena de suministro.
El Reglamento de la UE sobre baterías han tenido esto en cuenta, estableciendo requisitos para que todos los agentes económicos que comercializan baterías en el mercado europeo (excepto las pequeñas y medianas empresas) desarrollen y apliquen políticas de diligencia debidas, acordes con las normas internacionales. Por ello, los fabricantes de baterías tendrán que implantar sistemas de comunicación y colaboración con proveedores, como cuestionarios de sostenibilidad para proveedores, puesta en común continua de resultados, auditorías de proveedores de alto riesgo y programas de mejora.
Informar, mejorar y estar preparado para la comparación
Una vez que las empresas comprenden su impacto y ponen en marcha los sistemas y procesos para mejorar la sostenibilidad de su empresa y su cadena de suministro, deben informar sobre sus resultados. Los informes normalizados son un componente clave de la legislación sobre sostenibilidad, y el Reglamento de la UE sobre baterías no es diferente.
Dado que los informes impulsan la comparación y proporcionan a las partes interesadas un mayor poder de decisión, los Reglamentos de la UE sobre baterías pretenden crear los incentivos necesarios para que las empresas mejoren sus resultados en materia de sostenibilidad. Los fabricantes de baterías pueden prepararse para ello desarrollando un enfoque sistemático de la elaboración de informes que les permita comunicar eficazmente sus impactos, sus progresos y cómo se relacionan con otros en el sector.
¿Hacia dónde vamos?
La normativa de la UE sobre baterías forma parte de un conjunto más amplio de normas mundiales destinadas a mejorar la sostenibilidad del sector de las baterías. Los reguladores de la UE todavía tienen que aprobar formalmente la normativa y elaborar directrices para su aplicación. Sin embargo, los fabricantes de baterías que quieran diferenciarse y ser líderes en sostenibilidad deben actuar ya. En resumen, pueden hacerlo invirtiendo sus recursos en comprender su impacto en la sostenibilidad junto con los requisitos de la normativa, gestionando y mejorando los procesos de sostenibilidad de su cadena de suministro e informando de sus progresos de forma estándar. Aunque esto pueda parecer desalentador, aún hay tiempo para actuar.
Si te ha parecido interesante este contenido, puedes seguir el avance del proyecto FREE4LIB, coordinado por CARTIF, que está completamente alineado con el nuevo Reglamento de Baterías.
Creo que la mayoría de la gente conocemos, de una manera u otra, características de los elementos químicos de los que vamos a hablar en esta publicación: el nitrógeno (N) y el fósforo (P). El nitrógeno en su forma gaseosa (N2) forma parte de la composición del aire atmosférico o incluso lo conocemos en otras de sus formas típicas, el amoníaco (NH3), ya sea como gas o como disolución líquida (en caso como amonio NH4+). Mientras que el fósforoparticipa en funciones vitales de los seres vivos, además de ser uno de los componentes principales de las moléculas de ARN y ADN y de utilizarse para almacenar y transportar energía en forma de adenosín trifosfato (ATP). Pues bien, hoy en esta entrada vamos a profundizar en por qué estos dos elementos son también importantes para otros temas relacionados con los seres humanos y su desarrollo, expondremos cuál es la importancia del nitrógeno (N) y fósforo (P) como nutrientes agronómicos y cómo se relacionan éstos con el concepto de Economía Circular (un concepto de rabiosa actualidad en los últimos años). Por lo tanto, en adelante cuando en esta publicación estemos hablando de nutrientes, siempre estará enfocado desde un punto de vista agronómico y no desde un punto de vista alimentario del propio ser humano. ¡Empezamos!
Tanto el N, como el P junto con el potasio (K), forman el grupo de los macronutrientes agronómicos, éstos son los tres principales macroelementos que las plantas o cultivos necesitan incorporar para su crecimiento. Así, en la mayoría de las ocasiones los fertilizantes que se sintetizan y se utilizan hoy en día en la agricultura presentan una composición importante de dichos elementos (se suele hablar del contenido NPK en dichos productos).
Lo primero que debemos preguntarnos es ¿cómo se sintetizan dichos fertilizantes?
Casi la totalidad del N utilizado en la formulación de fertilizantes es obtenida a partir de la síntesis de amoníaco, el procedimiento clásico de la obtención de amoníaco es el proceso Haber-Bosch. Posteriormente, el amoniaco obtenido mediante Haber-Bosch, se oxida para dar lugar al ácido nítrico (HNO3) y a partir de éste se pueden obtener los principales fertilizantes minerales, sintetizados a partir de nitrato de amonio [(NH4)NO3]. La otra fuente principal de N para la síntesis de fertilizantes es la urea [(NH2)2CO]. En lo que respecta al fósforo, la principal materia prima para su utilización en fertilizantes es la apatita, se trata de un conjunto de minerales obtenidos a través de la extracción de la roca fosfórica mineral. Por lo tanto, lo primero de lo que podemos darnos cuenta es que, en ambos casos, el origen de N y P para la obtención de los fertilizantes tradicionales, es un origen no renovable.
Diagrama del proceso de Haber-Bosch. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_de_Haber
A este factor hay que incluir otro con una gran importancia, y ese no es otro que el aumento de la población mundial. De acuerdo con las previsiones de Naciones Unidas (ONU), la población mundial alcanzará los 8.600 millones en 2030 y los 9.800 millones en 2050. Con lo que queda patente, que estos hechos darán lugar a un importante incremento de presión de la industria alimentaria, que estará abocada a aumentar su producción, lo cual conlleva prácticas agrícolas más intensivas y por tanto un aumento del uso de la tierra y del consumo del agua, la energía y los fertilizantes tradicionales no renovables. Otro hecho preocupante de este escenario es que los países de la Unión Europea (UE), son tremendamente dependientes de las importaciones de estos compuestos que actúan como materias primas para los fertilizantes. Para que nos hagamos una idea, la UE importa alrededor del 30% del N, más del 60% del P y el 70% del K del total de nutrientes que se consumen como productos fertilizantes en sus países. Este asunto, es incluso más dramático para el caso del P, ya que cinco países en todo el mundo poseen el 90% de las reservas mundiales (China, Marruecos, Sudáfrica, Estados Unidos y la región de Jordania). Esto ha hecho que la UE haya clasificado al P como Materia Prima Crítica (COM(2017)490), ya que es crucial para el crecimiento de la propia UE, la competitividad y especialmente para una industria alimentaria sostenible.
Con todo este escenario queda claro que es necesario la búsqueda e introducción de fuentes de N y P alternativas y renovables, a la par que tecnologías novedosas para la obtención de productos fertilizantes sostenibles.
Y aquí es donde entra en escena, por un lado, la Economía Circular y por otro el concepto de recuperación de nutrientes. La recuperación de nutrientes es una de las principales líneas de investigación que llevamos desarrollando en los últimos años dentro del área de Economía Circular del Centro Tecnológico CARTIF. La recuperación de nutrientes consiste en el desarrollo de metodologías, técnicas y tecnologías que permiten obtener de materias primas sostenibles el N y el P que contienen y que estos elementos se encuentren en una forma conveniente y efectiva para su posterior utilización en la síntesis de bioproductos o fertilizantes sostenibles que puedan sustituir a los fertilizantes minerales tradicionales o en su defecto aumentar el componente renovable en la formulación de estos últimos. Es importante destacar que, aunque la recuperación de nutrientes se focalice principalmente en la recuperación de N y P, también se puede conseguir la recuperación de otros macro y micronutrientes agronómicos, como el K, el magnesio (Mg), el calcio (Ca), etc.
Y entonces, ¿qué materias primas o fuentes de origen renovable podemos utilizar para la recuperación de nutrientes?
Principalmente, la recuperación de nutrientes se centra en dos grupos; los residuos agroganaderos y las aguas residuales. Como residuos agroganaderos entendemos cualquier residuo generado directamente en la actividad agrícola o ganadera (estiércoles, purines, etc.), así como aguas residuales (tanto de origen urbano como origen industrial). Además, y relacionado con lo anterior también podrían utilizarse en la recuperación de nutrientes los residuos biológicos o subproductos obtenidos en el tratamiento de dichos residuos (un ejemplo claro sería los digestatos obtenidos del tratamiento de dichos residuos mediante digestión anaerobia o los fangos obtenidos en los procesos de tratamiento de aguas residuales en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDARs), etc.).
Un aspecto importante a destacar es que las tecnologías de recuperación de nutrientes dependen en gran medida de las características de la materia prima que utilicemos para recuperar el N y el P y cómo se presente dicha materia prima (en estado sólido o líquido). Así, los métodos más sencillos de recuperación de nutrientes son el uso directo como fertilizante de residuos o subproductos sólidos como los fangos activos o los estiércoles y digestatos o el compostaje de éstos. Sin embargo, los aspectos logísticos (coste de transporte y la gestión del residuo, los cuales suelen contener gran humedad), pueden hacer inviable la rentabilidad del proceso. Al mismo tiempo, mediante la aplicación directa de los residuos no se realiza una fertilización efectiva y puede dar lugar a fenómenos de sobrefertilización los cuales pueden desembocar en fenómenos de eutrofización (por la acumulación del N y P presente en el suelo, el cual no ha podido ser asimilado por el cultivo y que posteriormente puede ser arrastrado por la lluvia o la escorrentía y finalmente depositarse e en acuíferos y masas de agua), con el consiguiente daño ambiental. Además, los residuos pueden contener cantidades significativas de contaminantes potencialmente peligrosos, que es necesario eliminar antes de su utilización como fertilizantes. Por esta razón, las tecnologías para el tratamiento de residuos para la recuperación de N y P son cada vez más populares. Existen distintas tecnologías para recuperar el N y el P de residuos líquidos, como los tratamientos biológicos, el stripping, la cristalización, la filtración por membranas, métodos termoquímicos (pirólisis y gasificación) o tratamientos físicos (concentración, secado, etc.).
Pero como todo ello se entiende mejor con un ejemplo, vamos a tratar de explicar uno de los procesos en lo que hemos investigado en CARTIF en alguno de nuestros proyectos.
Se trata de la recuperación de nutrientes a partir de la cristalización. La cristalización es una operación de separación frecuentemente utilizada en la Ingeniería Química, gracias a la cual se produce una purificación de los fluidos mediante la formación de sólidos, teniendo en cuenta la solubilidad de los productos que presentan interés para su separación. Así mediante la cristalización se puede conseguir recuperar N y P a partir de aguas residuales o residuos agroganaderos líquidos (fase líquida de los digestatos y estiércoles o purines) en forma de estruvita.
Pero, un momento, vayamos por partes ¿qué es la estruvita?
Estruvita
La estruvita es una sal (mineral ortofosfato) que contiene magnesio, amonio y fosfato en concentraciones molares iguales, concretamente, la estruvita en forma de fosfato de magnesio y amonio hexahidratado presenta la siguiente fórmula molecular MgNH4PO4·6H20. La cristalización de estruvita ocurre con facilidad cuando se dan las condiciones idóneas (presencia de una concentración importante de Mg, N y P, pH,etc.) De hecho, la estruvita en la década de los sesenta, ganó la atención del público como resultado de la obstrucción de tuberías en EDARs, en las cuales cristalizaba de forma espontánea.
Y ahora, podemos pensar, vale ya sabemos lo que es la estruvita, pero ¿cómo es su proceso de obtención?
Pues simplemente se introduce en un reactor de cristalización el residuo que vamos a utilizar como materia prima para extraer el N y el P (normalmente aguas residuales o digestatos obtenidos de la digestión anaerobia de residuos como el purín de cerdo) y se añade una cierta cantidad de magnesio (normalmente en forma de MgCl2 o MgO) y dependiendo del pH de la mezcla de reacción puede adicionarse una base (NaOH) para elevar el pH (8-9). Una vez que tenemos todos los componentes en el reactor, se aplica una agitación (ya sea mecánica o mediante aireación).
El Mg va entrando en contacto con el N y el P de la materia prima y poco a poco los cristales de estruvita van creciendo, según la siguiente reacción química:
Después de aproximadamente una hora de reacción, se consigue recuperar la mayor parte de P contenido en la materia prima (y lo acompaña una cantidad equivalente de N y Mg), en forma de un cristal sólido blanquecino, la estruvita. Este sólido tiene muy buenas propiedades para ser utilizado como fertilizante, ya que la estruvita presenta una alta concentración de P y por sus características físicas (baja solubilidad), el producto puede utilizarse como un fertilizante de liberación lenta, es decir que, a diferencia de los fertilizantes tradicionales, la estruvita va liberando los nutrientes en función de las necesidades de la planta y de la etapa de crecimiento de ésta, siendo una fertilización más efectiva y evitando fenómenos de eutrofización y similares.
Existen varias tecnologías de cristalización de estruvita en el mercado (con diferentes configuraciones, tipos de reactor, morfologías, etc.), la mayoría centradas en la obtención de estruvita a partir de aguas residuales, sin embargo, en CARTIF hemos desarrollado un reactor de cristalización piloto de 50 L, intentando solventar los impedimentos técnicos que presentaban otras tecnologías. Dicho cristalizador consiste en un reactor de lecho fluidizado, es decir, la agitación de la mezcla reaccionante se consigue mediante la adición de una corriente de aire, que mantiene en suspensión los componentes de la mezcla reaccionante, facilitando su interacción y favoreciendo la formación y crecimiento de los cristales. La tecnología de cristalización de estruvita que hemos desarrollado ha sido probada en varios proyectos en los que me hemos participado, como Nutri2Cycle y Nutriman (ambos proyectos europeos del programa Horizonte2020), con resultados bastante prometedores en el proceso de cristalización (alcanzando rendimientos de recuperación de P superiores al 90%) y un buen comportamiento agronómico del producto final obtenido (estruvita).
Proceso de recuperación de nutrientes en el demostrador de Irlanda del proyecto NUTRI2CYCLE.
Por lo tanto, como hemos podido comprobar, gracias a las tecnologías de recuperación de nutrientes hemos desarrollado procesos sostenibles en los que valorizamos residuos (aguas residuales, digestatos, etc.) siguiendo los postulados de la Economía Circular y obtenemos un biofertilizante de origen renovable con un buen comportamiento agronómico y con características que no presentan los fertilizantes tradicionales de origen mineral no renovable (liberación lenta). Por tanto, la estruvita sería un buen candidato para sustituir o reducir la utilización de los propios fertilizantes no renovables.
En la actualidad en el Área de Economía Circular de CARTIF, seguimos trabajando en el desarrollo de esta línea de investigación y ahora mismo estamos coordinando el proyecto WalNUT (otro proyecto europeo del programa Horizonte2020), en el que junto con otros 13 socios de varios países europeos estamos desarrollando nuevas tecnologías para la recuperación de nutrientes a partir de aguas residuales (tanto urbanas como industriales). Concretamente, en el caso de CARTIF, estamos trabajando en una tecnología de recuperación de N y P mediante el cultivo de microalgas y en otra tecnología en la que los nutrientes se recuperan mediante procesos bioelectroquímicos, esta es, la tecnología de Celdas Microbianas o Microbial Fuel Cells (MFCs).
Pero si os parece, ese tema mejor lo dejamos para comentarlo en otra futura entrada del blog 😉
