Un equipo de la Universidad de Castilla-La Mancha trabaja en el desarrollo de una técnica convertir biomasa vegetal de plantas ‘comemetales’ empleadas en la descontaminación de terrenos y aguas en catalizadores de alto valor, para producir agua oxigenada, nuevas baterías y atrapar CO2.
La rotura de la balsa minera de Boliden, en la provincia de Sevilla, en 1998, provocó uno de los mayores desastres ecológicos que se recuerdan. Supuso la liberación de lodos tóxicos por el Valle del Guadalquivir, a través del río Guadiamar, que llegaron a las puertas del espacio natural de Doñana.
La zona afectada por la contaminación quedó arrasada desde el punto de vista ambiental, por la acción de unas aguas con altas concentraciones de zinc, plomo, cobre, níquel y cadmio. Allí se pusieron en marcha un conjunto de acciones para la recuperación de la riqueza natural del entorno. Y una de las más exitosas fue la fitorremediación, es decir, el uso de plantas con la capacidad para atrapar los contaminantes presentes en el medio. Pero, a pesar de su gran acción, la gestión de estas plantas planteaba un problema ambiental añadido: qué hacer con una biomasa cargada de metales pesados y otros contaminantes.
En qué productos se pueden convertir las plantas utilizadas en descontaminación
El paso que en ese momento faltó para cerrar el círculo lo está dando un grupo de investigación de la Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM), que investiga cómo aprovechar la biomasa vegetal resultante de actuaciones de fitorremediación y convertirla en productos de alto valor, que se pueden emplear como catalizadores en procesos electroquímicos. Al mismo tiempo, convierten a la fitorremediación ambiental en una estrategia de descontaminación con todas las garantías, al conseguir retirar totalmente del medio los metales y otros tóxicos que se consiguen atrapar con este tipo de acciones.
«Vamos a generar materiales en base de carbono, de forma que los metales contenidos en esa planta pasan a formar parte de ese nuevo elemento. Esto es interesante para algunos procesos, como aplicaciones electroquímicas, para los que nos resulta muy interesante que esa masa vegetal tenga atrapados restos de metal», explica el catedrático de la UCLM, Javier Llanos, que además dirige el grupo EARTH (Laboratorio de Tecnologías Integradoras de Recuperación Ambiental), adscrito al Grupo de Tecnología Química y Medioambiental (TEQUIMA) de Ciudad Real.
En qué proyectos se estudia la conversión de la biomasa en productos de alto valor
Este estudio sobre la transformación de la biomasa vegetal se realiza en el marco de los proyectos de investigación ALMA MATER y CENIT, financiados respectivamente por la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha y por el Ministerio de Ciencia e Innovación en su convocatoria de proyectos para la transición ecológica y digital.
En ambos proyectos se afina el proceso de transformación de la biomasa vegetal, con la diferencia de que en ALMA MATER se trabaja con restos procedentes del tratamiento de residuos de entornos mineros, más concretamente del antiguo distrito minero abandonado de San Quintín, en el Parque Natural del Valle de Alcudia y Sierra Madrona (Ciudad Real); y en CENIT, la biomasa vegetal empleada es resultante de acciones de fitorremediación de aguas con restos de fármacos y productos de higiene personal.
Los ensayos se están realizando con la arenaria roja (Spergularia rubra) para eliminar metales pesados; y la masiega (Cladium mariscus), el carrizo (Phragmites australis) y la espadaña (Typha latifolia) para la retirada de compuestos orgánicos.
Cómo se transforma la biomasa empleada en descontaminación en un producto de alto valor
Y cómo se convierte esta biomasa vegetal en un producto de alto valor. Pues se trata de un proceso que se lleva a cabo en dos etapas. En primer lugar, se realiza lo que los investigadores llaman una «carbonización hidrotermal», que consiste en someter a esa biomasa con agua a una temperatura de 200 grados y a presión, casi como si se trata de una olla exprés. En esta primera fase del proceso se obtiene el hidrochar.
Es entonces cuando se inicia la segunda etapa, que consiste en la activación del hidrochar, bien calentándolo mediante pirólisis, en una atmósfera inerte con nitrógeno; o bien, mediante una activación química, con ácido fosfórico o hidróxido de potasio.
Qué material de alto valor se obtiene en este proceso circular
El resultado del proceso es negro de carbono, un material que se emplea en procesos electroquímicos, y que reúne las mismas características que la versión comercializada de este producto.
«El negro de carbono que se comercializa actualmente se obtiene de derivados del petróleo, por lo que nuestro proyecto tiene un cometido ambiental doble: por un lado le damos salida a unos residuos que suponen un problema; y, por otro, producimos negro de carbono de manera limpia, sin emplear derivados de combustibles fósiles», explica Javier Llanos.
Qué usos se le puede dar al negro de carbono obtenido con biomasa procedente de descontaminación
Los usos que se pueden dar al negro de carbono producido con ebiomasa vegetal empleada en fitorremediación son variados. El primero que se ha ensayado es la producción de agua oxigenada mediante una reacción electroquímica. Se ha elegido, más que nada, porque se trata de un área en la que este grupo de investigación de la UCLM tiene mucha experiencia.
El agua oxigenada se produce mediante una reacción electroquímica, en la que participan un ánodo y un cátodo, fabricado con el negro de carbono resultante de la transformación de la biomasa vegetal. Y, por supuesto, energía eléctrica. «Es un compuesto muy interesante, sobre todo para el tratamiento de aguas, pero cuya producción tradicional lleva un alto impacto ambiental», afirma Javier Llanos.
Este negro de carbono fruto de un proceso de economía circular también se va a ensayar para la mejora de baterías de ion sodio, en una colaboración con la Universidad de Córdoba. En este caso, el negro de carbono actúa como el material donde el ion sodio se mueve y acumula carga.
El tercer uso previsto para el negro del carbono sostenible es la reducción de CO2, con una colaboración con la Universidad de Cantabria, que van a sustituir el negro de carbono comercial que ellos emplean actualmente en los procesos por el compuesto obtenido con la biomasa vegetal.
El sistema circular apenas genera residuos. Solamente un líquido obtenido en la fase de carbonización hidrotermal, en el que se queda el 30 por ciento de los metales atrapados por las plantas, y que hay que tratar para que el proceso sea totalmente limpio. Aunque se le ha encontrado un uso en la producción de biogás, como aditivo en procesos de digestión anaerobia de lodos de estaciones de tratamiento de aguas, una línea que se abordará en un proyecto nacional solicitado por el grupo de la UCLM.
