Los microbios que se alimentan de luz podrían depurar las aguas residuales de Europa
Las plantas de tratamiento de aguas residuales de Europa son fundamentales para proteger el medio ambiente, manteniendo los ríos, lagos y aguas costeras libres de los contaminantes presentes en los residuos humanos e industriales. Durante décadas, las plantas de tratamiento convencionales han utilizado «lodos activados», que son aglomerados sueltos de bacterias, para descomponer los residuos. Sin embargo, este método ocupa mucho espacio y requiere que se bombee oxígeno (O2) constantemente para alimentar a las bacterias, un proceso que consume mucha energía y libera cantidades significativas de dióxido de carbono (CO2). Se produjo un gran avance cuando los investigadores modificaron genéticamente estas bacterias para convertirlas en estructuras densas y esféricas denominadas «gránulos aeróbicos»(se abrirá en una nueva ventana), lo que redujo tanto el espacio físico necesario como los costes de las plantas de tratamiento. Sin embargo, incluso estos gránulos exigen una aireación artificial intensiva para el suministro de O2. En el proyecto Inlight, que contó con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana), los investigadores exploraron cómo la introducción de microorganismos impulsados por la luz en forma de «fotogránulos» podría conseguir que el proceso fuera aún más sostenible. «Al combinar bacterias depuradoras con microorganismos fototróficos, como las microalgas y las cianobacterias, creamos un ecosistema autosostenible», explica Emine Kayahan(se abrirá en una nueva ventana), ingeniera química de la Universidad de Lovaina(se abrirá en una nueva ventana). «En este caso, los fotótrofos actúan como pequeños árboles, utilizando la luz para convertir el CO2 en O2, que las bacterias utilizan a su vez para depurar el agua». A través del proyecto Inlight, Kayahan y sus homólogos utilizaron fotobiorreactores, así como modelos avanzados y experimentos. Evaluaron la cantidad de luz necesaria para que los fotótrofos generen suficiente O2 como para sustentar el crecimiento heterotrófico.
Hacia sistemas de tratamiento de aguas residuales sin aireación
Kayahan recogió primero una comunidad microbiana directamente de un estanque natural situado fuera de su departamento, antes de introducirla en biorreactores de laboratorio y someterla a ciclos artificiales de luz y alimento. «Creamos un nicho en que las especies fototróficas y heterotróficas deseadas pudieran prosperar juntas y formar fotogránulos robustos», explica. A continuación, el equipo llevó a cabo una serie de análisis químicos para hacer un seguimiento de la reducción de carbono, nitrógeno y fósforo en el reactor, a la vez que determinaba con exactitud cuánta luz entraba en los sistemas y cuánto O2 salía. Aunque los modelos actuales elaborados por el equipo pueden predecir con éxito la distribución de la luz a escala de laboratorio, Kayahan destaca que siguen existiendo retos clave. «Desarrollar diseños novedosos de reactores que puedan hacer llegar la luz de forma más eficiente a los fotogránulos será esencial para garantizar que estos sistemas sigan siendo viables a escala industrial», añade. Más allá del trabajo de laboratorio, Kayahan también ha creado una red científica global altamente colaborativa, lo que incluye la organización de talleres especializados y la coorganización de la primera conferencia internacional sobre fotogránulos. En la actualidad, lidera una importante iniciativa global para establecer una terminología estandarizada y un sistema de evaluación comparativa para la investigación sobre los fotogránulos. Un aspecto clave de esta iniciativa es distinguir los verdaderos factores que impulsan la fotogranulación para garantizar la estabilidad a escala industrial. En última instancia, este esfuerzo proporciona un marco para la ingeniería de comunidades microbianas mediante el ajuste del diseño y el funcionamiento del reactor y el establecimiento de métricas claras para evaluar el rendimiento del sistema. «Este esfuerzo colectivo es precisamente la forma en que impulsaremos esta tecnología hacia aplicaciones industriales en el mundo real», afirma.
Un futuro más ecológico para el tratamiento de aguas residuales en Europa
Sin embargo, llevar la tecnología a la industria requerirá un cambio fundamental de mentalidad, señala Kayahan. «Debemos dejar de considerar las aguas residuales como un problema que se debe eliminar y empezar a tratarlas como un recurso que se puede reciclar de forma valorizada». Dado que los fotogránulos capturan el CO2 que, de lo contrario, se desperdiciaría, existen múltiples ventajas posibles con respecto a los sistemas convencionales. «Al aplicar un método de “biorrefinería” a los flujos industriales limpios, podemos transformar el tratamiento de aguas residuales de un servicio costoso en una línea de producción sostenible», añade Kayahan. «Poner a prueba estos conceptos mediante sistemas industriales a escala piloto específicos es el siguiente paso lógico».
