Los investigadores están encontrando mejores formas de obtener agua potable, abono e incluso energía de las aguas residuales. No es asqueroso, es ciencia

Tal vez los residentes de los 40 pisos de departamentos de San Francisco que habitan sobre nuestras cabezas vivan en el lujo total, pero en realidad son como el resto de nosotros: se bañan y también se lavan las manos y la ropa. Normalmente, en Estados Unidos, toda el agua que usan irían a parar a una instalación de tratamiento y, finalmente, a un cuerpo de agua; 128 millones de litros (34,000 millones de galones) de aguas residuales se procesan así en todo el país cada día. Pero con la convergencia de múltiples problemas para las ciudades, como el calor extremo, la escasez de agua y el crecimiento acelerado de la población, los científicos hallan formas cada vez más ingeniosas de aprovechar mejor el agua que se desecha.

En un sótano de San Francisco, una compañía llamada Epic Cleantec intercepta las aguas grises del edificio, aguas sucias que no contienen desechos humanos ni restos de comida, y las hace pasar por tanques y un laberinto de tuberías para filtrarlas minuciosamente y desinfectarlas con cloro y luz ultravioleta. El líquido resultante se devuelve a la planta superior para llenar inodoros y mingitorios, eliminando al menos parte del “desperdicio” de las aguas residuales.

Una nueva forma de reciclar las aguas residuales

“Por normativa, únicamente reutilizamos el agua para aplicaciones no potables”, comenta Aaron Tartakovsky, cofundador y CEO de Epic Cleantec. “Científicamente, somos capaces de producir agua de calidad potable”. De hecho, la empresa elaboró una cerveza con el agua reciclada de este edificio; una kölsch, por si sientes curiosidad. “Convertimos las ‘aguas residuales’, que, en mi opinión, es un término que necesita urgentemente un cambio de nombre, en agua limpia, en energía renovable y en enmienda de suelo”, señala Tartakovsky.

Teóricamente, el agua usada que sale de tu casa contiene 10 veces la cantidad de energía que necesita una instalación de tratamiento para procesarla. También es rica en nutrientes y minerales valiosos, destaca Peter Grevatt, CEO de la Fundación para la Investigación del Agua (Water Research Foundation), una organización estadounidense sin fines de lucro que cuenta con el apoyo de las empresas de suministro de agua. Por eso, además de reciclarla, Epic Cleantec está experimentando con intercambiadores de calor que extraen energía de las aguas residuales de un edificio y la emplean para calentar el agua que vuelve a subir, reduciendo así las facturas de los servicios públicos. La compañía también desarrolla un sistema que procesa las aguas negras de los residentes, que incluyen desechos humanos y restos orgánicos de alimentos procedentes de fregaderos de cocina y lavavajillas, para convertirlas en enmienda de suelo.

Al otro lado de la calle de este edificio de departamentos, en las oficinas de Epic Cleantec, Tartakovsky toma un puñado del material, que fue tratado para eliminar los patógenos. “Puedes tocarlo, olerlo, con lo que te sientas cómodo”, me dice Tartakovsky. Yo hago ambas cosas: se siente y huele como la composta.

Este tipo de reutilización del agua también se da cada vez más a nivel municipal, con instalaciones de última generación que la reciclan en lugar de verterla toda en la naturaleza. Lo que ha conseguido Epic Cleantec es básicamente reducir lo que realiza una planta de reciclaje de agua a un sistema que cabe en el sótano de un edificio alto, aligerando la carga del tratamiento local de aguas residuales y disminuyendo la presión sobre el suministro de agua.

Más agua potable reciclada

Sea cual sea el sistema, el reciclaje del agua tendrá que aumentar considerablemente en las próximas décadas. Actualmente, el 56% de la humanidad vive en ciudades, pero esa cifra ascenderá al 70% en 2050. En ellas se consume mucha agua, sobre todo conforme sus poblaciones se hacen más prósperas económicamente y, por tanto, más derrochadoras, y se incrementa la actividad industrial urbana. Al mismo tiempo, el cambio climático está secando muchos de los lugares a los que la gente acude en masa, como el suroeste de Estados Unidos. “Si nos fijamos en los sitios que ya experimentan el mayor nivel de estrés hídrico, muchos de ellos son los que crecen con mayor rapidez”, explica Grevatt. “Es increíblemente importante averiguar cómo recuperar los recursos”.

Un estudio reciente publicado en Nature revela la increíble dinámica del crecimiento urbano. Los gases de efecto invernadero aumentan de forma sublineal a medida que crece una ciudad, es decir, a un ritmo menor que el incremento de la población, debido en parte a la eficiencia de elementos como el transporte público. Los residuos sólidos, que acaban en un vertedero, varían linealmente, es decir, se multiplican al mismo ritmo que los cambios en la población humana. Las aguas residuales, sin embargo, tienen una escala superlineal, por lo que se elevan a un ritmo más rápido que la población.

Dicho de otro modo: cuanto más crece una ciudad, más derrocha el agua, aunque su consumo de energía sea más eficiente. “Nos costó mucho descubrir por qué”, declara Mingzhen Lu, ecologista industrial de la Universidad de Nueva York y coautor del estudio. “La mejor explicación que se nos ocurrió es que quizá haya un fuerte vínculo con la generación de riqueza, que en sí misma es superlineal con el tamaño de la ciudad. Con cada dólar que producimos como sociedad humana, consumimos agua. Por otro lado, cuando se tiene más riqueza, cabe argumentar que se empleará más agua de forma abundante”.

Al aumentar el uso urbano del agua, el riesgo es seguir con el tratamiento habitual de las aguas residuales: verterlas al medio ambiente. “Una de las locuras de los últimos cientos de años para las sociedades futuras será que nos hemos limitado a arrojar las aguas residuales al océano, en lugar de devolverlas a las tierras de cultivo”, asegura Chris Kempes, biólogo físico teórico del Instituto de Santa Fe y coautor del artículo.

La tecnología para extraer agua dulce de las aguas residuales existe desde hace décadas. En San Diego, que lleva reciclando agua desde 1981, dos plantas producen juntas, en promedio anual, casi 80 millones de litros (21 millones de galones) de agua al día, y en los próximos años se añadirá más capacidad. Técnicamente, esa agua no se considera potable, por lo que se utiliza para la agricultura y la industria. Pero en 2026, San Diego empezará a suministrar agua potable, gracias a técnicas de depuración aún más avanzadas: las aguas residuales se tratan con ozono, que mata bacterias y virus, después pasan por filtros y luego por membranas ultrafinas, con poros tan pequeños que únicamente atraviesan las moléculas de agua. Con el tiempo, llegarán a generar unos 113 millones (30 millones de galones) de agua al día, con el objetivo de suministrar la mitad del agua potable de la ciudad de este modo para 2035.

Aunque este proceso es caro, pues cuesta mucho construir las instalaciones para procesar el agua y se necesita mucha energía para hacer pasar el líquido a través de membranas tan finas, la tecnología está avanzando y los costos están bajando. “Lo realmente sorprendente es que hemos recibido visitas de otros organismos y de zonas que cuentan con mucha agua”, menciona Juan Guerreiro, director de servicios públicos de San Diego. “No pensarías que querrían impulsar estos proyectos. Pero de lo que se están dando cuenta es de que reciclar el agua que ya tenemos almacenada en nuestros sistemas de aguas residuales, desde una perspectiva de gestión medioambiental, es verdaderamente beneficioso”. El reciclaje ayudaría a reducir la demanda de agua de los ríos, por ejemplo, protegiendo así las especies de peces que habitan en ellos.

El trabajo sucio de reciclar las aguas residuales

La parte más complicada del reciclaje de aguas residuales son los desechos humanos sólidos que las instalaciones acumulan en forma de biosólidos o fangos cloacales. En Estados Unidos, el 56% de los fangos generados se depositan en la tierra, el 27% en vertederos y el 16% en incineradoras. Además de todo el carbono de los alimentos que comemos, están impregnados de sustancias químicas que las industrias y nosotros arrojamos por el desagüe.

En 2022, Maine prohibió el uso de los fangos cloacales como fertilizantes debido a su contaminación con PFAS, un grupo de sustancias químicas perfluoroalquiladas relacionadas con cánceres y problemas hormonales. Además, están notoriamente cargados de microplásticos: cuando lavamos una carga de ropa, millones de fibras sintéticas se desprenden y van a parar a una instalación de aguas residuales. Los fangos que se depositan en los campos resultan ser una fuente importante de microplásticos que contaminan el medio ambiente.

La industria está investigando formas de aislar estos contaminantes, sostiene Grevatt, tanto para mantenerlos alejados del medio ambiente como para liberar con seguridad el potencial de nuestros residuos de carbono y nutrientes. “Es un reto extraordinario. Las operaciones de tratamiento de aguas residuales no son las productoras, sino receptoras de PFAS de todo tipo de fuentes distintas”, destaca Grevatt.

Una opción alternativa a los fangos cloacales es el biocarbón. Si calientas esa materia orgánica en una cámara especial, proceso conocido como pirólisis, se convierte en carbono concentrado. Las startups han estado haciendo esto con residuos agrícolas, como tallos de maíz, para crear carbón vegetal y aceite que entierran bajo tierra; a medida que esas plantas crecían, capturaban carbono, así que en este caso en realidad estarías retirando carbono de la atmósfera al devolverlo a la tierra. Los agricultores también esparcen biocarbón en sus campos, lo que mejora el rendimiento de las cosechas y añade carbono a los suelos.

Los investigadores están experimentando con el uso de la misma técnica para los sólidos de las aguas residuales convirtiendo los fangos cloacales en un producto sólido. “Si haces pirólisis, porque es termoquímica, es un proceso con calor, matas estas bacterias, estos patógenos, estos virus. Es mucho más limpio”, afirma el ingeniero Fengqi You, quien estudia las aguas residuales en la Universidad de Cornell. Además, los fangos son un líquido pesado y difícil de transportar de las instalaciones a las granjas. “Desplazas mucha agua en ellos y su densidad es baja. Pero el biocarbón es ligero, se mete en bolsas, lo que facilita su traslado”. Así, los productores lo enviarían más fácilmente a granjas lejanas, pero también lo distribuirían de forma más local, a granjas urbanas más cercanas a la propia fuente de aguas residuales.

Una instalación de aguas residuales también sirve para crear combustible en cámaras sin oxígeno, donde los microbios se comen los residuos sólidos y liberan metano “biogás” como subproducto. “Este biogás se quema para generar calor”, señala You. En Ithaca, Nueva York, se emplea para alimentar por completo una instalación de aguas residuales, pero You también ha estado probando el uso del biogás para calentar edificios próximos, incluido un centro médico. La calefacción de un edificio con gas natural añade emisiones de carbono a la atmósfera, pero como el biogás procede de los cultivos que comemos y defecamos en el sistema de alcantarillado, que creció extrayendo carbono de la atmósfera, al quemarlo se forma un ciclo de carbono.

Antes de que esos microbios produzcan biogás, también generan ácidos grasos volátiles. Estos serían susceptibles de convertirse en combustible para aviones, o quizá incluso para flotas de vehículos urbanos, opina Sybil Sharvelle, ingeniera medioambiental que estudia las aguas residuales en la Universidad Estatal de Colorado. “Esos ácidos grasos volátiles tienen mucho valor”, observa Sharvelle.

Además de utilizar los residuos sólidos como compostaje, como hace Epic Cleantec, Sharvelle apunta que las granjas urbanas se beneficiarían del uso de aguas residuales recicladas, desinfectadas para su uso en cultivos, pero conservando el nitrógeno y el fósforo, que son nutrientes esenciales para las plantas, pero difíciles de eliminar del agua. “Si dejas el nitrógeno y el fósforo en el sistema, es una forma mucho más eficiente desde el punto de vista energético de aprovechar directamente estos nutrientes”, cuenta Sharvelle.

En resumen, la trayectoria lineal del agua, de la fuente a la ciudad y al mar, empieza a desviarse. El futuro de las aguas residuales es circular, reciclándose de nuevo en agua potable, abono para las granjas urbanas y energía. Lejos de ser antinatural, beber agua del inodoro reutilizada es la clase de ingenio que la naturaleza pretendía. “El reciclaje es omnipresente en la naturaleza”, resalta Kempes. “Si hay una fuente de energía o nutrientes sin explotar, alguien encontrará la forma de usarla. Si creas un fertilizante, hallas una manera de limpiar el agua y generar calor y electricidad al mismo tiempo, eso refleja cuánto hemos visto evolucionar la biología durante miles de millones de años”.

Fuente: es.wired.com