Un tren de mercancías lleno de energía

23.03.2023
Editorial sobre el tema «ENERGÍA Y SOSTENIBILIDAD» del Prof. Dr. Franz Bischof

Transición energética: es posible obtener energía a partir de aguas residuales de forma innovadora y sostenible.

«¡Energía!» Una palabra que electrifica e invita al debate en este momento como ninguna otra. Todo el mundo en este país conoce la importancia de la energía, su disponibilidad y sus costes. Y son fuentes de energía, calor y electricidad, es decir, los productos de transformación de nuestros procesos técnicos con pérdidas que mantienen nuestras vidas y las de la industria en este país «en funcionamiento y vivas» y, al mismo tiempo, las hacen más fáciles.

1 000 000 billones de julios de consumo energético primario

Pero, ¿has pensado alguna vez en cuánta energía se necesita cada año en Alemania? Según las cifras actuales del Grupo de trabajo sobre Balances Energéticos de septiembre de 2022, Alemania tiene un consumo de energía primaria de 12.413 petajulios. Eso no suena a poco, ni tampoco lo es. Peta representa el número 10 a la potencia de 15, o dicho de forma más sencilla: 1 000 000 billones. Estas enormes cifras escapan por completo a nuestra imaginación y se necesitan imágenes mentales para comprender su significado.

Un tren de mercancías de 78.191 kilómetros de longitud

Imaginemos que esta energía primaria en forma de carbón de piedra tuviera que transportarse a Alemania con un tren de mercancías. Los vagones de mercancías que suelen utilizarse para ello tienen una carga útil de 65 toneladas y una longitud de 12 metros. Sería un largo tren de mercancías: ¡compuesto por más de 6,5 millones de vagones y una longitud total de 78.191 kilómetros! Cada año volvemos a vaciar este «tren especial a Alemania», que se extiende dos veces alrededor del ecuador terrestre. Los hogares, el transporte y la industria se reparten el consumo final más o menos a partes iguales, en torno al 20 % cada uno. Y casi la misma cantidad de energía primaria, es decir, casi el 18 %, se pierde al convertir la energía primaria en energía final.

Ahorro de energía, recuperación y nuevas formas de producción

Ahorrar energía siempre que sea posible, recuperarla y encontrar nuevas formas de producción de energía es, por tanto, la máxima prioridad, mientras que no sea posible sustituir a gran escala el consumo de energía primaria procedente predominantemente de combustibles fósiles por fuentes de energía renovables.

Las aguas residuales contienen energía química y térmica

Las aguas residuales parecen ser un medio muy interesante para ello y podrían suponer una importante contribución. Las aguas residuales contienen, por un lado, energía ligada químicamente que puede liberar microorganismos de forma controlada en procesos anaeróbicos en forma de combustible metano. Por otro lado, la energía térmica almacenada en las aguas residuales debería ser de gran interés. Por cada grado centígrado, 1 metro cúbico de aguas residuales tiene una cantidad de energía de 1,16 kWh. De este modo, las aguas residuales podrían sustituir teóricamente a 1 metro cúbico de gas natural si se enfrían 1.000 litros de este gas aprox. 9 grados centígrados mediante extracción de calor. ¡Calefacción con aguas residuales en lugar de con gas natural!

Aprovechamiento del alto potencial energético mediante sistemas de intercambio de calor adaptados

Sin embargo, estas aplicaciones en el ámbito del alcantarillado municipal son poco realistas, ya que esto afectaría demasiado al proceso de limpieza de la planta de tratamiento de aguas residuales. En cambio, el enfriamiento de 1 a 2 grados no suele suponer ningún problema e, incluso a esta escala relativamente pequeña, presenta un alto potencial energético o térmico. No obstante, es habitual que las aguas residuales o aguas de proceso se produzcan a temperaturas relativamente altas en municipios o incluso en procesos de producción industrial. No deberíamos permitirnos prescindir de esta energía en el futuro. Sin embargo, los potentes sistemas de intercambio de calor adaptados a las particularidades de las aguas residuales representan el requisito técnico para este objetivo, con el fin de poder crear conceptos sostenibles de aprovechamiento térmico para cada caso.

El futuro de los procesos y productos eficientes y con recuperación de energía

Desde el punto de vista general de la tecnología de aguas residuales, el futuro de los procesos y productos que recuperan energía y la utilizan de forma eficiente no comenzó ayer. El aprovechamiento del calor residual de las aguas residuales está cada vez más consolidado; los accionamientos eléctricos con rendimiento mejorado se utilizan cada vez más. Los nuevos procesos de tratamiento de aguas residuales tienen como objetivo eliminar sustancias orgánicas de las aguas residuales en la entrada de las plantas de tratamiento de aguas residuales para producir más metano en torres de digestión y, al mismo tiempo, reducir la energía necesaria para los procesos de tratamiento aeróbicos en la planta de tratamiento de aguas residuales.

A medida que avanza la digitalización, se están desarrollando nuevos e innovadores procesos de seguimiento para detectar el desgaste excesivo de las máquinas con el fin de identificar el consumo innecesario de energía en una fase temprana. Además, la digitalización en combinación con la evaluación inteligente de los datos, abre posibilidades completamente nuevas para optimizar los procesos: por ejemplo, menos acumulación de lodos y reducción del consumo de precipitantes. Aunque es posible que, a primera vista, estas ventajas no se reconozcan como medidas de ahorro energético.

Diseño inteligente, materiales de construcción ligera, calidad y durabilidad

Sin embargo, en un segundo vistazo, estas quedan patentes mediante la reducción de los productos químicos y el transporte. O lo que es lo mismo: ahorrar energía mediante «no produciendo» y «no haciendo kilómetros». El diseño inteligente de máquinas o la elección de materiales ligeros con el objetivo de reducir el peso también están directamente relacionados con el ahorro de energía en la fabricación y el transporte. La alta calidad de los productos y, por lo tanto, su durabilidad, son a su vez la base para un uso económico de las materias primas necesarias para su fabricación. Por tanto, la calidad del producto siempre debe considerarse como un factor positivo para el ahorro energético.

La simbiosis técnica entre energía y sostenibilidad

Muchos de estos ejemplos demuestran que la gestión responsable de la energía está intrínsecamente ligada a la tecnología sostenible de aguas residuales. La energía y la sostenibilidad se han unido en una destacable simbiosis técnica. En este sentido, la tecnología de aguas residuales en todos sus ámbitos de aplicación también podrá contribuir en gran medida a acortar nuestro «tren de mercancías lleno de energía» en el futuro. Solo hay que hacerlo, como dice el refrán: «Hacer es como querer, ¡solo que más atrevido!»

 

Prof. Dr.-Ing. Franz Bischof es catedrático de la Facultad de Ingeniería Mecánica / Tecnología Medioambiental de la asignatura «Procedimientos de Control de Agua, Aire y Suelos» en la Universidad Técnica de Amberg-Weiden de Baviera Oriental