El proyecto “Nanomateriales para la mejora de la digestión anaerobia: incrementando el contenido en metano y convirtiendo dióxido de carbono a metanol – SQUEEZER – TED2021-130407B-100” subvencionado en la convocatoria 2021 – Proyectos estratégicos orientados transición ecológica y transición digital 2021 Digital del Ministerio de Ciencia e Innovación, une dos mundos aparentemente desconectados, el del tratamiento de residuos mediante procesos biológicos y el de la nanotecnología. La hipótesis del proyecto SQUEEZER es que es posible mejorar el proceso de digestión anaerobia desde una perspectiva global: i) aumentando el contenido de metano del biogás mediante la adición de nanomateriales al digestor anaerobio y ii) convirtiendo parte del dióxido de carbono presente en el biogás a metanol mediante catálisis con nanomateriales.
El efecto de las nanopartículas metálicas sobre la digestión anaerobia se está estudiando desde hace algunos años en distintos grupos de investigación. En concreto, nuestro grupo de investigación (en paralelo a otro grupo de investigación) informó por primera vez en 2014 de una mejora del proceso de digestión anaerobia de residuos orgánicos mediante la adición de nanopartículas de óxido de hierro. A partir de entonces, se han utilizado distintos tipos de nanomateriales para mejorar el proceso de digestión anaerobia. Además de las nanopartículas basadas en hierro, otras también han reportado efectos positivos, tales como nanopartículas basadas en cobalto, óxido de titanio, óxido de molibdeno o níquel. Como se ha comentado, además de aumentar la producción de biogás o su contenido en metano, el proceso global de digestión anaerobia también puede mejorarse mediante la conversión de dióxido de carbono del biogás en metanol. El metanol tiene características similares al hidrógeno, pero es líquido en condiciones normales, por lo que es buena alternativa. La gestión del metanol es análoga a los combustibles líquidos tradicionales como la gasolina y puede utilizarse, como fuente de energía para el transporte o como molécula de plataforma para producir compuestos de valor añadido. La conversión de dióxido de carbono a metanol es conocida, pero se realiza bajo condiciones de elevada temperatura y presión. El objetivo del proyecto SQUEEZER es conseguir esta conversión a temperaturas y presiones más bajas mediante el uso de nanomateriales.
Principales resultados en la mejora del proceso biológico de la de digestión anaerobia
en procesos en discontínuo a escala de 250 mL se han los obtenido resultados siguientes, trabajando con lodos de EDAR como sustrato:
| Nanopartícula | Proceso | Mejora |
| nVZI en suspensión | Discontinuo | 16% en el contenido de metano y hasta un 150% en la producción de metano |
| nZVI@Quitosano | Discontinuo | No se aprecia mejora significativa |
| Niquel | Discontinuo | No se aprecia mejora significativa |
| Cobalto | Discontinuo | No se aprecia mejora significativa |
| Quitosano | Discontinuo | No se aprecia mejora significativa |
| Ni@Quitosan | Discontinuo | No se aprecia mejora significativa |
| Co@Quitosan | Discontinuo | No se aprecia mejora significativa |
| nZVi liofilitzades | Discontinuo | No se aprecia mejora significativa |
Estudiando el efecto sobre la digestión anaerobia de la fracción orgánica de residuos municipales, no se han observado mejoras destacables.
Para los estudios continuos, con lodos de EDAR, se ha utilizado un digestor BioReactor Simulator (BRS) system, BPC Instrument
De los 6 digestores de 2L, dos de ellos se han mantenido siempre como controles, y los otros 4 se han tratado con nanopartículas a diferentes concentraciones y modos de dosificación. Los resultados obtenidos en ensayos en semi-continuo muestran que no hay diferencia estadística entre la adición semanal o diaria (misma cantidad total). Durante los experimentos realizados se ha detectado una influencia importante de la carga orgánica de operación sobre el efecto de las nZVI, de manera que la concentración de metano en el biogás aumenta al bajar la carga orgánica y al aumentar la concentración de nZVI (1 g/L nZVI, 0.8 g SV/L día). En cambio, la producción de biogás y de metano aumentan al aumentar la carga orgánica, obteniéndose los mejores resultados a cargas de 1.6 g SV/L día y 0.3 o 0.7 g de nZVI/L, con valores de incremento del 3.7% en la producción de biogás y del 7.8% en la producción de metano.
Además de los experimentos a 2L, se ha llevado a cabo un estudio en un digestor anaerobio de 100L, obteniéndose resultados similares a los obtenidos en los digestores de 2L.
Principales resultados en la conversión de dióxido de carbono a metanol
Los resultados principales obtenidos del proceso de catálisis química de CO2 a metanol se muestran en la siguiente tabla:
| Nanomaterial | Resultados |
| CuO/ZnO/Al2O3@chitosan | productividades de 92,44 mg de Metanol/g catalizador/h, con una selectividad superior al 90% a una temperatura de 260°C y una presión 10 bar (+) |
| CuZnO | productividades de 14,4 mg de Metanol/g catalizador/h, con una selectividad superior al 76% a una temperatura de 260°C y una presión 10 bar |
| CuZnOCeO2 | productividades de 15,1 mg de Metanol/g catalizador/h, con una selectividad superior al 71% a una temperatura de 260°C y una presión 10 bar |
| CuZnOCeO2@Ce-MOF | productividades de 21,3 mg de Metanol/g catalizador/h, con una selectividad superior al 52% a una temperatura de 260°C y una presión 10 bar |
| CuZnOCeO2@MOF-5 | productividades de23,3 mg de Metanol/g catalizador/h, con una selectividad superior al 79% a una temperatura de 260°C y una presión 10 bar |
| CuZnOCeO2@ZIF-8C | productividades de 15,9 mg de Metanol/g catalizador/h, con una selectividad superior al 61% a una temperatura de 260°C y una presión 10 bar |
| Ce-MOF | productividades de 0,7 mg de Metanol/g catalizador/h, con una selectividad superior al 90% a una temperatura de 260°C y una presión 10 bar |
| MOF-5 | productividades de 1,4 mg de Metanol/g catalizador/h, con una selectividad superior al 93% a una temperatura de 260°C y una presión 10 bar |
| Cu/ZnO/Al2O3@biochar | productividades de 496 mg de Metanol/g catalizador/h, con una selectividad superior al 71% a una temperatura de 260°C y una presión 10 bar |
| Cu/ZnO/Al2O3@MGPN | productividades de 145 mg de Metanol/g catalizador/h, con una selectividad superior al 98% a una temperatura de 260°C y una presión 10 bar |
