Recuperación y valorización del nitrógeno contenido en la fracción orgánica del residuo sólido municipal a través de la producción biológica de óxido nitroso

Hoy en día, el nitrógeno contenido en los residuos y en las aguas residuales se elimina para reducir el impacto ambiental de su liberación al medio ambiente. Esta eliminación se lleva a cabo mediante procesos biológicos en plantas estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) urbanas o industriales (EDAR). De esa manera, el nitrógeno eliminado se emite a la atmósfera, principalmente en forma de gas nitrógeno y en parte en forma de óxido nitroso (N2O), un gas de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global 273 veces mayor que el dióxido de carbono. En los últimos años, se han desarrollado y probado diferentes tecnologías para recuperar el nitrógeno en lugar de eliminarlo. Los productos de esos procesos de recuperación son diferentes tipos de sales de amonio o amoniaco contenido en una corriente de gas. Sin embargo, el nitrógeno se puede recuperar en forma de otros subproductos con mayor valor añadido, como el N2O, que tiene varias aplicaciones industriales como la industria química, aeroespacial, médica, alimentaria y medioambiental. La producción industrial de N2O se lleva a cabo actualmente con un proceso químico que requiere un gran consumo energético. El desarrollo de un proceso biológico alternativo para la producción de N2O a partir de residuos supondría una mejora tecnológica y medioambiental significativa. Una producción biológica eficiente y viable de N2O solo puede llevarse a cabo a partir de residuos o aguas residuales con un alto contenido en nitrógeno y materia orgánica como es la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORM). La cantidad de residuos sólidos urbanos recogidos en España en 2022 fue de 23 millones de toneladas y la FORM se sitúa en torno al 40-50%, es decir, 9,2-11,5 millones de toneladas al año y el contenido de nitrógeno en torno al 5,5%, es decir, 0,5-0,6 millones de toneladas al año. La FORM está compuesta fundamentalmente por residuos alimentarios, es decir, es un recurso natural valioso que debe ser reutilizado. El proyecto BioN2O propone un proceso biológico de dos etapas para la producción simultánea de N2O y polihidroxialcanoatos (PHA), es decir, bioplásticos, a partir de diferentes fracciones de la OFMSW. El proceso consiste en: (i) un primer reactor de biopelícula de nitritación para la producción aeróbica de N2O y (ii) un segundo reactor discontinuo secuenciado aeróbico-anóxico para la producción anóxica de N2O acoplada al enriquecimiento simultáneo de biomasa acumuladora de PHA. El N2O producido y contenido en los efluentes gaseosos de estos biorreactores será posteriormente separado y concentrado utilizando un módulo de membrana. Además, se extraerá y recuperará el PHA acumulado en la biomasa. Por último, se utilizarán herramientas de genómica y proteómica para comprender la producción biológica de N2O en condiciones aeróbicas y anóxicas a nivel micro. Este conocimiento sobre la bioproducción de N2O a nivel micro será muy útil para optimizar el proceso a nivel macro.