El agua que corre por los desagües de las ciudades suele asociarse al fin de un ciclo, al desecho que debe ser tratado con urgencia para evitar impactos ambientales. Sin embargo, en el norte de Inglaterra, ese flujo constante de residuos está a punto de consolidarse como la mina de oro de los materiales y la energía del futuro.
En la última década, la gestión de los lodos de depuración ha evolucionado de manera acelerada gracias al paradigma de la economía circular. El procesamiento de estos residuos biológicos mediante digestión anaeróbica genera biogás, una mezcla rica en metano y dióxido de carbono que suele utilizarse como combustible para generar electricidad o calor para calefaccionar viviendas vecinas. Si bien el biogás representa un avance notable respecto al sistema de tratamiento convencional, United Utilities —la empresa pública que gestiona el agua y las aguas residuales de unos siete millones de personas en el noroeste de Inglaterra— cree que ese biogás puede convertirse en un puente directo entre el saneamiento urbano y la industria de vanguardia.
En 2023 montó, junto a la empresa tecnológica Levidian, una prueba piloto que marcó un hito mundial: por primera vez se produjo grafeno e hidrógeno limpio a partir de biogás derivado de lodos cloacales. El resultado fue lo suficientemente contundente como para que Ofwat —el regulador del sector hídrico del Reino Unido— le adjudicara ahora £9,5 millones dentro de su sexta edición del Water Breakthrough Challenge, un programa de financiamiento estatal diseñado para acelerar innovaciones que transformen la gestión del agua.
Con ese dinero, United Utilities instalará una unidad de mayor escala, capaz de producir aproximadamente tres veces más hidrógeno y grafeno que el sistema de demostración anterior. Y lo hará, además, en red: seis de las principales empresas de agua del Reino Unido —Severn Trent Water, Anglian Water Services, South West Water, Wessex Water, Yorkshire Water y Scottish Water— participarán del proyecto para evaluar si la tecnología puede replicarse en plantas de tratamiento de todo el país.
Qué es el grafeno y por qué el mundo lleva dos décadas hablando de él
El grafeno es una forma de carbono puro en la que los átomos se organizan en una red hexagonal de apenas un átomo de espesor. Para dimensionar su singularidad: es el material más delgado que existe —una sola capa atómica—, pero también uno de los más resistentes jamás caracterizados por la ciencia. A igual peso, es unas 200 veces más resistente que el acero. Conduce la electricidad mejor que el cobre y el calor mejor que cualquier otro material conocido. Es casi completamente transparente y, al mismo tiempo, impermeable a la mayoría de los gases y líquidos.
Su existencia como material aislable no era un secreto de laboratorio, pero durante décadas se consideró imposible obtenerlo de forma estable. En 2004, Andre Geim y Kostya Novoselov, investigadores de la Universidad de Mánchester, lo lograron con un método tan simple como inesperado: cinta adhesiva y lápiz grafito. Pelaron capas de grafito hasta obtener una sola hoja atómica. El experimento les valió el Premio Nobel de Física en 2010 y desató una de las carreras científicas más intensas del siglo.
Desde entonces, el grafeno apareció en las promesas de casi todas las industrias: baterías que cargan en segundos, membranas que filtran el agua con precisión molecular, materiales de construcción radicalmente más ligeros y resistentes, recubrimientos anticorrosión, semiconductores de nueva generación, sensores biomédicos. La brecha entre lo que el laboratorio demuestra y lo que la industria puede producir en escala y a costos razonables ha sido, hasta ahora, el principal obstáculo para que esas promesas se materialicen masivamente. Uno de los cuellos de botella más persistentes es justamente la producción: obtener grafeno de alta calidad, en volúmenes industriales y a precio competitivo, sigue siendo un desafío.
La tecnología de Levidian ataca ese problema desde un ángulo completamente distinto. En lugar de partir del grafito convencional, utiliza el metano presente en el biogás como materia prima. El proceso se llama LOOP: el gas es sometido a un plasma de microondas de alta temperatura que rompe las moléculas de metano —un átomo de carbono rodeado de cuatro de hidrógeno— y las disocia en sus componentes. El hidrógeno se libera como gas limpio. El carbono, en cambio, se reordena espontáneamente en estructuras laminares: grafeno.
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Biohidrógeno: la otra promesa que emerge del mismo caño
El hidrógeno producido en este proceso no es un subproducto menor. Es hidrógeno biogénico —denominado también como biohidrógeno, generado sin quemar combustibles fósiles ni emitir dióxido de carbono y cuya materia prima proviene de ciclos biológicos. Su importancia en el debate energético global es creciente y, en algunos sectores, decisiva.
Hoy, alrededor del 96 % del hidrógeno que se produce en el mundo se obtiene mediante reformado de gas natural, un proceso que libera enormes cantidades de CO₂ y que se conoce como hidrógeno gris. La alternativa más discutida —la electrólisis del agua con electricidad renovable, que produce hidrógeno verde— es la gran promesa desde hace décadas, aunque todavía continúa enfrentando barreras de costo, escala y logística que la mantienen en despliegue limitado. En ese contexto, rutas alternativas que partan de residuos biológicos y no requieran energía eléctrica adicional para la disociación molecular abren una posibilidad complementaria especialmente valiosa.
Tom Lissett, director de Bioresources y Green Energy de United Utilities, señaló que el proyecto busca extraer el máximo valor posible del procesamiento de lodos, y que el grafeno producido a partir de biogás tiene potencial para reducir emisiones de carbono en múltiples sectores mientras se consolida como un habilitador clave en la transición hacia la neutralidad climática.
Del biogás al hormigón, las baterías y los camiones: los socios que cierran el ciclo
El proyecto no se limita a producir grafeno e hidrógeno: define desde el inicio para qué se usarán. Tres socios especializados se encargarán de testar el grafeno en aplicaciones concretas con mercado real.
Concretene, empresa con sede en Mánchester, incorporará el grafeno como aditivo para hormigón de menor huella de carbono. La propuesta no es cosmética: al reforzar la red molecular del cemento con grafeno, es posible reducir la cantidad de cemento necesaria en cada mezcla sin sacrificar —y en algunos casos mejorando— la resistencia estructural. La industria de la construcción es responsable de alrededor del 8 % de las emisiones globales de CO₂, en gran parte por la producción de cemento. Cualquier reducción en el contenido de cemento por metro cúbico de hormigón tiene impacto directo y escalable.
Carbon Ion Energy, por su parte, evaluará el grafeno en la fabricación de supercapacitores: dispositivos de almacenamiento de energía que pueden cargarse y descargarse mucho más rápido que las baterías convencionales, con mayor vida útil y sin la degradación química que afecta a las celdas de litio. Son especialmente útiles para aplicaciones de alta potencia instantánea —frenado regenerativo, estabilización de redes eléctricas, maquinaria industrial—, y el grafeno es uno de los materiales más prometedores para mejorar su densidad energética. Tarmac, uno de los mayores grupos de materiales de construcción del Reino Unido, explorará usos adicionales en materiales de infraestructura vial y civil.
Hidrógeno para el transporte pesado
El hidrógeno producido como coproducto encontrará su primer destino en ULEMco, empresa con sede en Merseyside especializada en adaptar motores de vehículos pesados para funcionar con mezclas de hidrógeno y diésel. La lógica es similar a la del bioetanol en el transporte terrestre: no reemplazar toda la flota, sino modificar el combustible que ya quema para reducir sus emisiones sin exigir infraestructura nueva ni vehículos nuevos.
Una segunda apuesta: el tratamiento supercrítico de lodos
Dentro del mismo paquete de financiamiento, United Utilities lleva adelante un segundo proyecto en paralelo: la evaluación de la Oxidación en Agua Supercrítica (SCWO, por sus siglas en inglés) como tecnología para reducir drásticamente los volúmenes de lodo generados en el tratamiento de aguas residuales. La SCWO opera a temperaturas y presiones extremas —superiores al punto crítico del agua— en las que la materia orgánica se oxida de forma completa, sin combustión visible ni residuos sólidos significativos. El proceso ya probó su eficacia en otros sectores industriales; el proyecto estudiará si puede adaptarse a las condiciones específicas de los lodos cloacales del Reino Unido.
En este caso, los socios son Cleanfields Technologies —empresa estadounidense que realizará ensayos en EE.UU.— y la Queen’s University Belfast, que modelará el comportamiento del sistema para condiciones británicas. Yorkshire Water y Wessex Water participan como colaboradores. General Atomics, el proveedor tecnológico, es un grupo industrial norteamericano con trayectoria en tecnologías nucleares, defensa y energía avanzada, que ha encontrado en el tratamiento de residuos industriales una nueva línea de aplicación.
