Autoría de Josué• 26 julio, 2021• 12:30 pm• Desde la UNAM

Producción de hidrógeno a partir de residuos, ¿en qué nos beneficia? – Karla María Muñoz Páez

Las crecientes necesidades energéticas y ambientales de la humanidad han dado pie al impulso del uso de energías alternativas y a fijar la mirada en combustibles como el hidrógeno (H₂). El H₂ cuenta con una alta capacidad calorífica que es casi tres veces la de las gasolinas convencionales y su quema controlada da como único producto agua.

Además de su uso como combustible, el H₂ es ampliamente empleado como materia prima en la industria, principalmente durante la refinación del petróleo y la producción de amoniaco para fertilizantes. Actualmente es producido casi en su totalidad mediante procesos que usan combustibles fósiles como materia prima, generando por lo tanto emisiones de dióxido de carbono cercanas a 800 millones de toneladas por año.

Una forma de hacer ambientalmente más amigable la producción de H₂ es a través del uso de energías alternativas como la eólica y solar en procesos ya establecidos que utilizan altas temperaturas, reacciones químicas y/o electricidad. Con esto se disminuiría las emisiones a la atmósfera y además el H₂ podría ser usado como un acarreador energético, es decir, como una forma de almacenar esa energía renovable y poder usarla en algún lugar que no necesariamente es donde se generó.

Otra de las alternativas es usar la biomasa (materia orgánica) y procesos biológicos, es decir, pedirle ayuda a diversos organismos microscópicos (microorganismos) que se encuentran en el medio ambiente para transformar la materia orgánica en un biogás compuesto principalmente de H₂ y CO₂, que para poder usarse requiere su purificación.

Durante la producción biológica de H₂ se pueden tener dos beneficios principales: 1) se usa un proceso con emisiones neutras de CO₂, es decir, el CO₂ que se genera es el mismo que ya fijó la planta que se usa como materia prima (biomasa); 2) se pueden utilizar residuos orgánicos, con lo cual se reusarían para generar un producto de valor agregado y así ayudar al manejo integral de los residuos.

Un proceso biológico ampliamente estudiado es la llamada fermentación oscura, que se lleva a cabo en ausencia de oxígeno. Si nos enfocamos en su nombre, podríamos pensar que a los microorganismos que la llevan a cabo les hace daño la luz y por eso necesitan oscuridad, pero no es así, en realidad pueden llevar a cabo sus procesos en cualquiera de las dos condiciones, a diferencia de otros que necesitan luz para crecer.

Existen diversos residuos orgánicos que ya se estudian para encontrar las mejores condiciones de fermentación para producir H₂ a partir de ellos: residuos sólidos orgánicos de restaurantes, residuos sólidos de la producción del tequila, los residuos líquidos de la producción de vinos y de queso.

En particular, al residuo líquido de la producción de queso, que se le conoce como suero de leche, tiene un alto contenido de carbohidratos que lo hace susceptible de ser usado en la fermentación oscura. Se sabe que se pueden llegar a generar 9 kg de suero por kg de queso, y se puede clasificar en dos tipos de acuerdo con sus características fisicoquímicas, que dependen de los procesos de producción de remoción de caseína.

El suero dulce se genera cuando se usa cuajo, y tiene un pH entre 5.9 y 6.6, mientras que el suero ácido, generado por fermentación o adición de ácidos minerales, tiene un pH ácido de alrededor de 4.3-4.6. El suero de leche dulce ya es reusado como alimento para ganado, mientras que el suero ácido no ha podido ser utilizado para otro proceso, pero tiene potencial para ser usado en la fermentación oscura que se lleva a cabo a partir de sus carbohidratos y con pH bajos.

Se ha logrado la producción de H₂ a partir de suero de leche ácido para así darle un reúso, pero se enfrenta al inconveniente de bajas productividades e inestabilidad del sistema a lo largo del tiempo. Los sistemas de estudio han sido con distintos tipos de reactores, como aquellos en los que se tiene un mezclado mecánico y los microorganismos se encuentran suspendidos (mezcla completa), y aquellos en los cuales el mezclado es hidráulico y los microorganismos se encuentran unidos en forma de gránulos (reactor anaerobio de flujo ascendente).

También se ha experimentado el usar suero de leche en polvo para así mantener las mismas condiciones de entrada, ya que estas características varían con cada lote de suero de leche a usar y esto puede afectar la productividad del sistema. Se tienen grandes avances, ya que una de las productividades más altas alcanzadas ha sido de 7 LH₂/L reactor-día con suero crudo en reactores en los que los microorganismos se encuentra adheridos a un soporte; y actualmente se está probando que sistemas automáticos de control adapten ciertas condiciones de operación de forma automática cuando se observe una disminución en la producción de H₂ y así se tengan altas productividades con una mejora de la estabilidad del sistema.

Como se puede apreciar, los sistemas de producción de H₂ a partir de residuos, como lo es el suero de leche, aún no se encuentran en un nivel tecnológico como para ser usados industrialmente, pero sí abren la puerta para ser considerados dentro de una economía circular que impulse el H₂ como combustible y el reúso de residuos orgánicos.