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Desde la Agencia Española ISBN se ha concedido el siguiente número ISBN para las comunicaciones técnicas:

978-84-09-46920-8
Recopilación de Publicaciones Científico Técnicas y de Difusión de Proyectos aceptadas en el Marco del Congreso Nacional del Medio Ambiente

(Los contenidos de las comunicaciones técnicas y de los póster son exclusiva responsabilidad de sus autores)

Explorando nuevas estrategias de producción de hidrógeno por fermentación oscura

Autor: Dolores Hidalgo Directora Area Economía Circular Fundación Cartif
Otros autores: Jesús M. Martín-Marroquín (CARTIF), Juan Castro (CARTIF), Enrique Pérez (CARTIF)
Formato: Comunicación técnica escrita
Tipo: Difusión de Proyecto
Temática: Energía, eficiencia y cambio climático; Residuos
Programa Financiación: Otro
ODS relacionados: Energía asequible y no contaminante

Documentos asociados: Doc. Escrito

Resumen:
La búsqueda de alternativas para la producción sostenible de combustibles es, sin duda, una de las actividades de investigación más importantes en el mundo actual. Las instalaciones de tratamiento de residuos se están convirtiendo, en este sentido, en una oportunidad para la generación de vectores energéticos renovables. Hasta ahora, la producción de metano era algo habitual en los procesos de tratamiento de residuos de biomasa, pero el interés que está despertando el hidrógeno se está volcando hacia la generación de este otro gas renovable con mucho futuro. En los últimos años, la fermentación oscura se ha consolidado como el método más prometedor de producción biológica de hidrógeno motivado, por un lado, por su mayor productividad y rendimiento de biohidrógeno en comparación con otros métodos biológicos, y, por otro lado, por otro lado, por su mayor versatilidad en el tratamiento de diferentes sustratos, desde azúcares simples hasta biomasa lignocelulósica, residuos de alimentos y corrientes de aguas residuales altamente cargadas, o glicerol. El uso de estos sustratos aporta una ventaja competitiva a esta vía productiva con valor añadido en cuanto a su papel en la valorización de residuos, clave en la transición hacia una economía circular. La producción de hidrógeno por fermentación oscura se lleva a cabo por bacterias anaerobias que usan sustratos ricos en carbohidratos. El proceso de fermentación oscura para producir hidrógeno aún no se ha implementado a escala industrial y actualmente se encuentra bajo investigación debido a que el proceso a veces es inestable debido a que las bacterias involucradas son muy sensibles, especialmente a la presión parcial de hidrógeno. El presente trabajo, desarrollado en el marco del proyecto H24NEWAGE, se centra en explorar estrategias operativas que incluyen aprovechar el potencial de la nanotecnología en la activación de microorganismos de interés que favorezcan la producción de biohidrógeno por fermentación oscura, analizando los mecanismos implicados, la influencia del sustrato utilizados y los cambios operativos que deben realizarse para aumentar la eficiencia global de producción de hidrógeno por esta ruta fermentativa. Para ello, la biomasa de residuos húmedos (estiércol animal y efluentes de alta carga) se somete a un tratamiento por digestión anaerobia en dos fases, siendo la primera una fase de fermentación oscura en la que se habrán añadido novedosas nanopartículas de hierro encapsuladas en carbono. Inicialmente se realizarán pruebas a escala de laboratorio para optimizar el proceso de fermentación oscura con generación directa de biohidrógeno e inhibición de bacterias hidrogenotróficas.. Los resultados preliminares a escala de laboratorio muestran un aumento en la producción de hidrógeno por fermentación oscura de hasta un 15 % utilizando las nanopartículas en estudio.
Objetivos:
El presente trabajo, desarrollado en el marco del proyecto H24NEWAGE, se centra en explorar estrategias operativas que incluyen aprovechar el potencial de la nanotecnología en la activación de microorganismos de interés que favorezcan la producción de biohidrógeno por fermentación oscura, analizando los mecanismos implicados, la influencia del sustrato utilizados y los cambios operativos que deben realizarse para aumentar la eficiencia global de producción de hidrógeno por esta ruta fermentativa.
Acciones:
A pesar de que el objetivo final del estudio realizado en el marco del proyecto H24NEWAGE es emplear corrientes residuales para la producción de hidrógeno, los primeros ensayos, que son los que aquí se recogen, se han llevado a cabo con un sustrato sintético, con el objetivo de tener controladas las características del mismo. El sustrato empleado está compuesto por glucosa como fuente de carbono principal y una disolución de macro y micronutrientes. Durante los ensayos se comprobó la efectividad de distintos aditivos con potencial para mejorar la actividad de los microorganismos productores de hidrógeno. Como aditivo principal, se emplearon nanopartículas de hierro monovalente encapsuladas en carbono a partir de residuos oleícolas (comercializadas por SMALLOPS). Además, en un segundo ensayo se emplearon aditivos orgánicos como el hidrochar (comercializado por Ingelia) procedente de un proceso de carbonización hidrotermal y carbón activo (marca ChiemiVall).
Resultados:
El uso de aditivos en procesos de producción de hidrógeno mediante fermentación oscura ha demostrado lograr mejoras en los rendimientos de generación de este gas. Especialmente destacable es el efecto de las nanopartículas de hierro monovalente que consiguen incrementar la producción de hidrógeno hasta el 25,6%. A pesar de ser un aumento considerable, esta mejora es muy variable en ensayos cortos como los realizados en esta experimentación. Es por ello que, aunque los resultados son muy prometedores, se ve necesario confirmar esta tendencia mediante la realización de ensayos en continuo. Por otro lado, todos los incrementos de producción observados son en términos absolutos. Es decir, el porcentaje de hidrógeno en el biogás generado no parece aumentar con el uso de aditivos en este tipo de ensayos, ya que todos los experimentos los porcentajes máximos alcanzados son muy similares entre sí, independientemente del uso de aditivos.