Científicos de la privada Universidad Técnica de Loja en Ecuador estudian como las bacterias convierten el jacinto de agua en hidrógeno verde.
En Ecuador investigan la posibilidad de utilizar microorganismos para producir combustibles limpios y renovables. A partir del jacinto de agua, las bacterias los producen mediante fermentación oscura.
Fue en el siglo XVII cuando un hombre llamado Antonie van Leeuwenhoek desafió las creencias de su época. Al observar una simple gota de agua a través de un microscopio casero, descubrió un universo hasta entonces invisible: el mundo de los microorganismos. Este evento, considerado el inicio de la revolución microbiana, cambió radicalmente nuestra comprensión de la vida y de los procesos fundamentales que ocurren en la Tierra.
Antes de la llegada de la microbiología y el posterior desarrollo de la bioquímica, nuestra comprensión de algunos fenómenos naturales era muy limitada. Por ejemplo, desconocíamos las causas del deterioro de los alimentos, las enfermedades que nos afligen y los procesos de fermentación que crean alimentos básicos como el pan, el queso y la chicha andina. la creencia en la generación espontánea de la vida a partir de la materia inerte era un dogma indiscutible.
El género Clostridium, que incluye bacterias anaeróbicas que se encuentran comúnmente en una variedad de ambientes como el suelo, los sedimentos y el tracto gastrointestinal de animales y humanos, se ha convertido en objeto de creciente interés en el área de la biotecnología, especialmente para la producción de biocombustibles como el hidrógeno.
Las especies del género Clostridium pueden producir hidrógeno a partir de azúcares simples, que a su vez pueden obtenerse de diversas fuentes, por ejemplo residuos agrícolas y forestales, que se caracterizan por un alto contenido de lignocelulosa.
Microorganismos y producción de energía
En el campo de la biotecnología, estos diminutos organismos desempeñan un papel importante en la producción de medicamentos, biocombustibles y productos de fermentación, así como en procesos de procesamiento biológico. Según Paulina Aguirre, profesora de la carrera de ingeniería ambiental de la Universidad Técnica Privada de Loja (UTPL): “gracias a la capacidad metabólica que tienen los microorganismos es posible explorar una amplia gama de aplicaciones, abarcando desde la generación de energía hasta la reducción de residuos de forma eficaz”.
En 2023, el hidrógeno verde, de bajas emisiones representó sólo el 0,7% del consumo mundial de hidrógeno, estimado en 95 millones de toneladas. “A pesar de que el hidrógeno verde es limpio durante su uso, su producción puede ser contaminante si se basa en fuentes de energía tradicionales como el carbón o el gas”, explica Aguirre.
En este contexto, la producción microbiana de hidrógeno parece ser una dirección prometedora. Esta línea de investigación se centra en desarrollar métodos biológicos para la producción de hidrógeno verde, posicionándolo como una fuente de energía renovable y sostenible.
Proceso bioquímico de la obtención de hidrógeno verde
El hidrógeno es un reactivo importante en diversos procesos bioquímicos llevados a cabo por muchos microorganismos.
Algunos lo consumen para acelerar el metabolismo en un proceso similar a la respiración, mientras que otros lo producen mediante fermentación. Además, algunas bacterias lo utilizan para convertir el nitrógeno atmosférico en amoníaco, enriqueciendo el suelo con los nutrientes que necesitan las plantas.
Utilizando un proceso biotecnológico llamado fermentación oscura, el equipo de Aguirre utiliza jacinto de agua como materia prima. “Esta planta es muy utilizada en procesos de tratamiento debido a su capacidad para capturar metales pesados, pero ahora se ha convertido en una plaga. Esto, combinado con su alto contenido en celulosa, lo convierte en un buen candidato para la producción limpia de hidrógeno”, explica la investigadora.
Una vez recogida, la materia prima se somete a un pretratamiento, en el que se descompone su estructura vegetal, liberando azúcares como la glucosa. Es alimento para bacterias del género Clostridium, que inician la fermentación oscura en un ambiente anaeróbico. Como minifábricas biológicas, estas bacterias procesan glucosa y producen hidrógeno como subproducto de su metabolismo, que se acumula en la parte superior del biorreactor donde se puede recuperar.
66% de eficiencia en las pruebas
Las pruebas realizadas en laboratorio lograron una eficiencia de producción de hidrógeno de hasta un 66% respecto a la glucosa utilizada como materia prima, resultando en un costo de aproximadamente 2,50 dólares por kg de hidrógeno verde, con amplio margen para reducir este valor mediante la mejora del proceso y la disminución de costos operativos.
Además de hidrógeno, de este proceso también se obtienen ácidos láctico, butírico y acético, que tienen muchas aplicaciones. El ácido láctico tiene su papel en la industria alimentaria, pero también estimula la producción de plásticos biodegradables. El ácido butírico, conocido por su uso en perfumería, también desempeña un papel importante en la producción de biocombustibles. A su vez, el ácido acético, necesario para la producción de vinagre, se utiliza con fines médicos como antiséptico, así como en la producción industrial de diversos compuestos químicos.
Aguirre dijo que el proceso ha sido probado en el laboratorio y que ella y su equipo están trabajando para mejorar varios aspectos clave para mejorar su efectividad. Esperamos comenzar pronto el proceso de escalamiento a un entorno adecuado que simule las condiciones operativas del mundo real. Este movimiento será un paso importante hacia la industrialización de esta tecnología en un futuro próximo.
Un elemento característico de la estrategia de trabajo de la investigadora es el uso de jacinto de agua como materia prima.
Esta planta se puede utilizar como biorremediador en depósitos de agua dulce y el exceso de materia vegetal producida en el proceso se puede utilizar para producir hidrógeno verde.
Esto no sólo permitirá el reciclaje de residuos líquidos sino también el pleno aprovechamiento de la biomasa producida, en línea con el concepto de economía circular.
Según la investigadora: «nuestro enfoque tiene un doble beneficio ambiental tanto para la biorremediación de cuerpos lacustres como para la producción de biohidrógeno, si además consideramos el aprovechamiento industrial de los ácidos, estamos hablando de una biorrefinería donde buscamos la generación de cero residuos«
Uno de los principales retos asociados al uso eficiente del hidrógeno a gran escala es su almacenamiento. “El hidrógeno es uno de los elementos más puros de la naturaleza pero también el más explosivo. Gracias a esto tiene una gran capacidad energética«, – afirmó la investigadora.
El alto potencial energético del hidrógeno lo convierte en un candidato ideal para un futuro combustible limpio, pero su reactividad y alta volatilidad plantean desafíos especiales para su almacenamiento y transporte seguros. Compresión, licuación o congelación son algunas de las soluciones que se han propuesto y se espera que esta tecnología siga desarrollándose.
Almacenamiento seguro y conveniente para el hidrógeno verde
Estas soluciones pretenden no sólo hacer que el almacenamiento de hidrógeno sea más seguro y práctico, sino también más eficiente energéticamente. Superar estos obstáculos es fundamental para integrar el hidrógeno en nuestra infraestructura energética y aprovechar su potencial como fuente de energía limpia y renovable.
El hidrógeno juega un papel importante en la transición hacia una economía baja en carbono, principalmente porque es una fuente de energía limpia y flexible.
Cuando se quema hidrógeno, solo se produce vapor de agua como subproducto, lo que lo convierte en una herramienta atractiva para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
La agencia de calificación de servicios financieros S&P Global estima que para 2050, la demanda mundial de hidrógeno verde alcanzará los 614 millones de toneladas por año, lo que representa alrededor del 12% del consumo total de energía.
Pauline Aguirre recuerda que “inicialmente los paneles solares eran una tecnología bastante cara, pero ahora se pueden instalar incluso en tu casa. Desarrollar hidrógeno verde para su uso cotidiano también llevará tiempo, pero sucederá«.
Ecoportal.net
Con información de: https://www.agenciasinc.es/