Podría facilitar la producción de hidrógeno a partir de biomasa a escala industrial
Ingenieros de la universidad norteamericana de Penn State han ideado un sistema para generar hidrógeno a partir de materia orgánica. Para ello, han comprobado que una pila de combustible basada en microorganismos puede convertir la celulosa y otros materiales biodegradables directamente en hidrógeno. El rendimiento conseguido con esta nueva forma de extraer hidrógeno a partir de microbios es muy alto (entre un 91% y un 68%). Según sus creadores, esta técnica abriría la posibilidad de producir hidrógeno a partir de biomasa a escala industrial. Por Raúl Morales.
Ingenieros de la universidad norteamericana de Penn State han creado un sistema capaz de generar hidrógeno de una manera sencilla y muy eficiente a partir de materia orgánica. Esta investigación ha sido publicada en la revista Proceedings of Natioanal Academy of Sciences.
Grupos de investigadores de todo el mundo llevan años “corriendo” para dar con energías renovables, fáciles de generar y que sean eficientes en dicho proceso. El etanol está en el punto de mira para convertirse en una fuente de energía que reúna esas características. Sin embargó, económicamente extraer etanol de la celulosa (lo más común) dista 10 años de ser rentable económicamente. "Primero es necesario partir la celulosa en azúcares y después una bacteria puede convertir esos azúcares en etanol”, comenta Bruce E. Logan, que es profesor de ingeniería medioambiental en la Universidad Penn State, en un comunicado de la citada universidad.
Pero la clave parece estar en el hidrógeno. Logan y el investigador asociado Shaoan Cheng han sugerido un nuevo método para extraer hidrógeno de una manera sencilla y eficiente a partir de materia orgánica. En concreto ha comprobado que una pila de combustible basada en microorganismos o microbios puede convertir la celulosa y otros materiales biodegradables directamente en hidrógeno.
Los investigadores han usado una bacteria en una pila electrolítica con ácido acético. El ácido acético, además de estar presente en el vinagre, es también predominante en la fermentación de la glucosa o la celulosa. El ánodo de la pila electrolítica era grafito granulado y el cátodo era carbono, mientras que el catalizador era de platino.
Con estos componentes, la bacteria consume el ácido acético y libera electrones y protones creando electricidad (0,3 voltios). Para que el proceso de generación de hidrógeno se complete, es necesario introducir, además, una pequeña corriente eléctrica (0,2 voltios) desde el exterior del sistema. Cuando esto sucede, surgen directamente burbujas de hidrógeno desde el líquido. “Este proceso produce 288 % más energía en el hidrógeno que la energía eléctrica usada en todo el proceso”, comenta Logan.
Esto es importante, ya que la hidrólisis con agua, que es el método más común para extraer hidrógeno, es sólo entre un 50% y un 70% eficiente. Es decir, muy alejado de ese 288%. Incluso si descontamos esa pequeña carga de electricidad necesaria para que se complete el proceso, la eficiencia seguiría siendo muy alta: del 144%.
Economía del hidrógeno
Logan se muestra muy optimista respecto a la cercanía de una economía basada en el hidrógeno. Sugiere que el hidrógeno extraído de la celulosa y otros materiales orgánicos y renovables se mezcle con gas para ser susceptible, por ejemplo, de usarse en vehículos movidos con gas natural.
“Ya conducimos bastantes coches de gas natural. El gas natural es esencialmente metano”, dice Logan. “La combustión del metano es limpia, pero si le añadimos hidrógeno es todavía más limpia y funciona correctamente en vehículos de combustión con gas natural”
El rendimiento conseguido en esta nueva forma de extraer hidrógeno a partir de microbios es muy alto. Para el ácido acético se obtuvo un rendimiento del 91% y para la celulosa el rendimiento fue del 68%. Incluso en alguna de las configuraciones casi todo el hidrógeno disponible en las moléculas orgánicas fue extraído en forma gaseosa y utilizable.
Esta nueva propuesta facilitaría a medio plazo la producción de hidrógeno a partir de biomasa a escala industrial. La celulosa vegetal y otros desperdicios orgánicos podrían usarse de manera masiva para producir hidrógeno.
La electricidad aplicada al sistema no es muy grande y el hidrógeno producido genera, como hemos visto, mucha más energía que la consumida en el proceso. En el caso de utilizar vinagre la eficiencia total es del 80%, mucho más alta que en los procesos de obtención de biocombustibles como etanol o biodiesel.
Fertilizantes
Según sus creadores, otro uso potencial de esta pila de combustible microbiana es la fabricación de fertilizantes. Actualmente, los fertilizantes se manufacturan en fábricas y después se transportan a las granjas o explotaciones agrarias.
Con este nuevo sistema, las grandes granjas y cooperativas podrían producir hidrógeno a partir de astillas de madera para después, mediante un proceso muy común, usar nitrógeno presente en el aire y producir amoniaco o ácido nítrico. Ambos componentes se usan directamente como fertilizantes y, además, el amoníaco es susceptible de ser utilizado para hacer sulfatos y fosfatos.
Grupos de investigadores de todo el mundo llevan años “corriendo” para dar con energías renovables, fáciles de generar y que sean eficientes en dicho proceso. El etanol está en el punto de mira para convertirse en una fuente de energía que reúna esas características. Sin embargó, económicamente extraer etanol de la celulosa (lo más común) dista 10 años de ser rentable económicamente. "Primero es necesario partir la celulosa en azúcares y después una bacteria puede convertir esos azúcares en etanol”, comenta Bruce E. Logan, que es profesor de ingeniería medioambiental en la Universidad Penn State, en un comunicado de la citada universidad.
Pero la clave parece estar en el hidrógeno. Logan y el investigador asociado Shaoan Cheng han sugerido un nuevo método para extraer hidrógeno de una manera sencilla y eficiente a partir de materia orgánica. En concreto ha comprobado que una pila de combustible basada en microorganismos o microbios puede convertir la celulosa y otros materiales biodegradables directamente en hidrógeno.
Los investigadores han usado una bacteria en una pila electrolítica con ácido acético. El ácido acético, además de estar presente en el vinagre, es también predominante en la fermentación de la glucosa o la celulosa. El ánodo de la pila electrolítica era grafito granulado y el cátodo era carbono, mientras que el catalizador era de platino.
Con estos componentes, la bacteria consume el ácido acético y libera electrones y protones creando electricidad (0,3 voltios). Para que el proceso de generación de hidrógeno se complete, es necesario introducir, además, una pequeña corriente eléctrica (0,2 voltios) desde el exterior del sistema. Cuando esto sucede, surgen directamente burbujas de hidrógeno desde el líquido. “Este proceso produce 288 % más energía en el hidrógeno que la energía eléctrica usada en todo el proceso”, comenta Logan.
Esto es importante, ya que la hidrólisis con agua, que es el método más común para extraer hidrógeno, es sólo entre un 50% y un 70% eficiente. Es decir, muy alejado de ese 288%. Incluso si descontamos esa pequeña carga de electricidad necesaria para que se complete el proceso, la eficiencia seguiría siendo muy alta: del 144%.
Economía del hidrógeno
Logan se muestra muy optimista respecto a la cercanía de una economía basada en el hidrógeno. Sugiere que el hidrógeno extraído de la celulosa y otros materiales orgánicos y renovables se mezcle con gas para ser susceptible, por ejemplo, de usarse en vehículos movidos con gas natural.
“Ya conducimos bastantes coches de gas natural. El gas natural es esencialmente metano”, dice Logan. “La combustión del metano es limpia, pero si le añadimos hidrógeno es todavía más limpia y funciona correctamente en vehículos de combustión con gas natural”
El rendimiento conseguido en esta nueva forma de extraer hidrógeno a partir de microbios es muy alto. Para el ácido acético se obtuvo un rendimiento del 91% y para la celulosa el rendimiento fue del 68%. Incluso en alguna de las configuraciones casi todo el hidrógeno disponible en las moléculas orgánicas fue extraído en forma gaseosa y utilizable.
Esta nueva propuesta facilitaría a medio plazo la producción de hidrógeno a partir de biomasa a escala industrial. La celulosa vegetal y otros desperdicios orgánicos podrían usarse de manera masiva para producir hidrógeno.
La electricidad aplicada al sistema no es muy grande y el hidrógeno producido genera, como hemos visto, mucha más energía que la consumida en el proceso. En el caso de utilizar vinagre la eficiencia total es del 80%, mucho más alta que en los procesos de obtención de biocombustibles como etanol o biodiesel.
Fertilizantes
Según sus creadores, otro uso potencial de esta pila de combustible microbiana es la fabricación de fertilizantes. Actualmente, los fertilizantes se manufacturan en fábricas y después se transportan a las granjas o explotaciones agrarias.
Con este nuevo sistema, las grandes granjas y cooperativas podrían producir hidrógeno a partir de astillas de madera para después, mediante un proceso muy común, usar nitrógeno presente en el aire y producir amoniaco o ácido nítrico. Ambos componentes se usan directamente como fertilizantes y, además, el amoníaco es susceptible de ser utilizado para hacer sulfatos y fosfatos.
Fuente: ( Tendencias 21 )
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