NIBIO ha contribuido al desarrollo de un método para convertir gases de efecto invernadero como el CO₂ o el CO₂ en biometano, una fuente de energía renovable. Mediante finas capas de microorganismos, llamadas biopelículas, los gases de efecto invernadero pueden transformarse en combustible de combustión limpia.
Los gases derivados del carbono, como el dióxido de carbono (CO₂) y el monóxido de carbono (CO), suelen asociarse con la contaminación y el cambio climático. Pero ¿qué pasaría si estos gases pudieran transformarse en algo útil, como un combustible de combustión limpia?
En esto han estado trabajando el Dr. Lu Feng y otros investigadores. El objetivo de la colaboración ha sido desarrollar un nuevo método para producir biometano verde, una alternativa sostenible al gas natural.
A través de cinco artículos científicos, los investigadores han documentado cómo se pueden utilizar procesos basados en biopelículas para producir biometano con una pureza superior al 96%.
Los artículos aparecen en Biomass and Bioenergy, Journal of Environmental Chemical Engineering, Bioresource Technology Reports, Bioresource Technology y Biotechnology for Biofuels and Bioproducts.
Biopelícula diseñada para una conversión dirigida
Una biopelícula es una capa de microorganismos que crece en superficies. Los microbios trabajan juntos y forman una especie de comunidad que puede procesar gases y convertirlos en metano.
“En lugar de descomponer residuos orgánicos, como se hace en la producción tradicional de biogás, el método de biopelícula captura y procesa corrientes de gas utilizando microorganismos autoseleccionados alojados dentro de una biopelícula delgada en condiciones libres de oxígeno”, explica el Dr. Feng.
“Las biopelículas están muy extendidas en la naturaleza”, continúa. “Nuestro objetivo ha sido diseñar la biopelícula para que nos permita lograr una conversión específica, ya sea mediante reactores de lecho fijo o móvil. Esto abre nuevas oportunidades para convertir los gases que afectan al clima en energía valiosa”.
Entre otras cosas, los investigadores experimentaron con la adición de microorganismos seleccionados (un proceso conocido como bioaumentación) para mejorar la producción de metano.
“Al introducir microbios específicos productores de metano en los reactores, pudimos orientar el proceso hacia una conversión de CO₂ más eficiente”, afirma el Dr. Feng.
Los reactores de biopelícula mantienen una alta calidad y tolerancia al metano
El investigador asegura que las biopelículas que han desarrollado proporcionan un proceso estable y eficiente. Ayudan a retener los microbios, mejoran el contacto gas-líquido y aumentan considerablemente la superficie de contacto para la reacción. También toleran sustancias nocivas que, de otro modo, interrumpirían la producción de gas.
En particular, las biopelículas pueden ayudar a gestionar desafíos como los altos niveles de amoníaco y sulfuro de hidrógeno (H₂S). Estas sustancias se encuentran frecuentemente en corrientes de gases industriales y pueden ser problemáticas en los biorreactores convencionales.
“En uno de nuestros estudios, probamos cómo los reactores de biopelícula manejan el H₂S, un gas tóxico que puede reducir significativamente la producción de metano”, afirma el Dr. Feng.
“Los resultados mostraron que los sistemas sin biopelícula perdieron hasta un 30% del metano, mientras que los reactores con biopelícula mantuvieron una alta calidad de metano incluso con un contenido extremadamente alto de H2S”.
Los investigadores también examinaron el efecto del amoníaco, que suele inhibir la producción de metano. En este estudio, utilizaron un tipo de reactor llamado AnMBBR (Reactor Anaeróbico de Biopelícula de Lecho Móvil) y descubrieron que las biopelículas eran capaces de producir metano incluso con altas concentraciones de amoníaco.
“Se pueden acumular altos niveles de amoníaco cuando se utilizan lodos de pescado, purines animales o desechos alimentarios para producir biogás”, afirma el Dr. Feng.
“Nuestro análisis mostró que la biopelícula contenía microbios que toleran el amoníaco, incluido un grupo llamado Methanothermobacter, que puede utilizar H2 y CO2 para producir metano”.
Libera un gran potencial de sustratos no convencionales
En otro estudio, los investigadores probaron el método de biopelícula en gas de síntesis, una combinación de hidrógeno y monóxido de carbono.
“Esto podría liberar el potencial de utilizar residuos para producir biometano, por ejemplo, residuos plásticos y biomasa leñosa, que en circunstancias normales no se degradan en un bioproceso”, afirma el Dr. Feng.
Los investigadores descubrieron que agregar hidrógeno adicional podría aumentar la producción de metano. Sin embargo, el exceso de hidrógeno provocó un desequilibrio en el proceso.
“Esto demuestra que los reactores de biopelícula tienen un gran potencial, pero también que requieren un control cuidadoso para funcionar de forma óptima a escala industrial”, afirma el Dr. Feng.
Los procesos basados en biopelículas ofrecen una plataforma robusta y flexible para la futura producción de biogás. Esto podría contribuir significativamente a la reducción de las emisiones de gases nocivos, a la vez que se produce energía renovable, añade.
Fuente: Tech Xplore.
