Investigadores de la Universidad Técnica Particular de Loja, en Ecuador, exploran el uso de microorganismos para producir combustible limpio y renovable. A partir del jacinto de agua (Eichhornia crassipes), las bacterias lo generan mediante el proceso de fermentación oscura.
Microorganismos. Las bacterias Clostridium
En el siglo XVII, mientras observaba una simple gota de agua a través de un microscopio artesanal, el neerlandés Antonie van Leeuwenhoek descubrió un universo invisible hasta entonces: los microorganismos. Fue el inicio de la revolución de la microbiología, que transformó radicalmente nuestra comprensión de la vida y los procesos fundamentales que ocurren en la Tierra.
Hoy sabemos que las bacterias anaerobias del género Clostridium fermentan carbohidratos y aminoácidos y se encuentran comúnmente en el suelo, en sedimentos y en el tracto gastrointestinal. Y que despiertan un interés creciente en biotecnología, sobre todo por la producción de hidrógeno limpio.
Estas bacterias pueden producir hidrógeno a partir de azúcares simples que, a su vez, pueden obtenerse de residuos agrícolas y forestales, con alto contenido en lignocelulosa.
Microrganismos y generación de energía
Estos microorganismos tienen un papel crucial en la producción de medicamentos, biocombustibles y alimentos fermentados. Según Paulina Aguirre, investigadora y profesora de Ingeniería Ambiental en la Universidad Técnica Particular de Loja, “gracias a la capacidad metabólica que tienen los microorganismos podemos explorar una amplia gama de aplicaciones, desde la generación de energía hasta la reducción de residuos de forma eficaz”.
En 2023, el hidrógeno bajo en emisiones solo representó el 0,7% del uso global de hidrógeno, calculado en 95 millones de toneladas. A pesar de que el hidrógeno es limpio durante su uso, su producción puede ser contaminante si se basa en fuentes de energía tradicionales, como el carbón o el gas. Por eso la producción de hidrógeno a través de microorganismos es un campo prometedor. Se trata de desarrollar métodos biológicos para generar hidrógeno verde* como una fuente de energía renovable y sostenible.
Procesos bioquímicos. Fermentación oscura
El hidrógeno es un reactivo importante en diversos procesos bioquímicos desarrollados por microorganismos. Algunos lo consumen para impulsar su metabolismo en un proceso similar a la respiración, mientras que otros lo producen durante la fermentación. Además, ciertas bacterias lo usan para convertir el nitrógeno del aire en amoníaco, enriqueciendo el suelo con nutrientes esenciales para las plantas.
Mediante un proceso biotecnológico conocido como fermentación oscura, el equipo liderado por Aguirre está utilizando el jacinto de agua como materia prima. “Es una planta muy utilizada en procesos de remediación, por su captura de metales pesados, pero también una especia invasora que en la actualidad se ha convertido en una plaga. Eso, y su alto componente en celulosa, lo convierte en un buen candidato para generar hidrógeno limpio”.
Tras la recolección de la materia prima, se somete a un pretratamiento que descompone su estructura vegetal, liberando glucosa, que es el alimento para las bacterias que, en un entorno sin oxígeno, inician la fermentación oscura. Como pequeñas biofactorías, estas bacterias procesan la glucosa y liberan hidrógeno como un subproducto de su metabolismo, el cual se acumula en la parte superior de los biorreactores desde donde puede ser recuperado.
Un 66% de rendimiento en los ensayos
Hasta ahora se ha obtenido hasta un 66% de rendimiento en la producción de hidrógeno en relación con la glucosa utilizada como materia prima, y el coste es de unos 2,26 euros por kilo de hidrógeno, pero se podrá reducir bastante con la mejora del proceso. Por otra parte se produce (además de hidrógeno) ácido láctico, ácido butírico y ácido acético, con una gran variedad de aplicaciones: plásticos biodegradables, biocombustibles, antisépticos. Los investigadores trabajan ahora en optimizar todo el proceso.
El jacinto de agua como materia prima
Junto al tratamiento de residuos líquidos, el jacinto de agua permite el aprovechamiento total de toda la biomasa generada, es decir, sigue la idea de economía circular. En palabras de la investigadora “nuestro enfoque tiene un doble beneficio ambiental, tanto en zonas lacustres como para la producción de biohidrógeno. Y si además consideramos el aprovechamiento industrial de los ácidos, estamos hablando de una biorrefinería donde buscamos la generación de cero residuos”.
Almacenamiento
El hidrógeno es uno de los elementos más limpios de la naturaleza, pero también el más explosivo. Eso le proporciona su alta capacidad energética. Este alto potencial energético hace del hidrógeno un candidato ideal para ser el combustible sostenible del futuro, pero debido a su naturaleza altamente reactiva y volátil conviene resolver la seguridad de almacenamiento y transporte. Comprimirlo, licuarlo o congelarlo son algunas de las soluciones que se plantean.
El hidrógeno como fuente de energía limpia, versátil y renovable tiene un papel crucial en la transición hacia una economía descarbonizada. Y al quemarse, solo produce vapor de agua.
* Sobre el hidrógeno, ver Integral 202, 456 y 482 (automóvil), 512 y 521 (hidrógeno verde), 522 (tren) y 533 (hidrógeno blanco).
