Residuos industriales de alimentos pueden convertirse en energía limpia

Científicos desarrollan una metodología destinada a producir hidrógeno a partir de aguas residuales del procesamiento de naranjas

Por Karina Toledo

Agência FAPESP – Científicos de la Universidade Estadual Paulista (Unesp) de la localidad de Araraquara (interior del estado de São Paulo, Brasil) estudian la factibilidad de empleo de agua residual de la industria de jugo de naranja para producir hidrógeno, una fuente de energía renovable, inagotable y no contaminante.

Esta investigación, que cuenta con el apoyo de la FAPESP, se encuentra en marcha en el Centro de Monitoreo e Investigación de la Calidad de Combustibles, Biocombustibles, Petróleo y Derivados (Cempeqc) del Instituto de Química de la Unesp.

“La ventaja de producir hidrógeno a partir de aguas residuales radica en aprovechar de manera sostenible una fuente de carbono que actualmente se desecha”, argumentó Sandra Imaculada Maintinguer, investigadora del Cempeqc.

De acuerdo con la investigadora, la propuesta consiste en reaprovechar la energía generada localmente, en la propia industria, para abastecer las bombas de los sistemas de tratamiento biológico, por ejemplo.

“Este método podría beneficiar no solamente al sector citrícola sino también al de azúcar y alcohol y a las industrias de refrescos, de cervezas y de otros alimentos”, afirmó Maintinguer.

El hidrógeno, explicó la investigadora, es casi tres veces más energético que los hidrocarburos y que el metano, y cuatro veces más que el etanol. No obstante, en razón del costo todavía elevado de su almacenamiento y transporte, sería inviable emplear este gas en reemplazo de la energía hidroeléctrica, por ejemplo, que sigue siendo muy barata en Brasil.

El grupo de investigadores del Cempeqc está estudiando tres residuos distintos del procesamiento de la naranja cedidos por una empresa con sede en la localidad de Matão (São Paulo): la melaza, la vinaza y el agua residual.

Aunque la melaza y la vinaza exhiben concentraciones más elevadas de azúcares (entre 40 y 150 g glucosa/L), pruebas preliminares sugieren que el agua residual (12g glucosa/L) es la más indicada para la producción biológica de hidrógeno.

“Cuando la concentración de sustrato es muy elevada, puede producirse la inhibición del crecimiento de los microorganismos que rompen los azúcares en moléculas menores, tales como ácidos orgánicos e hidrógeno. Existe una franja ideal que parece ser la del agua residual”, dijo Maintinguer.

Aparte de la glucosa, los investigadores también hallaron otras fuentes de carbono en el agua residual, tales como fructosa y ácidos orgánicos, aparte de impurezas tales como aceites y detergentes empleados en el proceso industrial.

“Realizamos las pruebas mediante el empleo de agua residual, con todas las impurezas, y aun así, los resultados fueron sumamente prometedores. Logramos transformar alrededor del 65% de este residuo en hidrógeno. Como los microorganismos se valen de los nutrientes para crecer y multiplicarse en primer lugar, la producción nunca llega al 100%”, explicó la investigadora.

Las arqueobacterias metanogénicas

Los ensayos, realizados en escala de laboratorio, se concretaron en reactores anaeróbicos (frascos de vidrio cerrados herméticamente), a los efectos de evitar que el contacto con el oxígeno inhiba la producción de la enzima hidrogenasa, sumamente importante en la producción biológica de hidrógeno.

En el agua residual se inoculó un conjunto de microorganismos de distintos tipos proveniente sistemas de tratamiento biológico de desagües sanitarios. De acuerdo con la investigadora, el inóculo también puede obtenerse a partir del propio lodo formado en los sistemas biológicos de tratamiento industrial.

Con todo, se hace necesario someterlos a un tratamiento previo para eliminar las llamadas arqueas metanogénicas, microorganismos capaces de consumir el hidrógeno producido para formar metano, algo indeseable en este caso.

“El proceso biológico anaeróbico tiene diversas etapas, y en cada una de éstas actúa un tipo distinto de microorganismo. Los carbohidratos se rompen en azúcares, ácidos orgánicos, acetato, hidrógeno y, de interrumpirse el proceso, en metano”, dijo la investigadora.

Para evitar que esto suceda, se somete al inóculo a un choque térmico y el pH del medio disminuye hasta 5,5. El tratamiento previo provoca la eliminación de las arqueas metanogénicas, mientras que las bacterias útiles para el proceso entran únicamente en estado vegetativo, pero vuelven a multiplicarse cuando las condiciones se tornan favorables.

“Es un método fácil y barato, y sólo es necesario hacerlo una vez. Después se puede aplicar nuevamente el inóculo en otra muestra, cuando se acabe el sustrato en el reactor. Por ahora estamos empleando únicamente la configuración de reactores en cantidad [frascos con cantidades limitadas en los cuales la reacción se produce hasta que el sustrato se termina y luego es necesario reabastecerlos]. El siguiente paso consiste en hacer la prueba en un reactor de flujo continuo”, dijo Maintinguer.

Aparte de hidrógeno, surgen del proceso algunos ácidos grasos volátiles –tales como el ácido butírico y el ácido acético– también pasibles de transformarse en hidrógeno debido a la acción de bacterias fotoheterotróficas.

“Las bacterias consumen estos ácidos en presencia de luz y liberan más hidrógeno, lo cual eleva el rendimiento”, explicó la investigadora.

A juicio de Maintinguer, Brasil cuenta con un gran potencial para erigirse en referente en tecnología del hidrógeno y se ve beneficiado debido a ser un país tropical, con temperaturas medias anuales ubicadas alrededor de los 25ºC, lo cual favorece el desarrollo de bacterias.

“En países como Holanda y Alemania hay que calentar los reactores para que el proceso tenga éxito”, comentó.

El Ministerio de Minería y Energía tiene planes para introducir el hidrógeno en la matriz energética de Brasil en un lapso que se extiende hasta 2025, incluso como combustible de automóviles. Una de las metas del gobierno brasileño consiste en que, luego de 2020, toda la producción de este gas se obtenga a partir de fuentes renovables.