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Obtienen electricidad e Hidrógeno de aguas residuales

El Universal
Jueves 24 de noviembre de 2011
Obtienen electricidad e Hidrgeno de aguas residuales

Los investigadores estudian cómo incrementar la producción de hidrógeno obtenido por la fermentación de la materia orgánica y con una celda electroquímica microbiana. (Foto: Archivo EL UNIVERSAL )

Un grupo de investigación del Instituto de Ingeniería, campus Juriquilla, recurre a métodos biológicos que utilizan bacterias presentes en el medio ambiente

Ante la degradación ambiental del planeta y una más que probable crisis energética en el futuro, investigadores de la Unidad Académica Juriquilla del Instituto de Ingeniería de la UNAM trabajan en el desarrollo de una nueva tecnología para obtener energía eléctrica sustentable -hidrógeno como combustible y agua limpia- a partir del tratamiento de aguas residuales con bacterias presentes en el medio ambiente.

En las plantas tradicionales de tratamiento de aguas residuales, la materia orgánica que causa la contaminación es degradada por bacterias. Cuando el proceso es aerobio se inyecta aire para permitir la oxidación de la materia orgánica y así se obtiene dióxido de carbono, agua y más bacterias; cuando es anaerobio no se requiere aire, en este caso, la materia orgánica se transforma en metano, dióxido de carbono y más bacterias. En estas reacciones se da una transferencia de electrones, llamadas reacciones de óxido-reducción porque en ellas hay sustancias que se oxidan y sustancias que se reducen.

“¿Qué sucede si en lugar de transferir los electrones en las reacciones químicas, las bacterias los transfieren a un ánodo (que es un electrodo negativo)? Se generan electrones que pueden ser ‘cosechados’. Este proceso lo podemos llevar a cabo en lo que se conoce como una celda de combustible microbiana”, explica Germán Buitrón Méndez, coordinador del Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamiento de Aguas (LIPATA), de la mencionada unidad académica.

Cosecha de electrones

Una celda de combustible microbiana es un dispositivo que puede convertir, mediante microorganismos, energía bioquímica en energía eléctrica.

Para obtener esta energía, las bacterias transfieren electrones desde un donador de electrones, como el agua residual (materia orgánica), a un aceptor de electrones, como el oxígeno.

En una celda de combustible microbiana las bacterias no transfieren directamente los electrones a un aceptor final de electrones característico, sino a un electrodo, es decir, a un ánodo.

Posteriormente, los electrones pasan a través de una resistencia u otra carga a un cátodo, por lo que los electrones generados en la reacción son “cosechados” y convertidos directamente en energía eléctrica.

El carbono orgánico es transformado en dióxido de carbono.

Para cerrar el ciclo, los protones migran hacia el cátodo en aerobiosis, donde se combinan con el oxígeno para formar agua.

“Nuestro objetivo es obtener, a partir del tratamiento de aguas residuales, agua limpia pero también otros productos. Con el tratamiento convencional del agua se obtiene, por medio del suministro de energía, agua tratada. Con esta nueva tecnología obtenemos un valor agregado: energía eléctrica, hidrógeno y metano”.

Esquema más atractivo

La cantidad de energía eléctrica producida mediante esta nueva tecnología depende de la cantidad de bacterias adheridas al ánodo. Así, entre más bacterias haya y mayor sea la superficie del ánodo, mayor cantidad de energía eléctrica se producirá.

Ahora bien, la energía eléctrica así producida no es suficiente para alumbrar grandes ciudades, por ejemplo; pero el esquema resulta mucho más atractivo si se puede obtener hidrógeno con ella.

“El hidrógeno contiene un poder calorífico dos y media veces más elevado que el metano. Además, al quemarse sólo produce agua, es decir, no contamina”, señala Buitrón Méndez.

En fase de perfeccionamiento

Si en una primera etapa del tratamiento de aguas residuales la materia orgánica se fermenta en anaerobiosis, es posible producir con ella hidrógeno y subproductos como ácidos grasos volátiles (acético, propiónico, butírico), los cuales pueden alimentar a una celda electroquímica microbiana para que produzca más hidrógeno.

“Una celda electroquímica microbiana funciona de una manera diametralmente opuesta a como lo hace una celda de combustible microbiana: necesita energía eléctrica para transformar la materia orgánica en hidrógeno; en este dispositivo las bacterias colonizan también un ánodo.”

Con ayuda de los electrones suministrados, los ácidos grasos de transforman en hidrógeno. Es en este punto donde la energía eléctrica generada por la celda de combustible microbiana puede aprovecharse en la celda electroquímica microbiana; de este modo ya no es necesario recurrir a energía eléctrica externa.

Los investigadores estudian cómo incrementar la producción de hidrógeno obtenido por la fermentación de la materia orgánica y con una celda electroquímica microbiana.

“Esta tecnología se encuentra en desarrollo. Los retos son diseñar y configurar ambos tipos de celdas con materiales no costosos, y hacer que la de combustible microbiana genere la mayor cantidad posible de energía eléctrica; y la electroquímica microbiana, la mayor cantidad posible de hidrógeno. Es importante también abordar aspectos más básicos, como qué clase de bacterias colonizan el ánodo y bajo qué condiciones”, dice Buitrón Méndez.

Más información en el correo electrónico: gbm@pumas.iingen.unam.mx. (Leonardo Huerta Mendoza)



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