BIORREACTOR PARA LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO

UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO

DIVISIÓN DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

BIORREACTOR PARA LA PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO

REACTORES QUÍMICOS

DICEIEMBRE 10 DE 2012

Biorreactor para la producción de hidrógeno a partir de materia orgánica residual.

Introducción.

La creciente demanda de energía en el mundo y el uso excesivo de combustibles fósiles han provocado serios problemas de contaminación ambiental y el calentamiento global de la tierra. Por lo que en la actualidad, numerosos grupos de investigación a nivel mundial se han enfocado en la búsqueda de fuentes alternas de energía que contribuyan de manera sustentable a mitigar dicha demanda. Sin embargo, aun no se cuenta con la infraestructura ni la tecnología necesaria para dejar de depender del petróleo como fuente principal de energía. Una de las consideraciones importantes, en la búsqueda de fuentes alternativas, es la liberación de CO2 a la atmósfera, ya que algunas de ellas, como por ejemplo el proceso de combustión de los hidrocarburos contenidos en el petróleo liberan grandes cantidades de CO2, favoreciendo problemas como el calentamiento global. Debido a lo anterior, se busca que las nuevas tecnologías de producción de energía sean carbono-neutrales.

En los últimos años se han desarrollado diversas tecnologías que se enfocan en la utilización de la energía acumulada en la biomasa de desechos, para ser redirigida a otras formas de energía que la humanidad pueda utilizar como son: la metanogénesis (CH4), el biohidrógeno (H2) y la bioelectricidad.

Objetivo.

Producción de biohidrógeno a partir de desechos biológicos presentes en zonas de nuestro estado además de implementar la utilización de este gas y otros residuos producidos.

Al ser desperdicios nuestra materia prima, el proyecto también presenta un beneficio al retirarlos del ambiente y tratarlos de tal manera que generen una ganancia económica importante.

Justificación.

En la localidad de la zona Laja-Bajío, uno de los principales problemas es el manejo no adecuado de residuos orgánicos, ya sean municipales o industriales, dando así una problemática seria en la región ya que al no haber un tratamiento adecuado hay una acumulación sería de estos residuos que saturan los basureros municipales. En la región no se tienen proyectos para poder implementar la utilización de estos residuos, pudiendo ser utilizados en la producción de energía o de combustibles, así como en la producción de hidrógeno, además en la actualidad cerca del 80% de la demanda mundial de energía depende de los combustibles fósiles, los cuales presentan problemas ya que son recursos no renovables y generan contaminación ambiental.

Ésta contaminación es la principal causa del calentamiento global y está asociada con los cambios de clima, la lluvia ácida, el deterioro de la capa de ozono y el efecto invernadero.

Fundamento.

Es importante saber cómo se aprovechará el biohidrógeno que generaremos y la respuesta es: con celdas de combustible, pero ¿Qué son estas celdas?

En principio, una celda de combustible opera como una batería. Genera electricidad combinando hidrógeno y oxígeno electroquímicamente sin ninguna combustión. A diferencia de las baterías, una celda de combustible no se agota ni requiere recarga. Producirá energía en forma de electricidad y calor mientras se le provea de combustible. El único subproducto que se genera es agua 100% pura.

Una celda de combustible consiste en dos electrodos separados por un electrólito. Oxígeno pasa sobre un electrodo e hidrógeno sobre el otro. Cuando el hidrógeno es ionizado pierde un electrón y al ocurrir esto ambos (hidrógeno y electrón) toman diferentes caminos hacia el segundo electrodo. El hidrógeno migra hacia el otro electrodo a través del electrólito mientras que el electrón lo hace a través de un material conductor. Este proceso producirá agua, corriente eléctrica y calor útil. Para generar cantidades utilizables de corriente las celdas de combustibles son unidas en un emparedado de varias capas.

Son una familia de tecnologías que usan diferentes electrólitos y que operan a diferentes temperaturas. Cada miembro de esa familia tiende a ser más apropiada para ciertas aplicaciones. Por ejemplo, las celdas de combustible de membrana eléctrica polimérica han demostrado ser apropiadas para su aplicación en autos, mientras que las celdas de combustible de carbonatos fundidos parecen ser más apropiadas para uso con turbinas a gas.

Antecedentes y breve descripción del proyecto.

Recientemente se ha observado que existe la posibilidad de emplear los procesos anaerobios para la producción de hidrógeno, sin llegar a la transformación de la materia orgánica a metano. El hidrógeno producido por microorganismos anaerobios en reacciones de fermentación tiene el potencial para ser una fuente sostenible de energía, ya que es una alternativa de energía limpia que podría remplazar a los combustibles fósiles convencionales en el futuro.

En este proyecto se busca la posibilidad de utilizar un proceso de fermentación biológica (fermentación oscura), como proceso de obtención de hidrógeno. La generación de hidrógeno presenta como principal ventaja medioambiental que el gas generado mediante este sistema reduce la generación de CO2 cuando se utiliza como combustible, y además puede ser utilizado, tras su purificación, en pilas de combustible.

Proceso de fermentación oscura

La producción de hidrógeno a partir de la fermentación oscura presenta claras ventajas para llevarla a nivel industrial:

1. Las bacterias fermentativas presentan una alta tasa de producción de hidrógeno.

2. Pueden producir hidrógeno de forma constante, noche y día, a partir de materia orgánica.

3. Pueden alcanzar tasas de crecimiento suficientes como para mantener el sistema.

En los procesos anaerobios tradicionales, el hidrógeno se produce a través de la hidrólisis de la materia orgánica; sin embargo, éste se utiliza inmediatamente por los microorganismos consumidores de hidrógeno, tales como los formadores de metano y las bacterias sulfato-reductoras, por lo tanto, la cantidad de hidrógeno presente en la fase gas es insignificante.

Condiciones del proceso

Los distintos parámetros y condiciones de operación

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