Evaluación de las variaciones de pH en la fermentación oscura de celulosa para la producción de hidrógeno como fuente alterna de energía. - Pecina Chacón, David Eduardo (2016)
El hidrógeno (H2) es un vector energético de interés especial desde el punto de vista ambiental debido a sus propiedades energéticas. Sin embargo, este combustible no se encuentra en forma libre en la naturaleza, por lo que se requiere de desarrollo científico y tecnológico para su producción a gran escala. Los sistemas biológicos son una de las alternativas más atractivas para producir H2 de forma eficiente y ambientalmente segura. La fermentación oscura, la ruta biológica más atractiva, es capaz de producir H2 a partir de diferentes compuestos orgánicos. Si bien, esta ruta ha sido ya estudiada en los últimos años, aún existen preguntas por resolver para que la producción H2 por esta ruta sea considerada una tecnología robusta y pueda implementarse en el futuro a nivel industrial. Uno de los retos a resolver es la baja estabilidad en el tiempo de reactores fermentadores productores de hidrógeno, y como las comunidades microbianas presentes en estos reactores responden a situaciones de estrés en su entorno, ya sean puntuales y/o continuas, y como estas afectan la productividad y estabilidad en el tiempo. Asimismo, es necesario utilizar sustratos orgánicos abundantes, de bajo costo y con potencial energético, que se ajusten a los requerimientos nutricionales de los microorganismos. En este sentido, el objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de diferentes regímenes de pH sobre la producción de hidrógeno por la fermentación de carboximetilcelulosa (CMC) como sustrato modelo de materiales lignocelulósicos utilizando consorcios microbianos mixtos. La primera fase del trabajo consistió en montar reactores anaerobios en lote que se alimentaron con celulosa como principal fuente de carbono, a temperatura constante y a un pH fijo de 5.5. En esta etapa de operación en lote, se logró aclimatar el inóculo para consumir para consumir la celulosa y producir H2. En la segunda fase del proyecto, se cambió la operación de los reactores a un modo semicontinuo a un tiempo de retención hidráulico (TRH) de 5 días. En esta fase se definieron dos condiciones de operación, una de pH fijo (5.5 ± 0.3) y otro de pH variable (5.5 ± 0.3 a 7.0 ± 0.4). Cuando los reactores lograron el periodo estable (coeficiente de variación < 10 %) se observó que los reactores con pH fijo tuvieron una productividad de biogás de 96 mL L-1 d-1, mientras que los reactores con pH variable, alcanzaron una productividad promedio de 72 mL L-1 d-1. Por lo que los reactores con pH fijo tuvieron un 25 % más de productividad de biogás. En cuanto a la productividad de H2, los reactores con pH fijo produjeron 2.2 mLH2 L-1d-1 en contra de 1.1 mLH2 L-1d-1 para los reactores con pH variable, los coeficientes de variación fueron de 9 y 10 %, respectivamente. Por lo que, los reactores con pH fijo mostraron ser más eficientes en transformar la celulosa a H2 y otros productos intermediarios.