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La digestión anaeróbica (DA) es un proceso natural por el cual los microorganismos descomponen materiales orgánicos. Su potencial es inmenso, especialmente en vista de la necesidad cada vez más urgente de descarbonizar la sociedad. La DA puede desviar residuos orgánicos de los vertederos, crear biogás para alimentar motores, sanear nuestros suelos y reducir las emisiones incontroladas de metano, que en la actualidad representan el 10 % del total de los gases de efecto invernadero.Tal vez se pregunte a qué estamos esperando. Bien, la DA se enfrenta a dos grandes obstáculos que los investigadores aún no han logrado superar por completo. Según explica Lin Richen, beneficiario de una beca individual de investigación Marie Skłodowska-Curie en el University College Cork (Irlanda).«El primer problema es que la digestión es sensible a muchos factores, lo que la convierte en inestable e ineficiente si esos factores no se mantienen bajo control. El segundo problema es que el digestato que se produce después de la DA aún conserva una cantidad significativa de energía y carga de nutrientes. La absorción de esta carga de nutrientes requiere una extensa superficie de terreno y, de no gestionarse adecuadamente, podría conllevar la eutrofización de los cursos de agua».
Richen ha estado trabajando en una solución junto con Jerry Murphy, director del centro MaREI, financiado por Science Foundation Ireland, gracias a los fondos europeos obtenidos en el marco del proyecto DIET. El objetivo es conseguir que la producción de biogás mediante la DA sea mucho más eficiente. Para ello, se ha investigado un proceso denominado transferencia directa de electrones entre especies (DIET), que permite reducir el tamaño del digestor y seguir produciendo la misma cantidad de biogás.
«Gracias a estos dos resultados, podemos reducir el coste del gas renovable sostenible y alcanzar la aspiración de la Agencia Internacional de la Energía (AIE) de multiplicar por veinte la producción del sector del biogás para descarbonizar el planeta», explica Richen.
Los materiales conductores, al rescate
DIET básicamente añade un material conductor de electricidad, como el grafeno, a un digestor. Dicho material actúa como una vía rápida para los electrones entre las bacterias (que producen ácidos grasos volátiles) y las arqueas (que producen biogás), reduciendo así la presión parcial de hidrógeno y mejorando el proceso de producción de biogás en general. Tal y como señala Richen: «Las reacciones entre las bacterias y las arqueas durante la descomposición de la materia orgánica húmeda en biometano pueden ser ineficientes debido a la acumulación de hidrógeno. DIET contribuye a evitar que esto suceda».
El proceso DIET pasó de ser una mera hipótesis cuando se lanzó el proyecto para convertirse en una solución verificada en los últimos dos años. Se confrontaron soluciones con y sin el material conductor en una comparación termodinámica entre sistemas, así como mediante experimentos de laboratorio que examinaron la producción de biometano para diversas materias primas en ambos escenarios.
«Ahora podemos proponer un modelo de transferencia directa de electrones basado en grafeno que utiliza diferentes sustratos (etanol y glicina incluidos) con diferentes temperaturas de digestión. De este modo, se establece una base teórica para comprender los factores que influyen en la transferencia directa de electrones entre especies. La teoría se ha visto respaldada por la experimentación en laboratorio, en la que se han conseguido tasas de producción de metano más altas y se ha aumentado la obtención general de metano», explica Richen.
Cuando se utilizó la glicina como sustrato, añadir 1 g/l de grafeno aumentó la tasa de producción pico de biometano en un 28 %. El proyecto ha abierto satisfactoriamente la vía hacia una DA más eficaz y actualmente se trabaja para aplicar el mismo principio a materias primas avanzadas, como las algas marinas, mediante pirocarbón. «En DIET, ya demostramos que el pirocarbón es prácticamente igual de eficaz que el grafeno para la transferencia directa de electrones, si bien su coste suele ser unas doscientas veces inferior», concluye Richen.