La naturaleza impredecible y la variabilidad de la energía renovable representan los principales obstáculos para un uso generalizado de estas tecnologías. Para intentar desarrollar sistemas de almacenamiento eficientes que permitan explotar los excedentes de electricidad, un grupo de investigadores del Instituto de Recursos Naturales de la Universidad de León (ULE) ha desarrollado un estudio científico sobre el comportamiento de la electrosíntesis microbiana (MES), una novedosa tecnología englobada dentro de los procesos de captura y transformación del CO2 y cuyos avances y resultados han sido publicados en la revista científica Journal of Energy Chemestry bajo el título “Long-term open circuit microbial electrosynthesis system promotes methanogenesis» (La desconexión eléctrica prolongada de un sistema de electrosíntesis microbiana promueve la metanogénesis).
La electrosíntesis microbiana, denominada de forma general MES por sus siglas en inglés (Microbial Electrosintesis), es una nueva tecnología capaz de convertir una corriente de CO2 y electricidad en combustibles y productos químicos fácilmente almacenables y transportables utilizando microorganismos electroactivos como biocatalizador. Una de sus principales ventajas es que permite la producción de compuestos de carbono de utilidad industrial a partir de CO2 empleando un catalizador de bajo coste (microrganismos). Sin embargo, “es imprescindible que estas celdas tengan un potencial eléctrico aplicado y por tanto conexión permanente a suministro eléctrico”, explica Raúl Mateos González, autor principal del trabajo de investigación realizado durante su estancia de investigación predoctoral (3 meses) en el centro de investigación VITO nv. situado en Mol (Bélgica), y profesor ayudante doctor de la ULE.
Solo renovable
Para poder obtener máximos beneficios de las ventajas que ofrecen estos sistemas, es necesario que la alimentación eléctrica provenga de una fuente de energía renovable. Esta integración puede además servir para almacenar en forma de energía química los excesos de producción de las renovables. A pesar de ello, la naturaleza fluctuante, intermitente e imprevisible de algunas fuentes de energía renovable puede afectar al funcionamiento de estos reactores. “El objetivo concreto de este trabajo –asegura Mateos González- es evaluar qué impacto tiene una desconexión larga (6 semanas) sobre el funcionamiento, la productividad, el producto final obtenido y la evolución de la comunidad microbiana en un reactor MES que previamente había sido mantenido operando de forma estable más de un año”.
El reactor MES consiste en una celda tipo H de dos cámaras de vidrio separadas por una membrana de intercambio catiónico de Nafion N117. El cátodo (electrodo de trabajo) consistía en un electrodo de grafito de 67 cm2 de superficie adosado a una barra de grafito que actúa como colector de corriente y fijado a un potencial de -1 V vs. Ag/AgCl. Este electrodo estaba colonizado por una comunidad de bacterias electroactivas, responsables de todo el proceso de transformación del CO2 en metano además de otros compuestos de utilidad industrial como el ácido acético e hidrógeno. A modo de ánodo (contraelectrodo) se empleó un electrodo dimensionalmente estable (DSA) de 37.5 cm2 cuya misión es la de proveer de protones y electrones necesarios para llevar a cabo las reacciones de interés en el cátodo. El electrodo de referencia con el que se gobierna la celda es un electrodo comercial de Ag/AgCl situado en la cámara catódica. Ambas cámaras tienen un volumen útil de 500 mL, en agitación y con temperatura controlada a 30 ºC. La celda fue operada en discontinuo con alimentación de carbono inorgánico (CO2) en semicontinuo dos veces a la semana.
El ensayo publicado tiene una duración aproximada de 42 días de operación del reactor y los resultados demuestran –según Mateos González- que “un sistema MES alimentado con carbono inorgánico es robusto frente a interrupciones prolongadas en el suministro eléctrico, recuperando su electroactividad en un plazo muy corto tras la reconexión. Sin embargo, este periodo de desconexión afecta de manera muy importante a la comunidad microbiológica presente y al producto final que se obtiene, puesto que evoluciona desde un reactor dominado por bacterias productoras de ácido acético, hacia un reactor con una arquea metanogénica especialmente predominante y metano (gas combustible) como producto final mayoritario”.
MES, una tecnología emergente
La tecnología MES es muy prometedora y actualmente está en fase de desarrollo a escala de laboratorio. Sin embargo, aún queda mucho por investigar y desarrollar en ámbitos tan distintos como la microbiología, materiales, escalado, química o tecnología energética. El tema analizado en este artículo -la conexión de estos sistemas con fuentes de energía renovables-, es uno de los puntos críticos para el desarrollo final de la tecnología ya que es el escenario de aplicación más cercano en términos de viabilidad económica. Por este motivo, los autores de este estudio consideran que la investigación a corto plazo debe seguir esa línea y aplicando otras mejoras que permitan reducir el consumo. Mejoras centradas en aspectos como “ligar la electrosíntesis con el tratamiento de aguas, o controlar mejor los microorganismos presentes en el electrodo con el fin de aumentar las productividades y selectividades de los productos generados”.
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