Celdas de electrolisis microbianas

PRODUCCIÓN DE BIOGÁS: ENSAYO BIOELECTROQUÍMICO

Planteamiento

La Universidad de León está realizando un ensayo que utiliza la tecnología denominada “microbial electrolysis cell” (MEC) o celdas de electrolisis microbianas para la degradación del residuo de fermentación de sarmiento. El caldo agotado de fermentación que se empleó procedía de la fermentación ABE de un hidrolizado de sarmientos de vid. Los caldos agotados de fermentación son el residuo que queda tras retirar los productos (acetona, butanol y etanol) del caldo de fermentación una vez terminado el proceso.

Mediante la aplicación de una corriente eléctrica, se estimulan las reacciones que no ocurren de forma espontánea. En el ánodo se lleva a cabo una reacción de oxidación de la materia orgánica del sustrato a través de microrganismos electroactivos presentes en la cámara, en la que se producen CO₂, H⁺ y e^–. Posteriormente en el cátodo, los protones y los electrones producen H₂ y/o CH₄ por medio de una reacción de reducción. En el proyecto Biovino se pretende mejorar la producción de biogás aplicando la tecnología MEC al proceso de biodegradación del caldo agotado de fermentación de sarmiento.

Metodología

1. Construcción de dos celdas monocamerales tipo MEC (0,5 L): a) MEC conectada (CB) con voltaje aplicado (1 V); b) MEC no conectada (NC).
2. Almacenamiento de gas (capacidad 1L).
3. Ánodo (fieltro de carbono) y cátodo (acero inoxidable) de 7×3 cm.
4. Alimentación del reactor: 30% sustrato y 70% medio sintético.
5. Celdas operadas en batch con temperatura constante de 25 ± 2 °C y agitación leve.
6. Duración: 10 ciclos (7 días por ciclo).

Caracterizaciones

1. Electroquímicas: Voltametrías cíclicas (CV).
2. Analíticas: Cromatografía de gases (GC); Ácidos grasos volátiles (VFA); Carbono orgánico total (TOC); Oxígeno disuelto; Potencial redox; pH.
3. Microbiológicas: Abundancia relativa; Análisis de secuenciación cuantitativa (qPCR).

Resultados

Una celda MEC a un potencial aplicado de 1 V (CB) beneficia la producción de biogás, tanto en volumen producido como en riqueza en metano durante los 10 ciclos del ensayo en comparación con una celda no conectada (NC). La calidad del biogás producido por el reactor CB alcanza una pureza de hasta el 80% en CH_4. Los resultados de este experimento ratifican las posibles ventajas de utilizar una MEC para el tratamiento de residuos líquidos orgánicos, y evidencia que una celda de este tipo puede ser una solución de tratamiento para esta clase de sustratos funcionando como una digestión anaerobia asistida con electrodos en la que se genera un biogás de calidad superior al biogás de la digestión anaerobia tradicional.