Producir hidrógeno y depurar aguas residuales: dos objetivos, un solo proceso
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Producir hidrógeno y depurar aguas residuales: dos objetivos, un solo proceso
Luis Fernando González
Ante la preocupante contingencia ambiental y la escasez de agua limpia que vivimos actualmente, la necesidad de encontrar vías sustentables de tratamiento de aguas residuales se ha vuelto una urgente encomienda. El ITESO, apostando por el desarrollo y aplicación de tecnologías sustentables, alberga el proyecto "Modelado y optimización de celdas electrolíticas microbianas (MEC) para producción de hidrógeno a partir de aguas residuales agroindustriales", del Departamento de Procesos Tecnológicos e Industriales (DPTI), cuyo principal objetivo es maximizar la producción de hidrógeno con el mínimo impacto al medio ambiente.
El componente clave y diferenciador de este proyecto es la utilización de celdas electrolíticas microbianas (MEC, por sus siglas en inglés), un tipo de sistema bioelectroquímico capaz de realizar dos acciones: por un lado, separar las moléculas de hidrógeno de aguas residuales para su posterior almacenamiento y uso como fuente de energía sustentable; por el otro, depurar los efluentes agroindustriales lo suficiente para que el agua pueda ser utilizada de nuevo en otros procesos.
"Este tipo de tecnología MEC puede sustituir a la digestión anaerobia —utilizada comúnmente en sistemas de tratamiento de agua— y además, producir hidrógeno", dice el Dr. René Alejandro Flores Estrella, ingeniero químico y coordinador del proyecto. El Dr. Flores tiene experiencia en tratamiento de aguas residuales a escala industrial y un gran interés en fuentes de energía renovables. "Desde muy joven me ha gustado mucho la física, la química y las matemáticas, pero siempre me quedaba con la sensación de que no aplicaba la teoría a la realidad", comparte. Además, su interés en superar los límites epistemológicos de la ciencia a través de la investigación para crear más conocimiento y así producir nuevas tecnologías, lo llevó a querer encontrar formas de aplicar la teoría a problemáticas de la vida real.
El proyecto comenzó a tomar forma desde 2017 a través de charlas e intercambio de ideas entre Alejandro y sus compañeros de Departamento, pero en verano de 2018 se consolidó formalmente al ser seleccionado para recibir financiamiento por parte del Fondo de Apoyo a la Investigación del ITESO.
Como el concepto de los procesos MEC es muy joven —no tiene más de diez años que se está trabajando con él— para diseñar la tecnología primero se requiere plantear las ecuaciones matemáticas. Esa es la etapa en que el equipo de trabajo —conformado por profesores y alumnos de nivel licenciatura y doctorado—, se encuentra laborando actualmente: en el diseño de un modelo matemático óptimo que combine el proceso de tratamiento de agua y la producción de hidrógeno de manera exitosa para después proceder a la fabricación del primer prototipo funcional.
Pero, ¿cómo funcionan los procesos MEC?
"Dentro del sistema MEC", explica, "los microorganismos se mantienen cercanos a una placa denominada ánodo, que al ser expuesta a una fuente de agua residual y aplicarle un voltaje externo, puede romper los compuestos orgánicos contaminantes del agua y conseguir que los electrones liberados se almacenen en otra cámara con agua, donde se generará el hidrógeno puro mediante una reacción química a partir de dichos electrones". La ventaja principal de este tipo de proceso es que en una cámara se estará depurando el agua mientras que en la otra se producirá hidrógeno puro. Este podrá usarse en otros procesos químicos o almacenarse como fuente de energía sustentable.
Agrega que es cuestión de utilizar las analogías para entender lo crucial del proyecto: así como existen refinerías para tratar el petróleo crudo y obtener de él distintos materiales —como la gasolina y el diesel—, también están las biorrefinerías, cuya característica es el hecho de que los propios microorganismos son los que trabajan para convertir los desechos de las aguas residuales en algo provechoso para el uso humano y el medio ambiente.
Este proyecto multidisciplinario, que cuenta con colaboradores de otras universidades nacionales e internacionales y una vinculación directa con un Proyecto de Aplicación Profesional (PAP) del ITESO, busca subir el primer escalón en el proceso de las ciencias aplicadas en soluciones para la vida cotidiana.
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