El diseño innovador desarrollado por el equipo de KIER reduce la resistencia eléctrica en las BEC, optimizando la eficiencia y aumentando la productividad de hidrógeno en un 20 %.
Células bioelectroquímicas que producen hidrógeno a partir de microorganismos en residuos: Camino a la implementación a gran escala
Un equipo de investigación dirigido por la Dra. Jwa Eunjin en el Instituto Coreano de Investigación Energética (KIER) ha logrado un avance significativo en tecnología de energía limpia. Este desarrollo optimiza un componente crucial de las células bioelectroquímicas, permitiendo una producción de hidrógeno más eficiente a partir de microorganismos presentes en residuos. Con ello, se superan retos históricos relacionados con las pérdidas de energía en los procesos tradicionales, allanando el camino hacia una producción de hidrógeno a gran escala y bajo costo.
El biogás, un recurso renovable generado durante la descomposición microbiana de residuos orgánicos, ha ganado atención como una fuente prometedora para producir hidrógeno limpio. A través de procesos como la reforma de vapor o la pirólisis a altas temperaturas, el biogás se transforma en hidrógeno, elemento clave en la transición global hacia la neutralidad de carbono. Sin embargo, los métodos actuales enfrentan obstáculos significativos: no solo emiten dióxido de carbono como subproducto, sino que también requieren una alta cantidad de energía para mantener condiciones de alta temperatura, lo que limita su viabilidad comercial a gran escala.
Innovación en células bioelectroquímicas para la producción sostenible de hidrógeno
En respuesta a estos desafíos, diversos países como Estados Unidos y los de Europa investigan activamente procesos de producción de hidrógeno basados en células bioelectroquímicas (BEC). En este sistema, los residuos y la electricidad se introducen en la célula bioelectroquímica, donde los microorganismos metabolizan la materia orgánica, liberando electrones e iones de hidrógeno que se combinan para formar gas hidrógeno.
BEC: Una solución biotecnológica y electroquímica
Las células bioelectroquímicas integran la actividad metabólica de microorganismos con reacciones electroquímicas para generar energía o sustancias químicas de alto valor. Este enfoque se perfila como una tecnología ecológica capaz de tratar residuos y producir energía de manera simultánea, reduciendo emisiones de carbono y costos operativos.
Beneficios y retos de la tecnología BEC
A diferencia de los métodos tradicionales, las células BEC operan a temperaturas bajas y generan menores emisiones de CO₂, lo que las hace compatibles con las metas de descarbonización global. Sin embargo, la ampliación del sistema representa un desafío crítico, ya que al incrementar su tamaño, aumentan la resistencia interna y las pérdidas de energía debido a rutas electroquímicas más largas. Esto limita la viabilidad comercial y pone de manifiesto la necesidad de avanzar tecnológicamente para mejorar la eficiencia y escalabilidad del sistema.
Para superar estas limitaciones, el equipo de KIER ha desarrollado un diseño innovador conocido como tecnología de «espaciado cero» (Zero-Gap). Este avance minimiza la distancia entre los electrodos y el separador de la célula, reduciendo significativamente la resistencia eléctrica y optimizando la eficiencia de las reacciones. Con esta tecnología, se logra una transferencia más rápida de electrones y una producción de hidrógeno más eficiente.
Características del diseño Zero-Gap
En la mayoría de los diseños convencionales, los electrodos y membranas se apilan como un «sándwich». Sin embargo, durante la ampliación a nivel industrial, esta configuración puede generar desequilibrios de presión, creando pequeñas separaciones que disminuyen la eficiencia del sistema. El diseño propuesto por KIER, en cambio, utiliza una tapa cilíndrica que aplica presión uniforme sobre el electrodo, asegurando una adhesión completa con el separador incluso en procesos a gran escala. Esto representa un avance clave para la comercialización de las células bioelectroquímicas.
Resultados prometedores para la implementación industrial
La aplicación del diseño Zero-Gap en la producción de hidrógeno ha demostrado un incremento de 1,8 veces en la producción de electrones y un aumento del 20 % en la generación de hidrógeno en comparación con procesos convencionales. Estos resultados se mantuvieron consistentes en experimentos a escala piloto, validando su efectividad para futuras aplicaciones comerciales. Este logro fue certificado oficialmente por el Laboratorio de Pruebas de Corea (KTL), reafirmando la fiabilidad de la innovación.
Según la Dra. Jwa Eunjin: “El desarrollo de esta tecnología no solo resuelve los desafíos ambientales y económicos asociados al tratamiento de residuos orgánicos en Corea, sino que también representa un avance crucial en la producción de hidrógeno limpio y eficiente.”
El equipo espera que la comercialización de estas células bioelectroquímicas de alto rendimiento contribuya significativamente a alcanzar la neutralidad de carbono y a la transición hacia una sociedad basada en el hidrógeno.
Implicaciones globales y apoyo al desarrollo
Este avance tecnológico fue posible gracias al apoyo del Programa de Desarrollo de Tecnología Original de Hidrógeno Futuro de la Fundación Nacional de Investigación de Corea. Los resultados han sido publicados en la revista Science of The Total Environment, destacando su relevancia a nivel internacional en el campo de la ciencia ambiental.
Las células bioelectroquímicas (BEC) permiten generar hidrógeno a partir de residuos orgánicos
La implementación de células bioelectroquímicas para producir hidrógeno a partir de residuos marca un hito en la transición hacia tecnologías energéticas sostenibles. Con innovaciones como el diseño Zero-Gap, se abre una nueva era para la energía limpia, mitigando los desafíos actuales y posicionando al hidrógeno como un pilar clave en la lucha contra el cambio climático.
Carlos Schischcoff dice
El uso del Hidrógeno en trasportes de Rotas,Rieles y en Mar/Rio, etc, y en plantas industriales y/o Usinas, atte ing,Carlos Schischcoff