Investigadores de la Universidad de Cádiz han desarrollado un proceso biotecnológico que utiliza microorganismos para convertir desechos procedentes de los biocarburantes en materia prima para producir este biogás. Probado a escala de laboratorio, este bioproceso abre nuevas posibilidades para transformar subproductos industriales en fuentes de energía limpia.
Un equipo de investigadores del grupo Biotecnología Molecular del área de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Cádiz ha obtenido hidrógeno mediante un proceso biotecnológico que transforma subproductos de la industria de los carburantes en materia prima para producir este biogás. Para ello, han empleado dos microorganismos, uno encargado de convertir glicerol -compuesto generado en grandes cantidades durante la fabricación de biodiesel– en ácido málico, un producto químico que está presente de forma natural en frutas y que es utilizado por la otra bacteria para generar hidrógeno.
Con este estudio, los expertos han demostrado a escala de laboratorio la posibilidad de obtener este biogás de forma sostenible aplicando el modelo de economía circular en biorrefinerías de biodiésel, es decir, reutilizando desechos y restos industriales con el fin de otorgarles un valor añadido enfocado a la producción de una fuente de energía limpia, alternativa sostenible a los combustibles fósiles.
Este enfoque no surge en el vacío. En los últimos años, la industria energética ha comenzado a mirar con más atención los flujos residuales que antes se consideraban un problema logístico. El glicerol, por ejemplo, ha pasado de ser un subproducto incómodo a convertirse en una materia prima estratégica dentro de nuevos modelos de bioeconomía. Y aquí es donde este tipo de investigaciones encajan como un guante: menos residuos, más valor, menos impacto.
Pruebas de laboratorio
Este sistema combina dos tipos de microorganismos que trabajan de forma secuencial. Por un lado, utiliza una cepa de Escherichia coli –bacteria que habita en el intestino humano de forma inofensiva- para obtener ácido málico a partir de restos de glicerol. Para ello, los investigadores consiguieron diseñar una cepa de E. coli capaz de transformar de forma eficiente el glicerol en ácido málico, proceso que esta bacteria normalmente no hace. Mediante un proceso denominado fermentación oscura que no requiere luz, los expertos consiguieron que este microorganismo consuma glicerol y produzca este componente químico.
Para el diseño de esta cepa modificada de E. coli, los investigadores utilizaron tanto la ingeniería metabólica como la biología de sistemas, disciplinas que permiten reprogramar rutas celulares con una precisión cada vez mayor. No se trata solo de modificar una bacteria, es ajustar un pequeño sistema vivo para que trabaje como una microfábrica química. Y eso, bien afinado, cambia las reglas del juego.
Durante esta fase, los científicos lograron obtener concentraciones de ácido málico cercanas a 11 gramos por litro en aproximadamente 24 horas. “Esto supone la mayor concentración reportada producido en bacterias usando glicerol como fuente de carbono. Además, comprobamos que, este sistema puede funcionar, al menos, por un periodo de 72 horas, llegándose a duplicar la producción de ácido málico con la misma concentración”, detalla a la Fundación Descubre el catedrático de la Universidad de Cádiz y autor del estudio Jorge Bolívar.
En una segunda fase del proceso, una vez obtenido el ácido málico, los investigadores lo emplearon como sustrato para la bacteria Rhodobacter capsulatus que produce hidrógeno mediante fotofermentación, un proceso en el que la energía de la luz impulsa una serie de reacciones en las que se produce este biogás. “De esta forma, el sistema que hemos diseñado posibilita que en una misma factoría se pueda producir biodiésel y con los desechos de fabricación, el glicerol crudo, obtener hidrógeno como fuente de energía”, explica Bolívar.
Aquí aparece una idea clave: la integración de procesos. No es solo producir hidrógeno, es hacerlo dentro del mismo ecosistema industrial donde ya se generan los residuos. Menos transporte, menos costes, más eficiencia. En términos energéticos, eso pesa mucho.
Eliminación de etapas de purificación
Otra de las novedades de este estudio, titulado Production of hydrogen from crude glycerol via an integrated process of L-malate biosynthesis by Escherichia coli and photofermentation by Rhodobacter capsulatus y publicado en la revista Microbial Cell Factories, es que el sistema no requiere purificar el ácido málico antes de la segunda etapa, ya que la bacteria fotosintética puede aprovechar directamente los compuestos presentes en el medio de fermentación. “Esto simplifica el proceso y reduce costes, lo que facilita su aplicación industrial”, aclara Antonio Valle, investigador de la Universidad de Cádiz y coautor del trabajo.
Este detalle, aparentemente técnico, es en realidad decisivo. La eliminación de etapas de purificación suele marcar la diferencia entre una tecnología viable y una que se queda en el laboratorio. Menos consumo energético, menos reactivos, menos complejidad operativa. Más posibilidades reales de escalar.
Durante el proceso, utilizaron además microbiorreactores de última generación del Instituto de Investigación de Biomoléculas INBIO de la Universidad de Cádiz, que permiten la monitorización y control simultáneos de temperatura, oxígeno y pH del hidrógeno obtenido. “Este proceso es incluso más eficiente que usar glicerol puro”, matiza Valle.
Baja huella ambiental
El hidrógeno está considerado como uno de los combustibles con mayor potencial en la transición energética, ya que su utilización no produce emisiones de dióxido de carbono. “Sin embargo, gran parte del hidrógeno que se produce actualmente en el mundo se obtiene a partir de combustibles fósiles. Por ello, el desarrollo de métodos sostenibles para generarlo constituye uno de los grandes retos de la investigación energética”, indica Valle.
En este contexto, propuestas como esta se alinean con las estrategias europeas de impulso al hidrógeno renovable, recogidas en planes como el Pacto Verde Europeo o la Hoja de Ruta del Hidrógeno en España. La clave está en el origen: no todo el hidrógeno es igual. Si procede de residuos y procesos biológicos, su huella de carbono puede reducirse de forma significativa.
Los expertos recalcan que este proceso contribuye a valorizar un residuo abundante de la industria del biodiesel como el glicerol del que se generan más de 50 millones toneladas anualmente. “Actualmente es uno de los principales residuos de las biorrefinerías de biodiésel y, aunque puede tener diferentes usos industriales, su acumulación representa un desafío para la sostenibilidad del sector”, apunta Bolívar.
Lo interesante es que este tipo de soluciones no compiten con otras rutas, las complementan. Mientras el hidrógeno verde basado en electrólisis depende de electricidad renovable, esta vía biológica aprovecha lo que ya existe: residuos. Una especie de doble beneficio.
Muestras de microorganismos obtenidas en el proceso de investigador
En este sentido, los expertos subrayan que, aunque aún es necesario seguir investigando para optimizar el rendimiento del sistema y evaluar su viabilidad a gran escala, este enfoque supone un avance hacia modelos de producción energética en un contexto de economía circular y respetuosos con el medio ambiente. En paralelo, y también en colaboración con la profesora Gema Cabrera del área de Ingeniería Química de la UCA, están estudiando un sistema equivalente para la revalorización del bagazo de cerveza, residuo sólido resultante de la elaboración de esta bebida, como materia prima para producir hidrógeno.
Aquí se abre otra línea interesante: la diversificación de residuos como fuente energética. Desde restos agrícolas hasta subproductos industriales, el potencial es enorme. La cuestión ya no es si se puede hacer, es cómo hacerlo a escala y con costes asumibles. Ahí está el reto.
Potencial
Este tipo de tecnología puede desempeñar un papel relevante en la transición hacia sistemas energéticos más limpios, especialmente en sectores donde la electrificación directa resulta complicada. El hidrógeno obtenido a partir de residuos podría alimentar procesos industriales, transporte pesado o sistemas de almacenamiento energético.
A corto plazo, su aplicación más lógica pasa por integrarse en instalaciones existentes de biodiésel, aprovechando infraestructuras ya operativas. A medio plazo, podría extenderse a otras industrias con flujos orgánicos similares, como la agroalimentaria o la cervecera. De hecho, la investigación con bagazo apunta justo en esa dirección.
También abre la puerta a modelos más descentralizados de producción energética. Pequeñas plantas asociadas a industrias locales, generando energía a partir de sus propios residuos. No suena mal.
Si se consigue optimizar el rendimiento y reducir costes, esta vía podría contribuir a diversificar las fuentes de hidrógeno sostenible, reducir emisiones y, de paso, dar una segunda vida a lo que hoy se considera un problema. Y eso, visto con perspectiva, es exactamente el tipo de soluciones que se necesitan.
Fuente: Fundación Descubre