LEQUIA acerca la electro-bioconversión del CO2 al mercado

El dióxido de carbono (CO₂) es un gas que se halla de forma natural en la atmósfera terrestre. Sin embargo, desde la revolución industrial la quema de combustibles fósiles, la generación de electricidad y otros procesos industriales han aumentado su concentración exponencialmente, provocando la aceleración del calentamiento global. Entre las distintas tecnologías que se han propuesto para capturar el CO₂ y convertirlo en un producto valioso destaca la electro-síntesis microbiana (en inglés, microbial electro-synthesis o MES). A diferencia de otras tecnologías que utilizan materiales caros y/escasos para catalizar la reducción del carbono, la MES emplea microrganismos electro-activos.

Sin embargo, aun habiéndose obtenido resultados satisfactorios en el laboratorio, su comercialización aun no es viable

La tesis doctoral de Laura Rovira Alsina aborda los retos del escalado industrial de la electro-síntesis microbiana de acetato (HA) a partir de CO₂. La investigadora trabajó con emisiones de gases industriales reales, utilizó un cultivo microbiano mixto capaz de soportar altas temperaturas y obtuvo la energía necesaria de fuentes renovables, obteniendo los siguientes resultados:

1. Teniendo en cuenta que el sector industrial emite CO₂ a altas temperaturas, todos los experimentos se realizaron en condiciones termófilas (50 °C), lo que mejoró la cinética de las reacciones, así como la selectividad del producto final.

2. Para abordar uno de los principales retos de la tecnología relacionado con la utilización de la electricidad como principal coste operativo, se consideró el uso de energía renovable, y se simuló el funcionamiento sólo con el excedente sin almacenamiento en baterías, dando lugar a un suministro de energía intermitente. Esto redujo en tres el consumo de energía y promovió la combinación de procesos bioelectroquímicos y de fermentación microbiana, logrando una producción continua de HA (43 g m^-2 d^-1) y unas tasas de conversión de carbono prometedoras (2,2 kg CO₂ kg HA^-1). En cuanto a la intensificación del proceso, se desarrolló un modelo termodinámico que permitió determinar las condiciones de operación más favorables en función del producto final deseado. El análisis de los resultados mostró que, en condiciones termófilas, la elongación de HA a carboxilatos de cadena más larga no era espontánea, por lo que su conversión en sucesivos pasos de fermentación anaeróbica en condiciones mesófilas resultó ser la opción más viable.

3. Para que la tecnología esté un paso más cerca de su aplicación comercial, los sistemas se probaron con gases industriales reales que contenían impurezas y un porcentaje menor de CO₂ (del 100 al 14 %). La comunidad microbiana demostró ser lo suficientemente robusta como para mantener productividades similares a la operación con gas sintético (2,5 % de diferencia) y adaptarse a las nuevas condiciones, desarrollando sinergias para mitigar los impactos derivados del uso de gas real con presencia de un 12 % de oxígeno (O₂).

Estos nuevos conocimientos permitieron diseñar, construir y poner en marcha la primera planta piloto de electro-síntesis microbiana a partir de CO₂ con monitorización y control digital de las principales variables operativas. Esto permitió definir rangos de control con diferentes niveles de variabilidad y obtener acciones de señal-respuesta inmediatas para el correcto uso y aprovechamiento de los recursos, logrando la mejor relación producto/energía obtenida hasta la fecha (483 g HA kWh^-1). Un hito que acerca de forma significativa la tecnología al mercado, pero que aún presenta algunos retos importantes sin resolver como la obtención de electrodos con materiales biocompatibles, baratos y eficientes, junto con las restricciones que limitan las tasas de producción.

La tesis, que ha sido dirigida por la Dra. Maria Dolors Balaguer y el Dr. Sebastià Puig del grupo de investigación “Laboratorio de Ingeniería Química e Industrial” (LEQUIA), se defenderá el próximo 2 de diciembre a las 10:30h en la Sala de Grados de la Facultad de Derecho de la UdG. El acto está abierto al público.