Producir hidrógeno verde a partir del agua residual es posible: BIO-H2

El proyecto

De diciembre de 2021 a agosto de 2022, se ha desarrollado el proyecto BIO-H2 dentro del programa AEIs (Agrupaciones Empresariales Innovadoras) del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo, con fondos procedentes de la Unión Europea-Next Generation EU (Mecanismo de Recuperación, Transformación y Resiliencia).

El objetivo de BIO-H2 es la creación de una solución económica y modular que permita la valorización de las aguas residuales de la industria, al producir hidrógeno verde de manera biológica mediante la aplicación de la biotecnología y la ingeniería. De esta forma, se pretende obtener un vector energético, por medio de un proceso sostenible, que no conlleve la generación de gases de efecto invernadero, ni un elevado consumo de agua. Por otro lado, se prevé que, de manera secundaria, el desarrollo tecnológico mejore la biodegradabilidad de las aguas residuales, requiriendo tratamientos menos intensivos.

Este sistema se concibe como una tecnología autónoma y con un mantenimiento mínimo, al monitorizar en tiempo real las distintas etapas del proceso de generación de hidrógeno. Toda la información será integrada en una plataforma de control que enviará alertas si las variables de operación exceden los límites de los intervalos de trabajo, lo que otorgará al conjunto capacidad de funcionamiento armónica.

El proyecto se ha estructurado en varias fases, con el propósito de adquirir un conocimiento progresivo que garantice el dominio de la tecnología a distintas escalas de trabajo, además de proporcionar herramientas suficientes para adaptar la solución a las necesidades y requisitos de cada usuario final. Durante la primera fase, ejecutada de diciembre de 2021 a agosto 2022, se han evaluado distintos pools bacterianos en un entorno de laboratorio a diferentes escalas de trabajo, monitorizando y controlando el sistema en tiempo real. Los resultados han demostrado la capacidad de la tecnología para producir hidrógeno y, en las próximas fases, se espera optimizar el sistema para maximizar el rendimiento de dicha generación.

La tecnología desarrollada está especialmente orientada a la industria agroalimentaria, dadas las características de sus efluentes, y se espera que tenga una gran aceptación de mercado, al valorizar agua residual de la industria y obtener un producto de gran valor añadido como el hidrógeno, mediante un sistema energéticamente sostenible, capaz de producir energía las 24 horas del día, independientemente de las condiciones climáticas y la localización geográfica del sistema. El hidrógeno producido podrá emplearse para autoconsumo dentro de la propia empresa, así como para su venta a terceros, reduciendo sus costes energéticos y su huella de carbono.

Socios

Para la realización del proyecto, se cuenta con un equipo multidisciplinar integrado por tres PYMEs, con áreas de experiencia y conocimiento complementarias:

DAB Biotecnología: Formulación y selección de los cultivos bacterianos especializados.

INGEOBRAS: Desarrollo y optimización del proceso de producción de hidrógeno biológico.

Grupo técnico RIVI: Almacenamiento y control digital del gas producido.

Además, ZINNAE, la Asociación Clúster para el Uso Eficiente de Agua, se encarga de la coordinación del proyecto.

Resultados

El plan de actuación propuesto se ha basado en el trabajo colaborativo y la creación de sinergias entre todos los socios de proyecto.

DAB Biotecnología ha identificado y contrastado cuáles son los pools bacterianos que maximizan el proceso de generación de hidrógeno. Además, los resultados han mostrado un mejor rendimiento en los ensayos con pH acidificados y menor actividad biológica.

Por su parte, INGEOBRAS ha realizado la inoculación y puesta en marcha de cuatro biorreactores de laboratorio de 250 mL de capacidad. Se han empleado cuatro inóculos bacterianos distintos (uno para cada biorreactor); tres de ellos previamente seleccionados por la empresa DAB Biotecnología para la producción de hidrógeno y un cuarto inóculo, compuesto por cepas bacterianas estándar.

Figura 1: Biorreactores 250mL - INGEOBRAS

Los cuatro biorreactores presentaban idénticas características mecánicas y operativas (tamaño de filtro, fuente de entrada, etc.) y, además, se han establecido unas condiciones operativas base estándar para reactores biológicos de estas características para el inicio de los experimentos.

Los biorreactores han operado durante un total de 43 días, durante los cuales se han registrado diariamente todos los parámetros fisicoquímicos y concentraciones de nutrientes a la entrada y la salida de cada uno de los biorreactores instalados. Se han estudiado y definido los intervalos de trabajo óptimos, tales como el tiempo de retención hidráulico y el pH, y se ha realizado el análisis de la composición del gas liberado por cada uno de los biorreactores.

Finalmente, Grupo Técnico RIVI se ha encargado del diseño e implementación del sistema de distribución, almacenamiento y compresión del gas. Además, han liderado la definición y puesta en marcha del esquema de monitorización, incluyendo un sistema de control integrado dentro del circuito.

Figura 2: Circuito purificación de hidrógeno verde- Grupo Técnico RIVI

Próximos pasos

Las próximas fases del proyecto continuarán desarrollando el proceso de generación biológica de hidrógeno y se centrarán también en el aprovechamiento energético del hidrógeno producido para autoconsumo.

En concreto, durante la segunda fase de las tres que componen el plan de trabajo, se evaluará la ruta enzimática del proceso. Para ello, DAB Biotecnología liderará el desarrollo de los pools bacterianos y los ensayos necesarios para el estudio de esta ruta.

INGEOBRAS continuará realizando pruebas y ensayos en biofiltros de mayor tamaño. Se pondrá en marcha un biorreactor de 20 litros y se escalará a un prototipo de 200 litros, monitorizando los parámetros clave y analizando los resultados para la determinación de las condiciones óptimas de trabajo.

Asimismo, Grupo técnico RIVI optimizará los equipos fabricados con el objetivo de mejorar la pureza del hidrógeno producido e incrementar los niveles de compresión del gas. También incorporará un sistema de control remoto a través de una aplicación online para revisar el proceso de autogestión de consumo. Por último, se pretende que la solución sea capaz de operar mediante la aplicación de energías renovables, logrando un consumo energético nulo.

Financiación

Este proyecto ha recibido una ayuda en forma de subvención regulada por el programa de apoyo a Agrupaciones Empresariales Innovadoras (AEIs) del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo. Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia – Financiado por la Unión Europea – NextGenerationEU.