BIOH2

Descripción

BIOH2 propone un sistema de generación de H2, hidrógeno verde biológico, utilizando como sustrato la materia orgánica de las aguas residuales. Este sistema se plantea como una solución económica y modular que permite valorizar las aguas residuales de la industria, especialmente si contienen una alta concentración de azúcares en sus efluentes, como es el caso de la industria alimentaria.

Para conseguirlo, se proponen tres líneas de trabajo:

• La elección de cultivos bacterianos mejorados
• La optimización del proceso de producción de hidrógeno
• Almacenamiento y control del hidrógeno.

BIOH2 se dividió en dos fases, la primera de ellas centrada en el desarrollo y optimización de un proceso de producción de H2 verde y la segunda en la optimización de la evaluación de la ruta enzimática del proceso y la escalabilidad de un proceso de producción de hidrógeno biológico utilizando enzimas en un biorreactor a mayor escala.

Objetivos

El proyecto tiene como objetivo el desarrollo inicial de una tecnología para generar hidrógeno a partir de las aguas residuales de la industria agroalimentaria. El objetivo de esta tecnología es conseguir que este vector energético sea utilizado para el autoabastecimiento energético la industria, reduciendo así sus costes y huella de carbono. 

Este proceso, además de mejorar la biodegradabilidad, evita la necesidad de comprimir y transportar el hidrógeno a altas presiones, lo que a su vez reduce significativamente la huella de carbono y otras emisiones.

La idea es que este sistema pueda funcionar de forma autónoma y con un mantenimiento mínimo, lo que hace que la tecnología digital 4.0 sea fundamental para su ejecución adecuada.

En este sentido, los objetivos abordados en la fase 1 fueron:

• Mejorar las cepas bacterianas para la producción biológica de H2 verde.
• Pilotar en el banco de pruebas de INGEOBRAS.
• Purificar la mezcla de gases a la salida del reactor.
• Monitorizar la producción y distribución del gas.
• Mejorar la depuración posterior.
• Digitalizar el sistema y desarrollar el sistema de control.

Considerando los resultados alcanzados en Fase 1 y la experiencia adquirida durante su ejecución, los objetivos concretos que se plantean para la Fase 2 fueron:

• Explorar y analizar la ruta enzimática en la producción de hidrógeno en un biorreactor a pequeña escala.
• Diseñar y fabricar un piloto representativo de 200L, que permita evaluar en profundidad el proceso y adquirir los nuevos conocimientos sobre la base tecnológica de la generación de hidrógeno biológico mediante vía fermentativa, en condiciones de escala mayor.
• Evaluar el comportamiento de la tecnología frente a distintas matrices de agua sintética llegando a aguas sintéticas con similares características a las reales.
• Optimizar los parámetros de trabajo maximizando la producción de hidrógeno en cantidad y riqueza.
• Diseñar un sistema autónomo energéticamente mediante la aplicación de energías renovables y habilitadores digitales.
• Sistema de monitorización en tiempo real y control remoto de la planta, capaz de incluir un sistema para la autogestión del consumo de energía en base al diseño de autonomía energética.
• Incrementar de los niveles de compresión del sistema de gas.

Resultados

El proyecto ha logrado crear un sistema preliminar, económico y modular capaz de generar hidrógeno verde biológico a partir de agua residual industrial.

Adquirir el conocimiento técnico de esta tecnología, estudiado desde el origen en laboratorio hasta pruebas a mayor escala, ha permitido que el sistema se pueda optimizar hasta alcanzar una pureza del hidrógeno obtenido superior al 70%. De manera similar, se ha logrado la especialización y selección bacteriana, lo que permite mayores rendimientos de producción de hidrógeno.

Desde el punto de vista económico, se han reducido los costes de operación y de inversión del proceso. El tiempo de retención hidráulico (TRH) es notablemente inferior a las soluciones tradicionales, pasando de 21-31 días a 3-4 con el sistema BIOH2.

La tecnología BIOH2 integra pools bacterianos específicos y procesos rápidos anóxicos, todo ello permite que el tamaño de los biodigestores sea menor y se reduzcan notablemente los costes asociados.

La gran ventaja de este sistema, además de la valorización de un residuo (agua residual) a un recurso valioso (Hidrógeno verde), es el agua de salida tras el tratamiento. Se ha logrado optimizar el agua tras el tratamiento para obtener un agua más fácilmente biodegradable, perfecta para generar metano en una etapa posterior.

Además de perfeccionar el proceso de la tecnología también se ha trabajado en la digitalización de los equipos fabricados. Se ha logrado la monitorización e incorporar un sistema de control remoto a través de una aplicación online para revisar el proceso de autogestión de consumo.