Dra. Bibiana Cercado Quezada y Dra. Linda V. González Gutiérrez, Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C.
Cada vez que encendemos la estufa o el calentador de agua en casa, pocas veces pensamos de dónde proviene el combustible que utilizamos. En muchos hogares mexicanos ese combustible es gas natural, un recurso fósil que se forma en el subsuelo después de millones de años de transformación de materia orgánica sometida a altas presiones y temperaturas. Su componente principal es el metano (generalmente más del 80 %), lo que le confiere su alto poder energético y explica su amplia utilización. El gas natural se emplea en el sector industrial para procesos de calentamiento y en la fabricación de productos como fertilizantes y materiales petroquímicos. También se utiliza como combustible en el transporte y, de manera muy importante, en la generación de electricidad mediante centrales de ciclo combinado, que constituyen una de las principales fuentes de energía eléctrica en el país.
A pesar de su importancia, el gas natural es un recurso no renovable cuya disponibilidad depende de reservas limitadas y de condiciones económicas y geopolíticas variables. En México, además, una parte significativa del gas natural que se consume es importada, lo que vuelve necesario explorar alternativas energéticas que puedan producirse localmente y de forma más sostenible. En este contexto, el aprovechamiento energético de residuos orgánicos representa una opción especialmente atractiva, ya que permite generar energía al mismo tiempo que se reduce la acumulación de desechos y los impactos ambientales asociados a su disposición.
Una de las tecnologías más conocidas para este propósito es la digestión anaerobia, un proceso biológico que ocurre en ausencia de oxígeno y en el que distintos grupos de microorganismos degradan la materia orgánica produciendo biogás. Este gas consiste principalmente en metano y dióxido de carbono, aunque su proporción de metano suele ser menor que la del gas natural, generalmente entre 60 y 75 %. Además del dióxido de carbono, el biogás contiene otros compuestos que disminuyen su poder calorífico y pueden generar problemas durante su almacenamiento o utilización, por lo que con frecuencia se requiere un tratamiento posterior para mejorar su calidad.
El biogás puede obtenerse a partir de una amplia variedad de materiales orgánicos, como bagazo de caña, residuos agrícolas, estiércoles de granjas pecuarias o la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos. Debido a esta diversidad de materias primas y a que los principios de la digestión anaerobia son bien conocidos, los digestores anaerobios se han convertido en una tecnología madura que actualmente se aplica a diferentes escalas en numerosos países.
En los últimos años, grupos de investigación en México han comenzado a explorar estrategias para mejorar la calidad energética del biogás mediante el incremento de su contenido de metano. El objetivo es transformar parte del dióxido de carbono presente en el biogás en metano adicional y así obtener un combustible con características más cercanas a las del gas natural. A este gas enriquecido se le conoce como biometano.
Una de las alternativas que se estudian con este propósito es el uso de sistemas bioelectroquímicos, en los que se combinan procesos biológicos con el suministro controlado de electricidad. En estos sistemas, la energía eléctrica se utiliza para favorecer ciertas reacciones metabólicas de los microorganismos que participan en la digestión anaerobia, permitiendo que el dióxido de carbono pueda convertirse en metano dentro del mismo reactor donde se produce el biogás.
El funcionamiento de estos sistemas se basa en la incorporación de electrodos en el reactor, los cuales actúan como polos eléctricos que permiten el flujo de electrones a través del medio. Este flujo proporciona la energía necesaria para que determinadas reacciones químicas y biológicas ocurran con mayor facilidad. Cuando la digestión anaerobia se integra con un proceso de electrólisis microbiana (conocido como sistema AD-MEC por sus siglas en inglés) es posible obtener un gas con contenidos de metano superiores al 80 %, cercanos a los del gas natural, sin necesidad de etapas adicionales de purificación complejas.
A diferencia de los digestores anaerobios convencionales, los sistemas AD-MEC se encuentran todavía en una etapa temprana de desarrollo tecnológico. Las investigaciones actuales se concentran en mejorar su rendimiento, es decir, la cantidad de metano que puede obtenerse a partir de la materia orgánica disponible, así como en asegurar su estabilidad durante periodos prolongados de operación. Estos aspectos son fundamentales para que esta tecnología pueda escalarse hacia aplicaciones industriales comparables a las de los digestores anaerobios existentes.
El gas producido mediante sistemas AD-MEC, al contener más de 80 % de metano, puede considerarse biometano y tiene el potencial de utilizarse en las mismas aplicaciones que el gas natural. La Norma Oficial Mexicana NOM-001-SECRE-2010 establece que el gas destinado a transporte, almacenamiento y distribución debe contener al menos 83 % de metano, lo que sugiere que el biometano producido mediante estos sistemas podría integrarse en el futuro a las redes existentes de gas natural.
En un escenario energético en el que se busca reducir la dependencia de los combustibles fósiles, el desarrollo de tecnologías para producir biometano representa una oportunidad importante para México. La conversión de residuos orgánicos en energía permite no sólo aprovechar recursos que de otra manera se desperdiciarían, sino también disminuir emisiones contaminantes y diversificar las fuentes de energía disponibles. Avances en este tipo de tecnologías podrían contribuir a fortalecer la seguridad energética nacional y a promover sistemas de producción y consumo más sostenibles.
Si te interesó este tema puedes consultar las siguientes referencias:
Swimbourn, R., Li, C., & Wang, F. (2024). A comprehensive review on biomethane production from biogas separation and its techno-economic assessments. ChemSusChem, 17, e202400779. https://doi.org/10.1002/cssc.202400779
Thanarasu, A., Periyasamy, K., & Subramanian, S. (2022). An integrated anaerobic digestion and microbial electrolysis system for the enhancement of methane production from organic waste: Fundamentals, innovative design and scale-up deliberation. Chemosphere, 28(1), 131886. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131886
Editores Científicos: Dr. Iván D. Rojas-Montoya/Dra. Sandra M. Rojas-Montoya
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