3232
ISSN 2477-9105
Número 30 Vol.1 (2023)
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i30.237
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA POR
MEDIO DE FERMENTACIÓN OSCURA: UNA REVISIÓN
Fundación Universidad de América, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química,
Bogotá, Colombia.
*orlando.castiblanco@profesores.uamerica.edu.co
Enterobacter, Bacillus
Clostridium
RESUMEN
Fecha de recepción: 02-07-2023 · Fecha de aceptación: 31-08-2023 · Fecha de Publicación: 17-11-2023 DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i30.237
ISSN 2477-9105
Número 30 Vol.1 (2023)
Hydrogen producon from biomass by means of dark fermentaon: a review
Orlando Castiblanco Urrego*
David Stiven Guerrero Escárraga
iD
iD
Palabras Clave: Hidrógeno, fermentación oscura, medio ambiente, biomasa y energía.
Keywords: Hydrogen, dark fermentaon, environment, biomass and energy.
ABSTRACT
3333
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA POR
MEDIO DE FERMENTACIÓN OSCURA: UNA REVISIÓN
Casblanco, Guerrero.
su composición está libre de carbono (1, 2).
la meta de ser carbono neutral a más tardar en el
costo del hidrógeno como portador de energía
consta de la descomposición de agua por medios
térmicos mediante un proceso por ciclos a una
se efectúa por la disociación del agua por medio
I. INTRODUCCIÓN
biomasa (7,8).
de biomasa se da principalmente por bacterias
Clostridium
de los géneros Enterobacter Bacillus (9),
los monosacáridos son la principal fuente de
de biotransformación (12).
Por otro lado, con el creciente consumo mundial
abastecer los vehículos de energía, se necesitarán
se encuentran en la industria del transporte
la producción de electricidad, la síntesis de
En esta revisión, se pretende presentar una
visión completa sobre el biohidrógeno desde la
una forma viable de producirlo. Varios estudios
han presentado la biomasa como una materia
lo largo de este estudio de revisión, se presenta
debido a la alta capacidad de producción
, combinada con la obtención de otros
II. METODOLOGÍA
3434
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ambiental asociado con el uso de las diferentes
tecnologías relacionadas con la producción de
hidrógeno, en contraste con la fermentación
contribución al establecimiento de la economía
del hidrógeno.
medio de diversas bases de datos como Scopus,
A. Métodos de obtención de hidrógeno
• Reformado de metano
El reformado de metano con vapor es un proceso
en la actualidad en la producción industrial de
,
después el CO producido reacciona con vapor
de agua para formar hidrógeno adicional en
en seco, el reformado autotérmico, entre otros
(7).
• Electrólisis de agua
Cuando los volúmenes de hidrógeno no son
hidrógeno producido en el cátodo se debe
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la electrólisis, una corriente eléctrica divide
de membrana polimérica protónica (PEM, por
electrolito polimérico sólido (18).
• Reformado de líquidos renovables
el etanol, pueden reaccionar con vapor a altas
glicerol. El bioetanol se presenta como la principal
como fuente de hidrógeno
algunos países, en comparación con el resto de
• Pirólisis
alimentación de materia prima a un reactor
biomasa, etc.), la transformación de la materia
de los productos obtenidos como hidrógeno,
• Fotofermentación
transformación de materia orgánica en hidrógeno,
responsables son principalmente bacterias
púrpuras de los géneros Rhodopseudomonas
Rhodobacter
precisan de una fuente de carbono como fuente
de electrones (23).
• Biofotólisis del agua
Proceso biológico de producción de hidrógeno
3535
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA POR
MEDIO DE FERMENTACIÓN OSCURA: UNA REVISIÓN
Casblanco, Guerrero.
• Celda de electrólisis microbiana
una tecnología en desarrollo con potencial para
contribuir a la producción de energía renovable
emplearse para la producción de hidrógeno del
se resumen en la Figura 1.
B. La fermentación oscura como método de
producción de biohidrógeno
producir hidrógeno por un método denominado
fermentación de hidrógeno oscuro (29). Este
usualmente, los monosacáridos son la principal
fuente de carbono, donde se destaca la glucosa,
Biofotólisis
Fotofermentación
Fermentación
Oscura
Celda de electólisis
microbiana
Luz Sin Luz
Hidrógeno
Figura 1. Obtención de hidrógeno biológico.
Elaboración propia basada en (28).
de protones a hidrógeno a través de hidrogenasa
reducidos durante la fermentación, lo cual
/mol glucosa
/mol glucosa. Con
en la fermentación oscura están alrededor de 2
microorganismos productores (34).
para producir hidrógeno por medio de la
, CO
(37).
los más opcionados para producir hidrógeno
proceso (38, 39).
CO + 2CO
7CO
+ 18CO
3636
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Caldicellulosiruptor
saccharolycus (40), Thermoanaerobacterium
thermosaccharolycum, Thermotoganapolitana
Thermotoga maríma (41).
producen hidrógeno por este sistema son los
géneros Enterobacter, Bacillus Clostridium,
hidrógeno, el metabolismo de la bacteria debe
enfocarse hacia la producción de ácidos grasos
C. Tipos de biomasa ulizada
hidrógeno. Diferentes cepas de microorganismos
para la fermentación biológica del hidrógeno
Factor Descripción
Inóculo
Sustrato
residuos orgánicos.
Nutrientes
metálicos
Tabla 1. Factores que afectan la producción de hidrógeno.
Elaboración propia basada en (11, 42, 43, 44, 45, 46, 47).
Tabla 2. Rendimiento de producción de hidrógeno de diversas
biomasas.
Elaboración propia.
residuos de procesamiento de alimentos, como
residuos orgánicos municipales, como residuos
obtenido diferentes resultados respecto al uso
D. Pretratamiento de la biomasa
• Mecánicos (fresado y molienda): En este
• Biológicos:
rendimiento respecto a la biomasa sin pre
Biomasa mol H2/mol glucosa Referencia
Miscanthus 3,3 (41)
(52)
1,7 (53)
(54)
0,8 (55)
3,0
2,8 (57)
Fibras de madera 1,3 (58)
2,1 (59)
3737
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA POR
MEDIO DE FERMENTACIÓN OSCURA: UNA REVISIÓN
Casblanco, Guerrero.
Tabla 3. Rendimiento de producción de hidrógeno de algunos
microorganismos. Elaboración propia basada en (70, 71).
• Químicos:
• Fisicoquímicos: Se rompen los enlaces de
• Hidrólisis enzimáca:
genera la ruptura de polímeros de celulosa
E. Reactor
(UASB, por sus siglas en inglés) para
tratamiento de aguas residuales, con un
/mol glucosa.
/g DQO.
en inglés) con un rendimiento de 4,44 mol
/ mol glucosa.
por sus siglas en inglés) con un rendimiento
siglas en inglés), con un rendimiento de 1
oscura para producir hidrógeno es un proceso
factores, como la concentración de sustrato, la
comparación con los procesos térmicos, como
convierte la biomasa con alto contenido de
hidrógeno todo el día, sin la necesidad de
a la contaminación de bacterias consumidoras
Microorganismo mol H2/mol
glucosa
Enterobacter aerogenes 1,1
Enterobacter cloacae 3,3
Escherichia coli 2,0
Clostridium butyricum 2,28
Clostridium pasteurianum 1,19
Clostridium beijerinckii 2,54
Thermotoga neapolitana 3,5
Thermotoga maríma 1,7
Clostridium saccharoperbutylacetonicum 2,5
Thermotoga eli 3,3
Clostridium acetobutyllicum 1,5
Clostridium thermocellum
F. Microorganismos ulizados
han obtenido resultados importantes acerca del
uso de microorganismos capaces de producir
hidrógeno molecular como producto metabólico
durante su crecimiento. Estos microorganismos
se presentan resultados respecto al rendimiento
en la producción de hidrógeno.
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Microorganismo Sustrato pH T (°C) Producvidad H2
(ml/h)
Rendimiento
H2 (mol H2 /mol
sustrato)
Referencia
Clostridium butyricum
CGS5
Sacarosa 5,5 37 2,78 (72)
Clostridium pasteu-
rianum
Almidón 8 35 18 194 (ml/g) (73)
Clostridium sacharo-
perbutyl acetonicum
Suero de
leche
30 47,07 2,8 (74)
Clostridium thermoce-
llum 27405
Fibras de
madera
- - (58)
Clostridium biricum,
enterobacter aeroge-
nes y rodhocater sp
M19
almidón de
papa
7,5 35 - 7 (75)
E. coli Glucosa 30 52 2,4
E. coli Glucosa - 37 - 2 (77)
E. coli MCI3-4 Glucosa - 37 10 1,27 (78)
Clostridium thermo-
laccum
Medio co-
mercial
7 37 - 0,0574 (mol/g) (79)
Clostridium acetobu-
tylicum
ATCC824
Glucosa - 30 27,2 0,9 (80)
Tabla 4. Procesos por lotes para fermentación oscura usando culvos puros. Elaboración propia basada en (81).
Tabla 5. Procesos por lotes para fermentación oscura usando algunos culvos mixtos. Elaboración propia basada en (81).
Sustrato pH T (°C) Producvidad H2
(ml/h)
Rendimiento H2 (mol
H2 /mol sustrato)
Referencia
Agua residual 7 55 - (10)
Agua residual de procesadoras de
alimentos
30 275 - (82)
Glucosa 11,5 37 - (83)
Glucosa 35 - 1,4 (84)
Glucosa 5,7 35 133,2 - (85)
4,5 37 87,5 -
Sacarosa 40 1,74 (87)
Sacarosa 35 - (88)
7,5 34 745 (89)
de hidrógeno, la degradación de la glucosa
procesos de tratamiento anaeróbico (90). En
género Clostridium
3939
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA POR
MEDIO DE FERMENTACIÓN OSCURA: UNA REVISIÓN
Casblanco, Guerrero.
Tabla 6. Reporte de emisiones de gases de efecto invernadero.
Elaboración propia basada en (91).
Figura 2. Huella de carbono hasta el año 2050.
Elaboración propia basada en (34).
G. Impacto ambiental
El impacto ambiental en los procesos industriales
principales impactos ambientales asociados con
ello.
obtenidos del cálculo de los GEI para diferentes
tecnologías relacionadas con la producción de
Allí se puede contrastar la fermentación oscura
con otras tecnologías, donde se consideraron
oscura es una vía potencialmente más sostenible
en comparación con la producción de hidrógeno
durante
carbono en comparación con las tecnologías
convencionales. Sin embargo, se hace necesario
tener en cuenta algunos factores para evaluar
adecuadamente la huella de carbono tales
como consumo de carbono, emisiones de gases
H. Papel de la Ingeniería Química
renovables, la obtención de los productos
El impacto ambiental se puede traducir a la
caso de la producción de hidrógeno como vector
Tipo de ruta Tecnología Valor
(gCO2eq/MJ)
Química 102
Química 19 - 242
Química
de carbono 8
Química
Química 1 - 3
Química
Química Electrólisis con energía
solar 17 - 31
Química Electrólisis con energía
eólica 7 - 21
Fermentación (foto-fer-
mentación, fermentación
oscura o combinación)
44
la Electrólisis de Agua Alcalina con energía eólica
con huellas de carbono estables alrededor de
traducido a huella de carbono.
4040
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el establecimiento de límites del sistema, la
el hidrógeno, por medio de diferentes métodos,
aportando en aspectos tan importantes como
Desde la Ingeniería Química se ha venido
solares para generar hidrógeno, comparando
de biomasa, todas impulsadas por energía solar
biorreactores para la producción de hidrógeno,
99).
en rápido crecimiento, donde es imprescindible
nuevos procesos para la producción a gran escala
los componentes de un sistema biológico, siguen
(100).
en el tratamiento de las preocupaciones
su implementación tanto en la academia como
en la industria ha promovido una mentalidad
en la producción de hidrógeno es fundamental
con menor impacto ambiental, con menores
renovable.
renovable en el futuro.
producción de hidrógeno por diferentes
medios, como la fermentación oscura,
para producir biohidrógeno con altos
rendimientos.
• Mediante el método de fermentación oscura,
los géneros bacterianos Enterobacter, Bacillus
Clostridium
/mol glucosa.
de controlar en el proceso de producción
temperatura. Si alguno de estos parámetros
/mol
• Una de las limitantes para el uso de la
fermentación oscura en la obtención de
comparación con la producción de hidrógeno
• El proceso de fermentación oscura puede
comparación con los métodos tradicionales
IV. CONCLUSIONES
4141
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA POR
MEDIO DE FERMENTACIÓN OSCURA: UNA REVISIÓN
Casblanco, Guerrero.
Separación no Convencionales (GPS) adscrito
Ingeniería.
VI. REFERENCIAS
V. AGRADECIMIENTOS
g CO
biomasa, una materia prima abundante en
4242
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23
103-123.
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MEDIO DE FERMENTACIÓN OSCURA: UNA REVISIÓN
Casblanco, Guerrero.
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2020. 2020.
gallic acid.
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Casblanco, Guerrero.
1508.
1745.
1988.
4646
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Universidad de América). 2022.
