Comparación de la fracción líquida y sólida de biomasas fotosintéticas como materia prima para la producción de metano a través de digestión anaeróbica

William R. Morales-Medina y Luis A. Ríos-Hernández Departamento de Biología

Recinto Universitario de Mayagüez

Resultados

Referencias

Introducción

Preámbulo

Metodología Conclusión

Muestreo: • Algas marinas • Hierbas marinas • Enredaderas

Secado: 70°C/ 72 hrs

Separación de Sólido y líquido

Biomasa sólida

Biomasa líquida

Biomasa sin tratamineto

Cuantificación de CH4 : • Cromatografía de gas • Presion generada (psi)

Digestion anaeróbica: • Botellas de suero (160mL) • 80mL medio anaeróbico • 0.5g de biomasa • 7% inoculo • Incubado a 30°C

Homogenización: • Licuadora

% Solubilidad cuantificación

por peso

La creación de una fuente de energía alterna se ha convertido en una necesidad para la humanidad debido a la escasez de los combustibles fósiles. Una alternativa viable es el

metano; este hidrocarburo natural es el producto principal del metabolismo de la biodegradación de materia orgánica en ambientes anaeróbicos, donde el CO2 es el aceptador de

electores dominante. Este biogás tiene un valor calorífico que sólo es superada por hidrógeno, y podría ser quemado en concentraciones tan bajas como 30%. Estas características

hacen del metano una posible y potencial fuente de energía para el futuro. En este trabajo de investigación se utilizaron biomasas fotosintéticas, no comestibles, de origen marino

y terrestre como materia prima en reactores anaeróbicos para producir biogás. Para ello, se homogeneizaron las biomasas en una licuadora y el líquido se separó de los sólidos por

centrifugación. Ambas fracciones se utilizan por separado como sustrato para los reactores (160 ml botella de suero) inoculados con una comunidad microbiana metanogénica

previamente seleccionada por su capacidad para degradar diferentes biomasas. La producción de metano se cuantificó semanalmente por cromatografía de gases lo cual fue

utilizado como un indicador de la actividad microbiana. Nuestros datos muestran que la mayoría del metano en nuestros reactores se produce a partir de la fracción sólida y no de

la fracción líquida de la biomasa, independientemente del origen (marina o terrestre). Curiosamente, algunos biorreactores alimentados con biomasa sin tratar, produjeron mayor

cantidad de metano que las fracciones liquidas y sólidas. Esto sugiere que la homogeneización de la biomasa no aumenta la producción de metano.

La disponibilidad limitada de combustibles fósiles y la creciente demanda de

energía, obligan a la humanidad a tener que desarrollar una nueva fuente de

energía alterna. Este nuevo combustible no tan solo debe ser renovable, sino

que también debe ser saludable para el ambiente. El metano es una potencial

alternativa debido a su alto valor calorífico ya su fácil método de purificación.

Este hidrocarburo natural es el producto final en el bio-descomposición de la

materia orgánica en ambientes anóxicos donde el dióxido de carbono es el

aceptor de electrones dominante. La digestión anaeróbica de biomasa es

posible gracias a la colaboración de diferentes poblaciones dentro de una

comunidad microbiana. La composición de esta comunidad incluye una

diversidad de fermentadores en la parte superior de la cadena trófica que se

encargan de hacerle disponible los nutrientes a las arqueas methanogénicas

para que estas los biotransformen a metano. Uno de los factores limitantes en

la descomposición de la biomasa fotosintética es la hidrólisis de estructuras

complejas como la celulosa, lignina y otros polímeros estructurales. Este

proceso requiere la producción de exo-enzimas por parte de la célula. Estas

enzimas especializadas se encargan de degradar extracelularmente estos

sustratos para hacerlo disponible para la célula. La celulosa, que ese el

polímero más abundante en la biomasa vegetal y en algunas algas, debe ser

degradada inicialmente por un proceso exo-enzimático. Este lento proceso es

indispensable para un rendimiento eficiente de metano debido a que la mayor

concentración de carbono se encuentra en la celulosa. En una pasada

investigación, nuestro laboratorio construyó reactores de 30mL para generar

metano usando diferentes tipos de biomasas fotosintéticas (enredaderas, algas

y yerbas marinas). Los datos preliminares demostraron que una vez que la

producción de metano cesó la biomasa sólida se mantuvo en el reactor, lo que

sugiere la incapacidad de la comunidad microbiana para degradar ese material.

Esta observación nos llevan a la hipotetizar que la producción de metano

proviene principalmente de partes solubles de la biomasa, mientras que las

estructuras sólidas y rígidas son recalcitrantes para la digestión anaeróbica.

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• Dakar, M. (2010). Challenges of Ethannol Production from Lignocellulosic Biomass. Katzen

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• La biomasa sin tratar resulto ser más efectiva que la biomasa liquida,

en todos los casos.

• La fracción liquida de las biomasas Dioscorea spp y Cissus spp

fueron las únicas en mostrar un aumento significativo en la

producción de metano, en comparación con la fracción sólida.

• Epipremnum spp y Acanthophora spp fueron las biomasas que más

produjeron metano, enredadera y alga marina, respectivamente.

Figura 2: Tiempo en que podemos mantener encendida una bombilla de 8 watts con la

producción de metano en los diferentes reactores.

Figura 1: Producción total de metano al día 56 de la digestión anaeróbica de las diferentes

biomasas