El elemento principal del proceso biológico es la bacteria Thermoanaerobacter kivui (T. kivui). La bacteria vive en las profundidades del lodo del lago Kivu, en África Central, lejos de la luz y el oxígeno. Posee de forma natural una enzima especial que le permite combinar hidrógeno (H2) y dióxido de carbono (CO2) para formar ácido fórmico (CH2O2) y viceversa.
Esta propiedad fue investigada fundamentalmente por el equipo dirigido por el Prof. Dr. Volker Müller, jefe del departamento de "Microbiología Molecular y Bioenergética" de la Universidad Goethe de Fráncfort, con quien Festo colabora estrechamente en el proyecto.
Almacenamiento eficiente
El almacenamiento y el transporte de hidrógeno siguen siendo un reto hoy en día. Los métodos habituales comprimen el hidrógeno a alta presión, lo licúan a temperaturas extremadamente bajas o lo convierten químicamente. Todos estos procesos consumen mucha energía y son complicados.
Con la ayuda de la bacteria T. kivui, es posible convertir el hidrógeno a temperaturas de unos 65 °C y a una baja presión de 1,5 bares en ácido fórmico, que puede almacenarse y transportarse con relativa facilidad.
Aunque se trata de un proceso biológico, esta reacción se produce rápidamente porque no está vinculada al crecimiento celular. Es más, las bacterias se utilizan como catalizadores: no se agotan y el proceso puede repetirse tantas veces como sea necesario con suficientes fases de regeneración, como si se tratase de un ciclo cerrado.
“A temperatura ambiente, el crecimiento de la bacteria T. kivui se detiene. En estas condiciones, las células pueden almacenarse durante varios años y reactivarse en cualquier momento. Esto también permitiría una utilización flexible a demanda”.
Dr. Adrian Eilingsfeld, Proyectos Biónicos en Festo
Automatización de procesos complejos
Lo que antes solo era posible en el laboratorio, ahora puede hacerse realidad a escala industrial con la BionicHydrogenBattery. Muchos productos de la gama de Festo se utilizan en la automatización de complejísimos procesos biotecnológicos.
Un total de 117 tipos de productos de Festo (correspondientes a 1.089 piezas) están instalados en la exposición. Por ejemplo, el nuevo terminal de válvulas VTUX modular, en combinación con el sistema de automatización CPX-E, controla un gran número de válvulas ocupando poco espacio. Del transporte suave de la solución viscosa de biomasa dentro y fuera de los biorreactores se encargan las válvulas para fluidos VYKC de nuestra gama de productos Lifetech. El caudal que pasa por los filtros se regula con válvulas aprisionadoras VZQA. Para dosificar con precisión los volúmenes más pequeños de líquido en nuestros reactores, los motores paso a paso EMMS-ST funcionan, en combinación con cabezales de bomba, como bombas peristálticas. Un sensor de colores SOEC, en combinación con superpartículas, detecta incluso las cantidades más pequeñas de hidrógeno.
Procesos seguros
La bacteria T. kivui es anaerobia, es decir, se desarrolla exclusivamente en ausencia de oxígeno. En caso de fuga en el sistema, las bacterias mueren inmediatamente y, por tanto, no suponen ningún riesgo para el ser humano. Al mismo tiempo, la ausencia de oxígeno hace imposible que el hidrógeno forme una mezcla inflamable. Además, el sistema sólo contiene cantidades muy pequeñas en un momento dado.
Del hidrógeno al ácido fórmico y viceversa
A lo largo de millones de años de evolución, las bacterias han optimizado sus procesos metabólicos. Podemos aprovechar sus habilidades combinándolas con la tecnología. Con la BionicHydrogenBattery, reproducimos el proceso biológico a pequeña escala, que ahora podemos ampliar según se desee gracias a nuestra tecnología de automatización.
- 1: Multiplicación de la bacteria T. kivui en condiciones optimizadas en un biorreactor.
- 2: El hidrógeno se produce a partir del agua por electrólisis.
- 3: Las bacterias convierten el CO2 y el hidrógeno en ácido fórmico.
- 4: Se extrae el ácido y se vierte en un depósito.
- 5: Transporte seguro del ácido fórmico al lugar de reconversión.
- 6: Las mismas bacterias vuelven a descomponer el ácido fórmico en sus componentes hidrógeno y CO2.
- 7: El hidrógeno se convierte de nuevo en energía eléctrica en una pila de combustible.
Soluciones sostenibles para el futuro
Biologización significa que ya no sólo aprendemos de la naturaleza, sino que trabajamos con ella. De este modo, posibilitamos innovaciones ecológicas y soluciones respetuosas con el clima para el mundo del mañana y contribuimos a mejorar la calidad de vida de las generaciones actuales y futuras.
El sistema de almacenamiento energéticamente eficiente y de bajo riesgo de hidrógeno con ayuda de bacterias ofrece aquí un gran potencial. Nos permite producir y almacenar hidrógeno cuando se dispone de suficiente energía generada de forma sostenible —por ejemplo, en verano o en países ventosos y soleados— y recuperarlo cuando se necesita para la generación de energía.
“Combinando las bacterias con la tecnología, podemos aprovechar sus capacidades. Esto significa que ya no sólo aprendemos de la naturaleza, sino que trabajamos con ella”.
Sebastian Schrof, Proyectos Biónicos en Festo