Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Electrometanogénesis

La electrometanogénesis es una forma de producción de electrocombustibles donde el metano se produce por conversión biológica directa de corriente eléctrica y dióxido de carbono...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

La electrometanogénesis es una forma de producción de electrocombustibles donde el metano se produce por conversión biológica directa de corriente eléctrica y dióxido de carbono . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

Las tecnologías de producción de metano despertaron interés en la comunidad científica antes del año 2000, pero la electrometanogénesis no se convirtió en un área de interés significativa hasta 2008. Las publicaciones sobre metanación catalítica aumentaron de 44 a más de 130 entre 2008 y 2017. [ 4 ] La electrometanogénesis ha atraído más investigación debido a sus aplicaciones propuestas. La producción de metano a partir de corriente eléctrica puede proporcionar un enfoque para el almacenamiento de energía renovable . [ 1 ] [ 4 ] La corriente eléctrica producida a partir de fuentes de energía renovables puede, mediante la electrometanogénesis, convertirse en metano que luego puede usarse como biocombustible . [ 1 ] [ 4 ] También puede ser un método útil para la captura de dióxido de carbono que puede usarse para la purificación del aire. [ 1 ]

En la naturaleza, la formación de metano ocurre biótica y abióticamente . [ 1 ] [ 5 ] [ 6 ] El metano abiogénico se produce a menor escala y las reacciones químicas requeridas no necesitan materiales orgánicos . [ 4 ] El metano biogénico se produce en ambientes naturales anaeróbicos donde el metano se forma como resultado de la descomposición de materiales orgánicos por microbios o microorganismos. [ 4 ] [ 7 ] Los investigadores han descubierto que el proceso de producción de metano biogénico puede replicarse en un entorno de laboratorio a través de la electrometanogénesis. [ 4 ] [ 7 ] La reducción de CO 2 en la electrometanogénesis se facilita mediante una corriente eléctrica en un biocátodo en una celda de electrólisis microbiana (MEC) y con la ayuda de microbios y electrones (Ecuación 1) o hidrógeno producido abióticamente (Ecuación 2). [ 1 ] [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ]

(1) CO 2 + 8H + + 8e − ↔ CH 4 + 2H 2 O

( 2) CO2 + 4H2 ↔ CH4 + 2H2O

Biocátodo

Un biocátodo es un cátodo utilizado en una celda de electrólisis microbiana durante la electrometanogénesis que emplea microorganismos para catalizar el proceso de aceptación de electrones y protones del ánodo. [ 8 ] Un biocátodo suele estar hecho de un material económico, como carbono o grafito, al igual que el ánodo en la MEC. [ 5 ] La población microbiana colocada en el biocátodo debe ser capaz de captar electrones del material del electrodo (carbono o grafito) y convertirlos en hidrógeno. [ 8 ] [ 5 ]

Mecanismo

Figura 1: Ejemplo de un sistema de producción de metano de dos cámaras donde tiene lugar la electrometanogénesis.

El mecanismo de la electrometanogénesis se describe en la Figura 1. Se introduce agua en el sistema, que incluye el ánodo, el biocátodo y los microorganismos. En el ánodo, los microorganismos atraen moléculas de H₂O, las cuales se oxidan al aplicar una corriente eléctrica desde la fuente de alimentación. El oxígeno se libera del lado del ánodo. Los protones y electrones oxidados del H₂O se desplazan a través de la membrana hacia el material que conforma el biocátodo. El nuevo microorganismo en el biocátodo tiene la capacidad de transferir los electrones del material del biocátodo y convertirlos en protones. Estos protones se utilizan en la principal vía metabólica que impulsa la producción de metano en la electrometanogénesis: la reducción de CO₂ . El CO₂ ingresa al lado del biocátodo, donde es reducido por los protones producidos por los microorganismos para generar H₂O y metano (CH₄⁺ ) . El metano producido puede liberarse del lado del biocátodo y almacenarse. [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 9 ]

Limitaciones

Una limitación es la pérdida de energía en los sistemas bioelectroquímicos productores de metano. Esto ocurre como resultado de sobrepotenciales en el ánodo , la membrana y el biocátodo. La pérdida de energía reduce significativamente la eficiencia. [ 4 ] [ 6 ] [ 7 ] Otra limitación es el biocátodo. Debido a su importancia en el intercambio de electrones y la formación de metano, su composición puede tener un efecto drástico en la eficiencia de la reacción. [ 1 ] [ 4 ] Se están realizando esfuerzos para mejorar los biocátodos utilizados en la electrometanogénesis mediante la combinación de materiales nuevos y existentes, la modificación de su forma o la aplicación de diferentes "pretratamientos" a la superficie del biocátodo, aumentando así la biocompatibilidad. [ 4 ] [ 6 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 Cheng, Shaoan; Xing, Defeng; Call, Douglas F.; Logan, Bruce E. (2009-05-15). "Conversión biológica directa de corriente eléctrica en metano por electrometanogénesis" . Environmental Science & Technology . 43 (10): 3953– 3958. Bibcode : 2009EnST...43.3953C . doi : 10.1021/es803531g . ISSN 0013-936X . PMID 19544913 .  
  2. ^ Tuomas Kangasniemi (7 de abril de 2009). "Aurinkosähkön varastoinnin ongelmat ohi: bakteeri syö sähköä, tekee metaania" . Tekniikka y Talous (en finlandés). Archivado desde el original el 17 de julio de 2011 . Consultado el 7 de abril de 2009 .
  3. ↑ "Investigadores demuestran la producción bacteriana directa de metano a partir de electricidad y CO2" . Green Car Congress . 30 de marzo de 2009. Consultado el 9 de abril de 2009 .
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Blasco-Gómez, Ramiro; Batlle-Vilanova, Pau; Villano, Mariana; Balaguer, María Dolors; Colprim, Jesús; Puig, Sebastián (20 de abril de 2017). "Al borde de la investigación y la aplicación tecnológica: una revisión crítica de la electrometanogénesis" . Revista Internacional de Ciencias Moleculares . 18 (4): 874. doi : 10.3390/ijms18040874 . ISSN 1422-0067 . PMC 5412455 . PMID 28425974 .   
  5. 1 2 3 Batlle-Vilanova, Pau; Puig, Sebastián; González-Olmos, Rafael; Vilajeliu-Pons, Anna; Bañeras, Lluís; Balaguer, M. Dolors; Colprim, Jesús (16 de enero de 2014). "Evaluación de cátodos de grafito bióticos y abióticos para la producción de hidrógeno en células de electrólisis microbiana" . Revista Internacional de Energía del Hidrógeno . 39 (3): 1297– 1305. doi : 10.1016/j.ijhydene.2013.11.017 . ISSN 0360-3199 . 
  6. 1 2 3 4 5 Geppert, Florian; Liu, Dandan; van Eerten-Jansen, Mieke; Weidner, Eckhard; Buisman, Cees; ter Heijne, Annemiek (1 de noviembre de 2016). "Bioelectroquímico Power-to-Gas: estado del arte y perspectivas de futuro" . Tendencias en Biotecnología . 34 (11): 879– 894. doi : 10.1016/j.tibtech.2016.08.010 . ISSN 0167-7799 . PMID 27666730 .  
  7. 1 2 3 4 5 Hara, Masahiro; Onaka, Yutaka; Kobayashi, Hajime; Fu, Qian; Kawaguchi, Hideo; Vilcáez, Javier; Sato, Kozo (2013). "Mecanismo de reducción electrometanogénica de CO2 mediante un metanógeno termófilo" . Procedimiento energético . 37 : 7021– 7028. doi : 10.1016/j.egypro.2013.06.637 . ISSN 1876-6102 . 
  8. 1 2 Croese, Elsemiek; Pereira, Maria Alcina; Euverink, Gert-Jan W.; Stams, Alfons JM; Geelhoed, Jeanine S. (diciembre de 2011). "Análisis de la comunidad microbiana del biocátodo de una celda de electrólisis microbiana productora de hidrógeno" . Microbiología Aplicada y Biotecnología . 92 (5): 1083– 1093. doi : 10.1007/s00253-011-3583-x . ISSN 0175-7598 . PMC 3210952. PMID 21983651 .   
  9. ↑ Zhou, Huihui; Xing, Defeng; Xu, Mingyi; Angelidaki, Irini; Zhang, Yifeng (2019). "La tasa de producción de metano más alta jamás registrada mediante electrometanogénesis utilizando lodo granular anaeróbico intacto como biocátodo" .{{cite journal}}: Para citar una revista se requiere |journal=( ayuda )