Produccion Biotecnologica De Hidrogeno

Producción biotecnológica de hidrogeno: Análisis termodinámico, análisis de
sensibilidad y optimización del proceso .
Biotechnological production of hydrogen: thermodniamic analysis,
sensivity analysis and process optimization.
Marcela Cuartas Ramírez1, Juan Fernando Ramírez Henao2
1

Estudiante de Ingeniería química mcuartasra@unal.edu.co – marcelacuartas@hotmail.com

2

Estudiante deIngeniería química jframirezh@unal.edu.co – juanferquindio@hotmail.com

RESUMEN
En este trabajo, se presenta el análisis termodinámico (utilizando el software Matlab) de la
producción de Hidrogeno mediante fermentación de glucosa utilizando Clostridium butyricum, la
selección de las condiciones optimas de reacción, la simulación del proceso y el análisis de
sensibilidad (utilizando elsoftware ASPEN PLUS), y la optimización de este proceso a escala
industrial utilizando el método de Newton. Finalmente se estudiara la viabilidad de llevar a cabo la
fermentación con una recirculación de la corriente de salida de todo el proceso.
Palabras claves: Hidrogeno, Clostridium butyricum, análisis termodinámico, simulación,
optimización.

INTRODUCCIÓN
La crisis energética que ha generadoel Hombre con la excesiva quema de hidrocarburos obliga a
encontrar un combustible limpio e inagotable, o enfrentar las consecuencias ambientales que se
aproximan. Un estudio de posibles soluciones han mostrado el hidrogeno como una buena opción, ya
que el único producto de su oxidación es agua y pequeñas cantidades de peróxido de hidrogeno,
además a un plazo mucho más largo tal vez la fuentede energía principal sea la fusión nuclear que
también utiliza hidrogeno, pero para producir helio mediante la fusión de dos átomos de hidrogeno
pesado (deuterio). Por último, la otra gran ventaja del hidrogeno es la gran variedad de materias
primas disponibles para su producción, tales como: Agua (hidrólisis), Hidrocarburos
(deshidrogenación) y biomasa (fermentación, gasificación,biocatálisis), entre otras.
DISEÑO DEL REACTOR
Para este caso de estudio se tomara la producción de hidrogeno por proceso fermentativo, este tipo de
procesos generalmente tienen tiempos de residencia altos, tanto a nivel de laboratorio como en la
industria, por esta razón se han usado reactores discontinuos, y en caso de trabajar con grandes
volúmenes se pueden implementar una batería de reactores enparalelo.
Como materia prima o sustrato, se utilizara únicamente la glucosa, y se deben escoger los
microorganismos que asimilen, consuman hexosas y que como metabolito se presente el hidrogeno,
ya que hay cantidades de microorganismos cada uno con su sustrato asimilable y con diferentes
metabolitos.en este caso, para la producción de hidrogeno, los microorganismos utilizados pueden

s er: Rhodopseudomonas palustris (35ºC), C lostridium butyricum (35ºC) , Enterobacter
cloacae(37ºC), Rhodobacter sphaeroides(37ºC), entre otros.
Al utilizar el Clostridium butyricum las reacciones que ocurren son las siguientes:

·

Análisis termodinámico

El análisis termodinámico de un proceso se analiza para encontrar su viabilidad, y en caso de que las
reacciones sean posiblestermodinámicamente, encontrar las condiciones óptimas de operación; sin
embargo se debe tener en cuenta que estas condiciones halladas de acuerdo a los cambios entalpicos y
de la energía libre de Gibbs, pueden no ser las mejores debido al tipo de materia prima, y en este caso
por ser un proceso biológico cada microorganismo tiene su temperatura optima, por lo cual en el caso
de la temperatura esta dado porcondiciones biológicas del Clostridium butyricum, 35ºC, lo cual
indica que a esta temperatura es donde el metaboliza la mayor cantidad de sustrato y por consiguiente
la mayor producción de Hidrogeno.
Otro factor muy importante en los procesos biológicos es la concentración de oxígeno disuelto en el
medio, ya que algunos no lo soportan, unos no pueden vivir sin esta, y otros dependiendo de...