BIO-H2

Biotecnología aplicada a la producción biológica de hidrógeno

Periodo de ejecución

Fase 1: Diciembre de 2021 a agosto de 2022

Fase 2: Septiembre 2022 a abril 2023

Ámbito de trabajo

Tecnología digital

Infraestructuras resilientes

Participantes

DAB BIOTECNOLOGÍA https://dab-biotecnologia.es/
INGEOBRAS https://ingeobras.com/
GRUPO TÉCNICO RIVI http://www.rivi.net/
ZINNAE https://zinnae.org/

Subvenciones

Este proyecto ha recibido una ayuda en forma de subvención regulada por el programa de apoyo a Agrupaciones Empresariales Innovadoras (AEIs) del Ministerio de Industria, Comercio y Turismo. Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia – Financiado por la Unión Europea – NextGenerationEU.

Nº expediente:

Fase 1:  AEI-010500-2021b-174

Fase 2: AEI-010500-2022b-165

Descripción

BIO-H2 propone un sistema de generación de H2 verde biológico, utilizando la materia orgánica de aguas residuales como sustrato. Este sistema se plantea como una solución económica y modular que permite la valorización de las aguas residuales en la industria, especialmente si contienen una elevada concentración de azúcares en sus efluentes, como es el caso de la industria agroalimentaria.

Para conseguir esto, se plantean tres líneas de trabajo: la elección de los cultivos bacterianos mejorados, la optimización del proceso de producción de hidrógeno y el almacenamiento y control del mismo.

BIO-H2 sensorizará todos los parámetros críticos del sistema proporcionando una monitorización en tiempo real de todo el proceso. Una segunda parte posterior a este proyecto se centrará en el aprovechamiento energético del hidrógeno producido para autoconsumo.

Objetivos

El objetivo del proyecto es desarrollar una tecnología de generación de hidrógeno biológico, a partir de las aguas residuales de la industria agroalimentaria, de manera que este vector energético se pueda utilizar para el autoabastecimiento de la industria, disminuyendo los costes energéticos de la empresa y su huella de carbono. Una característica y objetivo importante de esta tecnología es que se obtiene una fuente de energía local para consumirla también localmente, lo que evita su compresión a altas presiones para el transporte y el propio transporte, con lo que ello implica en la reducción drástica de la huella de carbono y otras emisiones. Además, el proceso planteado mejora la biodegradabilidad del agua residual empleada para la producción de hidrógeno, por lo que se simplifica la matriz de dicho efluente a tratar llevándola hasta la forma orgánica más simple, los acetatos. Esto se traduce en una disminución de los costes de depuración, al requerirse tratamientos menos intensivos y abre la vía a otros posibles usos de esa materia orgánica muy biodegradable. Todo este sistema parte de la idea de que debe operarse de forma autónoma y con un mínimo mantenimiento, por lo que la utilización de tecnologías digitales 4.0 se convierte en un habilitador indispensable para la correcta ejecución del proyecto.

En este sentido, los objetivos abordados en la fase 1 fueron:
• Mejorar las cepas bacterianas para la producción biológica de H2 verde.
• Pilotar en el banco de pruebas que INGEOBRAS tiene en su Centro de Desarrollo.
• Purificar la mezcla de gases a la salida del reactor.
• Monitorizar la producción y distribución del gas.
• Mejorar la depuración posterior.
• Digitalizar el sistema y desarrollar el sistema de control.

Considerando los resultados alcanzados en Fase 1 y la experiencia adquirida durante su ejecución, los objetivos concretos que se plantean para la Fase 2  son:
• Explorar y analizar la ruta enzimática en la producción de hidrógeno en un biorreactor a pequeña escala.
• Diseñar y fabricar un piloto representativo de 200L, que permita evaluar en profundidad el proceso y adquirir los nuevos conocimientos sobre la base tecnológica de la generación de hidrógeno biológico mediante vía fermentativa, en condiciones de escala mayor.
• Evaluar el comportamiento de la tecnología frente a distintas matrices de agua sintética llegando a aguas sintéticas con similares características a las reales.
• Optimizar los parámetros de trabajo maximizando la producción de hidrógeno en cantidad y riqueza.
• Diseñar un sistema autónomo energéticamente mediante la aplicación de energías renovables y habilitadores digitales.
• Sistema de monitorización en tiempo real y control remoto de la planta, capaz de incluir un sistema para la autogestión del consumo de energía en base al diseño de autonomía energética.
• Incremento de los niveles de compresión del sistema de gas.

Resultados

El proyecto ha logrado crear un sistema económico y modular capaz de generar hidrógeno verde biológico a partir de agua residual industrial.

Adquirir el conocimiento técnico de esta tecnología, estudiado desde el origen en laboratorio hasta pruebas a mayor escala, ha permitido que el sistema se pueda optimizar hasta alcanzar una pureza del hidrógeno obtenido superior al 70%. De manera similar, se ha logrado la especialización y selección bacteriana, lo que permite mayores rendimientos de producción de hidrógeno.

Desde el punto de vista económico, se han reducido los costes de operación y de inversión del proceso. El tiempo de retención hidráulico (TRH) es notablemente inferior a las soluciones tradicionales, pasando de 21-31 días a 3-4 con el sistema BIOH2.

La tecnología BIOH2 integra pools bacterianos específicos y procesos rápidos anóxicos, todo ello permite que el tamaño de los biodigestores sea menor y se reduzcan notablemente los costes asociados.

La gran ventaja de este sistema, además de la valorización de un residuo (agua residual) a un recurso valioso (Hidrógeno verde), es el agua de salida tras el tratamiento. Se ha logrado optimizar el agua tras el tratamiento para obtener un agua más fácilmente biodegradable, perfecta para generar metano en una etapa posterior.

Además de perfeccionar el proceso de la tecnología también se ha trabajado en la digitalización de los equipos fabricados. Se ha logrado la monitorización e incorporar un sistema de control remoto a través de una aplicación online para revisar el proceso de autogestión de consumo.