Recientemente, se ha explorado el uso de residuos sólidos orgánicos (RSO) como sustrato para la obtención de hidrógeno (H2) por medio de un proceso de fermentación oscura, ya que constituye una fuente de energía alternativa con múltiples ventajas, incluyendo un alto poder calorífico y el que como producto de su combustión solo se genera agua. Sin embargo, los bajos rendimientos de generación de H2 alcanzados actualmente a partir de RSO se han convertido en la principal limitante para su aplicación a escala industrial. Existen varios parámetros que afectan la producción de H2 a partir de RSO, entre los que destacan el tiempo de residencia hidráulica (TRH) y la carga orgánica. Debido a lo anterior es necesario determinar el TRH y la carga orgánica en el cual un proceso continuo empleando RSO como sustrato obtendrá la máxima producción de H2. La composición de los RSO también afecta la producción de H2, ya que se ha observado que la fermentación puede ser ineficiente debido a la presencia de materiales lentamente fermentables o inhibitorios (cáscara de limón, huesos, etc). Por lo anterior, en el presente proyecto se plantea evaluar la generación de hidrógeno en un biorreactor continuo de tanque agitado alimentado con RSO de un restaurante, particularmente se evaluará y buscará el TRH y la carga orgánica óptima para maximizar la producción de H2 y se determinarán los cambios en los microorganismos debido a la operación a largo plazo del reactor. Así mismo se investigará el efecto de la presencia de cáscaras de limón, huesos y papel en los RSO sobre la producción de H2. La estrategia experimental del proyecto de investigación se plantea con una duración de dos años y comprende cuatro etapas, las dos primeras serán realizadas en el Año 1 y las siguientes en el Año 2. En la primera se realizará la evaluación de cáscara de limón, papel y huesos sobre la producción biológica de hidrógeno (8 meses). En la segunda etapa se realizará el diseño, construcción y arranque de un reactor continuo de tanque agitado escala laboratorio (4 meses). En la tercer etapa, se continuará con la operación del reactor escala piloto (6 meses) evaluando tres tiempos de retención hidráulica y distintas cargas orgánicas iniciales. Finalmente, en la etapa cuatro del proyecto se realizará el análisis de la comunidad microbiana del reactor por medio de técnicas de biología molecular (6 meses). El presente proyecto toma como base los resultados obtenidos en un proyecto anterior financiado por PAPIIT (IB100612-RR180612) en el cual se determinó el efecto de algunos parámetros iniciales sobre la producción de H2 (como el tamaño de partícula, pH y sólidos totales iniciales) y se tomaron en cuenta para el arranque de un reactor discontinuo secuencial. Tomando esto en cuenta, en la presente propuesta se plantea el análisis de otros parámetros, incluyendo la influencia de materiales como las cáscaras de limón o huesos sobre la producción de H2 y se determinará, en un biorreactor continuo de tanque agitado operado por un largo periodo de tiempo, cual es el TRH y las cargas orgánicas bajo las cuales se producirá la mayor cantidad de H2, así como la dinámica poblacional que habrá en la comunidad microbiana del reactor en la operación estable del sistema y al ser aplicados cambios en el TRH y la carga orgánica. Como resultados académicos entregables al final del proyecto (2 años) se espera la publicación de al menos dos artículos en revistas indizadas, dos artículos en congresos internacionales, uno en congreso nacional y la graduación de un alumno de maestría y uno de licenciatura con tesis asociadas al proyecto de investigación propuesto.

El proyecto de investigación propuesto busca estudiar algunos parámetros básicos de proceso y determinar cómo afectan a la producción biológica de hidrógeno a partir de residuos sólidos orgánicos. Se contribuirá al entendimiento de qué efecto tiene la aplicación de distintas cargas orgánicas y tiempos de retención hidráulica tanto en el proceso como en los microorganismos involucrados. El proyecto pretende determinar cuáles son los valores de TRH y carga orgánica con lo que se obtendrá la máxima producción de hidrógeno en un reactor continuo de tanque agitado empleando residuos orgánicos de un restaurante. Con lo anterior, se podrán proponer estrategias para la optimización del sistema y sentar las bases para lograr la aplicación eficiente del proceso a escala real. También se contribuirá a determinar si existe la necesidad de retirar o no materiales que pueden producir una pérdida de producción de hidrógeno (como las cáscaras de limón, huesos y papel) de los residuos que serán alimentados al reactor. En caso de que los resultados muestren la necesidad de retirar estos materiales, se conocerá cuáles son los porcentajes máximos permisibles de estos para entrar en el proceso sin afectarlo, lo cual representa una información muy importante cuando se busque la aplicación práctica de estos procesos. Los resultados de esta investigación podrán ser usados como base para otros proyectos de investigación en ciencia básica e incluso para la aplicación y desarrollo de tecnologías eficientes para la producción de hidrógeno a partir de residuos sólidos orgánicos, no solo de restaurantes, sino de otras fuentes como por ejemplo de rellenos sanitarios. Finalmente, el proyecto contribuirá a la formación de alumnos de licenciatura y posgrado que realizarán su tesis asociados al tema de investigación del proyecto. Además, se contribuirá al conocimiento general de los procesos de producción biológica de hidrógeno por medio de la publicación de artículos en revistas y congresos con difusión nacional e internacional.