El hidrógeno ha sido visto como el vector energético del futuro: su combustión es inocua al ambiente y su contenido energético es muy grande. Sin embargo, su uso como combustible es actualmente limitado y poco práctico pues se obtiene principalmente de combustibles fósiles. Empero, es posible obtener hidrógeno a partir de la fermentación oscura de sustratos orgánicos como los contenidos en residuos de comida o las aguas residuales. En este proceso bacterias especializadas descomponen la materia orgánica, produciendo principalmente ácidos grasos volátiles e hidrógeno que puede ser "cosechado", de la misma manera en que ya se usa un proceso similar (pero más complejo) para obtener biogás, compuesto por metano y bióxido de carbono, en los llamados digestores anaerobios. Un reto interesante en la producción de biohidrógeno es alcanzar un máximo rendimiento con flujos volumétricos considerables, es decir, una buena productividad, de tal manera que el proceso sea competitivo. El proyecto plantea la posibilidad de incrementar hasta valores cercanos al máximo práctico la productividad de hidrógeno producido por biorreactores anaerobios aclimatados para este propósito, usando para ello técnicas de control de procesos por retroalimentación. Este es su objetivo general. En particular, se parte del supuesto de que para el proceso estudiado existe en todo momento un único punto de operación ideal, en el que se maximiza alguna función objetivo cuyo valor puede ser medido en línea, o estimado con cierta precisión, por ejemplo la productividad de biohidrógeno del reactor. Ante ello, se propone emplear técnicas de control por búsqueda de extremos ("extremum-seeking control" en inglés) para manipular de forma dinámica las variables de entrada al proceso, por ejemplo la tasa de dilución o la tasa de carga orgánica. Sin embargo, la inherente variabilidad e incertidumbre paramétrica de estos procesos implica la necesidad de proponer estrategias de control que sean robustas ante ello. En este sentido, las propuestas de control deberán considerar que no se pueden medir muchas de las variables de interés, por lo que se propondrán controladores por retroalimentación de salida que también sean robustos ante ciertas clases de incertidumbre paramétrica. Para ello también se usarán observadores robustos de estado. Se trata de un proyecto multidisciplinario, pues se combinan las capacidades de especialistas de diversas áreas, desde la teoría de control y de sistemas, hasta la ingeniería ambiental y de bioprocesos, para plantear una metodología que incluye: la propuesta teórica y la validación experimental de modelos matemáticos dinámicos del proceso a estudiar, la propuesta de estrategias de control por retroalimentación de salida usando búsqueda de extremos, la validación de los controladores mediante simulación numérica, y finalmente, la implementación y prueba experimental de los algoritmos de control propuestos. Además se contempla la formación de recursos humanos de alto nivel.

Para hacer competitiva la tecnología de producción de biohidrógeno mediante fermentación oscura, es necesario no sólo mantener el reactor en condiciones de operación adecuadas a pesar de todas las perturbaciones externas, sino también maximizar la productividad de H2 sin descuidar el rendimiento. El proyecto plantea el uso de control retroalimentado para solucionar esta problemática, donde a partir de la medición en línea de variables (de salida) clave del procesos, es posible, mediante algoritmos derivados de un análisis a fondo del proceso y su modelo matemático inherente, modificar en línea algunas otras variables (de entrada) para alcanzar el objetivo de la maximización de la productividad de H2, aún a pesar de las perturbaciones externas. El proyecto contribuirá en varios aspectos al avance de los conocimientos del área. En primer lugar, porque para proponer las estrategias de control, se analizarán los modelos matemáticos de este tipo de procesos propuestos en la literatura especializada y se plantearán mejoras para reflejar lo observado experimentalmente. Aunque no responde a un objetivo del proyecto, la experimentación también proporcionará resultados que derivarán en un mejor entendimiento del proceso de producción de H2 en biorreactores. En segundo lugar, el planteamiento de nuevas estrategias de control retroalimentado para operar este tipo de biorreactores contribuirá, por un lado, a dar aplicación a técnicas de control y de estimación novedosas como los métodos por búsqueda de extremos o los modos deslizantes de orden superior, y por otro, a generar nuevo conocimiento en el área de control de procesos. En tercer lugar, se espera que la propuesta de control sea exitosa y de esta manera contribuya a mejorar los procesos de producción de biohidrógeno a partir de residuos, incrementando la posibilidad de una aplicación a gran escala en el futuro. Finalmente, al involucrar a estudiantes de posgrado y licenciatura en el proyecto, se espera contribuir a la formación de recursos humanos de alto nivel que el país tanto requiere.