Cómo las cáscaras de camarón se convierten en combustible, alimentos y materiales de construcción ‘carbono negativos’ |

En las tierras bajas de Singapur, el ingeniero electroquímico Li Hong ha encontrado una forma creativa de eliminar la dependencia de la ciudad-estado del gas natural que puede causar el calentamiento global. Utilizando un nuevo proceso de varios pasos, Li y sus colegas han encontrado una manera de realizar pequeños cambios químicos que ayudan al clima al convertir desechos orgánicos ricos en carbono, como cáscaras de camarón, en productos que la nación insular necesita, incluido gas hidrógeno, alimentos y carbonato de calcio biogénico, una sal blanca utilizada en productos que van desde cemento hasta antiácidos.

Li y su equipo de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur informan que al desviar los desechos de los vertederos y procesarlos de la manera correcta, su sistema de prueba de concepto de laboratorio puede producir gas hidrógeno con carbono negativo. “Carbono negativo” significa que, en general, el proceso elimina de la atmósfera más dióxido de carbono que atrapa el calor del que produce.

Para ayudar a lograr ese estado de carbono negativo, el proceso químico también produce proteínas cultivadas, algo así como productos cultivados por microbios que las empresas de carne falsa están probando, y que podría utilizarse como alimento para el marisco de piscifactoría, incluido el camarón de piscifactoría. Este proceso “cierra el círculo del desperdicio a los alimentos”, dijo Li, y aplica una mentalidad de conversión de desperdicio en riqueza.

Un tercer producto, el carbonato de calcio, puede ayudar a reemplazar la piedra caliza extraída en la producción de cemento. Anualmente se producen 4,2 mil millones de toneladas métricas. Juan Carlos Serrano Ruiz, químico e ingeniero de la Universidad Loyola en España que no participó en la investigación, dijo que el sistema es una forma «muy inteligente» de utilizar biomasa para resolver un problema desconcertante en la producción de hidrógeno. «Me impresionó mucho el nivel de integración», dijo.

Actualmente, la mayor parte del gas hidrógeno se produce haciendo reaccionar gas natural con vapor. Esto se conoce como “hidrógeno gris”. También hay aumento del suministro de “hidrógeno verde” que se elaboran utilizando energías renovables como el sol o el viento.

Actualmente, el gas hidrógeno sirve principalmente como material de partida. fertilizante y producción de productos químicos industriales. Sin embargo, existe un interés creciente en sus posibles usos energéticos, particularmente en sectores difíciles de descarbonizar como la aviación. y entrega. El gas hidrógeno generalmente no se utiliza como combustible; sin embargo, puede servir como forma de almacenar energía, que luego puede liberarse a través de turbinas o motores sin emitir carbono. Que el gas hidrógeno pueda considerarse respetuoso con el medio ambiente o no depende de muchos factores, incluido dónde y cómo se produce el hidrógeno y qué tan lejos está la instalación de producción del punto de uso.

«Todo el mundo está tratando de encontrar la combinación adecuada de tecnologías que funcione [has] el costo es bastante bajo”, dijo Alex Pearse, científico de materiales de Modern Hydrogen en el estado de Washington, una empresa que vende hidrógeno derivado del gas natural.

El equipo de Li encontró la clave para producir gas hidrógeno con bajas emisiones de carbono cambiando una tecnología existente llamada electrólisis del agua y adaptándola para utilizar desechos orgánicos que de otro modo irían a los vertederos.

Normalmente, la electrólisis implica el uso de una corriente eléctrica para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno gaseoso. Esta reacción requiere mucha energía y la gran cantidad de oxígeno gaseoso hace que la instalación sea propensa a explotar. Por el contrario, el enfoque de Li utiliza materiales orgánicos, como restos de cáscaras de camarón, como materia prima que reacciona fácilmente en presencia de un catalizador, eliminando así el problema del oxígeno explosivo y reduciendo drásticamente la energía necesaria. (Evitar que los desechos se descompongan en los vertederos reduciría aún más las emisiones netas de carbono del proceso).

Para convertir los caparazones de camarón en materia prima para la producción de gas hidrógeno, el proceso comienza machacando los caparazones de camarón hasta obtener pulpa de camarón de color óxido. Los científicos han aprendido a separar el carbonato de calcio de la mezcla utilizando equipos de molienda de bolas para moler las cáscaras. El resto (ácidos orgánicos y amoníaco) se bombeó a un electrolizador que el equipo instaló en el tejado de su universidad.

Con un diseño similar al de una batería, un electrolizador tiene un ánodo negativo en un lado del tanque, un cátodo positivo en el otro lado y una membrana en el medio. Cinco paneles solares cercanos alimentan el sistema, haciendo pasar una corriente eléctrica a través de los ácidos orgánicos del camarón, mientras que una bolsa de muestra conectada al dispositivo captura el gas hidrógeno que se escapa.

Después de la electrólisis, el paso final de este proceso multifásico ocurre en el biorreactor. Allí los científicos se mezclan bacterias fototróficas de color púrpura lo que produce un olor fétido al fermentar la biomasa restante para convertirla en un suplemento rico en proteínas adecuado para piensos para acuicultura. Coseche peces silvestres para alimentar peces de piscifactoría y otros productos de piscifactoría. serios problemas de sostenibilidad que alternativas como la proteína cultivada pueden ayudar a brindar alivio si las condiciones económicas y tecnológicas no lo permiten.

Como informan Li y sus colegas en un estudio publicado el año pasadosu pequeño laboratorio puede producir 14 litros (4 galones) de gas hidrógeno por hora. El proceso es aproximadamente la mitad de eficiente que las técnicas comerciales existentes de hidrógeno verde, y aumentar las tasas de producción es fundamental para que la tecnología sea económicamente competitiva, sugiere Serrano Ruiz.

Actualmente, el precio del hidrógeno verde es más caro que el del hidrógeno gris derivado del gas natural, y el precio del hidrógeno verde depende en gran medida de los incentivos gubernamentales y los costos energéticos locales. Según las proyecciones del equipo de Li, el mayor costo de ejecutar el proceso a escala piloto (una planta capaz de procesar 200 toneladas métricas de cáscaras de camarón) es la electricidad, que equivale a más de la mitad de los costos de producción. Sin embargo, una ventaja potencial para Li y su equipo es que el gas hidrógeno no es el único material que prevén producir.

La venta de hidrógeno junto con otros productos de proceso, ya sea carbonato de calcio o proteínas, podría equilibrar la economía, dijo Pearse. «Es muy útil porque se obtienen ingresos, pero también es un poco más complicado porque se combinan dos mercados». Su propia empresa, Modern Hydrogen, vende carbono sólido para asfalto de carreteras junto con hidrógeno a base de metano.

Aunque el proyecto de Li utiliza caparazones de crustáceos desechados, enfatiza que la tecnología no se limita a restos de mariscos. «Se trata de una tecnología muy versátil, adecuada para una amplia gama de residuos», afirmó, incluidas cajas de cartón, hortalizas, pasto, maíz y residuos de industrias que van desde el aceite de palma y la silvicultura hasta el azúcar y la elaboración de cerveza.

Para Serrano Ruiz, este es el principal atractivo. «Vendería esta tecnología como una forma de reciclar biomasa», dijo, «para convertir la biomasa en algo útil».

De hecho, dos empresas han licenciado esta nueva tecnología para proyectos comerciales. Ki Hydrogen, con sede en Londres y fundada en 2022, obtiene residuos de biomasa de la silvicultura, la agricultura y las cervecerías. La compañía utiliza una versión personalizada del proceso, dijo Li, para producir hidrógeno puro y dióxido de carbono, que luego vende a socios industriales para crear hidrógeno puro y dióxido de carbono. combustible sostenible. Mientras tanto, otras empresas están trabajando para utilizar el proceso de reciclaje de carbono de los lodos de depuradora.

Si las empresas pueden ampliar esta tecnología de conversión de biomasa de manera eficiente y rentable, dice Serrano Ruiz, probablemente tendrá un impacto positivo en el medio ambiente, porque las materias primas propuestas son restos de alimentos y desechos orgánicos, no productos comestibles como el maíz, que se utilizan para producir etanol de maíz como combustible. Sin embargo, para alcanzar este nivel de impacto se requiere esfuerzo para lograrlo. suministro estable de biomasalanzar plantas de prueba y construir mercados con los incentivos políticos adecuados para sus productos. Y, añade Pearse, demostrar que el proceso produce gas hidrógeno con carbono negativo incluso en un entorno industrial (algo que ninguna empresa comercial pretende hacer) significa contratar a expertos externos para que realicen un análisis exhaustivo.

Por nivel el cambio climático se está acelerando Durante la última década, los científicos han estado bajo una presión cada vez mayor para encontrar nuevos enfoques creativos y viables para satisfacer las necesidades alimentarias y energéticas del mundo, especialmente a medida que se afianzan métodos más antiguos y contaminantes.

La verdadera prueba llega cuando tecnología como la de Li se traslada del laboratorio a condiciones del mundo real, dijo Serrano Ruiz. Aquí es donde la mayoría de las empresas no logran mejorar.

«Con la biomasa, siempre se enfrentan obstáculos para hacerla grande y rentable al mismo tiempo», afirmó.

Esta historia apareció por primera vez en biográficoRevista independiente sobre naturaleza y regeneración.