NIBIO se dedica a desarrollar métodos para convertir gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono en biometano (una energía renovable), y el Dr. Feng Lu y otros investigadores están utilizando capas delgadas de microorganismos, es decir, biopelículas, para transformar gases de efecto invernadero en combustibles limpios.

Gases basados en carbono como el dióxido de carbono (CO₂) y el monóxido de carbono (CO) a menudo se asocian con la contaminación y el cambio climático, pero convertirlos en sustancias útiles como combustibles limpios tendría un significado importante. Esta colaboración busca desarrollar un nuevo método para producir biometano verde, convirtiéndolo en un sustituto sostenible del gas natural.

Los investigadores documentaron en cinco artículos científicos publicados en Biomass and Bioenergy, Journal of Environmental Chemical Engineering, Bioresource Technology Reports, Bioresource Technology y Biotechnology for Biofuels and Bioproducts un método para producir biometano con una pureza superior al 96% mediante procesos basados en biopelículas.

Las biopelículas son capas de microorganismos que crecen en la superficie de objetos, colaborando para formar comunidades capaces de procesar gases y convertirlos en metano. El Dr. Feng explica que el método de biopelículas difiere de la producción tradicional de biogás, ya que opera en condiciones anaeróbicas, utilizando microorganismos auto-seleccionados en biopelículas delgadas para capturar y procesar flujos de gas. Las biopelículas son comunes en la naturaleza, y los investigadores esperan transformarlas mediante reactores de lecho fijo o de lecho móvil para lograr conversiones dirigidas, abriendo nuevas oportunidades para convertir gases que afectan el clima en energías valiosas.

Además, los investigadores intentaron mejorar el rendimiento de metano agregando microorganismos seleccionados (bioaumentación). El Dr. Feng dijo que introducir microorganismos metanogénicos específicos en el reactor puede guiar el proceso para convertir el dióxido de carbono de manera más efectiva.

Los portadores de biopelículas producidos por la compañía Biotecnología Acuática, es decir, pequeñas láminas de plástico, se utilizan ampliamente en sistemas de tratamiento de agua y aguas residuales, proporcionando una superficie para el crecimiento y el funcionamiento de bacterias beneficiosas. Las biopelículas desarrolladas por los investigadores proporcionan un proceso estable y eficiente, ayudando a retener microorganismos, mejorar el contacto gas-líquido, aumentar significativamente el área de contacto de reacción y resistir sustancias nocivas que podrían interferir con la producción de gas.

Las biopelículas son especialmente útiles para enfrentar desafíos como altas concentraciones de amoníaco y sulfuro de hidrógeno (H₂S), que suelen estar presentes en flujos de gas industriales y pueden causar problemas en reactores biológicos tradicionales. En un estudio, se probó el efecto de un reactor de biopelículas en el procesamiento de H₂S, y los resultados mostraron que los sistemas sin biopelículas perdían hasta el 30% de metano, mientras que el reactor de biopelículas mantenía una alta calidad de metano incluso con contenidos extremadamente altos de H₂S.

Los investigadores también estudiaron el impacto del amoníaco en la generación de metano, utilizando un reactor de biopelículas de lecho móvil anaeróbico (AnMBBR), y descubrieron que las biopelículas pueden producir metano incluso en altas concentraciones de amoníaco. El Dr. Feng indicó que, al producir biogás a partir de lodos de peces, estiércol animal o residuos de alimentos, se genera alto amoníaco, y el análisis mostró que las biopelículas contienen microorganismos resistentes al amoníaco, incluyendo metanógenos que utilizan H₂ y CO₂ para producir metano.

En otro estudio, los investigadores probaron el método de biopelículas en gas de síntesis (una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono). El Dr. Feng dijo que esto libera el potencial para producir biometano a partir de residuos (como plásticos y biomasa leñosa, que normalmente no se degradan en procesos biológicos). El estudio encontró que agregar hidrógeno adicional puede aumentar el rendimiento de metano, pero un exceso de hidrógeno puede desequilibrar el proceso.

El Dr. Feng indicó que los reactores de biopelículas tienen un gran potencial, pero necesitan un control cuidadoso para funcionar óptimamente a escala industrial. Los procesos basados en biopelículas proporcionan una plataforma poderosa y flexible para la producción futura de biogás, y podrían contribuir significativamente a reducir las emisiones de gases nocivos y producir energías renovables.