Producción de compuestos de alto valor añadido a partir de gases de efecto invernadero en biorreactores

Abstract

[Resumen] El cambio climático es un importante problema mundial que consiste en el aumento de la temperatura del planeta, provocado por determinados gases entre los que destaca el dióxido de carbono (CO2), producido por la combustión de fuentes de energía fósiles como el gas natural, el petróleo y el carbón, lo que genera el llamado efecto invernadero. Este problema ha obligado a científicos e ingenieros a investigar nuevas tecnologías que permitan la reducción de las emisiones de CO2, incluso a su utilización para generar a través de una serie de reacciones productos alternativos de alto valor añadido. En este estudio se investiga la conversión de CO2 en ácido acético (CH3COOH), usando hierro de valencia cero (ZVI, Zero Valent Iron) para generar hidrógeno (H2) y posteriormente obtener ácido acético a través de una reacción de CO2, con el H2 generado, llevada a cabo en un medio de reacción, con condiciones anaerobias, por un acetógeno (bacteria acetogénica). El CO2 es un compuesto que se considera estable química y termodinámicamente, con el carbono de la molécula en alto estado de oxidación (IV), por lo que se necesitan condiciones altamente reductoras para su reducción, que proporciona el hidrógeno generado en la reacción con el hierro de valencia cero en condiciones anaerobias. En un primer experimento se estudia la concentración de ZVI adecuada para llevar a cabo este proceso. Para realizar la conversión final de CO2 en ácido acético se necesita la presencia de un acetógeno que, mediante una reacción bioquímica que usa el CO2 y el H2, realiza la ruta metabólica de Wood-Ljungdahl y genera CH3COOH en condiciones anaerobias. En este estudio se realizan tres experimentos con varias bacterias acetogénicas para investigar la mayor producción de ácido acético en diferentes condiciones de pH, con distintos sustratos para el crecimiento de la bacteria y diferente aportación de CO2.

[Resumo] O cambio climático é un gran problema global que consiste no aumento da temperatura do planeta, causado por certos gases, entre os que destaca o dióxido de carbono (CO2), producido pola combustión de fontes de enerxía fósiles como o gas natural, petróleo e carbón, que xera o chamado efecto invernadoiro. Este problema obrigou a científicos e enxeñeiros a investigar novas tecnoloxías que permitan a redución das emisións de CO2, incluído o seu uso para xerar a través dunha serie de reaccións produtos alternativos de alto valor engadido. Neste estudo investígase a conversión de CO2 en ácido acético (CH3COOH), empregando ferro de valencia cero (ZVI, Zero Valent Iron) para xerar hidróxeno (H2) e posteriormente obter ácido acético a través dunha reacción de CO2, co H2 xerado, levado a cabo nun medio de reacción, en condicións anaerobias, por un acetóxeno (bacteria acetoxénica). O CO2 é un composto que se considera química e termodinamicamente estable, co carbono da molécula en alto estado de oxidación (IV), polo que se necesitan condicións altamente redutoras para a súa redución, proporcionadas polo hidróxeno xerado na reacción co ferro de valencia cero en condicións anaerobias. Nun primeiro experimento, estúdase a concentración ZVI axeitada para levar a cabo este proceso. Para realizar a conversión final de CO2 en ácido acético é necesaria a presenza dun acetóxeno que, mediante unha reacción bioquímica que usa CO2 e H2, realiza a ruta metabólica Wood-Ljungdahl e xera CH3COOH en condicións anaerobias. Neste estudo realízanse tres experimentos con varias bacterias acetoxénicas para investigar o aumento da produción de ácido acético en diversas condicións de pH, con diferentes substratos para o crecemento da bacteria e diferente aporte de CO2.

[Abstract] Climate change is a major global problem that consists in the increase of the planet's temperature, caused by certain gases, among which carbon dioxide (CO2) stands out, produced by the combustion of fossil energy sources such as natural gas, oil and coal, which generates the so-called greenhouse effect. This problem has forced scientists and engineers to investigate new technologies that allow the reduction of CO2 emissions, including their use to generate, through a series of reactions, high added-value alternative products. In this study, the conversion of CO2 into acetic acid (CH3COOH) is investigated, using zero valent iron (ZVI) to generate hydrogen (H2) and subsequently obtaining acetic acid through the reaction of CO2, with the H2 generated, carried out in a reaction medium, under anaerobic conditions, by an acetogen (acetogenic bacteria). CO2 is a compound that is considered chemically and thermodynamically stable, with the carbon of the molecule in a high oxidation state (IV), so highly reducing conditions are required for its reduction, which is provided by the hydrogen generated in the reaction with the zero valent iron under anaerobic conditions. In a first experiment, the appropriate ZVI concentration is studied to carry out this process. To carry out the final conversion of CO2 to acetic acid, the presence of an acetogen is required which, through a biochemical reaction that uses CO2 and H2, uses the Wood- Ljungdahl metabolic pathway and generates CH3COOH under anaerobic conditions. In this study, three experiments are carried out with various acetogenic bacteria to investigate the highest production of acetic acid under different pH conditions, with different substrates for the growth of the bacteria and different concentrations of CO2.