{"id":133389,"date":"2017-02-09T14:26:55","date_gmt":"2017-02-09T13:26:55","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=133389"},"modified":"2017-02-10T14:27:56","modified_gmt":"2017-02-10T13:27:56","slug":"biohidrogeno-proyectos-nrel","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2017\/02\/09\/133389","title":{"rendered":"Biohidr\u00f3geno \u2013 Proyectos NREL"},"content":{"rendered":"

El biohidr\u00f3geno se define como \u201chidr\u00f3geno producido biol\u00f3gicamente\u201d, habitualmente a partir de algas, bacterias y arqueas. El biohidr\u00f3geno es un biocombustible con gran potencial que puede obtenerse mediante cultivo espec\u00edfico o a partir de desechos org\u00e1nicos. En el NREL se est\u00e1n llevando a cabo varios proyectos dirigidos a una producci\u00f3n sostenible de este tipo de hidrogeno biol\u00f3gico.<\/p>\n

\u00a0Autor: Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos<\/strong><\/p>\n

National Renewable Energy Laboratory (NREL) (<\/strong>http:\/\/www.nrel.gov\/<\/span><\/strong><\/a>)<\/strong><\/p>\n

El Laboratorio Nacional de Energ\u00edas Renovables (National Renewable Energy Laboratory, NREL<\/strong>), con sede en Golden, Colorado, es el principal centro de investigaci\u00f3n de los EE.UU. en temas de energ\u00edas renovables y de eficiencia energ\u00e9tica. Se trata de una instituci\u00f3n p\u00fablica, dependiente del gobierno y financiada por el Departamento de Energ\u00eda (DOE). Entre sus campos de investigaci\u00f3n m\u00e1s activos se encuentran: la bioenerg\u00eda, la eficiencia energ\u00e9tica en edificios, la qu\u00edmica y nanociencia, las ciencias computacionales, la energ\u00eda solar de concentraci\u00f3n, la integraci\u00f3n de sistemas energ\u00e9ticos, la energ\u00eda geot\u00e9rmica, las redes el\u00e9ctricas avanzadas, las c\u00e9lulas de hidr\u00f3geno y de combustible, la ciencia de materiales, la energ\u00eda solar fotovoltaica, la electrificaci\u00f3n del transporte, la energ\u00eda hidr\u00e1ulica, y la energ\u00eda e\u00f3lica. Est\u00e1 constituido por 3 centros nacionales m\u00e1s otros 3 centros de investigaci\u00f3n asociados, tiene abiertos 13 programas de investigaci\u00f3n, con una financiaci\u00f3n acumulada de m\u00e1s de 350 millones de d\u00f3lares, su actividad genera m\u00e1s de 1000 publicaciones al a\u00f1o, mantiene m\u00e1s de 800 patentes, con m\u00e1s de 2700 personas entre empleados e investigadores visitantes y post-doctorales.<\/span><\/p>\n

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Campus del NREL en Golden, Colorado.<\/strong><\/p>\n

Proyectos sobre biohidr\u00f3geno en el NREL<\/strong><\/p>\n

En el departamento de bioenerg\u00eda del NREL se han desarrollado dos plataformas renovables para la producci\u00f3n sostenible de hidr\u00f3geno. Una de dichas plataformas se basa en una fermentaci\u00f3n microbiana de az\u00facares (es decir, biomasa lignocelul\u00f3sica) mediante la cual se pueden producir grandes cantidades de hidr\u00f3geno, conocida como fermentaci\u00f3n oscura.<\/strong> Consiste en la obtenci\u00f3n de hidr\u00f3geno a partir de compuestos org\u00e1nicos ricos en carbohidratos en ausencia de luz por la acci\u00f3n combinada de un grupo de bacterias anaerobias. Es un proceso complejo en el que intervienen diferentes grupos microbianos que crecen en la oscuridad, principalmente del g\u00e9nero Enterobacter<\/em>, Bacillus<\/em> y Clostridium<\/em>, los cu\u00e1les act\u00faan de manera coordinada y secuencial, para descomponer la materia org\u00e1nica en ausencia de oxigeno libre. Los monosac\u00e1ridos son la principal fuente de carbono, particularmente la glucosa seguida de la xilosa, el almid\u00f3n, la celulosa y otras fuentes que pueden ser generadas a partir de la hidr\u00f3lisis de polisac\u00e1ridos, prote\u00ednas y l\u00edpidos. En ambientes an\u00f3xicos, los protones pueden actuar como un aceptor de electrones en presencia de la enzima hidrogenasa. En estas condiciones las bacterias anaerobias, sin requerimientos de energ\u00eda lum\u00ednica, fermentan sustratos ricos en carbohidratos. En este proceso interact\u00faan diversas clases de microorganismos, los cuales convierten la materia org\u00e1nica en otros compuestos, incluido el hidr\u00f3geno, y en nuevas c\u00e9lulas bacterianas.<\/p>\n

La otra plataforma de producci\u00f3n sostenible de hidr\u00f3geno se basa en las algas verdes<\/strong> y en la capacidad innata de las cianobacterias<\/strong> para catalizar la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno, lig\u00e1ndola directamente a las rutas fotosint\u00e9ticas. Las algas (espec\u00edficamente la Chlamydomonas reinhardtii<\/em> y la Chlamydomonas moewusii<\/em>) producen hidr\u00f3geno bajo ciertas condiciones. Cuando dichas algas son privadas de azufre dejan de producir ox\u00edgeno mediante fotos\u00edntesis, y producen hidr\u00f3geno.<\/p>\n

La clave en ambos procesos son unas metalo-enzimas, las hidrogenasas, que son enzimas que catalizan de modo reversible la oxidaci\u00f3n de hidr\u00f3geno; y sus mecanismos catal\u00edticos subyacentes tambi\u00e9n est\u00e1n siendo objeto de investigaci\u00f3n actualmente en el NREL.<\/p>\n

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Proyecto de Producci\u00f3n Fermentativa de Hidr\u00f3geno <\/strong><\/h3>\n

La biomasa lignocelul\u00f3sica es una fuente atractiva para la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno mediante fermentaci\u00f3n oscura debido a su abundancia y al elevado contenido en az\u00facares (aprox. 40% de celulosa, y aprox. 30% de hemicelulosa). El objetivo principal del proyecto del NREL en este \u00e1mbito es conseguir una producci\u00f3n de hidr\u00f3geno m\u00e1s econ\u00f3mica cambiando el tipo de materia prima de biomasa de elevado coste de los procesos tradicionales e incrementando el bajo rendimiento molar de hidr\u00f3geno (mol H2<\/sub>\/mol hexosa).<\/p>\n

Para disminuir los costes de la biomasa, el NREL ha desarrollado la bacteria degradadora de celulosa Clostridium thermocellum<\/span><\/em>para convertir directamente la celulosa\/hemicelulosa en hidr\u00f3geno sin depender de un costoso c\u00f3ctel de enzimas hidrol\u00edticas en una configuraci\u00f3n de bioproceso integrado. Para mejorar el rendimiento molar de hidr\u00f3geno, se ha desarrollado una caja de herramientas (\u201ctoolkit\u201d) gen\u00e9tica, una tecnolog\u00eda que facilita la manipulaci\u00f3n de las rutas metab\u00f3licas de C. thermocellum<\/em> para dirigir un mayor flujo celular hacia la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno. Adem\u00e1s, se puede producir m\u00e1s hidr\u00f3geno a partir de la corriente residual de la fermentaci\u00f3n (acetato, lactato, formiato, etanol) usando una c\u00e9lula de electr\u00f3lisis microbiana (MEC). Esta integraci\u00f3n fermentaci\u00f3n oscura-MEC, desarrollada en colaboraci\u00f3n con la Penn State University, ha permitido alcanzar un rendimiento molar a hidr\u00f3geno combinado de 10, el mayor publicado hasta la fecha.<\/p>\n

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Proyecto de Producci\u00f3n Fotobiol\u00f3gica de Hidr\u00f3geno <\/strong><\/p>\n

Empleando la energ\u00eda del sol y los electrones del agua, tanto las algas verdes Chlamydomonas reinhardtii<\/em> como las cianobacteriasSynechocystis sp<\/em>. PCC 6803 son microorganismos fotosint\u00e9ticos modelo para la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno renovable. Una importante barrera t\u00e9cnica para la producci\u00f3n sostenible de hidr\u00f3geno fotol\u00edtico es la sensibilidad de las hidrogenasas de las algas y las cianobacterias frente al ox\u00edgeno molecular (O2<\/sub>), subproducto inherente de la fotos\u00edntesis oxig\u00e9nica. En una estrategia para abordar dicha barrera, en el NREL se ha transformado en ambos hospedantes una hidrogenasa tolerante a O2<\/sub> procedente de Clostridium acetobutylicum<\/em> (una hidrogenasa-FeFe en las algas verdes) o de Rubrivivax gelatinosus<\/em> (una hidrogenasa-NiFe en las cianobacterias), dise\u00f1adas para producir de forma continua hidr\u00f3geno durante el d\u00eda. En una segunda estrategia, el grupo del NREL ha restringido el nutriente azufre de las algas verdes para atenuar la generaci\u00f3n de O2<\/sub> a fin de alcanzar una producci\u00f3n de hidr\u00f3geno simult\u00e1nea durante la fotos\u00edntesis. La sobre-expresi\u00f3n de las enzimas hidrogenasas y su integraci\u00f3n en las rutas fotosint\u00e9ticas del hospedante son \u00e1reas prioritarias en este campo de investigaci\u00f3n.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

El biohidr\u00f3geno se define como \u201chidr\u00f3geno producido biol\u00f3gicamente\u201d, habitualmente a partir de algas, bacterias y arqueas. El biohidr\u00f3geno es un biocombustible con gran potencial que puede obtenerse mediante cultivo espec\u00edfico o a partir de desechos org\u00e1nicos. En el NREL se est\u00e1n llevando a cabo varios proyectos dirigidos a una producci\u00f3n sostenible de este tipo de hidrogeno biol\u00f3gico. \u00a0Autor: Gabriel Morales, Universidad Rey Juan Carlos National Renewable Energy Laboratory (NREL) (http:\/\/www.nrel.gov\/) El Laboratorio Nacional de Energ\u00edas Renovables (National Renewable Energy Laboratory, NREL), con sede en Golden, Colorado, es el principal centro de investigaci\u00f3n de los EE.UU. en temas de energ\u00edas renovables\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[543,547,546],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/133389"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=133389"}],"version-history":[{"count":6,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/133389\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":133399,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/133389\/revisions\/133399"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=133389"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=133389"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=133389"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}