Bacterias: Un Potencial Energético por Explotar.

De Desechos Orgánicos a Energía Limpia.

A partir de la revolución industrial, una buena parte del progreso económico-social se ha visto ligada al consumo de energía. La fuente principal de ella han sido combustibles fósiles. Según datos del consejo mundial de energía, en el año 2015, la principal fuente de generación de energía era el petróleo, seguida por el carbón y el gas natural. Estas tres fuentes de energía representaron cerca del 86% de la energía consumida en aquel año. Un 4.5% fue energía nuclear y sólo el 9.5% restante provino de fuentes renovables.

La siempre creciente población mundial y los modos de vida que actualmente se tienen, derivan en la necesidad de satisfacer una demanda energética en constante aumento. Son ya bien conocidos los efectos afectos adversos de la quema de combustibles fósiles (contaminación, producción de gases de efecto invernadero, que tienen un impacto en el calentamiento global y el cambio climático, entre otros). A pesar de esto, se ha mostrado una gran resistencia a nivel global por virar hacia otras fuentes de energía, en buena parte por los beneficios económicos que históricamente se han desencadenado de la extracción, refinamiento y explotación de los combustibles fósiles.

Existen diversas tecnologías que permiten aprovechar otras fuentes de energía, que son más amigables con el medio ambiente. Las dos más conocidas son sin duda la energía eólica y la energía solar. Así mismo, se han investigado los llamados biocombustibles, cuyo fundamento es la extracción de la energía contenida en diversas fuentes orgánicas.

La generación de biocombustibles se ha dado en diferentes generaciones de tecnología. La primera y tal vez una de las más conocidas es la producción de bioetanol a partir de maíz y caña de azúcar. El problema con esta tecnología es que utiliza un recurso que puede ser aprovechable para consumo humano. Luego se intentó utilizar materiales como desechos agrícolas, pastos, madera y yuca, pero se encontró que el proceso biológico requería un consumo de agua más elevado que su contraparte química, por lo que se desistió de su producción.

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Foto: Shutterstock

En la actualidad, se busca producir combustibles a partir de desechos orgánicos. Para ello se utilizan microorganismos (algas, bacterias, y en algunos casos, hongos) para degradar estos desechos produciendo metano o hidrógeno. El primero suele producirse en rellenos sanitarios de manera natural, por bacterias conocidas como metanogénicas. Una manera controlada de producción de metano es a utilizando biodigestores, en los que se manipulan las condiciones para favorecer la actividad metanogénica. En cuanto al hidrógeno, hay una gran variedad de bacterias que lo producen como subproducto de su metabolismo. El hidrógeno ha emergido como una alternativa atractiva gracias a que tiene un alto contenido energético y a que los productos de su combustión (vapor de agua y calor) no son contaminantes.

Hay dos corrientes de producción de hidrógeno, ambas utilizan procesos fermentativos. Uno de ellos utiliza bacterias que usan la luz como fuente de energía para poder degradar la materia orgánica, mientras que el otro proceso fermentativo es independiente de la luz. Las bacterias utilizadas en los procesos de fermentación oscura son capaces de degradar los azúcares más complejos, generalmente presentes en los desechos orgánicos, dando como subproductos del metabolismo hidrógeno y algunos ácidos grasos volátiles (AGV), como el ácido acético y el ácido butírico. De manera teórica, la fermentación una molécula de glucosa produciría hasta cuatro de hidrógeno.  Las bacterias dependientes de la luz tienen dificultades para degradar fuentes de carbono complejas, pero son capaces de utilizar fuentes de carbono más sencillas, como los ácidos grasos volátiles producidos en la fermentación oscura. Si se llevase a cabo una fermentación completa de la glucosa y se utilizaran en su totalidad los AGV producidos, la fermentación luminosa puede dar ocho moléculas adicionales de hidrógeno. Estos hallazgos han conducido a la investigación para ligar estos dos procesos y maximizar los rendimientos de producción de este biocombustible.

Se han intentado dos acercamientos para acoplar estos procesos: el primero es un par de reactores secuenciales, es decir que en un reactor ocurra la fermentación oscura y que después se alimente un segundo reactor donde se lleve a cabo la fermentación dependiente de la luz; el segundo es utilizar un solo reactor con ambos tipos de microorganismos. Uno de los principales obstáculos a vencer es la diferencia en la velocidad de reacción. El proceso de fermentación oscura es considerablemente más rápido que el de la fermentación luminosa. Se ha encontrado que las bacterias dependientes de la luz no pueden seguir el paso de la fermentación oscura. En el caso de los procesos secuenciales, esto se traduce en un reactor luminoso de tamaño mucho mayor que el de la fermentación oscura, lo que implica mayores costes para mantener las condiciones de luminosidad y agitación del reactor. Las investigaciones continúan para descifrar una solución a este problema. Como alternativas se ha considerado un proceso intermedio con otro tipo de bacterias que degraden los AGV a formas aun más simples para facilitar la fermentación de las bacterias dependientes de la luz, y otro acercamiento aun más novedoso es el de la modificación genética.

La promesa de utilizar desechos orgánicos como fuente de energía se ha vuelto tendencia en diferentes círculos de investigación, ya que se atacan dos problemas simultáneamente: satisfacer la demanda energética y reducir la cantidad de desechos que actualmente terminan, en el mejor de los casos, en rellenos sanitarios. Aunque se generan desechos orgánicos en todo el mundo, esta tecnología es de alto interés para países agrícolas, como México, pues se pueden utilizar los desechos de esta industria como materia prima de calidad para generar energía.


  1. Ginkel, S.V., et alBiohydrogen Production as a Function of pH and Substrate Concentration.  Environmental Science & Technology. 2001. 35 (24), 4726-4730.

  2. Hitit, Z.Y., et alHydrogen Production by Co-Cultures of Clostridium butyricum and Rhodospeudomonas palustris:  Optimization of Yield Using Response Surface Methodology. International Journal of Hydrogen Energy. 2017. 42 (10), 6578-6589.

  3. Lazaro, C.Z., et alHydrogen Production and Consumption of Organic Acids by a Phototrophic Microbial Consortium.  International Journal of Hydrogen Energy. 2012. 37 (16), 11691-11700.

  4. Li, J., Ren, et alAnaerobic Biohydrogen Production from Monosaccharides by a Mixed Microbial Community Culture. Bioresource Technology. 2008. 99 (14), 6528-6537.

  5. World Energy Council. World Energy Resources. 2016
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