ANTEPROYECTO

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
¿Cómo se pueden utilizar los microorganismos para la producción de energía limpia a partir del hidrogeno?

DÉFICIT DE CONOCIMIENTO GLOBAL.
· ¿Cuáles son los microorganismos que ayudan a la producción de energía a partir del hidrogeno?

DÉFICIT DE COMOCIMEINTO DE GRIETA.
· ¿Mediante que procesos se puede producir energía con la ayuda del hidrogeno?
· ¿Qué papel desempeñan los microorganismos en este proceso?
· ¿Que otros factores intervienen en este proceso?

DESCRIPTORES.
· Energía+ hidrogeno+ microorganismos.
· Energía a partir del hidrogeno por medio de microorganismos
· Microorganismos+ energía
· Hidrogeno como energía limpia
· Hydrogen as energía source
· Micro+ hydrogen +energy

CALIFICADORES
· Producción
· Función
· Factores
· Procesos
· Contaminación

¿A QUIEN Y PARA QUE ESTA DESTINADO LA CREACION DE ESTE BLOG?
La creación de este blog está destinado a todos los estudiantes universitarios y profesionales que se desenvuelvan en los campos de Microbiología, Ingeniería Ambiental, Ingeniería Química, Ingeniería Biológica, entre otras; y a todas aquellas empresas que estén interesadas en conocer formas alternativas de energía; y además para dar cuenta acerca de las formas de producción energética más amables con el medio ambiente; ya que, el hidrogeno con la ayuda de los microorganismos es una posible fuente energética limpia.

RECURSOS FISICOS Y HUMANOS PARA EL DESARROLLO DEL BLOG
RECURSOS FISICOS:
· Computador
· Internet
· Revistas
· Libros

RECURSOS HUMANOS:
· Integrantes del grupo de trabajo:
Ana Carolina Regino
Amaidy Angélica Ríos Córdoba
Cindy Marcela Maturana Córdoba
Juan David Perea Rodríguez
· Auxilio Ramírez; Profesora de Introducción a Microbiología
· Catalina Calle Pineda; Profesora de Sistema y tecnología de la Información

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION

INTRODUCCION

Con el agotamiento de los combustibles fósiles, especialmente el petróleo, y la necesidad del empleo de combustibles que no afecten al medio ambiente, se acrecienta cada vez más la urgencia en el mundo de elevar el conocimiento del hidrógeno y favorecer su producción y aprovechamiento a partir de fuentes renovables de energía.
El Hidrogeno tiene el potencial suficiente para poner fin a la dependencia del mundo respecto a las importaciones de combustibles fósiles, y contribuirá a enfriar el poderoso juego geopolítico que practican actualmente los países del medio oriente con los países occidentales. Esto significara un recorte espectacular de las emisiones de Dióxido de Carbono y amortiguará los efectos del calentamiento global. Y el hecho de que sea tan abundante y omnipresente en la Tierra permitirá que todos los seres humanos tengan acceso al “poder”, con lo que se convertirá en el primer régimen energético verdaderamente democrático de la historia.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

• Conocer la función de los microorganismos en la producción de energía.
• Identificar los factores que inciden en los procesos llevados a cabo por los microorganismos en la producción de energía.
• Conocer los tipos de microorganismos que intervienen en la síntesis del hidrogeno.
• Profundizar sobre el conocimiento del hidrógeno y favorecer su producción y aprovechamiento a partir de fuentes renovables de energía

JUSTIFICACIÓN

El consumo creciente de energía como consecuencia del desarrollo tecnológico y del aumento demográfico de los países, así como el incremento de los problemas de contaminación ambiental a causa del empleo de combustibles fósiles en la generación de energía eléctrica, ha atraído el interés de la ciencia hacia el aprovechamiento de las fuentes de energía renovables. Es entonces, el hidrogeno una de estas fuentes que tiene grandes ventajas ambientales debido a que al ser utilizado como fuente de energía se convierte en el “combustible eterno”, y como no contiene ni un solo átomo de carbono, no emite Dióxido de Carbono a la atmosfera. Además, esta fuente energética es muy viable debido a la activa participación de los microorganismos, lo que significa un bajo costo en la inversión para la producción de energía.

1. HIDROGENO COMO ELEMENTO

El hidrógeno en estado libre sólo se encuentra en muy pequeñas cantidades en la atmósfera, aunque se estima que el 90% del universo visible está compuesto de hidrógeno. En combinación con otros elementos se encuentra ampliamente distribuido en la Tierra, en donde el compuesto más abundante e importante del hidrógeno es el agua, H2O. El hidrógeno se halla en todos los componentes de la materia viva y de muchos minerales. También es parte esencial de todos los hidrocarburos y de una gran variedad de otras sustancias orgánicas.
La mayor parte del hidrógeno de la Tierra se encuentra combinado con oxígeno, en forma de agua. Casi todos los compuestos derivados de los organismos vivos contienen H. Las grasas, almidones, azúcares y proteínas contienen hidrógeno. El petróleo y el gas natural también contienen mezclas de hidrocarburos (compuestos de hidrógeno y carbono).

COMPUESTOS DE HIDROGENO

1.1 PROPIEDADES DEL HIDROGENO

1.1.1 PROPIEDADES FISICAS: El hidrogeno es una gas inodoro, incoloro e inoloro. Su densidad es de 0.0899g/l. Tiene una gran facilidad de difusión y efusión; buena conductividad calorífica. Tiene un estado de gas casi perfecto, lo que origina bajas temperaturas de licuefacción y fusion. Su punto de fusión es de 14025 K y su punto de ebullición es de 20268 K.

1.1.2 PROPIEDADES QUIMICAS: Tiene un peso atómico de1.00974 uma. Económicamente soluble en agua y la solubilidad no es afectada por la temperatura. El hidrógeno reacciona con la mayoría de los elemento. Existen 3 isótopos del hidrógeno: el protio, de masa 1, que se encuentra en más del 99.98% del elemento natural; el deuterio, de masa 2, que se encuentra en la naturaleza aproximadamente en un 0.02%, y el tritio, de masa 3, que aparece en pequeñas cantidades.

2. IMPORTANCIA Y OBTENCIÓN DEL HIDROGENO

2. IMPORTANCIA DEL HIDROGENO

El hidrogeno es reconocido como uno de los más prometedores recursos energéticos del futuro, para la generación eficiente de electricidad, debido fundamentalmente a que es una de la fuentes que tiene grandes ventajas ambientales ( nulo impacto ambiental), desde el punto de vista de generación de gases de efecto invernadero. Además el hidrogeno puede satisfacer necesidades energéticas de la sociedad, puede utilizarse para producir calor con altas eficiencias, así como para la cocción de alimentos y para el transporte, mediante su empleo para la generación de energía eléctrica.

2.1 OBTENCION DEL HIDROGENO

El hidrogeno puede generarse a partir de fuentes de energía primarias (actualmente la mayor parte del hidrogeno se obtiene a partir del reformado con vapor de hidrocarburos, fuentes de energía secundarias o generadas industrialmente (Como productos de refinería, amoniaco o metanol) y fuentes de energía renovables (biomasa, biogás y residuos).

OBTENCIÓN BIOLOGICA DEL HIDROGENO

2.2 OBTENCIÓN BIOLOGICA DEL HIDROGENO:

La producción de hidrogeno es llevada a cabo por microorganismos muy variados, desde procariotas hasta eucariotas, y desde fotolitotrofos a quimioorganotrofos.

En los microorganismos fotosintéticos son dos las enzimas implicadas en la producción de hidrogeno: la hidrogenasa y la nitrogenasa, mientras que los organismos no fotosintéticos (organismos fermentativos) son utilizadas varias rutas fermentativas para la producción de éste.

2.2.1 PRODUCCIÓN POR ORGANISMOS FOTOSINTÉTICOS

a. Producción de Hidrogeno por Hidrogenasas: Se ha observado que el alga Scenedesmus es capaz de producir hidrogeno como resultado de su metabolismo, bajo determinadas circunstancias de cultivo, también se demostró que algunas cianobacterias como Spirulina producen hidrogeno mediante hidrogenasa.

La reacción de generación de hidrogeno por microorganismos fotosintéticos basado en la hidrogenasa puede realizarse de dos formas diferentes:

- Producción en condiciones de iluminación: En este caso, la producción está asociada a la fijación de dióxido de carbono atmosférico en condiciones de iluminación, y la posterior producción de hidrogeno en condiciones de ausencia de oxígeno en oscuridad.

- Producción en condiciones de oscuridad: La Scenedesmus, entre otras algas, son capaces de producir hidrogeno no únicamente bajo condiciones de iluminación, sino también en oscuridad y en anaerobiosis por fermentación, a partir del almidón acumulado intracelularmente.

2.2.2. PRODUCCIÓN POR ORGANISMOS FERMENTATIVOS

Algunos grupos de bacterias fermentadoras tienen la capacidad de producir hidrogeno a partir de azucares simples por medio de tres rutas:

a. Fermentación butanodiolica: es característica de los géneros Serratia, Enterobacter y Bacillus, siendo los productos de la fermentación butanodiol, etanol e hidrogeno.

b. Fermentación acido-mixta: Es una fermentación característica de los géneros Escherichia, Salmonel, Shigella, Proteus, Yersina, Photobacterium y Vibrio, en la que se produce principalmente una variedad de acido (acético, láctico, fórmico), etanol e hidrogeno.

c. Fermentación butírica: Es utilizada para obtener elevado rendimiento de hidrogeno junto con acido butírico, acético y dióxido de carbono a bacterias anaeróbicas de los géneros Clostridium y Sarcina. La fermentación de la acetona-butanol, también realizada por Clostridium es otra variante de este proceso.

3. HIDROGENO COMO ENERGIA LIMPIA

En la actualidad se ha seleccionada al hidrogeno como al combustible que puede dar solución a los problemas de contaminación ambiental, debido a que es un combustible limpio, apto para el transporte y la calefacción y con el tiempo podría servir también para producir electricidad en quemadores de combustibles de alto rendimiento. El hidrogeno proporciona un medio ventajoso de almacenar la energía, y cuesta menos transportar hidrogeno por tuberías que transmitir electricidad por cables.

Es cierto que el hidrogeno está en todas partes y que por lo tanto no es un recurso escaso, el ingenio humano debe arrancarlo de su entorno y explotarlo para generar electricidad. El proceso de extracción requiere cierta inversión de tiempo, trabajo y capital, al igual que su almacenamiento y utilización, sin embargo, a medida que baje el costo de producir energía a partir del hidrogeno, y sin duda bajara, su estatus como patrimonio común seguirá ganando terreno, porque está distribuido de forma homogénea por todo el mundo y porque a diferencia de lo que ocurre con los combustibles fósiles, los recursos de hidrogeno son ilimitados.

Una de las aplicaciones más estudiadas del hidrógeno como fuente de combustible es la industria del automóvil. Casi todas las grandes constructoras andan investigando las células de combustible a base de hidrógeno y oxígeno que producen la electricidad para el vehículo. Pero el problema es que el costo resulta bastante elevado y las baterías duran poco.

El método de pilas de combustible usa unas bacterias llamadas exoelectrógenas para romper las moléculas de ácido acético, producidas por la celulosa, glucosa o cualquier otra materia fermentada, provocando así una electrólisis microbiana que crea el hidrógeno dentro de una pila.
Los investigadores desarrollaron una manera de identificar las cepas de estas bacterias que producen hidrógeno.
Hace más de dos décadas, se demostró que los aspectos novedosos de la capacidad de las bacterias de fijar nitrógeno, también se agregó a esos descubrimientos un método que usa un agente de selección para identificar las cepas bacterianas que producen hidrógeno. El agente de selección les permite a los investigadores a identificar estas cepas sin la necesidad de secuenciar el genoma de las bacterias o modificarlas genéticamente.Con el uso del agente de selección, los inventores identificaron un gen que inactiva el sistema de absorción de hidrógeno de las bacterias para que ellas suelten todo el hidrógeno producido. Ya que las células bacterianas no pueden reciclar el hidrógeno, el hidrógeno producido por ellas puede ser capturado y utilizado como un combustible cuyos subproductos son agua y calor.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL HIDROGENO COMO ENERGIA LIMPIA

3.1 VENTAJAS DEL HIDROGENO COMO ENERGIA

· El aprovechamiento del hidrogeno, como energía, no es dañino para el ambiente, ya que no se producen emisiones de gases de invernadero.

· El quemar hidrogeno podría eliminar la mayor parte de la contaminación del agua y del aire causada por la extracción, el transporte y quema de combustibles fósiles y podría reducir en gran medida la amenaza del calentamiento planetario.

· El rendimiento conseguido con esta nueva forma de extraer hidrógeno a partir de microorganismos es muy alto (entre un 91% y un 68%).

· La electricidad aplicada al sistema de obtención de hidrogeno con pilas de combustible, no es muy grande y el hidrógeno producido genera, como hemos visto, mucha más energía que la consumida en este proceso.


3.2 DESVENTAJA DEL HIDROGENO COMO ENERGIA

Aunque la producción de energía atreves del hidrogeno con la participación de los microorganismos no represente costos inmediatos en la implementación de los mecanismos, la producción de dicha energía exige permanentemente fuentes de alimentación fiables o medios de almacenamiento (sistemas hidráulicos de almacenamiento por bomba, baterías, futuras pilas de combustible de hidrógeno, etc.). Así pues, debido al elevado costo del almacenamiento de la energía, un pequeño sistema autónomo resulta raramente económico, excepto en situaciones aisladas, cuando la conexión a la red de energía implica costos más elevados.

PROYECCIONES FUTURAS

3.3 PROYECCIONES FUTURAS

La tecnología del hidrógeno puede ser una de las alternativas energéticas que permita sortear los problemas ambientales que plantea el actual uso de combustibles fósiles, que es insostenible, pero sólo en el plazo de varias décadas, y a condición de que se invierta masivamente desde ahora.

Afortunadamente, el ingenio humano, impulsado muchas veces por la necesidad de encontrar alternativas, logrará en las fuentes renovables directas o derivadas del sol, como el viento, la hidráulica, la geotermia y la biomasa el recurso energético primario que le permita mantener el consumo per cápita e incluir al tercio de población mundial, hoy todavía carente de servicios energéticos. Así, aparece el hidrógeno, elemento en estado gaseoso en condiciones ambientales normales, pero que es factible de almacenamiento, transporte y distribución, lo que permite su aplicación a cualquier segmento de la demanda.

En la búsqueda de una fuente de energía más limpia, la culminación debe ser el hidrógeno mismo; hoy se están desarrollando tecnologías para hacer esto realidad. El hidrógeno tiene el potencial de ser utilizado en prácticamente todas las aplicaciones donde actualmente se utiliza combustible fósil, por lo que podríamos alcanzar pronto una economía del hidrógeno; se prevee que con la ayuda de este elemento, como combustible y la utilización de bacterias como la E.coli se pueden reducir casi totalmente la emisión de gases invernaderos a la atmosfera, contrarrestando así los problemas ambientales que aquejan nuestro planeta.

Uno de los más importantes avances llevados a cabo por los investigadores ha sido el utilizar una bacteria en una pila electrolítica con ácido acético. El ácido acético, además de estar presente en el vinagre, es también predominante en la fermentación de la glucosa o la celulosa. El ánodo de la pila electrolítica era grafito granulado y el cátodo era carbono, mientras que el catalizador era de platino.
Con estos componentes, la bacteria consume el ácido acético y libera electrones y protones creando electricidad (0,3 voltios). Para que el proceso de generación de hidrógeno se complete, es necesario introducir, además, una pequeña corriente eléctrica (0,2 voltios) desde el exterior del sistema. Cuando esto sucede, surgen directamente burbujas de hidrógeno desde el líquido. “Este proceso produce 288 % más energía en el hidrógeno que la energía eléctrica usada en todo el proceso”, comenta Logan.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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