Producción de biohidrógeno a partir de estiércol de res y lactosuero en fermentación oscura

Abstract

Este trabajo propone una alternativa ecológica a los combustibles fósiles tradicionales, centrada en la obtención de biohidrógeno mediante el aprovechamiento de residuos orgánicos como el estiércol bovino y el lactosuero, con el fin de mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero. Para ello se empleó el diseño experimental Box-Behnken, que permitió ajustar variables clave tales como la proporción sustrato-inóculo (r/x), la relación carbono-nitrógeno (C/N) y la temperatura con el propósito de identificar las condiciones ideales que maximizaran la generación de hidrógeno. La fermentación anaeróbica en oscuridad de estos materiales residuales surge como una vía prometedora para producir biohidrógeno en cantidades significativas facilitando así el avance hacia fuentes energéticas más limpias y renovables.

Entre los hallazgos más importantes se determinó que la temperatura de 40 °C representa el punto óptimo para la síntesis de biohidrógeno. En ensayos realizados bajo esta condición térmica se observó un aumento notable en la liberación de gas y específicamente de biohidrógeno superando los resultados obtenidos en otros rangos. Por el contrario a 30 °C la producción resultó casi inexistente y a 50 °C los datos fueron erráticos con una disminucion en la eficiencia del proceso. En cuanto a los indicadores fisicoquímicos las condiciones óptimas a 40 °C favorecieron valores superiores en parámetros esenciales. Los ácidos grasos volátiles (AGV) se situaron en un intervalo elevado oscilando entre 2500 y 4160 mg/L lo que demuestra una intensa actividad fermentativa. El pH se estabilizó en un espectro favorable de 5.82 a 6.50 importante para potenciar la formación de biohidrógeno sin promover la generación de metano. Adicionalmente la demanda química de oxígeno (DQO) alcanzó alrededor de 15.000 mg/L mostrando asi una abundante disponibilidad de materia orgánica para el metabolismo microbiano. En términos generales la codigestión de suero lácteo y estiércol de vaca se posiciona como un enfoque práctico y sostenible para la elaboración de biohidrógeno al reutilizar desechos de la industria agropecuaria y convertirlos en un recurso energético renovable con bajo impacto ambiental.

This thesis proposes an ecological alternative to traditional fossil fuels, focused on obtaining biohydrogen through the utilization of organic waste such as bovine manure and whey, with the aim of mitigating greenhouse gas emissions. For this purpose, the Box-Behnken experimental design was employed, allowing the adjustment of key variables such as the substrate-to-inoculum ratio (r/x), the carbon-to-nitrogen ratio (C/N), and temperature, in order to identify the optimal conditions that maximize hydrogen generation. The dark anaerobic fermentation of these residual materials emerges as a promising pathway to produce biohydrogen in significant amounts, thus facilitating progress toward cleaner and renewable energy sources.

Among the most important findings, it was determined that a temperature of 40 °C represents the optimal point for biohydrogen synthesis. In experiments conducted under this thermal condition, a notable increase in gas release—specifically biohydrogen—was observed, surpassing the results obtained in other ranges. In contrast, at 30 °C production was almost nonexistent, and at 50 °C the data were erratic, showing a decrease in process efficiency.

Regarding physicochemical indicators, the optimal conditions at 40 °C favored higher values in essential parameters. Volatile fatty acids (VFA) were recorded at a high range, oscillating between 2500 and 4160 mg/L, demonstrating intense fermentative activity. The pH stabilized within a favorable range of 5.82 to 6.50, which is important to enhance biohydrogen formation without promoting methane generation. Additionally, the chemical oxygen demand (COD) reached around 15,000 mg/L, thus showing an abundant availability of organic matter for microbial metabolism.

In general terms, the co-digestion of whey and cow manure stands out as a practical and sustainable approach for biohydrogen production by reusing agricultural industry waste and converting it into a renewable energy resource with low environmental impact.