Generación de Hidrógeno a partir de residuos de Banano

Objetivo General.-

Generar fuentes ilimitadas de energía, dando valor agregado a nuestros recursos naturales, a partir de la biomasa proveniente de los residuos del banano.

Objetivos Específicos.-

-Evaluar la actividad del hidrógeno y sus efectos en la naturaleza.

-Caracterizar los residuos de banano evaluando su composición nutricional.

RESUMEN

Las bananas son una fuente importante de ingresos para más de cien países. Pero porResultado de imagen para platano cada tonelada que se cosecha, se producen diez toneladas de desperdicios. Una investigación de la Universidad de Cuenca en Ecuador busca crear hidrógeno a partir de los residuos de la fruta.

El proyecto consiste en optimizar la biomasa proveniente de los residuos de las plantas de banano sometiéndolos en agua a una temperatura súper crítica, es decir a temperaturas mayores a los 374 grados Celsius y a una presión mayor a los 22,1 mega pascales y luego estos residuos pasan a través de un catalizador que permitirá gasificar el hidrógeno. La importancia del hidrógeno radica en la versatilidad de este elemento como medio de almacenamiento y transporte de energía.

La obtención de hidrógeno significa la generación del producto energético del futuro, que reemplazará los combustibles provenientes del contaminante petróleo responsable del cambio climático y el calentamiento global. Generar fuentes ilimitadas de energía, dando valor agregado a los recursos naturales, es un gran aporte para el cambio de la matriz productiva de cualquier país.

No es la primera vez que investigadores desarrollan técnicas para obtener combustible a partir de los residuos de banano, por ejemplo investigadores ingleses proponen usarlo como sustituto de la madera. Un grupo de agricultores frutícolas de Australia busca convertir los residuos de banano en electricidad o combustible. Alex Livingstone, gerente de Growcom, entidad desarrolladora del proyecto, señala que “si el producto es ampliamente comercializado, éste podría reducir los costos de operación y beneficiar a los países productores de banano en vía de desarrollo.”

Estructura y características del hidrógeno:

El hidrógeno es la forma más simple de un átomo y se cree que el más abundante, ya Resultado de imagen para hidrógeno gifdesde los primeros momentos después del Big Bang. Descubierto en el año 1766, por el físico-químico británico Henry Cavendish, fue nombrado a partir del griego Hydro (agua) y Gen (generador), pues como todos sabemos, al combinarse con oxígeno forman agua. Se trata de un elemento químico incoloro, inodoro, de tipo gaseoso y no metálico, además, su masa atómica es tan ligera (1,00797) que no existe ningún otro elemento químico más liviano que el hidrógeno.

Además de representar las tres cuartas partes de la materia del universo, se estima que el hidrógeno reŕesenta más del 90% de los átomos de nuestro planeta. El hidrógeno juega un papel fundamental en la alimentación del universo, tanto a través de la reacción protón-protón como en el ciclo carbono-nitrógeno. En los procesos de fusión de hidrógeno estelar, se liberan cantidades masivas de energía a través de la combinación del hidrógeno para formar helio.

Júpiter, al igual que muchos otros planetas gaseosos de gran tamaño, están compuestos mayoritaria y especialmente por hidrógeno. A una profundidad determinada, en el interior del planeta, la presión es tan grande que el hidrógeno molecular sólido se convierte en hidrógeno metálico sólido. Aunque el hidrógeno en estado puro es un gas sumamente liviano, hay un poco de éste en la atmósfera, éste es tan ligero que si no se combina, alcanza en sus colisiones las velocidades suficientes como para ser expulsadas de la atmósfera fácilmente.

Las estrellas, al nacer, se componen de hidrógeno en forma de plasma , pero éste es muy escaso en nuestro planeta. Aquí en la Tierra, el hidrógeno es producido principalmente a partir de la combinación de oxígeno en el agua, aunque también puede estar presente en distintos tipos de materia orgánica, como en plantas, petróleo y carbón.

Otros datos:

  • Número atómico: 1
  • Peso atómico: 1,00794
  • Símbolo atómico: H
  • Punto de fusión:-259,34° C
  • Punto de ebullición: -252,87° C

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Imagen relacionada

 

PROPIEDADES DEL PLÁTANO

  • El plátano contiene hidratos de carbono saludables, fáciles de digerir y es nulo el contenido de grasas.
  • Es muy energético y está lleno de nutrientes que calman y levantan el ánimo.
  • Los plátanos reducen la fatiga y el síndrome pre-mensual.
  • Alivian la irritabilidad, reduce la depresión y fomenta el sueño.
  • Protege contra la hipertensión arterial y la retención de líquido.
  • Ayuda en caso de diarrea en que se haya perdido potasio.
  • Tiene un alto contenido de triptófano, aminoácido que el organismo transforma en serotonina, neurotransmisor que mejora el estado de ánimo y estimula la relajación. (licata, 2012)

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COMPONENTES DEL PLÁTANO

Como fuente nutricional el plátano aporta de la siguiente manera:

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FUNCIÓN DEL HIDRÓGENO EN EL PLÁTANO

El hidrógeno es un elemento esencial para la fertilidad de suelos y nutrición mineral del cultivo de banano.

HIDRÓGENOComponente de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.  El hidrógeno (H) principalmente forma parte de la composición del agua. El agua es un componente imprescindible en la reacción química de la fotosíntesis. Constituye también el medio necesario para que se puedan disolver los elementos químicos del suelo que  las plantas deben utilizar para construir sus tejidos.  El hidrógeno, a través de los llamados puentes de hidrógeno, sirve también para unir las distintas fibras (celulosa) de la pared celular.

La producción de un sistema agrícola, en este caso específico sobre el cultivo del banano, depende de la interacción intrínseca de tres componentes: suelo-planta-clima. En vista que el suelo es un factor importante en la producción del cultivo, merece toda la atención de nuestra parte para conocer a fondo y en forma detallada el estado de su fertilidad, es decir la disponibilidad promedio que presenta para cada uno de los nutrientes esenciales que el cultivo requiere

OBTENCIÓN DEL HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA DE LOS RESIDUOS DE PLÁTANO

El proceso consiste en tomar bananos dañados o sus tallos y romper los hidratos de carbono en ausencia de aire, produciendo una mezcla de metano y dióxido de carbono. El biogás obtenido del proceso, resultó ser un sustituto adecuado para el combustible diesel en motores de combustión, con 40% de metano y pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno y otros contaminantes. Growcom se dio a la tarea de aplicar estos resultados en la granja de una manera práctica y funcional a través de un digestor, procurando el uso de materiales bastante fáciles de obtener, y sin ningún tipo de control científico en su funcionamiento.

Resulta importante que el sistema opere en un entorno agrícola, por lo que se construyó un digestor, se colocó materia prima en él, y se produjo metano; el metano a su vez es utilizado para alimentar un generador bastante considerable y también para alimentar algunos vehículos.

El producto era un digestor anaeróbico de 460.000 litros con la capacidad para procesar 2.500 toneladas de banano por año, produciendo 85.000 metros cúbicos de metano. Growcom estima que con este nivel de producción de biogás, se podría generar continuamente 35kw de poder o satisfacer las necesidades de combustible de 100 vehículos convertidos a gas.

Livngstone comenta que “los beneficios son altos para el desarrollo de las naciones, ya que la tecnología también reduce los gases de efecto invernadero, normalmente, la materia prima se lanza de nuevo en el campo y se deja descomponer, así que esto reduciría los gases de efecto invernadero y permitiría ahorro de energía. También se puede usar el agua del digestor para fertilizar, obteniendo los nutrientes de vuelta en el suelo, pero de una manera muy controlada”. Esta nueva técnica para el manejo de residuos, puede ser una idea de negocio para muchos empresarios productores y exportadores de banano. El disponer de opciones para la producción que relacionen la disminución de costos con manejo de residuos, sin duda contribuye con la percepción que puede tener la demanda internacional de los productos. Por lo anterior, el empresario debe estar siempre a la vanguardia de los procesos tecnológicos que contribuyen con las mejoras en sus procesos productivos y energéticos, más aún si estos son para la generación de combustibles amigables con al ambiente.

La industria bananera nacional produce un significativo volumen de biomasa como desecho, generada a partir del banano que no cumple los requerimientos internacionales para su exportación; este banano denominado de “rechazo”, se ha convertido en una problemática medioambiental de grandes proporciones. A pesar que una considerable parte de este banano se utiliza para suplir la demanda interna, la cantidad remanente es tal (6.5-10.8 ton/año*ha) que se ha recurrido a los procesos de compostaje para su disposición final.

En este banano de rechazo, rico en almidón, puede ser utilizado como sustrato para procesos fermentativos que permitan el máximo aprovechamiento energético, a través de la generación de etanol y/o metano. La transformación de residuos en sustratos reutilizables resulta ser una apropiada alternativa para el manejo medioambiental de desechos, favoreciendo así la producción masiva de energía, el mejoramiento de suelos y el aprovechamiento final de estos residuos, cerrando el ciclo productivo.

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Adicionalmente les comparto este video, que les explicará cómo aprovechar los residuos orgánicos con la finalidad de producción del biogás:

 

HIDRÓGENO COMO COMBUSTIBLE

¿Por qué?

Primero por prevención ante el posible agotamiento del petróleo, donde el hidrógeno destaca por sus propiedades específicas. Donde se observa que el hidrógeno posee tan solo un protón y un electrón, y son los más abundantes porque en el Universo se halla compuesto por cerca del 73.9% según Escalante, Carigi y Gasque (2011) en su artículo el origen de los elementos en tres actos. Además el hidrógeno no es una fuente de energía primaria, sino solo un vector energético (sustancias que almacenan energía para posteriormente liberar de manera controlada) y su principal ventaja es que al combustionar produce agua, lo que significa evitar la emisión de gases de efecto invernadero (CO2, CH4, Clorofluorocarbonos, N2O).

Una de sus propiedades importantes es la energía específica de su combustión. Su valor es de 120 mega julios por kg en comparación con 50 MJ/kg del gas natural o con 44,6 MJ/kg del petróleo. Esto se contrapone a la baja densidad que presenta tanto como gas como licuado y a las dificultades de almacenamiento para sus aplicaciones al transporte.

El hidrógeno es el primer elemento en la tabla periódica y posee el carácter de ser el elemento más liviano, es difícil encontrarlo en su forma pura de H2 y el principal carácter es el calor de la combustión que le permite al hidrógeno actuar como combustible.

Usos potenciales

Los motores de vehículos y hornos pueden adaptarse para utilizar hidrógeno como combustible.

Uso de celdas de combustible que tiene una eficiencia 2,5 veces mayor que si se quema hidrógeno en un motor térmico. Es un sistema electroquímico que convierte directamente la energía química del hidrógeno al reaccionar con oxígeno en electricidad. El modelo más sencillo de pila consta de dos electrodos, un ánodo, negativo, y un cátodo, positivo, ambos con platino como catalizador separados por un electrolito. El hidrógeno entra en la pila por el ánodo y allí se disocia en iones hidrógeno y electrones. Los iones hidrógeno pasan a través del electrolito hasta el cátodo. Los electrones del ánodo emigran por un circuito exterior hasta el cátodo donde reaccionan con los iones hidrógeno y el oxígeno para dar agua.

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Conclusiones y recomendaciones.-

La obtención de hidrógeno para el país significa la generación del producto energético del futuro, que reemplazará los combustibles provenientes de las reservas de petróleo. Con este método vamos a tener un mejor manejo económico es decir menos costos y el combustible va a estar en menor porcentaje de contaminación

No desechar por completo los residuos de banano, ni de ningún residuo orgánico sino guardarlos para posteriormente reutilizarlos para la elaboración de biogás y fertilizantes orgánicos.

Bibliografía

Licata, m. (25 de septiembre de 2012). zonadiet.com. Obtenido de http://www.zonadiet.com/comida/platano.htm

Américo, H. (s.f). Univesidad Nacional de la Plata. Obtenido de http://www.inifta.unlp.edu.ar/extension/Hidrogeno.pdf

Escalante, S., Carigi, L., & Gasque, L. (2011). Universidad Autonoma de Mexico. Obtenido de http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Elorigendeloselementosentresactos_30104.pdf

Gutiérrez, L. (2005). EL HIDRÓGENO, COMBUSTIBLE DEL FUTURO. Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, 49-67.

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