Andalucía se ha colocado en el mapa energético europeo al apostar con fuerza por el hidrógeno como combustible limpio, y lo está haciendo no solo con grandes plantas de hidrógeno verde, sino también con investigaciones punteras que buscan nuevas formas de producirlo. Una de las más prometedoras llega desde la Universidad de Cádiz, donde un equipo científico ha logrado obtener este gas a partir de residuos de la industria del biodiésel mediante el uso de bacterias.
En un contexto en el que la región consume cerca del 40% del hidrógeno utilizado en España y aspira a consolidarse como polo energético de referencia, este avance encaja de lleno en la lógica de la economía circular: convertir un residuo abundante y problemático, el glicerol, en una fuente de energía con baja huella ambiental. El resultado es un sistema biotecnológico probado en laboratorio que revaloriza desechos y abre la puerta a integrarlos en biorrefinerías existentes.
Un proceso biotecnológico que da valor al glicerol del biodiésel
El trabajo lo firma el grupo de Biotecnología Molecular del área de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Cádiz (UCA), que ha diseñado un método para producir hidrógeno utilizando como materia prima el glicerol, un subproducto que se genera en grandes cantidades durante la fabricación de biodiésel. Este compuesto, que procede de las biorrefinerías, se acumula en tal volumen que se ha convertido en uno de los principales retos ambientales del sector.
Según explican los investigadores, en el mundo se producen más de 50 millones de toneladas anuales de glicerol asociado a la industria del biodiésel. Aunque cuenta con distintos usos industriales, su exceso provoca problemas de gestión y almacenamiento. La idea de fondo de este estudio es sencilla pero potente: aprovechar ese residuo tal cual sale del proceso, sin refinar, para transformarlo en un recurso energético de alto valor añadido.
Para ello, el equipo de la UCA ha desarrollado un sistema integrado en el que intervienen dos microorganismos en cadena. En una primera etapa, una bacteria transforma el glicerol en un compuesto orgánico intermedio; en una segunda, otra bacteria diferente utiliza ese compuesto para generar hidrógeno en forma de biogás. Todo ello se realiza bajo condiciones controladas en el laboratorio mediante técnicas de biotecnología avanzada.
El proyecto se enmarca en la transición hacia modelos productivos más sostenibles, donde la economía circular no es solo un concepto teórico, sino una estrategia concreta: lo que antes era desecho pasa a ser materia prima de un nuevo proceso. En este caso, de un combustible llamado a tener un papel central en la descarbonización del sistema energético.
La investigación ha recibido apoyo de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía y de la Cátedra Fundación Cepsa, lo que refuerza la implicación del sistema andaluz de conocimiento y del tejido empresarial en esta línea de innovación energética.
Cómo funciona la cadena de bacterias que fabrica hidrógeno
El sistema diseñado por el equipo de Cádiz se apoya en dos bacterias bien conocidas en el campo de la microbiología: Escherichia coli y Rhodobacter capsulatus. Ambas actúan de manera secuencial, de forma que el producto de la primera se convierte en el alimento de la segunda.
En la primera fase se utiliza una cepa de Escherichia coli modificada genéticamente para reconducir su metabolismo. Esta bacteria, que normalmente habita en el intestino humano de manera inofensiva, ha sido «rediseñada» para que sea capaz de transformar con eficiencia el glicerol residual en ácido málico, un ácido orgánico presente de forma natural en muchas frutas.
La transformación se lleva a cabo mediante un proceso de fermentación oscura, denominado así porque no requiere luz para producirse. Bajo estas condiciones, la E. coli consume el glicerol crudo procedente de la producción de biodiésel y lo convierte en ácido málico, algo que esta bacteria no realiza de manera habitual sin la intervención de la ingeniería metabólica.
Durante los ensayos de laboratorio, el equipo consiguió alcanzar concentraciones de ácido málico cercanas a 11 gramos por litro en unas 24 horas, una cifra que los propios autores señalan como una de las mayores reportadas cuando se emplea glicerol como fuente de carbono. Además, comprobaron que el sistema podía mantenerse en funcionamiento al menos 72 horas, período en el cual la producción de ácido llegaba a duplicarse sin variar la concentración de partida.
Una vez generado el ácido málico, entra en escena la segunda bacteria de la cadena, Rhodobacter capsulatus. Este microorganismo tiene la capacidad de producir hidrógeno mediante fotofermentación, un proceso en el que la energía de la luz impulsa una serie de reacciones bioquímicas que liberan el biogás. En esta etapa, el ácido málico obtenido en la fase anterior actúa como sustrato principal.
Ingeniería metabólica, biología de sistemas y microbiorreactores
El corazón del avance reside en cómo se ha modificado y optimizado la primera bacteria. Para diseñar la cepa de Escherichia coli que convierte eficazmente el glicerol en ácido málico, los investigadores han recurrido a dos herramientas clave: la ingeniería metabólica y la biología de sistemas.
La ingeniería metabólica permite reorganizar y ajustar las rutas bioquímicas internas de la célula para dirigir los recursos hacia la producción de un compuesto concreto, en este caso el ácido málico. Es algo así como reprogramar el «circuito interno» de la bacteria para que priorice una determinada salida sobre otras posibles.
Por su parte, la biología de sistemas aporta modelos matemáticos y herramientas de bioinformática que ayudan a predecir el comportamiento del metabolismo modificado y a afinar las intervenciones genéticas. Gracias a este enfoque combinado, la E. coli se convierte en un pequeño reactor biológico capaz de procesar un residuo industrial abundante y convertirlo en una materia prima útil para la siguiente etapa del proceso.
Los experimentos se han llevado a cabo empleando microbiorreactores avanzados del Instituto de Investigación de Biomoléculas (INBIO) de la UCA. Estos equipos permiten monitorizar en tiempo real y controlar simultáneamente variables como la temperatura, el nivel de oxígeno disuelto o el pH, parámetros decisivos para el rendimiento y la estabilidad de la producción tanto de ácido málico como de hidrógeno.
Según detalla el equipo investigador, el sistema llega a ser más eficiente utilizando glicerol crudo que glicerol puro, un aspecto especialmente relevante desde el punto de vista industrial. Trabajar con el residuo tal y como sale de la planta de biodiésel, sin tratamientos adicionales, simplifica el esquema de operación y abarata de manera notable el proceso completo.
De la biorrefinería al hidrógeno renovable: economía circular en acción
Una de las ventajas más destacadas de este enfoque es su encaje en el modelo de biorrefinería integrada. El esquema que plantean los investigadores permite que, dentro de una misma instalación, se produzca biodiésel a partir de materias primas orgánicas y, de forma paralela, se aproveche el glicerol sobrante para generar hidrógeno.
Esto implica que un residuo que hasta ahora suponía un problema ambiental y económico se convierte en parte de un proceso que genera un vector energético muy demandado. La integración del sistema en plantas ya existentes podría incrementar la eficiencia global del complejo industrial y reducir su impacto ambiental sin necesidad de grandes cambios estructurales.
Otra aportación relevante es que el método prescinde de la purificación del ácido málico entre la primera y la segunda fase. La bacteria fotosintética Rhodobacter capsulatus es capaz de utilizar directamente el medio de fermentación donde se ha producido el ácido, aprovechando los compuestos presentes sin pasos intermedios de limpieza o refinado.
Esta característica reduce la complejidad del proceso, recorta costes y lo acerca a un escenario de viabilidad industrial. Menos operaciones implica menos consumo energético, menos inversión en equipos auxiliares y, en definitiva, un sistema potencialmente más competitivo frente a otras vías de producción de hidrógeno renovable.
Los autores destacan que la flexibilidad del sistema permite adaptarlo a diferentes condiciones y que, aunque por ahora se ha probado a escala de laboratorio, los resultados sientan unas bases sólidas para plantear escalados posteriores. La posibilidad de acoplar esta tecnología a biorrefinerías de biodiésel en Andalucía y en otros puntos de Europa encaja con las estrategias comunitarias para impulsar la economía circular y reducir la dependencia de combustibles fósiles.
Hidrógeno y transición energética: potencial y retos pendientes
El hidrógeno se ha convertido en uno de los pilares de las hojas de ruta europeas para la transición energética. Su gran atractivo reside en que, al utilizarse como combustible, no genera emisiones directas de dióxido de carbono. Sin embargo, el origen de ese hidrógeno es clave para evaluar su verdadero impacto ambiental.
En la actualidad, buena parte del hidrógeno producido a nivel global procede todavía de combustibles fósiles, mediante procesos como el reformado de gas natural. Esta producción, conocida habitualmente como hidrógeno «gris», conlleva importantes emisiones de CO2, lo que limita su contribución real a la descarbonización.
Por eso, uno de los grandes retos pasa por desarrollar tecnologías capaces de producir hidrógeno de origen renovable, ya sea a partir de electricidad procedente de fuentes limpias (hidrógeno verde) o mediante procesos biotecnológicos y de valorización de residuos, como el que se está explorando en la Universidad de Cádiz.
Este tipo de iniciativas no solo aportan nuevas vías de producción, sino que también ayudan a resolver otros problemas ambientales asociados a la acumulación de residuos industriales. En el caso del glicerol, su revalorización como materia prima para generar energía supone un doble beneficio: se reduce la carga de desechos y se obtiene un producto con alto interés estratégico.
Los investigadores son prudentes y señalan que aún es necesario optimizar el rendimiento del sistema y analizar su viabilidad a gran escala antes de pensar en aplicaciones comerciales. No obstante, subrayan que los resultados alcanzados sitúan a este enfoque como una opción realista dentro del abanico de soluciones para la transición energética.
Nuevas líneas de investigación y papel de Andalucía en el hidrógeno
El trabajo desarrollado en la UCA no se queda solo en el glicerol. En paralelo, el equipo mantiene abierta otra línea de investigación, en colaboración con la profesora Gema Cabrera, del área de Ingeniería Química, centrada en estudiar un sistema equivalente para la revalorización del bagazo de cerveza. Este residuo sólido, procedente de la elaboración de esta bebida, también se está evaluando como materia prima para producir hidrógeno mediante procesos similares.
Esta diversificación de fuentes refuerza la idea de que distintos residuos orgánicos, procedentes tanto de la industria energética como de la agroalimentaria, pueden desempeñar un papel destacado en la producción de biogás y vectores energéticos limpios. De este modo, se amplían las posibilidades de implantación de estas tecnologías en diferentes sectores productivos.
En el caso concreto de Andalucía, el desarrollo de este tipo de sistemas se suma a la existencia de ocho plantas de producción de hidrógeno verde repartidas por la comunidad, según datos de la Agencia Andaluza de la Energía. La combinación de grandes proyectos industriales con investigaciones de base consolida a la región como uno de los principales polos energéticos del sur de Europa.
El apoyo institucional y empresarial, materializado en la financiación de la Junta de Andalucía y de la Cátedra Fundación Cepsa, refuerza además la conexión entre la universidad y el tejido productivo. Esta cooperación resulta esencial para que los avances que hoy se validan en laboratorio puedan, en el futuro, dar el salto a entornos industriales reales.
Todo apunta a que, a medio y largo plazo, tecnologías como la desarrollada en Cádiz podrían convivir con otras formas de producción de hidrógeno renovable, configurando un mosaico de soluciones complementarias. Que el hidrógeno producido a partir de bacterias y residuos de biodiésel llegue a ser habitual dependerá de cómo evolucionen los costes, las regulaciones y la capacidad de integrar estos procesos en las cadenas de valor existentes, pero los primeros pasos, al menos, ya se han dado con firmeza.
