Control robusto de reactores continuos de tanque agitado para la producción de biohidrógeno

Abstract

Un tema relevante de hoy en día es el cambio climático, el cual se genera entre otras cosas por la gran cantidad de gases arrojados a la atmósfera, los cuales son precursores del efecto invernadero. Una fuente principal de estos gases de efecto invernadero son las emisiones de vehículos motorizados a través de la combustión de combustibles fósiles. Más aun, uno de los mayores desafíos de nuestro siglo es cubrir la demanda mundial de energía, debido al incremento de la población y al aumento del nivel de vida. Sumado a esto, las reservas de combustibles fósiles son cada vez menos accesibles a medida que se consumen las de fácil acceso, por lo que el precio de dicho combustible cada vez es más elevado. Con la finalidad de mitigar efectos ambientales y tener seguridad energética, se ha propuesto la producción del hidrógeno por medio de procesos biológicos. El hidrógeno es un combustible con alto contenido energético y durante su combustión solo se genera agua como producto resultante, lo que reduce en forma importante los efectos ambientales de los combustibles convencionales. El hidrógeno se puede producir mediante diferentes métodos. Uno de los más prometedores es por métodos biológicos, el cual emplea biomasa como materia prima. Con la producción del hidrógeno a partir de un sustrato se pueden obtener diversos beneficios, principalmente la obtención de energía limpia y la gestión de desechos. Sin embargo algunas desventajas de la producción de hidrógeno a partir de biomasa son los bajos niveles de producción de hidrógeno así como la tasa de degradación del sustrato. En consecuencia los procesos continuos son preferibles para el aumento en la producción a largo plazo. Se debe considerar que la operación convencional de procesos biotecnológicos continuos está sujeta a cambios importantes en la carga orgánica del sustrato, la actividad microbiana y las condiciones ambientales. Además, existe la necesidad de optimizar las condiciones para mejorar su productividad a largo plazo. Controlar un proceso biotecnológico puede ser un problema complicado debido a dificultades inherentes tales como la cinética no lineal y las incertidumbres del modelo. En este trabajo, se presentan dos métodos biológicos de producción de hidrógeno, la fermentación oscura y la fotofermentación, a los cuales se les implementa su optimización para la producción de hidrógeno en un CSTR. Además, para garantizar el proceso en las condiciones óptimas, se propone un enfoque de control robusto y práctico. Los resultados muestran que es posible mejorar la operación convencional y la producción de hidrógeno en reactores continuos.