El Grupo de Mineralogía Aplicada y Bioprocesos de la Facultad de Minas de la UN en Medellín identificó un grupo de bacterias que a nivel de laboratorio permite la disminución hasta un 70% del azufre presente en el carbón.

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Carbón, 70% libre de azufre

Investigadores de la Universidad Nacional de Colombia en Medellín identificaron un grupo de bacterias que permite la disminución hasta de 70% del azufre presente en el carbón. Los beneficios ambientales y económicos de este método de biodesulfurización se utilizarán próximamente en una planta piloto a nivel industrial.

César Enrique Herrera De la Hoz,
Unimedios

El carbón es el resultado de un proceso biológico de acumulación de materia orgánica preservada en condiciones anaeróbicas durante millones de años, que se compone, entre otros elementos, de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. Precisamente, este último componente, cuando es utilizado en los procesos de combustión industrial en hornos y calderas, desprende SO2, uno de los gases contaminantes que producen la llamada ‘lluvia ácida’, causante de la corrosión y problemas en el sector agrícola.

Ante este panorama, el uso industrial y comercial de carbones con alto contenido de azufre está regulado a nivel nacional e internacional. En Colombia, el Ministerio del Medio Ambiente regula por medio de la Resolución 898 del 23 agosto de 1995 los criterios ambientales de calidad de los combustibles líquidos y sólidos utilizados en hornos y calderas de uso comercial e industrial, determinando la cantidad de azufre permitida en los carbones en las distintas regiones del país.

Estas limitaciones medioambientales llevan a las empresas a buscar métodos de desulfurización que permitan un equilibrio entre tiempo, costos y beneficios. Los métodos se pueden clasificar en tres grupos: físicos, químicos y biológicos o bacterianos. Los físicos buscan separar, con métodos principalmente gravimétricos, los sulfuros del carbón; los métodos químicos utilizan compuestos para disminuir la cantidad de azufre, y los métodos biológicos se basan en bacterias que toman el sulfuro y lo transforman en sulfato.

Biodesulfurización del carbón

Estos tratamientos biológicos son favorables, desde el punto de vista ambiental, con relación a otras técnicas que son más rápidas para desulfurizar pero más nocivas para el ambiente. De esta forma, son varias las ventajas de la biodesulfurización: es un proceso que no produce ruido ni contamina con polvo. Además, los microorganismos con los que se trabaja no son patógenos, es decir, son totalmente inofensivos al cuerpo humano. Estos son microorganismos que están en la naturaleza y se toman para potenciarlos y buscar que trabajen en unos fines específicos.

Otra ventaja es la versatilidad de las bacterias. Estas se pueden tener en un reactor con control de diversos parámetros como temperatura, agitación y acidez, hasta en una situación en donde los parámetros no son controlados y las bacterias actúan prácticamente solas. “En una empresa esto permite un movimiento en un rango de posibilidades económicas. Entre más controlado, el proceso es más veloz e imprime más eficiencia”, explica Marco Antonio Márquez, doctor en Geología e investigador.

En este sentido, la biodesulfurización es relativamente barata, y una vez se tiene la cepa bacteriana esta trabaja y los controles pueden programarse periódicamente con espacios amplios de tiempo.

El proyecto en la UN

El proyecto de implementación del proceso de biodesulfurización de carbones, adelantado por el Grupo de Mineralogía Aplicada y Bioprocesos de la Facultad de Minas de la UN en Medellín, se realizó a nivel de laboratorio con la idea de llevar los resultados a una planta piloto en la industria cementera Argos. Este objetivo se planteó con base en una primera etapa de biodesulfurización del carbón realizada con apoyo de Colciencias.

Para adelantar el proyecto, el carbón se ubica en biorreactores de columna. Según Márquez, esto permite “analizar los principales factores fisicoquímicos que pueden influir en la acción de dichos microorganismos, tales como el pH, concentraciones iniciales de hierro en solución, temperatura, entre otros”.

El carbón, dentro de los biorreactores de columna, es bañado con una solución de lavado que contiene microorganismos con su medio de cultivo. Allí se encuentran las sales basales que las bacterias necesitan para obtener su fuente de energía.

En el proceso de desulfurización, los iones férricos tienen un papel primordial, son los encargados de oxidar el sulfuro. Por lo tanto, el objetivo principal de las bacterias es mantener el flujo de iones férricos en un nivel alto. “Lo que hace la solución de lavado es, a medida que pasa por la columna, interactuar con el sulfuro de interés y oxidarlo. A medida que lo va oxidando va formando unas sales en forma soluble”, aclara Gerardo Caicedo, ingeniero químico de la UN en Manizales y estudiante de la Maestría en Biotecnología de la UN en Medellín.

En otras palabras, la acción de los iones férricos y la bacteria es disolver los sulfuros de hierro y en el carbón, en donde se encuentran en forma de pirita, FeS2.

Para la biodesulfurización se identificaron unas bacterias en drenajes ácidos de minas ubicadas en el departamento del Valle del Cauca. Esta región cuenta con yacimientos de carbón que cuando se utilizan para combustión industrial liberan niveles de azufre que superan lo permitido por las leyes.

Las tres bacterias identificadas son conocidas como acidólifas porque necesitan un medio de subsistencia con pH ácido: Acidithiobacillus ferrooxidans, que se alimenta de hierro y azufre; Acidithiobacillus thiooxidans, que consume azufre, y Leptospirillum ferrooxidans, que se alimenta de hierro.

El objetivo es que estos microorganismos, por medio de su actividad biológica, en este caso de su metabolismo, y sin necesidad de manipulación genética alguna, sean capaces de remover el azufre del carbón de acuerdo a las necesidades de la empresa. “Unas bacterias utilizan el hierro como alimentación, otras el azufre. Por eso se utilizan combinadas. Entre menor sea el tamaño del carbón, más azufre se puede sacar. En nivel de laboratorio se ha logrado sacar más de un 70% del azufre del carbón”, explica Sandra Grisales, Bióloga, magíster en Biotecnología y estudiante del Doctorado en Materiales en la UN en Medellín.

Con estos resultados positivos, el grupo está pasando del nivel de laboratorio a un piloto a nivel industrial en el proceso de producción de cementos, uno de los sectores tradicionalmente asociados con impactos ambientales y en donde el azufre también es asociado con problemas técnicos y económicos.

El proyecto a escala industrial

La Corporación Tecnnova, que fomenta la alianza entre las investigaciones aplicadas de las universidades y las necesidades de las empresas, fue el puente para que la Universidad Nacional de Colombia en Medellín y la industria cementera Argos concretaran un convenio para continuar el proyecto de investigación de biodesulfurización del carbón para la implementación en una planta piloto.

Cementos Argos, una de las industrias más grandes del país, le ha apostado a la investigación en diferentes campos. En uno de ellos se busca disminuir las emisiones de azufre de la combustión del carbón y utilizar un conjunto de carbones que tienen disponibles, pero que no se pueden utilizar en los procesos de la cementera por el alto contenido de azufre.

“El uso de los métodos industriales convencionales no es muy atractivo, dado que las cantidades disponibles son marginales para el nivel de inversiones que éstas exigen, adicional al tema del impacto ambiental que generan. La Universidad Nacional ya venía con este proyecto, Argos lo encuentra y se trazan las relaciones necesarias para realizar la alianza”, manifiesta Juan Guillermo Morales, líder senior de investigación de la Gerencia de Investigación y Desarrollo de Cementos Argos.

Morales resume los beneficios de la alianza. “Lo primero es tener producciones mucho más limpias. El tema de la producción de cemento siempre se ha asociado con impactos ambientales significativos. Lo segundo es poder aprovechar un remanente de carbón que tenemos y no podemos utilizar. Y lo tercero, regular los altos contenidos de azufre que hacen que en algunas plantas el proceso tienda a ser inestable. Pero básicamente le estamos apostando a rentabilidad y mejoramiento ambiental”.

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