Para mejorar la obtención de biogás a partir de residuos de nopal e incrementar su producción, integrantes del Departamento de Ingeniería Ambiental del Instituto de Ingeniería (II) de la UNAM analizan las reacciones bioquímicas que ocurren en los procesos de fermentación de ese producto.
Simón González Martínez, investigador del Instituto y líder de este proyecto, explicó lo anterior y agregó que este procedimiento no se había realizado con anterioridad. El equipo de investigación tiene la hipótesis de que, si se logra una fermentación etanólica eficiente, la generación posterior del energético es más rápida y eficaz.
El estudio en el que participan alumnas y alumnos de licenciatura y maestría se realiza con financiamiento del Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica de la UNAM, y de la Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación.
En entrevista, el universitario recordó que el nopal tiene altos contenidos de carbohidratos, lo cual permite una fermentación rápida, por ello se está determinando cuánto etanol pueden producir, bajo qué condiciones y en qué cantidades.
La elaboración se basa en dos pasos bioquímicos principales, como son la fermentación (en ausencia de oxígeno), donde grupos de organismos transforman los carbohidratos en, principalmente, ácidos orgánicos de cadenas cortas y alcoholes, como el etanol, que es el de mayor interés.
Después hay metanógenos (microorganismos que producen metano) que se alimentan de los productos de desecho de aquellos otros organismos; al hacerlo los convierten en biogás que contiene dióxido de carbono y metano, abundó.
De acuerdo con González Martínez, estas tecnologías -que se conocen desde hace cientos de años- presentan un problema: si se produce ácido más rápido de lo que se lo pueden “comer” los metanógenos, todo el medio se acidifica y se deja de producir biogás. “Buscamos un equilibrio que a veces es difícil de mantener desde el punto de vista bioquímico”.
Además, si en la fermentación, en vez de permitir la elaboración de ácidos, se hace etanol, que no baja el pH, el equilibrio entre unos y otros es más fácil y eficiente. Las bacterias acidógenas (las que transforman compuestos orgánicos complejos en productos más simples) se dedican a “cortar” moléculas grandes para que las metanógenas se las “coman” y fabriquen biogás.
En suma, conlleva un problema bioquímico de equilibrio entre diferentes grupos de organismos para las condiciones ideales de producción del biocombustible. Por ello, “estamos determinando con exactitud cuánto tiempo se debe dejar la fermentación”, apuntó.
El equipo ha descubierto que desde el punto de vista químico y físico-químico no hay diferencia para la obtención del combustible entre los nopales cambray, los “verdura” o los que son de penca grande. Ahora, un tesista comenzará el análisis con nopales de diferentes “edades” para conocer cómo cambian las concentraciones de carbohidratos.
Simón González detalló que el nopal, desde el punto de vista técnico, tiene dos desventajas para conseguir el combustible: contiene abundante agua, hasta 95 por ciento. “Si tenemos una tonelada de material, en realidad son 950 kilos de líquido. La planta de producción de biogás tendría que estar cerca del lugar de cultivo, porque sería costoso el transporte”.
Y la otra es el mucílago, una sustancia viscosa (“baba”) que se desprende al cortarlo. Al molerlo, el pH baja de modo automático y “eso no nos conviene”, porque el proceso de obtención de biogás no es tan eficiente, refirió el académico.
Aprovechar todo
En México, enfatizó, se produce casi un millón de toneladas al año de la especie de nopal Opuntia ficus-indica o “nopal verdura”. “Este cultivo empezó en Milpa Alta, que, junto con zonas colindantes del Estado de Morelos, son las de mayor producción” en el país, con 60 o 70 por ciento de ese total nacional.
Dentro del género de las cactáceas, las más conocidas son los nopales, por ser comestibles. Opuntia ficus-indica es la de cultivo más intenso y de mayor importancia comercial, incluso se le atribuyen propiedades alimenticias destacadas (como mejorar el transporte de insulina en las personas diabéticas).
Dependiendo del tiempo que se dejen madurar, las pencas u “hojas” (cladodios) cambian sus características: cuando son “jóvenes” o “tiernos” contienen fibras solubles, pero conforme maduran se hacen insolubles.
La cosecha del nopal, mencionó, se realiza de manera manual. Cuando los agricultores lo van cortando, y ven que la penca no tiene la calidad deseada, porque le cayó granizo, la picoteó un ave, está rota, etcétera, se tira al suelo. Aproximadamente 10 por ciento de la cosecha se pierde por esa razón.
Posteriormente, en el proceso de quitarles las espinas se pierde de cinco a ocho por ciento de su peso. Entre ambos procedimientos, el total del desperdicio podría alcanzar hasta 15 por ciento.
Del desecho de nopal que queda después de la producción del biogás, se pueden lograr digestatos, que son excelentes mejoradores del suelo agrícola y se pueden emplear en lugar de estiércol que se maneja sin higiene, compostas de mala calidad o fertilizantes que son contaminantes.
Aunque ya hay empresas en San Luis Potosí y Aguascalientes, por ejemplo, que producen biogás a partir del nopal con fines comerciales, lo hacen a pequeña escala y sin los procesos óptimos, manifestó Simón González Martínez.
En este caso, una vez mejorado el procedimiento, podría implementarse en Milpa Alta, con cuyos productores el universitario y su equipo ya han tenido acercamientos.