Revisión sistemática de Celdas Electrolíticas con Biocátodos en la Producción de Hidrógeno Verde a Escala Industrial para el Tratamiento de Aguas Residuales

Abstract

La transición energética global ha intensificado la búsqueda de fuentes de energía renovables y sostenibles, entre las cuales el hidrógeno verde se posiciona como un vector energético estratégico por su potencial para sustituir combustibles fósiles y reducir las emisiones de carbono. Sin embargo, la producción de hidrógeno mediante electrólisis requiere mejoras en eficiencia energética para ser competitiva a gran escala. En este marco, las celdas de electrólisis microbiana (MEC) con biocátodos emergen como una tecnología innovadora al integrar microorganismos electroactivos capaces de reducir la energía necesaria para la electrólisis y, de forma simultánea, promover la remoción de contaminantes orgánicos presentes en aguas residuales. Esta integración permite combinar la producción de hidrógeno verde con el tratamiento de efluentes, generando beneficios ambientales y energéticos de manera conjunta. La revisión sistemática abarcó un periodo de diez años e incluyó inicialmente 68 estudios, de los cuales 36 fueron seleccionados tras aplicar criterios de filtrado por título, resumen y palabras clave. Los resultados muestran que las MEC con biocátodos alcanzan eficiencias del 70–85 % en la producción de hidrógeno, con reducciones en el consumo energético de hasta 40 % en comparación con métodos convencionales. Además, se reportan eficiencias de remoción de contaminantes orgánicos del 80–90 % y una mayor estabilidad operativa cuando se emplean consorcios microbianos durante periodos superiores a 1.200 horas. No obstante, el escalado de esta tecnología presenta desafíos, ya que el rendimiento disminuye al aumentar el volumen de los reactores debido a limitaciones en la transferencia electrónica, pérdidas asociadas a procesos metanogénicos y resistencias internas. A pesar de ello, estrategias como la modularización de electrodos, el uso de materiales de alta conductividad y el control selectivo de comunidades microbianas se identifican como líneas de investigación clave para superar estas limitaciones.