Acidogénesis y acetogénesis: las etapas de la fermentación metanogénica en las que se forman ácidos e hidrógeno

La acidogénesis y la acetogénesis son la segunda y la tercera etapa de la fermentación metanogénica: en la primera, los microorganismos transforman los compuestos simples formados en la hidrólisis en ácidos grasos de cadena corta (ácidos grasos volátiles, AGV), CO₂ e hidrógeno, y en la segunda convierten la mezcla de AGV en ácido acético, con la liberación de cantidades adicionales de CO₂ e hidrógeno. Solo estos productos sirven de alimento a los metanógenos. Comprender ambas etapas es importante para el operador, porque es precisamente aquí donde comienzan las alteraciones más frecuentes del proceso.

Lugar en la cadena de transformaciones

Según la guía AgSTAR de la EPA, la descomposición anaerobia transcurre en cuatro pasos: hidrólisis (los compuestos orgánicos complejos, como las proteínas, los carbohidratos y las grasas, se descomponen en otros más simples), acidogénesis (los microorganismos acidógenos fermentan los compuestos simples hasta AGV, CO₂ e hidrógeno), acetogénesis (los microorganismos acetógenos transforman la mezcla de AGV en ácido acético, con la liberación de cantidades adicionales de CO₂ e hidrógeno) y metanogénesis (los metanógenos transforman el ácido acético y el hidrógeno en biogás). La visión de conjunto se presenta en el artículo Las cuatro etapas de la fermentación metanogénica: de la hidrólisis al metano. En todo este recorrido es clave el equilibrio entre los grupos de microorganismos, y no la velocidad de una sola de las etapas.

Acidogénesis: de dónde proceden los ácidos

Esta etapa la realizan microorganismos heterótrofos, que aprovechan los compuestos orgánicos y crecen más rápido que los metanógenos. Schink, en su revisión de 1997, señala que los ácidos grasos y los alcoholes son los principales productos intermedios de la degradación metanogénica, por lo que el acetato, el propionato, el etanol y sus homólogos superiores deben transformarse después en compuestos de un solo carbono. La composición de los productos depende del sustrato y de las condiciones; los carbohidratos fácilmente degradables producen rápidamente grandes cantidades de ácidos, lo que es relevante con dosis elevadas de residuos de producción.

En la práctica, el operador no observa la acidogénesis directamente, sino sus efectos: la concentración de AGV, la alcalinidad y el pH. Si el ritmo de producción de ácidos supera el de su consumo, se produce una acumulación. Al principio el tampón carbonato puede mantener el pH, por lo que el valor del pH por sí solo es un indicador retardado; la guía de la EPA considera la alcalinidad el indicador de estabilidad más fiable, porque la acumulación de AGV y de CO₂ se manifiesta en un descenso de la alcalinidad antes que en un descenso del pH.

Acetogénesis y sintrofia

La conversión de los AGV en acetato no transcurre como una reacción habitual con balance energético positivo. Schink describe estos procesos como fermentaciones secundarias, es decir, sintróficas: son endergónicas en condiciones estándar y dependen de un acoplamiento estrecho con la metanogénesis; la energía disponible es tan pequeña que obliga a una cooperación muy eficiente entre los organismos. De forma simplificada: un grupo produce hidrógeno (y acetato), y los metanógenos hidrogenotrofos lo consumen, de modo que la reacción puede continuar. Esta relación se describe también en el artículo Metanógenos acetoclastas e hidrogenotrofos en una planta de biogás. La perturbación de la retirada del hidrógeno favorece la acumulación de ácidos intermedios, y los síntomas deben interpretarse junto con los demás indicadores del proceso: la composición del gas por sí sola no señala de forma inequívoca un grupo concreto de microorganismos.

Por qué el equilibrio es frágil

La guía de la EPA subraya que los metanógenos se reproducen más lentamente que los demás grupos, por lo que su población debe ser suficientemente numerosa: cuando hay pocos, los AGV se acumulan y, en concentraciones más altas, resultan tóxicos para ellos. Para mantener los metanógenos, su pérdida con el efluente no puede ser mayor que su crecimiento, lo que se regula mediante el tiempo de retención. La causa principal de las alteraciones es el aumento de la carga (OLR) o un cambio brusco de la composición de la alimentación, tras el cual las bacterias acidógenas se adelantan a los metanógenos y reducen el pH; la segunda causa es la introducción de sustancias tóxicas, lo que suele conducir a un colapso aún más rápido. La relación entre la dosificación y la estabilidad se describe en el artículo Estabilidad de la alimentación de la planta de biogás: por qué la suma diaria de la entrada no basta.

¿Ayuda separar las etapas? Los digestores de dos etapas realizan las tres primeras etapas (hidrólisis, acidogénesis y acetogénesis) en un depósito y la metanogénesis en otro. No obstante, la guía de la EPA señala que la separación de fases no ha mostrado una ventaja significativa frente a la digestión de una etapa y que la elección de la tecnología depende del sustrato concreto.

Qué observar en la operación

1. El descenso del contenido de CH₄ en el biogás es el primer indicador de alteración según la EPA.
2. La alcalinidad y su tendencia: un descenso señala la alteración antes que el pH.
3. Los AGV y la relación entre los AGV y la alcalinidad: los análisis se realizan por el método de destilación o cromatográfico en un laboratorio especializado, normalmente no a diario; la valoración sirve de complemento, véase FOS/TAC: cómo medir e interpretar y AGV en una planta de biogás.
4. El pH en el efluente: en un digestor que funciona correctamente suele ser de 7,0–8,0, pero es un indicador retardado.
5. Cambios en la alimentación: contraste cada anomalía con el registro de entregas y dosis.

En caso de acidificación se aplica el plan descrito en el artículo Acidificación del digestor: diagnóstico y actuación. Comprender las dos etapas intermedias ayuda a evitar la conclusión errónea de que el problema reside en la “falta de bacterias metanógenas”, cuando a menudo se debe simplemente a la velocidad con la que llegan al digestor los sustratos fácilmente degradables.