El estudio, recientemente publicado por Abuto y sus colaboradores [1] en la revista “Biomass and Bioenergy” de la editorial “Elsevier”, investiga la producción de biohidrógeno a partir de hidrocarburos residuales en yacimientos petrolíferos agotados utilizando bacterias inmovilizadas y modelizado con COMSOL Multiphysics^®.

COMSOL Multiphysics® se utilizó para crear un dominio tridimensional axisimétrico que acopló múltiples interfaces físicas para simular la producción de biohidrógeno en medios porosos. La Figura 1 muestra la geometría del reactor.

Figura 1. Geometría del reactor en COMSOL Multiphysics®.

Interfaces físicas clave

• Transporte de especies diluidas: modeló la difusión del sustrato mediante ecuaciones de difusión-reacción.
• Ecuación en forma de coeficiente (PDE): implementó la cinética de crecimiento microbiano y la acumulación de biomasa.
• Transferencia de calor en medios porosos: capturó los efectos térmicos y la generación bioquímica de calor.

Formulación del modelo

El modelo comenzó con la conservación de masa mediante ecuaciones de continuidad, asumiendo un flujo convectivo despreciable en reservorios agotados. El transporte de sustrato se modelizó con ecuaciones de difusión-reacción con difusividad efectiva ajustada por la porosidad y la tortuosidad. La cinética microbiana utilizó ecuaciones tipo Monod modificadas para efectos de temperatura, presión y salinidad 7. Los factores de estrés ambiental se incorporaron mediante correcciones de temperatura tipo Arrhenius y funciones de inhibición.

Flujo de implementación

El proceso implicó la creación de la geometría con un reservorio poroso cilíndrico y perlas esféricas de inmovilización como subdominios distintos (Figura 1). Variables definidas por el usuario permitieron introducir correcciones ambientales, mientras que el seguimiento de la producción acumulada de hidrógeno se realizó mediante ecuaciones diferenciales ordinarias globales (ODE).

Figura 2. Geometría del reactor en COMSOL Multiphysics®.

Como se muestra en la Figura 2, la concentración máxima de hidrógeno obtenida fue de 7,45 mmol L⁻¹, coincidiendo con el máximo experimental de 7,63 mmol L⁻¹ a las 120 h.

Una muestra más del gran potencial de COMSOL Multiphysics® para el estudio de nuevas técnicas para la producción de hidrógeno.

Referencias

[1] D. Abutu et al. Modelling biohydrogen production from residual hydrocarbons by immobilized bacteria using COMSOL multiphysics, Biomass and Bioenergy, Volume 211, 2026, 109165.