Los científicos llevan más de un siglo estudiando la capacidad de los microorganismos –los seres vivos más pequeños de la Tierra– para producir energía que no sea para sus actividades naturales. Esta transformación es lo que los expertos denominan un sistema bioelectroquímico.
Este artículo muestra cómo microorganismos como las bacterias pueden producir electricidad y convertirse potencialmente en una fuente de energía renovable.
Electricidad a partir de microorganismos
Uno de los sistemas bioelectroquímicos más reconocidos son las celdas de combustible microbianas (CCM).
Este sistema suele tener una cámara anódica (electrodo negativo) y una cámara catódica (electrodo positivo). La CCM funciona de forma similar a las pilas.
Los microorganismos descomponen materias orgánicas o inorgánicas (o sustratos) en la cámara del ánodo para producir electrones. Estos electrones fluyen del ánodo al cátodo a través de un circuito externo hecho de materiales conductores, como cables de cobre, para generar electricidad.
Uno de los sistemas bioelectroquímicos más reconocidos son las celdas de combustible microbianas (CCM).
Este sistema suele tener una cámara anódica (electrodo negativo) y una cámara catódica (electrodo positivo). La CCM funciona de forma similar a las pilas.
Los microorganismos descomponen materias orgánicas o inorgánicas (o sustratos) en la cámara del ánodo para producir electrones. Estos electrones fluyen del ánodo al cátodo a través de un circuito externo hecho de materiales conductores, como cables de cobre, para generar electricidad.
Ejemplos de su aplicación en el mundo
Las investigaciones actuales sobre celdas de combustible microbianas se están centrando en cómo producir energía renovable y gestionar los residuos a gran escala y a escala comercial en varios países.
Los ejemplos van desde el tratamiento de los residuos de una fábrica de cerveza en Harbin, China, hasta el tratamiento del agua de un lago en Icapuí, Brasil.
En ambos casos, los sistemas de CCM consiguen generar electricidad sin necesidad de fuentes de alimentación adicionales. Esto, por supuesto, reduce las facturas.
Hasta ahora, las empresas conocidas por aplicar esta tecnología a escala comercial son EcoVolt de Cambrian Innovation y VIVA MFC de MICROrganic Technologies en EE. UU.; Prongineer en Canadá y Plant-e en los Países Bajos, que integra CCM con plantas en celdas de combustible microbianas basadas en plantas para obtener energía eléctrica renovable.
Además, la NASA ha adoptado la tecnología CCM desde 2006.
En 2011, la agencia espacial estadounidense colaboró con Cambrian Innovation para desarrollar la CCM que convierte el dióxido de carbono del aire del interior de la nave espacial en oxígeno, agua y metano.
A pesar de estas mejoras, todavía necesitamos más investigación para mejorar la eficiencia y productividad de la CCM, especialmente a escala comercial.
Las investigaciones actuales sobre celdas de combustible microbianas se están centrando en cómo producir energía renovable y gestionar los residuos a gran escala y a escala comercial en varios países.
Los ejemplos van desde el tratamiento de los residuos de una fábrica de cerveza en Harbin, China, hasta el tratamiento del agua de un lago en Icapuí, Brasil.
En ambos casos, los sistemas de CCM consiguen generar electricidad sin necesidad de fuentes de alimentación adicionales. Esto, por supuesto, reduce las facturas.
Hasta ahora, las empresas conocidas por aplicar esta tecnología a escala comercial son EcoVolt de Cambrian Innovation y VIVA MFC de MICROrganic Technologies en EE. UU.; Prongineer en Canadá y Plant-e en los Países Bajos, que integra CCM con plantas en celdas de combustible microbianas basadas en plantas para obtener energía eléctrica renovable.
Además, la NASA ha adoptado la tecnología CCM desde 2006.
En 2011, la agencia espacial estadounidense colaboró con Cambrian Innovation para desarrollar la CCM que convierte el dióxido de carbono del aire del interior de la nave espacial en oxígeno, agua y metano.
A pesar de estas mejoras, todavía necesitamos más investigación para mejorar la eficiencia y productividad de la CCM, especialmente a escala comercial.
Uno de los factores que más influyen en el rendimiento de un sistema de celdas de combustible microbianas es el tipo de microorganismos utilizados.
Los microorganismos que pueden transferir electrones de sus células al electrodo se denominan exoelectrogénicos.
Los dos géneros de bacterias exoelectrogénicas más investigados para celdas de combustible microbianas son Geobacter y Shewanella.
Por ejemplo, la especie Geobacter sulfurreducens KN400 es capaz de producir 3,9 vatios de electricidad por metro cuadrado de superficie anódica.
Por su parte, la especie Shewanella putrefaciens puede producir hasta 4,4 vatios de electricidad por metro cuadrado de superficie anódica.
La estación espacial de la NASA utilizó la bacteria Shewanella oneidensis en un estudio de CCM en febrero de 2019.
Varios otros tipos de microorganismos como Rhodopseudomonas palustris DX1, Candida melibiosica, Saccharomyces cerevisiae e incluso Escherichia coli DH5α también son conocidos por mostrar una buena capacidad como bacterias exoelectrogénicas.
Una investigación realizada por Krishna Katuri, de la Universidad Nacional de Irlanda en Galway, y sus colegas de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (Arabia Saudí), descubrió la especie Desulfuromonas acetexigens como una nueva bacteria exoelectrogénica.
Las bacterias exoelectrogénicas pueden obtenerse de diversos entornos, como aguas residuales, compost, estiércol de ganado, suelo, sedimentos de ríos o lagos, pantanos e incluso ecosistemas marinos.
Por ejemplo, investigadores de la Universidad de Buenos Aires descubrieron la bacteria Dietzia sp. RNV-4 a partir del sedimento de la ribera del río de la Plata en Argentina. Esta bacteria resultó tener un buen rendimiento en las celdas de combustible microbianas.
Potencial para Indonesia
Indonesia es una país con uno de los niveles de biodiversidad más altos del mundo, incluidos los microorganismos.
Por desgracia, sólo se ha identificado el 10 % de los microorganismos de este país asiático, por lo que todo su potencial sigue sin explotarse.
Uno de los factores que impiden este desarrollo es la falta de continuidad de la investigación relacionada con los microorganismos en Indonesia.
Además, las actividades de desarrollo y aplicación de la investigación siguen careciendo de sinergia entre el mundo académico, los investigadores y la industria.
En términos de potencial y basándose en los resultados de la investigación existente, los microorganismos pueden utilizarse como fuente de energía eléctrica renovable en Indonesia.
Por desgracia, sólo se ha identificado el 10 % de los microorganismos de este país asiático, por lo que todo su potencial sigue sin explotarse.
Uno de los factores que impiden este desarrollo es la falta de continuidad de la investigación relacionada con los microorganismos en Indonesia.
Además, las actividades de desarrollo y aplicación de la investigación siguen careciendo de sinergia entre el mundo académico, los investigadores y la industria.
En términos de potencial y basándose en los resultados de la investigación existente, los microorganismos pueden utilizarse como fuente de energía eléctrica renovable en Indonesia.
La investigación sobre sistemas bioelectroquímicos ya ha comenzado en el país con proyectos sobre el uso de CCM para el tratamiento de aguas residuales de las fábricas de tofu, el tratamiento de residuos de alimentos, el tratamiento de aguas residuales de la industria de la tapioca y, junto con plantas, para la producción de electricidad a partir de campos de arroz en Kalimantan Occidental.
Sin embargo, de todas las investigaciones sobre sistemas bioelectroquímicos realizadas en Indonesia, ninguna está lista para aplicarse a gran escala en la vida real.
Por supuesto, el desarrollo de esta tecnología requiere el apoyo y la sinergia de varias partes, desde académicos, investigadores e industria hasta el gobierno.
Si estos sistemas se aplican con éxito, podría resolverse el problema del suministro eléctrico, especialmente en las zonas más remotas de países como Indonesia, y reducir la explotación de combustibles fósiles para obtener energía eléctrica.
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