Tendencias Científicas
Microbio produciendo electricidad. La imagen fue tomada con un microscopio electrónico de barrido. Imagen: Xing Xie. Fuente: Universidad de Stanford.
El uso incontrolado de los combustibles fósiles nos ha llevado a la conocida crisis energética, pero también ha aumentado el interés por encontrar fuentes alternativas de energía que no dañen el medio ambiente. Avances sorprendentes en esta dirección se están dando en el universo de lo extremadamente pequeño: de los microorganismos.
El año pasado, ya hablamos en Tendencias21 del trabajo de un equipo de científicos de la Universidad Wageningen, en los Países Bajos, que han creado una célula de combustible vegetal y microbiana (Plant-Microbial) capaz de generar electricidad a partir de la interacción natural entre las raíces de las plantas vivas y las bacterias del suelo.
Ahora, ingenieros de la Universidad de Stanford (EEUU) han dado un nuevo paso en la misma dirección, con el desarrollo de una fórmula de generación de electricidad a partir de aguas residuales usando microbios a modo de minicentrales.
Estos organismos producen la electricidad a medida que siguen un proceso natural: mientras digieren desechos animales y vegetales, informa la Universidad de Stanford en un comunicado.
Las “baterías microbianas”, como las llaman sus inventores, podrían ser usadas algún día en plantas de tratamiento de aguas residuales o en los lagos y aguas costeras. Aunque el prototipo de laboratorio es actualmente más o menos del tamaño de una pila y está sumergido en una simple botella de agua residual, los científicos creen que presenta potenciales y prometedoras aplicaciones.
El año pasado, ya hablamos en Tendencias21 del trabajo de un equipo de científicos de la Universidad Wageningen, en los Países Bajos, que han creado una célula de combustible vegetal y microbiana (Plant-Microbial) capaz de generar electricidad a partir de la interacción natural entre las raíces de las plantas vivas y las bacterias del suelo.
Ahora, ingenieros de la Universidad de Stanford (EEUU) han dado un nuevo paso en la misma dirección, con el desarrollo de una fórmula de generación de electricidad a partir de aguas residuales usando microbios a modo de minicentrales.
Estos organismos producen la electricidad a medida que siguen un proceso natural: mientras digieren desechos animales y vegetales, informa la Universidad de Stanford en un comunicado.
Las “baterías microbianas”, como las llaman sus inventores, podrían ser usadas algún día en plantas de tratamiento de aguas residuales o en los lagos y aguas costeras. Aunque el prototipo de laboratorio es actualmente más o menos del tamaño de una pila y está sumergido en una simple botella de agua residual, los científicos creen que presenta potenciales y prometedoras aplicaciones.
Mecanismo microscópico
Pero, ¿cómo funciona? Dentro de esa muestra líquida y turbia, la bacteria permanece unida a un electrodo negativo (cátodo), como los percebes al casco de un barco, a través de unos filamentos de carbono que sirven como conductores eléctricos eficientes.
Como han reflejado las imágenes captadas con un microcopio electrónico de barrido o SEM (ver foto), estos filamentos son nanocables que los propios microbios fabrican.
Cuando los microorganismos ingieren materia orgánica y la convierten en combustible biológico, liberan electricidad. Entonces, un exceso de flujo de electrones pasa a los filamentos de carbono y a un electrodo positivo (ánodo), que está conectado al cátodo y que es de óxido de plata, un fino polvo negro que atrae electrones. Este proceso ha sido bautizado por los investigadores como “pesca de electrones”, explica Craig Criddle, director del estudio.
Los electrones que fluyen al electrodo positivo reducen gradualmente el óxido de plata a plata, almacenando más electrones durante el proceso. Tras un día, el electrodo positivo ha absorbido una carga completa de electrones y en gran parte se ha convertido en plata.
En este punto, la plata es extraída de la batería y re-oxidada para convertirla de nuevo en óxido de plata, lo que provoca la liberación de los electrones almacenados.
Eficiencia similar a la de las placas solares
Los ingenieros de Stanford estiman que la batería microbiana puede extraer aproximadamente el 30% de la energía potencial contenida en aguas residuales. Esta eficiencia energética es similar a la de las mejores células solares comercialmente disponibles, que convierten la luz solar en electricidad.
Por supuesto, hay mucho menos potencial de energía en las aguas residuales que en el sol pero, a pesar de ello, los científicos afirman que la batería microbiana vale la pena, pues podría compensar parte de la electricidad que se utiliza actualmente para el tratamiento de aguas residuales.
El uso de los llamados microbios exoelectrogénicos como fuente de electricidad ya se conocía, y de hecho ha habido diversos intentos de aprovecharlos como bio-generadores.
La novedad de esta nueva pila microbiana radica en que tiene un diseño simple pero eficiente, asegura la web de la Universidad de Stanford. De cara al futuro, Criddle y su equipo creen que su mayor reto será encontrar un material barato pero eficaz para el electrodo positivo.
"Hemos demostrado la utilidad del óxido de plata, pero la plata es demasiado cara para su uso a gran escala. Encontrar un sustituto llevará su tiempo", concluyen.
Pero, ¿cómo funciona? Dentro de esa muestra líquida y turbia, la bacteria permanece unida a un electrodo negativo (cátodo), como los percebes al casco de un barco, a través de unos filamentos de carbono que sirven como conductores eléctricos eficientes.
Como han reflejado las imágenes captadas con un microcopio electrónico de barrido o SEM (ver foto), estos filamentos son nanocables que los propios microbios fabrican.
Cuando los microorganismos ingieren materia orgánica y la convierten en combustible biológico, liberan electricidad. Entonces, un exceso de flujo de electrones pasa a los filamentos de carbono y a un electrodo positivo (ánodo), que está conectado al cátodo y que es de óxido de plata, un fino polvo negro que atrae electrones. Este proceso ha sido bautizado por los investigadores como “pesca de electrones”, explica Craig Criddle, director del estudio.
Los electrones que fluyen al electrodo positivo reducen gradualmente el óxido de plata a plata, almacenando más electrones durante el proceso. Tras un día, el electrodo positivo ha absorbido una carga completa de electrones y en gran parte se ha convertido en plata.
En este punto, la plata es extraída de la batería y re-oxidada para convertirla de nuevo en óxido de plata, lo que provoca la liberación de los electrones almacenados.
Eficiencia similar a la de las placas solares
Los ingenieros de Stanford estiman que la batería microbiana puede extraer aproximadamente el 30% de la energía potencial contenida en aguas residuales. Esta eficiencia energética es similar a la de las mejores células solares comercialmente disponibles, que convierten la luz solar en electricidad.
Por supuesto, hay mucho menos potencial de energía en las aguas residuales que en el sol pero, a pesar de ello, los científicos afirman que la batería microbiana vale la pena, pues podría compensar parte de la electricidad que se utiliza actualmente para el tratamiento de aguas residuales.
El uso de los llamados microbios exoelectrogénicos como fuente de electricidad ya se conocía, y de hecho ha habido diversos intentos de aprovecharlos como bio-generadores.
La novedad de esta nueva pila microbiana radica en que tiene un diseño simple pero eficiente, asegura la web de la Universidad de Stanford. De cara al futuro, Criddle y su equipo creen que su mayor reto será encontrar un material barato pero eficaz para el electrodo positivo.
"Hemos demostrado la utilidad del óxido de plata, pero la plata es demasiado cara para su uso a gran escala. Encontrar un sustituto llevará su tiempo", concluyen.
Referencia bibliográfica:
Xing Xie, Meng Ye, Po-Chun Hsu, Nian Liu, Craig S. Criddle, and Yi Cui. Microbial battery for efficient energy recovery. PNAS (2013). DOI:10.1073/pnas.1307327110.
Xing Xie, Meng Ye, Po-Chun Hsu, Nian Liu, Craig S. Criddle, and Yi Cui. Microbial battery for efficient energy recovery. PNAS (2013). DOI:10.1073/pnas.1307327110.
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