Sistemas bioelectroquímicos: ¿los generadores de electricidad del futuro?

Cada año se gastan miles de millones de euros en tratar billones de litros de aguas residuales, una actividad que conlleva además un consumo sustancial de energía. Sin embargo, esas aguas residuales podrían constituir un recurso renovable que ahorrase cantidades considerables tanto de energía como de dinero, al contener contaminantes orgánicos que pueden aprovecharse para producir electricidad, hidrógeno y compuestos químicos de gran valor como la sosa cáustica.

De aprovecharse, las aguas residuales podrían convertirse en un recurso renovable para la producción de electricidad, hidrógeno y compuestos químicos. Crédito de la imagen: Jscreationzs (Freedigitalphotos.net)/Hans Braxmeier (Pixabay)

De aprovecharse, las aguas residuales podrían convertirse en un recurso renovable para la producción de electricidad, hidrógeno y compuestos químicos. Crédito de la imagen: Jscreationzs (Freedigitalphotos.net)/Hans Braxmeier (Pixabay)

Ello podría lograrse si la materia orgánica fuera descompuesta por bacterias con actividad eléctrica en una celda electroquímica, la cual, a su vez, facilitaría la depuración de las aguas residuales. Algunos ejemplos de «sistemas bioelectroquímicos» de esta clase son las celdas de combustible microbianas (MFC) y las celdas electrolíticas microbianas (MEC).

La Unión Europea pretende fomentar el emprendimiento de proyectos innovadores capaces de generar ahorros energéticos considerables. Una iniciativa de esas características corrió a cargo de un equipo de investigadores de Irlanda y se centró en el campo de los sistemas bioelectroquímicos. En concreto tenía el propósito de alterar la química de la superficie de un electrodo para producir más electricidad.

El estudio «Arylamine functionalization of carbon anodes for improved microbial electrocatalysis», financiado por medio del Programa Marie Curie, podría ejercer un efecto inmediato en varios sectores interesados en incrementar su rendimiento energético y mejorar su perfil medioambiental, entre ellos el tratamiento de aguas residuales y la producción de biocombustibles y compuestos bioquímicos.

Para empezar, el equipo del proyecto examinó la zona de contacto entre microbios y electrodos. En ella tienen lugar interacciones biológicas y fisicoquímicas complejas que permiten que los microbios empleados intercambien electrones con electrodos sólidos, dando así lugar a sistemas bioelectroquímicos.

El equipo participante halló indicios que podrían facilitar que ciertas comunidades microbianas conectaran con el electrodo y, de esta manera, produjeran más electricidad a mayor velocidad que con los electrodos sin modificar. El intercambio de electrones es fundamental en las reacciones que se producen en el mundo natural y también en los citados sistemas bioelectroquímicos.

El equipo introdujo grupos funcionales de arilamina en electrodos de grafito. La arilamina es una enzima que cataliza una reacción química específica. La adición de esta enzima mejoró la catálisis inicial en la oxidación de acetato empleando biopelículas microbianas en comparación con la observada en ánodos sin modificar.

Los investigadores demostraron que es factible implantar microbios para transportar y producir electricidad a mayor velocidad. La investigación se llevó a cabo en el Laboratorio de Investigación en Electrónica Biomolecular de Galway (Irlanda), donde se vienen indagando desde hace años en las condiciones para la selección de electrodos por microbios.

Aunque habrá que seguir trabajando para comprender aspectos importantes de biología e ingeniería en los que se sustenta la biotecnología, estos experimentos de laboratorio han demostrado que los sistemas bioelectroquímicos pueden funcionar adecuadamente. No obstante, hasta ahora sólo se han realizado unos pocos estudios piloto en condiciones reales, necesitándose un mayor número de tales estudios y de proyectos de demostración a mayor escala para corroborar la fiabilidad de tales sistemas.

Por añadidura, para que esta biotecnología pueda adoptarse a escala comercial, los costes tendrán que ser competitivos frente a los de otros procesos de tratamiento de aguas residuales y producción de compuestos químicos. Pese a todo, los investigadores participantes confían en poder establecer instalaciones comerciales en un plazo de entre dos y cinco años, según un informe al respecto presentado recientemente a la Comisión Europea.

Fuente: Cordis

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