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Introduciendo unas modificaciones en una célula de combustible microbiana unos investigadores han conseguido que los microorganismos presentes en ella generen hidrógeno a partir de diversas sustancias orgánicas.

Dispositivo en el que se produce electrolisis microbiana. Foto: Shaoan Cheng.

No es fácil obtener hidrógeno gaseoso susceptible de ser empleado como vector energético. No hay fuentes naturales de este gas y hay que extraerlo del agua mediante electrolisis en condiciones especiales de presión y temperatura, pero este proceso consume mucha energía.
Ya todos sabemos lo que son las células de combustibles. En ellas el oxígeno y el hidrógeno se combinan en presencia de un catalizador y producen electricidad. Algunas versiones orgánicas de estas células utilizan microorganismos y residuos orgánicos para realizar la misma función. Se sabía que los microbios en estos dispositivos estándar podían romper compuestos orgánicos para generar electricidad directamente. Si los electrones que portan la carga eléctrica se combinan con los protones (los núcleos de los átomos de hidrógeno) que los microbios producen en el proceso se podría pensar en la producción de hidrógeno gaseoso en una suerte de «electrolisis microbiana».
Ahora Bruce Logan y sus colaboradores de Penn State University han modificado uno de estos sistemas para producir hidrógeno directamente. Los microorganismos empleados son bacterias comunes encontradas en el suelo y en las aguas residuales que ya había usado en las versiones previas de las células de combustibles microbianas estándar que había desarrollado con anterioridad. Como sustancias orgánicas ha usado glucosa, vinagre y celulosa entre otros compuestos. Para que el proceso tenga lugar se introduce además una pequeña corriente eléctrica desde el exterior del sistema.
En el nuevo dispositivo se sitúan las bacterias en una de las cámaras de un recipiente que consta de dos cámaras separadas por una membrana, y en la que se ha vertido una disolución acuosa del compuesto orgánico en cuestión. Los microorganismos situados en el electrodo positivo de esa cámara rompen las moléculas orgánicas (por ejemplo el ácido acético del vinagre) produciendo protones y electrones. Los protones se difunden hacia el electrodo negativo de la segunda cámara a través de la membrana, mientras que los electrones viajan por fuera a través un cable de un electrodo a otro ayudados por una fuente de voltaje externa. Una vez se recombinan en la segunda cámara se desprende el hidrógeno gaseoso de la misma (ver esquema). La clave de la cuestión está en la membrana separadora que es capaz de permitir el flujo de protones el doble de fácil que en las versiones previas, mejorando la producción en un factor mil respecto a ellas.
El rendimiendo conseguido en esta «electrolisis» mediada por microbios para extraer el hidrógeno es muy alto. Para el vinagre se obtuvo un rendimiento del 91% y para la celulosa del 68%. Incluso en alguna de las configuraciones casi todo el hidrógeno disponible en las moléculas orgánicas fue extraído en forma gaseosa y utilizable. Hay que recalcar que el hidrógeno procede de la sustancia orgánica empleada y no del agua de la disolución.
Este hallazgo podría abrir las puertas a la producción de hidrógeno a partir de biomasa a escala industrial. En teoría se podría utilizar celulosa vegetal producida por plantas de alto rendimiento (concretamente se está pensando en determinados tipos de hierbas de crecimiento rápido) para así obtener hidrógeno. De hecho, con este sistema se podría utilizar cualquier tipo de desperdicio orgánico para producir hidrógeno.
La electricidad aplicada al sistema no es muy grande y el hidrógeno producido rinde más energía que la consumida en el proceso. En el caso de utilizar vinagre la eficiencia total es del 80%, mucho más alta que en los procesos de obtención de biocombustibles como etanol o biodiesel. Además este redimiendo, según los autores, se podría mejorar aún más.
Naturalmente habrá que esperar hasta que se comercialice.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa en Penn State.
Sustainable and efficient biohydrogen production via electrohydrogenesis (resumen).
Nota de prensa en NSF.
Sobre células de combustible microbianas.
Podcast sobre este tema en NPR (inglés).
Sobre células de combustible microbianas en NeoFronteras.