NeoFronteras

Microbios como fuente de energía

Área: Biología,Tecnología — Sábado, 12 de Octubre de 2013

Se sigue explorando la posibilidad de usar microorganismos para generar energía.

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Quizás parte de nuestros problemas tengan su solución en los microorganismos. Puede que una plaga liquide a gran parte de la población mundial y que así se relaje la presión sobre los ecosistemas. O puede que sean precisamente los microorganismos los que nos ayuden a producir energía alternativa y a limpiar nuestros contaminantes.
Los microorganismos, y en particular las bacterias, han estado sobre la Tierra desde la noche de los tiempos y han alcanzado multitud de soluciones bioquímicas a los problemas con los que se han encontrado durante miles de millones de años. Sólo necesitamos estudiarlas para encontrar cosas interesantes. Recientemente se han publicado dos resultados curiosos sobre bacterias.

En el primer estudio que vamos a relatar investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz (una universidad a la que el que escribe tiene un especial cariño) han desarrollado un dispositivo que produce hidrógeno a partir de aguas residuales. Este tipo de dispositivo se podría usar para obtener energía de un “recurso” cuya eliminación siempre presenta un grave problema.
Yat Li y sus colaboradores combinan lo que se conoce como una pila de combustible microbiana (o MFC en sus siglas inglesas) y una célula solar fotoelectroquímica (PEC) para crear su dispositivo. En la MFC las bacterias degradan los compuestos orgánicos del agua residual generando electricidad en el proceso, entonces esa energía eléctrica se usa para asistir la electrolisis mediada por energía solar en el PEC, que produce hidrógeno y oxígeno.
Como todos sabemos, el hidrógeno puede quemarse para producir calor o puede usarse en una pila de combustible para producir electricidad.
Por separado tanto la PEC como la MFC no pueden usarse para producir hidrógeno directamente, pues necesitan un voltaje adicional externo que permita saltar la barrera termodinámica. Sin embargo, en este dispositivo no es necesaria tal cosa y el montaje es autosuficiente. Sólo se necesita agua residual y sol para producir hidrógeno. La MFC actúa como una biobatería que proporciona la energía eléctrica extra a la PEC.
El montaje es una prueba de concepto y, de momento, no pretende tener una alta eficiencia. Es de esperar que su desarrollo posterior sí permita su aplicación al mundo real. Además de ayudar al tratamiento de las aguas residuales serviría para producir energía limpia.
Las MFC necesitan de bacterias poco usuales denominadas bacterias electrogénicas, microbios que son capaces de producir electricidad mediante la transferencia de electrones generados metabólicamente a través de sus membranas hacia un electrodo externo.
El prototipo de sistema PEC-MFC produce hidrógeno de manera continua a razón de 0,05 metros cúbicos al día, mientras que los compuestos del agua residual utilizada decaen en un 67% en dos días. Obviamente según disminuyen los compuestos disueltos, y el agua se hace más limpia, la producción de hidrógeno decae, pero esto puede solucionarse con ciclos en los que se aporte más agua contaminada.
Ahora ya trabajan en un nuevo modelo más desarrollado que use 40 litros y opere de manera continua. Si consiguen mejorarlo y escalarlo a mayor tamaño se podría emplear en plantas de tratamiento de aguas residuales.

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El segundo trabajo publicado tiene menos posibilidades de tener una salida comercial, pero es muy bonito. Un grupo de investigadores de la Universidad del Estado de Arizona ha explorado la relación entre dos tipos importantes de bacterias presentes en el suelo y ha publicado dos artículos al respecto. Estos microorganismos son capaces de coordinase metabólicamente entre sí para producir electricidad a partir de la luz del sol.
Por un lado estarían las bacterias verdes del azufre Chlorobium y por otro las bacterias del género Geobacter. La primera es sensible a la luz y la segunda actúa de ánodo. Como resultado producen juntas electricidad en presencia de luz solar.
Geobacter no responde a la luz porque no es un organismo fotosintético y, por otro lado, Chlorobium no es capaz de adoptar el papel de ánodo en la respiración celular para producir electricidad. Juntas sí pueden hacer las dos funciones coordinado sus metabolismos.
Los electrones que adquiere Geobacter de su compañera fotosintética Chlorobium pueden ser recolectados en forma de corriente eléctrica que puede ser medida. Juntas pueden formar una pila de combustible microbiana o MFC.
Quizás algún día se pueda usar una pila de este tipo para producir electricidad de forma útil a partir de residuos, como en el primer caso explicado.
Estos investigadores estaban explorando las posibilidades de usar MFC cuando descubrieron la curiosa relación entre los dos tipos de microbios un poco por casualidad.
Lo más curioso fue encontrar que la relación también funcionaba durante los periodos de oscuridad. Chlorobium, al no tener luz solar con la que realizar la fotosíntesis, pasa a modo fermentativo por la noche. Entonces produce acetato a partir de la energía almacenada durante el día y Geobacter gana electrones a partir de ese acetato.
A diferencia del primer resultado este segundo es más de ciencia básica que aplicada pero quizás algún día tenga utilidad práctica.

Quizás podamos imaginas células solares microbianas que alienten nuestros hogares en un futuro y que de paso limpien nuestras aguas residuales, sea a nivel individual o colectivo.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa I.
Artículo original I.
Nota de prensa II.
Artículo original IIa.
Artículo original IIb.
La foto e ilustración proceden de las respectivas universidades mencionadas.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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2 Comentarios

  1. Dr. Thriller:

    Tengo que protestar como siempre contra el uso de hidrógeno xD.

    No es sólo que de limpio (claro, en comparación con lo que hay…) tampoco tiene mucho, y crea su buen número de problemas, es que conociéndonos el percal cualquier economía de hidrógeno que hagamos va a tener unas pérdidas más que considerables, así que somos perfectamente capaces de perder hacia el espacio cantidades nada negligibles de hidrógeno. Eso de que el hidrógeno es inagotable en la Tierra… la verdad es que podemos agotar lo que nos propongamos xD.

    Hace poco leí que investigaban otro alótropo del C que podría crear estructuras esponjosas menos densas que el aire (!). Si no contienen aire, obviamente flotarían (podrían hacerse aerostatos de este material), aunque lo más seguro si tal cosa fuese posible es que llenásemos de mierda la atmósfera…

  2. dedio:

    La nota es muy interesante y ambos proyectos también. El uso de bacterias como fuente de energía alternativas superaría el problema de la intermitencia de los sistemas eólicos y fotovoltaicos. Sin embargo, considero que en tanto no desaparezca la cultura consumista de occidente, no habrá energía alternativa que nos evite un colapso.

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