Convertir las aguas residuales en energía mediante microbios conectados

La tecnología de células de combustible microbianas (MFC), capaz de producir electricidad a partir de bacterias que se encuentran en las aguas residuales, fue demostrada por primera vez en el siglo XX. Sin embargo, todavía se sitúa en pleno proceso de investigación en laboratorios con las primeras fases piloto en marcha, lo que significa que la tecnología necesita seguir siendo desarrollada antes de que pueda ser comercializada con plenas garantías.
Pero eso no significa que los científicos e ingenieros se den por vencidos. Entre los proyectos de investigación actualmente en curso, existe un estudio particularmente interesante que fue anunciado por bioingenieros de la Universidad de Stanford en Estados Unidos, dando a conocer una batería microbiana que puede producir electricidad a partir de bacterias que se encuentran en las aguas residuales mediante tecnología MFC.
La batería está diseñada para utilizar “microbios conectados” de origen natural como minicentrales ya que, aunque parezca sorprendente, los microbios pueden producir electricidad mientras digieren los desechos de las plantas y animales. Según los bioingenieros, la batería tiene ciertas ventajas sobre las tecnologías microbianas tradicionales. Una vez que se profundice más en su desarrollo, los investigadores esperan que la tecnología pueda ser utilizada para generar electricidad en plantas de tratamiento de aguas residuales, o para descomponer los contaminantes orgánicos en las “zonas muertas” de los lagos y las aguas costeras, donde la escorrentía de fertilizantes y otros residuos orgánicos pueden reducir los niveles de oxígeno y generar daños en la vida marina. Desde que la investigación se hizo pública, los bioingenieros afirman que ya han logrado avances significativos en la superación de los obstáculos iniciales de diseño.

La batería puede verse a primera vista como un experimento de química de la escuela, con un tamaño similar a una batería común de tipo D que integra dos electrodos (uno positivo y otro negativo) situados sobre un pequeño recipiente con agua residual. Su acción consiste en aprovechar el poder de los microbios exoelectrogénicos, unos organismos que evolucionaron en ambientes sin aire y desarrollaron la capacidad de reaccionar con los minerales de óxido en lugar de respirar oxígeno, para convertir los nutrientes orgánicos en combustible biológico.
Históricamente ha sido muy difícil para los científicos e ingenieros aprovechar el poder de estos rebeldes microbios para usarlos con bio-generadores. Sin embargo, el equipo de Stanford ha logrado crear un diseño simple pero eficiente que permite utilizar con éxito las bacterias exoelectrogénicas y aprovechar la energía producida. Utilizando un microscopio electrónico de barrido los investigadores marcaron los microbios adjuntando lo que ellos describen como “milky tendrils”, a los filamentos de carbono en el electrodo negativo de la batería. Para que nos hagamos una idea, podrían caber cerca de 100 de estos microbios uno al lado del otro comparativamente hablando, en el ancho de un cabello humano.
Cuando estos microbios ingieren la materia orgánica y la convierten en combustible biológico, sus excesos de electrones fluyen en los filamentos de carbono a través del electrodo positivo, que está hecho de óxido de plata. En el transcurso de un día el electrodo positivo absorbe la carga completa de electrones, siendo en gran medida convertidas en plata, que se retira de la batería y se re-oxida de nuevo a óxido de plata, liberándose los electrones almacenados. Sin duda, se trata de una técnica que difiere de las empleadas comúnmente en las investigaciones de MFC, ya que no se requiere de oxígeno en el agua, siendo por tanto más eficiente y con mayores posibilidades de aplicación.

Uno de los principales obstáculos para la investigación es encontrar un material sustituto de la plata (ya que es demasiado caro para su utilización a gran escala) con el fin de hacer que la batería más rentable. El equipo de investigadores ya ha tenido cierto éxito en la búsqueda de un sustituto, sin embargo, todavía no han revelado los detalles concreto del mismo hasta que su fase de desarrollo no haya finalizado. En lo que respecta a la eficiencia, los bioingenieros estiman que por el momento la batería microbiana puede extraer aproximadamente el 30% de la energía encerrada en las aguas residuales, que es más o menos equivalente a la eficiencia de las mejores células solares disponibles comercialmente en la actualidad. Esta tasa, sin embargo, depende de cuánta materia orgánica se encuentre en los residuos.
La generación de electricidad es el principal objetivo de esta batería, pero la tecnología puede también tener otros beneficios. Por ejemplo, dado que los sistemas de tratamiento de aguas residuales requieren de mucha energía para funcionar, si se aplicara una técnica como ésta, a pesar de que no se puede recuperar una gran cantidad de energía, ahorraría lo suficiente como para producir una reducción significativa de los costes. Hay que recordar que el tratamiento de aguas residuales en la actualidad representa alrededor del 3% de la carga eléctrica total en los países desarrollados, de acuerdo con los datos obtenidos por la Universidad de Stanford. Asimismo, la segunda ventaja de esta tecnología aplicada a los procesos de tratamiento de aguas residuales, permitiría producir menor cantidad de residuos.
La identificación y el aprovechamiento de las capacidades únicas de esta tecnología nos ofrecerá nuevas soluciones a los desafíos en la limpieza del medio ambiente, tratamiento de residuos, producción eléctrica, incluso generando nuevas aplicaciones en el campo de la medicina, en los procesos industriales, agricultura y otras áreas. Parece ser que el futuro de la tecnología de baterías de combustible microbiana probablemente se convierta en un nuevo nicho de mercado para las empresas, allanando el camino hacia la autosuficiencia energética como punto principal, derivándose en múltiples ventajas para el medio ambiente y la sociedad.