‘Microbios cableados’ generan electricidad a partir de aguas negras

Científicos de Stanford han desarrollado una "batería" que contiene un tipo especial de microbio que produce electricidad al alimentarse de desechos animales y vegetales encontrados en las aguas residuales. (Crédito: Xing Xie, Stanford Engineering)

Científicos de Stanford han desarrollado una “batería” que contiene un tipo especial de microbio que produce electricidad al alimentarse de desechos animales y vegetales encontrados en las aguas residuales. (Crédito: Xing Xie, Stanford Engineering)

Un equipo interdisciplinario creó una “batería microbial” compuesta por una bacteria que produce electricidad a medida que digiere material orgánico.

Ingenieros de la Universidad de Stanford han ideado una nueva forma de generar electricidad a partir de las aguas negras utilizando una bacteria en forma de “microbios cableados” como miniplantas de energía que producen electricidad a medida que consumen desechos animales y vegetales.

Yi Cui, científico de materiales, Craig Criddle, ingeniero del medio ambiente, y Xing Xie, científico interdisciplinario, denominaron su invento como batería microbial.

El equipo espera que algún día su invento será utilizado en lugares como plantas de tratamiento de aguas residuales, o descomponer contaminantes orgánicos en “zonas muertas” de lagos y aguas costeras, donde contaminación por fertilizantes y basura orgánica pueden disminuir los niveles de oxígeno y sofocar hasta la muerte la vida marina.

Diseño de la batería microbial

Los científicos han conocido por largo tiempo la existencia de lo que llaman microbios exoelectrogénicos –organismos que evolucionan en ambientes sin aire con la capacidad de reaccionar al óxido de minerales en lugar de respirar oxígeno para convertir los nutrientes orgánicos en combustible biológico.

La batería microbial es un diseño simple pero eficiente que aprovecha la actividad de los microbios exoelectrogénicos.

En el electrodo negativo de la batería, colonias de microbios cableados penden de filamentos de carbono que sirven como un eficiente conductor eléctrico. Por medio del uso de un microscopio de electrones, el equipo de Stanford pudo tomar imágenes de microbios que fijan sus tentáculos a los filamentos de carbono.

“Puedes ver que los microbios forman nanocables para deshacerse del exceso de electrones”, dijo Criddle. Para tener una mejor idea sobre estas imágenes, cerca de 100 microbios podrían ubicarse, uno al lado del lado, en el grosor de un cabello humano.

A medida que estos microbios ingieren materia orgánica y la convierten en combustible biológico, su exceso de electrones fluye hacia los filamentos de carbono y llega al electrodo positivo, que está hecho de óxido de plata, un material que atrae electrones.

Los electrones fluyendo hacia el nodo positivo convierten gradualmente el óxido de plata en plata, almacenando los electrones en ese proceso. De acuerdo con Xie, después de un día aproximadamente, el electrodo positivo ha absorbido una carga completa de electrones y se ha convertido casi en su totalidad en nplata.

En este punto debe removerse el electrodo de plata de la batería y re-oxidarla nuevamente, liberando así los electrones almacenados.

Extrayendo el 30 por ciento de energía de las aguas residuales

Los ingenieros de Stanford estiman que las baterías microbiales podrían extraer un 30 por ciento del potencial de energía contenida en las aguas residuales. Esto es más o menos el mismo nivel de eficiencia que tienen las celdas solares disponibles comercialmente.

Por supuesto, existe mucho menos potencial de energía en las aguas negras. Aun así, los inventores dicen que la batería microbial vale la pena ya que podría servir para ahorrar la electricidad que ahora mismo se usa para el tratamiento de aguas residuales. Esa electricidad llega a ser cerca del 3 por ciento de la electricidad total utilizada en países desarrollados. La mayor parte de esta electricidad se utiliza para introducir aire en las aguas residuales de plantas convencionales donde las bacterias utilizan oxígeno para su digestión, al igual que los humanos y otros animales.

Viendo hacia el futuro, el equipo de científicos indica que el mayor reto en este momento es encontrar un material barato y eficiente para el nodo positivo de su batería.

“Hemos demostrado este principio utilizando óxido de plata, pero la plata resulta demasiado costosa para utilizarse a gran escala”, dijo Cui, profesor de ciencia de materiales e ingeniería. “Es por eso que la investigación sigue su curso, ahora en la búsqueda de un material más práctico”.

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