Hallazgos clave sobre generación de electricidad mediante bacterias

Investigadores del Instituto de Biodiseño (de la Universidad Estatal de Arizona) están utilizando bacterias como una opción viable para generar electricidad. En un nuevo estudio, dirigido por Andrew Kato Marcus y sus colegas Cesar Torres y Bruce Rittmann, han obtenido conocimientos cruciales que pueden llevar a la comercialización de una prometedora tecnología para células de combustible microbianas (MFCs por sus siglas en inglés).

Puede emplearse cualquier tipo de desecho, como aguas residuales o estiércol de cerdo, y la célula de combustible microbiana genera energía eléctrica. A diferencia de las células de combustible convencionales que dependen del gas hidrógeno como combustible, la célula de combustible microbiana puede utilizar diversos combustibles orgánicos disueltos en el agua.

Las bacterias tienen una diversidad tan rica que los investigadores pueden encontrar bacterias que se alimenten de casi cualquier desecho como parte de su dieta diaria. Al unir el metabolismo bacteriano directamente con la producción de electricidad, la MFC elimina los pasos extra necesarios en otras tecnologías de células de combustible.

Hay muchos tipos de reactores para MFCs. Sin embargo, todos tienen un par de terminales como los de las baterías: un ánodo y un cátodo.

Las bacterias dependen del ánodo para vivir. Como las bacterias emplean el ánodo en su metabolismo, se posicionan estratégicamente en su superficie para formar una comunidad bacteriana a la que se denomina biofilm.

El nuevo modelo numérico desarrolla la idea de que la matriz bacteriana es conductora.

El tratamiento de la matriz del biofilm como un conductor permitió al equipo describir el transporte de electrones impulsados por el gradiente del potencial eléctrico. La relación entre la matriz del biofilm y el ánodo se puede describir ahora mediante una ecuación común para un circuito eléctrico, la ley de Ohm.

El biofilm completo está actuando como el propio ánodo, un electrodo viviente.

El concepto del ánodo de biofilm permitió al equipo describir el transporte de electrones desde las bacterias al electrodo, y el gradiente del potencial eléctrico.

En su modelo, el equipo identificó tres variables cruciales para controlar una MFC: la cantidad de material de desecho (combustible), la acumulación de biomasa en el ánodo y el potencial eléctrico en el biofilm. El tercer factor es un concepto totalmente nuevo en las investigaciones sobre las MFCs.

Modelando el potencial en el ánodo del biofilm, los científicos tienen ahora un indicador de cómo está operando la MFC y por qué. Pueden predecir cuánto voltaje proporcionará y cómo aumentar al máximo el rendimiento de energía controlando los diversos factores.