La demanda energética mundial va en aumento, lo cual hace necesario la búsqueda de energías alternativas que sean sustentables. Los microorganismos son capaces de producir energía renovable sin daño al ambiente. Recientemente se han desarrollado tecnologías basadas en la utilización de la energía acumulada en los residuos, permitiendo reutilizarlos. Las celdas de combustible microbiano (MFC) es una tecnología en desarrollo que permite la obtención de electricidad a partir de aguas residuales, además de otras aplicaciones.
Palabras clave: energía renovable, bioelectricidad, celdas microbianas de combustible (MFC).
Global energy demand is growing, making it necessary to search for alternative and sustainable energy sources. Microorganisms are able to produce renewable energy without harming the environment. Recently technologies based on the use of the energy stored in the residues, have been developed. Microbial fuel cell (MFC) is a new technology that allows the electricity production from wastewater, instead of other applications.
Key words: renewable energy, bioelectricity, microbial fuel cells (MFC).
La búsqueda de fuentes renovables de energía es uno de los desafíos tecnológicos más grandes que enfrenta la humanidad. El uso de microorganismos ha sido una alternativa que ha permitido la producción de combustibles como el metano, el biohidrógeno y la bioelectricidad.
Las celdas de combustible microbianas (MFC, Microbial Fuel Cell) son una opción para la generación de electricidad utilizando energía renovable, ya que convierten la energía bioquímica en energía eléctrica. Para lograr esto se utilizan microorganismos como catalizadores para convertir la materia orgánica en electrones.
Las MFC pueden generar energía eléctrica directamente a partir de sedimento marino, lodos activados, aguas residuales domésticas entre otras fuentes de materia orgánica. Una de las ventajas de esta tecnología es que pueden generar electricidad, a la vez que realizan un tratamiento de aguas residuales. La capacidad de las MFC dependerá del tipo de reactor y de la fuente de materia orgánica que se utilice. El inóculo puede provenir de lodos activados, aguas residuales domésticas, aguas residuales industriales, sedimentos marinos, entre otros. En la figura 1 se muestra una MFC desarrollada para la generación de hidrógeno.
Figura 1. MFC aplicada para la generación de hidrógeno a parir de aguas residuales.
Fuente: http://www.engr.psu.edu/ce/enve/logan/bioenergy/mec_photos.htm
La estructura básica de una MFC consta de un cátodo y un ánodo separados por una membrana de intercambio de protones. Los microorganismos localizados en el ánodo oxidan los compuestos orgánicos (glucosa, acetato e incluso aguas residuales) como parte de su metabolismo, dando lugar a compuestos como CO2 y H2O, liberando electrones al sistema. Los electrones son transferidos al ánodo y son transportados hacia el cátodo a través de un circuito externo. Por otro lado, los protones generados en el metabolismo microbiano atraviesan una membrana permeable hacia el cátodo, donde el oxígeno es reducido químicamente para formar agua.
Las aguas residuales pueden contener materia orgánica disuelta que debe ser removida antes de ser descargada al ambiente, por lo que utilizan métodos de tratamiento que consumen grandes cantidades de energía. El tratamiento de aguas residuales podría ser utilizado como una fuente renovable para la producción de electricidad.
Las MFC se encuentran en proceso de investigación y desarrollo. Además del tratamiento de aguas residuales, acoplado a la obtención de electricidad, las MFC pueden utilizarse para la producción de hidrógeno, bioremediación, como biosensores, entre otras aplicaciones. La producción de bioelectricidad es una gran alternativa ante la crisis energética y el calentamiento global, además de que puede utilizarse como una estrategia para tratar efluentes contaminados. Además la construcción de una MFC puede servir como como un recurso didáctico para entender temas complejos sobre metabolismo, respiración celular, ecología, química, procesos REDOX, a la vez que demuestra una aplicación práctica de los contenidos vistos en el aula.
Si deseas elaborar tu propia MFC puedes consultar los siguientes enlaces:
http://www.engr.psu.edu/ce/enve/logan/bioenergy/mfc_make_cell.htm
www.youtube.com/user/MFCTechnology
www.twitter.com/MFCtechnology
Logan B.E. y Regan J. M., 2006. Microbial fuel cells: Challenges and applications. Environ.Sci. Technol. 40: 5172-5180.
Falcon A., Lozano J.E. y Juarez K., 2009. Bioelectricidad. Biotecnología y Bioingeniería. 13: 62-78.
http://www.engr.psu.edu/ce/enve/logan/default.htm
http://www.microbialfuelcell.org/www/index.php/Principles/
[a] Profesor de la Escuela Preparatoria No. 4