Bioelectrogénesis aplicada: pilas vivas que descontaminan

24 enero 2017

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Las bacterias electrogénicas, en especial el género Geobacter, se están estudiando como generadores de energía eléctrica (bioenergía) utilizando como fuente de carbono la materia orgánica de las aguas residuales. Es decir, producir electricidad mientras limpian el agua generando agua y CO2 como únicos residuos.

Elena Alonso Fernández

La demanda creciente de energía y las graves consecuencias medioambientales debidas al uso de combustibles fósiles han hecho que en los últimos años se busquen alternativas energéticas sostenibles. Además en muchos casos esta búsqueda de energía sostenible se enfoca en la reutilización de las grandes cantidades de residuos generados por la actividad humana como es el caso de las aguas residuales urbanas e industriales. De esta forma se busca reducir la cantidad de residuos y obtener bioenergía en un solo proceso.

Las bacterias electrogénicas, en especial el género Geobacter, se están estudiando como generadores de energía eléctrica (bioenergía) utilizando como fuente de carbono la materia orgánica de las aguas residuales. Es decir, producir electricidad mientras limpian el agua generando agua y CO2 como únicos residuos.

Bioelectrogénesis

La bioelectrogénesis es la transformación de energía química en energía eléctrica a través del metabolismo de organismos vivos. Todos conocemos este fenómeno por las rayas (Torpedo spp.) y las anguilas eléctricas (Electrophorus electricus) capaces de generar descargas para aturdir a posibles presas y como mecanismo de defensa como se muestra en este vídeo.

Pero la aplicación de la bioelectrogénesis como fuente de energía utilizable por el ser humano se ha comenzado a desarrollar a partir del descubrimiento de bacterias electrogénicas como los géneros Shewanella o Geobacter, siendo el género Geobacter el modelo mejor estudiado.

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Imagen 1. Shewanella onediensis (izquierda). Imagen 2. Geobacter sulfurreducens (derecha). Imágenes de www.oldearth.wordpress.com y www.ingenieros.es.

Metabolismo de las bacterias electrogénicas, ¿cómo funcionan?

Las bacterias electrogénicas pueden encontrarse en muchos ambientes naturales anaerobios (sin oxígeno) como los sedimentos de ríos, lagos o incluso marinos. En vez del oxígeno que utilizamos nosotros ellas utilizan compuestos metálicos para respirar transportando electrones hasta el metal. De este modo pueden generar corriente eléctrica, agua y CO2 en una célula de combustible microbiana (MFC de sus siglas en inglés Microbial Fuel Cells) como la que se muestra en la figura 1.

Figura 1. Célula de combustible microbiana o MFC. Imagen de www.bioelectrogenesis.com.

En la cámara anaeróbica (izquierda) se encuentra el ánodo donde crecen las bacterias utilizando la materia orgánica para proliferar y generar la corriente eléctrica. La cámara aeróbica (derecha) contiene el cátodo y está separa de la anaeróbica por una membrana que sólo deja pasar los protones que se unirán al oxígeno para formar más agua. Ambos electrodos están unidos por un hilo conductor de la corriente eléctrica. En la figura 2 se observa en detalle el crecimiento de las bacterias sobre el ánodo transfiriendo los electrones a través de los nanocables hasta la superficie metálica del ánodo.

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Figura 2. Detalle esquemático del crecimiento bacteriano sobre el electrodo negativo o ánodo. Las estructuras en forma de hilos en negro representan los nanocables que utilizan estas bacterias para el transporte de los electrones de célula a célula hasta el ánodo. Imagen de www.researchgate.com.

Aplicaciones

El descubrimiento de estas bacterias abre paso a infinidad de aplicaciones como la biorremediación, descontaminación de suelos, la bioelectrónica o la bioenergía. Pero la aplicación acoplada a la bioelectrogénesis que más se está desarrollando es la depuración de aguas residuales. Distintas entidades públicas y privadas están apostando en España por el uso de esta biotecnología para el desarrollo de estaciones de aguas residuales (EDAR) más eficientes, sostenibles y económicamente rentables. Por ejemplo, en Sevilla está la planta experimental de Carrión de los Céspedes y en Murcia se ha instalado una planta piloto para eliminar los nitratos del agua y transformarlos en nitrógeno gas utilizando Geobacter.

También se apuesta por la investigación. Abraham Esteve Núñez es investigador y profesor asociado en la Universidad de Alcalá de Henares de Madrid y un gran especialista en bioelectrogénesis. Él y su grupo Bioe han sido galardonados este año con el segundo premio al “Mejor Proyecto Europeo” de Madri+d por IMETland. El objetivo del proyecto IMETland es construir y validar una aplicación a escala de un dispositivo para el tratamiento de aguas residuales urbanas en pequeñas comunidades con un coste energético cero mientras que se obtiene agua libre de patógenos para riego.

Como podemos comprobar es importante que se siga apostando por la biotecnología para el desarrollo y la utilización razonable de los recursos.


Bibliografía

  1. Esteve, Abraham. 2008. “Bacterias productoras de electricidad: del subsuelo a la pila combustible”. Actualidad SEM, Sociedad Española de Microbiología. Nº45, págs. 34-38.
  2. geobacter.org
  3. bioelectrogenesis.com
  4. http://www.bioelectrogenesis.com/docs/afinidadelectrica.pdf
  5. http://www.20minutos.es/noticia/2798171/0/instalan-sistema-piloto-bioelectrogenesis-desalobradora-torre-pacheco/

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