Bioelectrogenesis

INTRODUCCIÓN

El uso incontrolado de los combustibles fósiles ha disparado una crisis energética global, despertando el interés por obtener fuentes de energía renovables con el mínimo impacto sobre el medio ambiente. Hasta ahora el compromiso energético de la microbiología ambiental se había dirigido a optimizar la producción de hidrógeno, aprovechar el metano generado en los tratamientos deaguas residuales, o generar biocombustibles como el etanol o el biodiésel. Sin embargo, el reciente descubrimiento de bacterias capaces de convertir la energía química en eléctrica sugiere la aparición de una nueva forma de energía verde, cuya explotación supondrá un importante reto biotecnológico en los próximos años.

La conversión de energía química en eléctrica es posible en ciertos dispositivoselectroquímicos denominados células o pilas de combustible (Fuel Cells), donde la electricidad se obtiene a partir de una fuente externa de combustible química que suele ser hidrógeno o etanol. Una variante reciente de esta célula de combustible es la célula de combustible microbiana (Microbial Fuel Cell, MFC). En las MFC se utilizan microorganismos para oxidar el combustible, materia orgánica, ytransferir los electrones a un electrodo (ánodo), que está conectado a un cátodo a través de un material conductor que contiene una resistencia. Las cámaras que albergan estos electrodos, la anódica (anaerobia) y la catódica (aerobia), están comunicadas por una membrana de intercambio catiónico que permite el paso de protones. De esta forma, los protones generados en la oxidación de la materiaorgánica se combinan con óxigeno y con los electrones que llegan al cátodo para formar agua. Existe también la posibilidad de alojar una pila de combustible en una habitat natural y obtener energía eléctrica a partir de las comunidades microbianas naturales. En este caso el diseño recibe el nombre de célula de combustible sedimentaria y requiere el enterramiento del ánodo en un sedimento anaerobio quehace las veces de cámara anódica, mientras que el cátodo queda expuesto en la fase acuosa aeróbica que cubre el sedimento


Hace más de dos décadas, en los sedimentos acuáticos del río Potomac, cerca de Washington, D.C., científicos de la Universidad de Massachusetts descubrieron que las bacterias de la familia Geobacteraceae tenían una capacidad metabólica sorprendente, la cual les permiteproducir electricidad y reducir metales tan tóxicos como el uranio VI a uranio IV (menos tóxico) y ayudar así a la biorremediación de sitios contaminados por este y otros metales pesados. En Estados Unidos, el Departamento de Energía pusó especial atención en el aprovechamiento de algunos de estos microorganismos, pues ofrecen una alternativa para la generación de electricidad al emplear compuestosorgánicos de desecho y acoplar la respiración anaeróbica a la reducción microbiana de metales.

Una “fuel cell” o celda de combustible es un dispositivo cuya finalidad es la obtención de energía eléctrica. Presenta dos cámaras separadas, físicamente o mediante una membrana semipermeable: en una se aloja un electrodo (ánodo) sumergido en una solución química, y en el otro un segundo electrodo (cátodo)también dentro de la solución química. En el primero se lleva a cabo la oxidación de ciertas fuentes de combustible, y en el segundo se produce la reducción de un aceptor de electrones que se encuentra en la solución. Estos dos electrodos están conectados por un circuito externo por el que viajan los electrones, del ánodo al cátodo. Existe una variedad de combustibles empleados como fuente deelectrones: hidrógeno y oxígeno, NaOH, y materia orgánica. En este último caso pueden ser microorganismos los que catalicen el proceso. En ese caso tendríamos una “microbial fuel cell” (MFC), o celda de combustible microbiana. La MFC se caracteriza porque en el compartimento del ánodo se introduce materia orgánica y cultivo de microorganismos, que son los responsables de llevar a cabo la...