En el 2005 obtuve una plaza como profesor investigador en una universidad de las costas de Oaxaca. Tenía la posibilidad de elegir mi línea de investigación y comenzar a buscar financiamiento para la compra de equipos y materiales. Entonces me di a la búsqueda de un tema innovador relacionado con las ciencias ambientales.
Comencé con el tema que había trabajado durante la maestría, biopelícula en biofiltros de aire, pero ya no me parecía tan interesante, seguí con los temas en los que trabajaban los profesores que me dieron la formación de biotecnóloga, tampoco me entusiasmaron, sobre todo percibiendo tan cerca las necesidades en la costa: manejo de residuos, tratamiento de efluentes domésticos y de efluentes de actividades pesqueras, red de energía eléctrica insuficiente. Tan solo a 200 m de la universidad, los habitantes ya no contaban con suministro eléctrico.
En una de las publicaciones más consultadas en el área, Environmental Science and Technology, encontré un artículo que me hizo saltar el corazón: Celdas de combustible microbianas para producción de electricidad simultánea al tratamiento de efluentes. Me puse a estudiar el tema, hice propuestas para obtener financiamiento, pero fue difícil teniendo solo el título de maestría, entonces decidí hacer el doctorado en un laboratorio en Francia que comenzaba también a desarrollar sus investigaciones en el tema. Para ese entonces, en México no había instituciones que ofrecieran esa línea. Estuve tres años haciendo el doctorado y un año de postdoctorado, así aprendí un poco más de esta tecnología.
Las celdas de combustible microbianas (Microbial Fuel Cells en inglés) han causado gran interés, casi eufórico, porque en ellas se puede eliminar la materia orgánica presente en efluentes domésticos o industriales y se genera bioelectricidad, una forma de energía limpia, de uso inmediato y de forma sustentable.
SISTEMA. Una celda de combustible microbiana es un dispositivo formado generalmente por dos cámaras separadas por una membrana selectiva que permite solo el paso de protones. Existen celdas de una sola cámara en donde la membrana forma un ensamble con un electrodo expuesto al aire, también existen diseños en los que no se utiliza membrana. En cualquiera de estas variantes se colocan dos electrodos, el ánodo y el cátodo. Por mucho, es el ánodo el que ha generado más interés, en éste se desarrolla una película de microrganismos que han sido llamado electroactivos (o electroquímicamente activos) porque tienen la capacidad de transferir electrones generados durante su metabolismo al material sólido del ánodo.
Los microorganismos oxidan la materia orgánica del influente que alimenta a la celda, transfieren los electrones desde el ánodo hacia el cátodo generando así la corriente eléctrica o bioelectricidad. El circuito se cierra al pasar los protones, también generados durante las reacciones microbianas, desde la cámara anódica hacia la cámara catódica, en donde se unen con el oxígeno sobre el cátodo para formar sólo agua.
Las celdas de combustible microbianas también han sido instaladas en sedimentos marinos y en raíces de plantas aprovechando los microrganismos que se encuentran en estos medios. Después del descubrimiento de los bio-ánodos alrededor del año 2000, se propusieron bio-cátodos (en el 2005). En éstos ocurren reacciones de reducción catalizadas por microrganismos, sin embargo, este tipo de reacciones es menos frecuente en la naturaleza microbiana.
El desarrollo de bio-cátodos es muy valioso, ya que podrán substituir materiales costosos como el platino y el titanio, uno de los bemoles de las celdas de combustible microbianas. El principal reto a superar en el desarrollo de esta tecnología es la baja eficiencia energética, es decir, a partir de la materia orgánica consumida se obtiene una cantidad muy pequeña de electrones, la potencia producida se encuentra en el orden de 10 W/m2 de electrodo. Por el contrario, la remoción de materia es alta, así el tratamiento de los efluentes está alrededor del 95%. Para compensar la baja densidad de potencia se han propuesto arreglos de celdas microbianas en serie o en paralelo, obteniendo energía suficiente para mover un robot o hacer funcionar un equipo de transmisión de datos en altamar. Para su uso a mayor escala, investigadores en Australia han propuesto un arreglo de 12 módulos de 3m de alto.
Como mencioné anteriormente es una tecnología multidisciplinaria, se requieren diferentes enfoques: microbiológico, de electroquímica, de ingeniería de reactores y de ingeniería electroquímica. Existe una fuerte polémica sobre la viabilidad económica de las celdas de combustible microbianas, personalmente pienso que depende del usuario al que son dirigidas.
A nivel industrial, la cantidad de energía producida puede ser ridícula, pero en viviendas aisladas en donde se alumbran aún con velas, contar con una celda de combustible microbiana acoplada a su fosa séptica podría proveerles la energía suficiente para alumbrado.
BIOHIDRÓGENO. Actualmente trabajo en otro sistema bioelectroquímico para producción de energía limpia y sustentable, las celdas de electrólisis microbianas para producción de biohidrógeno. Es un sistema que comparte ciertas características con las celdas de combustible: dos cámaras, un bio-ánodo y un cátodo separados por una membrana selectiva. Las principales diferencias son que en la celda de combustible la cámara catódica debe estar aireada o saturada en oxígeno para formar agua con los protones, en tanto que en la celda de electrólisis ésta cámara debe estar sellada al aire y ser desoxigenada para permitir que los protones se unan entre ellos formando gas hidrógeno.
La segunda gran diferencia es que los electrodos en una celda de combustible están unidos por una resistencia externa, la cual consume la corriente que se está generando, mientras que los electrodos en la celda de electrólisis están unidos a una fuente de voltaje.
Esta fuente aplica una cantidad mínima de energía para que ocurran reacciones endotérmicas…, pero eso es otra historia. Eventualmente me preguntan por qué dejé a un lado mi interés por las celdas de combustible, en realidad no lo he dejado, sigo trabajando con bio-ánodos, pero estoy dirigiendo mi atención a las celdas de electrólisis debido a reportes de análisis de ciclo de vida, una herramienta que permite comparar tecnologías; esos análisis muestran que la producción de biohidrógeno es más viable que la producción de bioelectricidad.
El hidrógeno posee la cantidad de energía más alta que cualquier otro combustible, el producto de su combustión es solo agua y se puede utilizar en el sistema de transporte, un sector altamente consumidor de combustible. Pero ¿un investigador para quién trabaja? Para la sociedad, finalmente el desarrollo y aplicación de ambos sistemas traerán importantes beneficios en los aspectos social, económico y ambiental.
Fuente: Cronica.com.mx
Por: Bibiana Cercado
Publicada: 16 de marzo de 2012.
