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miércoles, 25 de junio de 2008
Reportaje:

Bacterias que generan electricidad

Científicos de varios países trabajan en dispositivos para depurar aguas

El creciente interés por encontrar nuevas fuentes de energía ha llevado a los científicos a fijarse en unos aliados muy peculiares para generar electricidad: las bacterias. Con el mismo concepto que el de las pilas de hidrógeno que se prueba ya en coches, diversos laboratorios intentan desarrollar desde hace unos pocos años otro tipo de células de combustible, en este caso, microbianas.

Se trata de un campo muy novedoso, en el que un equipo de investigadores españoles del Centro de Astrobiología (CAB) y del Instituto de Electroquímica de la Universidad de Alicante, junto a otro argentino de la Universidad de Mar del Plata, han conseguido dar un paso relevante: registrar con técnicas espectroscópicas la transferencia directa de electrones entre una bacteria viva y un electrodo de oro, en un espacio de cinco nanómetros. "Nunca antes se había conseguido visualizar de forma clara este proceso, pues dentro de una célula existen multitud de moléculas y no resulta sencillo saber cuáles son las importantes", detalla Juan Feliu, director del grupo de Electroquímica de Alicante.

Las baterías microbianas están en fases iniciales de desarrollo

El mayor desafío ahora es que los ingenieros diseñen sistemas eficientes

Con este experimento, los investigadores consideran demostrado que bacterias como Geobacter generan electricidad por unas proteínas de la superficie celular denominadas citocromos C, como explica otro de los científicos implicados, Abraham Esteve Núñez, bioquímico del CAB, que tuvo la oportunidad de mostrar los resultados del trabajo en el Primer Simposio Internacional sobre Pilas de Combustible Microbianas, celebrado recientemente en Pensilvania (EE UU. Esteve Nuñez trabajaba como postdoctoral en el laboratorio de la Universidad de Massachussetts (EEUU) que, en 2002, descubrió que se podía obtener electricidad de la bacteria Geobacter a partir de su simple contacto con un ánodo, sin recurrir a mediadores químicos.

Entonces se había constatado que este género bacteriano que habita en el subsuelo respira rocas en lugar de compuestos solubles, lo que significa que utiliza óxidos de hierro de la tierra como aceptadores de los electrones para oxidar la materia orgánica. "El grupo de Massachussetts se planteó: ¿Si estas bacterias pueden transferir los electrones a las rocas, porque no comprobamos si esto funciona también en contacto con un sólido como el grafito que conduzca la electricidad?", cuenta este bioquímico. La idea funcionó y desde entonces investigadores de varios países intentan desarrollar una pila de combustible que genere electricidad a partir de la descomposición microbiana de la materia orgánica, como residuos vegetales o aguas residuales.

Así lo intenta, por ejemplo, el investigador François Buret, del Laboratorio Ampère, en la Escuela Central de Lyon, que está haciendo experimentos para generar electricidad con bacterias en una estación depuradora de esta ciudad francesa. Como detallaba este ingeniero en el Salón Europeo de la Investigación e Innovación celebrado recientemente en París, "en el agua que llega a la depuradora está el alimento y sólo hay que esperar que trabajen las bacterias". Su grupo trabaja con distintos modelos de biopilas en la depuradora de algunas decenas de litros y el objetivo es obtener datos con vistas a la adaptación industrial de esta tecnología.

"Tanto la pila de combustible de hidrógeno como la bacteriana se basa en una reacción de oxireducción", especifica Buret, "lo difícil es cómo conseguir que las buenas bacterias se peguen en el sitio adecuado, pues cuando se meten los electrodos en el efluente todavía deben pasar varios días para producir energía".

Aunque hace casi cien años que se describió por primera vez la generación de pequeñas corrientes eléctricas en presencia de microorganismos, no ha sido hasta ahora que ha comenzado a investigarse a fondo en los laboratorios y las pilas microbianas se encuentran todavía en fases muy iniciales. Aún así, como precisa Esteve Nuñez, en menos de cinco años la potencia eléctrica generada con estas biopilas se ha multiplicado por mil.

El mayor desafío ahora es que los ingenieros logren diseñar sistemas más eficientes y los científicos aprendan a sacar el máximo partido a las bacterias electrogénicas mejores.

¿Hasta dónde se puede llegar con las biopilas? "Dadas las altas necesidades energéticas de la sociedad actual, veo difícil el conseguir vivir de la electricidad generada por las bacterias", reconoce Esteve Núñez, que considera que el interés de la tecnología se centra más bien en aprovechar la energía química contenida en los residuos o incluso en la posibilidad de desarrollar biosensores a escala nanométrica que puedan funcionar con electricidad de estos microbios. Él señala que, según estimaciones, con la energía contenida en las aguas residuales las bacterias podrían generar diez veces la electricidad que se necesita para su depuración en las plantas de tratamiento.

Detalles de la 'biopila'

De forma esquemática, el sistema de las biopilas es tan simple como dos electrodos (ánodo y cátodo) y un biofilm de bacterias creciendo sobre ellos. "El sistema funciona como una pila de combustible en la que la bacteria hace el trabajo del catalizador", detalla Juan Feliu, director del grupo de Electroquímica de la Universidad de Alicante.

Las pilas bacterianas pueden ser de dos tipos muy diferentes. La primera consiste en una especie de reactor con una cámara anódica (donde se opera la actividad bacteriana) y otra catódica, separadas por una membrana de intercambio catiónico. Ahora bien, la pila de combustible también puede emplazarse en un hábitat natural, para obtener la energía de comunidades bacterianas del propio lugar, que es lo que se denomina célula de combustible sedimentaria. En este caso se puede obtener la electricidad directamente del suelo, como subraya el bioquímico Esteve Nuñez. Él está investigando ahora la generación eléctrica en cultivos de arroz.

Bacterias Geobacter en superficie de grafito en dos coloraciones diferentes para realizar experimentos. / CAB

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