Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Electricidad de microbios

La vida consiste en multitud de transformaciones metabólicas reguladas y el metabolismo energético en los seres vivos se basa en procesos de oxidación-reducción. Por ejemplo, en los seres superiores como los humanos la energía química que necesitamos para vivir y movernos la obtenemos de la oxidación de los alimentos con el oxígeno, un proceso en el que participan cadenas transportadoras de electrones, es decir flujos de electrones que llegan hasta el oxígeno y los aniones de oxígeno resultantes se combinan con protones formando agua.

En los organismos que son anaerobios y viven en ausencia de oxígeno el aceptor final del flujo electrónico es otra sustancia en lugar del oxígeno. Hipersensibilizados por los problemas energéticos de la humanidad una pregunta inmediata que nos podemos hacer es la de si podríamos utilizar prácticamente esos flujos electrónicos para obtener de forma práctica alguna energía eléctrica.

CCM. Durante décadas los científicos han estado estudiando en el laboratorio las posibilidades de las células de combustible microbianas (CCM). Los problemas a resolver son muy variados y van desde la disposición física de las bacterias, la clase de alimentación bacteriana a la captura de los electrones y otro largo etcétera.

Peter Girguis es un profesor de Biología Organísmica y Evolutiva de la Universidad de Harvard que preocupado por la cuestión ha analizado todos los precedentes conocidos hasta la fecha y ha buscado y, parece ser que ha encontrado, un diseño funcional y económico basado en la utilización de células de combustible con un contenido básico de microbios anaerobios.

Hay muchos tipos de reactores CCM. Sin embargo, todos han de poseer un par de terminales al igual que sucede en las baterías: un ánodo y un cátodo. Como las bacterias emplean el ánodo en su metabolismo, se posicionan estratégicamente en la superficie anódica y allí forman una comunidad en forma de biofilm, biopelícula o biocapa, siendo capaz de actuar la propia matriz bacteriana como un conductor.

Antes hemos indicado que los receptores de las cadenas electrónicas anaerobias suelen ser moléculas o átomos. Por ejemplo el azufré, que se convertiría en sulfuro. En el caso de los reactores CCM anaerobios los electrones producidos pueden ser captados por un electrodo en lugar de por sustancias y ello da lugar a la creación de una pequeña corriente eléctrica.

En concreto el prototipo de CCM que ha fabricado Girguis tiene el tamaño aproximado de una baraja de cartas y en el mismo la electricidad fluye desde el electrodo a la placa, y de ahí hacia el exterior a través de una de las dos tomas de corriente existentes en el lado opuesto. Una de esas tomas puede proporcionar energía para dispositivos como las bombillas de tipo LED (de muy bajo consumo), mientras que el otro tiene sirve como cargador para un teléfono móvil.
 
VENTAJAS
Aunque la tecnología CCM sólo está en sus inicios hay características de la misma que la hacen aparecer, dentro de sus límites, como muy prometedora:

  • Lo que consumen las bacterias es basura, abono u otros desechos. Puede emplearse cualquier tipo de desecho, como aguas residuales o estiércol de cerdo.
  • Al no quemar combustibles fósiles, generan energía y no producen ningún efecto invernadero ni impacto negativo sobre el clima
  • Las bacterias tienen una diversidad tan rica que se pueden encontrar variedades que sean capaces de alimentarse de casi cualquier desecho. Al unir el metabolismo bacteriano directamente con la producción de electricidad, las CCM eliminan los pasos extra que son necesarios en otras tecnologías de células de combustible.
  • A diferencia de las células de combustible convencionales que dependen de gas hidrógeno como combustible, las CCM pueden operar con combustibles diversos orgánicos disueltos en el agua.
  • Para operar de modo apropiado las CCM no necesitan materiales de calidad superior, bastándoles materiales baratos, lo que disminuye significativamente su costo, en torno a unos pocos dólares.
  • Globalmente se puede considerar como un sistema nuevo, económico y revolucionario para la producción limitada de energía eléctrica
  • Podría tener aplicabilidad para consumos bajos: un alumbrado funcional; para recargar las baterías de dispositivos como, por ejemplo, los teléfonos móviles, un medio de comunicación de creciente importancia en las zonas de nuestro planeta donde no existen infraestructuras de telefonía fija.

PROBLEMAS
Como es lógico, antes de soñar con un desarrollo masivo práctico de esta tecnología, habría que resolver un largo listado de problemas:

  • Por ahora los rendimientos de producción son bajos y no se puede soñar en que pudieran sustituir a las actuales redes de distribución de energía, pero si podrían proporcionar energía en cantidades modestas pero cruciales en las zonas donde no es factible obtenerla ni siquiera por otros métodos más caros.
  • A este respecto el propio Girguis ha insistido en que “En la Tierra hay 2.800 millones de personas sin electricidad que están reclamando disponer de ella y la mayoría de esas personas necesitan la electricidad para la iluminación y las telecomunicaciones".
  • Antes de su comercialización es necesario continuar las investigaciones sobre las CCM para ver la diferencia en el rendimiento de las distintas tierras y sedimentos que sirven de sustrato para su construcción y qué sucede exactamente cuando la tierra se enriquece con la materia orgánica. Aunque Girguis ha desarrollado varias células de combustible diferentes, la realidad es que todavía no ha empezado a producirlas comercialmente.

Tiene interés saber que Iqbal Z. Quadir  es un profesor de la John F. Kennedy School of Government de la Harvard University especializado en el impacto de las tecnologías en la política y economía de los países en desarrollo. Buscando una traducción práctica de sus enseñanzas, hace unos años fundó la GrameenPhone Ltd., con la intención de llevar las ventajas de la telefonía móvil a zonas de subdesarrollo como Bangladesh. Actualmente, con otros asociados, la suya es la mayor empresa telefónica de  Bangladesh con ingresos de centenares de millones de dólares y servicios en más de 70.000 aldeas rurales y 30 millones de personas

Pues bien, Iqbal Quadir tiene previsto que participará en  la distribución de las células de combustible microbianas de Girguis, como parte de las actividades de una nueva empresa de generación de energía que está impulsando.
 
Otro motivo de esperanza en relación con las CCM es que existen muchos laboratorios en el mundo que están estudiando diversas aproximaciones y variantes al respecto e, incluso, la propia NASA tiene un proyecto propio para utilizar la tecnología CCM en los desplazamientos espaciales. Por otra parte, la aproximación de los investigadores del Instituto de Biodiseño de la Universidad de Arizona, en Estados Unidos, es diferente ya que lo que les interesa es  su aplicación en plantas depuradoras. Así se podrían aprovechar doblemente los microbios para limpiar las aguas y autoabastecerse con la energía producidas en las CCM.

Según expertos de la Universidad de Massachusetts, ésta una de las aplicaciones más prometedoras entre las muchas que se está trabajando, y podría ser realidad en unos 5 años. La necesidad energética de estas plantas es muy elevada ya que, por ejemplo, en Estados Unidos llegan a consumir el 1,5% de la electricidad total, lo que las hace prohibitivas para algunos países en vías de desarrollo.