Celdas de combustibles que funcionan con orina

Celdas de combustible que funcionan a través de microbianas fueron desarrolladas por un laboratorio británico

Foto: https://forum.susana.org

Nuevas celdas de combustible

Científicos británicos del Laboratorio de Robótica de Bristol desarrollaron celdas de combustible microbianas que son capaces de producir energía a partir de la actividad metabólica de bacterias. Los microorganismos descomponen moléculas orgánicas que se consiguen en la orina, tales como ácido úrico, creatinina y pequeños péptidos para producir energía[1]. Aparte de su potencial energético, el proceso es capaz de abaratar costos de tratamiento de aguas y facilitar el proceso de limpieza de las mismas. 

Los primeros experimentos fueron conducidos en el Frenchay Campus de la Universidad del Oeste de Inglaterra (UWE) en Bristol, los cuales demostraron la capacidad de las celdas para cubrir la demanda de iluminación del campus. Asimismo, la tecnología también fue probada de forma existosa en el festival de Glastonbury en Junio 2015, y de manera consecutiva hasta el año 2019[2]. Además se ha llevado a prueba en escuelas de Uganda y Kenia, demostrando su factibilidad tecnológica.  

¿Bacterias eléctricas?

Este desarrollo tecnológico basa su operación en procesos biológicos naturales que son llevados a cabo por “bacterias eléctricas”. Cepas como Shewanella oneidensis, de origen marino, son básicamente cables eléctricos que producen corrientes en su interior. 

Shewanella oneidensis bacteria capaz de producir electricidad en una superficie mineral[3]

Aunque en un principio la idea parecía ser fuera de este mundo, el hecho se confirmó cuando científicos de la Universidad de Aarhus en Dinamarca observaron el comportamiento de las bacterias a través de un microscopio. Se descubrió que algunas contienen una red de alambres parecidos a cadenas o “cables eléctricos” delimitadas por una membrana dentro de los microorganismos[4].  

Así como los humanos utilizamos el oxígeno para generar energía, algunas cepas de estas bacterias utilizan metales pesados como hierro y manganeso para respirar, y como resultado se genera una corriente de electrones a través de sus membranas celulares. El mecanismo de la actividad aun no es del todo conocido[3], sin embargo se conoce que ocurre a nivel extracelular. 

¿Cómo funcionan las celdas?

Las bacterias forman una biocapa o biofilmen la superficie del ánodo de la celda y transmiten electrones a medida que metabolizan las moléculas orgánicas de la orina para producir energía. Cada celda es capaz de producir 1 – 2 mW en tiempo real, dependiendo del flujo de orina y la temperatura[5]

Diagrama del sistema de celdas microbianas[6].

Siguiendo el diagrama superior, el sistema funciona de la siguiente manera: El urinario alimenta la pila de celdas de combustibles (1) de donde se obtiene la energía y se envía a voltaje constante a colectores de energía que la envían a baterías para su almacenamiento y posterior uso[6]. 

El enfoque de los científicos es aumentar la densidad energética producida por las bacterias miniaturizando y multiplicando la cantidad de celdas[1]. Así, al tener cientos o miles de bacterias apiladas se puede lograr producir energía a través del tratamiento de efluentes provenientes de viviendas o comunidades enteras.

Potencial de la invención

Este desarrollo científico cuenta con gran potencial de uso, especialmente en áreas remotas y alejadas de la red de distribución. También ha sido probada en campos de refugiados, y resultó ser un avance tecnológico de gran valor.  

Además de producir energía esta tecnología demostró ser capaz de remover más del 95% de la demanda química de oxígeno (DQO) en los urinarios del campus y 30% de la misma en aquellos del festival de Glastonbury[5].  

El dispositivo no libera gases de efecto invernadero durante su operación, y además tiene un costo de producción de 1 £ por celda microbiana. Los investigadores aseguran que una pequeña unidad similar a la de demostración puede costar alrededor de 600 £ para su instalación[7].  

El bajo coste de la tecnología va acompañado de ser un dispositivo carbono neutro en cuanto a operación. Además, dado el elevado consumo energético que acarrea el tratamiento de aguas residuales, esta tecnología es una alternativa para cambiar la concepción a un tratamiento que produce energía de manera segura, independiente, asequible y amigable al ambiente. Sin embargo, aún se trabaja en mejoras para elevar su capacidad a escala comercial[8]. 

Referencias 

[1] P. B. October 2011, ‘Pee-powered fuel cell turns urine to energy’, Chemistry World. https://www.chemistryworld.com/news/pee-powered-fuel-cell-turns-urine-to-energy/3003125.article (accessed Dec. 12, 2020). 

[2] ‘Pee Power technology returns to Glastonbury Festival for fourth year – UWE Bristol: News Releases’. https://info.uwe.ac.uk/news/uwenews/news.aspx?id=3953 (accessed Dec. 12, 2020). 

[3] ‘Electric Bacteria Could Be Used for Bio-Battery | Live Science’. https://www.livescience.com/28163-bio-batteries-one-step-closer.html (accessed Dec. 13, 2020). 

[4] ‘Las bacterias eléctricas | Ciencia | elmundo.es’. https://www.elmundo.es/elmundo/2012/10/24/ciencia/1351096982.html (accessed Dec. 13, 2020). 

[5] I. A. Ieropoulos et al., ‘Pee power urinal – microbial fuel cell technology field trials in the context of sanitation’, Environ. Sci. Water Res. Technol., vol. 2, no. 2, pp. 336–343, Mar. 2016, doi: 10.1039/C5EW00270B. 

[6] ‘PEE POWER® urinal II – Urinal scale-up with microbial fuel cell scale-down for improved lighting – ScienceDirect’. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037877531830168X (accessed Dec. 13, 2020). 

[7] ‘“Pee-power” to light camps in disaster zones’, Oxfam International, Mar. 05, 2015. https://www.oxfam.org/es/node/10348 (accessed Dec. 13, 2020). 

[8] ‘Pee-Power Urinal’, Engineering For Change. https://www.engineeringforchange.org/solutions/product/pee-power-urinal/ (accessed Dec. 12, 2020). 

 

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