Tecnologías electroquímicas microbianas para una sociedad sostenible

Tecnologías electroquímicas microbianas para una sociedad sostenible

Entre los mayores retos que debe resolver la sociedad actual para que las nuevas generaciones puedan vivir en un entorno sostenible destaca la gestión de residuos para convertirlos en una fuente de energía o transformarlos en recursos útiles.

Las Tecnologías Electroquímicas Microbianas (MET, por sus siglas en inglés) constituyen un campo de investigación nuevo y en plena efervescencia, que busca soluciones a estos acuciantes problemas. Estas aplicaciones son posibles mediante la electrogénesis microbiana, la capacidad de determinados microorganismos para “comunicarse” con materiales conductores de la electricidad a través de corrientes eléctricas. Los residuos, lejos de ser una carga, se convierten en una fuente de alimentación para ciertas bacterias que son capaces convertir la energía química en electricidad mediante pilas microbianas de combustible (Microbial Fuel Cells, MFC).

Imagen de microscopía de fuerzas atómicas (AFM) de células de Geobacter sobre superficie de grafito. (Celia Rogero y Abraham Esteve-Núñez).
Imagen de microscopía de fuerzas atómicas (AFM) de células de Geobacter sobre superficie de grafito. (Celia Rogero y Abraham Esteve-Núñez).

Una de las revoluciones fundamentales de las MET fue el descubrimiento de la capacidad de ciertas bacterias del género Geobacter para producir electricidad (Bond et al, 2002 Science). Dicho microorganismo, que puede encontrarse en los lechos fluviales y sedimentos marinos, se ha convertido en el modelo para estudiar este atractivo concepto por su capacidad para transferir electrones a un electrodo, respirándolo, de una forma similar a la que nosotros respiramos el oxígeno.

En su origen las MET estaban centradas en la producción de energía a partir de  aguas residuales debido a la ventaja comparativa frente a otros procesos, ya que aquellas permiten convertir la carga orgánica del agua en un recurso energético con una menor producción de biomasa (lodos). Pronto la comunidad científica descubrió nuevas aplicaciones basadas en la fascinante interacción entre bacterias y materiales conductores de la electricidad. Los esfuerzos investigadores en esta área se han encaminado a implementar aplicaciones para la eliminación de nutrientes en el agua, la desalación sostenible de agua, la recuperación de suelos o sedimentos contaminados y el desarrollo de biosensores. En los últimos tiempos se ha demostrado que incluso es posible “alimentar” a las bacterias con corrientes eléctricas para sintetizar compuestos de interés como biocombustibles y metano partir de CO2.

Investigadores del grupo de Bioelectrogénesis de la Universidad de Alcalá de Henares. Foto: Iván Espínola, UAH.
Investigadores del grupo de Bioelectrogénesis de la Universidad de Alcalá de Henares.
Foto: Iván Espínola, UAH.

El grupo de Bioelectrogénesis de la Universidad de Alcalá e IMDEA Agua investiga desde hace años en la primera línea de este campo centrándose en la fisiología de estos microorganismos, en sus aplicaciones de bioingeniería así como en estudiar su papel en ambientes naturales. Mediante proyectos europeos (BacWire) y de programas nacionales, este grupo trabaja en el desarrollo de tecnologías electroquímicas microbianas en el tratamiento de aguas residuales (AQUAelectra, SMART WETLAND, BIO-SO4)), que han arrojado varias solicitudes de patente, o en la recuperación de suelos contaminados con herbicidas o derivados del petróleo. Todo ello sin renunciar a la exploración profunda de los mecanismos biológicos que hacen posible la interacción entre las bacterias y los materiales conductores de la electricidad.

Bioelectrogenesis será el anfitrión y organizador del segundo encuentro de la sección europea de la International Society for Microbial Electrochemistry and Technology, EU-ISMET 2014, que se celebrará en la Universidad de Alcalá del 3 al 5 del próximo septiembre. Investigadores y profesionales de todo el mundo presentarán sus trabajos en el área de las MET. Por otra parte, los principales investigadores de cada grupo ofrecerán su punto de vista sobre los desafíos y las oportunidades de esta novedosa tecnología. La discusión se presenta apasionante en esta joven disciplina que debe aún resolver aspectos como la transferencia tecnológica de las aplicaciones, entre otros.

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