• Un grupo de investigación
del Instituto de Ingeniería de la UNAM, campus Juriquilla,
recurre a métodos biológicos que utilizan bacterias
presentes en el medio ambiente
Ante la degradación ambiental del
planeta, y una más que probable crisis energética en
el futuro, investigadores de la Unidad Académica Juriquilla
del Instituto de Ingeniería (II) de la UNAM, trabajan en el
desarrollo de una nueva tecnología para obtener energía
eléctrica sustentable, hidrógeno como combustible, y
agua limpia, a partir del tratamiento del líquido residual,
con bacterias presentes en el medio ambiente.
En las plantas tradicionales, la materia
orgánica que causa la contaminación es degradada por
bacterias. Si el proceso es aerobio se inyecta aire para permitir
la oxidación y así se obtiene dióxido de carbono,
agua y más microorganismos. Si es anaerobio no se requiere
aire; en este caso, se transforma en metano, dióxido de carbono
y más bacterias.
En estas reacciones ocurre una transferencia
de electrones, llamadas reacciones de óxido-reducción,
porque en ellas hay sustancias que se oxidan y otras que se reducen.
Ante la interrogante de qué sucede
si, en lugar de transferir los electrones en las reacciones químicas,
las bacterias los transfieren a un ánodo, que es un electrodo
negativo, Germán Buitrón Méndez, coordinador
del Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamiento
de Aguas (LIPATA) de la unidad académica, explicó que
se generan electrones que pueden ser ‘cosechados’.
Cosecha de electrones
Este proceso se puede llevar a cabo en una
celda de combustible microbiana, dispositivo que puede convertir,
mediante microorganismos, energía bioquímica, en eléctrica.
Para obtenerla, las bacterias transfieren
electrones desde un donador de éstos, como el agua residual
(materia orgánica), a un aceptor de electrones, como el oxígeno.
En esas celdas, las bacterias no los transfieren
directamente a un aceptor final de electrones característico,
sino a un electrodo, es decir, a un ánodo.
Posteriormente pasan, a través de
una resistencia u otra carga, a un cátodo, por lo que los electrones
generados en la reacción son “cosechados” y convertidos
directamente en energía eléctrica. El carbono orgánico
es transformado en dióxido de carbono.
Para cerrar el ciclo, los protones migran
hacia el cátodo en aerobiosis, donde se combinan con el oxígeno
para formar agua. “Nuestro objetivo es obtener, a partir del
tratamiento de las residuales, líquido limpio, pero también
otros productos. Con el tratamiento convencional se obtiene, por medio
del suministro de energía, agua tratada. Con esta nueva tecnología
logramos un valor agregado: energía eléctrica, hidrógeno
y metano”.
Esquema más atractivo
La cantidad de energía eléctrica
producida mediante esta nueva tecnología depende de las bacterias
adheridas al ánodo; así, entre más haya, y mayor
sea la superficie de este último, se originará en mayor
medida.
Su generación no es suficiente para alumbrar grandes ciudades,
por ejemplo, pero el esquema resulta mucho más atractivo si
se puede conseguir hidrógeno con ella.
“Este último elemento contiene
un poder calorífico dos y media veces más elevado que
el metano. Además, al quemarse sólo produce agua, es
decir, no contamina”, señaló Buitrón Méndez.
En fase de perfeccionamiento
Si en una primera etapa del tratamiento de
aguas residuales la materia orgánica se fermenta en anaerobiosis,
es posible producir hidrógeno y subproductos como ácidos
grasos volátiles (acético, propiónico, butírico),
que pueden alimentar a una celda electroquímica microbiana
para que produzca más hidrógeno.
“Esa celda funciona de una manera diametralmente
opuesta a como lo hace una de combustible microbiana: necesita energía
eléctrica para transformar la materia orgánica en hidrógeno;
en este dispositivo, las bacterias colonizan también un ánodo”.
Con ayuda de los electrones suministrados,
los ácidos grasos se transforman en hidrógeno. Es en
este punto donde la energía eléctrica generada por la
celda de combustible microbiana puede aprovecharse en la celda electroquímica;
de este modo, ya no es necesario recurrir a energía eléctrica
externa.
Los investigadores estudian cómo incrementar
la producción de hidrógeno obtenido por la fermentación
de la materia orgánica y con una celda electroquímica
microbiana. “Esta tecnología se encuentra en desarrollo.
Los retos son diseñar y configurar ambos tipos de celdas con
materiales no costosos, y hacer que la de combustible microbiana genere
la mayor cantidad posible de energía eléctrica; y la
electroquímica, de hidrógeno.
“Es importante también abordar
aspectos más básicos, como qué clase de bacterias
colonizan el ánodo y bajo qué condiciones”, concluyó.
Buitrón Méndez y sus colaboradores
mantienen permanente colaboración con Katy Juárez, del
Instituto de Biotecnología, campus Morelos, de la
UNAM (quien trabaja con bacterias del género Geobacter);
con investigadores de la Arizona State University en Estados Unidos,
y con integrantes del Instituto Potosino de Investigación Científica
y Tecnológica (IPICYT), todos relacionados con temas de este
proyecto.
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