Una biobatería inspirada en el intestino genera ocho veces más energía

Poros obstruidos en las células de combustible microbianas tradicionales

Una célula de combustible microbiana es una innovación bioenergética prometedora que genera electricidad al depender de microorganismos vivos para digerir materia orgánica, según informa New Atlas. En estos dispositivos, las bacterias activas liberan electrones mientras se alimentan, y un ánodo recoge la corriente mientras los electrolitos líquidos facilitan las reacciones electroquímicas. Los electrodos planos estándar restringen el asentamiento microbiano debido a su limitada superficie. Aunque las matrices porosas, como el papel o la espuma, amplían el espacio de colonización, los densos racimos bacterianos conocidos como biopelículas obstruyen rápidamente los poros, cortando los nutrientes y atrapando desechos metabólicos tóxicos.

«Las estructuras porosas pueden obstruirse fácilmente por la formación de biopelículas, así que tuvimos muchos problemas con el suministro de nutrientes, la acumulación de desechos o el crecimiento desigual de las biopelículas».

— Prof. Seokheun Choi, Universidad de Binghamton

Pilares de hidrogel que imitan el tejido intestinal

Para resolver este problema de obstrucción, un equipo de investigación dirigido por el prof. Seokheun Choi en el Laboratorio de Bioelectrónica y Microsistemas de la Universidad de Binghamton recurrió a la anatomía digestiva humana. En el intestino, millones de proyecciones en forma de dedo llamadas vellosidades maximizan la superficie mientras el líquido fluye libremente entre ellas. Según documenta New Atlas, los investigadores Ruohan Zhang, Botian Wang y Choi fabricaron vellosidades artificiales con un hidrogel eléctricamente conductor. La mezcla de hidrogel combina alcohol polivinílico, óxido de grafeno reducido y el polímero conductor PEDOT para retener la humedad y transmitir cargas eléctricas.

Esporas latentes y producción de energía

En lugar de aplicar cultivos frescos de inmediato, los científicos incorporaron esporas latentes de Bacillus subtilis directamente en las vellosidades artificiales, según New Atlas. Al introducirlas en un baño de nutrientes orgánicos, las esporas latentes germinan y se convierten en bacterias funcionales que transfieren electrones fuera de sus paredes celulares. El hidrogel actúa como ánodo, emparejado a través de una membrana de intercambio iónico con un cátodo de tela de carbono modificado. Este prototipo diseñado generó más de ocho veces más electricidad por unidad de volumen que las configuraciones de electrodos planos sin sufrir asfixia por biopelículas, lo que representa una notable invención biológica.

Energía descentralizada y aplicaciones en aguas residuales

Dado que el sistema convierte residuos orgánicos en corriente eléctrica directa, el equipo de investigación pretende aplicar esta arquitectura de biobatería al tratamiento de aguas residuales y a la detección ambiental, según describe New Atlas. Colocar matrices de estas biobaterías dentro de las tuberías de drenaje municipales podría respaldar objetivos de sostenibilidad a largo plazo al generar energía local directamente a partir de las aguas de escorrentía municipales. El equipo continúa probando distintos tamaños de pilares para optimizar el flujo de fluido y la potencia en configuraciones de tuberías a escala, lo que abre nuevas vías para una posible patente y un despliegue comercial.

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