Celdas de combustible microbianas: energía limpia para el futuro

Por Tomás Dávalos

Aguascalientes, Aguascalientes. 1 de marzo de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Sathish-Kumar Kamaraj, profesor investigador del Departamento de Ingeniera en Energía de la Universidad Politécnica de Aguascalientes (UPA), encabeza un proyecto de generación de energía sustentable denominado Celda de combustible microbiana con electrodo de grafito y madera con núcleo de membrana para aplicación de tratamiento de aguas residuales.

“Con este proyecto de celdas de combustible microbiano se pueden lograr dos cosas: una, limpiar los residuos orgánicos, en este caso, de las aguas residuales; y al mismo tiempo, generar electricidad”, explicó Sathish-Kumar Kamaraj en entrevista para la Agencia Informativa Conacyt.

Aclaró que el agua sucia contiene materia orgánica y bacterias, el proceso de tratamiento comienza cuando estas últimas comienzan a degradar la materia orgánica. Al hacer esto, la energía eléctrica se genera directamente y es capturada por un electrodo sumergido en el agua residual que actúa como ánodo.

Sathish Kumar Kamaraj.“Durante este proceso, las bacterias forman un biofilm en los electrodos superficiales, esto ayuda a limpiar el material orgánico presente en el agua sucia, reduce la carga orgánica y cuando esto sucede está generando energía eléctrica directamente con la ayuda de la actividad del biocatalizador”, señaló.

Todo el material orgánico contenido en las celdas de combustible microbianas aumenta el voltaje directamente en relación con el crecimiento de la biopelícula y la carga de los materiales orgánicos, después de un cierto periodo la disminución de la tensión indica la reducción de los materiales orgánicos en el agua. Una vez completada la operación, se inicia de nuevo el agua residual para alimentar las celdas de combustible microbianas, aumentando el voltaje hasta que el crecimiento del biofilm sea viable en la superficie del electrodo anódico.

“Nuestro grupo inició los primeros experimentos de este proyecto con 110 mililitros de aguas residuales, y luego hemos estado aumentando, ahora conseguimos 10 litros. Una vez conectados, la serie de las células de combustible microbiano generan 4.8 voltios, con la ayuda de esa energía somos capaces de alimentar una lámpara led y los relojes digitales”, destacó.

Planta tratadora de aguas autónoma

Fuente: Inventario Nacional de Plantas Municipales de Potabilización y de Tratamiento de Aguas Residuales. En el futuro, esta tecnología podría escalarse para adaptarse a una planta de tratamiento de aguas residuales, esta tendría la posibilidad de generar su propia energía porque actualmente tienen un alto consumo. Por ejemplo: en Aguascalientes se estima que entre cuatro y cinco por ciento de la energía eléctrica se utiliza para el tratamiento del agua sucia, pero la implementación de estas celdas de combustible microbiano disminuiría ese porcentaje.

"El agua, con este proceso de celdas de combustible microbiano, solo logra reducir la carga de materia orgánica, pero después de este proceso podría requerir otro tratamiento para matar las bacterias y entonces poder utilizarse para el riego de plantas ", apuntó.

Una innovación de este proyecto es el uso de la madera como una membrana con núcleo de grafito como un electrodo, que es un material muy barato, aunque este año también han comenzado las pruebas con tubería de arcilla. Por otro lado, como catalizador del cátodo se utilizan baterías de desecho, para ello se abren, se extrae con cuidado el carbono que se encuentra dentro, y este es adherido a la malla de acero inoxidable que cubre la parte superior de la superficie de madera.

"Por lo general, todas las celdas de combustible microbiano ocupan un material muy costoso, como el platino y el paladio, por ejemplo, son materiales que en el caso del gasto requerido para la inversión son muy caros, pero en nuestro caso utilizamos materiales alternativos, como madera activada y el tubo de barro como membrana ", subrayó.

Por último, el profesor investigador de la UPA dijo que la célula de combustible microbiana con electrodo de núcleo de grafito integrado de madera para la aplicación de tratamiento de aguas residuales está en proceso de registro de la patente en el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI).