viernes, 29 de abril de 2011

Obtención de electicidad a partir de bacterias que descomponen aguas residuales

El uso incontrolado de los combustibles fósiles ha disparado una crisis energética global, incrementado el interés por obtener fuentes de energía renovables con el mínimo impacto en el medio ambiente. Hasta ahora el compromiso energético de la microbiología ambiental se había dirigido a optimizar la producción de hidrógeno, aprovechar el metano generado en los tratamientos de aguas residuales, o generar biocombustibles como el etanol o el biodiesel. Sin embargo, el reciente descubrimiento de bacterias capaces de convertir energía química en eléctrica sugiere la aparición de una nueva forma de energía verde, cuya explotación supondrá un importante reto biotecnológico en los próximos años.

Depurar el agua y producir electricidad durante el proceso. Suena extraño y utópico y, sin embargo, esto es posible gracias a un tipo especial de bacterias.
Estos microorganismos son capaces de oxidar la materia orgánica y transferir los electrones generados a una superficie sólida conductora como, por ejemplo, el grafito, y así obtener y almacenar energía limpia.


Este proceso se conoce como bioelectrogénesis y a las bacterias que lo hacen posible como bacterias electrogénicas.


El uso de bacterias para el tratamiento de aguas no es ninguna novedad. En los últimos años se está extendiendo el uso de organismos con metabolismos anaerobios, es decir, que no consumen oxígeno al degradar la materia orgánica. Este tipo de bacterias tienen la ventaja de no necesitar aireación y de producir una menor cantidad de biomasa, lo que abarata los costes. Además, durante el proceso se produce metano susceptible de ser utilizado como combustible para la generación de energía térmica y eléctrica. Sin embargo, el metano es un gas de efecto invernadero, más nocivo incluso que el CO2. En este sentido, la bioelectrogénesis ofrece la alternativa de sustituir la generación de metano por la producción de energía eléctrica limpia en la propia planta de tratamiento.


Técnica pionera

Para identificar las moléculas transportadoras de electrones, los investigadores implementaron una avanzada técnica de espectroscopía infrarroja que les permitió trabajar in vivo, sin "molestar" a las bacterias. Las depositaron sobre un electrodo muy delgado de oro y las iluminaron con luz infrarroja a través de un prisma triangular.


"Luego, medimos la cantidad de la luz absorbida, y como ésta depende de los enlaces químicos característicos de cada tipo de molécula, pudimos identificar con gran precisión las moléculas que estaban tocando el electrodo mientras se producía corriente", contó Busalmen, que realizó este trabajo en el Instituto de Electroquímica de la Universidad de Alicante, España.





Bacterias productoras de electricidad




La conversión de energía química en eléctrica es posible en ciertos dispositivos electroquímicos denominados células o pilas de combustible (“Fuel Cells”), donde la electricidad se obtiene a partir de una fuente externa de combustible químico que suele ser hidrógeno o etanol. Una variante reciente es la célula de combustible microbiana (Microbial Fuel Cell, MFC).



En las MFC se emplean bacterias para oxidar el combustible, materia orgánica, y transferir los electrones a un electrodo (ánodo), que está conectado a un cátodo a través de un material conductor que contiene una resistencia. La cámara que alberga estos electrodos, la anódica (que suele ser anaeróbica, ya que el proceso de transferencia de electrones lo suelen hacer bacterias que respiran sustancias diferentes al oxígeno) y la catódica, están comunicadas por una membrana de intercambio catiónico que permite el paso de protones. De esta forma, los protones generados en la oxidación de la materia orgánica se combinan con el oxígeno y con los electrones que llegan al cátodo para formar agua.


La gran revolución en el campo de las MFC se ha producido en el último lustro, con el descubrimiento de microorganismos electrogénicos que son capaces de transferir los electrones al ánodo en ausencia de mediadores redox artificiales. Podemos distinguir dos tipos de bacterias electrogénicas, aquellas que producen sus propios mediadores redox, que son secretados al medio y reaccionan con el electrodo, y aquellas que interaccionan de forma directa con el electrodo sin mediador soluble alguno.

Las bacterias del género Geobacter son habitantes de forma natural del subsuelo y durante millones de años han utilizado los óxidos de hierro insolubles como aceptores de electrones para oxidar la materia orgánica. Los mecanismos responsables de establecer una comunicación redox entre la bacteria y la superficie de los óxidos de hierro han contribuido a “dar forma” a la corteza terrestre, y comprenderlos constituye uno de los retos de la microbiología medioambiental. Geobacter es capaz de producir magnetita en ambientes sedimentarios, así como de respirar uranio, biodegradar anaeróbicamente compuestos aromáticos contaminantes, respirar ácidos húmicos en ambientes naturales o transferir electrones a electrodos, con la consiguiente producción de electricidad, por medio de pili conductores (“nanowires”).

No se conocen aún las implicaciones fisiológicas y ecológicas para estas interacciones, pero el efecto sugiere una forma muy organizada de distribución de energía entre los miembros de las más viejas y sostenibles formas de vida en el planeta.

El estudio de las aplicaciones reales de las MFC está todavía en sus inicios. Las MFC son en realidad biorreactores, que permiten la oxidación de un compuesto orgánico (que van desde azúcares, a excedentes industriales como el glicerol o la sacarosa, o compuestos contaminantes como el fenol o el tolueno) catalizada por microorganismos. La cantidad de energía que se obtiene aún es baja, aunque desde que se inició el diseño de la MFC hasta hoy se ha conseguido aumentar su potencia en 1000 veces. El desarrollo de esta tecnología está en su infancia, por lo que el diseño de dispositivos con menor resistencia interna, el ensayo de nuevos materiales conductores, y el empleo de cepas bacterianas electrogénicas óptimas llevará a MFC de mayor potencia.

miércoles, 6 de abril de 2011

Las Energía de las Olas



Recientemente se ha instalado en Strangford Narrows, en Irlanda del Norte, la turbina marina SeaGen, capaz de convertir la fuerza de las corrientes y las mareas en 1,2 MW equivalentes de electricidad, suficiente para dar suministro a unas mil viviendas de la zona.

La instalación está situada a unos 400 metros de la costa, en una zona de fuertes corrientes pero resguardada de las tormentas. Consta de dos turbinas similares a los habituales aerogeneradores, cada una de ellas de unos 16 metros de diámetro, que giran a entre 10 y 20 revoluciones por minuto. Esta baja velocidad debería "reducir el riesgo de impacto de las criaturas marinas de la zona con las hélices, facilitando que se muevan a través de ellas".

La turbina SeaGen, de 1.000 toneladas de peso, entrará en funcionamiento a finales de año y durante cinco años al tratarse de un prototipo comercial. Su fabricante, Marine Current Turbines, confía en aplicar esta misma tecnología para constituir una granja de turbinas marinas con una potencia de hasta 10 MW en 2015.


BOYAS MARINAS




En España está en estudio la instalación de una planta en Cantabria, la cual se encuentra en fase de pruebas, su funcionamiento es completamente diferente, ya que su principio se basa en la utilización de boyas que aprovechan la fuerza de las olas. Es la primera de este tipo en Europa.











Parque de Boyas en Santoña

"...El sistema de transformación de la energía, denominado Power Take Off (PTO), está compuesto por una serie de módulos internos, a través de los cuales se capta y transforma la energía de las olas para almacenarla y, posteriormente, evacuarla en condiciones óptimas..."

"...prevé que la planta, que se ubica a cuatro kilómetros de la costa de Santoña, esté compuesta por 10 boyas. Las nueve boyas restantes, que se botarán en una fase posterior, contarán con una potencia de 150 kW. Cuando las 10 boyas estén en funcionamiento, la producción eléctrica anual de esta instalación equivaldrá aproximadamente al consumo de unos 2.500 hogares. La instalación, que no tiene impacto visual, evitará la emisión a la atmósfera de 2.600 toneladas de CO2 anuales..."

Estas boyas han sido fabricadas en Gamazo (Cantabria) mide más de 125 metros de altura y pesa del orden de 170 toneladas. El proyecto contempla una primera boya con una longitud de 70 metros, flota con tres lastres de 300 toneladas cada uno y puede fondearse a profundidades de 50 metros, según ha explicado el presidente de APIA XXI, Marcos Pantaleón y que deberá soportar olas de hasta 26 metros sin apenas moverse, una de las condiciones necesarias para que la producción de energía sea viable.

Tras meses instalada en la Virgen del Mar (a 3,5 kilómetros), la primera boya ha cumplido a la perfección su objetivo y ha demostrado su fiabilidad y resistencia soportando temporales, lo que constituye el mejor refrendo para el sistema flotante sin anclajes.

Junto a ello, una segunda boya, de mayor longitud, que permitirá comprobar la viabilidad de producir energía eólica en el mar, en plataformas fondeadas sobre profundidades de 200 metros. Estas dos boyas servirán de avanzadilla de la primera torre experimental que Idermar botará en agosto y que tendrá capacidad para producir energía eólica, con una potencia de 0,5 megavatios.