Más de 700 millones de personas en todo el mundo carecen de acceso a energía y agua potable. El crecimiento de la población y el cambio climático ejercen una enorme presión sobre las limitadas reservas de agua dulce. La búsqueda de tecnologías innovadoras y sostenibles para purificar el agua es por ello más urgente que nunca. Un grupo de investigadores ha conseguido generar energía verde (electricidad) gracias a los microorganismos del suelo.
El equipo ha demostrado que sus pilas de combustible microbianas son capaces de filtrar agua contaminada y hacerla potable. Y cree que logrará aplicar esa tecnología para descontaminar suelos, eliminando combustibles fósiles.
El estudio, publicado en ‘ScienceDirect’ presenta por primera vez “el desarrollo e implementación, desde el laboratorio hasta el campo, de un sistema de tratamiento de agua de bajo costo, sustentable y autoalimentado“, recoge el informe.
El sistema, que ya se ha probado con éxito en Brasil, consta de una matriz de pilas o celdas de combustible microbiano del suelo que alimenta un reactor electroquímico para el tratamiento del agua.
Las pilas –baratas y simples– constan dos electrodos a base de carbono colocados a cuatro centímetros de distancia y conectados a un circuito externo y se caracterizan por una geometría plana, con el ánodo enterrado en el suelo y el cátodo expuesto al aire. El suelo actúa como separador de electrodos y como fuente tanto de bacterias electroactivas como de materia orgánica.
Cada pila genera una potencia de 0,4 milivatios, que se incrementa hasta 12,2 milivatios al conectar eléctricamente 16 pilas en paralelo, con un rendimiento estable durante 140 días de funcionamiento, según los primeros resultados de la investigación.
Agua suficiente para una familia
Después de varias pruebas en el laboratorio, los científicos instalaron un sistema mejorado, que consta de 64 celdas, en una escuela primaria del noreste de Brasil, y demostraron una capacidad de tratamiento de hasta tres litros de agua por día cuando se integra con el reactor electroquímico.
Esa cantidad es suficiente para cubrir las necesidades diarias de agua potable una persona cada día. Pero los científicos ya han conseguido mejorar las prestaciones, y la última versión de su tecnología ya es capaz de cubrir las necesidades diarias de una familia de cinco miembros.
El triple desafío para conseguirlo es generar suficiente energía, recolectar y almacenar esa energía de manera efectiva, y tratar el agua de manera eficiente para garantizar su calidad y potabilidad.
“Al demostrar la implementación desde el laboratorio hasta el campo, nuestro trabajo proporciona una ruta efectiva para la escalabilidad y la aplicación práctica de las pilas microbianas para la generación de energía y la purificación de agua autoalimentada en áreas remotas“, recoge el informe.
Los ensayos de los ingenieros químicos y eléctricos han demostrado que resulta posible capturar y utilizar la energía que generan las reacciones naturales que ocurren en los microorganismos del suelo.
El proyecto es una colaboración de ingenieros químicos y electricos de la Universidad de Bath, en el Reino Unido, con un equipo de geógrafos de la Universidad Federal de Ceará y otro de químicos de la Universidad Federal de Río Grande del Norte, ambas en Brasil.
El lugar elegido para las pruebas fue Icapuí, un pequeño pueblo de pescadores ubicado en un paraje semiárido remoto de Brasil, donde la principal fuente de agua potable es la lluvia y el acceso a una red eléctrica confiable es escaso.
Objetivo, descontaminar el suelo
Las celdas de combustible microbianas del suelo generan energía a partir de la actividad metabólica de microorganismos específicos (electrógenos) presentes de forma natural en el suelo.
El funcionamiento es sencillo: los electrógenos ‘invaden’ la superficie del ánodo y, a medida que ‘consumen’ los compuestos orgánicos presentes en el suelo, generan electrones. Estos electrones se transfieren al ánodo y viajan al cátodo a través del circuito externo, generando electricidad.
El sistema evita la necesidad de clorar el agua de lluvia. La cloración, además de causar mal sabor y mal olor, puede ser peligrosa para la salud humana si se realiza de forma descontrolada.
“Este proyecto muestra que las celdas de combustible microbianas del suelo tienen un verdadero potencial como fuente sostenible de bajo consumo de energía“, apunta la doctora Mirella Di Lorenzo, directora de la investigación.
“Otro elemento importante de nuestro proyecto es la educación en torno a las tecnologías sostenibles. El trabajo de campo se realizó en conjunto con alumnos de primaria y sus docentes. Fueron capacitados en los principios de funcionamiento, instalación y mantenimiento del sistema”, añade Di Lorenzo.
“Los alumnos ayudaron con la fabricación de celdas de combustible microbiano del suelo y aprendieron a manejar la tecnología”, lo que supuso para ellos “una experiencia transformadora“, pues “ampliaron su visión del mundo”, resalta Adryane Gorayeb, líder brasileña del proyecto.
Los autores del proyecto están ahora centrados en usar la tecnología para eliminar contaminantes de combustibles fósiles en el suelo en lugares como el delta del Níger, una de las zonas más contaminadas del planeta por fugas y vertidos de petróleo de la compañía Shell.
Los hidrocarburos son digeridos por microorganismos del suelo en componentes menos dañinos o inofensivos que, a la vez, liberan electrones, lo que supone purificar el suelo y generar electricidad al mismo tiempo.
Estudio de referencia: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261920311776
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