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Las fuentes alternativas de energía como el sol, el viento, y la fuerza mareomotriz presentan un alto desarrollo tecnológico y su aplicación se realiza actualmente a gran escala; sin embargo, dependen de la ubicación geográfica de las instalaciones para obtener el máximo beneficio. Por ejemplo, la producción de energía fotovoltaica es mayor en el cinturón del planeta con alta incidencia solar que en las regiones cercanas a los polos.
Como resultado de ciertas actividades industriales y urbanas se genera una cantidad considerable de basura orgánica, lo cual tiene una arista positiva ya que la biomasa residual también ha sido explotada a través de procesos químicos, bioquímicos y bioelectroquímicos para obtener energía alternativa al petróleo.
Entre los procesos químicos para la explotación de residuos orgánicos o biomasa se encuentra la combustión para obtención de calor y vapor; por otra parte, un proceso bioquímico ampliamente utilizado es la digestión anaerobia para obtención de biogás. Más recientemente, se ha propuesto el uso de tecnologías bioelectroquímicas para la producción de electricidad, hidrógeno, y metano a partir de la biomasa.
Las tecnologías bioelectroquímicas incluyen la producción de electricidad en celdas de combustible microbianas, y la producción de hidrógeno y metano en celdas de electrólisis microbianas. Existen otras aplicaciones diferentes a la producción de energía en los sistemas bioelectroquímicos, como son la síntesis de compuestos químicos de valor comercial (bioelectrosíntesis) y la desalinización del agua, por mencionar algunos ejemplos.
Un sistema bioelectroquímico se puede definir como la celda o reactor electroquímico, siendo cualquiera de estos, el dispositivo en donde ocurre el proceso principal de la tecnología mencionada. Mientras que la tecnología bioelectroquímica puede incluir un pre tratamiento y/o post tratamiento de la biomasa que se está explotando. Así pues, se ha prestado mayor interés a los sistemas bioelectroquímicos debido a que son el centro del proceso y a su alta complejidad.
Los sistemas bioelectroquímicos microbianos conjugan procesos microbiológicos y electroquímicos. Los primeros son dependientes de las especies de microorganismos, su abundancia, y edad o estado fisiológico; además, dependen de los nutrientes disponibles y no tóxicos que provee la biomasa para su supervivencia. En tanto que los procesos electroquímicos se ven influenciados por el material de electrodos, la composición de los líquidos en los que se encuentran inmersos (electrolitos), la presencia de un separador de electrodos y en general del diseño de la celda o reactor. Ambos procesos, microbiológico y electroquímico, son afectados además por condiciones ambientales como la temperatura y contenido de oxígeno, entre otros.
Debido a la diversidad de factores y condiciones que influyen en la operación óptima de los sistemas bioelectroquímicos, la investigación sobre los mismos creció en forma exponencial desde el año 2000. Desde entonces y hasta la fecha, algunos de los logros más importantes son:
1. El uso de celdas de combustible microbianas en forma de arreglos en serie o en paralelo para aumentar la energía eléctrica obtenida.
2. La aplicación de arreglos de celdas para alimentar dispositivos eléctricos como teléfonos celulares, calculadoras, lámparas y sensores oceánicos de monitoreo.
3. El uso de celdas de electrólisis microbianas para el enriquecimiento de metano en el biogás hasta aproximadamente 98%, lo cual represente un 20% más que en la digestión anaerobia.
4. La producción de hidrógeno de alta pureza a partir de biomasa sin necesidad de post tratamiento para su almacenamiento.
5. La operación efectiva de los sistemas bioelectroquímicos con una amplia diversidad de biomasa residual, condición favorable para su aplicación en cualquier región geográfica donde se generen desechos orgánicos.
6. La síntesis de metano a partir de la captura de CO2, coadyuvando así la disminución de gases de efecto invernadero en la atmósfera.
7. La creación de empresas comercializadoras de tecnología bioelectroquímica microbiana.
Las breves descripciones mencionadas arriba tienen un soporte de abundante investigación alrededor del mundo. Se ha creado una asociación internacional para el intercambio de conocimiento en tecnologías bioelectroquímicas microbianas; dicha asociación está conformada por agrupaciones regionales que responden a sus propias necesidades.
Sin duda, la bioelectroquímica tendrá un mayor auge en los próximos años gracias a la diversidad de aplicaciones que ofrece, su rasgo de sustentabilidad al utilizar biomasa residual como materia prima, y las ventajas demostradas en producción de energía limpia (electricidad e hidrógeno).
* Dra. Bibiana Cercado Quezada
Investigadora
bcercado@cideteq.mx
Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C.
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