Alta autonomía y energía bacteriana: así es la nueva biobatería

Imagina que, en lugar de utilizar cadmio o litio, bastaran unas gotas de agua sucia para alimentar una batería. Es el planteamiento de los investigadores de la Universidad de Binghamton en Nueva York. Y más que la gota de agua se trata de sus minúsculos habitantes: las bacterias. Los inventores de la nueva biobatería bacteriana son unos firmes defensores de esta nueva forma de energía verde que podría alimentar toda clase de sensores y pequeños dispositivos. Llevan años investigando en este campo y la nueva versión de su tecnología es la más eficiente hasta la fecha.

En este artículo podrás leer acerca de:

• ¿Qué son las biobaterías?
• La biobatería con tres familias de bacterias
• Biobaterías de origami

¿Qué son las biobaterías?

Una biobatería es un dispositivo que permite almacenar energía y liberarla por medio de procesos metabólicos, llevados a cabo por bacterias o enzimas, que descomponen una materia prima como la glucosa y liberan protones y electrones. En el pasado ya hemos hablado de este tipo de enfoque y de los microorganismos que lo posibilitan, también conocidos como electrígenos.

Al fabricarse principalmente con elementos orgánicos, las biobaterías son esencialmente biodegradables y podrían ofrecer una solución para crear dispositivos baratos de un solo uso. Por el momento, las biobaterías son dispositivos capaces de generar una corriente eléctrica reducida, suficiente para encender una luz LED o un sensor de bajo consumo, aunque se espera que en un futuro sirvan para alimentar wearables o dispositivos IoT.

En la actualidad, los principales tipos de biobatería son:

• Baterías enzimáticas, que utilizan enzimas para descomponer una materia prima.
• Baterías microbianas, que utilizan bacterias como la E. coli para generar energía.

La biobatería con tres familias de bacterias

Los científicos de la Universidad de Binghamton están trabajando en la segunda modalidad. Uno de los problemas de esta tecnología y que hasta ahora ha impedido una implantación masiva era su autonomía. Sí, funcionaban en el laboratorio, pero tan sólo durante unas horas. En su caso, para mejorar la eficiencia y autonomía de su biobatería han recurrido a un novedoso enfoque.

El nuevo dispositivo, que sus desarrolladores califican de “plug & play”, lo que grosso modo se traduce como “enchufar y listo”, combina tres tipos de bacterias para ofrecer una autonomía de varias semanas.

Las bacterias se mantienen en tres compartimentos verticales. En primer lugar, hay un grupo de bacterias fotosintéticas que generan nutrientes para la segunda capa de bacterias que se encuentra debajo. A continuación, el segundo grupo de bacterias produce elementos químicos que fomentan la transferencia de electrones. Por último, en el “piso” inferior se encuentran las bacterias electrígenas que producen la corriente eléctrica.

Las nuevas biobaterías se han diseñado como módulos cuadrados de tres centímetros de ancho que son ensamblables y pueden multiplicar así la energía generada. Los desarrolladores de la tecnología creen que será preciso recurrir a este tipo de dispositivos en un futuro cercano, cuando empiecen a proliferar los dispositivos IoT y sensores, muchos de ellos en zonas remotas. Otra opción de la que hemos hablado anteriormente para alimentar esos sensores remotos es la triboelectricidad.         

Biobaterías de origami

En la ciencia y la ingeniería, cada descubrimiento o invención suele ir precedido por otros avances incrementales. En el caso de la nueva biobatería de la Universidad de Binghamton, sus desarrolladores ya habían creado otros modelos. Una de las versiones anteriores utilizaba dos tipos de bacterias. Sin embargo, su modelo más llamativo probablemente es el prototipo de biobatería de papel, cuya versión original presentaron en 2015.

Aquel modelo se basaba en una estructura de origami plegable que combinaba papel, un cátodo con un baño de níquel, un ánodo con una capa de carbono y bacterias. Con un tamaño similar al de una caja de cerillas, la biobatería de origami simplemente requería una gota de agua sucia para funcionar. Dado que el papel es un material absorbente, ni siquiera se necesitaba una jeringuilla u otro dispositivo para introducir las bacterias.

El principal beneficio de utilizar una estructura de origami plegable es que se multiplican las superficies de papel y, por tanto, la capacidad de generar electricidad. La energía resultante seguía siendo reducida, pero suficiente para abastecer un biosensor.

Así, en una situación de emergencia, un equipo podría utilizar estas baterías para alimentar equipos de diagnóstico desechables que comprueben la pureza del agua entre otras cosas de manera asequible. El coste estimado de producción de aquel modelo primigenio era de cinco céntimos de dólar.

Si, aparte de las biobaterías, quieres conocer otras aplicaciones de las bacterias, te recomendamos que eches un vistazo a este artículo sobre bacterias que producen plástico biodegradable o este otro acerca de un hormigón bacteriano. Y si tu sed de conocimiento sigue intacta, puedes suscribirte a nuestra newsletter al final de esta misma página.

Fuentes:

• Universidad de Binghamton

https://www.elprocus.com/an-overview-of-bio-battery-working-principle-types-applications/