La batería biológica podría alimentar las granjas del futuro
Las explotaciones agrícolas del futuro tendrán que recurrir a fuentes de energía más sostenibles para aplicaciones distribuidas de bajo consumo, como el riego de precisión y la monitorización ambiental. «Las soluciones actuales suelen basarse en baterías convencionales o fuentes de alimentación externas. Estos productos tienen una vida útil limitada, requieren mucho mantenimiento y conllevan impactos ambientales negativos. Mientras tanto, las alternativas renovables, como la solar o la eólica, siguen siendo intermitentes, inestables o costosas», explica Naroa Uria, coordinadora del proyecto SOIL2POWER(se abrirá en una nueva ventana) [DB1.1] financiado por el Consejo Europeo de Innovación(se abrirá en una nueva ventana). Impulsada por la necesidad de las pequeñas y medianas explotaciones agrícolas de obtener energía accesible, fiable y de bajo mantenimiento, el equipo de SOIL2POWER aprovechó la actividad metabólica de los microbios del suelo para generar electricidad. «Nuestra demostración de sistemas de bioenergía optimizados basados en el suelo que operan en entornos agrícolas reales ofrece una vía hacia soluciones energéticas escalables basadas en la naturaleza», afirma Uria, de Agròpolis – Universidad Politécnica de Cataluña(se abrirá en una nueva ventana), un sitio agrícola experimental utilizado para la validación de campo.
Aprovechar los sistemas bioelectroquímicos
El equipo de SOIL2POWER creó pilas de combustible microbianas generadoras de electricidad aprovechando la actividad metabólica natural de los microorganismos del suelo. Los microorganismos consumen materia orgánica, liberando electrones como parte de su metabolismo. Estos electrones se transfieren a un ánodo(se abrirá en una nueva ventana), luego fluyen a través de un circuito externo llegando a un cátodo(se abrirá en una nueva ventana), donde reaccionan con oxígeno y protones, formando agua y completando el circuito eléctrico. Una innovación clave del proyecto fue la creación de recubrimientos bacterianos electrogénicos en la superficie de los electrodos del ánodo, basados en la inmovilización de bacterias electrogénicas seleccionadas. Estos elementos facilitan y estabilizan la transferencia de electrones desde los microorganismos al ánodo. «Controlar la formación y la estructura de estas biopelículas mejora la eficiencia y la reproducibilidad de la pila de combustible microbiana, superando la variabilidad asociada a las biopelículas formadas de forma natural», añade Uria. Mientras tanto, el trabajo de caracterización del sustrato proporcionó información sobre los factores que afectan al rendimiento de las biobaterías. «El análisis de las comunidades microbianas y la composición fisicoquímica de diferentes sustratos ayudó a identificar los parámetros que influyen en el rendimiento y facilitó la selección de sustratos para las pilas de combustible microbianas», señala Uria. Para superar la baja y variable producción de energía de las pilas de combustible microbianas, los componentes del sistema se optimizaron individualmente, utilizando diseños de ultrabajo consumo, antes de optimizar la arquitectura general del sistema. «Este método reveló la contribución de cada elemento a la mejora de la potencia y la diferencia que supone la integración del sistema completo para lograr operaciones fiables», añade Uria. La integración de los componentes dio como resultado BIOOCELL, un prototipo funcional para aplicaciones de agricultura de precisión, que fue sometido a validación tanto en laboratorio como sobre el terreno. Los ensayos realizados en Agròpolis generaron datos sobre el comportamiento del sistema en un escenario agrícola realista, esenciales para comprender la influencia de variables externas como la temperatura y la humedad. «Superando los desafíos inherentes al trabajo en la vanguardia de la microbiología y la ingeniería, demostramos con éxito la capacidad del sistema para generar y gestionar energía directamente del suelo, lo que permite su uso en aplicaciones de baja potencia como el control del riego», comenta Uria.
Despliegue de tecnologías digitales en zonas rurales y remotas
La batería biológica de SOIL2POWER apoya la transición hacia un uso más eficiente del agua y prácticas agrícolas más inteligentes, fundamentales para las estrategias de la Unión Europea relacionadas con la adaptación climática(se abrirá en una nueva ventana), la gestión sostenible de la tierra y sistemas alimentarios(se abrirá en una nueva ventana), así como la economía circular. Si bien la aplicación más inmediata de BIOOCELL probablemente sea alimentar válvulas de riego para la agricultura de precisión, también resultará de interés para otros dispositivos de bajo consumo energético, como los sistemas de monitoreo ambiental. «Poner a disposición de las pequeñas y medianas explotaciones agrícolas dispositivos fiables de generación de energía “in situ” aumenta su acceso a las innovaciones agrícolas, lo que permite una producción de alimentos más resiliente con un menor impacto ambiental», afirma Uria. Centrado en la implementación en el mundo real, el equipo está desarrollando actualmente planes de comercialización que incluyen la entrada directa al mercado y alianzas estratégicas para ampliar la producción y la distribución.
