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La siguiente generación de pilas de combustible microbiano

Las pilas de combustible microbiano son una tecnología prometedora para generar electricidad a partir de materiales residuales orgánicos. Investigadores europeos se propusieron mejorar las pilas de combustible microbiano a través de tecnologías innovadoras.
La siguiente generación de pilas de combustible microbiano
Cuando las bacterias están en un entorno anaeróbico producen electrones que pueden utilizarse para generar electricidad. Las pilas de combustible microbiano aprovechan la respiración anaeróbica de las bacterias para generar electricidad, que es directamente proporcional al ritmo de crecimiento y a la tasa del metabolismo de los microbios.

La optimización de comunidades bacterianas con diferentes materias primas para que la transferencia electrónica sea más eficaz mejorará, en última instancia, las pilas de combustible microbiano. Para lograrlo, los científicos del proyecto EVOBLISS, financiado con fondos europeos, desarrollaron una plataforma robótica capaz de optimizar un sistema basado en líquido usando evolución artificial. «Nuestro objetivo final era aplicar la ciencia básica a fin de poder entender la evolución bacteriana para procesar y usar aguas residuales para generar energía», explica el profesor Kasper Stoy, coordinador científico del proyecto.

EVOBLISS fue un proyecto interdisciplinario que combinó química, imágenes, microbiología y bioenergía vanguardistas. Esto fue necesario para mejorar los conocimientos de las tecnologías vivas y la forma en que se diseñaban y se aprovechaban los revolucionarios sistemas biohíbridos.

Pilas de combustible microbiano controladas y evolucionadas con robots

En un primer paso, los investigadores automatizaron los experimentos desarrollando una plataforma robótica (EvoBot) que usa inteligencia artificial en forma de evolución artificial. La idea era usar la evolución facilitada por el robot para diseñar ecosistemas funcionales combinando organismos vivos con química de la vida artificial para poder aumentar la producción de energía en las pilas de combustible microbiano.

La plataforma robótica se basó en una impresora 3D de código abierto modificada para poder procesar líquidos y capaz de realizar un seguimiento de los resultados de los experimentos al instante. EvoBot podía manejarse a través de un controlador autónomo o de manera remota a través de una página web.

EvoBot ejecutó optimizaciones complejas usando algoritmos evolutivos y tenía la capacidad de intervenir en los experimentos ajustando diferentes parámetros, como la inyección de nutrientes y la eliminación de productos metabólicos. Científicos de la Universidad del Oeste de Inglaterra (UWE), en Bristol, uno de los socios del consorcio, investigó diferentes condiciones ambientales a fin de lograr un crecimiento más rápido y la máxima transmisión de energía en las pilas de combustible microbiano. EvoBot optimizó satisfactoriamente la concentración de sustrato del medio en respuesta al perfil de potencia de la pila de combustible microbiano.

Con ayuda de la tomografía de coherencia óptica, una modalidad de imagen «in situ», los investigadores pudieron monitorizar el interior de las pilas de combustible microbiano en funcionamiento por primera vez. Esto ofreció una información sin precedentes sobre las propiedades mecánicas y la organización de biopelículas vivas, la forma dominante de vida microbiana en la Tierra y la comunidad microbiana preferida en el interior de las pilas de combustible microbiano durante la producción de energía.

En otra parte del proyecto, los investigadores de la UWE analizaron diferentes materiales para construir pilas de combustible microbiano. La arcilla seca constituía una alternativa prometedora y rentable a las actuales membranas, ampliando así las aplicaciones potenciales de las pilas de combustible microbiano.

Una producción de electricidad mejorada

EvoBot fue el primer robot en ejecutar, supervisar e interactuar con sistemas evolutivos, como los organismos vivos usados para tareas específicas. Los cultivos microbianos alimentados por EvoBot mostraron un mayor rendimiento y evolucionaron para generar la energía suficiente para accionar otro robot. Es importante destacar que, con EvoBot, los científicos observaron que al alimentar la pila de combustible microbiano de la UWE en el momento adecuado se aceleraba considerablemente la maduración de los cultivos productores de energía, de cuatro semanas a seis días.

La novedad de que un robot alimentase una pila de combustible microbiano fue aprovechada por los socios de EVOBLISS en la exitosa empresa incipiente Flow Robotics. Además, EVOBLISS ha desplegado satisfactoriamente pilas de combustible microbiano en países en desarrollo con una gran ayuda de la Fundación Gates. El profesor Stoy prevé «aplicar el conjunto de herramientas tecnológicas de EVOBLISS a otros problemas relevantes de la sociedad, no solo para la producción de energía».

Palabras clave

EVOBLISS, pila de combustible microbiano, EvoBot, robot, electricidad, tomografía de coherencia óptica, impresora 3D
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