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Uno de los principios de la Biotecnología es utilizar diversas herramientas tecnológicas para producir bienes y servicios a partir de plantas, animales, bacterias o parte de ellos. Desde las primeras etapas de desarrollo de la humanidad se han aprovechado los recursos naturales, y con la evolución de las actividades industriales se han aprovechados también los desechos y residuos.

La revolución industrial ha diversificado el tipo de materia residual aprovechable. De entre los diversos giros industriales que existen hoy en día, la industria alimentaria destaca por el alto contenido de materia orgánica en sus efluentes y desechos que puede ser aprovechado.

La tendencia actual de la Biotecnología y del tratamiento de aguas residuales es la valorización de desechos y la producción de energías alternativas. Estos dos enfoques convergen en los Sistemas Bioelectroquímicos Microbianos (SBEM), los cuales se enfocan en la producción de electricidad, biogás, e hidrógeno a partir de la materia orgánica en efluentes y lixiviados de residuos sólidos.

Los SBEM se caracterizan por conjuntar elementos de celdas electroquímicas: electrodos, membranas selectivas a iones, y en ocasiones fuentes de voltaje, con elementos de reactores que basan su funcionamiento en biopelículas (bacterias que crecen sobre soportes sólidos). Así pues, los electrodos sirven de soporte para el desarrollo de una biopelícula particular, la cual cuenta con la capacidad de ceder o recibir electrones, es decir, son biopelículas electroquímicamente activas.

Cuando un SBEM es alimentado con la materia orgánica de efluentes se logran dos objetivos: la remoción de contaminación del efluente y la producción de energía. En celdas de combustible microbianas (Microbial fuel cells) se genera electricidad, y cuando la cámara biológica es completamente anaerobia o carente de oxígeno, también es posible recuperar biogás que sirve como combustible.

En las celdas de electrólisis microbianas (Microbial electrolysis cells) se produce hidrógeno en una cámara que no contiene microorganismos, y biogás en la que sí los contiene. Este sistema opera en forma totalmente anaerobia. No obstante, a diferencia de las celdas de combustible, las celdas de electrólisis requieren un impulso de energía (del orden de 0.5 a 1.0 V), que es costeable dado el valor agregado y las ventajas del hidrógeno como fuente de energía limpia.

Diversos efluentes de la industria alimentaria han sido utilizados para la producción de electricidad en celdas de combustible microbianas (CCM). Efluentes de producción de almidón, de procesamiento de papas, de cereal, de productos lácteos y del proceso de empacado de carne han dado resultados satisfactorios.

Investigadores de CIDETEQ (Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C.) investigan para el desarrollo de diversos SBEM. Se cuenta ya con experiencia en la selección de fuentes de microorganismos electroactivos, el aprovechamiento de efluentes de la industria alimentaria, en el diseño de celdas y en el desarrollo de métodos bioelectroquímicos de análisis.

Los SBEM son una biotecnología electroquímica con varios retos interesantes que deben ser abordados de forma inter- y transdisciplinaria. Especialistas en Ingeniería de Bioprocesos, Electroquímica, Ambiental, y en Energía seguramente se verán involucrados en los próximos años.

La producción de bio-electro-hidrógeno es una de las líneas de investigación que se desea consolidar en CIDETEQ. De forma análoga a otros bioprocesos, se utiliza la materia orgánica presente en efluentes, sin embargo, en este caso se utilizan particularmente efluentes de procesos de producción de biohidrógeno, con el objeto de aumentar el rendimiento global de energía a partir de cierto tipo de biomasa. Esta investigación está siendo financiada por fondos SEP-CONACYT y SENER-CONACYT dado que es una línea emergente pero con alto impacto para los programas de transición energética. Se espera que en el 2016 inicien actividades dentro del Clúster Biogás del CEMIE Bio.

Texto por la Dra. Bibiana Cercado, CIDETEQ


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Bioelectroquímica microbiana para energía alternativa

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