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Las nuevas células de combustible de origen vacuno, se hacen más pequeñas, más potentes.



Las vacas podrían ayudar algún día a resolver el incremento de la demanda de las fuentes de energía alternativa. Investigadores de la Universidad del estado de Ohio han utilizado el líquido rico en microorganismos del sistema digestivo de una vaca para generar electricidad en una pequeña célula de combustible.

Esta nueva célula de combustible microbiana es un reajuste de un modelo más grande que los investigadores crearon hace algunos años. La nueva célula es un cuarto del tamaño del modelo original, con todo puede producir cerca de tres veces más energía, dijo Hamid Rismani-Yazdi, estudiante de doctorado en Ingeniería del Alimento, Agrícola y Biológico en la Universidad del estado de Ohio.

Los experimentos demostraron que dos de las nuevas células generaron suficiente electricidad para recargar una batería del tipo AA. Cuatro de las células de combustible de primera generación apenas recargaron una de estas baterías.

Rismani-Yazdi es el autor de un nuevo estudio de las células de combustible microbianas basadas en la celulosa. La fuente de la energía para estas células de combustible viene de la descomposición de la celulosa por una variedad de bacterias en los líquidos del rúmen, el líquido rico en vida microbiana que se encuentra en el aparato digestivo de la vaca, concretamente en el compartimiento más grande del estómago de una vaca. Para crear energía, los investigadores llenan un compartimiento de una célula de combustible microbiana de líquido de la celulosa y del rúmen.

“La energía se genera cuando las bacterias descomponen la celulosa, que es uno de los recursos más abundantes en nuestro planeta,” dijo Rismani-Yazdi. De hecho, la celulosa es abundante en la mayoría de las granjas, el recolectar deja generalmente una gran cantidad de residuos detrás suyo. Otras fuentes de celulosa serían el papel usado y los artículos hechos de madera.

Rismani-Yazdi y sus colegas continúan refinando sus células de combustible microbianas, y trabajando para averiguar como desarrollar grandes cantidades de los microorganismos del rúmen en el laboratorio, para el uso a gran escala en el futuro.

Los investigadores divulgaron los resultados el 21 de agosto en la reunión química americana de la sociedad en Boston. Rismani-Yazdi trabajó con su mentor Ana Christy, profesora asociada de ingeniería del alimento, agrícola y biológica en el estado de Ohio y con Olli Tuovinen, profesor de microbiología en la misma universidad.

El equipo recogió el líquido del rúmen de una vaca viva, extrayendo el líquido a través de una cánula, una aparato quirúrgicamente implantado que conduce directamente a su estómago. Llenaron un compartimiento de una célula de combustible con este líquido rico en microbios y celulosa.

La célula de combustible microbiana, que tiene dos compartimientos, tiene cerca de dos pulgadas de anchura y tres pulgadas de altura y longitud, (1 pulgada = 2,54 cm.). Una fina membrana hecha de material especial separa los dos compartimientos. Este material permite que los protones se muevan desde el compartimiento negativo (ánodo) al compartimiento positivo (cátodo).

Este movimiento de protones, junto con el movimiento de los electrones a través del alambre y de la resistencia que conectan los dos compartimientos, genera una corriente eléctrica.

Un pequeña pieza de grafito colocada dentro de cada compartimiento hacía las funciones de electrodos de la célula de combustible (un electrodo traza y emite la carga eléctrica), los investigadores llenaron el compartimiento del ánodo de celulosa y de los microbios del líquido del rúmen. Se emiten electrones mientras los microorganismos descomponen la celulosa.

Los investigadores llenaron entonces el otro compartimiento, el cátodo, de ferrocianuro potásico, un producto químico que actúa como agente oxidante y facilita el circuito eléctrico aceptando los electrones del electrodo del cátodo. Una vez que el circuito está cerrado, los electrones fluyen del ánodo al cátodo, generando la electricidad.

Las células de combustible microbial con menor cantidad de resistencia produjeron la mayoría de energía, suficiente para hacer funcionar una pequeña bombilla del árbol de Navidad, dijo Christy. Esa es cerca de tres veces más energía que las que fueron capaces de producir las células de combustible de primera generación.

“La cantidad de electricidad que podemos extraer de una de estas células se relaciona en última instancia, con la resistencia del objeto que deseamos accionar,” dijo Rismani-Yazdi.

También dijo que agrega normalmente celulosa a las células de combustible cada dos días, aunque esa cantidad puede variar dependiendo de cómo rápidamente se agota la energía de la célula.

“La producción de energía de estas células de combustible es indefinida, mientras continuemos alimentando las bacterias con celulosa,” dijo Christy. “Hicimos funcionar estas células durante tres meses.”

Aunque la tecnología todavía está en sus comienzos, anima a los investigadores después de los logros de los dos últimos años, y continúan sus esfuerzos para aumentar la cantidad de energía que estas células microbianas de combustible pueden producir.

Este trabajo se realizó con la colaboración del centro de investigación y desarrollo agrícola de Ohio, así como con el de la Universidad de las Ciencias del Alimento, Agrícolas y Ambientales del estado de Ohio.


Para saber un poco más:

Retículo y rúmen

El retículo y rúmen son los primeros estómagos de los rumiantes. El contenido del retículo es mezclado con los del rúmen casi continuamente (una vez por minuto). Ambos estómagos comparten una población densa de microorganismos (bacterias, protozoos y hongos) y frecuentemente son llamados el "retículo-rúmen." El rúmen es un vaso de fermentación grande que puede contener hasta 100-120 Kg. de materia en digestión. Las partículas de fibra se quedan en el rúmen de 20 a 48 horas porque la fermentación bacteriana es un proceso lento.

El retículo es una intersección de caminos donde partículas que entran o salgan del rúmen están separadas. Solo las partículas que tienen un tamaño pequeño (<1-2 mm) o son densos (>1.2 g/ml) pueden proceder al tercer estomago.

Las bacterias del rúmen

El rúmen provee de un ambiente apropiado, con un suministro generoso de alimentos, para el crecimiento y reproducción de los microbios. La ausencia de aire (oxigeno) en el rúmen favorece el crecimiento de especies especiales de bacterias, entre ellos las que pueden digerir las paredes de las células de plantas (celulosa) para producir azucares sencillos (glucosa). Los microbios fermentan glucosa para obtener la energía para crecer y producen ácidos grasos volátiles (AGV) como producto final de la fermentación. Los AGV atraviesan las paredes del rúmen y sirven como fuente de energía para la vaca.

Mientras crecen los microbios del rúmen, producen aminoácidos, las piedras fundamentales para las proteínas. Las bacterias pueden utilizar amoniaco o urea como fuentes de nitrógeno para producir aminoácidos. Sin la conversión bacteriana, el amoníaco y la urea son inútiles para la vaca. Sin embargo, las proteínas bacterianas producidas en el rúmen son digeridas en el intestino delgado y constituyen la fuente principal de aminoácidos para la vaca.



Este artículo se ha adaptado del material publicado por la Universidad del Estado de Ohio.