Científicos demuestran la viabilidad de las células bio-fotovoltaicas para generar electricidad

Estos tipos de sistemas bioelectroquímicos son claramente más ventajosos que las células de combustible microbianas convencionales, que requieren la utilización de carbono orgánico para el crecimiento microbiano.

Científicos del Imperial College London y la Universidad de Cambridge, en un artículo publicado en la revista Nature, han demostrado la viabilidad de las células microbianas bio-fotovoltaicas (BFV) usando una impresora comercial de chorro de tinta para hacer una célula BFV de papel de capa delgada, con una capa de células cianobacterianas encima de una superficie de conducción de nanotubos de carbono.

Los investigadores muestran en su experimento la capacidad de las cianobacterias para generar corriente eléctrica sostenida tanto en la oscuridad con una “bio-batería solar” como en respuesta a la luz como un “panel bio-solar”, que puede tener aplicaciones en dispositivos de baja intensidad que han sido comprobados con éxito en pequeños LED y despertadores.

Con el enfoque principal tradicionalmente en uso de bacterias heterotróficas para convertir sustratos de carbono orgánico en una producción eléctrica en los llamados combustibles microbianos, más recientemente, las cianobacterias fotoautótrofas y las algas unicelulares han producido con éxito un tipo mínimo de célula de combustible microbiana llamada célula BFV, que puede funcionar con éxito en ausencia de una materia prima adicional de carbono. Lo que ocurre, en cambio, es que los electrones se liberan a la luz durante el proceso de fotosíntesis oxigénica y en la oscuridad durante la oxidación de carbohidratos u otros compuestos que contienen carbono, que son sintetizados a partir de dióxidos de carbono.

Los dispositivos BFV son capaces de reparar el daño inducido por la luz en el aparato de fotosíntesis, en contraste con los sistemas fotovoltaicos semi artificiales que contienen centros de reacción de fotosíntesis aislados, y por lo tanto los dispositivos bio-FV son una opción más duradera. Esto sugeriría además que la tecnología BFV puede desempeñar un papel de suministro de energía respetuoso con el medio ambiente para su uso en aplicaciones de baja potencia.

El grupo de investigadores ha presentado tres innovaciones que creen que pueden conducir a la miniaturización de las células BFV, de las cuales puede derivarse la producción y la aplicación a gran escala.

En primer lugar, demostraron la viabilidad de utilizar una impresora de inyección de tinta comercial barata para imprimir una “bio-tinta” de células de cianobacterias en papel en condiciones que permitan que las células permanezcan completamente viables y retengan su capacidad fotosintética después de la impresión.

En segundo lugar, mostraron que la impresión por inyección de tinta se puede usar para ensamblar las partes no biológicas y biológicas de un “bioelectrodo”, y que este bioelectrodo impreso produce una corriente eléctrica a niveles similares al bioelectrodo tradicional utilizado en dispositivos BPV y es capaz de alimentar un pequeño reloj digital o luz LED de baja potencia.

Por último, los científicos utilizaron la impresión por chorro de tinta para fabricar una celda BPV de “película delgada semiseca” en la que se utilizó un gel absorbente de agua para reemplazar el depósito de líquido. Mostraron que este tipo de dispositivo BFV es capaz de producir corriente sostenida durante más de 100 horas.

 

Artículo de Frederic Brown