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Dispositivos Biofotovoltáicos, un nuevo modo de cultivar energía.

De la fusión de la ingeniería y la biología surge un nuevo instrumento: las células solares biológicas, también conocidas como dispositivos Biofotovoltáicos (BFV). Por otra parte, hasta ahora un único representante de la energía solar ha dominado el mercado: las placas solares de silicio.

Ante la inminente merma de combustibles fósiles el sector energético se ha apurado en desarrollar fuentes de energías renovables. Las tendencias apuntan al uso de biomasa como posible substituto del gas, carbón y petróleo. Aunque las más utilizadas a día de hoy son la energía eólica y la solar.

Los BFV utilizan organismos fotosintéticos, como microalgas, con el objetivo de transformar la energía solar en electricidad. En organismos fototróficos, la luz excita dos electrones de la clorofila, éstos son transportados por la cadena trasportadora de electrones hasta el NADP+, que junto a un protón (H+) forman NADPH. Ocasionalmente la célula libera al medio extracelular el protón y electrón transportados por el NADP+.

Es aquí donde entra en juego la ingeniería para aprovechar la energía desechada por las células.

Flujo de electrones en un dispositivo biofotovoltaico. Fuente wikipedia commons.

Los electrones son atraídos por un electrodo que está en contacto con el cultivo de microalgas o muy cercano si las microalgas se encuentran en suspensión. Debido al gradiente que se genera entre la cámara del ánodo y el cátodo los electrones viajan al cátodo.

Este gradiente se forma ya que las células, localizadas en el compartimento del ánodo, liberan protones. Ambas cámaras están separadas por una membrana permeable para protones que permite su difusión hacia el cátodo, donde en presencia de oxígeno se forma agua. Finalmente la electricidad se almacena en una batería.

Y con esto se cierra el circuito. Solo falta que plantearse una pregunta:

 

¿Pueden las BFV plantar cara a la trinidad no renovable?

En principio no, ni siquiera son comparables con su versión androide (los paneles de silicio). Mientras que las placas de silicio producen en condiciones estandard 90W m-2, el mejor dispositivo biofotovoltáico no supera los 0,5W m-2. Pero eso no desalienta a los investigadores.

Bien es sabido que a cada descubrimiento en el ámbito de la biología le acompaña su aplicación en herramientas de uso cotidiano. Un ejemplo de ello es el uso de transgénicos para producir las enzimas digestivas presentes en detergentes enzimáticos. Los BFV no iban a ser la excepción.

El departamento de química de la universidad de Cambridge,  compuesto principalmente por los investigadores Kadi L. Saar, Paolo Bombelli, David J. Lea-Smith, Toby Call, Eva-Mari Aro y Thomas Müller, ha conseguido quintuplicar la eficiencia de estos instrumentos mediante el uso de transgénicos.

Lo han logrado reemplazando el cultivo utilizado en versiones anteriores de BFV por la microalga Synechocystis transgénica. El equipo modificó genéticamente esta especie para que las células sean incapaces de reservar los productos de la fotosíntesis y que por lo tanto se vean obligadas a liberar al exterior los electrones y protones. Para transferir los electrones al ánodo se aplica al medio  K3[Fe(CN)6], un portador de electrones que se ha observado que Synechocystis tolera.

Este diseño es una mejora del prototipo planteado en el 2011 por Alex Driver y Paolo Bombelli. Ambos autores sueñan con montar en el mar algún día grandes estaciones circulares de microalgas, como si se tratasen de nenúfares, capaces de producir 5-6W m-2 según los propios autores. Su objetivo es explotar tanto el mar como la luz solar, recursos casi ilimitados.

No son los únicos que se han atrevido con las biofotovoltáicas. Estudiantes del Instituto de Arquitectura Avanzada de Cataluña (IAAC) diseñaron e instalaron en 2014 una pared biofotovoltáica en el campus de Valldaura.

Lejos de preocuparse por la baja cantidad de energía producida optaron por incorporarlo como un elemento decorativo y aprovechar la generación de energía para alimentar pequeños electrodomésticos.

 

Image credits: Irish_design / shutterstock.com

Referencias: 

Saar, K. L., Bombelli, P., Lea-Smith, D. J., Call, T., Aro, E. M., Müller, T., … Knowles, T. P. J. (2018). Enhancing power density of biophotovoltaics by decoupling storage and power delivery. Nature Energy, 3(1), 75–81. https://doi.org/10.1038/s41560-017-0073-0

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