Imagine un escenario en el que pequeñas cantidades de agua contaminada puedan alimentar una batería, eliminando la necesidad de utilizar materiales tóxicos como el cadmio o el litio. Este innovador concepto ha sido desarrollado por investigadores de la Universidad de Binghamton en Nueva York, quienes han identificado las bacterias como la clave para una energía más sostenible. Los desarrolladores de esta tecnología de biobaterías han estado trabajando en este campo durante años y han creado una versión más eficiente hasta la fecha.
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Una biobatería es un dispositivo que almacena energía y la libera a través de procesos metabólicos realizados por bacterias o enzimas, que descomponen una materia prima como la glucosa y liberan protones y electrones. Estos microorganismos electrógenos son esenciales para la función de las biobaterías, que están compuestas principalmente de elementos orgánicos y son biodegradables. Esto podría ofrecer una solución para crear dispositivos asequibles y de un solo uso.
En la actualidad, las biobaterías son capaces de generar una corriente eléctrica baja, suficiente para alimentar una luz LED o un sensor de bajo consumo. Sin embargo, se espera que en el futuro puedan alimentar wearables o dispositivos IoT. Los principales tipos de biobaterías son las baterías enzimáticas y las baterías microbianas, siendo estas últimas las que utilizan bacterias como la E. coli para generar energía.
Uno de los principales desafíos de esta tecnología es su autonomía, ya que solo funcionaban durante unas pocas horas en el laboratorio. Para mejorar la eficiencia y la autonomía de su biobatería, los científicos han adoptado un enfoque novedoso. Su dispositivo, descrito como «plug & play», combina tres tipos de bacterias para ofrecer semanas de autonomía. Las bacterias se mantienen en tres compartimentos verticales, con la primera capa fotosintética generando nutrientes para la segunda capa inferior, que produce elementos químicos que facilitan la transferencia de electrones. Finalmente, la tercera capa de bacterias genera la corriente eléctrica.
Las nuevas biobaterías se han diseñado como módulos cuadrados de 3 centímetros de ancho que pueden ensamblarse para multiplicar la energía generada. Los desarrolladores creen que este tipo de dispositivo será necesario en un futuro próximo, con la proliferación de dispositivos y sensores del IoT, muchos de los cuales estarán ubicados en zonas remotas.
La tecnología de biobaterías se ha desarrollado sobre la base de avances progresivos previos. Los investigadores han creado modelos anteriores, incluyendo uno que utiliza dos tipos de bacterias. Sin embargo, su prototipo más sorprendente es probablemente la biobatería de origami hecha de papel, que presentaron por primera vez en 2015. Este modelo se basa en una estructura de origami plegable que combina papel, un cátodo recubierto de níquel, un ánodo recubierto de carbono y bacterias.
La estructura de origami plegable multiplica las superficies del papel, aumentando la capacidad de generar electricidad. La energía resultante es limitada, pero suficiente para alimentar un biosensor. En una situación de emergencia, un equipo podría utilizar estas baterías para alimentar equipos de diagnóstico desechables que verifican la pureza del agua, entre otras cosas, a un costo asequible. El costo de producción estimado de este modelo original fue de cinco centavos por unidad.
