Un equipo de ingenieros y químicos dirigido por UCLA ha dado un gran paso adelante en el desarrollo de celdas de combustible microbianas, una tecnología que utiliza bacterias naturales para extraer electrones de la materia orgánica en las aguas residuales para generar corrientes eléctricas. Un estudio que detalla el avancefue publicado recientemente en Science.
"Los sistemas vivos de recuperación de energía que utilizan bacterias que se encuentran en las aguas residuales ofrecen un doble impacto para los esfuerzos de sostenibilidad ambiental", dijo el coautor correspondiente Yu Huang, profesor y presidente del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Escuela de UCLA SamueliIngeniería. "Las poblaciones naturales de bacterias pueden ayudar a descontaminar el agua subterránea mediante la descomposición de compuestos químicos dañinos. Ahora, nuestra investigación también muestra una forma práctica de aprovechar la energía renovable de este proceso".
El equipo se centró en el género de bacterias Shewanella , que han sido ampliamente estudiados por sus capacidades de generación de energía. Pueden crecer y prosperar en todo tipo de entornos, incluidos el suelo, las aguas residuales y el agua de mar, independientemente de los niveles de oxígeno.
Shewanella las especies descomponen naturalmente los desechos orgánicos en moléculas más pequeñas, siendo los electrones un subproducto del proceso metabólico. Cuando las bacterias crecen como películas en los electrodos, algunos de los electrones pueden ser capturados, formando una celda de combustible microbiana que produce electricidad.
Sin embargo, las celdas de combustible microbianas alimentadas por Shewanella oneidensis anteriormente no capturaron suficientes corrientes de las bacterias para hacer que la tecnología sea práctica para uso industrial. Pocos electrones podrían moverse lo suficientemente rápido para escapar de las membranas de las bacterias y entrar en los electrodos para proporcionar suficientes corrientes eléctricas y energía.
Para abordar este problema, los investigadores agregaron nanopartículas de plata a electrodos que están compuestos de un tipo de óxido de grafeno. Las nanopartículas liberan iones de plata, que las bacterias reducen a nanopartículas de plata utilizando electrones generados a partir de su proceso metabólico y luego incorporados a sus células.Una vez dentro de las bacterias, las partículas de plata actúan como cables de transmisión microscópicos, capturando más electrones producidos por las bacterias.
"Agregar las nanopartículas de plata a las bacterias es como crear un carril expreso dedicado para los electrones, lo que nos permitió extraer más electrones y a velocidades más rápidas", dijo Xiangfeng Duan, otro autor correspondiente del estudio y profesor de química y bioquímica enUCLA.
Con una eficiencia de transporte de electrones muy mejorada, la infusión de plata resultante Shewanella la película emite más del 80% de los electrones metabólicos al circuito externo, generando una potencia de 0,66 milivatios por centímetro cuadrado, más del doble de lo mejor anterior para las pilas de combustible de base microbiana.
Con el aumento actual y la eficiencia mejorada, el estudio, que fue apoyado por la Oficina de Investigación Naval, mostró que las celdas de combustible alimentadas por plata- Shewanella las bacterias híbridas pueden allanar el camino para una producción de energía suficiente en entornos prácticos.
Bocheng Cao, un estudiante de doctorado de UCLA asesorado por Huang y Duan, es el primer autor del artículo. Otros autores principales de UCLA son Gerard Wong, profesor de bioingeniería; Paul Weiss, presidente presidencial de UC y profesor distinguido de química ybioquímica, bioingeniería y ciencia e ingeniería de materiales; y Chong Liu, profesor asistente de química y bioquímica. Kenneth Nealson, profesor emérito de ciencias de la tierra en la USC, también es autor principal.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Los Ángeles . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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