Electricidad de la lechuga de mar 02.01.2022

Investigadores del Technion, el Instituto de Tecnología de Israel, han desarrollado un nuevo método para generar corriente eléctrica directamente a partir de algas marinas de una manera eficiente y respetuosa con el medio ambiente.

La idea, que se le ocurrió por primera vez al estudiante de doctorado de Technion, Yaniv Schlosberg, mientras nadaba en la playa, fue llevada a cabo por un equipo de investigadores de tres facultades de Technion que son miembros del Programa de Grandes Energías de Technion (GTEP), junto con un investigador de la Instituto Israelí de Oceanografía y Limnología en Haifa (IOLR).

Como es sabido, la combustión de combustibles fósiles conduce a la emisión de gases de efecto invernadero y otros contaminantes que inciden en el cambio climático, y diversas formas de contaminación ambiental se presentan en todas las etapas de producción, transporte, procesamiento y consumo de estos combustibles. La crisis climática y los problemas ambientales están impulsando la investigación y búsqueda de fuentes de energía alternativas, limpias y renovables. Uno de ellos es el uso de organismos vivos (por ejemplo, bacterias) como fuente de corriente en celdas de combustible microbianas (MFC) y celdas biofotovoltaicas BPEC. Algunas bacterias tienen la capacidad de transferir electrones, pero necesitan ser alimentadas constantemente y algunas de ellas son patógenas.

Una fuente alternativa de electricidad podrían ser las bacterias fotosintéticas, especialmente las cianobacterias (también conocidas como algas verdeazuladas). Las propias cianobacterias obtienen su alimento del dióxido de carbono, el agua y la luz solar, y en la mayoría de los casos son inofensivas; algunas de ellas, como la "espirulina", generalmente se consideran "superalimentos" y se cultivan en grandes cantidades.

Los equipos de investigación de los profesores Noam Adir y Gadi Schuster ya han desarrollado métodos para utilizar cianobacterias para generar electricidad y combustible de hidrógeno. Sin embargo, las cianobacterias también tienen desventajas: producen menos corriente en la oscuridad, cuando no hay fotosíntesis, y la energía que reciben de ellas es menor que la de las células solares convencionales. Por lo tanto, la tecnología BPEC, aunque más respetuosa con el medio ambiente, es menos atractiva comercialmente.

En su nuevo trabajo, los investigadores de Technion e IOLR han tratado de resolver este problema utilizando una nueva fuente de fotosíntesis: las algas. El estudio fue dirigido por el Prof. Noam Adir y el estudiante de doctorado Yaniv Schlosberg del Departamento de Química Technion y GTEP. Colaboraron con otros investigadores de Technion: Dr. Tunde Toth (Departamento de Química), Prof. Gadi Shuster, Dr. David Merii, Nimrod Krupnik y Benjamin Eichenbaum (Departamento de Biología), Dr. Omer Yehezkeli y Matan Meyrovic (Departamento de Biotecnología y Food Engineering) y el Dr. Alvaro Israel de IOLR en Haifa. Muchos tipos de algas marinas crecen naturalmente en la costa mediterránea de Israel, especialmente la ulva (también conocida como lechuga de mar), que se cultiva en grandes cantidades en IOLR con fines de investigación.

Al desarrollar nuevas formas de conectar las algas y BPEC, los investigadores han obtenido una corriente que es 1000 veces más fuerte que la de las cianobacterias y está al nivel de las células solares estándar. El profesor Adir señala que esta fuerza actual se debe a la alta tasa de fotosíntesis de las algas y la capacidad de utilizar las algas en su agua de mar natural como electrolito en BPEC. Además, las algas crean corriente en la oscuridad, generando alrededor del 50% de la corriente en la luz; en la oscuridad, la fuente de energía es la respiración de las algas, en la que los azúcares obtenidos durante la fotosíntesis se utilizan para la nutrición. Al igual que con las cianobacterias, no se requieren productos químicos adicionales para producir la corriente. La "lechuga de mar" libera moléculas intermediarias para transportar electrones al electrodo BPEC, creando así una corriente eléctrica.

Las tecnologías de producción de energía basadas en combustibles fósiles se conocen como "carbono positivo". Esto significa que cuando se quema combustible, se libera carbono a la atmósfera. Las tecnologías de células solares se conocen como "neutrales en carbono" y cuando extraen energía del sol, en realidad no se libera carbono nuevo a la atmósfera. Sin embargo, la producción de células solares y su transporte al lugar de uso es muchas veces más carbono positivo. La nueva tecnología de bioelectricidad desarrollada en el Technion es realmente "carbono negativo": las algas marinas crecen absorbiendo el carbono atmosférico durante el día y liberando oxígeno, y solo por la noche liberan carbono cuando respiran. Al mismo tiempo, ya se están cultivando algas a gran escala para las industrias alimentaria, cosmética y farmacéutica.