Una pila de combustible microbiana es un dispositivo que utiliza microorganismos para convertir la energía química contenida en un combustible en energía eléctrica. En una pila de combustible microbiana, los microorganismos presentes en el agua residual funcionan como catalizadores que oxidan la materia orgánica transfiriendo los electrones que resultan de su metabolismo directamente a un electrodo (ánodo). Del ánodo, los electrones pasan por un circuito eléctrico externo hacia el cátodo, donde son transferidos hacia un aceptor de electrones de alto potencial, como puede ser el oxígeno. Una vez reducido el oxígeno, éste se combina con protones procedentes del compartimiento anódico a través de la membrana semipermeable, formando agua.

La viabilidad técnica de este concepto ha sido demostrada en trabajos recientes de manera que se han creado grandes expectativas en la comunidad científica de poder producir una energía ¿verde¿ mediante la explotación de la biomasa contenida en las aguas residuales domésticas e industriales. Al utilizarse la materia orgánica contenida en las aguas residuales como combustible, paralelamente a la producción de energía se consigue la depuración de las aguas contaminadas.

La implementación práctica de esta tecnología se ha visto limitada por los bajos niveles de potencia y eficiencia generados y el coste de los materiales de construcción. En este proyecto se propone el empleo de nanopartículas (NPs) y líquidos iónicos (ILs) como materiales de partida para el desarrollo de nuevos materiales (ánodos, cátodos y membranas) más eficientes y de menor coste. Las propiedades únicas de las NP y de los ILs podrían contribuir a la mejora de la eficiencia de las MFCs. De hecho, se ha comprobado que las propiedades químicas, electroquimicas y mecánicas de la materia se ven potenciadas cuando se emplea ésta a escala nanométrica.

Por otra parte, los líquidos iónicos, que han sido reconocidos como disolventes respetuosos con el medio ambiente, poseen alta conductividad eléctrica y alta estabilidad química y térmica.

Pila de combustible microbiana y fijación de dióxido de carbono

Al mismo tiempo que depuramos un agua residual y producimos energía eléctrica, las pilas de combustible microbianas podrían emplearse de manera simultánea para la fijación de dióxido de carbono. Para ello, el dióxido de carbono, producido en el compartimiento anódico o el procedente de otro proceso de combustión, se conduciría al compartimento catódico donde es utilizado para el crecimiento de la biomasa que este caso son las microalgas.

Las microalgas son microorganismos fotosintéticos altamente eficientes en la fijación de dióxido de carbono y utilización de la energía solar para producir biomasa, produciendo también oxígeno como consecuencia del proceso de fotosíntesis. El oxígeno generado espontáneamente por las microalgas en el compartimento catódico de la pila de combustible microbiana eliminaría la necesidad de aporte externo de oxígio necesario en las pilas de combustible microbianas convencionales, aumentando así la eficiencia de la pila. Además, la biomasa producida como consecuencia del crecimiento celular se iría extrayendo del compartimento catódico y se podría utilizar como materia prima para obtener biodiesel de tercera generación.