Diversidad microbiana en ánodos de celdas de combustibles microbianas de sedimento

Abstract

La reciente búsqueda de fuentes de energía renovables ha motivado la investigación en nuevas tecnologías para la producción de energía eléctrica, siendo un ejemplo de ello las celdas de combustible microbianas (MFC). En estos dispositivos se produce energía eléctrica por acción del metabolismo microbiano. Estas celdas constan de una cámara anódica anaerobia, la cual contiene al ánodo, materia orgánica y microorganismos y cámara catódica aerobia, en la cual se encuentra el cátodo. El ánodo y el cátodo se encuentran conectados por una resistencia. Los electrones generados por el metabolismo microbiano son transferidos al ánodo y viajan a través de un circuito al cátodo, donde ocurre la reducción de oxígeno a agua. Este movimiento de electrones a través del circuito genera una corriente eléctrica. Resulta esencial para la producción de corriente eléctrica que la comunidad microbiana desarrollada en el ánodo se encuentre enriquecida en bacterias capaces de utilizar al ánodo como aceptor final en su cadena de transporte de electrones. Este trabajo se enfoca en un tipo novedoso de MFC, denominado celda de combustible microbiana de sedimento (SMFC), en el cual la energía eléctrica se produce a partir de la actividad metabólica de los microorganismos presentes en suelos o sedimentos. La energía en las SMFC se produce gracias a la capacidad de algunas bacterias (bacterias electroactivas) de transferir los electrones producidos a partir de la oxidación de los compuestos orgánicos del suelo a un ánodo. Hasta la fecha, pese a que los suelos o sedimentos son reservorios de biodiversidad muy importantes, pocos trabajos han estudiado las comunidades microbianas anódicas de este tipo de MFC y el aislamiento de microorganismos electroactivos a partir de estas MFC es casi nulo. En el presente trabajo se construyeron SMFC con dos suelos de arroz y un sedimento de laguna de nuestro país. Se estudió la comunidad microbiana presente en los ánodos por técnicas independientes de cultivo y se aislaron bacterias electroactivas de los ánodos. Se logró producir energía eléctrica a partir de los dos suelos de arroz y el sedimento de laguna, sin embargo, se observó una mejor performance para las SMFCs construidas con sedimento de laguna. La producción energética observada, se asoció a un cambio en la comunidad microbiana anódica, en la cual se detectó un enriquecimiento en microorganismos pertenecientes a la clase Deltaproteobacteria. Se lograron aislar 11 5 cepas electroactivas a partir del biofilm anódico. La producción de corriente de las cepas aisladas ensayada por cronoamperometría fue variable, observándose una mejor performance para las cepas DE5 (Shewanella sp.), DE3 (Pseudomonas sp.) y DE2 (Lysinibacillus sp.). El análisis por voltamperometría cíclica de estas cepas reflejó la presencia de un pico redox asociado a la transferencia electrones al ánodo. En base a los resultados obtenidos se propone profundizar el estudio de los mecanismos de transferencia electrónica al ánodo que presentan estas cepas, con el fin de lograr un mejor rendimiento energético.