¿Qué es una celda de biocombustible?

Una celda de biocombustible es un dispositivo que utiliza materiales biológicos para generar electricidad de manera directa a través de reacciones redox. Esto contrasta con el uso convencional de biocombustibles para generar electricidad a partir del calor proporcionado por la combustión del material. El principio detrás de la tecnología de células de biocombustibles es imitar varios procesos naturales que se utilizan para producir energía dentro de los organismos vivos. En algunos casos, las bacterias pueden desempeñar un papel en estas celdas de combustible. A partir de 2011, las células de biocombustibles muestran potencial como una fuente de energía alternativa y en varias aplicaciones médicas y de bioingeniería.

Los organismos vivos obtienen energía de la oxidación de carbohidratos, que se generan por fotosíntesis en plantas e ingeridos como alimentos por animales. Las enzimas facilitan las reacciones, en las que los carbohidratos se convierten en dióxido de carbono y agua mediante la eliminación de electrones, que luego se almacenan en moléculas de adenosina trifosfato (ATP). En una célula de biocombustible, los electrones producidos por la oxidación de la M orgánicaLas oléculas, generalmente carbohidratos, como en los organismos vivos, se utilizan para generar una corriente eléctrica. La idea de utilizar estos procesos biológicos para generar electricidad ha existido desde la década de 1960, pero los primeros intentos de construir una célula de biocombustible práctica y que funcione encontró dificultades.

Una célula de biocombustible típicamente consistirá en un contenedor dividido en dos secciones por una barrera permeable. En una sección, la oxidación de un carbohidrato, por ejemplo, glucosa, proporciona electrones. En la otra sección, tiene lugar una reacción de reducción, que usa estos electrones. Al conectar los dos electrodos, se puede hacer una corriente desde el electrodo en la sección de oxidación, el ánodo, al electrodo en la sección de reducción, el cátodo.

Uno de los mayores problemas prácticos obstaculizar el desarrollo de las células de biocombustibles ha sido encontrar una eficienciaEnt Way de liberar los electrones del carbohidrato al ánodo. Los electrones se almacenan inicialmente en la enzima oxidante y, en el proceso natural, se transferirían químicamente a las moléculas ATP. Existen dos métodos posibles para extraer electrones de la enzima en el ánodo en una célula de biocombustible.

En el método de transferencia de electrones directo (Det), la enzima debe unirse al ánodo. Esto se puede hacer químicamente o por otros métodos, como la construcción del ánodo a partir de una malla de nanotubos de carbono en los que se adsorbe la enzima. Estos métodos dan como resultado una actividad reducida en la enzima y la consiguiente pérdida de eficiencia, pero esto es, al momento de escribir, se puede desarrollar un área de investigación continua y técnicas mejoradas.

El otro método de transferencia de electrones se conoce como transferencia de electrones mediada (MET). Esto no requiere que la enzima esté en contacto con el ánodo; En cambio, los electrones se pasan a otra molécula con una plegable p más baja POtential, que luego entrega los electrones al ánodo. Este compuesto, conocido como mediador, también debe tener un mayor potencial redox que el ánodo. Este paso adicional implica una pérdida de energía y, por lo tanto, la celda de combustible es en la práctica menos eficiente de lo que podría ser en teoría.

Las células de biocombustibles son un área de investigación activa y se están investigando varias posibles soluciones a estos problemas. Entre las posibilidades se encuentra el uso de bacterias en celdas de combustible microbianas. Las bacterias reductoras de hierro que viven en condiciones anaeróbicas muestran una promesa particular, ya que naturalmente reducen el hierro en su estado de oxidación de +3 a su estado de oxidación +2. El hierro puede renunciar a un electrón en el ánodo, regresando a su estado +3 y actuando como una molécula mediador natural transfiriendo electrones de la bacteria al ánodo.

Las principales ventajas de las células de biocombustibles son que no son contaminantes, no requieren catalizadores caros y usan materias primas comunes, económicas y fácilmente renovables. El DI principalLas sadvantages de las células de biocombustibles son su ineficiencia y baja potencia de salida. A partir de 2011, sin embargo, existen esperanzas de que estos problemas puedan superarse, abriendo una nueva gama de posibilidades. Estos incluyen no solo energía barata, limpia y renovable, sino también la posibilidad de células de biocombustibles implantadas, que se ejecutan en sustancias producidas por el cuerpo, que se utiliza para alimentar dispositivos médicos como los marcapasos.

.