(NC&T) Estos ánodos de fibra de carbono son, estructuralmente, cepillos, y pueden ser producidos por los fabricantes de éstos, en cualquier tamaño o forma deseada. Son conductores eléctricos muy baratos de confeccionar y suministran una gran área superficial para adherir la biopelícula bacteriana.

Las células de combustible microbianas funcionan a través de la acción de bacterias que pueden pasar electrones al ánodo de la célula. Los electrones fluyen desde el ánodo a través de un cable al cátodo, produciendo una corriente eléctrica. En el proceso, las bacterias consumen la materia orgánica de las aguas residuales y limpian el agua. El nuevo método utiliza las bacterias que existen de manera natural en las aguas residuales; no requiere de ninguna cepa bacteriana especial o condiciones medioambientales inusuales.

Los investigadores demostraron previamente que las células de combustible que empleaban un papel de fibra de carbono como ánodo y un papel de fibra de carbono con catalizador de platino como cátodo, podían producir electricidad y agua limpia a partir de las aguas residuales. Sin embargo, a escala comercial ese sistema no era práctico.

Utilizando los ánodos en forma de cepillo, que tienen entre 300 y 1.500 veces más área superficial que el ánodo de papel de fibra de carbono empleado con anterioridad, las células de combustible producen más del doble de la energía obtenida hace dos años.

Otros ánodos de carbono eran problemáticos porque los poros o espacios se llenaban con la biopelícula y perdían eficiencia, pero como el cepillo contiene fibras muy finas con abundante espacio para la circulación del agua a su alrededor, las bacterias muertas no lo obstruyen. Y por tanto, el ánodo ya no sufre limitaciones de tamaño o de crecimiento bacteriano.

(La célula de combustible, junto al cátodo y el ánodo especiales.) (Foto: Bruce Logan, Penn State) Mientras que el ánodo tipo cepillo puede sumergirse en las aguas residuales, el cátodo debe tener un lado expuesto al oxígeno del aire para funcionar. Los investigadores se decantaron por los tubos de membrana usados actualmente en operaciones de tratamiento de aguas residuales. Disponibles en el ámbito comercial, existen en diversos tamaños que van mayormente desde 180 a 240 centímetros de longitud. Estos tubos de membrana no son conductores de electricidad, pero los investigadores los pintaron con pintura de grafito conductor y agregaron un catalizador basado en el cobalto. En la prueba con los mejores resultados, los investigadores emplearon un ánodo en forma de cepillo de fibra de carbono y dos cátodos tubulares de aproximadamente 1,5 centímetros de diámetro dopados con un catalizador de cobalto en el interior. La célula de combustible produjo 18 vatios con unos mil litros de agua, y logró una eficiencia de carga de más del 70 por ciento. Con estos nuevos ánodos y cátodos, el diseño de un reactor de tratamiento de aguas residuales podría ser tan simple como un tanque grande con cepillos y cátodos tubulares insertados en él. También permite una amplia variedad de configuraciones de la célula de combustible. Un beneficio adicional de la célula de combustible microbiana es que, mientras genera electricidad, limpia las aguas residuales, algo que normalmente requiere del consumo de energía.