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Investigadores de Michigan Tech avanzan en celdas de combustible microbianas capaces de generar electricidad en el océano usando materia orgánica disuelta, con pruebas ya realizadas en las bahías de Chesapeake y Galveston para ampliar la autonomía de sensores subacuáticos usados en monitoreo ecológico y defensa naval.
Sensores subacuáticos podrán permanecer activos por más tiempo con celdas de combustible microbianas desarrolladas en Michigan Tech. El sistema genera electricidad a partir de la materia orgánica en el agua de mar e integra el programa BLUE de DARPA.
El proyecto busca energía subacuática con reabastecimiento automático para sensores oceánicos. Hoy, los sistemas dependen de baterías, que exigen operaciones caras de recuperación y sustitución.
Celdas de combustible usan bacterias
El equipo de Michigan Tech prueba celdas de combustible microbianas, también llamadas MFCs. Estas usan bacterias para convertir materia orgánica disuelta y biomasa marina microscópica en corriente eléctrica.
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La tecnología podrá ser aplicada en defensa naval, monitoreo ecológico y redes acústicas. Amy Marcarelli afirmó que crece el número de sensores marinos para observar condiciones ecológicas, migraciones y acústica ligada a la defensa naval.
Los investigadores concluyeron una implementación subacuática de 30 días en la Bahía de Chesapeake. En ese período, los prototipos continuaron produciendo electricidad incluso sumergidos.
Microorganismos transforman materia en corriente
Las celdas de combustible microbianas funcionan con bacterias que transfieren electrones naturalmente durante el metabolismo. En el sistema de Michigan Tech, estos electrones se desplazan entre ánodo y cátodo, creando corriente eléctrica.
Un desafío es la baja presencia de materia orgánica en el agua del océano. Esta concentración es menor que en ambientes donde las MFCs suelen ser usadas, como estaciones de tratamiento de aguas residuales.
Otro obstáculo está en los altos niveles de oxígeno marino. Este oxígeno interfiere en el proceso de generación de energía realizado por los microorganismos.
Para mejorar el rendimiento, los investigadores utilizaron carbón activado granulado en celdas de combustible tubulares. El material concentra materia orgánica y ofrece superficie para que los microbios formen biopelículas.
Con las biopelículas, los microorganismos continúan generando electricidad incluso en condiciones ricas en oxígeno. Marcarelli explicó que los microbios mueven electrones en sus procesos metabólicos, permitiendo transferirlos de un ánodo a un cátodo.
Prototipos obtienen módulos apilables
El equipo rediseñó el sistema para ampliar la eficiencia energética y simplificar la implementación. Las versiones más recientes usan unidades modulares y apilables, con bombas y placas individuales.
Los prototipos actualizados fueron evaluados en la Bahía de Galveston. Tres de las cuatro unidades probadas lograron generar energía durante las pruebas subacuáticas.
El sistema fue diseñado para funcionar totalmente sumergido. No depende de la energía de las olas de la superficie ni de mantenimiento humano durante la operación.
Esta configuración puede permitir que los sensores oceánicos permanezcan activos por más tiempo en ambientes remotos. La propuesta responde a la búsqueda de monitoreo subacuático duradero.
Nueva implementación evalúa operación prolongada
El equipo creó modelos predictivos con teledetección y datos ambientales. El objetivo es estimar dónde las celdas de combustible microbianas podrían generar energía suficiente en regiones costeras globales.
Michael Sayers afirmó que el trabajo combina teledetección, datos de campo, datos de laboratorio y experimentos reales de implementación de MFC. Esta integración orienta la evaluación del rendimiento.
Los investigadores preparan una implementación mayor en la Bahía de Chesapeake, con 10 celdas de combustible microbianas. El objetivo es estudiar el rendimiento prolongado y estimar si los sistemas podrán sustentar operaciones subacuáticas anuales.
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