Investigadores extraen corriente eléctrica de algas marinas

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Corriente eléctrica de gráfico de algas

Una simulación del proceso para recolectar corriente eléctrica de las algas: las algas liberan moléculas que transportan electrones a un electrodo de acero inoxidable (el ánodo). Los electrones se transfieren al segundo electrodo (un cátodo de platino) que puede reducir los protones que se encuentran en la solución de electrolito de agua de mar a gas hidrógeno. La corriente se puede utilizar directamente o, si se produce hidrógeno, el gas se puede utilizar como combustible limpio en el futuro.

Rinvestigadores de la Instituto israelí de tecnología (Technion) han desarrollado un nuevo método que recolecta una corriente eléctrica directamente de las algas de una manera eficiente y respetuosa con el medio ambiente. La idea, que se le ocurrió al estudiante de doctorado Yaniv Shlosberg mientras nadaba en la playa, ha sido desarrollada por un consorcio de investigadores de tres facultades del Technion que son miembros del Programa de Energía Grand Technion (GTEP), junto con un investigador del Oceanográfico de Israel. e Instituto de Investigaciones Limnológicas (IOLR).

Las cuestiones problemáticas de los combustibles fósiles son la fuerza impulsora detrás de la investigación de métodos de fuentes de energía alternativas, limpias y renovables. Uno de ellos es el uso de organismos vivos como fuente de corrientes eléctricas en pilas de combustible microbianas (MFC). Ciertas bacterias pueden transferir electrones a celdas electroquímicas para producir corriente eléctrica. Las bacterias necesitan ser alimentadas constantemente y algunas de ellas son patógenas.

Una tecnología similar son las células bio-fotoelectroquímicas (BPEC). En cuanto al MFC, la fuente de electrones puede ser de bacterias fotosintéticas, especialmente cianobacterias. Las cianobacterias producen su propio alimento a partir del dióxido de carbono, el agua y la luz solar y, en la mayoría de los casos, son benignas.

Los grupos de investigación del Prof. Noam Adir, y el estudiante de doctorado Yaniv Shlosberg, desarrollaron previamente tecnologías que utilizaban cianobacterias para la obtención de corriente eléctrica y combustible de hidrógeno, tal y como se publicó en Comunicaciones y ciencia de la naturaleza.

Sin embargo, las cianobacterias tienen algunos inconvenientes. Producen menos corriente en la oscuridad, ya que no se realiza la fotosíntesis. Además, la cantidad de corriente obtenida es todavía menor que la obtenida a partir de tecnologías de células solares, por lo que, si bien es más benigno para el medio ambiente, el BPEC es menos atractivo comercialmente.

Cambio de Cyanobacteria a Ulva

En este estudio, los investigadores de Technion e IOLR decidieron intentar resolver este problema utilizando una nueva fuente fotosintética: las algas. Muchas especies diferentes de algas marinas crecen naturalmente en la costa mediterránea de Israel, especialmente ulva (también conocido como lechuga de mar) que se cultiva en grandes cantidades en IOLR con fines de investigación.

La investigación fue dirigida por el Prof. Noam Adir y Yaniv Shlosberg, de la Facultad de Química de Schulich y GTEP. Colaboraron con investigadores adicionales del Technion: Dr. Tunde Toth (Facultad de Química Schulich), Prof.Gadi Schuster, Dr. David Meiri, Nimrod Krupnik y Benjamin Eichenbaum (Facultad de Biología), Dr. Omer Yehezkeli y Matan Meirovich (Facultad de Biotecnología e Ingeniería de Alimentos) y el Dr. Alvaro Israel de IOLR en Haifa.

Los investigadores de Technion / IOLR construyeron un dispositivo prototipo que recoge la corriente directamente en el ulva cuba de crecimiento. Después de desarrollar nuevos métodos para conectar Ulva y BPEC, se obtuvieron corrientes mil veces mayores que las de las cianobacterias, corrientes que están al nivel de las obtenidas de las células solares estándar. El profesor Adir señala que este aumento de las corrientes se debe a la alta tasa de fotosíntesis de las algas y a la capacidad de utilizar las algas en su agua de mar natural como electrolito BPEC, la solución que promueve la transferencia de electrones en el BPEC.

Además, el alga proporciona corrientes en la oscuridad, alrededor del 50% de las que se obtienen en la luz. La fuente de la corriente oscura es la respiración, donde los azúcares producidos por el proceso fotosintético se utilizan como fuente interna de nutrientes. De forma similar a la cianobacteriana BPEC, no se necesitan productos químicos adicionales para obtener la corriente. Ulva produce moléculas mediadoras de transferencia de electrones que son secretadas por las células y transfieren los electrones al electrodo BPEC.

La nueva tecnología es carbono negativa. Las algas absorben carbono de la atmósfera durante el día mientras crecen y liberan oxígeno. Durante la recolección de las corrientes durante el día, no se libera carbono. Durante la noche, las algas liberan la cantidad normal de carbono de la respiración.

“Al presentar nuestro dispositivo prototipo, mostramos que se pueden recolectar corrientes significativas de las algas”, dijo el profesor Adir. "Creemos que la tecnología se puede mejorar aún más para generar futuras tecnologías de energía verde".

Los investigadores presentaron su nuevo método para recolectar una corriente eléctrica directamente de las algas en la revista. Biosensores y bioelectrónica. El artículo describe los resultados obtenidos de investigadores de la Facultad de Química de Schulich, la Facultad de Biología, la Facultad de Biotecnología e Ingeniería de Alimentos, GTEP e IOLR.

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