Investigadores del Instituto de Microbiología de la Academia de Ciencias de China han informado de un nuevo sistema biofotovoltaico (BPV) basado en un consorcio microbiano sintético con flujo de electrones restringido. Este sistema BPV puede funcionar de forma estable durante más de 40 días, estableciendo un nuevo hito de longevidad de BPV, según un artículo reciente en Comunicaciones de la naturaleza .

BPV es una tecnología emergente que emplea materiales fotosintéticos biológicos (principalmente microorganismos fotosintéticos vivos) para convertir la energía solar en electricidad. BPV es más ecológico y potencialmente más rentable que la energía fotovoltaica (PV) basada en semiconductores, dada la toxicidad y la naturaleza difícil de reciclar de los materiales fotovoltaicos.

Sin embargo, las densidades de potencia de los sistemas BPV informadas hasta la fecha han sido bajas, ya que los microorganismos fotosintéticos tienen una capacidad débil para transferir electrones fuera de las células. Para evitar este problema, los investigadores han creado un consorcio microbiano de dos especies.

Este consorcio microbiano está compuesto por cianobacterias fotosintéticas y la bacteria exoelectrogénica Shewanella, este último posee inherentemente una fuerte actividad exoelectrogénica. Se seleccionó D-lactato como el portador de energía responsable de la transferencia de energía dirigida entre las cianobacterias y Shewanella (Fig. 1).

En este consorcio microbiano, las cianobacterias capturan la energía solar y fijan el CO ₂ para sintetizar D-lactato, mientras que Shewanella produce electricidad oxidando D-lactato, creando así un flujo de electrones restringido de los fotones al D-lactato, luego a la electricidad.

A través de la manipulación genética, así como la manipulación del medio de cultivo y el dispositivo, los dos microorganismos muy diferentes pueden trabajar juntos de manera eficaz. Este sistema BPV genera una densidad de potencia de 150 mW · m ^-2 en una configuración de separación temporal, que es aproximadamente un orden de magnitud mayor que los dispositivos BPV sin mediador con configuraciones convencionales.

Los investigadores demostraron además que este sistema BPV puede funcionar de forma estable durante más de 40 días a una densidad de potencia media de 135 mW · m ^-2 en una configuración de separación espacio-temporal con reposición media. Esto representa la mayor longevidad y potencia de salida por dispositivo de cualquier sistema BPV informado hasta la fecha.