Representación esquemática del mecanismo simplificado de generación de energía por la pila de combustible microbiana bentónica (BMFC), sin la casilla etiquetada '5' correspondiente a la fotosíntesis, y para la celda de combustible microbiana solar fotoelectroquímica microbiana (SMFC) que se informa aquí, con la casilla etiquetada 5. Otras etiquetas incluyen:(1) reacción de ánodo catalizada por biopelícula; (2) reacción de cátodo catalizada por biopelícula; (3) reacción fermentativa, y (4) la barrera microbiana al oxígeno. Crédito:(Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU.)
El Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. (NRL), Centro de Ciencia e Ingeniería Biomolecular, ha recibido una patente de EE. UU. para un autoensamblaje, autorreparable, y una célula solar fotoelectroquímica microbiana autónoma impulsada completamente por la luz solar y los microorganismos.
Una celda de combustible microbiana solar (SMFC) es un sistema no basado en semiconductores, que emplea microorganismos para generar energía eléctrica mediante la reposición fotosintética de los reactivos de una celda de combustible microbiana sellada utilizando la luz solar.
Los reactivos SMFC (glucosa y oxígeno) son regenerados internamente por un grupo de microbios fotosintéticos cuyos reactivos, dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), son los productos de la pila de combustible microbiana. Esta interdependencia da como resultado muchos miles de horas de generación de electricidad a largo plazo a partir de la luz solar sin reposición de los reactivos microbianos de las pilas de combustible.
"Sistemas fotosintéticos naturales, como árboles y floraciones de algas, autorreparación, una propiedad que los hace muy duraderos, "dijo el Dr. Lenny Tender, químico investigador, Centro de Ciencias e Ingeniería Bio / Molecular. "Aquí, incorporamos organismos fotosintéticos con la celda de combustible microbiana bentónica de autoensamblaje y auto-mantenimiento (BMFC) para permitir celdas solares fotoelectroquímicas terrestres duraderas ".
El BMFC genera energía eléctrica oxidando la materia orgánica (combustible) que reside en el agua de los poros del sedimento con oxígeno (oxidante) en el agua suprayacente. y consta de un ánodo incrustado en el sedimento marino conectado por un circuito eléctrico externo a un cátodo colocado en el agua suprayacente. A diferencia del generador BMFC de base marina abierta, el aparato SMFC no requiere un flujo interminable de reactivos de sedimentos y agua de mar para generar energía de manera persistente, pero en vez, recicla la materia orgánica sellada dentro de la unidad para regenerar los reactivos.
"Microorganismos recolectados del agua de mar en ambientes costeros poco profundos, en abundancia relativamente baja, se enriquecen cuando la celda se sella debido a la acumulación de dióxido de carbono y al agotamiento del oxígeno en el agua suprayacente, "Tender dijo." Estos organismos utilizan la luz solar para convertir los productos de los electrodos en glucosa y oxígeno, que se puede reutilizar en las reacciones de los electrodos eliminando la necesidad de un flujo constante de glucosa y oxígeno nuevos ".
Tender agregó que el SMFC combina el almacenamiento de energía con la entrega de energía. Sentido, cuando hay abundante luz solar, la fotosíntesis dará como resultado la generación de combustible y oxidante, algunos de los cuales se pueden utilizar para generar energía inmediatamente, y el resto acumulado para ser utilizado más tarde cuando no hay sol. Idealmente, esto se hace sin la necesidad de condensadores o dispositivos de almacenamiento de baterías.
El SMFC se puede "apilar" en serie para aumentar el voltaje y puede alimentar cualquier dispositivo que actualmente utilice una fuente de alimentación fotovoltaica convencional. Sin embargo, se está trabajando para comprender los factores limitantes.
