Hongos eléctricos: la biopila que hay que alimentar
La microbiología se une a la ingeniería eléctrica
¿Una batería que necesita alimentarse en lugar de cargarse? Esto es exactamente lo que han conseguido los investigadores de Empa con su batería de hongos biodegradables impresa en 3D. La batería viva podría suministrar energía a sensores para la agricultura o la investigación en regiones remotas. Una vez hecho el trabajo, se digiere desde el interior.
El científico de Empa Gustav Nystroem con la pila de hongos encerrada en cera de abeja.
Empa
Los hongos son una fuente de fascinación. Este reino de la vida -más emparentado con los animales que con las plantas- abarca una enorme variedad. Se puede encontrar de todo: desde setas comestibles hasta mohos, desde vida unicelular hasta el mayor organismo de la Tierra, desde patógenos causantes de enfermedades hasta superhéroes que producen medicinas. Ahora, los investigadores del Empa han conseguido otra capacidad de los hongos: generar electricidad.
En el marco de un proyecto de investigación de tres años, financiado por la fundación Gebert Rüf Stiftung dentro de su programa de financiación Microbials, investigadores del laboratorio de Celulosa y Materiales de Madera de Empa han desarrollado una batería fúngica funcional. Las células vivas no producen mucha electricidad, pero sí la suficiente para alimentar un sensor de temperatura durante varios días, por ejemplo. Estos sensores se utilizan en la agricultura o la investigación medioambiental. La mayor ventaja de la batería fúngica: A diferencia de las baterías convencionales, no sólo es completamente atóxica, sino también biodegradable.
Los hongos de la impresora
En sentido estricto, no se trata de una batería, sino de la llamada pila de combustible microbiana. Como todos los seres vivos, los microorganismos convierten los nutrientes en energía. Las pilas de combustible microbianas aprovechan este metabolismo y capturan parte de la energía en forma de electricidad. Hasta ahora, se alimentaban principalmente de bacterias. "Por primera vez hemos combinado dos tipos de hongos para crear una pila de combustible funcional", explica Carolina Reyes, investigadora del Empa. Los metabolismos de las dos especies de hongos se complementan: En el ánodo hay un hongo levaduriforme cuyo metabolismo libera electrones. El cátodo está colonizado por un hongo de podredumbre blanca, que produce una enzima especial que permite capturar los electrones y conducirlos fuera de la célula.
Los hongos no se "plantan" en la pila, sino que forman parte integrante de ella desde el principio. Los componentes de la batería fúngica se fabrican mediante impresión 3D. Esto permite a los investigadores estructurar los electrodos de forma que los microorganismos puedan acceder a los nutrientes con la mayor facilidad posible. Para ello, las células fúngicas se mezclan con la tinta de impresión. Es más fácil decirlo que hacerlo: "Ya es bastante difícil encontrar un material en el que los hongos crezcan bien", dice Gustav Nyström, jefe del laboratorio de Celulosa y Materiales de Madera. "Pero la tinta también tiene que ser fácil de extrudir sin matar las células y, por supuesto, queremos que sea conductora de la electricidad y biodegradable".
La microbiología se une a la ingeniería eléctrica
Gracias a la amplia experiencia de su laboratorio en la impresión 3D de materiales blandos de base biológica, los investigadores pudieron producir una tinta adecuada a base de celulosa. Las células fúngicas pueden incluso utilizar la celulosa como nutriente y ayudar así a descomponer la pila tras su uso. Sin embargo, su fuente de nutrientes preferida son los azúcares simples, que se añaden a las células de la pila. "Se pueden almacenar las baterías de hongos en estado seco y activarlas in situ simplemente añadiendo agua y nutrientes", explica Reyes.
Aunque los robustos hongos sobreviven a esas fases secas, trabajar con los materiales vivos planteó una serie de retos a los investigadores. El proyecto interdisciplinar combina microbiología, ciencia de los materiales e ingeniería eléctrica. Para caracterizar las baterías fúngicas, la microbióloga Reyes no sólo tuvo que aprender técnicas electroquímicas, sino también adaptarlas a las tintas de impresión 3D.
Los investigadores planean ahora hacer la batería fúngica más potente y duradera, y buscar otros tipos de hongos que sean adecuados para suministrar electricidad. "Los hongos siguen estando infraexplorados e infrautilizados, sobre todo en el campo de la ciencia de los materiales", coinciden Reyes y Nyström.
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