En las últimas décadas, la búsqueda de fuentes de energía limpia y sostenible ha impulsado el estudio de sistemas biológicos capaces de producir electricidad mediante procesos naturales. Entre estos sistemas destacan los microorganismos electrogénicos, un grupo de bacterias y arqueas que pueden transferir electrones al exterior de sus células como parte de su metabolismo. Este fenómeno, común en ambientes sin oxígeno como sedimentos, suelos profundos o aguas residuales, constituye la base de las denominadas celdas de combustible microbiano, tecnologías emergentes que buscan aprovechar estos flujos electrónicos para generar energía eléctrica utilizable.

El principio fundamental se basa en la respiración celular. Como cualquier organismo, estas bacterias obtienen energía mediante la oxidación de compuestos orgánicos. Lo singular es su capacidad de realizar una respiración extracelular: en lugar de transferir los electrones a moléculas internas como ocurre en células convencionales, los transfieren a aceptores externos, que pueden ser metales, minerales o electrodos artificiales. Este flujo de electrones desde el microorganismo hacia el electrodo constituye una corriente eléctrica que puede ser capturada y conducida para usos energéticos.

Entre los microorganismos más estudiados destacan especies del género Geobacter, conocidas por producir nanocables biológicos formados por proteínas conductoras. Estos nanocables permiten el transporte eficiente de electrones a lo largo de distancias relativamente grandes dentro del medio donde crecen, facilitando el contacto con superficies minerales o materiales conductores. De manera similar, bacterias como Shewanella utilizan proteínas especializadas en su membrana externa para transferir electrones a compuestos metálicos y, en experimentos controlados, a electrodos diseñados para capturar esta energía. En ambos casos, la célula actúa como una pequeña fábrica bioelectroquímica, degradando compuestos orgánicos y liberando electrones y protones que pueden ser aprovechados como energía eléctrica.

Las celdas de combustible microbiano se estructuran generalmente con un compartimento anódico, donde se encuentran las bacterias y la materia orgánica a degradar, y un compartimento catódico, donde los electrones completan el circuito al reducir un aceptor final. Entre ambos compartimentos se ubica una membrana selectiva que permite el paso de protones, manteniendo el equilibrio iónico. La suma de estos procesos genera una corriente continua que puede ser utilizada para alimentar dispositivos de bajo consumo o almacenarse en baterías.

Este enfoque resulta especialmente atractivo para el tratamiento de aguas residuales o desechos ricos en materia orgánica, pues las bacterias electrogénicas no solo generan energía, sino que degradan contaminantes en simultáneo. Así, combinan procesos de biorremediación con la producción eléctrica, dando lugar a un modelo energético doblemente beneficioso desde el punto de vista ambiental.

De la teoría al laboratorio y a la vida cotidiana

En el ámbito aplicado, la producción eléctrica basada en microorganismos ha dejado de ser únicamente un concepto experimental. Diversos grupos de investigación en todo el mundo han construido prototipos con aplicaciones tanto industriales como domésticas. Uno de los ejemplos más conocidos son los dispositivos que utilizan Geobacter sulfurreducens para generar electricidad a partir de sedimentos húmedos. En estos sistemas, un electrodo se inserta en el sedimento donde las bacterias generan electrones, y otro se coloca en la superficie, creando un gradiente electroquímico que alimenta pequeños sensores ambientales. Estos prototipos ya se utilizan en zonas remotas para monitorear calidad de agua, velocidad de corrientes o parámetros climáticos sin necesidad de baterías convencionales.

Otro ejemplo lo constituye la producción de energía a partir de microbios que oxidaban metano. Investigaciones recientes han mostrado que ciertas bacterias poseen enzimas capaces de transferir electrones directamente desde el metano hacia un electrodo, generando una corriente eléctrica. Este proceso abre la posibilidad de convertir un gas con alto potencial de calentamiento global en una fuente de electricidad, al mismo tiempo que se reduce su concentración en el ambiente. Aunque su rendimiento aún es limitado, representa un avance significativo hacia tecnologías bioelectroquímicas que puedan contribuir tanto a la mitigación del cambio climático como a la generación descentralizada de energía.

Los desarrollos también han alcanzado escenarios cotidianos. En universidades de América Latina y Europa se han creado celdas microbianas en miniatura capaces de encender bombillas LED, relojes digitales o pequeñas radios utilizando aguas residuales, restos de frutas o incluso el lodo de plantas de tratamiento. Estos experimentos demuestran que la energía microbiana puede aprovechar residuos domésticos para producir electricidad de manera simple y segura. En algunos centros educativos se han implementado como herramientas didácticas para enseñar principios de microbiología, química y sostenibilidad energética.

Otra línea de avance ha sido la ingeniería genética aplicada a bacterias electrogénicas. Mediante la modificación de rutas metabólicas o la incorporación de genes responsables de la formación de nanocables, los investigadores han logrado aumentar la eficiencia de transferencia de electrones, mejorar la estabilidad de los biofilms y optimizar su capacidad de adaptarse a distintos sustratos. Estas estrategias no buscan solo aumentar la cantidad de electricidad generada, sino también ampliar el rango de compuestos que las bacterias pueden utilizar como fuente de energía. En consecuencia, sistemas bioelectroquímicos podrían emplear desde residuos agrícolas hasta subproductos industriales.

Paralelamente, la investigación sobre materiales para electrodos también ha crecido. Se han desarrollado superficies de carbono poroso, materiales nanoestructurados y polímeros conductores que aumentan la superficie disponible para la adhesión bacteriana, mejoran la transferencia de electrones y reducen costos de fabricación. Estos avances permiten imaginar dispositivos más compactos, económicos y duraderos que puedan operar durante largos periodos sin mantenimiento.

Aunque la electricidad generada por estas tecnologías aún es modesta en comparación con las fuentes convencionales, su valor radica en su capacidad de funcionar de manera continua, en ambientes remotos y con insumos prácticamente gratuitos. Esto las convierte en una alternativa atractiva para sensores autónomos, dispositivos de bajo consumo y comunidades sin acceso estable a energía eléctrica.

Perspectivas: hacia una bioenergía limpia, distribuida y sostenible

Las perspectivas de la generación de electricidad a partir de microorganismos son amplias y prometedoras. En un contexto global marcado por la urgencia de diversificar las fuentes energéticas y reducir la huella ecológica, estas tecnologías ofrecen un modelo que combina eficiencia, sostenibilidad y aprovechamiento de residuos. A mediano plazo, es probable que las celdas de combustible microbiano se integren como parte de sistemas híbridos que combinan baterías convencionales, paneles solares y dispositivos bioelectroquímicos, especialmente en zonas rurales o en infraestructuras que requieren monitoreo constante.

Uno de los avances esperados es el incremento sustancial en la densidad energética de estos sistemas. Para ello, la investigación se orienta hacia la mejora de la transferencia de electrones entre los microorganismos y los electrodos, ya sea mediante ingeniería genética o mediante el uso de nanomateriales con mayor capacidad conductora. A medida que estos avances maduren, las celdas microbianas podrán alimentar dispositivos de mayor potencia e incluso apoyar redes eléctricas locales.

En paralelo, se proyecta el desarrollo de biorreactores modulares capaces de procesar grandes volúmenes de aguas residuales urbanas o industriales. Estos sistemas podrían generar electricidad mientras realizan procesos de descontaminación, reduciendo la necesidad de infraestructuras energéticas externas y disminuyendo costos operativos. Las plantas de tratamiento de aguas, por ejemplo, podrían transformarse en generadoras netas de energía en lugar de ser consumidoras.

Otra línea emergente es el uso de microorganismos en suelos agrícolas para generar electricidad directamente desde el terreno. Esta tecnología, conocida como energía microbiana del suelo, permitiría instalar sensores autosuficientes que monitoricen humedad, nutrientes o crecimiento de plantas sin necesidad de baterías. Su integración en sistemas agrícolas inteligentes podría revolucionar la gestión de cultivos, reducir pérdidas de agua y fertilizantes y promover una agricultura más sostenible.

En un horizonte más amplio, algunos investigadores exploran la posibilidad de diseñar sistemas bioelectroquímicos que funcionen en ambientes extremos, como océanos profundos o zonas polares. Allí, donde otras tecnologías energéticas son difíciles de implementar, los microorganismos podrían operar de manera autónoma utilizando recursos locales. Estos escenarios tienen implicaciones importantes para la exploración científica, el monitoreo climático y la protección de ecosistemas sensibles.

No obstante, la expansión de la bioelectricidad microbiana también implica desafíos. Entre ellos destacan la necesidad de estandarizar métodos de cultivo y mantenimiento de biofilms, la durabilidad de los electrodos y la evaluación ambiental de liberación de microorganismos modificados genéticamente. También es esencial considerar los costos de producción, que aún pueden ser altos dependiendo de los materiales utilizados.

Pese a estas limitaciones, la generación de energía eléctrica a partir de microorganismos representa una alternativa sólida dentro del panorama global de energías renovables emergentes. Su capacidad para funcionar con residuos, su baja huella ambiental y su potencial para aplicaciones descentralizadas la convierten en una de las vías más innovadoras hacia un futuro energético diversificado.

En suma, los microorganismos electrogénicos no solo amplían nuestra comprensión de los procesos biológicos fundamentales, sino que abren la puerta a modelos energéticos basados en sistemas vivos. Con el avance de la bioingeniería, los materiales nanoestructurados y la investigación interdisciplinaria, la electricidad microbiana se perfila como una prometedora herramienta para una transición energética más limpia, resiliente y sostenible.

Referencias

Forbes Staff. (2024, 10 de agosto). Conoce cómo las bacterias eléctricas pueden ser una nueva fuente de energía sostenible. Forbes Centroamérica.
​https://forbescentroamerica.com/2024/08/10/conoce-como-las-bacterias-electricas-pueden-ser-una-nueva-fuente-de-energia-sostenible​

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​https://en.wikipedia.org/wiki/File:Geobacter.jpg​

Romero Mejía, A.A., Vásquez, J.A., & Lugo González, A. (2024). Bacterias, fuente de energía para el futuro. Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

Science Buddies. (s. f.). How Do Bacteria Produce Power in a Microbial Fuel Cell?
​https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/MicroBio_p032/microbiology/bacteria-microbial-fuel-cell​

Warjoto, R.E. (2023, 21 de agosto). Los microorganismos, una nueva fuente de energía renovable. The COnversation. https://theconversation.com/los-microorganismos-una-nueva-fuente-de-energia-renovable-211752​

Weyant, R. (2024). Leptospira scanning micrograph.jpg. [Imagen]. Wikimedia Commons.
​https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Leptospira_scanning_micrograph.jpg&oldid=940359637​

Felipe Chavarro
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