Las tecnologías electroquímicas microbianas pueden apoyar la energía sostenible, el tratamiento de residuos y la recuperación de recursos

Cables vivos para un futuro más limpio

La mayoría de nosotros pensamos en la electricidad y los microbios como pertenecientes a mundos muy distintos: las líneas eléctricas en el cielo, las bacterias en la tierra o en nuestro intestino. Este artículo muestra cómo esos mundos se están conectando deliberadamente. Al permitir que ciertos microbios se conecten a electrodos como diminutos cables vivos, los científicos están construyendo sistemas que convierten agua sucia en agua más limpia, residuos en energía y productos químicos, y contaminación en recursos recuperados. Estas “tecnologías electroquímicas microbianas” podrían formar parte del conjunto de herramientas del mañana para abordar el cambio climático, la escasez de agua y la falta de recursos.

Cómo los organismos diminutos hablan con el metal

Algunos microorganismos mueven de forma natural electrones a través de sus paredes celulares hacia materiales sólidos como minerales. En dispositivos diseñados específicamente, esos minerales se reemplazan por electrodos, y los microbios forman películas densas sobre sus superficies. Cuando los microbios consumen materia orgánica en aguas residuales, inyectan electrones en un ánodo (un electrodo), y esos electrones fluyen luego a través de un circuito hasta un cátodo (el otro electrodo), donde tiene lugar una reacción útil. Esta capacidad de transportar electrones fuera de la célula se llama transferencia extracelular de electrones. Permite que las células vivas y el hardware eléctrico formen un único sistema híbrido en el que la biología maneja la química compleja y el circuito gestiona el flujo de energía.

Del agua sucia a la energía y agua limpia

La aplicación más consolidada de este enfoque es la pila de combustible microbiana, donde comunidades de microbios que crecen sobre un ánodo descomponen contaminantes orgánicos en aguas residuales y envían electrones a un cátodo. En principio, esto puede generar electricidad mientras se trata el agua, convirtiendo una planta de tratamiento de consumidora de energía en una ahorradora. Sistemas a escala piloto ya han funcionado con corrientes de aguas residuales reales, mostrando que estos dispositivos pueden reducir la energía necesaria para la aireación y otros pasos, aunque hoy en día todavía generan cantidades modestas de electricidad. Un montaje relacionado, la celda de electroálisis microbiana, utiliza una pequeña cantidad de energía externa junto con la misma descomposición microbiana de residuos para producir hidrógeno o metano en el cátodo, creando combustibles almacenables a partir de corrientes que de otro modo serían una carga.

Limpiar la contaminación y la sal con ayuda microbiana

Como los electrodos pueden actuar como fuentes o sumideros inagotables de electrones, pueden impulsar reacciones de limpieza que son difíciles de gestionar con productos químicos añadidos. En sistemas electroquímicos microbianos para biorremediación, los microbios en los ánodos ayudan a descomponer contaminantes orgánicos persistentes como solventes clorados y componentes de combustibles, mientras que las comunidades catódicas usan los electrones entrantes para eliminar nitratos, sulfatos o metales disueltos del agua subterránea. Los mismos principios se aplican a las celdas microbianas de desalación, donde la corriente generada por la oxidación de aguas residuales arrastra iones de sal fuera de una cámara central para producir agua más dulce. Estos dispositivos han producido agua desalinizada usando menos energía que los métodos estándar en prototipos tempranos, aunque los materiales y el diseño necesitan mejoras antes de que puedan difundirse ampliamente.

Fabricar nuevos productos a partir de carbono y electricidad

Los sistemas electroquímicos microbianos no solo sirven para limpiar; también pueden fabricar. En la electrosíntesis microbiana, los microbios que crecen en el cátodo reciben dióxido de carbono y electrones y luego ensamblan moléculas más complejas como acetato, ácidos orgánicos de cadena más larga o incluso proteína microbiana. Los investigadores usan tanto especies naturalmente electroactivas como microbios de uso común que han sido equipados genéticamente con vías de captación de electrones. Estos sistemas podrían convertir electricidad renovable excedente y gases residuales en combustibles, bloques de construcción para plásticos, fertilizantes e incluso ingredientes alimentarios. El artículo imagina “biorrefinerías electroquímicas” en las que pasos electroquímicos y microbianos se combinan en líneas de proceso modulares, a menudo descentralizadas, sintonizadas con fuentes locales de carbono y energía.

Obstáculos de ingeniería y camino hacia el uso real

A pesar de su promesa, las tecnologías electroquímicas microbianas todavía enfrentan desafíos prácticos. Los electrodos y las membranas pueden ser costosos, las salidas de corriente son mucho más bajas que en baterías convencionales o paneles solares, y las películas microbianas gruesas pueden desarrollar cuellos de botella internos que limitan el rendimiento. Escalar requiere diseños de reactores ingeniosos que ofrezcan grandes superficies para los microbios manteniendo distancias cortas y costos bajos. Para la remediación ambiental y la recuperación de recursos, los reactores de baja tecnología llenos de gránulos de carbono baratos pueden ser preferibles a los dispositivos de alto rendimiento de laboratorio. Para la producción química, serán necesarios biorreactores cuidadosamente controlados y posiblemente microbios diseñados para alcanzar tasas industriales y pureza de producto.

Por qué importan estos circuitos vivos

En términos sencillos, el artículo concluye que conectar microbios a electrodos ya no es una curiosidad científica: está surgiendo como una plataforma flexible que puede ayudar a la sociedad a usar mejor las corrientes de residuos y el dióxido de carbono. Aunque solo unas pocas aplicaciones de nicho han alcanzado la escala piloto o comercial, el rango de usos posibles es amplio, desde reducir la factura energética de las plantas de aguas residuales hasta recuperar metales, eliminar nitratos de origen agrícola del agua subterránea y convertir el exceso de electricidad renovable en productos valiosos. Para avanzar más allá del actual “valle de la muerte” entre el éxito en laboratorio y el impacto en el mercado, investigadores y responsables de políticas necesitarán refinar los diseños, acordar normas comunes y valorar debidamente los beneficios ambientales que no aparecen directamente en un balance. Si eso ocurre, los sistemas electroquímicos microbianos podrían convertirse en infraestructuras silenciosas y ocultas que ayuden a cerrar ciclos de energía, agua y materiales.

Cita: Korth, B., Harnisch, F. Microbial electrochemical technologies can support sustainable energy, waste treatment, and resource recovery. Commun. Sustain. 1, 69 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00073-3

Palabras clave: tecnologías electroquímicas microbianas, tratamiento de aguas residuales, recuperación de recursos, electrosíntesis microbiana, remediación ambiental